2021年, 第61卷, 第2期　
刊出日期：2021-02-15

  

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专题：新型冠状病毒肺炎
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  新冠肺炎病毒颗粒在空调大巴中的传播与乘客感染风险

  吴家麟, 翁文国

  清华大学学报（自然科学版）. 2021, 61(2): 89-95. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.002

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  新型冠状病毒肺炎（COVID-19）存在气溶胶传播的可能性。该文选择了一例发生在湖南省空调大巴中的新冠肺炎传染案例，建立数值模型开展计算，分析了含新冠肺炎病毒的液滴和气溶胶的扩散输运过程，研究了空调排风模式、颗粒粒径、传染源位置等因素对于新冠肺炎病毒在空调大巴中传播规律的影响，并针对所有乘客的感染风险进行了定量评估，将结果与实际感染情况进行了对比。新冠肺炎感染者呼出的病毒颗粒有较高的比例沉积在大巴内部壁面与座椅表面。粒径和排风口位置会影响气溶胶扩散规律。小粒径含病毒气溶胶在空气中悬浮的时间长、扩散距离远，带给远处乘客的风险较高。基于研究结果，提出了降低空调大巴中新冠肺炎传播风险的建议。
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  社交隔离对COVID-19的发展影响

  黄梦瑶, 黄丽达, 袁宏永, 刘罡

  清华大学学报（自然科学版）. 2021, 61(2): 96-103. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.001

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  社交隔离是控制疫情最为常见有效的手段之一，其具体施行方案会对疫情发展产生较大的影响。为研究不同社交隔离方案对新型冠状病毒肺炎（COVID-19）的防疫效果，应对未来可能复发的疫情，该文利用SEIRS模型，从隔离时间和隔离程度2方面对4个国家的疫情态势进行仿真。结果表明，在采取短期社交隔离方案时，较长时间、较低程度的隔离对于医疗状况好、人口少的国家效果最佳，而较短时间、较高程度的隔离对于医疗状况较差、人口多的国家效果最佳；采取长期社交隔离方案直至疫情衰退时，50%的隔离程度是控制疫情发展的转折点。长期社交隔离方案的防疫效果要优于短期社交隔离方案。
  
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  COVID-19疫情前后高校在线教学数据分析

  孔啸, 刘乃嘉, 张梦豪, 徐明伟

  清华大学学报（自然科学版）. 2021, 61(2): 104-116. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.21.017

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  受2020年初爆发的新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情影响，中国高校全面开展线上教学工作。现有文献通过调查的方式对线上教学条件下学生学习效果和积极性产生的变化进行研究和探讨，得到的调查结果存在调查的主观偏差和样本的局限性问题。高校的教学选课系统是每个学生日常必须使用的。该文以清华大学为例，以其教学选课系统的日志数据为切入点，对线上教学前后同期学生的学习、生活特点进行解读。该文根据HTTP协议的特点对日志数据进行了清洗和整合，并以不同的视角对数据进行可视化和分析。该文发现，疫情期间至少98%的会话来自校园外。学生在脱离了校园环境后，访问教学选课系统的会话量下降了25%～47%，使用移动设备访问系统的人次下降了约7%，系统平均浏览时长下降了约8%。结果表明，线上教学期间学生对于校园学习、工作的积极性发生了明显的下降，需要学校更加重视对学生积极性与学习能动性的调动，从而改善教学质量。
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  城市地下空间综合韧性防灾抗疫建设框架

  邱桐, 陈湘生, 苏栋

  清华大学学报（自然科学版）. 2021, 61(2): 117-127. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.21.020

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  土木工程在2019年底全球爆发新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情后将背负起城市综合韧性防灾抗疫建设的重大使命。该文提出了融合中国城市疫情防控的需求和城市地下空间的防灾抗疫韧性性能优势的综合发展方案，指出在城市地下空间进行疫情应急防控具有的安全稳定、与应急医疗条件相适应、可作为低能耗地下应急物资储藏仓库、可作为政府统一应急调度资源、与城市发展相适应等特点。构建了适合城市地下空间综合防灾抗疫韧性评估框架，对城市地下空间及既有抗疫设施进行韧性评估，通过对比分析获得地下空间在城市抗疫韧性的全面优势。在此基础上，分析了中国城市地下空间防灾抗疫关于“存量”“增量”“变量”及“统一调度”的韧性建设框架，并提出了城市地下空间综合韧性防灾抗疫建设框架，为韧性城市建设和城市地下空间开发提供参考。
  
专题：安全监测
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  监控完全遮挡场景下火灾调查方法

  王冠宁, 陈涛, 米文忠, 康彦武, 邓亮

  清华大学学报（自然科学版）. 2021, 61(2): 128-134. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.029

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  视频分析已成为火灾调查方法研究的热点领域。为解决火灾现场监控完全遮挡场景下火灾原因认定面临的重大困难，该文基于视频分析技术对监控完全遮挡场景下起火部位定位方法进行了研究。利用油盘火模拟室内火灾现场，布置彩色电荷耦合器（CCD）摄像机使之完全被遮挡，收集火灾现场监控视频进行分析。首先结合监控视频和现场勘验对火灾现场进行二维平面重建，其次通过光路分析对起火部位初步确定，然后通过图像亮度分析对起火部位进一步确定，最后利用单目视觉定位技术结合光路和亮度分析结果对起火部位进行精确定位。实验结果表明：针对监控完全遮挡场景所建立的基于光路和亮度分析的单目视觉定位方法，可以较好地实现起火部位的精确定位，为火灾事故调查工作的顺利开展提供了有力的工具。
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  基于小波熵的化工园区流场不稳定性

  周成龙, 陈涛

  清华大学学报（自然科学版）. 2021, 61(2): 135-143. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.032

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  石化园区的挥发性有机化合物（volatile organic compounds，VOCs）无组织排放的监测溯源技术是研究热点，而监测点处的局部流场特征是溯源的关键。针对大庆炼化芳烃抽提设备，该文设计了一套分布式监测溯源系统。采用数值仿真对自然风下的设备区瞬态流动进行了研究，基于小波熵理论对流场的时变信号进行了处理，并研究了各种参数与流场稳定性的相关性。结果表明：小波熵可以表征流场的稳定性，风向小波熵越大，流动的不稳定性越强。关联性分析表明风速小波熵以及风向方差与风向小波熵具有强相关性，可以共同作为风场不稳定性的评价指标。风速变化量与风向小波熵呈现中等程度负相关，而风向平均偏转量和风速方差与不稳定性无关。
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  基于视频识别的混合非机动车速度分布模型

  刘贺子, 陈涛

  清华大学学报（自然科学版）. 2021, 61(2): 144-151. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.026

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  中国非机动车出行近年来逐渐复兴并形成了复杂的混合交通流动，造成了交通运行和安全问题，因此对混合非机动车速度分布进行准确建模是重要的现实需求。该文首先介绍了利用深度神经网络进行多目标跟踪的数据采集方法，然后输入非机动车道的拍摄视频进行自动识别，高效获取实测数据；在对车速进行统计分析后，通过信息准则确定混合Gauss模型的最优组分，采用期望最大化算法求解模型参数的极大似然估计，并建立模型参数与道路运行状况和统计特征之间的联系。所使用的智能化视频识别方法提高了数据采集效率，求解参数前进行组分选择可以提高建模效率。拟合结果表明：混合Gauss模型对非机动车速度分布的描述比单分布模型更准确。在流动不受阻碍时，混合Gauss模型的结果以非机动车类型划分组分，其参数与速度均值、标准差及各类型车的比例相关；在高峰时，组分划分与根据流动状态进行分类是一致的，其中较快组分的平均速度接近车辆自由流动速度。
建设管理
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  IFC数据模型至关系型数据库模型的自动映射

  郭红领, 周颖, 叶啸天, 罗柱邦, 薛帆

  清华大学学报（自然科学版）. 2021, 61(2): 152-160. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.030

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  建筑信息模型（BIM）为建筑业信息化提供重要支撑，而工业基础类（IFC）作为国际通用的数据模型，则为BIM的研究与应用提供了有效支持。然而，IFC的局限性使其不宜作为信息系统二次开发时数据存储的主要形式。为此，该文提出一种自动映射方法，实现IFC数据模型到关系型数据库模型的自动映射。根据IFC数据模型结构，依次定义实体、类型、函数、规则、属性集和数量集的映射规则，实现数据解析、数据映射存取和信息检索处理。通过2个案例探索映射得到的关系型数据库的专业应用前景，结果表明：映射得到的关系型数据库在信息传递完整性和数据管理效率方面均优于直接操作IFC文件，不仅能提高BIM数据管理的完整性和效率，还能促进智能建造的拓展应用和建筑业信息化的发展。
水利水电工程
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  基于改进SIFT和SURF算法的沙丘图像配准

  唐颖复, 王忠静, 张子雄

  清华大学学报（自然科学版）. 2021, 61(2): 161-169. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.031

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  单个沙丘的图像配准受到沙丘图像颜色相近、纹理相似和轮廓模糊等问题困扰，常用的特征提取和特征点配准方法易产生较多的错误匹配点。为了实现有效的单个沙丘跟踪，该文提出了适用于沙丘图像的基于相似三角形原理的尺度不变特征变换（SIFT）和快速鲁棒特征（SURF）的特征点筛选算法。该算法利用暴力匹配法匹配SIFT与SURF特征点，先根据K最近邻算法（KNN）初步筛选匹配点，再利用相似三角形原理对匹配点进一步筛选。将该算法应用于库姆塔格沙漠的沙丘图像配准，实例表明所提出的算法是一种适用性强、准确率高的沙丘图像配准算法。
新能源工程
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  基于孔隙网络模型的电池热管理系统跨尺度分析

  王屹航, 杨元凯, 刘通, 王沫然

  清华大学学报（自然科学版）. 2021, 61(2): 170-176. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.018

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  针对电池热管理系统进行跨尺度分析以提高电池安全性是当前产业界的迫切需求。该文将电池组类比为多孔介质，将电池热管理系统优化等效为多孔介质对流换热过程，采用具有计算高效、多物理场耦合能力强等优势的孔隙网络模型对实际电池热管理系统进行了多尺度分析。该方法在进行准确性验证后，可以有效建立电池单体与电池组整体之间的信息交互，并搭建电池热管理系统分析的跨尺度桥梁。该方法基于不同尺度下多孔介质流动和传热过程，为未来跨尺度方法的工程应用打下基础。