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摘要:
锂离子电池因其高能量密度的优点在能源领域发展迅速。硅基负极由于其高理论比容量被视为是继石墨之后最具发展前景的负极材料，但是硅基负极在嵌脱锂过程中会发生严重的体积膨胀，导致电池容量的衰减和库伦效率的下降，影响了其商业化应用。本文综述了硅基负极的工作原理以及面临的问题挑战，重点从硅基负极的结构设计与改性、粘结剂的开发以及电解液添加剂三个方面对硅基负极进行了系统地阐释，并对其今后的发展趋势进行展望。
锂离子电池因其高能量密度的优点在能源领域发展迅速。硅基负极由于其高理论比容量被视为是继石墨之后最具发展前景的负极材料，但是硅基负极在嵌脱锂过程中会发生严重的体积膨胀，导致电池容量的衰减和库伦效率的下降，影响了其商业化应用。本文综述了硅基负极的工作原理以及面临的问题挑战，重点从硅基负极的结构设计与改性、粘结剂的开发以及电解液添加剂三个方面对硅基负极进行了系统地阐释，并对其今后的发展趋势进行展望。
2023, 43(11): 1105-1114.
doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2022.250
摘要:
传统的GB-InSAR时序处理方法针对整个数据集或分组进行实时处理，该类方法占用大量的电脑内存，效率低，不能满足边坡监测的时效性，无法实现形变预测与灾害预警预报. 针对此种情况，提出了基于Kalman滤波的GB-InSAR边坡形变监测实时处理方法. 以河北省迁安市马兰庄铁矿边坡监测为例进行分析，提出方法在实验所用解算平台下，在1 min内可解算出研究区当前时刻形变量，并可以预测下一时刻的形变量，与传统时序InSAR的结果相比，时序形变标准差优于1 mm.
传统的GB-InSAR时序处理方法针对整个数据集或分组进行实时处理，该类方法占用大量的电脑内存，效率低，不能满足边坡监测的时效性，无法实现形变预测与灾害预警预报. 针对此种情况，提出了基于Kalman滤波的GB-InSAR边坡形变监测实时处理方法. 以河北省迁安市马兰庄铁矿边坡监测为例进行分析，提出方法在实验所用解算平台下，在1 min内可解算出研究区当前时刻形变量，并可以预测下一时刻的形变量，与传统时序InSAR的结果相比，时序形变标准差优于1 mm.
2023, 43(11): 1115-1124.
doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2020.252
摘要:
针对西藏贡觉县色拉滑坡，采用小基线集技术获取滑坡一维视线向形变结果，通过多维小基线集技术计算滑坡二维东西向与垂直向形变速率与时间序列形变，结果表明色拉滑坡以东西向形变为主且滑坡前缘特征点累积位移超过100 mm；并将特征点累积形变与地区降雨量进行对比分析，发现每年6月−9月期间滑坡前缘受强降雨影响形变速率加快从而牵引滑坡中后部分加速形变. 采用长短期记忆网络模型对滑坡特征点时间序列进行预测分析，预测结果显示周期性和缓慢形变可获得恰当的预测结果，对于剧烈形变的特征点符合其运动趋势.所得结果可为金沙江流域类似滑坡灾害预警提供参考.
针对西藏贡觉县色拉滑坡，采用小基线集技术获取滑坡一维视线向形变结果，通过多维小基线集技术计算滑坡二维东西向与垂直向形变速率与时间序列形变，结果表明色拉滑坡以东西向形变为主且滑坡前缘特征点累积位移超过100 mm；并将特征点累积形变与地区降雨量进行对比分析，发现每年6月−9月期间滑坡前缘受强降雨影响形变速率加快从而牵引滑坡中后部分加速形变. 采用长短期记忆网络模型对滑坡特征点时间序列进行预测分析，预测结果显示周期性和缓慢形变可获得恰当的预测结果，对于剧烈形变的特征点符合其运动趋势.所得结果可为金沙江流域类似滑坡灾害预警提供参考.
2023, 43(11): 1125-1134.
doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2023.042
摘要:
自2003年三峡库区蓄水以来，水位的大幅上升和周期性变化，给三峡大坝及其周边环境的稳定性造成威胁，三峡坝区的形变监测一直备受关注. 随着InSAR技术的不断发展，其在基础设施与地质灾害形变监测领域发挥着越来越大的作用. 采用时序InSAR技术对获取的2015年—2019年L波段ALOS2 PALSAR2数据集和2015年—2022年C波段Sentinel-1数据集进行处理分析，发现三峡大坝与茅坪溪大坝存在与蓄水相关的周期性形变，振幅约为1.1 mm和3.2 mm，茅坪溪大坝左岸护坡、关门洞地区与银杏沱填埋区分别存在28、40、40 mm/a的显著形变. 采用指数衰减模型对银杏沱填埋区形变过程进行拟合，结果表明填埋区可在2040年达到稳定状态。研究表明，InSAR技术有助于加深对地表形变的认识理解，为地质灾害治理与决策提供依据.
自2003年三峡库区蓄水以来，水位的大幅上升和周期性变化，给三峡大坝及其周边环境的稳定性造成威胁，三峡坝区的形变监测一直备受关注. 随着InSAR技术的不断发展，其在基础设施与地质灾害形变监测领域发挥着越来越大的作用. 采用时序InSAR技术对获取的2015年—2019年L波段ALOS2 PALSAR2数据集和2015年—2022年C波段Sentinel-1数据集进行处理分析，发现三峡大坝与茅坪溪大坝存在与蓄水相关的周期性形变，振幅约为1.1 mm和3.2 mm，茅坪溪大坝左岸护坡、关门洞地区与银杏沱填埋区分别存在28、40、40 mm/a的显著形变. 采用指数衰减模型对银杏沱填埋区形变过程进行拟合，结果表明填埋区可在2040年达到稳定状态。研究表明，InSAR技术有助于加深对地表形变的认识理解，为地质灾害治理与决策提供依据.
2023, 43(11): 1135-1145.
doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2023.063
摘要:
针对单一轨道合成孔径雷达干涉(InSAR)观测结果难以完整识别滑坡隐患的问题，在小基线子集(SBAS)算法基础上引入时间约束因子，结合时空基线组合优化与升降轨联合解算策略，提出了长时序InSAR二维形变提取模型与方法. 针对白玉县和贡觉县交界处的金沙江沿线滑坡易发区，采用2018年−2022年的Sentinel-1A升降轨影像数据集开展时序InSAR形变解算，识别得到了金沙江深切峡谷区域的10处滑坡隐患及其空间分布，探明5处特大滑坡隐患（单体超过5000万m3，最大形变速率超过−70 mm/a），进一步解算得到了各滑坡点的滑移方向及量值，并结合降水数据总结归纳了滑坡的季节性演化特征与长期发展趋势. 相关研究结果可为该区域的地质灾害防治与重大基础设施建设提供重要的参考数据和信息支撑.
针对单一轨道合成孔径雷达干涉(InSAR)观测结果难以完整识别滑坡隐患的问题，在小基线子集(SBAS)算法基础上引入时间约束因子，结合时空基线组合优化与升降轨联合解算策略，提出了长时序InSAR二维形变提取模型与方法. 针对白玉县和贡觉县交界处的金沙江沿线滑坡易发区，采用2018年−2022年的Sentinel-1A升降轨影像数据集开展时序InSAR形变解算，识别得到了金沙江深切峡谷区域的10处滑坡隐患及其空间分布，探明5处特大滑坡隐患（单体超过5000万m3，最大形变速率超过−70 mm/a），进一步解算得到了各滑坡点的滑移方向及量值，并结合降水数据总结归纳了滑坡的季节性演化特征与长期发展趋势. 相关研究结果可为该区域的地质灾害防治与重大基础设施建设提供重要的参考数据和信息支撑.
2023, 43(11): 1146-1153.
doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2023.067
摘要:
地基干涉合成孔径雷达是边坡高精度形变测量的重要手段，而相位解缠的准确性直接影响到形变测量的可靠性. 为解决随机跳变噪声造成的累积相位阶跃型误差，提出了三维空时相位解缠方法. 结合差分干涉相位模型，基于空间维最小费用流解缠结果识别相位跳变点，构建修正网络，根据跳变点和局域内非跳变点之间的空间约束关系建立空域约束方程，根据相邻干涉图的时序约束关系建立时域约束方程，联立实现二维解缠结果的修正. 仿真和实测数据的处理结果表明，该方法可以有效地修正随机跳变噪声带来的解缠误差，进而修正区域型相位解缠误差，提高形变反演的可靠性.
地基干涉合成孔径雷达是边坡高精度形变测量的重要手段，而相位解缠的准确性直接影响到形变测量的可靠性. 为解决随机跳变噪声造成的累积相位阶跃型误差，提出了三维空时相位解缠方法. 结合差分干涉相位模型，基于空间维最小费用流解缠结果识别相位跳变点，构建修正网络，根据跳变点和局域内非跳变点之间的空间约束关系建立空域约束方程，根据相邻干涉图的时序约束关系建立时域约束方程，联立实现二维解缠结果的修正. 仿真和实测数据的处理结果表明，该方法可以有效地修正随机跳变噪声带来的解缠误差，进而修正区域型相位解缠误差，提高形变反演的可靠性.
2023, 43(11): 1154-1163.
doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2023.069
摘要:
基于地基干涉雷达开展含水土质边坡变形监测是降低滑坡地质灾害发生、防止二次埋压险情发生、保障应急救援现场人员生命安全的有效手段. 应用自研的便携式边坡雷达系统，在论述系统信号模型和相关技术的基础上，将雷达监测精度指标分解为精密度和准确度，提出精度测定流程并通过实验验证了系统高频变形监测能力及亚毫米级监测精度，进而开展含水土质边坡滑坡模拟试验，通过不同历时节点下坡体表面变形与降水量综合分析说明了本次含水土质边坡表面变形监测曲线与岩土体非稳定蠕变曲线具有较高的相似性，在云南省洱源县滑坡隐患点进行监测应用，结合不同地层深度含水率数据分析边坡变形态势. 研究结果可为含水土质边坡安全监测预警系统的研发优化提供有力支撑.
基于地基干涉雷达开展含水土质边坡变形监测是降低滑坡地质灾害发生、防止二次埋压险情发生、保障应急救援现场人员生命安全的有效手段. 应用自研的便携式边坡雷达系统，在论述系统信号模型和相关技术的基础上，将雷达监测精度指标分解为精密度和准确度，提出精度测定流程并通过实验验证了系统高频变形监测能力及亚毫米级监测精度，进而开展含水土质边坡滑坡模拟试验，通过不同历时节点下坡体表面变形与降水量综合分析说明了本次含水土质边坡表面变形监测曲线与岩土体非稳定蠕变曲线具有较高的相似性，在云南省洱源县滑坡隐患点进行监测应用，结合不同地层深度含水率数据分析边坡变形态势. 研究结果可为含水土质边坡安全监测预警系统的研发优化提供有力支撑.
2023, 43(11): 1164-1175.
doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2023.076
摘要:
为揭示水电站蓄水期库岸滑坡形变演变趋势及复活机制，基于白鹤滩库区五里坡滑坡2021年1月—2022年8月共73景Sentinel-1影像，采用SBAS-InSAR技术提取蓄水期二维形变，并使用无人机航测技术对滑坡及次生灾害痕迹进行调查，此外利用GNSS位移实测数据对InSAR形变结果进行对比与补充，综合3种技术结果与库区水位实测数据、地质资料对五里坡滑坡进行精细化分析. 结果表明：（1）五里坡滑坡形变与库区蓄水存在强相关性. 在蓄水前无明显形变而在蓄水后一个月便发生可见形变，随着水位上涨，坡度方向InSAR形变速率最高达到−153 mm/a，雷达视线方向InSAR最大累积形变量达到121 mm，并表现为由下部形变逐渐带动上部形变的牵引式滑坡特征. 结合水位实测数据与GNSS位移监测数据发现滑坡形变与蓄水期水位变化吻合度较高. （2）现场地质调查表明五里坡滑坡为上硬下软的反倾岩质边坡，且坡面岩体风化强烈，下部岩体容易受到库水作用软化发生压缩变形进而导致坡体沿风化层发生牵引式滑动. 研究结果可为库岸滑坡蓄水期监测和防治提供科学依据.
为揭示水电站蓄水期库岸滑坡形变演变趋势及复活机制，基于白鹤滩库区五里坡滑坡2021年1月—2022年8月共73景Sentinel-1影像，采用SBAS-InSAR技术提取蓄水期二维形变，并使用无人机航测技术对滑坡及次生灾害痕迹进行调查，此外利用GNSS位移实测数据对InSAR形变结果进行对比与补充，综合3种技术结果与库区水位实测数据、地质资料对五里坡滑坡进行精细化分析. 结果表明：（1）五里坡滑坡形变与库区蓄水存在强相关性. 在蓄水前无明显形变而在蓄水后一个月便发生可见形变，随着水位上涨，坡度方向InSAR形变速率最高达到−153 mm/a，雷达视线方向InSAR最大累积形变量达到121 mm，并表现为由下部形变逐渐带动上部形变的牵引式滑坡特征. 结合水位实测数据与GNSS位移监测数据发现滑坡形变与蓄水期水位变化吻合度较高. （2）现场地质调查表明五里坡滑坡为上硬下软的反倾岩质边坡，且坡面岩体风化强烈，下部岩体容易受到库水作用软化发生压缩变形进而导致坡体沿风化层发生牵引式滑动. 研究结果可为库岸滑坡蓄水期监测和防治提供科学依据.
2023, 43(11): 1176-1186.
doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2022.188
摘要:
采用有限元软件针对大型复杂舰船在战略武器大当量爆炸冲击波作用下的毁伤效应进行数值模拟研究. 建立某航母结构1∶1有限元模型，采用CONWEP方法施加爆炸载荷，研究舰船的动态响应特征，主要分析爆炸当量、冲击波强度等因素对舰船毁伤模式和甲板变形破坏等级的影响. 研究结果表明，随着爆炸冲击波传播距离增加，其强度沿飞行甲板表面以指数形式衰减，沿不同层甲板则呈现近似线性衰减特征. 随着爆炸当量和冲击波强度的增加，舰船甲板变形破坏等级逐渐增加，舰船毁伤模式由局部塑性变形毁伤逐渐转变为总纵强度毁伤模式，接触爆炸时还会发生结构破损总纵剩余强度毁伤. 在小当量爆炸且冲击波强度超过1.0 MPa时，飞行甲板、吊舱甲板和机库甲板会随着冲击波超压强度的增加而逐渐失效；在中等当量且冲击波超压强度超过0.2 MPa时，飞行甲板、吊舱甲板在爆炸后基本失效，机库甲板的功能将受到严重影响；在大当量爆炸且冲击波超压强度达到0.2 MPa时，三层甲板均发生局部区域完全失效. 相关研究方法有助于大型复杂舰船结构在大当量爆炸冲击波作用下的毁伤效应评估.
采用有限元软件针对大型复杂舰船在战略武器大当量爆炸冲击波作用下的毁伤效应进行数值模拟研究. 建立某航母结构1∶1有限元模型，采用CONWEP方法施加爆炸载荷，研究舰船的动态响应特征，主要分析爆炸当量、冲击波强度等因素对舰船毁伤模式和甲板变形破坏等级的影响. 研究结果表明，随着爆炸冲击波传播距离增加，其强度沿飞行甲板表面以指数形式衰减，沿不同层甲板则呈现近似线性衰减特征. 随着爆炸当量和冲击波强度的增加，舰船甲板变形破坏等级逐渐增加，舰船毁伤模式由局部塑性变形毁伤逐渐转变为总纵强度毁伤模式，接触爆炸时还会发生结构破损总纵剩余强度毁伤. 在小当量爆炸且冲击波强度超过1.0 MPa时，飞行甲板、吊舱甲板和机库甲板会随着冲击波超压强度的增加而逐渐失效；在中等当量且冲击波超压强度超过0.2 MPa时，飞行甲板、吊舱甲板在爆炸后基本失效，机库甲板的功能将受到严重影响；在大当量爆炸且冲击波超压强度达到0.2 MPa时，三层甲板均发生局部区域完全失效. 相关研究方法有助于大型复杂舰船结构在大当量爆炸冲击波作用下的毁伤效应评估.
2023, 43(11): 1187-1196.
doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2022.225
摘要:
碳纳米管（CNT）不仅具有质量轻、强度高等优异的力学性能，而且化学性质稳定、耐酸碱腐蚀，因此被广泛应用于复合材料中. 为探究不同基体中CNT力学增强差异的原因，对CNT增强树脂基和铝合金基两种复合材料进行了准静态拉伸、三点弯和动态冲击实验，进一步揭示了CNT在不同基体中的增强机制. 研究结果表明：CNT可以有效提高树脂材料拉伸强度和冲击吸能，并且发现当CNT质量分数为0.7%时增强效果最佳；而对于铝合金，添加CNT会降低材料强度，并且CNT质量分数越高，材料拉伸强度越低. 金属基和树脂基加入CNT后力学增强效果不同的本质在于CNT与基体的界面结合性不同，树脂基初始状态为液体，固化后CNT可以填充在基体网络缝隙中，进而增强材料力学性能；而铝合金基为粉体，机械力分散使CNT产生损伤且CNT的存在导致粉体间缝隙变大，进而削弱材料力学性能. 研究成果可为CNT复合材料的制备与优化提供参考.
碳纳米管（CNT）不仅具有质量轻、强度高等优异的力学性能，而且化学性质稳定、耐酸碱腐蚀，因此被广泛应用于复合材料中. 为探究不同基体中CNT力学增强差异的原因，对CNT增强树脂基和铝合金基两种复合材料进行了准静态拉伸、三点弯和动态冲击实验，进一步揭示了CNT在不同基体中的增强机制. 研究结果表明：CNT可以有效提高树脂材料拉伸强度和冲击吸能，并且发现当CNT质量分数为0.7%时增强效果最佳；而对于铝合金，添加CNT会降低材料强度，并且CNT质量分数越高，材料拉伸强度越低. 金属基和树脂基加入CNT后力学增强效果不同的本质在于CNT与基体的界面结合性不同，树脂基初始状态为液体，固化后CNT可以填充在基体网络缝隙中，进而增强材料力学性能；而铝合金基为粉体，机械力分散使CNT产生损伤且CNT的存在导致粉体间缝隙变大，进而削弱材料力学性能. 研究成果可为CNT复合材料的制备与优化提供参考.
2023, 43(11): 1197-1204.
doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2022.213
摘要:
复现高等生物的学习过程是机器人研究的一个重要研究方向，研究人员已探索出一些常用的基于行动者评价器（actor critic，AC）网络的强化学习算法可以完成此任务，但是还存在一些不足. 针对深度确定性策略梯度（deep deterministic policy gradient，DDPG）存在着Q值过估计导致恶化学习效果的问题,受到大脑前额叶皮质层仲裁机制的启发，提出了一种深度仲裁行动者评价器（deep arbitration actor critic，DAAC）算法，其中包含两套评价网络，通过仲裁机制进行择优选取评价网络去更新策略参数，有效解决了Q值过估计的问题，该算法使得四足机器人成功复现了仿生的步态学习过程. 通过仿真实验，将DAAC算法与DDPG、软行动者评价器（soft actor critic，SAC）、近端策略优化(proximal policy optimization，PPO)三种算法进行了对比实验，实验证明经DAAC训练的四足机器人步态在奖励值、机体稳定性和速度三个方面都有更好的表现，有效验证了算法的优越性.
复现高等生物的学习过程是机器人研究的一个重要研究方向，研究人员已探索出一些常用的基于行动者评价器（actor critic，AC）网络的强化学习算法可以完成此任务，但是还存在一些不足. 针对深度确定性策略梯度（deep deterministic policy gradient，DDPG）存在着Q值过估计导致恶化学习效果的问题,受到大脑前额叶皮质层仲裁机制的启发，提出了一种深度仲裁行动者评价器（deep arbitration actor critic，DAAC）算法，其中包含两套评价网络，通过仲裁机制进行择优选取评价网络去更新策略参数，有效解决了Q值过估计的问题，该算法使得四足机器人成功复现了仿生的步态学习过程. 通过仿真实验，将DAAC算法与DDPG、软行动者评价器（soft actor critic，SAC）、近端策略优化(proximal policy optimization，PPO)三种算法进行了对比实验，实验证明经DAAC训练的四足机器人步态在奖励值、机体稳定性和速度三个方面都有更好的表现，有效验证了算法的优越性.
2023, 43(11): 1205-1212.
doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2023.032
摘要:
为了针对具体的视觉任务衡量可见光与红外彩色(夜视)融合图像的综合质量，提出了一种基于场景理解的双波段彩色融合图像综合质量客观评价模型. 该模型包括融合图像特征提取器、邻域共生矩阵特征提取器和权重生成器三部分. 首先，使用融合图像特征提取器从融合图像中提取像素强度信息；然后，建立邻域共生矩阵特征提取器，从邻域共生矩阵中提取像素空间关系信息；最后，建立权重生成器，使用神经网络模型从梯度图中提取结构信息，将位置信息与结构信息相结合生成权重. 实验结果表明，该方法在提取丰富的图像特征基础上，考虑人眼视觉特性，提高了模型预测值与人眼主观感受的一致程度，实现了融合图像综合质量的客观评价.
为了针对具体的视觉任务衡量可见光与红外彩色(夜视)融合图像的综合质量，提出了一种基于场景理解的双波段彩色融合图像综合质量客观评价模型. 该模型包括融合图像特征提取器、邻域共生矩阵特征提取器和权重生成器三部分. 首先，使用融合图像特征提取器从融合图像中提取像素强度信息；然后，建立邻域共生矩阵特征提取器，从邻域共生矩阵中提取像素空间关系信息；最后，建立权重生成器，使用神经网络模型从梯度图中提取结构信息，将位置信息与结构信息相结合生成权重. 实验结果表明，该方法在提取丰富的图像特征基础上，考虑人眼视觉特性，提高了模型预测值与人眼主观感受的一致程度，实现了融合图像综合质量的客观评价.
网络预出版栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章，这些文章目前处在编校过程，尚未确定卷期及页码，但可以根据DOI进行引用。
1956年创刊, 月刊
ISSN 1001-0645
主管单位：中华人民共和国工业和信息化部
主办单位: 北京理工大学
