东北大学学报（自然科学版）

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YOLOv3-ADS:一种基于YOLOv3的深度学习目标检测压缩模型

宋欣，李奇，解婉君，李宁

2021, 42 (5): 609-615. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.001

摘要 ( 1112 )

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PDF(1134KB) ( 686 )

基于原有YOLOv3模型占用存储空间较大，所需初始化数据集样本和参数较多的问题，本文提出了一种基于YOLOv3的深度学习目标检测压缩模型YOLOv3-ADS.该模型使用拼接、叠加等方法对较少的有代表性的初始数据集进行数据增强，引入了DIoU损失函数，提升了目标检测的准确度.最后，通过稀疏训练和剪枝率阈值设置实现了YOLOv3-ADS模型的压缩处理，减少了模型实现过程中的冗余节点、参数数量和所需存储空间.实验结果表明，提出的YOLOv3-ADS压缩模型与已有的YOLOv3模型相比，平均精度值(mAP值)提升了约30%，由0.6418提升至0.8368，需设置参数量下降了96.6%，由原来的63.0MB降至2.2MB，在保证了较高目标检测准确率的同时，YOLOv3-ADS模型所需存储空间下降了96.5%，由252MB降至仅需8.81MB.

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基于注意力机制的3D U-Net婴幼儿脑组织MR图像分割

魏颖，雷志浩，齐林

2021, 42 (5): 616-623. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.002

摘要 ( 1086 )

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PDF(1778KB) ( 478 )

在婴幼儿脑组织分割领域中，婴幼儿脑组织存在对比度低、灰度不均匀等问题，这些问题导致现有方法的精度仍然达不到满意的结果.因此，本文提出了一种基于三维U-Net网络的脑部核磁共振图像组织分割方法，融合注意力机制模块和金字塔结构模块，可以更好地在不同的层次和位置提供模型信息，图像的上下文信息得到充分的应用以降低图像信息损失，同样还可以挖掘通道映射之间的相互依赖关系和特征映射，提高特定语义的特征表示.在Iseg2017数据集中所提出算法的WM(白质)，GM(灰质)的DICE指标结果与此前最优结果相比提高了0.7%，0.7%，CSF(脑脊液)则具有可对比性.在Iseg2019跨数据集挑战的评估当中，WM，GM的分割结果在DICE，ASD两个指标均取得了第一名，CSF的指标获得第二名.

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一种基于卷积神经网络的区域调光技术

张涛，刘天威，杜文丽

2021, 42 (5): 624-632. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.003

摘要 ( 729 )

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PDF(2006KB) ( 662 )

由于光线串扰，像素补偿算法难以根据提取出的背光信息进行准确补偿，同时，单一补偿曲线难以适应具有不同亮度特点的图像内容，导致补偿图像的平均质量不高.为了提高像素补偿算法对复杂图像内容的适应性，本文引入神经网络中的编码和解码思想，通过编码网络提取图像深层特征，在解码网络中利用浅层特征的信息对深层特征进行解码，提出了一种联合分类回归的液晶像素补偿神经网络.实验结果表明，此网络得到的像素补偿图像不仅可以提高图像的主观质量，还在对比度、峰值信噪比等客观指标上取得了较好的效果.

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高强铝合金特厚板的真空轧制复合制备技术

谢广明，周立成，骆宗安，王国栋

2021, 42 (5): 633-639. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.004

摘要 ( 640 )

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PDF(2364KB) ( 353 )

为解决高强铝合金特厚板的心部偏析、疏松、气孔等问题，提出了一种高强铝合金特厚板的制备方法，即基于真空搅拌摩擦焊的热轧复合技术.该技术的流程包括:铝合金坯料表面清理、利用自主研发的真空搅拌摩擦焊机进行坯料封装及复合坯料的热轧和热处理.在0.01Pa真空度下对7050高强铝合金进行焊接封装，然后在450℃和75%总压下率下进行轧制复合，最后对复合板进行固溶+时效处理.分析发现，复合界面无任何裂纹、气孔等缺陷，原始界面消失，两侧金属融为一体，界面仅分布少量细小的MgO颗粒.界面剪切强度达266MPa，达到基材的99%，界面实现了优异的冶金结合.

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纳米SiC粉末对先驱体陶瓷增材性能的影响

王志永，赵宇辉，赵吉宾，葛春华5

2021, 42 (5): 639-645. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.005

摘要 ( 440 )

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PDF(997KB) ( 285 )

为了减少先驱体陶瓷在高温裂解过程中裂纹及孔隙的产生，研究了惰性填料纳米SiC粉末对先驱体聚合物、先驱体陶瓷体积收缩率、陶瓷产率的影响.利用热重分析(TGA)、傅里叶转化红外线光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)等检测手段进行性能分析和结构表征，采用排水法计算先驱体陶瓷体积收缩率.结果表明:先驱体陶瓷的体积收缩率随纳米SiC粉末质量分数的增加而减小，先驱体陶瓷产率随纳米SiC粉末质量分数的增加而增加，当其质量分数为3%时，体积收缩率最小，为73.47%，先驱体陶瓷产率最大，为26.42%;在高温裂解过程中，当升温速率为4℃/min时，先驱体陶瓷表面无明显裂纹且平整光滑.SiC粉末作为惰性填料具有减少先驱体陶瓷体积收缩，提高陶瓷产率的作用，且效果明显.

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转炉渣中磷的微观结构行为

张蕊，贾吉祥，刘承军，闵义

2021, 42 (5): 646-651. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.006

摘要 ( 593 )

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PDF(2078KB) ( 334 )

为了设计合理的转炉渣成分以达到满意的脱磷效果，根据转炉炼钢过程熔渣成分的变化范围，采用拉曼光谱测定了CaO-SiO₂-Fe_○xO-P₂O₅系熔渣的熔体结构，并解析了磷在熔渣中的存在形式及转变行为.结果表明，熔渣中磷主要以桥氧数为0，1，2的磷氧四面体结构单元存在，并可进入硅氧四面体和铁氧四面体形成Si—O—P和Fe—O—P键.随着渣中CaO和FeO总量的增加，熔渣中聚合程度较低的Q⁰(P)，Q¹(P)和Q⁰(Si)，Q¹(Si)摩尔分数升高，而聚合程度较高的Q²(P)和Q²(Si)，Q³(Si)摩尔分数降低.另外，Fe—O—P和Si—O—P键的含量也逐渐降低，当碱度为2.83时，Si—O—P和Fe—O—P键消失.

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CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元渣系Al₂O₃活度预测模型

郭永春，郑海燕，胡心光，沈峰满

2021, 42 (5): 652-657. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.007

摘要 ( 533 )

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PDF(505KB) ( 299 )

高炉渣系各组元活度对高炉冶炼和产品质量具有重要的影响作用. 基于分子-离子共存理论，建立CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元渣系Al₂O₃活度预测模型;结合试验测定值对其进行验证与修正，最终建立了修正的CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元渣系Al₂O₃活度预测模型;同时，依据模型计算结果探究R(w(CaO)/w(SiO₂))，w(MgO)/w(Al₂O₃)和w(Al₂O₃)对Al₂O₃活度的影响. 研究结果表明:修正后的CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元渣系Al₂O₃活度预测模型具有较高的预测精度，能够很好地预测熔渣Al₂O₃活度;当w(MgO)/w(Al₂O₃)=0.40，w(Al₂O₃)=20%时，随着R增加，Al₂O₃活度逐渐减小;当R=1.25，w(Al₂O₃)=20%时，随着w(MgO)/w(Al₂O₃)增加，Al₂O₃活度逐渐减小;当w(MgO)/w(Al₂O₃)=0.40，R=1.25时，随着w(Al₂O₃)增加，Al₂O₃活度逐渐增大.

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基于Kriging和Monte Carlo的动态可靠性算法

曹汝男，孙志礼，郭凡逸，王健

2021, 42 (5): 658-664. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.008

摘要 ( 522 )

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PDF(606KB) ( 249 )

首次穿越法可以得到失效概率随时间的变化，但是计算复杂提高计算成本.拟静态法计算量较小但是只能得到给定时间段对应的失效概率值，不能得到其变化趋势.针对以上问题，本文结合Kriging模型和Monte Carlo方法提出一种动态可靠性分析方法AK-MCS-T.AK-MCS-T即拥有拟静态法计算量小的优点又可以给出失效概率随时间变化情况.为提高Kriging模型精度，AK-MCS-T提出一种新的选点准则.新的选点准则不仅考虑到样本点处基于Kriging模型的响应估值符号判断错误的概率，还考虑了该样本点对应的概率密度.同时，为保证方法计算结果的准确性，AK-MCS-T提出了新的学习停止条件.最后通过腐蚀梁结构和悬臂管结构证明了新方法的高效性和准确性.

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基于迁移学习的轴承剩余使用寿命预测方法

王新刚，韩凯忠，王超，李林

2021, 42 (5): 665-672. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.009

摘要 ( 1275 )

HTML ( 55)

PDF(1780KB) ( 948 )

针对目前大多数基于人工智能的轴承剩余使用寿命(remaining useful life，RUL)预测方法不能很好地预测不同工况下轴承剩余寿命的问题，提出了一种基于迁移学习的寿命预测方法，对不同工况下的轴承进行剩余寿命预测.对采集的轴承原始振动信号进行傅里叶变换得到频域信号，以卷积神经网络和长短时记忆网络作为特征提取器对轴承频域信号进行特征提取并挖掘数据之间的时序信息，采用全局和局部域适应相结合的方法降低不同工况下轴承数据的分布差异.通过现有多种工况下轴承运行数据验证了该方法的有效性.与传统深度学习模型相比，所提方法提高了不同工况下轴承RUL预测精度.

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基于改进二阶循环平稳解卷积的轴承故障检测方法

罗忠，徐迪，李雷，马辉

2021, 42 (5): 673-678. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.010

摘要 ( 637 )

HTML ( 11)

PDF(2400KB) ( 333 )

针对涡轴发动机主轴轴承故障特征难以提取，背景噪声干扰大的问题，提出了改进二阶循环平稳解卷积(PSO-CYCBD)方法，用于提取强噪声背景下的故障特征频率.该方法采用粒子群优化(PSO)算法对二阶循环平稳解卷积(CYCBD)方法中的滤波器长度参数进行寻优.首先，基于故障轴承振动特点建立信号模型，然后用PSO算法对包络谱故障特征比(FFR)进行最大化处理，将得到的最优滤波器长度参数输入到CYCBD方法中，对滤波后的信号进行包络谱分析，提取故障特征频率.最后，将提出的方法应用于实测信号中，与传统包络谱分析相比提高了故障特征提取的效率和准确性，从而验证了该方法的有效性.

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RBF网络干扰补偿的跷跷板系统解耦滑模控制研究

陆志国，王世雄，林梦磊

2021, 42 (5): 679-686. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.011

摘要 ( 474 )

HTML ( 9)

PDF(751KB) ( 169 )

针对典型的不稳定、高阶次、多变量、强耦合、非线性的跷跷板系统，考虑环境对跷跷板的作用，提出了一种RBF网络干扰补偿解耦滑模控制(RBF-SMC)算法.通过解耦算法对模型进行解耦，并使用RBF神经网络对模型受到的干扰和不确定项自适应逼近补偿，使系统在较小的切换增益下实现较大干扰下的跷跷板平衡控制.在Matlab和Matlab/Adams联合仿真的环境下，对该算法进行了仿真.仿真结果表明，对比传统的SMC算法，在不确定环境下，通过RBF网络对外加干扰、建模误差、模型简化、外部激励、摩擦阻尼等建模不确定性因素进行学习评估，有效地提升了系统抗干扰能力，同时降低了系统的切换增益，并在有限时间内实现了跷跷板的平衡控制.通过仿真实验结果的比较，证明了本文提出算法的有效性与可行性.

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融合多层级特征的弱监督钢板表面缺陷检测算法

何彧，宋克臣，张德富，颜云辉

2021, 42 (5): 687-692. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.012

摘要 ( 700 )

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PDF(1122KB) ( 505 )

由于缺少实例级标签，使得深度神经网络在工业表面检测领域的应用受到了限制.为解决这一问题，本文面向实际的热轧钢板表面缺陷检测任务，提出基于弱监督学习的缺陷检测网络，该网络引入类激活映射模型，使用容易获取的图像级标签进行模型训练，进行钢板表面的缺陷检测.为了进一步提升检测精度和克服类激活映射模型原有的缺点，本文采用性能更优的残差网络作为主干网络进行特征提取，并提出了多层级特征融合网络进行类激活图的生成，来获取更多的细节信息和更准确的目标激活区域.通过在公开缺陷数据集NEU-CLS上进行实验，结果表明本文提出的方法能够在标签不完备的情况下进行缺陷检测任务，并取得0.68%分类错误率和17.75%定位错误率，胜过其他同类的方法.

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细长轴车削加工误差可靠性灵敏度分析

丁鹏飞，王昌利，黄贤振，李禹雄

2021, 42 (5): 693-699. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.013

摘要 ( 610 )

HTML ( 13)

PDF(754KB) ( 218 )

车削加工参数的随机性会影响直径误差，因此，本文提出一种细长轴直径误差可靠性灵敏度分析方法.通过剪切区模型和几何分析法建立直径误差模型，采用Kriging方法重构细长轴车削加工误差与切削参数的函数关系，然后采用蒙特卡罗方法进行可靠性灵敏度分析，据此评价各参数对直径误差的影响程度.研究结果表明:切削速度、刀具前角和直径增加，系统可靠性增高;切削深度、切削宽度、刀架与刀具间距离和轴的长径比增加，系统可靠性降低.研究结果能为降低车削加工细长轴直径误差提供理论依据.

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汽车驱动桥壳焊接变形及焊接残余应力有限元仿真分析

张东祥，郭立新

2021, 42 (5): 700-705. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.014

摘要 ( 705 )

HTML ( 15)

PDF(1867KB) ( 510 )

汽车驱动桥壳焊接过程中复杂的温度场与焊接残余应力分布使桥壳产生了较大的焊接变形，利用CATIA建立桥壳三维模型，使用Simufact Welding软件对其焊接温度场和焊接残余应力及焊接变形进行模拟分析，研究了装夹条件对桥壳焊接变形及焊接残余应力的影响.结果表明:桥壳焊接变形以桥壳两端向焊缝方向收缩翘曲变形为主，最大值为11.63mm，桥壳焊缝的焊接残余应力以桥壳轴向方向的拉应力为主.在桥壳焊接冷却阶段，延长夹具对桥壳的约束控制时间(600s)可以有效地减少桥壳的焊接变形及焊接残余应力，与桥壳焊接的全自由冷却(保持夹具对桥壳的冷却控制时间30s)相比，桥壳焊接变形减小了20%~26%.

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基于采煤机截割路径的动态三维地质模型构建方法

李娟莉，姜朔，谢嘉成，孙梦祯

2021, 42 (5): 706-712. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.015

摘要 ( 491 )

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PDF(1148KB) ( 317 )

针对虚拟综采工作面难以构建实时动态煤层的问题，提出了一种根据采煤机行走轨迹构建三维地质模型的方法.建立了初始三维地质模型和动态三维地质模型，并提取了目标煤层的轨迹曲线，为采煤机提供了目标截割路径;基于当前工作面采煤机的实际截割情况及未来发展趋势提出了三种采煤机截割方案，分别是采煤机记忆截割、人工干预的采煤机记忆截割和采煤机自主截割;建立了真实的虚拟综采工作面，构建了三种方案的实际煤层形态，并进行了仿真对比实验.结果表明:通过采煤机自主截割方案构建的实际煤层的总体平均误差为15.73mm，能够实现较小的割岩量和较高的回采效率.

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原位扩建既有隧道竖井与主洞交叉段施工力学

赵文，王鑫，柏谦

2021, 42 (5): 713-719. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.016

摘要 ( 494 )

HTML ( 14)

PDF(2432KB) ( 275 )

以南岭铁路隧道原位扩建项目为工程背景，采用振弦式钻孔应力计监测隧道扩挖过程中围岩环向应力的变化.建立主洞与竖井交叉段扩挖过程的三维有限元模型，通过监测数据与模型结果对比，验证模型准确性，研究采用全断面法扩挖时围岩变形及应力随开挖过程的变化规律.在此基础上，分析扩挖方法和循环进尺对扩建稳定性的影响.结果表明:扩挖过程中，交叉点主洞拱脚和边墙的围岩环向应力表现为应力释放，通风竖井破坏了主洞的成拱效应;竖井与主洞交叉点相比于非交叉点，扩挖后隧道水平位移增大47.5%，隧道竖向位移增大29.3%，拱顶围岩应力由压应力转化为拉应力;采用全断面法扩挖对围岩的二次扰动程度更低，减小循环进尺也可有效提高扩挖施工的安全性.

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单轴压缩作用下CFST柱的声发射特征

康玉梅，张乃源，任超，陈猛

2021, 42 (5): 720-726. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.017

摘要 ( 476 )

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PDF(2074KB) ( 290 )

通过对不同配筋率和不同壁厚钢管混凝土(CFST)柱进行单轴压缩声发射试验，对比分析了各试件破坏全过程的声发射信号特征.试验结果表明:试件的整个破坏过程可分为弹性段、弹塑性段、强化段和失效段四个阶段，声发射特征参数变化与试件破坏过程表现出较好的对应关系.声发射累积能量和累积撞击数均随荷载的增加而稳步增加;b值经历了缓慢上升、平稳波动、迅速下降的变化，反映了试件内部裂纹的逐步扩展情况;通过对声发射RA值、AF值分析可知，钢管混凝土柱的破坏过程既产生拉伸型裂纹又产生剪切型裂纹，随着荷载的增大，破坏中剪切型裂纹所占比例逐渐增多.研究表明声发射技术可以有效监测轴压下钢管混凝土柱的损伤状态.

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公交车内飞沫运移的数值模拟

林秀丽，张莹莹，柳静献

2021, 42 (5): 726-733. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.018

摘要 ( 526 )

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PDF(3757KB) ( 173 )

基于计算流体力学数值模拟方法，研究了送风风速0.25~2m/s及乘客位于车厢前、中、后部时咳嗽产生飞沫的蒸发、沉降和扩散运动.结果表明:飞沫喷出后迅速蒸发;当车厢进风速度小时，大粒径飞沫迅速沉降，小粒径飞沫在空间停留时间长，影响范围大;当进风速度大时，大粒径飞沫在空间停留时间变长，传播更远，小飞沫停留时间变短;综合考虑，本模型条件下推荐车厢进风速度为1m/s.患者位于车厢前部时，飞沫主要沉降在车壁，其次为地面;患者位于车中部和后部时，飞沫主要沉降在人及座位上，其次为地面;相较于前部和中部，患者在车厢后部咳嗽时飞沫影响范围大.本研究可为公交车内通风和消杀提供指导.

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双侧分支结构管道内粉尘爆炸传播规律

李刚，崔震，胡朋，倪磊

2021, 42 (5): 734-740. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.019

摘要 ( 485 )

HTML ( 10)

PDF(1004KB) ( 125 )

为探究粉尘爆炸在工业除尘管网中的传播规律，基于1m³粉尘爆炸测试系统和自主设计的双侧分支结构管道，对双侧分支结构管道内玉米淀粉爆炸火焰传播速度和超压峰值的变化规律展开研究.实验结果表明:三种粉尘质量浓度下，火焰在主管道内的传播速度随传播距离增加均呈持续上升趋势，双侧分支结构对火焰传播具有弱化作用，且距离点火端越近，弱化作用越显著;双侧分支结构的安装位置会影响管道内超压峰值，其在距离点火端较近时呈持续衰减趋势，距离点火端较远时呈先快速下降后上升再缓慢衰减趋势.以上研究为除尘系统的防爆设计提供参考和依据.

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裂隙性储层压裂缝延伸机理及防治水意义

王志荣，宋沛，陈玲霞，胡凯

2021, 42 (5): 741-747. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.020

摘要 ( 438 )

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PDF(467KB) ( 174 )

针对由水力裂缝触发的裂隙性储层涌水、突水等地质问题，首先根据弹性力学原理和断裂力学强度准则，基于储层原生裂缝几何特性和压裂液渗流规律，建立了垂直井工况下的起裂压力计算模型;其次考虑煤储层的损伤本构关系，将Dougill损伤因子与起裂压力公式相结合，进一步建立了延伸压力的计算模型;应用经典的PKN模型以及裂缝内净压力的非线性压降规律，建立了改进的压裂缝扩展延伸模型.该模型揭示了裂缝性储层压裂长度L与压裂时间t之间的非线性关系，显示出压裂缝的延伸距离随时间的增加而增长，但前期增长较快，后期基本趋于稳定.豫北焦作恩村区块三口试验井的计算结果，与邻区位村区块微地震实测资料契合度较高，从而验证了理论模型的正确性，为现场压裂参数控制以及防治压裂缝突水提供了可靠的技术支撑.

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情绪传染、个股波动与股价同步性——来自基金重仓股的经验证据

侯卉，娜仁满都拉，刘剑，王健

2021, 42 (5): 748-754. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.021

摘要 ( 520 )

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PDF(424KB) ( 342 )

基于基金重仓股背后的委托代理投资关系，采用开放式基金流量数据建立情绪传染指标，分别从个股层面和市场层面，考察基金投资过程中的情绪传染对重仓股个股波动和股价同步性产生的影响.研究发现，情绪传染对重仓股个股波动存在显著影响，无论乐观还是悲观情绪传染，均对重仓股波动具有推动促进作用;进一步研究发现，基金投资中的情绪传染同样会使重仓股的股价同步性显著增强.从基金投资中不同主体间存在情绪传染的崭新视角解释市场异象，有助于补充行为资产定价理论研究，所得结论可为投资者、基金公司及市场监管部门提供一定参考.

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哈长—辽中南城市群扩张时空特征及驱动因素

王雨枫，曹洪军

2021, 42 (5): 755-760. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.05.022

摘要 ( 594 )

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PDF(1606KB) ( 157 )

为了探究东北地区城市扩张无序与经济发展缓慢的症结，基于DMSP， VIIRS夜间影像与城市统计数据，以哈长-辽中南城市群172个区县构建了城市扩张热点等指数，定量揭示了城市群时空扩张路径及驱动因素.结果表明:城市群扩张在2005—2009年期间达到了高峰，之后扩张速率持续下降，中心城市资源集中，次中心城市发展乏力;城市群扩张整体表现为环哈长-大庆及辽中南经济带为中心的向心集聚特征，其西部比东部扩张快，南部比北部扩张快;城市群扩张的驱动因子整体上以第一、二产业，人口及GDP为主.从时空趋势看，产业结构调整、人口流失及经济增长疲软等是城市扩张变化的主要影响因素.研究结果可为哈长-辽中南城市群未来发展的规划提供参考.

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