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人工智能目标检测技术在书画文物病害调查中的应用
邓旭帅;李子璇;张云春;沐蕊;针对书画文物保护工作中人工病害调查和病害图绘制效率低的问题，探索了基于深度神经网络的目标检测技术识别书画病害的可行性。选择YOLOv5系列模型并根据本研究任务特点对其结构做了优化，包括FGSM算法、CmBN策略、Dropblock正则化和CIOU_-Loss损失函数。利用博物馆馆藏书画文物素材，融合Mosaic数据增强方法进行书画文物图片的增强，设计了滑动窗口检测技术、图像逐层分析和定位裁剪技术，初步训练出了2个具备病害识别功能的模型，根据模型性能检验指标最终选择了YOLOv5x6作为本研究任务的模型。测试结果表明，该模型以较高的准确率和查全率识别出了待检测病害，用时仅为人工的千分之一。该技术的引入可极大提高文物病害识别效率，并且在病害识别过程中保持客观、稳定的标准。
改进UNet++的瓷器文物显微气泡分割
刘阳洋;耿国华;刘鑫达;李展;路正涵;对瓷器文物显微气泡的分割，可以更加清晰地观察瓷器表面微观气泡的形态、数量以及分布规律，进而辅助文物专家进行瓷器碎片分类和文物鉴定等工作。但瓷器显微图像中气泡复杂多变，大小及分布不均匀，现有图像分割方法难以适应瓷器显微气泡特征。因此，该文提出一种基于卷积激活单元的网络AGUNet++,该网络重新设计密集跳跃连接，节点间采用Z字形连接方式，充分提取图像语义特征，防止信息丢失；同时，在卷积单元的密集跳跃连接处，结合注意力门控模块Attention Gate提出卷积激活单元CAU,增强与瓷器文物显微气泡分割任务相关的气泡区域学习，抑制不相关的区域；在训练过程中对每一层子网络的输出采用深度监督和交叉熵损失，有效增强瓷器文物显微气泡特征提取能力，细化分割结果。该方法在SD-saliency-900以及PRMI数据集上的实验结果表明，与经典图像分割网络相比，AGUNet++在MIoU、Precision、Recall和F1分数中均有一定的提升，表现出更好的分割效果。
基于机载激光雷达的复杂环境空间考古调查方法
田松林;秦高敏;乔保同;王巍;先怡衡;于春;机载激光雷达作为一种主动遥感技术，可在复杂环境中有效感知地表或浅地表遗迹信息。然而因成本和技术因素，目前在大规模考古调查中仍不普及。基于棱镜式半固态机载激光雷达技术设计了一套涵盖数据采集、处理和考古分析的一站式激光雷达空间考古调查方法，在满足激光雷达数据精度要求的同时，降低了考古工作者学习和应用的难度，并以南阳地区古代城址调查为例，在各种复杂的遗迹赋存环境中进行了试验。实践表明，该方法能够高效、高质量地完成复杂赋存环境下的考古遗迹信息获取与感知，为考古调查和遗址保护监测等工作提供坚实的数据基础，进而推动机载激光雷达在考古调查中的普及应用。
注意力机制的秦腔视频去噪算法
师秦高雪;杨超然;刘鑫达;耿国华;秦腔，作为中国传统戏曲艺术的瑰宝，拥有深厚的历史底蕴。然而，秦腔早期的影像资料常受噪声和失真影响，导致画质不佳，严重妨碍了秦腔数字档案的保存品质。目前应用的视频去噪技术在处理秦腔那色彩丰富、纹理复杂的服饰时，往往没有充分利用视频帧序列的时间连贯性，使得去噪效果并不理想，难以有效保留视频帧的核心特征。基于注意力机制的秦腔视频去噪算法开展研究，针对现有视频去噪算法忽略帧间时序相关性导致效果不佳的问题，提出了一种新的视频去噪算法，该算法利用双门控注意力机制进行时序信息的融合。首先，通过时序融合模块，将视频连续帧的时序信息进行有效整合；其次，利用双门控注意力去噪网络精确识别并消除时序上的噪声；最后，通过多头交互注意力精炼模块进一步细化特征，以消除去噪过程中可能产生的伪影并恢复丢失的细节，从而提升去噪后图像的质量。实验结果表明，与DVDNet、ViDeNN以及FastDVDNet等现有方法相比，该方法可以更好地利用视频的时序信息，达到干净且高效的秦腔视频去噪效果。
融合扩散模型技术的文物面部三维模型孔洞修补
王峥嵘;刘鑫达;周明全;在三维几何建模领域，孔洞指三维模型表面的不完整性，通常产生在数据采集、处理或转换过程中，这些孔洞的存在可能会对模型的几何完整性和视觉质量造成显著影响。在文化遗产保护领域，传统的孔洞修复技术侧重于几何表面的修复，而忽略了纹理信息的修复，纹理信息对于恢复文物的真实感和材质特性至关重要。文中提出了一种结合几何和纹理修复的扩散模型方法，特别适用于文物面部模型的修复。由于缺乏文物面部模型的基准真值，使用相似的残缺黄种人面部模型进行评估，鉴于公开可用的黄种人面部数据集较为稀缺，构建了一个黄种人面部数据集，包含约20 000张黄种人面部图像、对应的三维模型及其纹理，以及渲染得到的高保真面部图像。首先，在构建的数据集上进行测试，以验证所提方法的有效性。结果显示，与现有基准方法相比，该方法在面部图像修复方面取得了显著改进，并且实现了对面部三维模型几何表面和纹理信息的同步修复。其次，将所提出的修复技术应用于文化遗产中的文物面部模型，通过实验验证该方法在文物面部模型的几何和纹理修复方面均展现出了优异的性能。研究结果为文物面部模型的数字化修复提供了一种有效的技术手段，有助于提高文物保护和数字化展示的质量。
基于扩散模型的文物面部三维模型孔洞修补
王峥嵘;刘鑫达;耿国华;在三维几何建模领域,孔洞指三维模型表面的不完整性,通常产生在数据采集、处理或转换过程中,这些孔洞的存在可能会对模型的几何完整性和视觉质量造成显著影响。在文化遗产保护领域,传统的孔洞修复技术侧重于几何表面的修复,而忽略了纹理信息的修复,纹理信息对于恢复文物的真实感和材质特性至关重要。本文提出了一种结合几何和纹理修复的扩散模型方法,特别适用于文物面部模型的修复。由于缺乏文物面部模型的基准真值,本研究使用相似的残缺黄种人面部模型进行评估,鉴于公开可用的黄种人面部数据集较为稀缺,构建了一个黄种人面部数据集,包含约20 000张黄种人面部图像、对应的三维模型及其纹理,以及渲染得到的高保真面部图像。首先,在构建的数据集上进行测试,以验证所提方法的有效性。结果显示,与现有基准方法相比,该方法在面部图像修复方面取得了显著改进,并且实现了对面部三维模型几何表面和纹理信息的同步修复。其次,将所提出的修复技术应用于文化遗产中的文物面部模型,通过实验验证该方法在文物面部模型的几何和纹理修复方面均展现出了优异的性能。研究结果为文物面部模型的数字化修复提供了一种有效的技术手段,有助于提高文物保护和数字化展示的质量。
改进UNet++的瓷器文物显微气泡分割
刘阳洋;耿国华;刘鑫达;李展;路正涵;对瓷器文物显微气泡的分割,可以更加清晰地观察瓷器表面微观气泡的形态、数量以及分布规律,进而辅助文物专家进行瓷器碎片分类和文物鉴定等工作。但瓷器显微图像中气泡复杂多变,大小及分布不均匀,现有图像分割方法难以适应瓷器显微气泡特征。因此,该文提出一种基于卷积激活单元的网络AGUNet++,该网络重新设计密集跳跃连接,节点间采用Z字形连接方式,充分提取图像语义特征,防止信息丢失;同时,在卷积单元的密集跳跃连接处,结合注意力门控模块Attention Gate提出卷积激活单元CAU,增强与瓷器文物显微气泡分割任务相关的气泡区域学习,抑制不相关的区域;在训练过程中对每一层子网络的输出采用深度监督和交叉熵损失,有效增强瓷器文物显微气泡特征提取能力,细化分割结果。该方法在SD-saliency-900以及PCMI数据集上的实验结果表明,与经典图像分割网络相比,AGUNet++在MIoU、Precision、Recall和F1分数中均有一定的提升,表现出更好的分割效果。
基于DEMATEL-ISM-ANP的古建筑木构架健康状态评估研究
王茹;王垚;王忠杰;姚彦彤;在古建筑木构架健康状态评估的研究中,诸多影响因素相互依赖,互成因果,各类残损间存在耦合作用,不仅加剧了古建筑损伤的恶化,同时也对健康评估体系的系统性与准确性构成了挑战。基于此,提取古建筑木构架健康状态的核心影响因素,运用决策实验室分析法(DEMATEL)、解释结构模型(ISM)结合网络分析法(ANP)构建古建筑木构架健康状态评估体系。首先,通过DEMATEL-ISM计算各影响因素的重要程度与耦合效应,建立古建筑木构架健康状态评估指标递阶结构模型;其次,通过ANP法计算评估指标权重,得到考虑指标相互影响作用下的综合评估结果;最后,通过BIM二次开发技术,在建筑信息模型平台中完成了古建筑木构架健康状态评估模块的开发,丰富了古建筑运维保护的数字化手段。研究成果有助于提高古建筑健康状态评估的综合性和科学性,为古建筑预防性保护决策与数字化健康档案建立提供了一定的支持。
基于机载激光雷达的复杂环境空间考古调查方法
田松林;秦高敏;乔保同;王巍;先怡衡;于春;机载激光雷达作为一种主动遥感技术,可在复杂环境中有效感知地表或浅地表遗迹信息。然而因成本和技术因素,目前在大规模考古调查中仍不普及。基于棱镜式半固态机载激光雷达技术设计了一套涵盖数据采集、处理和考古分析的一站式激光雷达空间考古调查方法,在满足激光雷达数据精度要求的同时,降低了考古工作者学习和应用的难度,并以南阳地区古代城址调查为例,在各种复杂的遗迹赋存环境中进行了试验。实践表明,该方法能够高效、高质量地完成复杂赋存环境下的考古遗迹信息获取与感知,为考古调查和遗址保护监测等工作提供坚实的数据基础,进而推动机载激光雷达在考古调查中的普及应用。
基于人工智能的目标检测技术在书画文物病害调查中的应用
邓旭帅;李子璇;张云春;沐蕊;针对书画文物保护工作中人工病害调查和病害图绘制效率低的问题,探索了基于深度神经网络的目标检测技术识别书画病害的可行性。选择YOLOv5系列模型并根据本研究任务特点对其结构做了优化,包括FGSM算法、CmBN策略、Dropblock正则化和CIOU_Loss损失函数。利用博物馆馆藏书画文物素材,融合Mosaic数据增强方法进行书画文物图片的增强,设计了滑动窗口检测技术、图像逐层分析和定位裁剪技术,初步训练出了2个具备病害识别功能的模型,根据模型性能检验指标最终选择了YOLOv5x6作为本研究任务的模型。测试结果表明,该模型以较高的准确率和查全率识别出了待检测病害,用时仅为人工的千分之一。该技术的引入可极大提高文物病害识别效率,并且在病害识别过程中保持客观、稳定的标准。
鄂尔多斯盆地晚三叠世延长期沉积体系及岩相古地理演化
李文厚;庞军刚;曹红霞;肖丽;王若谷;目的查明鄂尔多斯晚三叠世延长期沉积体系、岩相古地理特征及演化规律。方法根据大量钻井、露头及岩芯资料,采用野外观察与室内研究相结合的方法。结果研究区在延长期发育的沉积体系有河流、辫状河三角洲、曲流河三角洲、湖泊及深湖浊积岩。在古地理演化过程中,长10期内陆湖盆开始形成,东西两岸两大三角洲裙初步形成;长9期湖盆快速下沉,湖区迅速扩大,三角洲多为破坏性的;长8期三角洲进一步发育;长7期湖岸线大幅度向外推移,西部浊积岩发育,东部三角洲面积明显减小;长6期湖盆面貌发生了显著的变化,深湖-半深湖面积大大减少,三角洲沉积体系极为发育;长4+5期继承了长6的沉积格局,三角洲建设进程减慢,三角洲大面积沼泽化;从长3期湖盆开始逐步淤浅、萎缩、消亡,河道逐渐发育;长2期分流河道发育;长1期由于差异沉降,在东部子长一带形成沉降中心,沉积了湖相浊积岩。结论在继续重视三角洲砂体的同时,也要加强深湖区浊积岩的勘探。
最小二乘法的创立及其思想方法
贾小勇;徐传胜;白欣;目的探讨最小二乘法的历史发展过程及其创立者的思想与方法。方法历史考察与数理分析。结果勒让德在先驱者解线性方程组的基础上,以整体的思想方法创立了最小二乘法;高斯由寻找随机误差函数为突破,以独特的概率思想导出了正态分布,详尽地阐述了最小二乘法的理论依据。结论两位数学大师异曲同工地谱写了数理统计学的新篇。相比之下,高斯把最小二乘法推进得更远、更深刻,这极大地促进了数理统计学的发展。
改进的模糊层次分析法
李永,胡向红,乔箭目的 改进传统的层次分析法。方法 将互反型判断矩阵改为模糊一致性判断矩阵,并把和行归一法或方根法与特征向量法结合使用,提出了改进的模糊层次分析法。结果 指出传统的层次分析法往往会导致判断矩阵不满足一致性条件,需要检验和修正,而且计算精度不高。改进后的模糊层次分析法既解决了判断矩阵的一致性问题,又解决了解的收敛速度及精度问题,以此求得与实际相符的排序向量。结论 改进传统的层次分析法较传统的层次分析法更加完善和行之有效,并符合人们的思维逻辑,形式简单,准确,且易建立。另外,由优先判断矩阵改造而成的模糊一致性矩阵满足一致性条件,无需再进行一致性检验,同时也可大大减少叠代次数,提高收敛速度,满足计算精度的要求,从而为多目标决策提供了较为可靠的决策方法。
鄂尔多斯盆地上三叠统延长组物源分析
魏斌,魏红红,陈全红,赵虹根据重矿物组合、古流向和碎屑颗粒粒度等资料,对鄂尔多斯盆地上三叠统延长组物源区的母岩性质、物源方向及演变特征等进行了分析。结果表明:延长组沉积物主要来自两种类型的母岩,即深变质的结晶片岩和片麻岩、浅海相碎屑岩及碳酸盐岩;在延长组沉积早中期,主要物源来自北部和西南两个方向,而延长组沉积晚期,西南方向物源占优势,北部物源的影响明显减弱,而且物源南北分布特征明显。
乡村聚落空间结构的演变机制
范少言通过分析乡村聚落功能的历史演化，认为农业生产新技术、新方法的应用和乡村居民对生活质量的追求是导致乡村聚落空间结构变化的根本原因。并阐述了乡村聚落空间结构形态演化的３个基本阶段和演变的基本模式。
最小二乘法的创立及其思想方法
贾小勇;徐传胜;白欣;目的探讨最小二乘法的历史发展过程及其创立者的思想与方法。方法历史考察与数理分析。结果勒让德在先驱者解线性方程组的基础上,以整体的思想方法创立了最小二乘法;高斯由寻找随机误差函数为突破,以独特的概率思想导出了正态分布,详尽地阐述了最小二乘法的理论依据。结论两位数学大师异曲同工地谱写了数理统计学的新篇。相比之下,高斯把最小二乘法推进得更远、更深刻,这极大地促进了数理统计学的发展。
改进的模糊层次分析法
李永,胡向红,乔箭目的 改进传统的层次分析法。方法 将互反型判断矩阵改为模糊一致性判断矩阵,并把和行归一法或方根法与特征向量法结合使用,提出了改进的模糊层次分析法。结果 指出传统的层次分析法往往会导致判断矩阵不满足一致性条件,需要检验和修正,而且计算精度不高。改进后的模糊层次分析法既解决了判断矩阵的一致性问题,又解决了解的收敛速度及精度问题,以此求得与实际相符的排序向量。结论 改进传统的层次分析法较传统的层次分析法更加完善和行之有效,并符合人们的思维逻辑,形式简单,准确,且易建立。另外,由优先判断矩阵改造而成的模糊一致性矩阵满足一致性条件,无需再进行一致性检验,同时也可大大减少叠代次数,提高收敛速度,满足计算精度的要求,从而为多目标决策提供了较为可靠的决策方法。
基于县域尺度土地利用碳排放的时空分异及影响因素研究
张杰;陈海;刘迪;史琴琴;耿甜伟;基于县域尺度研究土地利用变化导致的碳排放变化、空间异质性及影响因素，对推动土地利用方式向低碳化转变及制定合理有效的政策意义重大。该文以陕西省为例，估算县域1990—2015年土地利用导致的碳排放，探索时空变化的同时分析了不同县域的碳排放风险及其影响因素。结果表明，陕西省土地利用碳排放呈不断增加趋势，年均增长率为13.20%,其中建设用地是主要碳源，耕地的碳源作用不断减弱，林地是主要的碳汇，草地发挥着弱碳汇作用；1990—2015年各县域碳排放总量均出现不同程度的增加，且不同县域碳排放增量和碳排放风险差异显著，其中，市辖区的变化最为明显；GDP、城市化水平、高程、政策是影响陕西省县域土地利用碳排放的主要因素，且城市化水平对碳排放量的解释作用最大。
文化交流、传播与扩散的通道——以中国丝绸之路为例
薛东前;石宁;段志勇;郭晶;李玲;通过对中国境内丝绸之路的探讨,为丝绸之路沿线区域的文化建设,文化资源的开发与整合提供有力的依据。采用时空结合的方法,按照历史时间序列并从构成文化的不同层面梳理丝绸之路上文化的交流与融合,然后从文化传播的方式、时空演变特征以及扩散类型3方面分析文化的空间扩散过程。文化传播的主要方式有商品贸易、人员往来、宗教传播、战争;传播路径随时间不断更替,表现出显著的时空演变特征。物质文化交流与传播主要通过贸易进行,受不同历史背景和商品特质的影响,沿用不同的路线,以接触扩散和迁移扩散类型为主;艺术文化以宗教传播为手段,多为浸染扩散类型;宗教文化在时空演变过程中表现为多宗教并存,外来宗教多沿西北丝绸之路进入西域地区与本地文化融合后再向东传入中原地区,扩散过程受社会环境、民族迁徙的影响很大,采用了等级扩散、浸染扩散、迁移扩散等多种扩散类型相融合的复杂扩散方式。
寒武纪生命大爆发与地球生态系统起源演化
张志飞;刘璠;梁悦;胡亚洲;陈飞扬;张志亮;陈延龙;任心宜;姚金龙;李国祥;郭俊锋;华洪;生命活动加速地球有机界和无机界之间的循环,从而成为驱动地球生物圈、岩石圈和大气圈层物质循环和能量流动的主要动力。生态系统是由生物群落及其环境组成的统一整体,生物圈是地球上最大的生态系统。根据生态系统的组成及其演化阶段,综合全球重大地质事件和寒武纪大爆发动物界成型,本文提出地球生态系统可分为原始进化生态系统、初级进化生态系统和现代进化生态系统三大演化阶段。原始进化生态系统以陆核形成、成熟,早期超大陆聚合、裂解和潘基亚大陆形成早期阶段之前等不稳定大陆演化为地质背景,生物类群主要以蓝藻(又称蓝细菌)和真核藻类为生产者,以细菌微生物为分解者的2极食物链结构,生活底质仅以海洋底质(岩石)和沉积物为界面,在原始海洋中仅以海水、海底为介质的2相(液相和固相)生态环境,时间包括太古宙和元古宙的大部分地史时间,代表着以菌藻类初级生产者诱导的生态系统形成和演化,反映了生物圈与岩石圈物质循环的原始阶段。初级进化生态系统以冈瓦纳大陆聚合为地质背景,现代板块构造建立、全球板块联动,大陆风化加强,时间上包括埃迪卡拉纪末到早古生代的加里东运动时期。通过寒武纪大爆发,地球首次诞生了动物,代表着宏体消费者出现,由生产者、消费者和分解者组成的完整3极食物链结构形成,地球进入了以动物消费需求牵引的生态系统循环。消费者以海洋无脊椎动物为主,出现底栖、游移、浮游和游泳等现代海洋群落生态类型,期间礁体动物出现,生物礁繁盛,包壳、刻蚀(污损)生物开始大量增殖,由于生物的相互作用导致海底岩石生物风化急速加快,生物圈和岩石圈物质循环在海洋中迅速加强,代表地球现代复杂海洋生态系统初步形成。现代进化生态系统以潘基亚大陆聚散和古新特提斯构造域形成演化为地质背景,初级生产者发生重大改变、陆地植物出现,动植物登陆,陆地生态系统逐步形成、发展和繁盛。海陆高级消费者不断出现、演替,由生产者、消费者和分解者组成3极食物链结构稳定循环,系统能自我修复和自我完善,不同时期部分动物已跨越陆地和海洋两个生态系统进行繁衍生息,陆地生产者与分解者通过河流交相辉映、周而复始、循环不断。高山、河流和海洋生物生态分层分带明显,不同动物在陆地、海洋和大气不同界面(液相、气相和固相)穿梭,不同介质(海水、陆地和空气)交流互动。脊椎动物鱼类登陆从而导致四足动物(两栖类、爬行类和哺乳动物包括人类)的后续发生,不同地史时期不同类型的脊椎动物呈现"登陆下海"生态奇观,生态群落和营养结构复杂多变,生态类型繁多,时间横跨晚古生代、中生代和新生代直至现在,代表海陆交互的复杂地球现代进化生态系统的形成、发展、演替和繁盛。生物圈、岩石圈、水圈和大气圈以生物为纽带,物质交流和能量流动速度加快,成为现代地球生态系统的最大特征。因此,前寒武纪诞生了原始生命并衍生了现代海洋生态系统的初级生产者(菌藻类),地球进入初级生产者维持的原始进化生态系统;寒武纪大爆发诞生了地球动物消费者,历时4千万年地球动物界成型、建立了现代动物系统框架,之后5亿年再无新的动物门类出现,现代海洋生态系统格局形成,地球开启了动物需求驱动的初级进化生态系统;晚志留世和早泥盆世后陆地生态系统诞生,历时3亿年植物界成型,地球原始生产力不断革新,动植物海陆交互,现代生态系统形成,不断修复并完善。对比研究动物消费驱动的地球初级进化生态系统和高级生产者植物引导的现代进化生态系统的演化过程对理解地球的宜居性演化有重要意义。
期刊信息
杂志社名称：西北大学学报 自然科学版
杂志社英文名称：JOURNAL OF NORTHWEST UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION
出版周期：双月刊
出版地：西安市
语种：汉
主管：陕西省教育厅
主办：西北大学
主编：亢小玉
ISSN：1000-274X
CN：61-1072/N
邮发代号：52-10