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关键词： 全基因组测序   生物信息学   DNA污染检测   DNA数据清洗   突变验证  

摘要： 细菌培养中经常发生污染,这严重影响了全基因组重测序（whole genome sequencing,WGS）结果的可重复性和可靠性。利用改进的生物信息学工具分析测序结果中潜在的污染并从受到污染的WGS数据集中提取目标有用数据至关重要。基于此研究背景,本论文开发了Clean Seq管道,用于从WGS测序结果中自动地检测和去除污染读数（reads）,通过局部重新比对（realignment）分析潜在基因组变异并进行适当的验证。本论文设计分析了计算机模拟的、公开可用的数据集和实验进化研究的真实实验数据集,结果均证明Clean Seq具有较高的应用性和可重复性。本文的研究内容和成果主要有以下几点:·针对WGS数据污染问题,本文实现了Clean Seq工具的污染检测和清洗模块,用于判断原始测序数据是否存在污染,并在发现污染后对数据进行清洗。方法如下:将原始数据比对（alignment）到细菌基因组比对数据库上,给测序reads分配物种标签,根据物种标签,判断是否存在物种污染。接着利用BLAST（Basic Local Alignment Search Tool）工具将原始数据分别比对到目标物种的参考基因组和污染物种的参考基因组上进行标记。根据标记结果获取独属于目标物种的reads,从而完成数据清洗。·针对变异分析,本文实现了Clean Seq工具的突变调用与验证模块,用于对基因数据进行常规变异调用并对结果进行可靠性验证。方法如下,首先使用常规变异调用流程对测序数据进行突变调用,获取原始突变调用集VCF（Variant Call Format）。根据VCF中的突变信息生成突变序列,利用BLAST将突变序列比对到原始数据上。根据比对结果提取与突变序列相似度极高的reads并将其可视化,根据可视化结果验证突变是否存在。·本文使用多种数据集对Clean Seq进行了全面的性能验证。通过设置多种模拟测试集,实验室进化数据集,公共污染数据集分别对污染检测与清洗模块,突变调用与验证模块以及Clean Seq整体进行验证,结果均表明Clean Seq可以有效处理被污染的测序数据并得到可靠的变异调用结果。

关键词： 表面增强拉曼光谱   生物分子   氢化可的松   纳米银   定量检测   支持向量机  

摘要： 表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS)技术自被发现以来,因其高灵敏以及能反映物质的振动信息的特性,在分子检测水平上,已成为探究分子结构信息的有力手段之一,推动着痕量检测的迅速发展。银纳米颗粒是一种高灵敏度的SERS增强基底,且采用还原法制备具有工艺简单、成本低廉的优势。本研究旨在以大面积滥用的糖皮质激素为研究对象,以SERS为检测手段,以纳米银颗粒为增强基底,设计了生物分子糖皮质激素氢化可的松的检测方案。本论文主要内容涵盖以下几个方面:1)验证拉曼光谱采集的工作原理,设计了拉曼光谱采集系统,进行验证性实验。采用葡萄糖还原法,聚乙烯吡咯烷酮为保护剂和分散剂,在常温下制备平均直径为50nm的纳米银颗粒增强基底,以罗丹明6G为探针分子,探讨纳米银粒子在硅片上密集排布和稀疏排布对增强效果的影响。结合FDTD对其增强原因进行了模拟分析,实验结果与理论模拟基本符合。2)提出了移动窗口中值法结合集成经验模态分解法研究尖峰噪声的去噪优化方法,并对验证性拉曼实验光路中采集的氢化可的松固体粉末拉曼光谱和氢化可的松SERS的尖峰噪声进行去噪。研究了生物分子糖皮质激素氢化可的松的拉曼光谱和在纳米银溶胶基底上的SERS,结果表明,氢化可的松的SERS与氢化可的松固体粉末的拉曼光谱相比,氢化可的松的拉曼峰在纳米银基底上出现了选择性增强。对0.1-10mg·L氢化可的松无水乙醇溶液的SERS进行了定量分析,分别采用移动窗口平均法、移动窗口中值法、Savitzky-Golay平滑法、小波阈值去噪法对去除尖峰后光谱进行去噪。分别采用自适应迭代重加权惩罚最小二乘法、不对称最小二乘法、BEADS(Baseline Estimation Add Denoising With Sparsity)算法三种算法对糖皮质激素溶液的SERS进行荧光背景扣除。应用Kennard-Stone方法以4:1比例将每种浓度的糖皮质激素溶液样品划分为训练集和测试集,选用连续投影法优选了17个拉曼特征位移。使用多种回归模型对特征位移建立定量模型。最终选择最佳的基于线性核函数的支持向量回归模型,测试集均方根误差仅为0.5026 mg·L,测试集决定系数高达0.9512,为糖皮质激素的精准监测提供方案策略。

摘要： 文稿如果用别人的方法，则只引用文献；如果对别人的方法有所改进，只须介绍改进之处。如果是自己建立的方法，则需详述，详述到以使读者能够重复为度，过分详尽亦无必要。一定要交待调查研究对象（动物）的数量、性别、年龄和随机分组。如果是动物实验，要写明动物合格证号。无论是动物实验还是人群试验，均应有对照组，并且应达到必要的数量。由于大量的临床研究多是回顾性的，难以做到严格的分组和随机。

关键词： 太赫兹频谱数据处理   边缘计算平台   并行计算   快速傅里叶变换  

摘要： 高分辨、大带宽实时太赫兹频谱分析仪对数据采集和处理性能有了更高的要求,设计高速数据处理算法模型是实现实时高分辨率太赫兹光谱仪的主要任务之一。本文基于边缘计算平台对太赫兹光谱仪所需的算法进行了设计、部署以及加速优化,主要研究内容如下: 依据太赫兹频谱分析仪中太赫兹光学频域频谱分析技术原理,设计了数据处理算法模型。该模型可以对输入的待处理数据进行切割标定、频谱分析、频谱图像渲染。针对边缘计算平台的硬件特征,对算法模型进行并行化重构提升算法整体并行性,同时优化内部线程的资源分配提升算法的运行效率。优化后的算法部署在边缘计算平台上,可以进行多帧频谱数据的并行处理。 依照数字带宽交织技术原理,在边缘计算平台上设计了频域带宽交织拼接算法,并对其进行了优化。本文从快速傅里叶变换的数学原理出发,采用并行算法模型,分别对不同运算点数的快速傅里叶变换进行了针对频域带宽交织拼接算法的优化并在边缘计算平台上完成了部署。 实验表明,部署后的频谱数据处理算法模型相比优化前模型效率提升了8.47倍,平均每帧频谱数据的处理时间仅为97.95μs。对于频域带宽交织拼接算法测试了8000点的拼接结果,运算平均时间仅为1.1305 ms。以上测试证明了本文设计、优化部署后的算法模型可以高效完成太赫兹频谱分析仪的数据处理任务。

关键词： 卫星图像   实践教学   能力训练  

摘要： 阐述卫星图像数据处理的教学方法，构建应用型的实践训练平台，有助于学生更直观地接受检验和展示。研究制定了卫星图像数据处理与应用的四个训练模块，探讨对应的教学内容、训练流程、能力要求。通过训练，学生能够生产出亚米级精度的卫星遥感图像，漫游和分析重点地区图像，对重要目标进行检测识别，最后整理出所需的情报信息。

摘要： 文题:起画龙点睛的作用，要求高度概括全文主旨，用词要简明扼要，一语中的，一般读者由此决定是否阅读全文。文题有两忌，一忌太泛，流于空洞；二忌太繁，流于烦琐。这2点都使读者不得领。对文题的要求概括如下：（1）文题的结构应该是短语不应该是主谓（宾）式的句子结构。（2）文题中不应出现非公知公用的缩写（缩写字母多译文长的除外）。

关键词： 旋流火焰   图像降噪   超分辨率重建   融合分析  

摘要： 受限空间旋流火焰具有很强的工业应用需求,但还缺乏系统性的精细实验研究和分析。旋流诱导的涡破碎过程对于火焰稳定具有重要作用,其伴随的火焰失稳、热声振荡和回火等现象的物理本质,特别是湍流与燃烧耦合机制等,研究还不够深入。本论文开展了旋流火焰OH(羟基)组分场和速度场测量实验研究,对数据图像进行了降噪处理和超分辨率重建,并开展了OH组分场和速度场的初步融合分析。结果表明,结合图像降噪以及神经网络方法对旋流火焰OH组分场图像进行超分辨率重建是可行的,有助于OH组分场和速度场的融合分析。首先,本文对所开展的OH-PLIF(Planar Laser Induced Fluorescence,平面激光诱导荧光)实验、对侧OH-PLIF同步成像实验和OH-PLIF和PIV(Particle Image Velocimetry,粒子图像测速)同步测量实验进行了详细的描述,获得了开展图像降噪、超分辨重建以及OH组分场和速度场融合分析的数据。其次,针对旋流火焰OH组分场图像存在背景干扰、低信噪比和边界结构不够清晰的特点,开展了图像预处理方法分析。以峰值信噪比(PSNR,Peak Signal-to-Noise Ratio)和相似结构性(SSIM,structural similarity)为图像评价指标比较了高斯低通滤波、均值滤波、中值滤波等7种图像降噪处理算法改进旋流火焰图像质量的效果,在参数优化条件下,高斯低通滤波、中值滤波以及均值滤波算法对低信噪比旋流火焰OH组分场图像的降噪效果最好,同时发现高斯低通滤波算法更能有效增强旋流火焰图像的边界特征。再次,针对受限条件下低分辨率旋流火焰图像处理需求,利用对侧OH-PLIF同步成像数据,开展了基于SRCNN(Super Resolution Convolutional Neural Networks)方法的图像超分辨率重建研究,重建结果对比于原始低分辨率图像在PSNR指标上提高了5d B,并且在边界指标上,取得了较大的提升。最后,采用旋流火焰OH-PLIF和PIV同步测量实验测量的速度场和OH组分场图像数据进行了流场融合分析,对不同工况下不同截面的数据随着时间的变换进行了流场结构方面的分析,有助于进一步了解旋流火焰速度场和OH组分场相互作用的物理机制,从而为设计更加清洁、高效、可靠和安全的燃烧装置提供一定参考。

关键词： 表处理软件  

ISBN: (数字)9787115579225 ISBN: (纸本)9787115579225

关键词： 变形监测   PS-In SAR   时间序列   深度学习   LSTM  

摘要： 地表沉降属于一种动态且长期存在的地质变动现象,唐山市南湖地区在发展过程中出现了显著的地表沉降问题。为实时掌握南湖地区地面沉降数据,全面了解地面沉降情况,减轻或减少地面沉降对社会带来的影响。利用PS-In SAR技术实时动态监测此区域的地表沉降,同时引入深度学习预测模型,综合沉降因素预测沉降变化趋势,对当地的防灾减灾和发展建设存在非常重要的意义。以唐山市南湖地区为例,通过采用PS-In SAR技术对研究区(2017年9月12日至2020年9月20日)的地表沉降信息进行提取,根据监测结果对主要发生沉降的区域分别以东西走向和南北走向进行分析。结合水准测量和GPS观测的实测数据分别对PS-In SAR的监测结果进行验证。通过构建ARIMA模型、SVM模型、LSTM模型,揭示变形监测数据蕴含的规律,从而用于预测监测区域的形变情况。并采用RMSE、MAE、MAPE三个评价指标对模型的预测结果进行精度评估。同时对研究区主要发生沉降的相邻区域进行相关性分析。研究表明,PS-In SAR技术提取的地表累积沉降量,与三等水准测量实测数据间的相关系数为0.9431;与GPS观测实测数据间的相关性为0.9971。证明PS-In SAR地表形变监测结果与实测结果具有很强的一致性,监测结果较为可靠。根据PSIn SAR的监测结果显示,在监测周期内研究区共形成了地震遗址公园、凤凰台、薰衣草庄园、天鹅湖动物园、爱尚庄园、锦鲤中心,六个明显的沉降区域。将PSIn SAR监测的时序累积沉降信息,利用各个模型进行沉降预测,根据沉降-时间走势图表明,LSTM模型的预测结果与PS-In SAR监测结果较为一致。与其他两个模型相比,LSTM模型的RMSE、MAE、MAPE值均为最小,模型预测精度高,满足南湖地区地表形变监测工程需求,可应用于实际生产中。通过对发生沉降的相邻区域分析,结果显示相邻区域间相关系数均在0.89以上,说明相邻区域间存在连片沉降的可能性。图39幅;表20个;参88篇。

关键词： 激光跟踪仪   变形监测   三维监测网   统一空间测量网络   测量误差  

摘要： 航空航天、加速器、飞机制造以及一些科研基础设施等精密工业产品的结构越来越复杂，对设备安装和运营阶段的条件及质量控制的精度要求越来越高，也对设备安装和运营阶段的微变形监测提出了较高的要求。近年来，随着激光跟踪测量技术的发展及应用，因其具备测量精度高、设站灵活、可直接获取三维坐标等技术优势，为构建高精度三维监测网提供了重要手段。本文依托于某市肿瘤医院的质子治疗系统微变形监测项目，围绕激光跟踪三维监测网的布设、数据采集、数据处理等关键问题展开研究。开展的主要研究工作及成果有:　　(1)介绍了激光跟踪三维监测网的基本构成与网形，从激光跟踪仪测量原理出发，根据误差传播定律，对激光跟踪仪的点位测量误差进行分析。重点分析了测角误差、点位误差随距离的变化规律，探讨了提高激光跟踪仪测量精度的措施。针对狭长受限空间监测网的数据采集，分析了公共点数量和空间分布对测量精度的影响。实验表明，为确保三维监测网的可靠性，公共点应分布均匀且数量不得少于6个。　　(2)对于三维监测网中坐标系和多测站数据转换统一问题，探讨了罗德里格矩阵法、奇异值分解法、四元数法等坐标转换模型及其优缺点，介绍了统一空间测量网络(USMN)数据处理理论和方法。针对微变形监测网基准构建问题，探讨了以重心为原点的虚拟重心基准、固定基准点的经典基准等两种基准建立方式，分析了经典基准建立微变形监测网基准过程。实验表明，构建虚拟重心基准适合于监测点分布密集且较为规则的测量现场，不适用于监测点分布狭长且不均匀的情况。　　(3)分析了微变形计算分析的基本原理，对相关算法逻辑和数据库进行详细设计，编写了微变形监测数据处理软件，实现了项目管理、沉降数据处理、差异沉降数据处理、微位移数据处理等功能。　　(4)开展了某市质子加速器微变形三维监测工程应用实践，根据工程实际构建了微变形三维监测网，并进行多周期变形监测。使用统一空间测量网络(USMN)实现多测站数据统一，利用所编写的软件进行微变形数据处理，为质子加速器安装与运行提供了必要保障。