广州大学学报(自然科学版)

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基于Sentinel-3 OLCI影像的粤港澳大湾区养殖鱼塘浮游植物碳浓度监测与变化趋势分析

杨现坤, 林荣坚, 王大康, 杨颖频, 王晋年

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(6): 1-12.

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粤港澳大湾区(GBA)是中国经济活动最为活跃的区域之一,其广泛的鱼塘水产养殖活动对区域水产品可持续供给具有重要意义,但养殖鱼塘高强度养殖活动造成的碳平衡仍缺乏大范围量化研究。该研究利用哨兵3号(Sentinel-3)海陆色度计(OLCI)数据,结合基于关键波段(Oa08、Oa09、Oa017)的半分析反演算法,通过SeaDas软件进行大气校正以提高反射率精度,为碳浓度反演提供可靠数据,进而估算2016至2024年间粤港澳大湾区鱼塘浮游植物碳浓度。结果表明:①整体上,粤港澳大湾区鱼塘浮游植物碳浓度呈现西北高-东南低,从内陆城市向沿海城市逐渐降低的趋势,不同城市之间浓度差异明显。②粤港澳大湾区养殖鱼塘浮游植物碳浓度的季节性变化较年际变化更为显著,其中,秋季浓度最高,为2.193 mg/L;其次是夏季与冬季,浓度分别为1.314 mg/L和1.465 mg/L;春季浓度最低,为0.632 mg/L。③高浓度区域主要分布在西北部的肇庆市、佛山市等内陆地区,低浓度区域主要分布在东南部的沿海地区。④浮游植物碳浓度年际变化表现为统计意义不显著的增加趋势,且在Sen's斜率估计中表现出逐年略微上升的趋势,年上升幅度在0.01～0.05 mg/L之间,主要集中在惠州、佛山、香港。研究验证了哨兵3号OLCI卫星在水产养殖区碳通量估算中的应用潜力,阐明了小型养殖鱼塘生态系统中浮游植物碳浓度的时空动态变化及其对区域碳循环的重要影响,成果为优化粤港澳大湾区环境管理及类似水产养殖系统碳动态研究提供了科学依据。

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广州市人口重心迁移轨迹及2035年人口预测研究

吴大放, 彭思盈, 袁浩斌

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(6): 13-27.

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人口作为城市发展的核心驱动力,其空间分布与数量变化对城市规划具有关键意义。本研究基于GIS重心模型、灰色GM(1, 1)模型、BP神经网络和GA-BP神经网络,利用2010—2024年广州市年末常住人口数据,探究该市人口重心演变路径,并预测未来人口数量。通过比较3种预测人口模型,发现GA-BP神经网络预测效果最优,并据此预测2035年人口规模。结果表明:①2010—2024年广州市人口重心整体向东南偏移,其中,2020—2024年偏移量最大,未来将持续向东南偏移;②预计到2035年,荔湾、越秀、天河、黄埔和从化人口基本稳定,海珠人口有所减少,花都、白云、番禺、南沙和增城人口有所增加;③中心城区需持续疏解高密度人口,南沙、番禺应防范“产城分离”风险,同步配套公共服务设施。研究成果可为广州市国土空间规划和政策制定提供科学依据,有助于提升城市竞争力与可持续发展能力,为我国城市化高质量发展提供参考。

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气象要素驱动的甘蔗成熟期遥感预测研究

杨颖频, 罗翊, 吴志峰, 王晋年, 杨现坤, 黄启厅, 王聪, 骆剑承

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(6): 28-37.

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甘蔗供给了世界上超过70%的糖料,精准预测甘蔗成熟期对于保障糖料产量、调配收割资源具有重要价值。卫星遥感是大范围观测作物生长进程的有效手段,但成熟期预测仍然面临机理不清的问题。文章从影响甘蔗生长发育进程的气温、太阳辐射两大气象要素出发,以有效积温(AGDD)和累积太阳辐射(ASR)作为驱动因子,构建遥感和气象数据协同的成熟期预测模型。基于Landsat-MODIS时空融合遥感时序数据,通过Double-Logistic模型重建NDVI时序,反演出苗期、分蘖期、伸长期,以这3个生育期为起点,分别建立基于AGDD和ASR的成熟期预测模型,并利用广西、云南2省多年物候站点数据,验证预测结果的精度。结果显示,不论是以出苗期、分蘖期还是伸长期为起点,基于ASR的模型精度均高于基于AGDD的精度;以出苗期为起点构建的模型精度最高,均方根误差为17.7 d,相对均方根误差达5.3%。该研究有望为大尺度甘蔗成熟期预测提供技术支撑,为甘蔗种植精准管理提供有力保障。

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数字经济赋能下建筑废弃物资源化产业数字化转型多主体行为策略研究

刘景矿, 张欣怡, 汪振双, 王学通

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(6): 38-56.

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在数字经济驱动下,建筑废弃物资源化产业的数字化转型已成为推动产业深度融合与高质量升级的必然路径,而制定科学有效的转型策略是破解当前产业发展瓶颈的关键议题。文章针对该产业转型中的主体协同难题,构建政府、开发商、施工企业与回收企业的四方演化博弈模型,系统分析各主体的策略选择逻辑及系统均衡点的稳定性条件;进一步耦合系统动力学构建SD-演化博弈复合模型,围绕政府补贴力度、企业数字化转型成本、单一主体转型收益,以及双方和三方协同转型收益等核心变量开展情景模拟,揭示多主体策略的动态演化规律与反馈机制,最终提出产业数字化转型协同策略。研究结果表明:①政府补贴对企业转型意愿具有正向激励作用,但需动态适配,过高或过低的补贴均会削弱主体转型动力;②开发商、施工企业与资源化利用企业通过协同转型获得的额外收益,与各主体的数字化转型意愿呈显著正相关;③区域数字基础设施完善度及数字经济发展水平直接影响转型成本控制效果,而产业链协同创新能力的提升是增加主体协同效益的核心路径。本研究不仅为厘清数字化转型背景下建筑废弃物资源化产业的多主体行为逻辑提供理论支撑,更为政府制定产业协同治理政策及企业优化转型决策提供实践参考。

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系统视域下“无废城市”生成机制与提升策略

汪振双, 林子怡, 刘景矿

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(6): 57-68.

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“无废城市”是一种新的城市发展模式和治理理念。在“无废城市”评价指标体系构建的基础上,以233份问卷调查数据分析为基础,利用管理熵理论和Brusselator模型对“无废城市”生成机制进行研究。研究结果表明,①我国“无废城市”管理系统耗散结构尚未形成;②影响我国“无废城市”形成的主要因素为开展无废城市细胞建设单位数量、工业有害废弃物的安全处置量、医疗废物回收和处理的系统覆盖范围、建筑废弃物消纳量、农村卫生厕所普及率、非正规废弃物填埋场整治完成率、无废城市政策性法规或政策性文件制定,以及生活废弃物量化等;③“无废城市”的形成需要降低其内部的正熵环境,并需要政府、企业和公众等建立足够大的负熵外部环境,使我国“无废城市”管理系统向耗散结构演变。文章最后提出我国“无废城市”建设的提升策略。

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基于网络最短路径的miRNA对疾病异常细胞功能影响的量化方法

鲍振申, 李先彬, 刘晓晖, 花丽

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(6): 69-77.

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miRNA对凋亡、血管生成等细胞功能有关键调控作用,而癌症等复杂疾病的发生发展与细胞功能的异常密切相关。因此,确定miRNA对疾病异常细胞功能的影响,可以帮助理解疾病发生发展的相关机制、发现疾病治疗新靶点。尽管传统分子生物学实验能够验证miRNA与疾病异常细胞功能的关系,但其存在实验周期长、成本高昂等显著局限性。为了解决这个问题,文章通过计算差异表达的miRNA与功能基因之间的最短路径,提出一种量化miRNA对疾病异常细胞功能影响的方法,即SP-MFA。将SP-MFA分别应用于肺癌及结直肠癌数据集,可识别疾病异常功能相关的miRNA。经过文献检索、KEGG通路富集分析等方式分析得到的结果显示,SP-MFA可以有效地识别与疾病异常细胞功能相关的miRNA。

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基于多模态图神经网络的miRNA-疾病关联预测模型

顾丽丽, 蒋静梅, 王慧静, 李矗矗, 鲍振申, 谢斌, 孙思, 刘文斌

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(6): 78-88.

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研究表明,miRNAs与多种疾病的发生发展密切相关。因此,识别miRNA-疾病关联(MDAs)不仅有助于理解疾病发病机制,而且能为开发靶向miRNAs的有效疗法奠定基础。相较于传统生物实验方法,通过计算方法识别MDAs已被证实具有成本低、效率高的优势。该研究提出一种名为MDAES的新型预测方法,该方法通过整合miRNAs表达数据和相似性网络实现MDAs预测。在MDAES中,首先采用多核学习(MKL)技术从miRNAs和疾病的相似性核矩阵中构建最优核矩阵;其次,运用回归模型获取miRNAs与疾病的特征表示;最后,通过融合miRNAs与疾病的相似性网络特征及miRNAs表达数据特征作为深度神经网络(DNN)的输入,实现MDAs预测。实验结果显示,MDAES在3个基准数据集上均表现出色(AUC均值>0.95),其性能优于现有主流方法。针对乳腺癌和肺癌的案例研究证实,预测结果前30个miRNAs中分别有96%与100%与相应癌症存在关联。总体而言,MDAES作为一种可靠且实用的预测模型,在MDAs识别方面具有良好潜力。

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基于深度学习的猪流感病毒人际感染预测研究

梁婉荧, 赖振宇, 张博亮, 吴柳余, 强小利, 寇铮

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(6): 89-98.

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流感病毒是一种重要的呼吸道传染性病原体,能够导致人际的大规模流行,严重威胁人类健康。历史上多次流感大流行的病原体源于猪流感病毒、禽流感病毒或基因组重排产生的杂交病毒。由于流感大流行对人类社会可能造成的灾难性后果,构建具有可解释性和通用性的人际传播预测模型,以实现早期预警,显得尤为重要。文章构建一个基于注意力机制的深度学习模型,用于预测猪流感病毒的人际传播风险。该模型结合卷积神经网络与双向门控循环单元,有效提取病毒基因组序列中的局部特征和长程依赖关系。该研究的核心创新在于引入可解释的注意力机制,该机制不仅提升模型性能,更重要的是能够自动识别并可视化与宿主适应性相关的关键基因区域(如PB1、PA和HA节段)。通过五折交叉验证,模型平均AUROC值超过0.99,性能较其他模型平均提高约0.150,明显优于基准模型。注意力权重的可视化结果与已知生物学证据高度吻合,验证了模型决策的生物学合理性。文章提出的猪流感病毒人际感染预测模型表现出良好的性能,能够有效识别猪流感病毒特征,为公共卫生领域的流感监测和预警提供了有力的技术支持。

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基于排放的V2I信号交叉口控制方法研究

刘均琪

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(6): 99-106.

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车路协同系统(Vehicle Infrastructure Cooperative System,VICS)是未来智能交通系统(ITS)的核心,V2I(Vehicle to Infrastructure)作为其关键技术,在缓解交通拥堵、提升交通安全和节能减排方面具有重要潜力。文章旨在通过V2I技术优化信号交叉口控制,降低机动车排放。首先,结合DSRC通信技术确定交叉口影响时空范围为300 m;其次,构建机动车动态速度控制模型和基于比功率法的排放计算模型;最后,利用MATLAB进行仿真,对比分析有/无V2I控制条件下的车辆运行效率和排放。仿真参数包括控制区域600 m、交通量900 pcu/h等。结果显示, V2I控制能显著减少CO、CO₂、NO_x和HC排放(降幅分别为13.5%、9.6%、19.9%与11.1%),同时提高通行效率,验证了该方法在节能减排方面的有效性。

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2025年, 第24卷, 第6期　刊出日期：2025-12-28

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