多机械臂协同采摘技术通过集成多个机械臂,实现果蔬采摘的高效、精准和自动化,有效解决传统人工采摘面临的成本高与效率低的难题。综述了多机械臂协同采摘技术的研究进展,梳理了多机械臂协同采摘系统框架。针对协同采摘中的决策难题,分析了协同采摘任务规划中的协同方式以及任务分配,综述了多机械臂协同采摘中的碰撞检测与避障策略,以及路径规划技术。最后,对多机械臂协同采摘技术未来发展方向进行展望,提出机与农艺结合、人机协作、决策大模型和多算法融合等方面的发展趋势。

工业、农业及建筑部门的特定空间温湿度控制存在高耗能、高排放及低能效三大问题,绿色低碳环境控制技术亟需加强。热泵驱动转轮除湿空调具有高蒸发温度冷却、高效湿度控制、易于与可再生设备集成多方面的优势。分析了典型热泵驱动转轮除湿空调系统的原理,综述了热泵独立驱动转轮除湿空调系统在不同耦合方式下的研究进展,总结了热泵独立驱动转轮除湿空调系统在不同工况下的性能、再生温度及应用场合,并引入太阳能辅助热泵驱动转轮除湿空调系统,以太阳能集热方式的不同分别综述了太阳能热水型系统和太阳能空气型系统。最后,对热泵驱动转轮除湿空调系统现存的问题和未来的发展进行了分析和展望。

流体在基质孔隙和裂缝间的窜流,是弹性波在地震频段强衰减和频散的主要原因。给出一种分数阶导数描述的窜流方程。在频域对双孔隙介质的本构关系进行改进,引入了表示窜流效应的因子。将改进的本构关系代入拉格朗日方程,给出了考虑分数阶窜流的双孔隙介质波动方程。给出了波速和逆品质因子的解析表达式,并通过作图进行了分析。相对于传统窜流,分数阶窜流对弹性波在地震频段频散和衰减的描述,更加灵活、准确。

空气耦合探地雷达广泛用于地形条件差、地表障碍物较多的区域。为了精确评价地表障碍物位置对于空气耦合探地雷达探测的影响,将地表障碍物与探测物体水平方向上不同距离进行了量化研究。首先根据空气耦合探地雷达原理设计室内试验,通过室内实验对障碍物与探测物体不同距离展开研究,分析了障碍物对探测物埋深的影响,以及探测物体反射界面振幅的变化规律。然后通过正演模拟对相关规律进行验证。最后通过分析空气耦合探地雷达工作时电磁波传播规律,得出了振幅变化趋于平稳时,障碍物与探测物体间的距离与空气耦合探地雷达工作时各个参数的关系。研究结果表明:物理实验所用障碍物对空气耦合探地雷达探测地下物体时,探测埋深基本无影响;随着障碍物逐渐远离探测物体,探测物反射界面振幅会先增大然后趋于平稳。振幅增大阶段,振幅变化与障碍物的距离服从指数函数分布规律,振幅平稳阶段,振幅值与无障碍物时相当;将振幅刚好趋于平稳时障碍物与探测物体的距离定义为障碍物对振幅影响临界距离,天线悬空高度、探测物体的埋深、探测介质的介电常数、电磁波入射角都与临界距离有关。量化了地表障碍物对空气耦合探地雷达物理回波特性的影响,对空气耦合探地雷达工作具有指导意义。

黄土丘陵区是地质灾害高发频发的地区之一,亟需采用合适的评价因子和训练模型开展地质灾害易发性评价研究。以郑州“7·20”特大暴雨期间受灾最严重的乡镇巩义市康店镇为研究区,基于卫星遥感解译、实地调查、无人机航拍及相关资料收集,构建覆盖黄土界面、人类工程活动、水动力作用3个主控因素13个影响因子的评价体系,采用CatBoost模型、XGBoost模型和LightGBM模型共3种机器学习算法,开展地质灾害易发性评价研究,基于性能最优的机器学习模型,运用SHAP(shapley additive explanations)算法完成特征全局解释与依赖性分析。结果表明:CatBoost模型的精度高于其他模型(XGBoost和LightGBM),在AUC(area under curve)值、SHAP准确度、精确率、召回率、F₁分数和野外验证中均表现最优,其极高、高、中、低、极低易发区域面积占比分别为3.19%、1.40%、2.04%、5.93%、87.44%,极高、高易发区域主要分布在人类活动强烈的冲沟两侧,切坡建房是地质灾害发生的重要诱因。本次研究旨在优化建模思路,对建模过程的不确定性和可解释性进行研究,对机器学习的易发性决策机理进行解释分析,为豫西黄土丘陵区地质灾害防治提供科学依据。

为了提升地质灾害易发性评价的精度,以浙江省杭州市富阳区为研究区,提出了考虑缓冲区优化策略的随机森林地质灾害易发性评价方法。首先,选取归一化植被指数、距道路距离、距断层距离、汛期降雨量、坡度、坡向、起伏度、距水系距离和岩性共9个评价因子,通过多重共线性分析确保因子的独立性。其次,构建0.5、1、1.5、2 km 4种缓冲区范围,以随机采样方法生成负样本点,避免正负样本交叉污染,提高样本代表性和模型的区分能力,并增设一组无缓冲区的随机采样点作为参照。接着,采用随机森林算法对地质灾害易发性模型进行训练和测试,结果表明缓冲区优化策略能够显著提升模型预测精度,且缓冲区的设定存在最优边界。其中,1 km缓冲区对应的模型AUC(area under curve)值最高为0.815,表明该缓冲区设定下采集的负样本能够更加准确地区分地质灾害特征。最后,基于最优缓冲区与随机森林算法(random forest,RF)模型的易发性评价结果,高易发区主要集中在西北部和东南部的山区地带,且频率比随着易发性等级升高而不断增大,验证了这一方法的科学性,可为富阳区的地灾防治工作提供依据。

为了分析黄土地区地震滑坡的失稳破坏特征,以1920年海原8.5级特大地震诱发的新堡村滑坡为例,在卫星遥感解译、滑坡野外现场调查的基础上,基于滑坡体滑动前与滑动后体积相等的原理,采用MATLAB的数值仿真功能复原新堡村滑坡滑动前原始地形。在此基础上,运用数值模拟方法分析了新堡村滑坡在地震作用下失稳变形破坏特征并反演得到斜坡失稳最小水平地震动。滑坡复原结果表明:新堡村滑坡复原后,斜坡坡面形状整体呈内凹形,坡度的分布范围在12°~18°。数值模拟结果表明:复原后的滑坡在自然条件下,斜坡变形量较小,未出现明显塑性变形区,稳定性较好,整体稳定性系数为1.355。在地震作用下,当输入地震动为0.4g时,稳定性系数为0.887,斜坡处于失稳破坏状态,斜坡体出现了大面积变形,最大变形区域位于坡顶附近,从坡顶至坡脚逐渐减少,推测该滑坡为推移式滑坡。反演得到斜坡失稳最小水平地震动为0.36g,本文研究成果可为黄土地区地震灾害的防治提供一定的基础资料和参考依据。

为进一步丰富和完善构造混杂岩孕灾机制研究,以北澜沧江结合带为例,通过野外地质调查和室内测试分析,精细解剖构造混杂岩构造岩石学特征,查明物理力学特性,揭示其地质灾害效应。结果表明:北澜沧江结合带构造混杂岩作为非能干层夹持于西南侧花岗岩、花岗片麻岩和北东侧火山-沉积岩之间,主要岩石类型为千枚岩、板岩夹少量玄武岩、灰岩和硅质岩岩块,具明显“混杂堆积”特征,在构造隆升-差异风化-河流侵蚀的耦合作用下,逐渐演化为高山深切峡谷地貌,为地质灾害发育提供了地形地貌条件;在构造岩石学方面,北澜沧江结合带构造混杂岩表现出“一弱三强”的特点,即弱变质、强变形、强蚀变和强定向,导致岩石严重劣化,是地质灾害发育的物源条件;在物理力学特性方面,北澜沧江结合带构造混杂岩表现为一套易滑软岩“地层”,富含黏土矿物,具高孔隙度和吸水率、低抗压和抗剪强度,在斜坡内易形成软弱层或软弱带,进而长期蠕变演化为滑带,为地质灾害发育提供了结构构造条件;北澜沧江结合带区域构造运动和构造应力作用强烈,为地质灾害发育提供了动力学条件。研究结果有利于进一步丰富和完善构造混杂岩的孕灾机制。

通过探究东帕米尔高原植被覆盖度的时空演变规律及驱动力对植被覆盖度的驱动机制,为研究区的植被保护提供科学的数据支撑和参考。基于1993年、2000年、2007年、2014年、2021年Landsat遥感影像、气象、数字高程模型(digital elevation model,DEM)等数据,使用像元二分模型、马尔科夫模型、空间自相关分析和地理探测器,开展东帕米尔高原植被覆盖度时空演变及检测驱动力的研究。结果表明:①1993—2021年东帕米尔高原植被覆盖度呈上升趋势,在空间分布上总体表现为“东部高,西部低,中部极低”的特点;②1993—2021年东帕米尔高原植被覆盖度空间自相关分析表现为显著的正空间自相关,全局莫兰指数为0.27~0.40,局部空间自相关表明,植被覆盖度在局部地区以低-低聚集和高-高聚集为主的聚集;③因子探测结果表明,1993—2021年间,研究区各驱动因子对植被覆盖度空间异质性的解释力(q)表现出不同程度的波动,土地利用和DEM是东帕米尔高原植被覆盖度的主要驱动因素。交互探测结果表明,驱动因子之间交互的影响力大于单驱动因子的影响力,交互结果均表现为增强。

为总结慢性肾脏病(chronic kidney disease, CKD)患者中医证型、证素分布规律,通过检索中国知网、万方数据知识服务平台、维普资讯中文期刊服务平台、中国生物医学文献服务系统、PubMed、Embase、Cochrane Library数据库自建库至2024年8月21日公开发表的CKD中医证型相关研究,提取相关信息。采用WPS Excel软件建立数据库,统计文献基本特征、证型及证素出现的频率。运用数据挖掘技术中的关联规则分析、系统聚类分析方法研究了其证素分布规律。结果表明:共纳入文献126篇,涉及CKD患者45 382例;涉及证型129种,证素37种(其中病性证素23个,病位证素14个),证候要素组合形式7种。频率>5%的6个证型依次为脾肾气虚证、血瘀证、湿热证、湿浊证、气阴两虚证、脾肾阳虚证。病性证素:包含实性证素16个,虚性证素7个。频率>5%的6个病性证素依次为气虚、湿、阴虚、血瘀、热、阳虚。病性证素组合分布形式共61种,频率>5%的7种组合为气虚、血瘀、湿+热、阳虚、湿、阴虚、气虚+阴虚;病位证素:频率>5%的3个病位证素依次为肾、脾、肝。病位组合分布形式共23种,频率>5%的3种病位证素为脾+肾、肾、肝+肾;证候要素组合形式:包括一、二、三、四、五、六、七证素7大类,以二证素组合为多(46.36%)。关联分析显示脾-胃支持度最高,湿-热-脾、经络-筋骨、脾-水停-气虚、脾-胃-湿置信度最高;系统聚类分析结果可得到4个聚类组。可见CKD证候表现为虚实夹杂,脾肾气虚证是CKD最常见的证候类型。CKD病位主要在肾、脾、肝,气虚、湿、阴虚、血瘀、热、阳虚是常见病性证素。

柠条是内蒙古地区主要的防风固沙植被,种植区域广、面积大。柠条平茬、收获对收获机的需求量大。针对传统柠条收获机油耗高、污染重的问题,以课题组设计的增程式混合动力柠条收获机的最高车速、最大爬坡度和纯电动续驶里程为目标函数进行动力参数设计。首先依据整机设计参数及性能需求,进行了收获机增程器、驱动电机、电池的参数设计。结合实际作业工作参数运用AVL/Cruise软件进行仿真,寻找整机性能指标的最优解。通过整机现场试验验证仿真结果的合理性,对比二者结果知:最高车速的误差为9.012%,爬坡度误差为6.404%;两种结果误差在允许范围内。研究表明仿真模型的合理性,可为后续增程式混合动力柠条收获机动力参数优化提供参考。

为解决综掘巷道掘锚比例失衡与单体运输困难的问题,设计一种综掘巷道协同运锚车,基于ADAMS建立了协同运锚车的运动学模型,对高效送架作业进行轨迹规划,并分析承接装置与支护单体前移过程中各支腿的力学特性和极限送架距离。结果表明:支护单体前移过程中,当四条支腿全支撑时,前支腿的受力和力矩分别增加196%和195%,后支腿的受力和力矩分别从73.5 kN和238 kN·m减小至0,极限送架距离为15.3 m,满足送架的设计要求;当三腿支撑而右后支腿无支撑的特殊工况时,左前支腿的受力和力矩分别增加566%和572%,左后支腿的受力和力矩分别从145 kN和462 kN·m减小至0,右前支腿恒定的受力和力矩为150.8 kN和569.4 kN·m,极限送架距离为14.99 m。可见在三腿支撑而右后支腿无支撑的特殊工况下,协同运锚车的极限送架距离超过掘进机的最大长度,满足高效送架要求。

双底吹炼铅是一种典型的富氧强化熔池熔炼炼铅工艺,在协同处理铅基固废时,其实际生产操作相对于传统矿铅冶炼时更为复杂。为确保其生产状况处于稳定、经济的状态,对其工艺控制有了更高要求。采用MetCal desk冶金计算平台,基于冶炼过程物料平衡、热平衡及化学平衡的原理,建立了双底吹炼铅协同处理铅基固废工艺计算模型,模拟计算了双底吹炼铅工艺协同处理铅基固废工艺参数;同时通过反馈控制算法对模型进行修正及反馈控制,使其更符合实际生产情况,为现场工艺工程师实际生产操作提供指导,实现工艺过程的优化控制。

CO₂驱是提高低渗透油藏采收率最有效的技术手段之一,但注入的CO₂会引发原油中沥青质沉淀,导致储层渗透率下降并改变储层的非均质性。为明确不同压力条件下沥青质差异化沉淀对低渗透储层非均质性的影响,以吉林油田某低渗透油藏为研究对象,通过CO₂长岩心驱替实验,明确了不同压力下的CO₂驱替特征,同时结合原油及岩心性质测试结果,分析不同压力条件下驱替前后原油沥青质含量及储层性质变化,进一步明确了沥青质沉淀的分布规律。结果表明:非混相条件下,原油采出程度较低,仅为55.11%,沥青质沉淀随驱替距离的增加呈现先增加后减小的趋势,CO₂主要驱替大孔喉原油,沥青质沉淀也主要发生在高渗区域内,从而抑制了储层非均质性;混相条件下,原油采出程度较高,达81.84%,沥青质沉淀随驱替距离的增加而增加,CO₂能够驱替小孔喉原油,沥青质沉淀发生在高渗及低渗区域,但低渗区域受到的影响大,储层非均质性进一步加强。

以砂岩中含量最高的二氧化硅为主要研究对象,对二氧化硅壁面分别进行了羟基(—OH)化和甲基(—CH₃)化处理代表亲水和疏水壁面,运用LAMMPS软件进行分子动力学对超临界CO₂萃取原油组分的过程进行模拟研究。结果表明:温度为333.15 K、压力为20 MPa时,超临界CO₂萃取出羟基化二氧化硅壁面的饱和烃分子比甲基化二氧化硅壁面的多5.07%;原油组分与两种壁面的相互作用能均为吸引关系,饱和烃分子的相互作用能下降幅度最大分别为77.52%(羟基化二氧化硅壁面)和46.04%(甲基化二氧化硅壁面)且甲基化二氧化硅对饱和烃的相互作用能大于羟基化二氧化硅壁面;CO₂容易萃取出分子链较短的饱和烃分子,原油组分在两种壁面条件下的扩散系数大小为饱和烃>胶质>芳香烃>沥青质。

在天然气储气站点,异常井筒温度将严重影响储气作业过程,准确地预测井筒温度对于提升作业过程的安全性具有重要意义。在作业过程关联参数分析的基础上,提出了改进时空图卷积神经网络(advanced spatiotemporal graph convolutional neural network, A-SGCN)的储气库井筒温度预测方法。A-SGCN分别通过GCN和长短期记忆网络(long short term memory network,LSTM)进行空间依赖性建模和时间依赖性建模,结合自适应残差注意力机制有效捕捉时空数据之间的复杂关系,最终实现对温度的准确预测。方法的有效性通过黄草峡储气库2号注采站进行了验证,通过草储1井与草储6井的关联监测参数实现了对草储1井井口温度的准确预测。

为了更准确地识别机械设备中的正常和异常声音,提出了一种融合注意力机制和域泛化技术的异常声音检测算法。具体来说,通过联合训练两个神经网络,结合使用子族群余弦自适应损失函数Sub-Cluster AdaCos(SCAdaCos),并采用高斯混合模型对声音特征进行建模。异常评分使用负对数似然值计算,并通过90%分位数设定检测阈值。实验结果显示,该算法在风扇、轴承等7类机器上,ROC(receiver operating characteristic curve)曲线下的面积AUC(area under curve)和部分曲线下面积pAUC(the partial AUC)的调和平均值分别为76.69%和87.99%,其中阀门数据表现最佳。相比于两种基线系统,AUC和pAUC指标分别提高了24.08%和20.68%。进一步的消融实验表明,高斯混合模型、注意力机制以及SCAdaCos损失函数均对性能提升有显著贡献。与同一数据集上的其他8种算法相比,新算法在AUC和pAUC的调和平均值上提升了4.16%,展现了其在异常声音检测任务中的显著优势。

滑坡是一种非常严重的地质灾害,大多数滑坡与降雨直接相关,因此降雨量监测对于滑坡预报预测具有重要意义。基于摩擦纳米发电机技术,研制了一种用于滑坡监测的自发电雨量传感器。传感器包括传动单元和传感单元,通过降雨诱导纳米材料接触摩擦实现降雨测量和自发电的功能。实验结果表明:传感器在0~300 mL/24 h的量程范围内的测量误差为5%,线性度为3.4%,可在温度小于100 ℃及相对湿度小于90%的环境下正常工作,且当传感器外接负载阻值为7.8×10⁷ Ω时可输出最大功率203.5 nW。传感器能够满足野外滑坡雨量监测的实际需要,可为相关雨量监测传感器的研制提供借鉴。

自然冷却是数据中心空调系统中能效较高、应用广泛的冷却方式之一。基于苏州、北京、贵阳、广州、乌鲁木齐的气候特征,通过TRNSYS建立了数据中心自然冷却系统模型,研究了不同地区相同冷冻水供回水温度下数据中心的节能效果。结果表明,冷冻水供/回水温度为15/22 ℃时,完全自然冷却时间最长的为乌鲁木齐,占全年的67.4%,最短为广州,占全年的10.2%;完全机械制冷时间最长为广州,占全年的63.0%,最短为乌鲁木齐,占全年的4.3%;部分自然冷却时间最长的为贵阳,占全年的31.8%,最短为北京,占全年的18.6%。全负荷状态下,年均系统电能利用效率(power usage effectiveness,PUE)最低的是乌鲁木齐,为1.227;PUE最高的是广州,为1.299。五个城市的年均PUE随负载率的升高而降低,且随着负载率的升高,空调能耗对年均PUE的影响变小。研究结论为指导不同地区数据中心自然冷却技术的应用提供了理论支撑。

U型地热井作为开采中深层地热能的一种方式,其热开采效率的提高对地热储层的能源利用具有重要意义。为了研究U型地热井的换热特征及相关因素对热开采效率的影响,结合陕西黄陵地区地质与储层资料,通过建立3 500 m深U型地热井数值模型,对现场实验案例进行了模拟验证,重点分析了地热井井型、储层地温梯度和工况条件等因素对热开采效率的影响,并进一步对井型优选与参数优化做出了评价。研究结果表明:U型地热开采井相较于其他类型的地热井,在岩土地温梯度较高,尤其是管道埋深3 000 m以上的地区热开采效率更为突出;在本研究的参数选择范围内(注水流量分别为40、60、80、100、120 m³/h,注入温度分别为20、25、30、35、40 ℃),U型地热井的出入口的流体温差越大,换热量也就相应越高,研究区域U型地热开采井的注入流量采用100 m³/h,注入温度采用20 ℃为最佳,对于注入流量的选择需综合考虑出口温度和热开采功率的要求以及循环水泵的功耗进行设计。研究成果有望指导所在地区中深层地热开采的优化设计。

为更好地支持国产先进压水堆核安全审评工作,针对国产先进压水堆卡轴事故开展了计算分析,并研究了丧失厂外电(loss of offsite power,LOOP)假设和慢化剂温度反馈对事故后果的影响。最终得到:①事故过程中得到的反应堆冷却剂系统峰值压力、热点包壳峰值温度均满足事故验收准则的要求,核电厂最终可达到一个稳定状态;②LOOP假设是保守的一种假设条件,但对于本事故,LOOP假设引起的后果差异都体现在事故中后期,对在事故早期出现的系统压力峰值、最小偏离泡核沸腾比(departure from nucleate boiling ratio,DNBR)和热点包壳峰值温度等主要结果参数不会产生影响,是否引入LOOP假设都可接受;③慢化剂温度反馈的引入是一种不保守的假设条件。然而,在不引入慢化剂温度反馈情况下得到的反应堆冷却剂系统峰值压力、热点包壳峰值温度也均满足事故验收准则的要求,且保有很大裕量。同时,引入慢化剂温度反馈使得计算更接近现实。综上,在本事故中引入慢化剂温度反馈也是可以接受的。

为强化湿空气-水外掠交错管束的传热传质性能,基于DPM(discrete phase model)和Wall film模型耦合方法,构建了湿空气-水交错管束的传热传质特性分析模型。经验证模拟结果与文献数据最大误差为1.1%。研究了3个关键结构参数对其热质传递特性的影响。结果表明,管束纵向间距及横向间距的增加能提高管壁-喷淋水间的传热性能,横向间距的增加使湿空气-喷淋水间传质性能降低。其中,在纵向间距从30 mm增加到70 mm过程中努谢尔特数Nu升高了33.3%;在横向间距从10 mm增加到50 mm过程中,努谢尔特数Nu升高了73.5%。此外,管径越大,管束与喷淋水接触面积越大,换热性能越好。在横纵间距一定时,最大管径(24 mm)的湿空气温度最低,降幅为11.2%,同时其焓值最高,升幅为35.6%。研究结果为优化交错管束结构和提高传热传质效率提供了理论依据。

整流器作为电能变换功率模块的关键环节,广泛应用于变频器等供电系统设备中,其运行可靠性直接影响整个系统的运行状态。为提高整流器运行可靠性,需针对其中的敏感部件整流二极管进行寿命预测,提出一种由改进后的灰狼优化算法(grey wolf optimization,GWO)优化简单循环单元(simple recurrent unit, SRU)网络超参数的预测模型。首先对二极管进行功率循环加速老化试验,对其特征参数进行分析,选取正向导通压降作为主要老化特征,其次采用改良策略后的GWO对SRU网络的学习率、隐藏层个数、迭代次数等超参数进行寻优,建立组合预测模型,最后将老化试验所得数据输入模型中进行训练以及验证,得到预测结果与其他模型对比。结果表明:本文模型具有更高的准确性,基于数据驱动的预测方法较传统分析建模方法提高了二极管寿命预测精度,进而提高了整流器工作可靠性。

在突发公共卫生事件时,最优的生活物资发放位置的选择极为关键,为此,以长春市的应急生活物资发放为例进行实证研究,提出应急物资发放选址优化算法。首先,基于K-means聚类和泰森多边形的方法确定虚拟物资仓库、发放备选点以及服务覆盖区域。然后,以最大覆盖率、最小化成本为目标建立优化模型,并提出基于自适应精英保留策略的改进遗传算法进行求解。实证研究表明聚类分析算法能够初步得到873个虚拟物资仓库和发放备选点,而泰森多边形能够有效确定备选点的合理覆盖范围,改进的遗传算法能够得到更优的30个物资仓库和发放位置。数据分析同时发现从物资发放到有效控制传染存在时间滞后性,因此一旦新增速率超过正常值,应该提前加大应急物资储备和发放以控制感染的进一步爆发。研究成果有利于增强城市危机管理和应急响应的能力,确保生活物资供应的及时性和高效率。

为提高多输入特征下光伏发电功率模型的短期预测精度,提出了一种基于优化时域卷积网络超参数的光伏功率预测组合模型(LGGWO-TCN-MHSA)。该模型集改进灰狼优化算法(levy gold gray wolf optimization,LGGWO)、时域卷积网络 (temporal convolutional network,TCN)和多头自注意力机制(malti-head self-attention,MHSA)于一体。首先,采用斯皮尔曼相关系数法提取对光伏功率影响较大的主要特征,并输入至TCN预测模型;然后,将提出的多策略改进灰狼优化算法LGGWO应用于TCN 内部进行超参数优化,改善模型预测性能;最后,将预测值输入至多头自注意力模型中进一步提升预测精度。实验采用澳大利亚原始光伏数据进行验证,通过与卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)、长短期记忆神经网络(long short-term memory,LSTM)等六组模型进行对比,所提模型在测试数据集上的平均绝对误差(mean absolute error,MAE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)分别降低了2.03%~82.0%和10.5%~80.1%,结果表明:所提方法具有较高的预测精度和良好的稳定性。

信号在传输过程中会有噪声信号的加入,导致信号的幅值发生变化,从而对接收灵敏度造成影响。为了研究噪声与灵敏度之间的关系,采用两种信噪比计算方法,并通过对信号进行数字滤波、脉冲峰值提取和半幅点计算处理,进而完成DME(distance measuring equipment)信号的判决与灵敏度计算,并基于此分析DME判决与信噪比大小之间的关系。结果表明,在信噪比较小且信号强度足够小时,DME判决的准确性受噪声信号影响较大,从而会导致测距精度降低。

针对高精高速高效温度控制由于多点测温和非对称加热工况而带来的难题,提出IGRO-PID(improved gold rush optimizer-proportional integral derivative)和多层模糊嵌套算法串级结合的新型温控算法(IGRO-FuzzyN-PID)。仿真验证IGRO算法在PID控制系统中优于CPO (crested porcupine optimizer)、IPSO(improved particle swarm optimization)、COA(crayfish optimization algorithm)、GA(genetic algorithm)算法。仿真和实验验证IGRO-FuzzyN-PID算法较单一IGRO-PID算法,在输入输出对称和非对称工况下的超调量、稳态误差、平均误差提升70.91%、70.69%、82.35%和86.89%、76.23%、86.56%。结果证明IGRO-FuzzyN-PID在输入输出对称和非对称工况下满足高精高速高效的控制需求。

为解决电网物资品种繁多、规格多样、数量巨大、用途广泛、受政策和投资影响大等特点所导致的预测模型构建困难的问题。首先,通过德尔菲法和灰色关联分析法(gray correlation analysis,GRA)筛选影响基建、业扩及抢修项目物资需求数量的因素。其次,利用引入自适应惯性因子和学习因子的改进粒子群算法调整极限学习机的最佳参数组合,训练各类配网项目物资需求预测模型。最后,以南方电网深圳市某供电局2020—2022年基建项目10 kV电力电缆需求情况为例,将GRA-IPSO-ELM(grey relational analysis,improved particle swarm optimization,and extreme learning machines)德尔菲法和灰色关联分析法模型与常见的4种预测模型的结果进行对比。结果表明,相较于ELM模型、支持向量机模型以及PSO-ELM模型,GRA-IPSO-ELM模型预测准确率得到10.38%、5.37%、3.83%的提升,可见,所提出的模型实现了对配网物资需求数量准确且高效的预测。

针对基于卷积神经网络的流量分类方法难以捕捉序列中不同部分的重要性、特征提取不足的问题,为提升网络流量分类精度,提出一种注意力机制与卷积神经网络相结合的流量分类方法,在卷积神经网络模型的基础上设计实现一种注意力机制层,通过接收全连接层的输出作为输入,计算输入特征的权重并乘以原始特征,实现对关键特征的加强,进而有助于提高模型对关键信息的捕捉能力。其次针对网络流量类别样本数不均衡导致模型过拟合于高比例类别,难以识别分类小比例类别的问题,提出了一种对数据集进行数据增强的方法。并且考虑到超参数组合优化的角度,提出一种基于贝叶斯优化的超参数搜索策略和五折交叉验证的方式对模型的超参数组合进行优化。通过上述方法研究确定模型的超参数组合。使用公开数据集进行上述实验与模型测试,结果表明:与其他方法相比,总体准确率、精确率以及F₁分数都有明显的提升,验证了本文所提方法具有更好的分类性能。

中医药是中国重要文化生态资源。国家或地方相关法规标准对中成药包装标签设计提出明确要求,成为指导中成药包装设计的强约束条件。在此情况下,梳理中成药包装设计信息清单,并绘制符合约束条件的包装盒模板,搭建设计强约束环境。以“江中牌健胃消食片”包装设计为例,将现有药品包装盒作为研究对象,通过眼动追踪技术分别对包装盒六张单面图以及展开图进行眼动数据捕捉,以注视时间和热区图作为关键指标分析包装盒区域关注度及药品信息重要度,对现有包装信息布局进行系统评价,并提出改进方向。最终,通过设计赋能,将药品信息与版面重新匹配布局,输出包装设计方案,指导中成药包装设计在规范化前提下实现视觉信息高效优化设计。

水电、港口、交通等基础工程建设材料通常就地取材采用堆石料,然而不同地区的堆石料形状存在较大差异。为研究堆石料纵横比对其K₀压缩特性的影响,首先采用离散元法生成 10种不同纵横比的颗粒簇,之后取相同的等效颗粒粒径,以同样的方法分别生成相同初始状态的试样,最后进行静止土压力系数K₀压缩试验,就颗粒纵横比对堆石料K₀压缩特性的影响及其微观机理做了详细的探讨。研究结果表明:①在宏观层面,不同纵横比堆石料试样以AR=0.5为分界,当AR在0.5~1时,试样的K₀随着纵横比的增大而增大,当AR在0.2~0.5区间时,试样的K₀值随着纵横比的增大无明显规律。这表明在工程设计时,需要重点考虑纵横比0.5~1这段区间的颗粒。②在微观层面,颗粒纵横比越小(颗粒越长)的试样配位数越大、颗粒间的平均力和颗粒累计旋转角度越小,这表明颗粒纵横比越小的试样颗粒间的接触更紧密,接触力力链更分散,颗粒的抗旋转能力越强。这可能是造成不同纵横比堆石料K₀压缩特性差异的原因。研究成果可为存在颗粒形状差异地区的K₀评估提供理论参考,并为选择合适的堆石料材料提供依据,确保工程安全。

强度折减法是计算边坡安全系数的重要方法,其对安全系数的计算依赖于强度折减过程中边坡失稳的判据。位移突变是目前常用的边坡失稳判据之一,目前对边坡位移突变的判定较为主观。基于强度折减法,计算出边坡最大位移随强度折减系数的变化,并计算不同折减系数时边坡最大位移的标准差,提出了一种基于最大位移标准差的强度折减法中边坡安全系数确定方法。采用典型算例验证了提出方法的正确性,并将该方法应用于工程实际。结果表明,该方法可以客观识别强度折减过程中边坡位移突变的发生,有效确定边坡安全系数。对于需要定量对比不同工况下安全系数变化的实际边坡工程,该方法具有一定的实用价值。

为了研究冻融循环对石灰改良黄土边坡的稳定性影响,通过直剪试验和土水特征试验获得了石灰改良黄土在不同冻融循环次数下的抗剪强度和土水特征变化规律,并利用MIDAS GTS NX软件采用强度折减法分析高填方黄土边坡的稳定性。结果表明:土样的内摩擦角和黏聚力都随着养护龄期的增加而增加,随着冻融循环次数的增加,土样的内摩擦角会先增加后逐渐趋于平稳,而黏聚力会先下降后逐渐趋于平稳;石灰改良黄土在第一次冻融循的最低温度时其基质吸力最大,第二次冻融循环时,其基质吸力最小,其后土体的基质吸力有所提高。冻融循环会造成边坡渗透流速的增大;冻融边坡模型的孔隙水压力变化趋势与未冻融边坡相同,孔隙水压力在边坡模型底部为正值,靠近边坡顶部逐渐减小,至坡顶为最小值。冻融循环会造成边坡在降雨工况下的应变增大,影响边坡的安全稳定性;浅层冻融对于高填方改良黄土边坡安全性影响很小。

为了研究岩石破碎对嵌岩桩承载力的影响,应用统计理论建立了考虑岩石破碎的混凝土-岩石剪切模型。将该模型的计算结果与实验结果对比,验证了该模型的准确性。利用考虑岩石破碎的混凝土-岩石剪切模型和嵌岩桩荷载传递机理,建立了考虑岩石破碎的嵌岩桩荷载传递方程并采用Runge-Kutta法求解。将该方程的计算结果与现场静载实验结果接近对比,验证了该方程的准确性。研究结果表明通过统计理论建立岩石破碎的力学模型是可行的。考虑岩石破碎的嵌岩桩荷载传递方程与现场静载实验结果吻合,可以描述桩-岩相对位移-桩侧摩阻力曲线的屈服变形阶段和应变软化阶段。进行参数敏感性研究,深入分析了岩石破碎对混凝土-岩石剪切机制和嵌岩桩承载机制的影响。

针对多约束、大规模的三维装箱问题,研究建立相应的数学模型,提出了改进鲸鱼算法与模拟退火算法相结合的混合元启发式算法。该算法对鲸鱼算法进行离散化处理,包括个体编码方式及更新机制等,利用模拟退火解决局部最优陷阱,并设计启发式装载规则进行解码,优化装箱方案。利用Bischoff和Ratcliff教授在OR-Library所提供的三维装箱标准算例和实际企业货物订单数据作为仿真案例,涵盖了从弱异构到强异构的货物类型。本研究所提算法同时兼顾了全局搜索和局部搜索能力,在面对多种箱子类型时,具有较高的填充率,其中弱异构型货物平均容器填充率为92.24%,强异构型货物平均容器填充率为88.78%,总体平均容器填充率达91.29%,为三维装箱问题研究提供了一定的借鉴和参考价值。

为了探究高掺量胶粉改性沥青的老化作用机理,借助20%、25%和30%三种不同掺量的橡胶沥青,采用四组分分析实验和红外光谱实验,评价老化橡胶沥青的四组分指标变化,并分析老化前后的化学组成和官能团变化,通过对比研究,揭示高掺量胶粉改性沥青在不同老化条件下的老化机理。结果表明:老化对高掺量胶粉改性沥青的组分影响更显著。20%掺量时,饱和分、芳香分和胶质分别降4.4%、3.4%、4.3%,沥青质增117.7%;25%掺量橡胶沥青饱和分下降5.0%、芳香分下降8.4%、胶质下降4.9%、沥青质增加119.3%,30%掺量时,降幅更大,分别为7.4%、9.5%、6.0%,沥青质增至128.9%;老化过程中,高掺量胶粉改性沥青的质量损失较小,沥青中轻质组分结合与裂解橡胶结合减少了轻质组分活性并增强了抗老化性;高掺量改性沥青在老化条件下羰基与亚砜基指数增长更显著,可能导致性能下降,其橡胶与沥青的相容性在老化中更易受影响,表现为更剧烈的硫化现象和分子链交联的变化。研究成果为橡胶沥青老化作用机理提供了理论支撑,并为高掺量胶粉沥青路面的实际应用与养护提供了借鉴,对提升橡胶沥青路面性能具有重要意义。

为了尽可能减小施工对机场运营的影响,机场道面养护施工常采用关闭部分时段或部分道面的不停航施工方式。因此机场道面养护和修复有必要综合考虑质量、工期、安全等施工管理关键目标,开展科学有效的施工组织管理研究。提出一种基于多目标优化的机场道面不停航养护和修复活动优化模型。以机场道面养护施工管理中的工期目标为切入点,以施工工序为研究对象,分别建立成本、质量与施工时间之间的函数关系,实现了各目标的科学量化,并进一步采用施工窗口期约束构建了优化模型。模型结合了关闭夜间时段,保证了机场可在不停航状态下高效施工,并实现了工期、成本最小化,质量水平最大化的三目标优化。对比了多目标粒子群算法(multiple objective particle swarm optimization,MOPSO)、第Ⅱ代非支配排序遗传算法(nondominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)和第Ⅲ代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)在三维目标下的求解性能,结果发现,三种算法在解决凹面优化问题DTLZ2时均表现出了良好的性能,NSGA-Ⅲ解决三维优化问题时性能显著优于另外两者。经实例验证,本模型在满足施工约束的基础上实现了施工管理各目标的进一步优化,为不同需求的机场道面养护和修复活动管理提供决策依据。

为了研究寒区低温养生温度对水泥稳定碎石混合料力学性能、疲劳特性与抗冻性能的劣化影响规律。采用5、10、15 ℃模拟现场低温养生条件,基于力学性能试验、三分点加载疲劳试验和冻融循环试验对比分析低温养生、20 ℃标准养生和30 ℃养生条件下水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度、弯拉强度、动态回弹模量及抗疲劳性能与抗冻耐久性能差异,研究了养生温度对冻融循环试验过程中水泥稳定碎石混合料微细观空隙结构衰减规律的影响,建立了水泥稳定碎石混合料微细观空隙结构与力学性能和疲劳性能的相关性。结果表明,相较于标准养生温度(20 ℃),5~10 ℃养生条件下,水泥稳定碎石混合料的力学性能下降幅度可达20%~40%,疲劳寿命降低了40%~50%,低温养生对水泥稳定碎石混合料力学性能、疲劳特性和抗冻性能有显著劣化影响,且养生温度越低,水泥稳定碎石混合料力学性能和疲劳特性下降幅度越大;提高养生温度有助于降低冻融循环后微细观空隙直径衰减速率,增加冻融循环试验过程中水泥稳定碎石混合料空隙结构的稳定和细化微细观空隙结构,从而增加了水泥稳定碎石混合料的力学性能、抗疲劳耐久性能与抗冻性。

围岩分级是隧道工程建设中的核心要素。随着中国机械化和智能化建造技术的迅速发展,基于随钻参数的围岩智能分级方法已成为推动隧道智能化机械施工的关键保障。尤其在西部山区,由于地形复杂、施工难度大,再加上山区隧道机械化施工经验不足,且现有智能围岩分级方法实用性有限,机械化建造对提升工程质量和有效控制施工风险至关重要。提出一种基于随钻测量参数的智能隧道围岩分级预测方法。以多条特长隧道为研究对象,采集现场随钻参数并进行围岩力学性能测试,构建随钻参数样本库,并通过支持向量回归(support vector regression,SVR)和粒子群优化-反向传播(particle swarm optimization-back propagation,PSO-BP)智能算法构建围岩智能分级预测模型。研究表明,随钻参数与围岩分级指标的相关系数绝对值|r_s|>0.6,显示出显著相关性,其中扭矩和旋转速度与围岩分级指标的相关性最强。使用数据清洗工具建立了包含574份理想样本的标准化参数指标数据库。对比分析智能算法的预测精度,结果表明PSO-BP预测模型的表现最佳。经瞬变电磁(transient electromagnetic,TEM)和隧道地震(tunnel seismic prediction,TSP)超前地质预报验证,基于PSO-BP神经网络的围岩智能分级预测模型能够准确预测围岩分级,为隧道机械化开挖提供可靠的分级支持。

为了满足城市轨道交通乘客换乘接运公交的需求,有效减少因超过候车容忍时间而出现的客流流失量,研究考虑轨道交通列车到站时间、客流流失量的接运公交行车计划优化方法。以研究时段内乘客换乘需求和轨道交通到站时间等标明客流需求分布,以乘客到达接运公交首站的时间与公交发车时刻衔接关系、接运公交运能等描述换乘时间。考虑公交发车时间间隔、客流流失量、客流换乘需求等约束,在可调度的公交车辆数有限情况下,实现客流流失量、公交车辆数和乘客换乘候车总时间最小的多目标优化。由于优化目标之间存在矛盾,可利用带精英策略的非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm II, NSGA-Ⅱ)求解模型,得到该问题的Pareto解集。最后,以实际接运公交线路进行算例分析,结果表明:优化模型兼顾公交运营成本和乘客换乘时间成本,可得到满足客流需求且代表不同侧重点的行车计划方案;接运公交车辆数相同时,本文方法相对于均匀发车方案可使乘客换乘候车总时间优化效果增加8.0%;不均匀发车间隔下的平均满载率为59.3%,优于均匀发车间隔下的平均满载率50.2%。计算结果验证了模型和算法的有效性和合理性,有效提升接运公交和城市轨道交通时间和运能匹配度。

随着运输航空和通用航空的快速发展,航空导航台站的频率指配问题变得越来越重要。首先提出了目前单个航空导航台站频率指配的一般算法。然后针对多个航空导航台频率率指配问题,建立了民航导航台频率指配模型。最后根据传统多目标遗传算法所存在的收敛速度慢,易陷入局部最优解等缺陷,提出了优化权重分配的多目标遗传算法和基于多目标遗传局部搜索算法来解决航空导航台频率指配问题。该问题涉及多个目标,包括最小化频率干扰和最小使用频率个数指配。仿真结果表明,所提出的多目标遗传局部搜索算法能够有效地解决航空导航台频率指配问题,与传统多目标遗传算法和优化权重分配的多目标遗传算法相比,本算法在解的质量、收敛速度和稳定性方面都有显著提升。

针对当前航空典型零件结构复杂,精度要求高,质量检测难度加大但检验方法落后的现状,提出了一种检验计划自动编制方法。首先,从信息重用和信息集成出发,以设计模型为基础构建检验数模,为检验计划的生成奠定数据源基础,其次,制定检验计划生成方法,设计检测顺序生成规则,采用改进的动态规划算法实现检测顺序编号的自动生成;最后,结合组件应用架构(component application architecture,CAA)二次开发接口与Excel组件开发,在CATIA环境下开发了相应的功能模块,实现了检测要素信息与工艺视图输出,完成检验计划的自动编制与导出。通过实例证明,该方法可以降低检测人员的劳动强度,提高检验计划的编制效率。

针对大扰动下小型无人直升机位置的精准控制和机体震颤问题,提出了一种改进的滑模控制器。首先,针对亚拓T-REX 300X机型动力学模型中包含的未知气动参数,设计了三项飞行实验用于数据采集,并确定了完整的气动参数。其次,设计了位置和航向双通道控制策略并提出了一种改进的滑模控制器,实现其在持续大扰动下的悬停控制;此外还结合稳定性分析给出了在滑模趋近律中可以有效抑制震颤的参数范围。模型验证实验表明,通过飞行实验确定的气动参数具有较高的保真性;控制仿真实验表明,在持续的大扰动下阶跃响应的稳态误差小于0.02。在改进的滑模控制器下,直升机控制精度高、震颤弱,舵控信号曲线平滑,更有利于实际工程中无人直升机在有扰动下的精准悬停实现。

桂北地区是中国最典型的岩溶地区之一,同时也是石漠化最严重的区域之一,开展石漠化地区生态修复研究具有重要的意义。以桂北地区的桂林市七星区屏风山苔藓实验研究区为研究对象,基于五点取样法筛选桂林屏风山4种典型生境的优势苔藓植物并开展了优势苔藓植物野外培育方法研究,揭示不同坡度处理对苔藓植物的生长变化规律,探索以苔藓植物应用于石漠化地区的生态修复创新方法,为桂北石漠化地区的生态修复提供科学理念和实验依据。遴选了湿地藓、扭口藓和近高山真藓为优势苔藓物种,为石漠化生态修复植物物种作参考。在野外培育试验中,考虑了坡度对苔藓的生长指标的影响,通过分析苔藓植物的覆盖度、株密度、株高度、苔藓结皮层厚度及结皮层干重的试验指标,综合考虑以扭口藓和近高山真藓作为石漠化地区岩面生态恢复的优势苔藓物种,能有效解决桂北石漠化地区大面积基岩裸露问题,提高喀斯特地区的生态效益。

建水县位于长江上游,地处南盘江流域,具有重要的生态区位,对其进行典型岩溶石漠化地区碳储量估算及其影响因子分析,可为其碳储量提高和石漠化治理提供依据。以西南典型石漠化地区建水县为研究区,基于Landsat 5 Collection 1 Tier 1 Surface Reflectance、Landsat 8 Collection 1 Tier 1 Surface Reflectance、DEM (digital elevation model)等数据,利用GEE(google earth engine)平台和InVEST(integrated valuation of ecosystem services and trade-offs)模型估算、预测其碳储量,并利用地理探测器进行影响因子分析。结果表明:①2000—2020年建水县以潜在石漠化和无石漠化为主,已石漠化面积整体减少115 km²,无石漠化面积增加21 km²,石漠化状况整体得到改善。②建水县碳储量整体表现为“南北高、中部低”的空间分布特征;2000年、2010年和2020年碳储量分别为116.293、113.310、118.363 t,呈先减后增趋势;初步预测2030年碳储量增至129.981 t。③影响研究区碳储量变化的主要因子是气温,因子间的交互作用对碳储量变化的影响大于单一因子,坡度与气温交互作用最强,呈非线性增强。建水县碳储量呈先减后增趋势,受自然因素、社会因素影响,空间上呈“南北高、中部低”的分布特征。

为明确防火隔离带对大空间室内烟气蔓延特性的影响,通过数值模拟软件FDS研究了补风口位置、隔离带内排烟量及挡烟垂壁深度对隔离带阻烟效果的影响,揭示隔离带工作机理,提出优化设计原则。结果表明:仅开启无火源分区的补风口时,可在防火隔离带下方形成纵向诱导风流、更好发挥其阻烟效果,且对烟气层扰动较小;增加垂壁深度可提高火源分区储烟能力,减少烟气卷吸量、延缓烟气溢出时间并控制溢出烟气量。当隔离带内不设机械排烟时,随着垂壁深度由20%空间净高增加到40%,烟气初次溢出时间增加约50%。在防火隔离带设置机械排烟,可及时排出内部积聚烟气、有效防止烟气溢出到其他无火源分区。通过对比不同防排烟及补风策略,可见对于大空间室内火灾场景,采用“挡烟垂壁深度为空间净高40%+隔离带机械排烟量参照《烟标》确定+排烟联动相邻防烟分区补风口补风”组合措施,可达到良好的防烟控烟效果,为消防救援提供更多时间。