• 2024年第16期文章目次
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    • >TD-TF-TG矿冶工程
    • 煤矸石智能分拣机器人运动规划技术的研究进展

      2024, 24(16):6567-6575. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2306257

      摘要 (168) HTML (0) PDF 5.27 M (319) 评论 (0) 收藏

      摘要:运动规划是煤矸石智能分拣机器人研究过程中必不可少的一环,但是目前仍有一些问题待解决。首先介绍了煤矸石分选现状,其次分析了煤矸石智能分拣机器人运动规划的关键技术,主要包括如何追踪动态煤矸石、如何规划轨迹以减少冲击和如何针对障碍物进行避障。最后得出今后煤矸石智能分拣机器人运动规划的研究方向,包括基于轨迹优化的分拣策略研究、拣矸机械臂末端抓取位姿研究和协作空间下多机械臂拣矸的轨迹规划研究。

    • >X环境科学、安全科学
    • 城市街谷热岛效应研究进展

      2024, 24(16):6576-6591. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2305843

      摘要 (61) HTML (0) PDF 1.99 M (237) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着城市化水平不断提高及城市空间密度日益增加,城市热岛效应不断加剧,导致极端气候发生范围和强度增加,对城市居民的身心健康构成威胁。城市热岛效应现已成为多学科研究关注的热点。本文对现有尺度下热岛效应研究方法的技术发展进行了梳理,分析其优缺点以及在不同尺度上的适用性;此外,对街谷尺度下热岛效应的影响因素进行分析;最后,就当前研究过程中存在的问题,从数据及评价方法等方面提出街谷尺度下城市热岛的研究进展与发展趋势。本文旨在为紧凑型城市发展模式背景下,深入研究城市街谷热岛效应提供参考,为缓解城市热岛效应提供有效途径。

    • >O4-5物理学
    • 基于非洲秃鹫算法优化卷积神经网络的重叠峰解析方法

      2024, 24(16):6592-6599. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303616

      摘要 (53) HTML (0) PDF 8.35 M (256) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用光谱仪器检测土壤中重金属时,由于仪器分辨率较低,峰位相近元素的特征峰会产生重叠。光谱重叠峰严重影响定量分析结果的准确性,为了得到准确的重金属含量需要进行光谱重叠峰分解。本文提出利用非洲秃鹫算法优化卷积神经网络(AVOA_CNN)的重叠峰解析方法。首先,利用高斯函数模型模拟出150个双高斯含噪光谱重叠峰和43个三高斯含噪光谱重叠峰,选择不同小波基函数进行光谱数据去噪,以信噪比和均方根误差(RMSE)为评价指标,最终确定coif3小波基函数,使用导数法进行光谱重叠峰预处理。然后,使用AVOA_CNN获得卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)预测结果,解析结果表明,AVOA_CNN成功分解重叠峰且准确率高,双高斯光谱重叠峰和三高斯光谱重叠峰参数(峰强度,峰位,峰宽)的最大相对误差平均值分别为3.15%和5.90%。最后对比麻雀搜索算法优化CNN、CNN与AVOA_CNN,结果显示AVOA_CNN模型预测准确率最高。

    • >P天文学、地球科学
    • 基于知识图谱的冬奥赛事气象服务文本生成方法研究

      2024, 24(16):6600-6609. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2302966

      摘要 (43) HTML (0) PDF 8.13 M (224) 评论 (0) 收藏

      摘要:气象服务文本是为赛事顺利举行及赛事期间的各项活动提供必要的气象保障,是组委会、裁判、各代表队的工作人员获取气象信息开展相关工作的载体。现有气象文本生产需要人工编写审核,效率不高。相比之下,全自动文本生成更加依赖于模板和固定的形式。针对以上问题,结合自然语言处理技术提出了基于知识图谱的冬奥赛事气象服务文本生成方法。重点从历史赛事气象服务文本中进行内容分析和特征提取,利用气象数据和历史赛事信息构建了高山滑雪赛事知识图谱。该方法根据实时气象数据和文稿模板生成天气描述文本,然后基于知识图谱查询推理技术得到赛事影响结果并生成相应文本。实验结果表明,气象服务文本的自动生成结果具有较好的准确性和可读性,有助于冬奥赛事的顺利推进,该文本生成方法面向特定领域也具有较好的应用前景。

    • 基于鲸鱼优化混合神经网络的滑坡位移预测

      2024, 24(16):6610-6616. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2302935

      摘要 (72) HTML (0) PDF 9.69 M (233) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对静态机器学习模型难以有效反映滑坡的动态演化特性,且存在时序过长时历史数据遗忘导致位移预测结果不稳定的问题。本文提出了一种基于鲸鱼优化卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和双向门控循环神经网络(bidirectional gated recurrent neural network,BiGRU)的滑坡位移动态预测方法。首先对滑坡影响因子进行特征筛选,构建数据集,建立CNN-BiGRU网络模型,使用鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)对模型进行超参数寻优,使用CNN网络模型从滑坡数据中提取潜在的特征向量,将特征向量以时间序列的形式输入到BiGRU模型中,利用其处理时间序列数据的优势,完成滑坡位移预测。结果表明,本文提出的模型得到的滑坡位移预测精度较高,与未优化的CNN-BiGRU相比均方根误差(RMSE)下降了0.0305mm。

    • 两相物质组成对泥石流固相流速特征的影响

      2024, 24(16):6617-6625. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303450

      摘要 (41) HTML (0) PDF 8.45 M (220) 评论 (0) 收藏

      摘要:固相颗粒流速是研究泥石流冲击力和防治结构荷载取值的关键问题。本文基于水槽模型试验,采用粒子图像测试技术提取了黏性泥石流表面固相颗粒流速,基于两相流模型探讨了浆体黏度、固相体积浓度与颗粒粒径对泥石流固相粗颗粒流速特征的影响。结果表明:泥石流龙头现象随浆体黏度与固相体积浓度增大而减弱;固液相相对运动随浆体黏度增加而减弱,大黏度与小粒径组合条件下消失;固相颗粒流速随浆体黏度与固相体积浓度呈正相关,与颗粒粒径呈负相关。两相物质组成影响固相颗粒间的摩擦力与/或碰撞力、浆体施加的粘滞阻力、拖曳力与虚拟质量力,其对流速的影响还需进一步深入研究。

    • 海南岛西部近岸海域碎屑锆石U-Pb同位素年代学物源示踪及其地质意义

      2024, 24(16):6626-6641. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2306061

      摘要 (255) HTML (0) PDF 16.35 M (301) 评论 (0) 收藏

      摘要:海南岛西部近岸海域海砂资源丰富、经济价值巨大,对其物质来源却缺乏系统研究。为解决这一科学问题,对海南岛西部近岸海域和昌化江入海口1 471粒碎屑锆石开展了U-Pb同位素年代学和微区元素地球化学研究。海南岛西部近岸海域年龄范围在3.45 Ga~82 Ma,具有99 Ma、241 Ma和252 Ma三个主要年龄峰值,以及113 Ma、155 Ma、325 Ma和357 Ma四个次要年龄峰值;昌化江入海口具有2.3 Ga~96 Ma的年龄范围,存在101 Ma、244 Ma和254 Ma三个主要年龄峰值,以及122 Ma、266 Ma、281 Ma、307 Ma和342 Ma四个次要年龄峰值。研究表明:①海南岛西部近岸海域沉积物以具有~99 Ma的显著年龄峰,并缺乏晋宁期、加里东期和喜山期年龄峰为识别标志,海南岛应是其主要物源区;②海南岛西部近岸海域与昌化江沉积物年龄峰值的差异,指示了海南岛西部近岸海域沉积物并非单纯来源于昌化江输入,也接受了琼西南部河流的物源贡献;③本次新识别出的380~310 Ma年龄群,可作为昌化江流域物源识别标志;④本次碎屑锆石年龄频谱特征与海南岛经历的多次重要地质事件相吻合,有助于了解海南岛复杂的地质演化历史。

    • 陕北油田黄土工区道路冲蚀灾害模型试验研究

      2024, 24(16):6642-6648. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2305513

      摘要 (33) HTML (0) PDF 7.91 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究陕北油田黄土工区道路冲蚀灾害特征及路面细沟冲蚀影响因素,采用物理模型试验,模拟径流冲刷砂黄土道路,对道路细沟冲蚀发育过程,不同工况下细沟长度、平均宽度以及平均深度的发展特征和产沙速率变化规律进行了研究。结果表明:细沟的发育过程可分为四个阶段:面蚀阶段—跌坑形成阶段—细沟发育阶段—切沟侵蚀、崩塌阶段。细沟长度、平均宽度和平均深度与放水时间成幂函数关系,随着放水时间的增大而增大。其中细沟长度随着试验时长的增加先急剧增加,然后逐渐减少;细沟平均宽度随试验时长的增加总体呈现先快速增加后增加速度减慢;平均深度变化速度均在某一时刻达到拐点,流量越大达到拐点的时间越早。冲蚀灾害受流量和坡度影响显著,总体上随着坡度和流量的增大而增大;产沙速率总体上与流量成线性关系,在其他条件一致的情况下,产沙速率随着流量的增大而增大;与南部的粉黄土和黏黄土相比,陕北油田工区的砂黄土产沙速率明显偏大,冲蚀灾害更为严重。

    • 基于直觉模糊环境的海上风机选型

      2024, 24(16):6649-6658. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2304483

      摘要 (36) HTML (0) PDF 3.59 M (215) 评论 (0) 收藏

      摘要:选择合适的海上风力发电机机型对海上风电场的长期高效运行起着至关重要的作用。针对决策者在风机选型决策过程中存在不确定性和主观偏好等问题,本文提出一种改进的多准则决策(Multi-criteria Decision Making, MCDM)框架及方法:在权重求解算法中将群体决策和直觉模糊数与层次分析法相结合,提出群体直觉模糊层次分析法(Group Intuitionistic Fuzzy Analytic Hierarchy Process, GIAHP)计算指标权重;在备选方案排序算法中将余弦距离引入接近理想点法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution, TOPSIS),提出多距离TOPSIS确定备选方案排序。最后以山东省海上风电场风机选型为例,并通过敏感性分析验证框架及方法的鲁棒性。该框架及方法可以为我国海上风电场风机选型提供理论依据,确保海上风电场长期稳定运行。

    • >R医药、卫生
    • 基于有序Logistic回归模型的北京高校男生有氧能力

      2024, 24(16):6659-6666. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2304484

      摘要 (45) HTML (0) PDF 1.46 M (194) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索北京高校男生有氧能力的影响因素,通过随机抽样法抽取134名18~25岁北京高校男生,空腹抽静脉血测血液指标,用德国MetaMax 3B系统实时监测气体代谢,通过线性递增方案测得VO2max相对值。基于Spearman相关、有序Logistic回归等分析方法进行分析处理。结果表明:北京高校男生有序Logistic回归方程:Ln{P(Y≤1|x)/1-P(Y≤1|x)}=-2.757-0.067*X1-0.025*X2+0.066*X3+0.018*X4-0.009*X5;Ln{P(Y≤2|x)/1-P(Y≤2|x)}=-0.771-0.067*X1-0.025*X2+0.066*X3+0.018*X4-0.009*X5(X1=体重、X2=心率(heart rate, HR)、X3=每搏输出量(stroke volume, SVI)、X4=心室射血时间(ventricular ejection time, VET)、X5=血红蛋白(hemoglobin, HGB))。回归方程模型系数综合检验步(step)、块(block)、模型(model)检验的P值均小于0.01;拟合优度检验的-2对数似然值(-2LL)为159.374,Cox&SnellR2为0.331,NagelkerkeR2为0.373;预测等级1准确率为45.5%,等级2准确率为100%,等级3准确率为100%,综合为81.8%,说明Logistic回归模型性能良好。Hosmer和Lemeshow检验预测值与观望值无显著性差异(P>0.05)。可见北京高校男生定量负荷心功能、血液指标与有氧能力的多元Logistic回归模型拟合度较好,且HR、SVI、VET、HGB是有氧运动能力的重要预测因素。

    • >TD-TF-TG矿冶工程
    • 基于时间函数的高寒矿区地表动态下沉规律研究

      2024, 24(16):6667-6673. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303126

      摘要 (31) HTML (0) PDF 6.26 M (206) 评论 (0) 收藏

      摘要:高寒地区因为其冻土的特殊性质导致其经历开采后随着季节变化易导致上覆岩层破坏,因此,为准确预测高寒地区矿区上覆岩层的动态沉降的发展趋势,本文选取高寒矿区地表富水区作为研究对象,基于Weibull时间函数与分段函数的思路,结合矿区地表InSAR监测数据建立高寒矿区地表动态沉降模型,讨论了该函数模型的适用性。结果表明:高寒矿区冻胀地表沉降的三个阶段沉降量与时间的关系曲线与Weibull时间函数模型对应曲线相符;对Weibull时间函数的双参数取值进行探讨并优化,最终确定当初始、加速阶段的λ取值2.5,η取值0.068,稳定阶段λ取值2.3,η取值0.048时误差处于限差范围内,能较为准确地模拟预测地表的动态沉降过程,该研究可为高寒矿区的防灾减灾及治理工程提供参考。

    • 地应力影响下钠长岩-片岩物理力学特征随赋存深度变化规律研究

      2024, 24(16):6674-6680. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2304761

      摘要 (44) HTML (0) PDF 8.31 M (231) 评论 (0) 收藏

      摘要:本次研究以西南某大型铜矿山的钠长岩-片岩物理力学特征为研究对象,在标高+1890~1760m之间共开展了54个点的工程地质调查工作,标高+1880~1760m之间10次地应力测试,并在标高+1984~1760m之间进行钠长岩、片岩的岩块取样,完成了岩样的物理性质、单轴抗压强度、单轴压缩变形试验,获取了各标高岩样的密度、孔隙率、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比及岩体的节理间距、地应力测试数据。研究结果表明:该矿山钠长岩和片岩的单轴抗压强度、弹性模量、密度及泊松比均随赋存深度增加而增加,孔隙率及节理间距随赋存深度增加而减小。随着岩石的赋存深度增加,地应力值随之增加,直接改变了岩石的应力环境,岩体节理间距的变化同时反映了应力环境的改变。这也引起岩石孔隙率、密度的改变,进而组成岩石的矿物颗粒受到挤压,导致岩石的结构逐渐致密,岩石力学强度特性提高。

    • >TE石油、天然气工业
    • 延安地区山西组泥页岩岩相及沉积相特征

      2024, 24(16):6681-6690. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2304722

      摘要 (46) HTML (0) PDF 27.38 M (232) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前世界能源发展由化石能源向新能源转化,天然气作为清洁的化石能源是两者过渡最好的选择。鄂尔多斯盆地延安地区山西组地层是中国陆相页岩气勘探潜力较大的层系,近年来已经获得了巨大的勘探开发成果。为进一步加深对该地区的地质认识,以鄂尔多斯盆地延安地区山西组泥页岩为研究对象,综合应用野外露头、岩心、测井等资料,开展山西组岩石类型、岩相类型、沉积相展布研究。结果表明:延安地区山西组泥页岩主要发育泥质硅质页岩(S-3)、黏土岩(CM)、含钙/硅质黏土页岩(CM-1)、含钙/黏土质硅质混合页岩(M-2)四种岩相类型。页岩、粉砂质泥岩、碳质泥岩、细粒砂岩4种岩石类型。发育滨浅湖亚相、三角洲前缘亚相和前三角洲亚相,研究区水下分流河道砂体呈南北条带状发育。通过有机质成熟度(Ro)、有机碳含量(TOC)、暗色泥岩厚度将岩相进一步划分为3种类型,其中Ⅰ型岩相为油气勘探有利岩相,在山1段主要分布在延长东部地区、北部地区,山2段主要分布在甘泉下寺湾地区。

    • 鄂尔多斯盆地西缘冲断带深井井壁稳定性研究

      2024, 24(16):6691-6700. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303756

      摘要 (34) HTML (0) PDF 17.32 M (239) 评论 (0) 收藏

      摘要:鄂尔多斯盆地西缘冲断带深层页岩气井钻井工程中垮塌、漏失、卡钻等复杂情况频发。为保障安全高效钻井,降低勘探开发成本,早日实现该区深层海相页岩气资源的经济高效开发,基于地应力、岩石力学等室内物理实验,结合现场工程参数及塌漏信息,考虑力学弱面影响,建立了西缘冲断带深井全井段地层力学参数、全井段四压力剖面模型,评价了不同岩性地层力学参数分布规律,揭示了西缘冲断带深井井壁坍塌、漏失等失稳机理。研究结果表明,羊虎沟组以上砂泥岩地层强度较低,约为20~100 MPa,拉什仲组至桌子山组灰岩强度较高,超过100 MPa。较大的水平主应力差,发育的裂缝带、煤层是诱发井壁失稳的主要原因。建立的西缘冲断带深井岩石力学性能及四压力剖面预测,可为该地区井身结构优化设计,关键工程参数选取提供科学依据。

    • 水杨醛双席夫碱-镍配合物的合成及其催化稠油改质研究

      2024, 24(16):6701-6709. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2306444

      摘要 (27) HTML (0) PDF 6.87 M (195) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对特超稠油油藏黏度大、常规开发效果不理想等问题,合成了水杨醛双席夫碱镍配合物催化剂。催化剂晶体为内部具有多孔介孔结构的金属有机框架材料,有利于稠油中的胶质、沥青质分子或聚集体进入介孔孔道,增大催化活性中心与重组分之间的接触效率。同时,材料表面呈弱亲水强亲油性,易于分散在水中并能够自发向油水界面迁移,有效提高镍催化中心的运载效率。材料的耐温性能良好,在600℃下质量保留率为65.14%。使用高温高压反应釜评价了催化剂对稠油的降黏性能和黏度反弹率,分析了催化改质前后稠油的碳数分布特征。通过高温高压模拟驱替实验,研究了催化剂对驱油效率的影响。在胜利油田进行现场试验,并对催化改质效果进行了跟踪分析。研究发现,合成的席夫碱-镍催化剂在250℃、反应时间10h、质量分数为1.5%时,对胜利稠油的降黏率可达87.6%。放置30天后,黏度反弹率仅为3.9%。反应后的稠油显著轻质化,碳数大于41的组分含量明显减少,碳数小于26的组分含量明显增加。室内驱替实验表明,先进行2PV蒸汽驱,再伴注席夫碱-镍催化剂,驱油效率比纯蒸汽驱提高了10.5%。现场试验结果表明,催化改质措施后,油井日产液和日产油均明显增加,含水下降,累计增油315t。措施后沥青质和胶质含量下降,饱和分和芳香分含量升高,可以实现稠油黏度的不可逆降低。。

    • >TH机械、仪表工业
    • 基于4-PSE并联机构的地质沉积模拟平台运动学分析

      2024, 24(16):6710-6717. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2304971

      摘要 (15) HTML (0) PDF 8.34 M (204) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于4-PSE并联机构设计了一种可进行全方位调姿运动的地质沉积模拟平台,对其运动学特性进行了研究。结合模拟平台的工作原理,对4-PSE并联机构的自由度进行了计算,推导了模拟平台的运动学方程。在ADAMS中建立模拟平台的虚拟样机模型,利用运动学仿真结果对其运动学参数进行了理论验证。对模拟平台的工作空间约束条件分析,求得其工作空间,绘制了相关结构参数对工作空间的影响曲线。研究结果为后续地质沉积模拟平台的多块平台组合系统实验提供了理论基础。

    • >TK能源与动力工程
    • 商场冷凝水耦合光伏/光热系统在不同气候区的适宜性研究

      2024, 24(16):6718-6725. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2304707

      摘要 (21) HTML (0) PDF 6.27 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:光伏光热技术是太阳能的主要利用方式之一,太阳能光伏光热一体化(Solar photovoltaic-thermal, PV/T)系统可实现系统产电和热量的双重效益。基于不同气候区的气候特征,以商场冷凝水耦合光伏/光热系统为研究对象。本文在确定制冷季冷凝水量的基础上,计算分析了系统一次能源节约率及环境效益,研究了该系统在不同气候区的适宜性。结果表明,在寒冷地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区,PV/T系统比光伏(Photovoltaic,PV)系统更加高效节能。在整个制冷季中,PV/T系统的发电量均高于PV系统,海口的发电效率提升了0.53 %,拉萨的发电效率提升了0.11 %;PV/T系统在海口地区一次能源节约率最高,达到59.62 %;青岛CO2减排量最高,总减排量达到5.5 t。

    • >TM电工技术
    • 基于卷积神经网络与Transformer的电能质量扰动分类方法

      2024, 24(16):6726-6733. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303747

      摘要 (38) HTML (0) PDF 3.77 M (217) 评论 (0) 收藏

      摘要:复杂电能质量扰动的智能分类对于智能电网发展具有重要意义。扰动特征的提取与定位、模式识别与分类是电能质量扰动分类方法研究的难点。本文采用深度学习算法,将具有关注全局信息的Transformer与善于提取局部特征的卷积神经网络相融合,提出了一种基于卷积神经网络与Transformer的电能质量扰动分类方法,即CTranCBA。这种双深度学习模型分类方法主要是通过一维卷积神经网络提取电能质量扰动信号特征,利用Transformer自注意力机制引导模型关注序列中不同位置间的依赖关系,实现对扰动信号局部特征与全局特征的互补,克服了因感受野的限制而带来的识别不清、分类不准等问题。本文使用了23种不同电能质量扰动信号,将CTranCBA与Deep-CNN、CNN-LSTM、CNN-CBAM方法进行比较,结果表明该方法在分类准确率和抗噪性方面表现优异,可为电能质量扰动智能分类提供一种新的方法。

    • 基于VMD-LSTM-IPSO-GRU的电力负荷预测

      2024, 24(16):6734-6741. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2304717

      摘要 (38) HTML (0) PDF 5.08 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了挖掘电力负荷数据中的潜藏信息,提高负荷预测的精度,针对电力负荷强非线性、非平稳性等特点,提出一种基于变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)、优化长短期神经网络(long-term and short-term memory network,LSTM)、改进的粒子群算法(improve particle swarm optimization,IPSO)优化门控循环单元(gated recurrent unit neural network,GRU)的混合预测模型。首先,使用相关性分析确定确定输入因素,再将负荷数据运用VMD算法结合样本熵分解为一系列本征模态分量(intrinsic mode fuction,IMF)和残差量,更加合理地确定分解层数和惩罚因子;其次,根据过零率将这些量划分为低频和高频,低频分量使用LSTM网络,高频分量利用IPSO-GRU网络分别进行预测;最后,将预测结果重构得到电力负荷的最终结果。仿真结果表明,相对于其它常规模型,该混合模型可有效的提取模态特征,具有更高的预测精度。

    • 基于多新息扩展卡尔曼滤波的锂离子电池SOC估计研究

      2024, 24(16):6742-6748. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2305855

      摘要 (17) HTML (0) PDF 3.65 M (200) 评论 (0) 收藏

      摘要:锂电池具有高能量密度、循环寿命长等优点而被广泛应用于电动汽车动力装置,但车辆运行状况复杂多变,且电池内部呈现高度非线性的性质,导致电池荷电状态(SOC)难以准确计算。为优化锂电池SOC估计精度,构建结合Warburg元件的分数阶二阶RC模型,采用自适应遗传算法进行参数辨识;融合多新息理论和扩展卡尔曼滤波算法,提出基于多新息扩展卡尔曼滤波(MIEKF)的锂离子电池SOC估计算法,并利用试验数据验证该方法的有效性,为提高SOC估计精度和车载锂电池的循环使用寿命提供了新的方法途径和实践支撑。

    • >TN电子技术、通信技术
    • 基于双斜坡法的光纤应变快速测量方法

      2024, 24(16):6749-6756. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2305034

      摘要 (22) HTML (0) PDF 9.40 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高基于布里渊散射的光纤应变测量的实时性,将仅根据两个工作点布里渊增益计算布里渊频移的双斜坡法用于光纤应变测量。介绍了双斜坡法的基本原理,基于仿真布里渊谱研究了左右两侧工作点选择对布里渊频移计算准确性的影响规律,确定了最佳的工作点。基于确定的最佳工作点和不同信噪比的布里渊谱,研究了信噪比对双斜坡法和最小二乘拟合法准确性的影响规律。结果表明,双斜坡法的两个工作点围绕光纤沿线布里渊频移的均值对称时误差最小;随两个工作点频率之差的增加布里渊频移误差先减小后增大。相似准确性下双斜坡法的布里渊谱测量时间仅为最小二乘拟合法的1/30左右,布里渊频移的计算时间仅约为后者的1/480。

    • >TP自动化技术、计算机技术
    • 基于改进YOLOv5的自动驾驶目标检测方法

      2024, 24(16):6757-6765. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303779

      摘要 (52) HTML (0) PDF 10.15 M (226) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前自动驾驶领域的目标检测算法在交通场景下的漏检目标,目标定位不精确、目标特征表达不充分及目标识别效果欠佳等问题,提出一种基于TPH-YOLOv5的道路目标检测方法。首先为了减轻物体尺度急剧变化带来的漏检风险,增加了用于微小物体检测的检测头,为在高密度场景中精确定位对象,使用Transformer预测头来捕获全局信息;其次为了增强模型的特征表达能力,用SIMAM模块对卷积层的输出进行加权;最后,为了提高目标识别的精度,网络颈部增加了4个SPP块来进行多尺度融合,为了加快收敛速度和提高回归精度采用EIOU作为边界框损失函数。通过消融、对比和可视化验证实验表明,提出的算法比YOLOv5在平均精度上提高了8.1%,漏检率明显减少,目标检测效果明显增强。

    • 基于轻量级主干的YOLOv5驾驶员疲劳检测算法

      2024, 24(16):6766-6774. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2305224

      摘要 (43) HTML (0) PDF 9.69 M (87) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前基于深度学习的驾驶员疲劳检测算法存在着参数量和计算成本较大,难以在算力较低的设备上得到有效应用这一问题,提出了一种基于轻量级主干的YOLOv5驾驶员疲劳检测算法,通过检测闭眼、张嘴、低头这三种标签的时间占比来进行疲劳判断。算法使用EfficientViT网络作为模型的主干网络,降低了整个模型的参数量以及计算成本,在模型的颈部网络部分加入上下文变换器模块并将归一化沃瑟斯坦距离作为新的损失函数以此来提高模型的准确度,减小轻量级主干所带来的损失。实验结果表明,改进后的算法准确率达到了97.9%,与YOLOv5、YOLOv7、YOLOv8相比,其参数量分别降低了3.4、17.7和5.4倍,计算量分别降低了4.5、29.5和8.2倍,在CPU上的单幅图片推理速度加快至76.4ms,能够有效地完成实时检测任务。

    • 基于ID-YOLO的数字仪表检测方法

      2024, 24(16):6775-6782. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2305497

      摘要 (25) HTML (0) PDF 7.15 M (49) 评论 (0) 收藏

      摘要:当前针对数字式仪表检测算法在边缘设备具有实时性差、泛化性差的问题,对此提出一种采用Instrument Detection-YOLO(ID-YOLO)模型的变电站数字仪表检测识别方法。算法以YOLOv5模型为基础,首先设计轻量的Li-YOLO骨干网络提取图像特征,降低网络参数,提高检测实时性;然后设计了一种双级路由注意力模块(BRAM),提高网络对小数点的检测精度以及网络的鲁棒性和泛化性;最后,引入α-IoU损失,通过更准确的IoU计算,可以提高模型的检测精度。实验表明,相比于其他基于深度学习的数字仪表检测识别方法,本文方法在不同显示方式的数字仪表识别任务上具有更好的准确性和泛化性,而且可以在检测准确率领先的情况下,将模型在边缘设备上的检测速度从6.87帧/s提升至8.77帧/s,其实时性和检测精度均能够满足实际变电站智能数据采集、检测识别的工程需要。

    • 基于复合型2S网络的红外与可见光图像配准研究

      2024, 24(16):6783-6791. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2304805

      摘要 (21) HTML (0) PDF 7.82 M (56) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统图像配准方法在红外图像与可见光图像配准任务中效果较差的问题。提出了一种复合型2S网络即Superpoint+Superglue相结合的特征匹配法用于红外与可见光图像配准。方法中首先使用Superpoint独特的特征提取方法,充分提取红外图像与可见光图像之间的共性特征。其次利用Superglue特征匹配方法中增加匹配约束和使用注意力机制的思想,发挥神经网络的优势,提高匹配效率。在训练阶段通过使用自建数据集的方法,以提高神经网络的泛化性与准确性。结果表明:传统配准方法在三组实验图像上的特征点提取重复性评分与准确性评分分别为:(0.0067,0.0061)、(0.0010,0.0008)、(0,0),特征点正确匹配对数为:7对、1对、0对,平均数量低于估计变换矩阵所需要的最少四对匹配点对。而基于Superpoint+Superglue的红外与可见光图像配准方法的各项评分为:(0.2402,0.2625)、(0.1939,0.1722)、(0.2630,0.2644),特征点正确匹配对数为:252对、165对、252对,特征点提取评价指标与特征点对正确匹配数量相较于传统方法均大幅度提升,可以较好的完成配准任务。

    • 基于通道和帧级特征注意力模型的环境声音识别

      2024, 24(16):6792-6798. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303262

      摘要 (23) HTML (0) PDF 4.62 M (49) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文提出基于通道和帧级特征注意力的环境声音分类卷积神经网络模型。模型选择一维卷积对环境声音的二维对数梅尔谱特征进一步提取有效特征,再采用SE-Res2Net模块实现对浅层输入特征细粒度上的全局感受并获得通道注意力分数。在全连接层之前加入注意力统计池化,对输入的通道加权特征在帧级特征上施加注意力机制,获得不同时刻的帧级特征的重要度分数,加权计算后将不同通道的平均值μ和方差σ串联作为输出。采用Urbansound8K数据集对模型进行评估,实验最终在测试集达到94.5%的准确率,其表明本文所提模型可以学习到不同类声音的关键特征并正确分类。为进一步证明模型性能进行消融实验,分析实验结果可得对声音特征施加通道和帧级特征的注意力机制可使模型分类错误率的下降率为43.8%。

    • 基于多因素均衡动态分簇的WSN路由协议算法研究

      2024, 24(16):6799-6808. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2305655

      摘要 (24) HTML (0) PDF 6.55 M (93) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决无线传感器网络分簇路由协议随机筛选簇头节点的位置分布不均衡及转发节点的数据传输路径不合理会加剧节点能量消耗、缩短网络生存周期的问题,提出一种基于改进社交网络搜索算法(ISNS)优化模糊C均值聚类(FCM)的多因素均衡动态分簇路由协议(MD-LEACH)。首先,引入莱维飞行改进反向精英学习策略,以增强社交网络搜索算法的全局寻优能力;接着,使用ISNS优化模糊C均值聚类算法对网络节点动态均匀分簇,均衡网络负载;此外,在每个簇内,考虑簇内节点的能量因素和位置因素引入模糊推理,设计两种簇头选取模式,动态选举簇首,提高簇首质量。在稳定传输阶段,将单跳改为簇首之间的通信的方式,使用改进的蚁群算法寻找最优数据传输路径,提高能量效率。仿真结果表明,算法能够有效提高能量效率,平衡网络负载,延长网络生存期。

    • 基于耦合的Henon和Sine映射及彩色图像加密

      2024, 24(16):6809-6820. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303723

      摘要 (21) HTML (0) PDF 21.45 M (57) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有混沌映射模型的混沌空间小及混沌能力弱的问题,本文通过耦合二维Henon混沌映射模型和Sine混沌映射模型,设计了一种新的二维混沌映射模型,通过耦合Sine混沌映射模型和Logistic混沌映射模型,设计了一种新的一维混沌映射模型。针对使用单一置乱方法进行图像加密时安全性能不高的问题,本文通过使用Lorenz映射设计了一种随机选择置乱算法的方法。使用本文设计的两种混沌映射及置乱选择方法,提出一种彩色图像加密方案。仿真实验结果表明,该方法具有较大的置乱范围、较高的安全性和良好的图像加密效果,对常见的攻击有较强的抵抗力,且易于实现。

    • >TQ化学工业
    • 掺氢对天然气燃烧室燃烧及排放特性影响数值模拟研究

      2024, 24(16):6821-6827. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303567

      摘要 (23) HTML (0) PDF 5.73 M (65) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文针对以天然气为燃料的燃气轮机使用掺氢燃料后的燃烧及其排放特性开展研究,基于DLN1.0燃烧室火焰筒,采用数值模拟的方法研究不同的掺氢比(H2体积含量0~30%一共7种工况)在恒定热功率和相同当量比条件下对天然气混合气燃烧过程的影响,获得火焰筒内流场、温度场和燃烧产物的分布参数以及对应关系。研究显示,随着掺氢比的增加火焰温度上升,燃烧反应区扩大,火焰筒出口处的温度分布均匀性变差;掺氢造成局部释热量的改变,会导致NOx的排放随着掺氢比的增加而呈现增加趋势;CO和CO2的排放量都有显著的减少,H2O的生成量显著增加。同时本文提出稀释燃烧的方法来解决由掺氢造成的一系列问题,研究不同当量比的工况下掺氢燃烧后的燃烧及排放特性变化,并计算得到各个掺氢比工况下最佳的当量比范围。研究结果为后续工业燃气轮机天然气掺氢燃烧技术的应用提供了理论指导。

    • >TU建筑科学
    • 寒冷地区复合自保温砌块墙体热湿耦合迁移特性研究

      2024, 24(16):6828-6835. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2305539

      摘要 (23) HTML (0) PDF 6.73 M (56) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究自保温砌块墙体的热湿耦合传递规律,将当前主流构造型式的复合自保温砌块墙体与同等厚度的外保温墙体进行对比。以寒冷地区保定市为例,通过数值软件进行模拟计算,分析自然环境下墙体内部的热湿耦合传递过程。模拟结果表明:自保温砌块墙体的保温隔热效果优于外保温墙体。在夏季工况下,墙体湿风险较低,不存在霉菌滋生与冷凝风险。在冬季工况下,自保温砌块墙体内部湿风险均高于外保温墙体。填芯自保温砌块墙体、夹芯自保温砌块墙体、外保温墙体内部相对湿度最大值分别为73.9%、92.1%、68.6%。其中,夹芯自保温砌块由于空腔的存在降低了墙体的传湿阻力,相对湿度超过80%,湿积累明显且霉变风险较大,使得墙体长期使用稳定性与保温性能受到影响。因此,填芯自保温砌块具有更好的适用性,有利于减小建筑热湿负荷,降低建筑能耗水平。

    • 加强型翼缘-波纹腹板组合隔板贯通式节点抗震性能研究

      2024, 24(16):6836-6844. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2304507

      摘要 (20) HTML (0) PDF 12.43 M (65) 评论 (0) 收藏

      摘要:为克服隔板贯通式节点易发生脆性断裂而导致结构破坏的不足,结合“加强”和“削弱”的措施,提出了加强型翼缘-波纹腹板组合隔板贯通式梁柱新型节点,并利用有限元软件ABAQUS探究了该新型节点在低周往复荷载作用下的破坏模式、应力分布情况。研究了波纹数量、波纹厚度、加强板厚度、加强板长度这四种参数对该新型节点的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力的影响规律。结果表明:新型节点有较好的承载力,应力主要集中在梁翼缘上波纹腹板削弱处,破坏发生在远离削弱处一侧,且腹板未发生屈曲变形。随着波纹厚度、加强板长度的增大,新型节点的承载力增加,耗能能力下降;随着波纹数量的增多,新型节点承载力和耗能能力增加;随着加强板厚度的增大,承载力增加,耗能能力先减小后增大。

    • 基于约束随机场的基坑开挖变形概率评估方法

      2024, 24(16):6845-6853. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303404

      摘要 (22) HTML (0) PDF 7.50 M (57) 评论 (0) 收藏

      摘要:为综合考虑岩土参数的空间变异性以及前期地质勘查所获取钻孔数据的确定性,提升基坑开挖变形风险评估的准确性,提出基于约束随机场的基坑开挖变形概率评估方法。本方法利用克里金(Kriging)理论和随机场理论,生成考虑地勘钻孔数据的约束随机场,并结合数值分析和蒙特卡洛(Monte-Carlo)方法建立基坑开挖的概率评估模型,分析参数空间变异性对基坑开挖引起的环境效应和围护结构变形的影响规律。与传统确定性分析和基于传统随机场的概率分析进行对比,结果表明:基于约束随机场的概率分析方法能够很好地避免传统确定性分析低估风险以及传统随机场方法高估风险的问题,从而更合理地评估工程风险。上述研究结果可以为进一步制定基坑开挖风险的应对措施提供有益参考。

    • 基于响应面法的复合改良膨胀土无侧限抗压强度研究

      2024, 24(16):6854-6861. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2304569

      摘要 (34) HTML (0) PDF 13.78 M (61) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高膨胀土的无侧限抗压强度,降低工程危害。本文在木质素改良膨胀土的研究基础上,通过单因素试验研究纤维长度、纤维掺量及木质素掺量对膨胀土抗压强度的影响规律,基于单因素试验结果,通过BBD响应面设计法进行响应面试验,建立二次回归模型,研究了双因素作用下对膨胀土无侧限抗压强度的影响。结果表明:单因素作用时,膨胀土无侧限抗压强度在各因素下均呈现先增大后减小的趋势;双因素交互作用时,木质素掺量和聚丙烯掺量二者交互作用显著性最好。由BBD响应面法得到的最优组合为:聚丙烯纤维长度为9 mm、纤维掺量为0.3%、木质素掺量为3%,该变量下平行试验组的平均抗压强度为552.48 kPa,相比于素膨胀的抗压强度提升了76.97%。可见此方案下对素膨胀的抗压强度提升效果最好。

    • 大体积混凝土筏板基础温度场的精确控制

      2024, 24(16):6862-6869. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2301755

      摘要 (22) HTML (0) PDF 13.84 M (66) 评论 (0) 收藏

      摘要:在深基坑开挖后的饱和土地层上浇筑混凝土筏板,浇筑与养护的过程中,由于水化热导致的温度剧烈升高,导致产生温缩裂缝隐患的工程问题的风险是无法避免的。本文着重研究了某工程在施工前所处临近地铁施工导致土体含水率大幅度浮动情况下温度场的变化环境。并进行了温度场控制方案的模拟,在确保工程安全的前提下对方案再度进行了优化。通过理论计算与有限元模拟分析,同时考虑到混凝土浇筑筏板都有其唯一性,针对本工程的大体积筏板进行特有的混凝土水化热温控措施设计,能够在保障筏板强度的同时抑制因内外温差过大导致的混凝土问所裂缝。本文对热能传导原理及混凝土破坏原因进行分析,通过有限元模拟分析大体积混凝土筏板基础温度场,提出针对深基坑开挖后在饱和土上浇筑混凝土筏板水化热的有效精确话冷却方法与成本控制措施,在有效降温同时节能减碳。为相似的混凝土筏板工程温控技术契合碳中和、碳达标方针政策提供了有效参考。

    • 冻融循环下混杂纤维再生混凝土抗压强度预测方法

      2024, 24(16):6870-6881. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303542

      摘要 (21) HTML (0) PDF 16.70 M (68) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究冻融循环对混杂纤维再生混凝土受压性能的影响,本文进行了钢纤维和聚丙烯纤维再生混凝土的冻融试验,并通过单轴压缩试验研究了冻融循环次数和纤维掺量对再生混凝土抗压强度的影响规律。试验结果表明,冻融次数的增加会导致再生混凝土抗压强度和弹性模量逐渐降低,加入纤维可以改善其受压性能。基于含夹杂弹性体内部应变场积分方程,推导了多相复合材料夹杂的变形协调张量,得到了预测混杂纤维再生混凝土弹性性能的修正Mori-Tanaka方法,建立了耦合冻融损伤和受力损伤的总损伤表达式,进而提出冻融循环作用下混杂纤维再生混凝土抗压强度预测方法。采用本文提出的抗压强度预测方法对冻融循环作用下的纤维再生混凝土受压性能进行了预测,并将预测结果与本文试验值进行对比,结果表明预测结果和试验值吻合较好,拟合优度达到98%以上。因此,本文提出的抗压强度预测方法可为混杂纤维再生混凝土在冻融循环条件下的工程应用提供一定的理论依据。

    • >TV水利工程
    • 考虑应力路径的深埋高地温隧洞黏弹-塑性围岩解析解

      2024, 24(16):6882-6890. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2306254

      摘要 (19) HTML (0) PDF 5.54 M (49) 评论 (0) 收藏

      摘要:高地温深埋水工隧洞黏弹—塑性岩体中,由于高温环境的影响和隧洞降温等,致使围岩产生一定的温度应力。因此研究高地温隧洞围岩解析解时必须研究温度应力对围岩塑性区以及应力应变的影响。基于广义Kelvin模型与Bingham模型组成的高地温深埋水工隧洞黏弹塑性围岩力学模型,并在考虑应力路径对围岩与支护的影响下,结合高地温环境中温度应力对围岩与衬砌的影响,进而推导高地温环境热力耦合作用下围岩应力、应变、洞壁位移以及围岩塑性区半径的解析解。基于新疆某高地温水工隧洞工程进行分析与计算,对温度、围岩应力应变及塑性区半径的关系展开理论计算与分析。结果表明,考虑温度应力后计算得到的围岩位移更小。当隧洞内温度变化到达一定量时,所产生的温度应力可能会对围岩与衬砌相互作用的稳定性产生影响。

    • >U交通运输
    • 紫外老化对沥青化学组成与分子结构的影响

      2024, 24(16):6891-6900. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303702

      摘要 (23) HTML (0) PDF 7.24 M (55) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究紫外老化对沥青微观结构的影响,本文通过对四种沥青分别进行四组分、红外光谱和核磁共振等试验,研究了紫外老化下沥青的四组分、特征峰、官能团等化学组成指标和氢谱图、碳谱图、氢原子含量、分子结构参数等分子结构指标的变化,并通过分子结构指标对化学组成指标的表征,分析了分子结构变化对沥青化学组成变化的影响。结果表明:紫外老化后沥青更趋于形成沥青质分子,而沥青质的转化来源主要为芳香分,且含量越高老化后的损失率越高;同时羰基和亚砜基会随着老化的时间增加先快速增加之后趋于平缓,其中羰基指数可表征沥青老化的产生,而亚砜基指数可评价沥青抗老化的能力。紫外老化下沥青芳香环会发生缩合程度增大、环烷基取代基增加以及氢的取代、结构异化等反应;同时高紫外光子能量也会使脂肪碳发生断键,断键的脂肪碳连接到芳香环上提高了化学稳定性。由表征分析可见,沥青的化学组成主要受芳香结构、支化度和芳香环系缩合指数的影响较大。

    • 掺钢渣沥青混合料体积膨胀性研究

      2024, 24(16):6901-6906. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2305400

      摘要 (12) HTML (0) PDF 3.71 M (47) 评论 (0) 收藏

      摘要:钢渣作为我国存量较大的工业固体废弃物,目前国内对其利用率仅为30%左右,限制钢渣大规模资源化利用的主要原因在于钢渣所含的非稳定性物质在富水条件下易发生水化反应,造成钢渣体积膨胀。通过采用LVDT位移传感器测试法对掺钢渣沥青混合料小梁试件膨胀率进行测定,探究钢渣掺配比例、混合料油石比以及掺入钢渣粒径对混合料膨胀率大小的影响。结果表明,混合料中钢渣掺入不超过50%,混合料实际油石比在最佳油石比基础上提高1.5%,且使用大粒径钢渣,能更有效控制混合料膨胀率。此外,钢渣中的活性物质不断进行水化反应,将导致局部膨胀和集料剥落等损害发生。

    • 聚脲甲醛-生物油微胶囊的研制及性能探究

      2024, 24(16):6907-6915. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2305509

      摘要 (27) HTML (0) PDF 10.22 M (48) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究微胶囊对沥青路面微裂纹的愈合效果,首先利用聚脲甲醛(作为微胶囊壁)和生物油(作为微胶囊心)采用原位聚合法制备微胶囊,采用扫描/透射电子显微镜(SEM/TEM)和热重分析(TGA)探究微胶囊的外观形貌和热稳定性;然后将微胶囊用于制备微胶囊/苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(Microcapsule/SBS)复合改性沥青,通过动态剪切流变仪(DSR)和离析试验探究微胶囊的掺加对复合改性沥青路面性能的影响;最后通过延度愈合率试验验证微胶囊的愈合效果,并结合宏微观试验分析其愈合机理。结果表明:微胶囊呈现类球状,且表面较为粗糙,增大了与沥青的接触面积。微胶囊的热稳定性较好,其囊壁可承受沥青混合料生产过程中的高温环境。随着微胶囊的添加,复合改性沥青的低温塑性和耐热性均有所改善。此外,复合改性沥青的储能模量和损失模量也有所提升,即微胶囊的添加提升了SBS改性沥青的黏弹性能,这可能是由于添加的微胶囊与SBS和基质沥青具有很好的相容性,且微胶囊均匀分散在沥青内部并嵌入SBS呈现的网状结构中,这也在离析试验和荧光显微试验中得以证实。当微胶囊的掺量为0.4%时,复合改性沥青的愈合率达到最高。

    • 盾构克泥效浆液成分与渗透扩散研究

      2024, 24(16):6916-6926. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2304889

      摘要 (27) HTML (0) PDF 16.07 M (61) 评论 (0) 收藏

      摘要:克泥效工法常在盾构隧道近接既有建筑物穿越工程中被引进作为控制地层位移的一种辅助工法,克泥效浆液在地层的渗透扩散性对盾壳与地层间环向间隙填充效果有着重要影响,克泥效浆液的流变性能与其微观成分对其流动性有着重要影响。本文基于对克泥效浆液流变性能与微观成分分析,研究了浆液性能变化。进一步结合宾汉姆流体砂土渗流公式与数值计算模型,分析了浆液性能对渗透效果的具体影响,并验证数值模型可靠性与合理性。结果表明:(1)各组克泥效浆液样本在宾汉姆本构下的非线性回归系数均大于0.95,塑性黏度与屈服强度会随着水粉比的减小而增大。(2)克泥效浆液主要成分为石英、斜长石、伊利石、钾长石,随着A液水粉比的增加,克泥效水化产物斜长石增加,而伊利石的含量减小。(3)克泥效浆液会在25s左右占满环向间隙,而后再向地层中发生渗透扩散,地层中浆液体积分数增速随时间而减小,直至增速降为0。(4)随A液水粉比增大、地层渗透系数增加、注浆压力增加,克泥效在地层渗透距离均会增加。理论渗透值与数值模型计算值误差在各工况下的平均误差控制在10%以内。

    • 基于呼吸疲劳节点的驾驶员疲劳状态判别研究

      2024, 24(16):6927-6934. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2304837

      摘要 (24) HTML (0) PDF 4.71 M (61) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高呼吸信号判别驾驶疲劳的准确率,本文通过模拟驾驶试验探究了呼吸信号与驾驶员疲劳状态的关系,提出了呼吸疲劳节点的概念,并基于呼吸疲劳节点判别了驾驶员的疲劳状态。首先,通过模拟驾驶试验采集驾驶员的呼吸信号,采用Karolinska嗜睡量表 (Karolinska Sleepiness Scale, KSS) 对疲劳程度进行主观自评量化。其次,把单位时间内眼睛闭合百分比 (Percentage of Eyelid Closure over the pupil over time, PERCLOS) 作为参考,与主观自评反馈结合,对驾驶员呼吸疲劳节点进行标定。最后,基于呼吸疲劳节点利用随机树算法获得了轻/重度呼吸疲劳变化节点的判别模型。结果表明:该模型能更加及时、准确地判别出驾驶员的疲劳状态;基于随机树算法获得的筛选条件对轻度呼吸疲劳变化节点识别的准确性要高于重度呼吸疲劳变化节点;轻/重度呼吸疲劳变化节点的平均识别误差分别为3.50 min和3.66 min,预测准确率分别为92.09%和92.03%。

    • 3UPU-UP并联平台可操作性与工作空间分析

      2024, 24(16):6935-6942. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2304910

      摘要 (24) HTML (0) PDF 5.52 M (68) 评论 (0) 收藏

      摘要:6支链并联平台存在着复杂的位置约束,并且当控制算法失效时对机械结构容易造成损坏,因此,本文针对一种3UPU-UP并联平台对其进行运动学可操作性与工作空间分析。首先通过矢量法与运动学的分析,得出了3UPU-UP并联平台运动学模型,以此为基础,首次将串联机械臂可操作度的评价指标与3UPU-UP并联平台的机构结构特性相结合,对3UPU-UP并联平台的可操作度进行了计算、分析和可视化处理;并将蒙特卡洛法与正运动学相结合对并联平台的工作空间进行了计算、分析和可视化处理。能够更加直观、完整表述并联平台的可操作度和工作空间。通过这些研究,为3UPU-UP并联平台的设计提供了理论依据并证实其理论上的可行性。

    • >V航空、航天
    • 飞行汽车混动系统动力电池和增程器的协调控制

      2024, 24(16):6943-6950. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303580

      摘要 (31) HTML (0) PDF 6.14 M (41) 评论 (0) 收藏

      摘要:城市空中交通(UAM),是近期解决当前地面交通拥堵困境的有效方法。因此,研究飞行汽车典型飞行任务剖面下的动力系统工作特性至关重要。由于电池能量密度的限制以及纯电动飞行汽车的里程限制,因此使用油电混合作为飞行汽车的动力系统更为合理。本文总结了垂直起降飞行汽车(VTOL)任务剖面下混动系统运行性能的相关研究。基于MATLAB Simulink,提出一种混合动力的协调方法,其中同时考虑了两种操作模式。根据实际操作条件,预设了垂直起降和平飞两种工况下不同的操作模式。在此基础上,研究了作为主要电源的增程器调节功率流和提高增程器工作效率的电池的协调。直流母线电压则由DC/DC转换器调节。为了有利于电池组的整体寿命,实现了充电和放电状态期间的功率共享。仿真结果表明,可以很好地控制直流母线电压,并且增程器和电池之间的功率共享遵循设计。

    • 考虑风向概率特征的航班时刻优化方法

      2024, 24(16):6951-6962. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2304520

      摘要 (14) HTML (0) PDF 5.51 M (50) 评论 (0) 收藏

      摘要:在航班时刻表进行实际运行过程中,风向的变化对航班到达终端区共用航路点的时间造成影响,进而造成容量过载或容量浪费。因此,根据风向的统计概率对航班时刻进行调整,目的是制定在一定程度上能减少共用航路点的容量过载或容量浪费的航班时刻表。根据风向对起飞航班跑道分配的影响提出了基准风向的概念,并基于航季中各月份在过去5年间的机场基准风向概率预测了下一年各月的机场基准风向概率。以误差平方和与轮廓系数作为聚类指标,将下一年中机场基准风向概率相似的月份聚为一类。在聚类结果的基础上建立考虑风向不确定性的航班时刻优化模型,并将-约束法与改进粒子群算法结合提出-约束-PSO组合算法实现多目标模型的求解,以北京终端区的离场航班为研究对象进行验证。研究结果表明:相比初始航班时刻表,共用航路点小时流量的最大值减少了12%,在不同基准风向时的共用航路点流量方差分别降低49%和56%;相比线性加权求和的方法,该方法可以实现共用航路点的溢出航班总量减少70%。研究结果表明在风向不确定的条件下,该模型可以在一定程度上使共用航路点的流量更均衡,减少出现共用航路点容量过载或容量浪费的现象。

    • >X环境科学、安全科学
    • 高频交流电晕等离子体降解农用地膜的特性研究

      2024, 24(16):6963-6972. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2306146

      摘要 (15) HTML (0) PDF 10.07 M (52) 评论 (0) 收藏

      摘要:地膜的使用为农业发展带来了极大的便利,但大量的残膜同时也造成了极为严重的白色污染,而目前针对残膜的降解处理研究又极为缺乏。低温等离子体降解技术作为一种高效、绿色的污染物处理方法,可以通过在反应空间生成大量高能电子和活性物质对污染物进行降解。本文首先采用高频交流针板电晕放电结构,针对电极结构进行优化设计,提高反应空间内的电场强度的电子密度。然后通过电晕等离子体降解技术对地膜进行处理,最后对比了不同的放电功率、空气湿度、针膜间距、放电间距对地膜降解的影响效果。研究结果表明,针尖的形状和针针之间的距离会对电子密度和电场强度造成不同程度的影响,当针尖斜率为3.33,针针间距为12mm时,电子密度和电场强度最大,分别为1.55×1013m-3和1.2×106V/m;放电功率的增大会导致空间内能量密度的提高,从而提高空间内高能电子和活性物质的产生效率,提高地膜的降解效率,当输入功率为64W时降解效率达到0.96%,但能量效率会随着输入功率的升高先增大后减小,当输入功率为56W达到最佳能量效率为34.29(μg/w·h);空气湿度的增加不仅会导致放电形态发生变化出现稳定的微放电,也会提升活性物质的产生效率,当空气湿度达到70%RH时,地膜降解效率提升1.04倍;地膜与针尖的之间的距离也会导致稳定的微放电产生,将降解效率由0.43%提升至1.02%;此外,针板电极的间距也会对降解效率产生影响,当放电间距为15mm时可以达到最佳的等离子体的辐射范围和辐射强度,使降解效率和能量效率均达到最大,与仿真条件一致,分别为2.3%和68.18(μg/w·h)。

    • 南方典型稻田土壤-水稻系统环境质量评价

      2024, 24(16):6973-6979. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303314

      摘要 (20) HTML (0) PDF 3.15 M (45) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究南方典型区域稻田土壤—水稻系统中重金属含量,系统采集了江西省进贤县、金溪县、渝水区、高安市、安福县和兴国县等6个水稻主产区典型田块土壤、水稻和灌溉水,重点分析了土壤和水稻铅、镉、砷和汞含量及其土壤养分,并采用单因子污染指数和内梅罗综合指数对土壤—水稻系统中重金属含量进行评价。结果表明,研究区稻田土壤pH、有机质、总氮、总磷、总钾、碱解氮、有效磷和速效钾总均值分别为5.48、32.99 g/kg、2.06 g/kg、0.54 g/kg、16.04 g/kg、156.71 mg/kg、14.00 mg/kg和94.98 mg/kg。研究区土壤铅、镉、砷和汞含量总均值分别为35.46、0.18、7.21和0.17 mg/kg,单因子污染指数均小于1,内梅罗综合污染指数为0.56,土壤环境质量等级为清洁;但渝水土壤镉含量为0.37 mg/kg,超过限量标准(0.30 mg/kg),土壤环境质量属于警戒状态。研究区糙米铅、镉、砷和汞的含量总均值分别为0.06、0.17、0.24和0.0086 mg/kg,单因子污染指数均小于1,内梅罗综合污染指数均值为0.77,糙米环境质量等级为警戒限;但兴国和渝水糙米镉含量分别为0.22和0.35mg/kg,均超过限量标准(0.20 mg/kg),环境质量等级分别为警戒限和轻度污染。相关性表明,糙米镉与土壤镉和铅呈显著正相关,而与土壤砷呈显著负相关;糙米砷与土壤砷和有效磷呈显著正相关。总之,重金属镉是调查区域水稻安全性最主要的潜在污染元素,需重点关注兴国和渝水两地水稻食品安全。

    • 不良气象微环境下桥塔横梁覆冰灾害过程模拟

      2024, 24(16):6980-6988. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2305890

      摘要 (23) HTML (0) PDF 9.97 M (50) 评论 (0) 收藏

      摘要:冬季桥塔横梁坠冰是威胁桥梁交通安全的重大隐患之一,系统分析不良气象微环境下横梁覆冰灾害过程机制,是保证桥梁交通安全的迫切需求。本文依托FLUENT与FENSAP-ICE软件建立了桥塔横梁覆冰数值仿真模型,探讨了风速、液态水含量和环境温度等微气象参数对桥塔横梁覆冰灾害演化过程的影响规律。结果表明:本文提出的数值仿真方法在明冰及霜冰条件下均具有较高的可行性与准确性;对武汉长江二桥桥塔横梁结冰数值模拟发现,覆冰区域集中分布于横梁迎风侧前缘及上下边缘,整体呈现出“U”型分布特征,是横梁防冰、除冰的重点区域;不良气象微环境是影响横梁结冰形态、分布及覆冰量的重要因素,覆冰形状受风速、液态含水量影响较大,受温度影响较小。

    • 公交车司乘冲突引发事故循环影响研究

      2024, 24(16):6989-6997. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2303951

      摘要 (28) HTML (0) PDF 5.02 M (43) 评论 (0) 收藏

      摘要:为有效提升公交车行驶的安全性,降低事故的发生率,明确司机与乘客(司乘)冲突对公交车事故发生的影响作用,通过系统动力学因果关系回路对事故发生的因果关系进行分析,探究引发事故的相关因素及事故发展与演变过程,并借助微分博弈从微观角度对比分析冲突中止与持续进行对事故发生的不同影响。结果表明,司乘双方均可成为事故的引发者,但司机可引发事故的因素较乘客多,更易导致事故的发生;司乘一方产生不满情绪后,这种情绪既会对自身也会对另一方的情绪与行为产生影响;一定时间内若司乘冲突停止,会降低事故风险,若持续进行,这种情绪与行为会在两者间形成循环性的影响,使双方的情绪反应程度循环累加,导致冲突升级最终引发事故。

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