mlsa-iai-msu-lab/ru_sci_bench_zho_cite_reranking huggingface dataset:
细菌脲酶蛋白复合物UreABC的表达与纯化

细菌脲酶能分解尿素为氨,在瘤胃尿素氮代谢中发挥重要作用。为了表达纯化并研究蛋白脲酶复合物UreABC,通过PCR扩增脲酶基因簇的结构基因ureA、ureB、ureC,将ureB构建在含有N端His标签的pet28a +载体,ureA、ureC基因共同构建在含有N端His标签的表达载体pETDuet-1,经酶切及测序鉴定得到正确的阳性克隆后,将两个质粒共同转化到大肠埃希菌BL21感受态细胞,利用IPTG诱导表达UreABC融合蛋白。采用SDS-PAGE凝胶电泳对蛋白表达进行鉴定,再通过蛋白纯化仪的镍柱、脱盐柱、分子筛纯化目的蛋白。结果显示,成功构建了两个原核表达载体pET28a-ureB、pET-ureC&A,脲酶基因ureA、ureB、ureC片段大小分别为313、315、1 701 bp,以可溶性形式表达脲酶蛋白复合物,并通过纯化得到约240 kD的蛋白。通过脲酶活性测定试验发现,镍离子可以体外激活脲酶蛋白。通过原核表达系统成功表达和纯化了具有活性的脲酶蛋白,为研究蛋白结构以及其与辅助蛋白互作提供参考。
旋转导向钻井工具姿态测量陀螺仪故障估计与处理方法

针对旋转导向钻井工具姿态测量系统陀螺仪故障问题,提出一种陀螺仪加性故障估计与处理方法。首先将陀螺仪故障增广为状态变量,融合加速度计测量信息建立非线性测量模型;然后针对由于模型线性化、陀螺仪漂移、钻井过程的高温、高压、强振动等因素导致卡尔曼滤波算法估计精度变差的问题,将测量误差等效为幅值有界但分布未知的误差,提出了一种自适应扩展集员卡尔曼滤波算法,实现了陀螺仪加性故障的准确估计,利用陀螺仪故障估计值校正陀螺仪输出,实现故障条件下工具面角的准确测量。样机模拟实验结果表明在发生陀螺仪故障情况下,基于所提出的算法,工具面角估计值的最大均方根误差为3.841 °,满足实际钻井技术需求,为提高旋转导向钻井工具姿态测量系统的可靠性奠定了基础。
红曲霉繁殖相关wetM基因的克隆与生物信息学分析

红曲霉(Monascus spp.)是一类次级代谢产物极为丰富的食药用丝状真菌,其繁殖能力是大规模工业化生产的前提。以实验室保藏紫色红曲霉(Monascus purpureus) Mp-21为研究对象,通过高通量转录组(RNASeq)测序获得菌株转录本数据后进行注释分析,首次克隆出红曲霉繁殖相关wetM基因并进行生物信息学分析。wetM基因开放阅读框内(ORF)长度为1 659 bp,负责翻译552个氨基酸,分子式C2605H4067N781O831 S18,分子量60 199.76,理论等电点(pI) 8.15。进一步对wetM基因中的ORF序列分析得到的WetA蛋白与其他丝状真菌中的WetA蛋白在最后的90个氨基酸显示出极高的相似度,有一定的同源性,其保守结构域含有多个结构类型,属于非典型结构域。
中国电网侧储能在典型场景下的应用价值评估

中国高度重视储能发展,电网侧储能是实现储能规模化发展的重要途径。结合储能技术经济特性和电力系统需求,提出中国电网侧储能应用的几点总体认识。电网侧储能应在能源电力规划中统筹考虑,综合衡量安全效益、经济效益和社会效益,优化总量规模、分区布局和技术类型。针对保障安全、保障输配电功能、降低网损、提高新能源利用水平等典型场景,开展电网侧储能典型案例的应用价值和经济性研究。研究结果表明:抽水蓄能作为系统级的调节手段,应保持一定规模;电化学储能作为一种电网元件,目前成本仍然比较高,仍须通过统筹规划,提高应用经济性,未来规模化发展需要依赖市场。
基于生态博弈的含云储能微电网多智能体协调优化调度

分布式储能可以缓解分布式电源大量接入微电网所带来的随机性问题,但高昂的初装成本和运维困难限制了其大规模推广应用。在微电网中引入"云储能"为用户提供高效的"虚拟分布式储能"服务,基于自然界生态系统思想,提出了含云储能微电网多智能体生态博弈协调优化调度模型。根据利益诉求关系,构建了微电网系统多智能体结构,得到微电网运营商、常规负荷代理、云储能运营商以及云储能用户四大智能体,建立了其优化模型;构建了微电网电力生态系统,建立了各智能体之间以及电力生态系统之间的博弈优化模型;采用基于纳什均衡的强化学习算法对多智能体生态博弈模型进行求解。算例结果表明,云储能服务优化了负荷曲线、降低了用电成本、云储能运营商也获得了收益,达到多方共赢效果。
引入HoloLens进行信息融合与数据挖掘的新型巡检方式及体验

当前变电站的各类巡检方式大都存在着信息获取不全面问题,主要体现在巡检信息不能得到妥善保存或巡检系统无法及时获取SCADA数据。随着智能电网的发展,电力大数据在设备状态估计等方面有着越来越多的用途。由此形成了智能巡检系统对数据的需求与获取数据不全面之间的矛盾,信息融合与数据挖掘就变得尤为重要,泛在电力物联网概念可以应用到巡检领域中去。采用混合现实设备HoloLens进行变电站巡检,以HoloLens连接人与物,其作为移动的人机交互接口,无缝连接数据与现实,采用智能技术获取和存储巡检数据并能调用SCADA数据,实现数据流的联通。基于此全面信息,系统对设备进行状态评估和故障率计算并为巡检人员提供辅助信息,以提高巡检质量和效率,获取新的巡检内容和巡检体验。最后对巡检人员反馈的用户体验结果进行模糊综合评价,取得了理想的效果。
"新基建"对中国"十四五"电力需求和电网规划的影响分析

近年来,中国已将"新基建"纳入国家发展战略,明确提出立足于高新科技基础设施建设,建成集约高效、经济适用、智能绿色、安全可靠的现代化基础设施体系。"十四五"期间,为了实现疫情后经济复苏,实现创新高质量发展,"新基建"将成为投资重点。"新基建"中5G基站、大数据中心、电动汽车等基础设施布点密集,能耗密度大,大规模发展对电网安全稳定运行冲击大。对"新基建"各类基础设施"十四五"期间发展趋势进行展望,重点对5G基站、数据中心等"数字新基建"的能耗模型进行分析建模,量化分析"十四五"期间"新基建"对中国电力需求和电网发展的影响,为科学开展能源电力 "十四五"规划提供参考。
高比例新能源电力系统演化进程中核电与新能源协调发展策略

核能与新能源作为非化石能源的重要组成部分,对于中国构建清洁低碳、安全高效的能源体系具有举足轻重的作用。随着大规模间歇式新能源接入电力系统,电网的安全稳定运行面临巨大挑战,核电出力稳定、转动惯量大,可为高比例新能源接入的电力系统提供必要的电力、电量和转动惯量支撑。针对高比例新能源电力系统演化进程中核电、新能源及其他电源的协调发展问题,统筹考虑系统规划与运行层面的相互影响,基于电力系统规划软件GESP及电力系统随机生产模拟软件GridView,建立一套完整的分析模型,提出中国未来核电与新能源的合理发展规模和布局;考虑核电与其他电源以不同方式参与电网调峰对新能源消纳及系统运行经济性等方面的影响,提出促进核电与新能源协调运行的策略建议,为促进中国核电与新能源有序健康发展、深入推动能源转型提供决策支撑。
清洁能源示范省建设背景下青海能源需求预测及清洁化发展对策

2018年青海省获批建设国家清洁能源示范省并于同年提出《青海省建设国家清洁能源示范省工作方案(2 0 1 8 - 2 0 2 0年)》,以绿色、高效和安全为总目标,推进能源生产和消费革命,为中国能源清洁转型与现代能源体系建设贡献力量。在清洁能源示范省建设背景下,开展青海能源需求预测及清洁化发展对策研究。首先,分析青海省清洁能源发展现状以及面临的挑战;然后,通过双变异差分进化算法优化BP神经网络预测模型,建立DMDE-BPNN混合预测模型;分析青海省典型水平年能源需求预测结果,探讨青海省能源清洁化发展对策。
基于时序运行模拟的新能源配置储能替代火电规划模型

随着风电、光伏自身成本不断下降,经济性上逐步具有替代火电的条件,同时,随着风电、光伏替代火电规模的增加,系统需要引入储能来应对系统不断增强的净负荷波动。为更加科学地量化评估新能源配置储能替代火电的经济性和规模,首先建立计及电力系统灵活性需求、基于精细化时序曲线运行模拟的电源和储能联合优化规划模型,以系统总成本最低为优化目标,考虑投资决策约束和运行约束,统筹优化不同成本情景下的电源和储能容量,提出新能源配置储能替代火电的经济性分析流程。其次,基于以上模型方法,优化计算某区域电网高、中、低3种成本情景下的电源和储能容量,并分析不同成本情景下新能源配置储能替代火电的演变过程。最后,提出新能源配置储能不同程度替代火电的条件。
全清洁能源特高压青豫直流初期打捆外送模式

全清洁能源特高压青豫直流工程顺利投产初期,由于配套电源尚未全部投运,青海水电峰枯季节出力差异较大,新能源出力随机性、间歇性和波动性问题突出,仅依托青海难以满足直流大功率稳定输电要求。在深入分析青豫直流送端青海电网的负荷特性和发电特性的基础上,开展青豫直流外送电力平衡分析,针对存在的峰盈谷缺和汛富枯贫问题,提出发挥西北电网整体合力,实现西北多省份清洁能源打捆外送的模式,在新能源大发、新能源小发、黄河丰水期、黄河枯水期4种场景下开展模拟测算,结果表明,通过清洁能源打捆外送可有效提升特高压青豫直流稳定外送水平。
一种用于电流互感器铁心J-A磁滞参数识别的改进方法

模拟电流互感器铁心的动态磁化过程,需要建立准确的磁滞模型。改进J-A磁滞模型能够更准确地模拟铁心的磁滞特性。针对改进J-A磁滞模型关键参数难以确定的问题,提出了一种基于烟花算法的电流互感器改进J-A磁滞模型参数识别方法。该方法首先建立改进J-A模型,然后建立参数识别模型,以求出的磁感应强度与已知的磁感应强度之间的绝对误差之和最小为目标函数,将模型参数作为变量引入烟花优化算法中求解。在产生新火花的时候,增加了对火花是否满足约束条件的校验。用所提方法分别识别P型和PR型电流互感器磁滞曲线,结果表明求得的磁滞曲线与实际曲线偏差小,增加的火花校验环节能够明显减少算法收敛所需要的迭代次数,证明了所提方法的有效性和自适应性。
基于可达矩阵和贝叶斯定理的含分布式电源的配电网故障区段定位

随着分布式电源接入配电网,电流变为双向流动,导致传统的故障区段定位方法不再适用。为解决含分布式电源的配电网故障区段定位问题,提出了一种基于可达矩阵和贝叶斯定理的故障区段定位方法。不同于传统矩阵算法中使用邻接矩阵描述网络拓扑的思路,使用蕴含信息量更大、全局可观性更强的可达矩阵进行拓扑描述和矩阵运算。为应对信息畸变,利用贝叶斯定理进行容错处理,从而找出故障区段。算例结果表明:该方法具有良好的通用性,对于电机型和逆变型分布式电源,可以统一处理。对于含分布式电源的配电网中的单个故障和多重故障,该方法能够准确定位故障区段并且具有一定的容错性。
内质网应激诱导的自噬在肝脏疾病中的研究进展

错误/未折叠蛋白的积累可导致内质网(endoplasmic reticulum, ER)结构和功能紊乱,从而诱发内质网应激(endoplasmic reticulum stress, ERS),激活未折叠蛋白反应(unfolded protein response, UPR)。UPR作为适应性机制可恢复早期的ERS,重建ER稳态;当UPR不足以缓解ERS时,会通过UPR介导的3个跨膜蛋白(IRE1α、PERK、ATF6)诱发细胞凋亡或自噬。自噬作为ERS的另一种保护性反应,可通过降解错误折叠蛋白和清除受损细胞器来减轻ERS。另外,自噬是ERS重要的下游事件并处于凋亡的上游,ERS介导的自噬可通过调节细胞凋亡发挥促凋亡或抗凋亡双重作用。ERS与自噬间的相互作用在酒精/非酒精性脂肪肝、肝纤维化、肝癌等多种肝脏疾病中扮演着重要角色,但二者在肝病发生发展过程中的具体机制尚不明确。因此,探讨ERS与自噬通过复杂的网络通路调控肝脏疾病的机制有助于改善相关肝脏疾病,这可能成为治疗肝病的有效靶点。
2-羟基戊二酸在异柠檬酸脱氢酶突变型胶质瘤发生、发展中的作用及磁共振波谱检测方法

异柠檬酸脱氢酶(IDH)是WHO中枢神经系统肿瘤分类中最重要的分子表型参数之一。作为IDH突变型胶质瘤的特征性代谢产物,2-羟基戊二酸(2-HG)可从多方面影响肿瘤发生、发展及侵袭过程。磁共振波谱(MRS)为无创性检测2-HG的影像学手段,通过改进技术及优化判读指标,可改善MRS对2-HG谱峰的显示能力并拓展其临床应用范围。本文对2-HG在IDH突变型胶质瘤发生、发展中的作用及其MRS检测方法进展进行综述。
经胸超声心动图诊断A型主动脉壁间血肿

目的观察经胸超声心动图诊断A型主动脉壁间血肿的价值。方法回顾性分析40例经CT血管成像(CTA)确诊的A型主动脉壁间血肿患者的临床资料及超声心动图表现,评价经胸超声心动图诊断A型主动脉壁间血肿的价值。结果40例A型主动脉壁间血肿患者,男25例(25/40,62.50%),女15例,发病中位年龄55岁;以胸背部疼痛(36/40,90.00%)为主要症状;其中30例有高血压病史、15例有吸烟史。主动脉壁间血肿超声主要表现为主动脉壁内-中膜与外膜间存在厚薄不均匀低回声;主动脉窦部增宽与年龄、高血压病史相关(r=0.51,P=0.01;r=0.34,P=0.03)。25例(25/40,62.50%)合并主动脉瓣反流,其中21例(21/25,84.00%)为轻度反流;12例合并心包积液,其中10例(10/12, 83.33%)为少量积液。结论经胸超声心动图对诊断A型主动脉壁间血肿有一定价值,并可用于患者随访。
高价态金属离子交联体系防灭火性能影响研究

为比较中心离子高价态对凝胶防灭火性能的影响,以羧甲基纤维素钠与柠檬酸铝和柠檬酸锆交联,试验Zr~(4+)交联体系和Al~(3+)交联体系,测定成胶时间并优化配比方案;通过程序升温测试试验研究指标气体和交叉点温度的变化,使用红外光谱(FTIR)研究凝胶的防灭火机制。研究结果表明:在程序升温过程中,Zr~(4+)交联体系使得CO的生成量降低56%,C_2H_4的生成量降低54%,且交叉点温度提高32 ℃,阻化效果要优于Al~(3+)交联体系;Zr~(4+)交联体系在加热过程中抑制煤中羟基的氧化,使甲基和亚甲基更少参与煤氧反应,并且促进羰基和含氧官能团的生成。
瓦斯气体劣化-荷载作用下煤岩损伤本构模型

为有效预防煤矿瓦斯动力灾害,研究瓦斯气体对煤岩力学性质的劣化机制及煤岩损伤演化特征,以原煤试样为研究对象,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置,开展不同瓦斯压力下煤岩三轴压缩试验;建立瓦斯气体劣化-荷载作用下煤岩损伤本构模型,通过试验结果验证该模型的合理性。结果表明:煤岩在塑性变形阶段前累计损伤几乎为0,峰后损伤程度迅速增大;随着瓦斯压力升高,煤岩峰值强度与弹性模量均降低,瓦斯气体作用后煤岩初始损伤量显著增加;煤岩黏聚力随瓦斯压力升高而呈线性降低,通过黏聚力与瓦斯压力的关系修正Mohr-Coulomb准则,可量化考虑瓦斯气体劣化后的煤岩应力应变关系;所建模型与试验结果吻合度较高,可反映不同瓦斯压力作用下煤岩损伤演化过程。
基于DEMATEL-ISM的矿工不安全情绪形成因子研究

为预防矿工不安全情绪的产生,提升人因可靠性,系统分析矿工不安全情绪形成因子间的重要程度及层级关系;基于文献和访谈研究,通过德尔菲法确定12个矿工不安全情绪形成因子;采用决策实验室法(DEMATEL)将12个形成因子聚集为强原因、弱原因、强结果和弱结果4个因子集;并进一步采用解释结构模型(ISM)构建矿工不安全情绪形成因子的多级递阶模型。结果表明:矿工不安全情绪的形成是直接因子、中间因子和深层因子综合作用的结果;岗位胜任力不足、不良管理行为或态度、职业发展受限、人际沟通不良、安全文化氛围不足和福利待遇达不到期望值等是影响矿工不安全情绪形成的关键因子,应予以重点关注。
基于深度学习的甜味剂分类模型

针对开发甜味剂过程中筛选百万级别甚至千万级别的天然或合成分子需要大量时间和资金的问题,该研究提出了一种基于深度学习的甜味剂分类模型。首先对数据集进行了扩增和优化,生成分子指纹以及分子图片,然后将注意力机制加入到DenseNet结构中,对分子特征和提取的特征进行融合。在20 029个分子图像和分子指纹数据集上进行训练,并在独立测试集上进行模型检验。试验结果表明,分类准确率为0.934,准确率波动幅度小于0.005,4类物质(强甜味、弱甜味、无味、苦味)的分类精度均超过0.91,优于传统机器学习模型和常用的卷积神经网络模型,可以从大量分子中筛选并识别目标分子,能使相关研究人员更容易地筛选出潜在甜味剂,并为将来甜味剂的筛选提供了一种思路与方法。
基于微波空间驻波法的叶类蔬菜含水率无损检测

蔬菜含水率是影响蔬菜品质的重要指标之一。针对传统含水率检测方法测量精度低、费时费力等问题,该研究提出了一种基于微波空间驻波法的蔬菜含水率预测方法,研发了行驻波雷达测量系统。装置包括微波振荡器、微波发射及接收天线、检波器、样品夹持器、滑轨及控制器。以常温贮存的绿叶白菜、生菜为研究对象,采用X波段微波,对测量过程中形成的空间行驻波进行分析,通过线性回归分析建立蔬菜含水率预测模型。测量结果表明,白菜、生菜含水率预测方程决定系数R2分别为0.992 0和0.991 9,预测结果与直接干燥法相比,均方根误差RMSE分别为1.188%和0.803%,性能标准误差SEP分别为1.071%和1.179%。该研究方法不受微波在空间中的多重反射影响,装置结构简单,单次测量时间小于10 s,能够实现对蔬菜含水率的快速、无损、高精度检测。研究结果为农产品检测相关应用提供参考。
长江经济带农村相对贫困格局及区域承载力约束机理

随着中国反贫困重点由消除绝对贫困转变为全面实施乡村振兴、系统解决相对贫困,亟需定量揭示农村相对贫困与区域承载力之间的作用关系,为同步制定缓解相对贫困和增加区域承载力的干预措施提供科学依据。该研究以长江经济带为例,通过农村相对贫困区界定及变化类型识别,从流域、县域及主体功能区多尺度解析2010年以来农村相对贫困区的时空演化过程,建立由土地资源、水资源、环境、生态、灾害和交通6个要素构成的区域承载力指标体系,定量评价农村相对贫困受区域承载力的约束程度及致贫作用。结果表明:长江经济带农村相对贫困空间格局呈总体稳定、局部收缩态势,且以重点生态功能区为主,稳定分布于乌蒙山区、武陵山区、罗霄山区、滇桂黔石漠化区以及滇西边境山区,已消除农村相对贫困的县域主要位于城市群地区或中心城市外围;逻辑斯蒂回归模型估计结果表明,交通、生态和灾害承载力是导致长江经济带农村相对贫困的重要因素,这3类要素约束程度每提升1个等级,发生相对贫困的概率将提高120.85%、30.59%、42.43%,城市化地区、农产品主产区致贫概率仅为生态功能区的19.87%、66.00%。建议基于区域承载力约束程度和地域功能类型,瞄准农民生计资本和区域综合效益增值设计差异化的反贫困政策体系,探索实现农民可持续生计和农村相对贫困区可持续发展的“个体+区域”互动融合发展模式。
基于特征选择和GA-BP神经网络的多源遥感农田土壤水分反演

土壤水分是影响水文、生态和气候等环境过程的重要参数,而微波遥感是农田地表土壤水分测量的重要手段之一。针对微波遥感反演农田地表土壤水分受植被覆盖影响较大的问题,该研究提出了一种基于特征选择和GA-BP神经网络(Genetic Algorithm - Back Propagation neural network)的多源遥感农田地表土壤水分反演方法。首先对Sentinel-1微波遥感数据和Sentinel-2光学遥感数据进行预处理并提取21个特征参数;然后采用差分进化特征选择(Differential Evolution Feature Selection,DEFS)算法从21个特征中选出包含10个参数的最优特征子集,并利用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)法将特征子集进行降维;之后建立BP神经网络,采用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对BP网络的节点权值进行优化,使用降维后的特征矩阵和部分实测土壤含水量数据对BP网络进行训练;最后利用训练好的GA-BP网络对研究区土壤水分进行反演,并利用实测数据对反演结果精度进行对比验证。试验结果表明,该研究反演结果的决定系数为0.789 3,均方根误差为0.028 7 cm~3/cm~3,相比单纯使用GA-BP神经网络,加入DEFS和PCA之后决定系数提高了0.215 7,同时均方根误差降低了0.029 5 cm~3/cm~3。该结果展示了DEFS和PCA算法在土壤水分反演最优特征集选择的有效性,为多源遥感农田地表土壤水分反演提供了新思路。
利用叶绿素荧光动力学参数识别苗期番茄干旱胁迫状态

为实现作物干旱胁迫状态无损识别,该研究提出了基于叶绿素荧光动力学参数的苗期番茄干旱胁迫状态识别方法。首先利用叶绿素荧光成像系统采集不同干旱胁迫程度的植株冠层叶绿素荧光图像,并将顶层叶片图像像素均值作为该植株的叶绿素荧光参数值;然后,采用连续投影法(Successive Projections Algorithm,SPA)、迭代保留信息变量法(Iteratively Retains Informative Variables,IRIV)和变量空间迭代收缩法(Variable Iterative Space Shrinkage Approac,VISSA)分别提取与干旱胁迫高度相关的叶绿素荧光参数。并分析3种算法提取的5个公共荧光参数(光适应过程中L2时刻的实际光量子效率、光适应过程中L3时刻的非光化荧光淬灭、基于“Lake”模型光适应过程中L2时刻的光适应光化学淬灭、基于“Lake”模型的稳态光适应光化学淬灭和基于“Lake”模型暗弛豫过程中D3时刻的光适应光化学淬灭)在不同干旱等级下的变化趋势。最后,利用线性判别分析(Linear Discriminant Analysis,LDA)、支持向量机(Support Vector Machines, SVM)和k最近邻(k-Nearest Neighbor,KNN)建立干旱胁迫状态识别模型。其中,IRIV-LDA和VISSA-LDA建模效果最好,识别准确率均可达97.8%,且IRIV-LDA对干旱胁迫程度的区分度更好,对适宜水分、轻度干旱、中度干旱、重度干旱的识别率分别为100%、95%、98%、98%。仅用5个公共参数建立干旱识别模型的识别准确度最高可达83.7%,说明这5个荧光参数与番茄干旱胁迫高度相关。试验结果表明,利用叶绿素荧光动力学参数可以较准确的检测苗期番茄干旱胁迫状态。该研究为苗期番茄干旱胁迫早期监测和胁迫等级判定提供了一种新方法,也可为其他作物的干旱胁迫状态监测提供技术参考。
田间农药雾滴精准采样技术与发展趋势

采用植保机械喷施化学农药仍是病虫害防治最为有效的手段。喷施过程中,农药雾滴精准的采集并测定沉积、流失飘移量,对于优化植保机械的作业参数、提高农药利用率具有重要意义。该研究综述分析了室内与田间采样过程中不同类型采样器的优缺点,并分析采样效率、采样器的布置及采样条件等因素对雾滴沉积、流失飘移采样结果的影响。针对当前的采样方法,该研究提出了未来在农药雾滴采样方面的5点要求与展望,包括提高采样的准确性、提高采样方法和采样设备的标准化、增加对农药有效成分雾滴运动规律的研究、研发新型的采样传感器以提高采样效率、建立植保无人飞机喷施雾滴沉积、飘移模型。综上,通过更为标准化和精准的采样,获取可比较、准确度高的农药雾滴沉积与流失飘移数据,可为中国农药使用量“零增长”提供科学技术指导。
1988-2018年中国水稻秸秆资源时空分布特征及还田替代化肥潜力

中国的水稻秸秆资源丰富,但不同地区水稻秸秆及养分资源量,还田替代化肥潜力以及随时间的变化特征尚不清楚。该研究基于农业农村部1988-2018年在全国稻作区的水稻土长期监测数据,分析了中国各地区不同年份的水稻秸秆和养分资源量及还田替代化肥潜力,为水稻秸秆资源的合理利用提供依据。结果表明:全国近10 a(2009-2018年)水稻秸秆和氮磷钾(NPK)养分资源年均量分别达到1.69×10~8 t和452.09×10~4 t,比1988-1998年增加0.23×10~8 t和61.50×10~4 t,东北增幅最高。全国水稻秸秆及养分资源随种植年限的延长呈增长趋势,第一阶段(1990s-2000s)和第二阶段(2000s-2010s)水稻秸秆资源年变化速率分别为18.11×10~4 t/a和211.47×10~4 t/a,N、P、K养分资源年变化速率分别为(0.15×10~4)、(0.02×10~4)、(0.31×10~4)t/a和(1.76×10~4)、(0.25×10~4)、(3.66×10~4)t/a。70%以上的水稻秸秆和养分资源分布在长三角、长江中游和西南,以长三角最高(4.15×10~7 t,NPK 111.05×10~4 t),华南最低(2.20×10~7 t, NPK 58.54×10~4 t)。30 a来,全国单位耕地面积水稻秸秆还田带入农田的氮(N)、磷(P)、钾(K)养分量持续稳定增加,占化肥年均施用量的比例为10.88%~12.53%、11.83%~17.13%、116.22%~122.62%。全国水稻秸秆还田的氮、磷、钾肥年均可替代量为(28.90±0.14)、(5.80±0.03)、(180.46±0.52)kg/hm~2,各区以长三角最高(N:(34.44±0.20)kg/hm~2、 P:(6.91±0.04)kg/hm~2、K:(129.23±0.74)kg/hm~2),华南最低(N:(25.80±0.23)kg/hm~2、P:(5.18±0.05)kg/hm~2、 K:(96.83±0.87)kg/hm~2)。充分利用水稻秸秆资源,是实现化肥减施增效的重要保障。
基于时频和功率谱密度的移栽机振动特性测试与分析

针对移栽机机械受激励产生振动影响取苗、顶苗工作稳定性的问题,该研究以2ZTT-2型顶夹式气动蔬菜移栽机为研究对象,对移栽机的振动特性进行研究。采用时频分析和功率谱密度分析相结合的方法,得到信号能量在时间轴以及频率轴上的分布特征,并运用锤击法,研究了不同工况下各测点主要频率与该测点代表运动部件的前5阶固有频率之间的对应关系。试验结果表明:取苗摆动装置运动、苗盘横移是移栽机的主要振源,取苗机械手开合、顶苗机构伸缩是振动的次要原因。振动信号频率主要分布在低频频率(0~10 Hz)处,取苗摆动装置运动时加速度振动幅值为5.43 m/s~2,整机运转时为1.71 m/s~2,振幅下降了68.51%,并且移栽机取苗摆动装置运动所引起的主要振动频率(6.10 Hz)与对应测点处的第5阶固有频率(6.25 Hz)相近,发生了共振现象。研究结果可为移栽机振动特性分析、结构优化设计提供参考。
基于多源空间数据的“三生”空间异质性评价与分区划定

为优化“三生”空间评价方法体系,探索海南岛“三生”空间聚集性与协调度特征并制定有效的空间分区方案,该研究从空间异质性角度出发,采用多源空间数据从栅格尺度上对同地类不同地块的“三生”空间功能进行评价,再通过空间自相关及三角坐标图分析乡镇尺度上“三生”空间的聚集性与协调度特征,并为国土空间优化提供相关分区方案。结果表明:1)海南岛生产空间高分值区域集中分布在沿海市县,呈“四周高、中间低,北部高、南部低”的分布特征,且城镇生产空间与农业生产空间有所差异;生活空间高分值区域多集中在各市县城镇范围内,整体呈“小集聚、大分散”的空间格局;生态空间高分值区域集中在中部地区,呈“中间高、四周低,南部高、北部低”的分布格局。2)乡镇尺度上海南岛生产、生活、生态空间功能值的Moran's I指数分别为0.569,0.221和0.716,表现出空间自相关性特征,据此面向全岛提出基于空间聚集性的“三生”空间分区方案。3)海南岛各乡镇“三生”空间存在较大的协调度差异,高值区以生态主导和“三生”协调型为主,分别占乡镇总数的51.72%与43.97%;低值区则以生态主导型为主,占乡镇总数的72.41%,据此面向全岛提出基于空间协调度的“三生”空间分区方案。该研究有效识别了同地类不同地块“三生”空间的异质性,并从空间聚集性与协调度视角提出“三生”空间分区管制方案,能够为当前国土空间优化提供参考。
废弃物到能源的闭环供应链:循环供能、协同运作与可持续性

现代经济生活方式每年产生大量的废弃物,通过耦合收集、加工、运输、发电、供热等独立运行环节,形成整体关联的闭环供应链,实现废弃物到能源的循环利用和可持续发展。该文立足于循环供能与可持续发展两大维度,围绕废弃物回收、资源化处理、多能互补供应、多网络耦合的完整链条,系统分析废弃物到能源闭环供应链的废弃物管理、多能源供应、环境治理协同效应。基于联合国可持续发展目标框架,以全球能源、经济、环境和社会协调发展的重大需求为牵引,整合废弃物到能源闭环供应链的交叉兼容指标,构建涵盖复合维度的可持续性评价指标体系,并从内生风险与外源风险视角,识别刻画不可持续风险。
中国土地整理工程发展回顾与展望--基于《农业工程学报》“土地整理工程”专栏2002-2020年刊载文献的计量学分析

土地整理工程是保障国家粮食安全与生态安全的重要手段。为了促进土地整理工程学术交流与科技创新,《农业工程学报》自2002年开始开设“土地整理工程”专栏,随着土地整理工程研究领域和内涵的不断拓展,2020年5月第9期开始,“土地整理工程”专栏更名为“土地保障与生态安全”。该文基于文献计量方法对《农业工程学报》“土地整理工程”专栏2002-2020年期间刊发的论文进行统计分析,并对不同研究方向的研究进展进行总结,提出未来土地资源保障与国土生态安全领域的研究重点,以期为中国的粮食安全与生态安全战略提供支撑。研究发现:土地整理工程主要研究方向包括土地利用、土地评价、农地整理、耕地质量与安全、3S和土地信息技术、工矿废弃地复垦、农村居民点整理、土地生态、土地修复、基本农田建设与保护、节约用地、乡村空间格局与发展、耕地开发、市地整理等方向;土地评价、农地整理和耕地质量与安全是学者们比较关注的热点,发文量分别占比10.52%、10.16%和8.51%;围绕土地评价、农地整理、耕地质量与安全、3S和土地信息技术和工矿废弃地复垦等方向,“土地整理工程专栏”形成了10个在全国处于领先研究地位的作者合作网络组团,以及5个关键词聚类;“土地整理工程专栏”刊发论文覆盖了土地整理工程的各个方向,近年来学者们更加关注生态化土地整治,基于景观生态学等理论来构建土地利用安全格局、分析土地整治的生态效应,同时关注土地整治单项工程的生态化设计与修复技术、农村居民点的格局演变与布局优化等内容。未来土地资源保障与国土生态安全研究将更注重“系统化、生态化、信息化和智能化”,研究区域生态系统保护修复的理论、方法和机理,实现“山-水-林-田-湖-草”的“整体保护、统一修复、综合治理”;借助基础信息大数据,开展自然资源一张图智能化管理研究,构建国土生态安全格局。
苏南地区景观格局特征与坑塘水质关联关系

研究不同空间尺度景观类型与景观格局指数对农村坑塘水质的影响程度和机制对于快速城镇化背景下乡村水环境保护具有重要的现实意义。基于实地水样采集数据及土地利用数据,以苏南地区农村坑塘为研究对象,结合相关分析、冗余分析等数理统计方法,初步探讨经济发达区农村坑塘水质与土地利用/景观格局之间的特征关系。结果表明:1)苏南地区农村坑塘水质状况不一,自北向南,电导率(COND)、NH_3-N有增加趋势,磷酸盐(TDP)有减少趋势,溶解氧(DO)先降后增。平原区坑塘污染较严重,以DO污染为主,低山丘陵区污染程度较轻,主要为磷元素和DO污染。不同尺度缓冲区内土地利用强度较大,耕地、建设用地占主导地位,平均面积比例在57.34%~73.19%;2)不同景观类型对水质影响存在差异,建设用地与NH_3-N、DO呈正相关,与TDP、COND呈负相关,耕地在200 m尺度上与COND、 NH_3-N呈显著正相关,在400~500 m尺度上与TDP呈显著正相关,林地和草地对水质净化具有一定正效应,且在200 m尺度上较明显;3)景观格局指数与水质特征关系较明显且存在尺度差异。相关分析中,100 m尺度下的最大斑块指数(LPI)、景观聚集度指数(AI)与COND、NH_3-N呈显著负相关,100 m尺度下的景观形状指数(LSI)、景观分离度指数(DIVISION)与COND、NH_3-N呈显著正相关。冗余分析中,100 m缓冲区内,第一排序轴(约束轴)累积百分比为94.4%,相关系数为53.3%,较好表达水质指标与景观格局指数的关系;4)LPI、LSI、DIVISION、斑块结合度指数(COHESION)及AI与地区水质特征关系最为明显。斑块密度越小,破碎度越低,聚集与连接度越低,分离度越高则越有利于地区坑塘水质的保护。通过多维度分析,在一定程度上揭示了苏南地区坑塘生态水文过程,有利于经济发达区农村坑塘管理和水质保护,研究结果可为政府相关部门决策提供一定参考。
基于迁移学习的葡萄叶片病害识别及移动端应用

为解决已有的卷积神经网络在小样本葡萄病害叶片识别的问题中出现的收敛速度慢,易产生过拟合现象等问题,提出了一种葡萄叶片病害识别模型(Grape-VGG-16,GV),并针对该模型提出基于迁移学习的模型训练方式。将VGG-16网络在ImageNet图像数据集上学习的知识迁移到本模型中,并设计全新的全连接层。对收集到的葡萄叶片图像使用数据增强技术扩充数据集。基于扩充前后的数据集,对全新学习、训练全连接层的迁移学习、训练最后一个卷积层和全连接层的迁移学习3种学习方式进行了试验。试验结果表明,1)迁移学习的2种训练方式相比于全新学习准确率增加了10~ 13个百分点,并在仅训练25轮达到收敛,该方法有效提升了模型分类性能,缩短模型的收敛时间;2)数据扩充有助于增加数据的多样性,并随着训练次数的增加,训练与测试准确率同步上升,有效缓解了过拟合现象。在迁移学习结合数据扩充的方式下,所构建的葡萄叶片病害识别模型(GV)对葡萄叶片病害的识别准确率能达到96.48%,对健康叶、褐斑病、轮斑病和黑腐病的识别准确率分别达到98.04%、98.04%、95.83%和94.00%。最后,将最终的研究模型部署到移动端,实现了田间葡萄叶片病害的智能检测,为葡萄病害的智能诊断提供参考。
滴灌轮灌分组优化模型与算法

传统的轮灌组划分计算方式效率较低且难以获得较好方案。该研究首次采用智能算法来求解轮灌组划分问题,依据《微灌工程技术标准》及轮灌组划分原则,提出了基于流量均衡的数学模型及其约束条件。通过分析支管空间分布,确定了滴灌问题的邻域特征,在半径阈值范围内给出了最大限度查找关键路径的邻域搜索策略和不可行解修复算法,并采用传统遗传算法(Genetic Algorithm,GA)、贪心遗传算法(Greedy-GA)、泰森多边形遗传算法(Voronoi-GA)和网格遗传算法(Grid-GA)算法分别求解模型,探索适应轮灌分组问题的初始化方法。对标准差、组内路程、连通性和运行时间4项指标对比分析,结果表明:Grid-GA算法表现优异,采用的邻域策略可有效避免支管分布过于分散,有利于日常管理与维护。取半径阈值280 m条件下,算法在300代左右达到收敛,最小标准差10.9 m3/h,组内路程8 105.2 m,连通性指标25,与一种冒泡+贪心的近似算法相比最小标准差小59.1%。该研究对提高滴灌工程设计效率和促进轮灌工作制度有效运行有着重要研究意义。
双轴旋耕碎土试验台设计与分层耕作试验

针对现有耕作试验台难以满足双轴耕作部件测试的需求、室内测试重塑土难以反映作业现场真实环境的问题,设计了一种集前轴正转抛土、后轴反转碎土功能于一体的双轴旋耕碎土田间移动式试验台,可实现前后刀轴相对位置及转速比的实时调整。阐述了整机工作原理,分析了前后刀轴相对位置的调节范围、碎土刀轴位置调节机构结构参数、旋耕刀轴调速装置的运动参数,计算并选型了碎土刀轴调速系统、功耗测试系统中液压及电气元件。为提高分层耕作质量同时降低作业能耗,以前期研究的双轴起垄机的双轴旋耕碎土关键部件为研究对象,开展了分层旋碎的田间试验,并采用中心组合试验设计方法,以两轴水平间距、垂直间距、碎土刀轴转速为影响因素,以双刀辊作业平均功耗、表层5 cm土层的碎土率为评价指标进行响应曲面分析。利用Design-Expert软件进行数据分析,建立各因素和平均功耗、碎土率之间的回归模型,分析各因素对平均功耗、碎土率的显著性,同时对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对平均功耗影响由大到小依次为水平间距、碎土刀轴转速、垂直间距;各因素对碎土率影响由大到小依次为水平间距、垂直间距、碎土刀轴转速;最优工作参数组合为水平间距为570 mm、垂直间距为96 mm、碎土刀轴转速为340 r/min,对应的平均功耗为17.92 kW、碎土率为91.65%,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。试验表明,所设计的双轴旋转耕作部件性能测试试验台设计合理,能够满足多因素多水平的测试需求,为双轴旋转型耕作部件的优化设计提供了新的测试手段。
油菜基质块苗移栽机取苗装置设计与试验

针对油菜基质块苗机械化移栽过程中,缺乏取苗装置完成栽植作业的生产现状,该研究设计了一种油菜基质块苗移栽机取苗装置。取苗装置的工作过程包括:气动分苗及对辊取苗2个阶段,确定了取苗装置稳定运行的工作参数,构建了移栽过程中气动分苗阶段和对辊取苗阶段的运动学模型。开展了同步带线速度、载苗台安装角度、辊轮线速度对取苗成功率、取苗同步率影响的二次旋转正交组合试验。结果表明:同步带线速度为120.9 mm/s、辊轮线速度为238.2 mm/s、载苗台角度为31.9°时取苗效果较优。较优参数组合条件下,台架试验的取苗成功率为93.42%,取苗同步率为94.42%,田间试验的取苗同步率为92.71%,满足油菜基质块苗移栽机取苗技术要求。研究结果可为油菜基质块苗移栽机取苗装置的结构改进提供参考。
基于深度学习的葡萄果梗识别与最优采摘定位

针对葡萄采摘机器人在采摘作业中受果园环境干扰,难以准确识别与分割葡萄果梗及定位采摘点的问题,该研究根据葡萄生长的特点提出一种基于深度学习的葡萄果梗识别与最优采摘定位方法。首先通过改进掩膜区域卷积神经网络(Mask Region with Convolutional Neural Network,Mask R-CNN)模型对果梗进行识别与粗分割;然后结合阈值分割思想对果梗的色调、饱和度、亮度(Hue Saturation Value,HSV)色彩空间进行分段式提取,取每段色彩平均值作为该段果梗基准颜色阈值,利用区域生长算法对果梗进行精细化分割;最后计算果梗图像区域的质心,并以临质心点最近的果梗水平两侧中心作为最终采摘点。试验结果表明,在不同天气光照下该方法对葡萄果梗的检测精确率平均值为88%;在果梗成功识别后最优采摘点定位准确率达99.43%,单幅图像的果梗采摘定位平均耗时为4.90 s,对比改进前Mask R-CNN检测耗时减少了0.99 s,F1-得分提高了3.24%,检测效率明显提升,该研究为葡萄采摘机器人提供了一种采摘点定位方法。
压力式谷物产量监测系统优化与试验验证

为了提高谷物收获作业过程中谷物产量在线监测的精度,研制了基于谷物流压力原理的车载谷物产量在线监测系统,该系统包括谷物流量监测装置、定位装置、割台高度控制开关、核心处理器以及人机交互装置。以谷物产量与谷物流压力间的谷物产量监测数学模型为指导,搭建了谷物产量监测试验台,采用Box-Behnken试验设计方法优化谷物流量监测装置结构参数,研究了传感器数量、传感器安装位置和监测装置水平倾角对谷物产量监测系统测产误差的影响,确定了最优参数组合为传感器数量5、传感器安装位置0.24 cm、监测装置水平倾角5°,并对最优参数组合进行了验证试验,结果表明,谷物产量监测系统测产误差为3.27%,满足谷物产量监测的精度要求。对谷物产量监测系统田间实际效果进行了试验验证,试验结果表明,田间测产误差为5.28%,生成的产量分布图为后续田间作业管理提供了决策依据。
风-光-储能源系统变工况动态仿真研究

新能源的规模化高效利用已成为我国构建清洁高效能源体系,实现碳中和战略目标的重大需求。本文耦合风电、光伏以及光热发电形成综合型风-光-储能源系统,拟通过相对可控的光热发电平抑风电、光伏发电的随机波动性,进而在系统整体层面实现电功率的平滑输出。本文据此建立了系统关键设备的数学模型,研究了时变风光资源条件下系统变工况运行的实时响应特性,在此基础上,制定了熔融盐蓄热主动调控策略以平抑风电、光伏发电的波动性。结果表明,相比于单一的风电、光电电站,风-光-储能源系统的负荷跟随能力显著提高,负荷跟随匹配度从78.94%提高至93.90%,能源利用率增加至19.68%,弃电率从18.51%下降至0.96%,负荷波动幅度也从120 MW减小到25 MW左右。
结合无人机光谱与纹理特征和覆盖度的水稻叶面积指数估算

为了探究无人机多指标构建叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)估算模型的能力,该研究通过不同纹理组合方式优选纹理指数,分别以光谱特征、纹理指数和作物覆盖度作为输入量建立一元线性模型,3类指标结合构建多元逐步回归和人工神经网络模型,分析多指标结合估算LAI的精度。结果表明:新的纹理指数能够明显提高纹理特征值与LAI的相关性,近红外波段均值与蓝波段均值的差值较近红外波段均值提高了13.54%;将绿度归一化植被指数(Green Normalized Difference Vegetation Index,GNDVI)、差值纹理指数和作物覆盖度结合来估算水稻LAI的精度最好,多指标结合的多元逐步回归模型的决定系数为0.866,调整后决定系数为0.816,均方根误差为0.308,人工神经网络模型结果再次验证这一结论。该研究成果可为基于无人机平台估算作物结构参数提供理论依据,并为其他作物LAI估算提供借鉴。
考虑线路及网侧阻抗的多台储能变流器稳定性影响分析

为保证储能电站能够安全稳定运行,本文研究网侧阻抗、多机并联线路阻抗和并联机组数对储能电站安全稳定运行的影响,通过建立系统数学模型并通过特征值根轨迹方法验证系统稳定性。首先建立三相并网模型,然后运用诺顿等效原理,建立单台及多台储能变流器(PCS)并网等效电路,分析得出决定考虑线路及网侧阻抗情况下的多机并联模型传递函数,据此分析得出并联台数、线路阻抗、网侧阻抗等参数变化对系统稳定性的影响,并通过在Simulink平台下搭建多PCS并联仿真模型,验证了理论的正确性。
智能农机GNSS/INS组合导航系统设计

为提高自动导航农机的定位精度和可靠性,该研究设计了基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)和惯性导航系统(Inertial Navigation System, INS)的智能农机组合导航系统,该系统根据来自INS的三轴姿态角速度、加速度信息以及高精度定位板卡的三轴位置、速度信息,采用松耦合模式,通过卡尔曼滤波对INS误差实时校正,解算出农机的精准位置、速度和姿态信息。为实现该组合导航系统,设计和制作了智能农机控制板,集成GNSS高精度解析板卡和惯性测量模块,并在控制板上实现组合导航算法。搭建了东风DF1004-2智能农机试验平台,并在试验田中分别进行静止和直线行驶状态下的试验和单独GNSS导航与组合导航效果的对比。试验结果表明,在农机静止状态,两者性能接近,定位误差均在1 cm以内,姿态角误差均在0.1°以内;在农机以2 m/s的速度按照预设直线行驶时,单独GNSS导航位置误差在6 cm以内,姿态角误差在1°以内,GNSS/INS组合导航位置误差在3 cm以内,姿态角误差在0.5°以内,GNSS/INS组合导航精度明显的提升,可为高精度农机自动导航控制提供技术支持。
果园环境下移动采摘机器人导航路径优化

针对移动采摘机器人在果园作业时,果树较大冠层与行人等障碍物易影响机器人行驶的突出问题,该研究提出了一种基于改进人工势场法的机器人行间导航路径优化方法。首先,通过移动采摘机器人搭载的固态激光雷达实现果园行间三维点云信息获取,运用地面平面算法去除果园地面点云,提取了果园垄行与果树冠层点云。其次,采用最小二乘法(Least Squares Method, LSM)、霍夫(Hough)变换和随机采样一致性(Random Sample Consensus, RANSAC)3种方法对果园垄行点云数据进行了垄行线和初始路径的提取。最后,通过舍弃引力势场,建立了果树冠层轮廓点云势场,优化初始路径以躲避较大的果树冠层与行人障碍物。从实时性与抗噪能力两个方面,分别对利用LSM、Hough变换和RANSAC方法所提取的初始路径结果进行了分析,结果表明3种方法均可成功提取垄行线与初始路径,其中RANSAC实时性最优,平均运行时间约为0.147×10~(-3) s,标准差为0.014×10~(-3) s,且具有较好的抗噪能力。在RANSAC提取初始路径的基础上使用改进人工势场法对初始路径进行优化,避免了传统人工势场法易陷入震荡的问题。经改进人工势场法优化后的路径将障碍物点云距导航路径的最短距离由0.156 m提高至0.863 m,且平均耗时0.059 s,标准差为0.007 s,表明该优化方法具备实时优化路径以避开障碍物的能力。该研究提出的基于改进人工势场法的机器人行间导航路径优化方法基本满足安全性与实时性要求,为移动采摘机器人在果园环境下自主导航提供了技术参考。
结合Sentinel-2影像和特征优选模型提取大豆种植区

准确获取大豆的空间分布对于产量估计、灾害预警和农业政策调整具有重要意义,目前针对种植结构复杂地区所开展的大豆遥感识别研究鲜有报道。该研究以安徽省北部平原的典型大豆产区--龙山、青疃镇为研究区,基于Sentinel-2数据提出一种分层逐级提取策略的大豆识别方法。该方法首先构建决策树筛选规则,剔除研究区内非农田地物,获得田间植被的总体分布;然后生成19个候选特征因子,包括分辨率小于等于20 m的10个波段反射率以及9个植被指数。在典型地物类型样本的支持下,将ReliefF特征权重评估算法与随机森林(Random Forest,RF),BP神经网络(Back-Propagation Neural Network,BPNN)和支持向量机(Support Vector Machine, SVM)相结合,分别构建ReliefF-RF、 ReliefF-BPNN、ReliefF-SVM三种组合模型筛选出对于大豆识别最有效的特征,并基于布设在研究区内6个样方(大小为1 km×1 km)的无人机影像提取得到的大豆分布来评估3种模型在大豆制图中的表现。结果表明,ReliefF-RF模型表现最佳,基于该模型筛选出7个优选特征因子,大豆制图的总体精度介于85.92%~91.91%,Kappa系数在0.72~0.81之间,各个样方的提取效果均优于其他两种模型。此外,基于优选特征达到的提取精度明显高于原始波段反射率,虽然略低于全部19个特征的结果,但是数据量降低了63.16%。该研究可以为农田景观破碎、种植结构复杂地区的大豆种植区提取相关研究提供有价值的参考和借鉴。
基于合作博弈的风光储集群协同优化调度模型

为降低自配储能的风光电站集群的弃风弃光问题,提高电站集群收益,提出一种基于合作博弈的风光储集群协同优化调度模型。首先,设计了风光储集群联盟的工作机制;其次,建立了考虑电站售电收益、减少弃风弃光惩罚收益、减少计划发电误差惩罚收益和输电成本的风光储集群联盟收益模型;在此基础上,建立了基于合作博弈的风光储集群协同优化调度模型,并利用粒子群优化算法求解协同优化模型;然后,基于Shapley值给出风光储集群联盟收益分配策略。最后,基于实际风光电站集群的出力数据进行算例分析,结果表明本文提出调度模型能够有效提高风光储集群联盟的收益,并保障集群联盟的稳定性。
计及碳捕获的含P2G微电网能量调度模型

在低碳经济背景下,具有弃风弃光消纳和碳捕获能力的电转气(P2G)技术是微电网系统实现能源清洁低碳化利用的重要支撑技术。本文首先构建含P2G设备的微电网系统,并重点对燃气轮机、碳捕获及P2G设备进行建模分析,以含P2G微电网的经济性、舒适性及低碳环保性为目标函数,以电网、气网功率平衡和设备功率限制等为约束条件,建立多目标优化调度模型;采用含精英策略的非支配排序遗传优化算法(NSGA-Ⅱ)求解得到帕累托解集,算例分析P2G及碳捕获设备对系统产生的影响,结果表明:本文含P2G微电网调度系统模型可有效减少弃风弃光现象,碳捕获系统捕捉燃气轮机排放的CO_2,明显改善了环保性;P2G设备进行能量转换增加了微电网系统利润。
改良腰椎皮下指数预测经椎间孔入路腰椎椎体间融合术早期疗效的研究

目的探讨改良腰椎皮下指数(modified subcutaneous lumbar spine index,MSLSI)预测经椎间孔入路腰椎椎体间融合术(transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF)治疗腰椎退变性疾病(lumbar degenerative disease,LDD)早期疗效的效果。方法将2014年2月-2019年10月收治并接受单节段TLIF的450例LDD患者纳入研究。基于术前腰椎MRI测量的MSLSI,从小到大排序后将患者均分为3组(n=150)。其中,A组MSLSI 0.11~0.49,B组0.49~0.73,C组0.73~1.88。3组患者性别、年龄、病程、病变类型、手术节段及改良Charlson合并症指数比较,差异均无统计学意义(P>0.05);L4椎体水平皮下脂肪厚度、BMI组间比较差异均有统计学意义(P<0.05)。比较3组患者手术时间、术中出血量、切口长度,以及术后引流管放置时间、术后第1天引流量、术后第2天引流量、总引流量、术后抗生素使用时间、术后下地时间、住院时间;以及手术及非手术相关并发症发生情况。采用Pearson相关分析MSLSI与BMI相关性,用偏相关分析研究MSLSI、BMI、改良Charlson合并症指数、L4椎体水平皮下脂肪厚度与并发症发生的相关性,采用ROC曲线分析SLSI以及MSLSI对TLIF术后并发症发生的预测价值。结果3组患者手术时间、切口长度以及术后抗生素使用时间、下地时间、引流管放置时间、第1天引流量、第2天引流量、总引流量比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。C组术中出血量多于A、B组,住院时间长于B组,差异均有统计学意义(P<0.05)。A、B、C组分别有22例(14.7%)、25例(16.7%)、39例(26.0%)发生手术相关并发症;3组发生率差异无统计学意义(χ~2=0.826,P=0.662)。其中,C组神经根损伤及切口无菌性并发症发生率高于A、B组,B组神经根损伤发生率高于A组,差异均有统计学意义(P<0.05)。A、B、C组分别有13例(8.7%)、7例(4.7%)、11例(7.3%)发生非手术相关并发症,3组发生率差异无统计学意义(χ~2=2.128,P=0.345),且心血管系统、泌尿系统、中枢系统、呼吸系统并发症发生率组间比较差异均无统计学意义(P>0.05)。450例患者MSLSI与BMI成正相关(r=0.619,P=0.047);偏相关分析示MSLSI与切口无菌性并发症相关(r=0.172,P=0.032),与其余手术及非手术相关并发症均无相关性(P>0.05);BMI、改良Charlson合并症指数、L4椎体水平皮下脂肪厚度与手术及非手术相关并发症之间均无相关性(P>0.05)。ROC曲线分析显示MSLSI的AUC值为0.673(95%CI 0.546~0.761, P=0.025),SLSI的AUC值为0.582(95%CI 0.472~0.693,P=0.191)。结论MSLSI能预测TLIF治疗LDD的早期疗效,高MSLSI患者术中出血更多、住院时间更长,且神经根损伤及术后切口并发症发生率较高。
人工全膝关节置换术后假性低位髌骨对髌股关节影响的生物力学研究

目的通过有限元分析探讨人工全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)后假性低位髌骨对髌股关节生物力学的影响。方法根据2名健康志愿者的左侧膝关节CT和MRI扫描数据以及人工全膝关节假体三维扫描数据,建立正常膝关节和TKA有限元模型。根据Insall-Salvafi指数和Blackburne-Peel指数构建TKA术后假性低位髌骨、正常髌骨和高位髌骨模型。沿股四头肌方向施加载荷并验证模型有效后,通过von Mise应力云图测量膝关节屈曲30°、60°和90°时,基于2名志愿者数据构建的TKA术后假性低位髌骨、正常髌骨、高位髌骨有限元模型的髌股关节高接触应力值,并计算平均接触面积。结果于膝关节屈曲30° TKA术后正常髌骨有限元模型上,沿股四头肌方向施加475 N压力,髌股关节接触应力值为(1.29±0.41)MPa,与既往文献报道结果相似,模型验证有效。von Mise应力云图显示,膝关节屈曲过程中,应力主要集中在髌股关节面内侧,且接触点随着屈曲角度增加逐渐上移,髌股关节面内、外侧应力随之增大;随着髌骨高度增加,髌股关节面内、外侧应力随之减小。基于2名志愿者数据建立的TKA有限元模型中,髌骨高度和膝关节屈曲角度对髌股关节高接触应力值的影响变化趋势基本一致。同一髌骨高度模型中,随着膝关节屈曲角度增大,髌股关节高接触应力值总体呈增大趋势(P<0.05);在同一屈曲角度时,随着髌骨高度增加,髌股关节高接触应力值逐渐减小(P<0.05);假性低位髌骨模型髌股关节高接触应力值均大于正常髌骨和高位髌骨模型(P<0.05)。假性低位髌骨模型在膝关节屈曲过程中,髌股关节平均接触面积均大于正常髌骨和高位髌骨模型。结论TKA术后假性低位髌骨会影响髌股关节生物力学。保持关节线位置、避免假性低位髌骨的发生,有利于降低因髌股关节应力增高导致的膝前疼痛、髌股关节炎等并发症发生风险。
手术机器人辅助人工全膝关节置换术改善股骨旋转对线及早期疗效研究

目的探讨人工全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)中使用手术机器人辅助定位及截骨后,股骨旋转对线改善情况及早期疗效。方法选择2020年6月-11月60例(60膝)符合选择标准的终末期膝骨关节炎患者作为研究对象,按照随机数字表法分为两组(n=30)。试验组采用手术机器人辅助TKA(robotic-arm assisted TKA,RATKA),对照组行传统TKA。两组患者性别、年龄、骨关节炎侧别及病程、体质量指数以及术前髋-膝-踝角(hip-knee-ankle angle,HKA)、股骨远端外侧角(lateral distal femoral angle,LDFA)、胫骨近端内侧角(medial proximal tibial angle,MPTA)、股骨后髁角(posterior condylar angle,PCA)、膝关节学会评分系统-膝关节(KSS-K)及功能(KSS-F)评分比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。比较术后3个月两组患者膝关节临床(KSSK 、KSS-F评分)及影像学(HKA、LDFA、MPTA、PCA)评价指标。结果两组手术均顺利完成;术后切口均Ⅰ期愈合,无手术相关并发症发生。两组患者均获随访,随访时间3~6个月,平均3.9个月。两组术后3个月KSS-K及KSS-F评分均较术前提高,差异有统计学意义(P<0.05);组间比较差异均无统计学意义(P>0.05)。术后X线片复查示假体位置良好,无假体松动、下沉等不良事件发生。除LDFA外,两组术后3个月HKA、MPTA、PCA均较术前改善,差异有统计学意义(P<0.05);HKA、LDFA及MPTA两组间比较,差异均无统计学意义(P>0.05);试验组PCA小于对照组,且更接近于0°,差异有统计学意义(t=2.635,P=0.010)。结论RATKA不仅能矫正膝关节畸形、减轻疼痛症状、提高患者生活质量,还能达到股骨旋转准确对线,早期疗效满意。
纳米纤维素掺杂环氧树脂复合材料的制备及力学性能研究

以环氧树脂E51作为基质材料,纳米纤维素(CNF)作为掺杂材料,采用混溶法制备了一系列不同CNF掺量(0%,0.3%,0.6%和0.9%(质量分数))的环氧树脂复合材料。通过FT-IR、SEM和力学性能测试等方法分析了复合材料的结构、形貌和力学性能。结果表明,掺杂CNF的环氧树脂复合材料体系均已无丙酮存在,且CNF已成功掺入了环氧树脂复合材料中。随着CNF的掺入,环氧树脂复合材料的冲击强度、抗拉强度、弹性模量和延伸率均呈现先增大后降低的趋势,且整体均高于纯环氧树脂材料。当CNF的掺量为0.6%(质量分数)时,复合材料的冲击强度、抗拉强度、延伸率和弹性模量均达到最大值,分别为29.5kJ/m~2,87MPa,5.8%和2 846MPa;当CNF的掺量过高时,复合材料的冲击强度、抗拉强度、延伸率和弹性模量均有所下降。未掺杂CNF的纯环氧树脂材料的断面较为光滑平整,断面的断裂方向整体一致,断裂方式为脆性断裂;当掺入CNF后,复合材料的断面均较为粗糙,并且断面的断裂方向变得不均匀和多元化,断裂方式为韧性断裂。