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时效处理对Mg-Nd-Zn-Zr合金组织的影响

为研究时效处理对Mg-Nd-Zn-Zr合金组织的影响,在540 ℃进行固溶处理保温8 h,在200 ℃进行时效处理,时效时间分别为10 min、30 min、1 h、2 h、4 h、8 h、16 h、24 h、72 h、240 h、480 h。对合金显微组织进行分析,研究其与时效处理后合金的析出物和硬度的关系。经研究发现,Mg-Nd-Zn-Zr合金的铸态组织中晶粒为等轴状,第二相呈网状分布。经固溶处理后,第二相向内溶解,网状断开。再经200 ℃时效处理,第二相(β')原位析出致其更加均匀,使其硬度明显提高。β'相的析出速率呈现先升高后下降的趋势,在时效处理2 h~ 4 h时硬度达到峰值。到达峰时效后β'相开始向β 相转化,β'相为主要合金强化相。
微量元素Al对La_(0.75)Ce_(0.25)Fe_(11.51)Mn_(0.24)Si_(1.25)H_y合金磁热效应与制冷能力的影响

采用高频悬浮熔炼炉制备了La_(0.75)Ce_(0.25)Fe_(11.51)Mn_(0.24)Si_(1.25)Al0.3和La_(0.75)Ce_(0.25)Fe_(11.51)Mn_(0.24)Si_(1.25)合金样品。样品在0.05 MPa压力、598 K氢气中吸氢至饱和。经X射线衍射及SEM分析La_(0.75)Ce_(0.25)Fe_(11.51)Mn_(0.24)Si_(1.25)Al_(0.3)H_y样品为NaZn_(13)型结构。研究结果表明,在1.5 T磁场下,La_(0.75)Ce_(0.25)Fe_(11.51)Mn_(0.24)Si_(1.25)Al_(0.3)H_y合金样品的等温磁熵变ΔS_M为9.06 J/(kg·K),直接测量的样品绝热温变为2.53 K,均比不含Al元素的La_(0.75)Ce_(0.25)Fe_(11.51)Mn_(0.24)Si_(1.3)H_y略低;但磁熵变ΔS_M和绝热温变ΔT_(ad)的半峰宽δT均大幅提高;同时,合金制冷能力提高。
白云鄂博稀土矿物与羟肟酸捕收剂作用的光谱学研究

采用FTIR和XPS分析方法,研究了白云鄂博稀土矿物氟碳铈矿和独居石与苯羟肟酸LF-8作用的光谱学性质,揭示稀土矿物与捕收剂LF-8的作用机理。研究结果显示,捕收剂LF-8与氟碳铈矿作用后,红外光谱可见—CH_2—反对称伸缩和对称伸缩峰及肟N—O键伸缩振动峰。XPS分析结果表明,分子态羟肟酸R—CO—NH—OH与氟碳铈矿物理吸附产生的峰位于406.63eV,R—CO—NH—O—离子与氟碳铈矿化学吸附的峰位于399.43eV。捕收剂LF-8与独居石作用后,红外光谱也出现—CH_2—的反对称伸缩和对称伸缩峰,XPS分析结果显示,Ce3d结合能的化学位移为负值,说明Ce价电子壳层中的电子云密度增加,即铈的空价轨道获得电子或与其它原子共有某些电子。分析认为在羟肟集团的氧原子作为键合原子提供电子与RE螯合成稳定的五元环螯合物。上述研究结果表明捕收剂LF-8对氟碳铈矿、独居石的吸附是物理吸附和化学吸附共同作用的结果。
风化壳淋积型稀土矿原地浸出微观渗流机制

为了揭示风化壳淋积型稀土矿原地浸出微观渗流机制,通过扫描电镜实验和图像处理技术,定量分析浸矿后四种稀土矿样的上、中、下部的微观孔隙结构特征(孔隙尺度、孔隙分布、孔隙形状)的变化规律,探讨宏观渗透系数与其的关系。研究结果表明,矿石颗粒的孔隙率由大、超大孔隙比例和与总孔隙数共同决定,随矿样深度增加而减小;下部矿样的孔隙尺度均匀程度最高,而中部矿样的最低;随着矿样深度增加,孔隙分布越来越分散,平均孔隙形状系数逐渐增大,孔隙形状特征变得越来越复杂;浸矿中-0.075 mm粒径矿石颗粒迁移导致微观孔隙结构特征和有效颗粒粒径改变,这是影响稀土矿石渗透性能变化的主要因素。研究成果有望为实现高效回收中重稀土资源提供理论依据。
VFTO对就地化保护装置的影响分析及改进措施

为解决变电站中特高压气体绝缘金属封闭开关设备GIS(gas insulated switchgear)快速瞬态过电压VFTO(very fast transient over-voltage)对保护装置就地化影响的问题,本文定性分析了GIS操作隔离开关产生的VFTO机理,通过ATP-EMTP仿真定量计算了VFTO幅值及分布规律,提出了采用改善一次系统和二次防护配合的方法以降低系统VFTO,提高二次系统的抗干扰能力。一次系统通过增加隔离开关分合闸阻尼电阻、加强接地、降低母线高度降低波阻抗、增加隔离开关分合闸速度等方法降低系统VFTO水平;二次系统通过加强信号防护及电源滤波、优化机箱结构设计与屏蔽设计、将就地装置布置在干扰较低的位置等方法提高二次系统的可靠性。为保护装置就地化可靠运行提供了有效的解决措施。
环形直流配电网保护方法研究

本文以直流环形配电网为研究对象,深入分析了当直流线路发生接地故障时直流侧电压的故障特性,并据此提出了基于局部测量的直流配电网故障检测的保护方案。该方案以过电流保护和电流变化率保护为启动判据,并利用二次时变函数来预测故障时的线路侧电压,以故障时刻线路侧的预测电压和实测电压的差值作为主保护动作依据,配备欠压保护为后备保护以确保在故障情况下环形直流配电网能够安全稳定运行。本文增加了补充判据,进一步区分区内故障和区外故障,防止保护误动作。基于实时数字仿真器RTDS(real time digital simulator)对环形直流配电网保护方案进行仿真研究,验证了所提方案的可行性与有效性。
应用序分量法的主动配电网三相潮流计算

随着分布式电源的迅速发展,传统配电网逐步转变为主动配电网,传统配电网的潮流算法已无法直接应用于日益复杂的配电系统潮流计算中。为此,提出一种应用序分量法的主动配电网三相潮流计算方法,该方法将主动配电网划分成树状连通网络、连接支路和节点注入3个部分,针对主动配电网中的环网,给出了连接支路序电流计算方法;针对各种分布式电源,根据其实际控制效果建立潮流计算模型;针对主动配电网中PV节点,给出了直接计算节点无功功率的计算式。该方法提高了环网的处理能力,具有较强的实用性与可操作性,使潮流计算更简洁。IEEE33节点系统算例验证了提出的潮流算法的有效性。
基于改进小生境PSO算法的综合能源系统调度

以减少综合能源系统运行成本、提高可再生能源利用率为目的,在调度目标中考虑可再生能源消纳程度,构建了满足电热冷负荷的综合能源系统模型。针对传统粒子群优化算法PSO(particle swarm optimization)易陷入局部最优的问题,将小生境技术与粒子群算法结合并提出一种非线性递减惯性权重策略,利用改进的小生境粒子群优化算法对构建的综合能源系统模型求解,结果表明改进后的算法具有更好的寻优能力,所提模型在兼顾经济性的同时提高了系统对可再生能源的消纳能力。
考虑多设备最优能流路径的电-气互联系统运行优化

为满足用户在多能负荷实时需求下对能源的优化管理,提出一种考虑多设备最优能流路径的运行优化方法。首先,考虑实时能源价格和逐时负荷,建立基于能源集线器理论的能源中心模型,模型含多台能源转换设备以提供灵活的能流路径选择;然后,以系统购能成本最小为目标、能源分配系数为优化变量,计及设备容量、网络潮流等约束建立最优潮流模型,应用遗传算法进行求解;最后,采用8节点的配电网和9节点的天然气互联系统作为算例,基于本文所提方法进行建模并求解。算例结果表明实时能源价格的需求响应下,对能流路径的优化能有效降低系统购能成本,实际运行中,设备转换效率的变化能够影响系统能流路径的改变。
工业园区配电网感应电机负荷与电压暂降的相互影响研究

现代工业园区中由电压暂降引起的电能质量问题日益突出。为了对电压暂降的传播机理进行深入的研究,本文首先对工业园区配电网中感应电机负荷因电压暂降引起的动态响应特征进行理论分析,建立等效电路和数学模型,分析感应电机负荷与电压暂降过程的交互作用。然后,对不同严重程度、不同短路故障原因、不同持续时间下的电压暂降,利用电力系统仿真软件进行分析验证。最后,考虑在不同的配网结构及转动惯量参数条件下,感应电机负荷对电压暂降的影响。仿真表明,感应电机负荷有抗拒电压幅值突变的特性,其转动惯量参数是造成这一特性的主要原因,并且这一特性的影响会随电压暂降在配网中传播。
电力系统可靠性评估的重要抽样影响增量方法

针对大规模输电系统可靠性评估效率较低的问题,提出了一种基于重要抽样的影响增量方法。首先,利用迭代方法构造新的事故概率分布函数,进而得到重要抽样权函数;其次,根据所构造的事故概率分布函数对失效空间进行偏倚抽样,得到大量对评估结果有效的样本;最后利用基于影响增量的计算公式对系统可靠性指标进行计算。该方法可以在分析较少的事故状态下,达到大量抽样的蒙特卡洛方法的评估精度,影响增量公式将高阶事故权重向低阶事故转移,从而提升可靠性评估的准确性和效率,同时重要抽样方法减小了方差并加快收敛速度,进一步提升了可靠性评估的计算效率。算例分析部分选取IEEE-RTS-24节点测试系统,测试结果证实了所提方法的高精度和高效率特性。
含光伏有源配电系统分析评估软件设计与应用

针对分布式光伏并网的大规模业务需求,本文设计并实现了含光伏有源配电系统的分析评估软件。首先,提出了适应有源配电系统多时间尺度运行模拟分析需要的时序分析模型框架体系,构建了光伏发电、负荷及电网网架的时序模型,介绍了含光伏有源配电系统精细化分析评估的层次化综合分析评价理念;然后,运用信息系统设计方法学的多层架构理论,阐述了软件的总体架构和主要功能;最后,通过IEEE标准算例和某地实际配电系统算例,分别验证了软件基础算法的有效性和分析评估功能的有效性与实用性。结果表明,本软件分析评估功能,能够较好地支撑含光伏有源配电系统的综合分析评估与优化规划工作。
模拟降雨下磷石膏堆场地表径流的磷污染研究

明确磷化工企业不同形态磷元素随地表径流的迁移特征,对防控磷污染物的环境过程具有重要意义。文章通过人工模拟降雨试验,研究了不同降雨强度下(16.8、46.8、96 mm/h)磷石膏堆场中不同形态磷元素随地表径流的迁移特征。结果表明:径流中不同形态磷(TP、TDP、TPP和PO_4~(3-))含量随时间的变化具有一定规律性,即在雨水径流形成初期,各含磷污染物浓度下降迅速,并随着降雨时间延长其浓度下降速度变小,直到降雨后期(30 min以后)污染物浓度逐渐趋于平衡。其中,TPP含量的动态变化情况与TP具有高度的一致性,相关系数r为0.9。3次降雨事件均存在冲刷效应,其强弱受降雨强度、降雨量等降雨参数的影响,其中降雨事件2(降雨强度46.8 mm/h)的冲刷效应最强。
洱海流域稻油轮作农田土壤水解酶活性特征

土壤酶是驱动土壤碳氮素转化的重要生物因素。该研究在滇西洱海流域油菜-水稻水旱轮作农田设置5个处理(1个不施肥对照,1个施化肥对照,3个有机物料配施化肥处理)的长期定位试验,考察土壤碳氮水解酶活性特征及有机碳源物料施用条件下土壤碳氮水解酶活性动态变化特征,结合Pearson相关性分析和RDA冗余分析,解析土壤酶活性对有机碳输入的响应特征。结果表明,单施化肥处理对β-1,4-葡萄糖苷酶(GC)活性的影响不显著(P≥0.05),但显著提高β-1,4-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性(P<0.05);有机碳源物料配施化肥各处理则均显著提高2种土壤碳氮水解酶活性(P<0.05)。GC酶和NAG酶的活性与土壤有机质(OM)和全氮(TN)含量呈极显著正相关(P<0.01);土壤GC和NAG酶活性均与土壤碳氮比(C/N)极显著正相关(P<0.01);土壤OM和TN对碳氮水解酶活性影响的解释度最高。基于酶活性和土壤养分及碳氮比关系分析,需要施用适宜C/N的有机碳源配施氮肥,通过调控GC酶和NAG酶活性,提高土壤碳氮转化速率,从而维持土壤C/N在适宜范围。
模拟酸雨对巯基坡缕石修复镉污染土壤的影响

为研究巯基坡缕石在模拟酸雨作用下对土壤Cd的钝化,该文通过开展室内柱淋滤实验,探究模拟酸雨作用下巯基坡缕石对土壤中Cd的淋溶行为、土壤pH及Cd形态分布的影响。结果表明,0.025%的巯基坡缕石可使土壤中DTPA提取态Cd浓度降低40.49%,且不改变土壤的pH值。在模拟酸雨的淋出液体积为1 200 mL(600 mm降雨量)时,对照组(CK)和巯基坡缕石处理组(MPAL)中Cd累积淋出率分别为18.67%和12.60%(pH 5.6)、18.56%和11.62%(pH 4.5)、19.34%和9.67%(pH 3.0);土柱淋出液和淋滤后土壤的pH值分别升高1~2和0.1~0.3个pH单位,淋出液的EC值逐渐降低,在淋出液体积为500 mL(250 mm降雨量)后稳定,同时巯基坡缕石处理组和对照组之间无显著性差异。淋滤后巯基坡缕石处理组土壤中的全Cd浓度高于对照组,DTPA提取态Cd浓度低于对照组,且在不同土层之间存在差异。模拟酸雨淋滤后,与对照酸雨(CK-pH 5.6)相比,典型酸雨(CK-pH 4.5)和强酸雨(CK-pH 3.0)淋滤后土壤中的DTPA可提取态Cd浓度和可交换态Cd含量分别升高5.94%和31.91%、12.64%和39.30%,增加Cd在土壤中的迁移能力。与对照组相比,巯基坡缕石处理组土壤中可交换态和碳酸盐结合态Cd含量分别降低16.77%和25.13%(MPAL-pH 5.6)、14.73%和23.60%(MPAL-pH 4.5)、 1.97%和25.51%(MPAL-pH 3.0),铁锰氧化物结合态和有机结合态Cd含量分别升高57.86%和26.52%(MPAL-pH 5.6)、69.36%和44.23% (MPAL-pH 4.5)、67.70%和53.83%(MPAL-pH 3.0),在酸雨作用下巯基坡缕石可增加土壤中Cd的稳定形态,降低Cd的迁移能力。研究表明:巯基坡缕石在模拟酸雨作用下钝化土壤Cd的效果比较稳定,是一种在南方酸雨区具有良好应用潜力的钝化材料。
植物提取物延缓皮肤光老化作用的研究进展

紫外线是导致皮肤光老化的主要因素,寻找和开发能够有效防护皮肤老化的天然产物已被广泛重视。本文从紫外线对皮肤的损伤以及光老化发生的机理入手,通过吸收紫外线、抗皮肤光氧化、调节细胞外基质合成与降解、抑制色素沉着、缓解皮肤炎症、调节细胞自噬等多种途径,对不同来源的植物提取物及其特征化合物延缓皮肤光老化的作用进行了归纳分析,以期为天然产物在功能性化妆品的开发和应用提供参考。
200 kV磁控谐振变压器试验系统研究

针对目前交流工频耐压试验装备存在补偿电抗器容量不可调的不足,研制出200 kV, 100 kV·A磁控谐振试验变压器。该试验系统集升压、被试品电容平滑无级补偿于一体,结构紧凑、精准补偿。本文给出了该系统的结构组成与基本原理,建立了仿真模型,研究了200 kV磁控谐振试验系统运行特性,并验证了该试验系统的升压和自动调谐能力。当被试品电容范围小于16 000 pF时有较好的调谐效果。通过200 kV样机试验,验证了该试验系统的可行性。
基于分数Zener模型的植物油纸绝缘状态评估

介电响应理论的频域介电谱法可以有效地判断变压器的绝缘状况,因此为了量化研究植物油纸绝缘老化与频域介电谱的关系,本文引入分数元和分数微积分概念,提出了采用分数Zener模型提取植物油纸绝缘频域介电谱特征量的辨识方法。该方法能直接反映出油纸绝缘频域介电谱携带的信息,利用实验获取的复介电常数值求取分数Zener模型参数,即采用最小二乘法建立优化目标函数,并运用遗传算法求解模型参数,同时利用粒子群算法对其进行验证,得到特征量:形状参数 β、参数εb、松弛时间τ,最后对计算结果重构。研究结果表明仿真结果与测量数据具有一致性,且低频段拟合度更高,建立的模型是可行的;得到的形状参数β、松弛时间τ与油中酸值呈指数函数关系,参数ε_b与油中酸值呈线性关系,因此,为评估植物油纸绝缘系统绝缘状态提供了一种新思路。
基于Preisach磁滞模型的铁磁材料损耗时域有限元计算方法

根据损耗统计理论,铁磁性材料的损耗可分解为磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗。本文提出一种考虑铁磁材料磁滞特性和集肤效应对其涡流损耗影响的新方法。该方法基于矢量磁位A,耦合了Preisach磁滞模型与时域有限元方程来计算铁磁材料的磁滞损耗和涡流损耗,并采用固定点技术,引入微分磁阻率,加快了有限元方程解的收敛速度。同时,为了解决剩余损耗统计参数提取困难的问题,本文提出用有理函数来拟合剩余损耗统计参数以计算铁磁材料的剩余损耗。最后,对比了仿真结果与实验测量数据,结果显示该算法计算铁磁材料损耗的最大误差小于10%。
直流偏磁下变压器铁心搭迭区域电磁振动的分析

取向硅钢片的磁致伸缩特性是引起变压器铁心振动的主要原因,同时叠片铁心拐角搭迭区域的电磁力也会影响铁心振动,另外,直流偏磁会加剧铁心的振动。本文考虑直流偏磁工作状态的影响,针对铁心搭迭区域的电磁振动进行了分析。以定制的方圈铁心为研究对象,建立了包含搭迭缝隙的三维仿真模型,通过仿真计算得到了直流偏磁条件下不同时刻的应力和位移分布,进而分析了直流偏磁条件下由磁致伸缩力和电磁力引起的铁心振动。最后对实验室中的方圈铁心展开了直流偏磁下的振动实验,实验结果证明了仿真结果的正确性。研究结果表明,在直流偏磁条件下,对搭迭区域进行振动分析需要建立包含搭迭缝隙的三维仿真模型,同时也应该考虑电磁力对铁心振动的影响,此外,直流偏磁会使励磁电流发生畸变,铁心磁场周期分布不对称,变压器铁心搭迭区域振动增强,振动的高次谐波和奇次谐波含量增加。
一种十开关低漏电流三相逆变器的研究

为了解决非隔离光伏发电系统的共模漏电流问题,本文提出一种十开关非隔离逆变器拓扑(H10拓扑)。该拓扑在传统三相桥式逆变器的基础上增加了正直流母线隔离开关和负直流母线隔离开关,来实现逆变器交流侧与直流侧的隔离,从而增加漏电流流通回路阻抗。并且在逆变器直流侧引入3个钳位电容,使输入电压分为0、1/3、2/3和1四个电位点,并在1/3和2/3电位点加入两个钳位开关,使逆变器共模电压可钳位于直流输入电压的1/3或2/3,从而减少共模电压的脉动,降低系统漏电流。并且利用共模电压和开关状态构造此逆变器的逻辑控制信号。设计了一台三相600W原理样机,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。
渝鄂背靠背柔直系统交流故障穿越策略研究

针对柔直系统交流故障可能造成的系统安全与稳定性问题,本文结合渝鄂背靠背柔直系统,考虑实际工程中存在的采样与控制延时,提出了受端交流故障期间的稳流控制策略,包括交流电流限幅控制、直流电压前馈控制、直流电流控制、以及发生严重故障时的换流站暂时性闭锁策略,可有效减小故障与恢复期间交、直流侧的过流与过压,降低器件损坏风险,提高系统的故障穿越能力。基于PSCAD/EMTDC的电磁暂态仿真验证了本文提出的控制策略的有效性。
四端口电力电子变压器效率测试方法

针对多端口电力电子变压器效率测试没有一个通用方法,本文提出一种基于多台WT1800功率分析仪组网对时的效率测试方法。将电力电子变压器各个端口的电量进行采集,其中直流电流采集全部采用高精度霍尔传感器,再利用ViewE软件进行后台同步对时。本文定义了多端口电力电子变压器功率流动正方向,给出了各种工况下的效率计算公式,根据不同工况自适应效率计算。最后根据测试经验推荐了部分电力电子变压器效率提升方法,并利用本文提出的效率公式计算得到某台四端口电力电子变压器现场实测的阀塔效率曲线和四端口整机效率值。
基于阻抗网络分析法的含双馈风电场桂林电网次同步振荡风险评估

本文采用阻抗网络分析法探究了大规模风电并入桂林网区诱发次同步振荡的潜在风险。首先,针对桂林网区复杂网架结构,提出了一种适用于复杂系统分析的阻抗网络分析法,并根据双馈风机的电气特性建立了频域阻抗模型。在此基础上,结合桂林网区电网结构与线路参数,对正常运行与防冰预案两种运行方式进行阻抗分析。最后,基于PSCAD时域仿真平台,对阻抗分析结果进行验证。结果表明,在正常运行方式下,桂林网区几乎不存在发生次同步振荡的风险;而在防冰预案运行方式下,桂林网区出现次同步振荡的风险较高。
两种简化Preisach模型静态特性的对比分析及评估

简化Preisach模型以其精度高、运算速度快的优点而被广泛运用于电力设备的磁滞及损耗特性模拟。本文针对现有两种不同的简化Preisach模型,分别从磁滞回线模拟精度、损耗求解精度、计算速度三方面对其进行了对比分析与综合评价。通过实验及仿真表明,Ragusa提出的简化Preisach模型(模型1)在考虑可逆磁化分量后(模型1认为磁化过程分为可逆磁化与不可逆磁化两部分),其在低磁密下的磁滞回线模拟有一定的改善,但高磁密下无明显改善,而损耗计算的全局平均误差则由12.34%下降至9.57%。考虑可逆磁化分量的模型1比Naidu提出的简化Preisach模型(模型2)在磁滞回线模拟精度上略有提高,而在损耗计算精度上,模型1与模型2的全局平均误差分别为9.57%、7.81%。在求解速度上,模型1由于包含复杂的积分而明显慢于模型2。因此综合考虑,建议在磁性材料的磁滞及损耗特性模拟等方面选用模型2。
基于桨距角控制的双馈风机参与电网二次调频控制策略研究

单独依靠常规电源的热备用难以有效平抑大规模风电的功率波动,要求风电机组主动参与自动发电控制(AGC)是电力系统稳定运行的重要保证。为解决此问题,本文提出了一种基于桨距角控制的双馈风机(DFIG)参与电网二次调频控制策略。通过分析风机的特性,确定了考虑桨距角变化的最优转速功率追踪控制;通过引入风电场控制信号改进传统桨距角机构,并在此基础上进一步提出了双馈风机参与电网二次调频综合控制方案。仿真结果表明,在所提控制方案下,风机利用其可控的二次调频能力,有效地降低了严重的负荷扰动下系统频率的变化率,并实现了间歇式新能源的优先调度。
基于等温松弛电流的110kV电缆绝缘状态评估

为了评估现役电缆的绝缘老化状态及剩余寿命,利用等温松弛电流法测试了8根110kV交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆的去极化电流。通过获得的电流曲线初步判断了电缆绝缘的老化状态,随后基于等温松弛理论引入三阶指数衰减模型对电流曲线进行拟合,并通过拟合参数计算老化因子A。实验结果表明,交联聚乙烯电缆的绝缘状态可大致通过去极化电流曲线来判断,老化因子与交联聚乙烯电缆的实际运行年限呈近似线性关系,经历故障的电缆其老化因子则出现异常变大。由于老化因子综合考虑了电缆绝缘的不同极化过程,因此可较为准确地评价高压电缆的老化状态,但其评价标准有待进一步细化。
考虑供电安全的电热泵聚类分组和分档运行控制策略

"电能替代"工程实施后,电热泵的大规模接入使得配电网出现重载、过载现象,影响了用户的正常用电。以状态序列控制模型为基础,以保证配电网安全运行为目的对电热泵采取直接负荷控制。采用适用于电热泵控制分组的改进K-means聚类算法,使具有相似控制特性的电热泵分为同一个控制组进行状态序列控制;通过改变单机的分档运行模式引起聚类结果的改变,并运用局部搜索算法对电热泵的运行模式进行寻优组合,进一步合理地削减电热泵负荷并提高配电网安全性。算例分析比较了不考虑及考虑分档运行的控制策略下聚类结果的差异。
固体电介质空间电荷的光电子学测量方法研究进展

为适应直流和电力电子装备中高频绝缘与纳米绝缘材料的电荷测试需求,研究固体电介质空间电荷的高分辨率快速测量方法已成为该领域的重要发展方向。本文首先分析了影响空间电荷测量分辨率和跟踪速度的关键因素,并综述了当前流行的非光学测量方法的研究现状及应用局限性,进一步对采用光学元件作为激励源的激光诱导压力波法、激光光强调制法和基于Pockels效应的新型测量方法的相关研究进展进行了梳理和评述,最后归纳出研制高时空分辨率空间电荷测量系统所面临的技术挑战。分析指出,非光学测量方法受限于测量信噪比和自身系统特性,难以完全满足高频和脉冲电应力下快速响应和高分辨率的测量要求,而基于光电子学的测量方法具有高信噪比和高系统带宽等特点,为发展纳米级分辨率的电荷快速测量方法提供了潜在技术途径,但仍需开展更深入的研究工作。
电动汽车动态无线充电系统集成线圈设计与实验研究

高效性和紧凑性是电动汽车无线充电的两个重要指标,双端LCC补偿网络为无线充电系统提供了一种高效补偿方式,但两个谐振电感导致系统体积和电磁干扰增大,限制了该方法在动态无线充电系统中的使用。为解决该问题,本文提出一种新型集成式电磁耦合机构,将谐振线圈集成到主线圈上,利用3D有限元分析工具ANSYS Maxwell对新型电磁耦合机构进行优化,给出可提供系统高效率的耦合线圈的标准化设计与优化过程。本文在4.8kW动态无线充电实验平台上,对比分析非集成式动态无线充电系统和集成式动态无线充电系统,验证了新型集成式耦合机构在效率、体积、磁场屏蔽方面具有更大优势。
双线圈耦合多级电磁加速弹射系统

电磁弹射是一种极具发展前景的新型弹射技术,现有的电磁弹射系统主要用于大型战机的弹射。为了实现中小型无人机利用电磁弹射起飞,本文提出一种双线圈耦合多级电磁加速弹射方案,并详细分析了双线圈耦合多级电磁加速的工作原理。针对无人机弹射的实际需要,分析确定了弹射系统加速轴轴长的计算公式和弹射系统的关键参数计算公式。基于上述原理完成了实验样机参数的确定,设计了相应的机械结构和控制系统,并进行了多组验证实验。所研制的样机采用8组400V680μF电容加速,2组400V680μF电容制动,弹射速度可达57km/h,发射效率达到24%,能够完成小型固定翼无人机的弹射起飞。
高频变压器绝缘材料的环氧预浸处理对放电特性的影响

高频变压器长期运行于频率1~20kHz的非正弦电压下,绕组层间绝缘材料的合理选取对样机可靠性具有重要意义。为此以GHG纸、GHG环氧预浸纸、DMD纸以及DMD环氧预浸纸为研究对象,在0~20kV、1~20kHz双极性方波电压下开展层间绝缘材料放电特性实验,对比材料在环氧预浸处理前后高频绝缘特性,基于热击穿机理解释高频下预浸处理前、后的击穿场强变化规律,利用SEEA模型分析预浸处理技术对闪络电压的影响,最后提出环氧预浸技术在绕组层间绝缘中的应用建议。实验测试及理论分析结果表明,预浸处理后材料内部及表层的气隙被填充,在介电损耗尤为显著的高频条件下,发热点与周围环境有效散热面积下降,加速了材料热老化,导致击穿场强下降;对GHG纸预浸处理后,电子陷阱俘获作用减弱,导致闪络电压显著下降,而DMD纸在预浸处理前后表面状况变化较小,闪络电压基本不变;在利用环氧预浸技术提升材料机械、电气性能的同时,应充分考虑高频下预浸处理对材料散热性能、表面状况的影响,上述研究为高频变压器层间绝缘材料选取与绕组绝缘优化设计提供借鉴。
650V eGaN HEMT短路特性研究

增强型GaN HEMT(eGaN HEMT)可以大幅提升变换器的效率和功率密度,具有广泛的应用前景。但实际应用中由桥臂串扰引起的误导通,以及负载侧短路等都会导致eGaN HEMT流过较大的电流。因此,为了确保eGaN HEMT在过载、短路等工况下安全可靠工作,必须深入探究eGaN HEMT的短路工作原理以及电路参数对其短路特性的影响。本文首先建立了硬开关模式下的短路测试平台对eGaN HEMT的短路过程进行了研究,并利用eGaN HEMT热网络模型,分析了其短路过程中结温变化情况,进一步地探究了不同结温对其短路特性的影响。在此基础上对不同电路参数对eGaN HEMT短路特性的影响进行研究和对比,揭示了影响eGaN HEMT短路特性关键因素,为eGaN HEMT短路保护设计提供了一定的指导。
基于SiC BJT典型双电源阻容驱动电路的开关过程分析及损耗最优的实现

为降低碳化硅(SiC)双极型晶体管(BJT)开关过程中的总损耗,针对SiC BJT典型的双电源阻容驱动电路,研究了考虑回路寄生参数情况下SiC BJT的详细开关过程,分析了加速电容对SiC BJT开关损耗和驱动损耗的影响,推导出了加速电容对SiC BJT开关过程各阶段持续时间的数学关系。理论分析表明,随着加速电容的增大,SiC BJT的驱动损耗成比例上升,而对开关损耗的优化并不明显。实验测试了加速电容从3.3nF到94nF变化时SiC BJT的开关波形,并对加速电容变化时的SiC BJT的驱动损耗以及开关损耗进行了对比。实验结果表明,随着加速电容的增大,开关过程中的总损耗呈现先减小后增大的趋势,通过合理选取加速电容值,能够有效降低SiC BJT开关过程的总损耗。
基于Copula理论与KPCA-GRNN结合的区域综合能源系统多元负荷短期预测模型

通过Copula理论对多元负荷之间以及多元负荷与天气因素之间的非线性相关性进行分析。基于分析结果构建模型样本集,通过核主成分分析(KPCA)对样本集进行降维解耦,采用广义回归神经网络(GRNN)模型对多元负荷进行预测,模型参数采用遗传算法进行优化。以北方某建筑级区域综合能源系统夏季多元负荷中的电负荷和冷负荷算例为例,与其他两种预测模型进行对比,验证结果表明,基于Copula理论与KPCA-GRNN结合的区域综合能源系统多元负荷短期预测模型具有较高的预测精度,该模型具有一定的应用价值。
基于网络游记的大运河文化遗产游客感知研究

以大运河为研究对象,借助Python网络爬虫方法爬取网络游记数据并利用网络文本分析法进行词频分析、语义网络分析和情感分析,评估游客对大运河文化遗产感知的特点和层次。结果表明:游客对大运河文化遗产感知具有偏好性、表层性、综合性;游客对大运河文化遗产的感知积极性有待提升。从大运河沿线城市、游客对大运河遗产点文化感知、情感感知和整体文化遗产形象感知方面阐释大运河文化遗产游客感知处于初级阶段的机理,提出了大运河文化遗产感知的提升策略。
哈大高铁对东北地区城市规模的空间影响

为了探究高铁对城市规模产生的空间影响,以国内城市规模变化较为明显的东北地区为例,探讨哈大高铁开通对东北地区城市规模造成的影响及规模变化呈现出的空间分异特征。结果表明:(1)高铁开通对东北地区交通可达性产生明显的时空压缩效应,可达性提升幅度呈现明显的空间分异特征,随高铁距离增加而明显衰减,省际可达性提升幅度显著大于省内;(2)高铁产生的时空压缩格局与东北地区城市规模变化存在明显的空间耦合现象,哈大干线及其周边城市规模变动较为明显,而由高铁沿线向周边过渡的区域城市规模变动幅度相对有限;(3)哈大高铁对东北地区城市规模的影响主要呈现4种模式,不同的影响模式使得城市面临扩张、收缩两种不同的选择。
基于“要素-需求-调控”的云南坡耕地质量评价

坡耕地作为中国山丘区耕地资源的重要组成部分,科学评价其质量状况是实施坡耕地数量、质量、生态“三位一体”保护的基础。该文在分析坡耕地利用特征及质量内涵基础上,构建基于“要素-需求-调控”的坡耕地质量评价体系,对云南坡耕地质量进行定量化评价,分析坡耕地质量空间分布特征。结果表明:1)云南坡耕地质量评价最小数据集(MDS)指标体系由有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、土壤质地、土壤pH值、有机质、有效磷、速效钾、≥10 ℃积温、田块规整度、连片度、降雨量、灌溉保证率、田面坡度14个指标构成。2)坡耕地质量指数(Slope Farmland Integrated Fertility Index,SIFI)分布在0.36~0.81之间,均值为0.59,大部分评价单元SIFI<0.6,不同评价单元SIFI差异显著(P<0.05);5种坡耕地主要土壤类型SIFI从大到小依次为:赤红壤、红壤、紫色土、黄壤、黄棕壤;SIFI变化与高程有关,在0~1 000 m高程范围内SIFI随高程增加呈增长趋势,而在>1 000 m高程范围内SIFI随高程增加而减小。3)坡耕地质量等级以六等地、五等地、七等地、四等地为主,空间分布上呈现显著的聚集特征,不同分区坡耕地质量等级洛伦兹曲线均呈“S”型分布格局,云南坡耕地质量等级总体偏低。研究可为完善坡耕地质量评价体系,开展坡耕地质量调控提供科学依据。
温室蔬菜高架栽培CO_2供气负荷计算与设备选型方法

针对温室CO_2供给设备容量设计缺乏相关理论和设备配置的相关规范,在分析CO_2恒定浓度控制模型、低浓度控制模型、恒定供气流量控制模型的基础上,探索建立了温室内CO_2平衡模型,结合作物对CO_2的需求和大型连栋温室蔬菜高架栽培的土壤CO_2释放量低等特点,提出了温室CO_2施肥供气负荷计算方法;以天然气锅炉的回收烟气和液态CO_2为气源,提出了以CO_2供应为目标的天然气锅炉功率和液态CO_2储液罐容积计算方法,为相应设备的设计选型提供了理论依据。以栽培面积49 200 m~2,容积329 640 m~3的文洛型温室为案例,采用该文建立模型进行计算表明,在CO_2施肥恒定流量控制模式下,设定最低控制CO_2体积分数为600×10~(-6) m~3/m~3条件下,白天仅需运行1台额定蒸发量为10 t/h的天然气锅炉就可满足CO_2施肥需求;用液化CO_2施肥,在CO_2低浓度控制模式下,设定最低控制CO_2体积分数为500×10~(-6) m~3/m~3条件下,则需要配备容积为20 m~3的储液罐。实际运行情况表明,该文建立的CO_2施肥供气负荷计算与设备选型方法切实可行,满足实际生产的要求。
改进Faster R-CNN的田间苦瓜叶部病害检测

为实现在自然环境条件下对苦瓜叶部病害的目标检测,该研究提出了一种基于改进的更快速区域卷积神经网络(Faster Region with Convolutional Neural Network Features,Faster R-CNN)的苦瓜叶部病害目标检测方法。Faster R-CNN以残差结构卷积神经网络ResNet-50作为该次试验的特征提取网络,将其所得特征图输入到区域建议网络提取区域建议框,并且结合苦瓜叶部病害尺寸小的特点,对原始的Faster R-CNN进行修改,增加区域建议框的尺寸个数,并在ResNet-50的基础下融入了特征金字塔网络(Feature Pyramid Networks,FPN)。结果表明,该方法训练所得的深度学习网络模型具有良好的鲁棒性,平均精度均值(Mean Average Precision,MAP)值为78.85%;融入特征金字塔网络后,所得模型的平均精度均值为86.39%,提高了7.54%,苦瓜健康叶片、白粉病、灰斑病、蔓枯病、斑点病的平均精确率(Average Precision,AP)分别为89.24%、81.48%、83.31%、88.62%和89.28%,在灰斑病检测精度上比之前可提高了16.56%,每幅图像的检测时间达0.322 s,保证检测的实时性。该方法对复杂的自然环境下的苦瓜叶部病害检测具有较好的鲁棒性和较高的精度,对瓜果类疾病预防有重要的研究意义。
黄河上游内蒙古河段塑槽输沙需水量分析

为了解冲积性河流塑槽输沙需水量,合理调配水资源,以内蒙古河段为例,依据挟沙水流能量平衡方程,研究了冲积性河流挟沙水流的能量耗散原理及水流塑槽和输沙能量的分配模式,给出了反应冲积性河流冲淤状态的塑槽输沙需水量计算方法,由平滩流量、河道来沙量和冲淤量三者组成的关系确定塑槽输沙需水量。利用内蒙古河段1960-2013年实测资料,计算得到内蒙古河段塑槽输沙水量,汛期来沙量0.7~1.1亿t,塑造2 000~3 000 m~3/s的中水河槽、淤积水平控制30%以下,需要的汛期塑槽输沙水量为94.6~141.2亿m~3;分析了不同条件下汛期塑槽输沙水量变化规律:来沙量一定,同样的中水河槽规模,控制淤积水平越低,需要的塑槽输沙水量越大;来沙量一定,同样的淤积水平,塑造中水河槽规模越大,需要的塑槽输沙水量越大;控制同样淤积水平,塑造同样中水河槽规模,汛期来沙量越大,需要的塑槽输沙水量越大。内蒙古河段塑槽输沙需水量计算结果和结果变化规律可为黄河上游内蒙古河段水资源配置提供参考。
不同降噪方式下基于高分五号影像的土壤有机质反演

通过遥感技术预测土壤有机质(Soil Organic Matter,SOM)的空间分布是精准农业和土地资源管理研究的重要内容,与粮食安全及环境监测密切相关。该研究主要研究采用高分五号(GF-5)反演土壤有机质的最佳降噪方式。以黑龙江省典型黑土区明水县为研究对象,获取GF-5高光谱遥感影像,对影像进行不同降噪处理,包括奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD),离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,DWT)及中值滤波(Median Filtering,MF)降噪。然而,分别结合二维光谱指数,应用随机森林(Random Forest,RF)方法预测不同降噪方式的SOM含量。结果表明:1)所选择的不同降噪方法中,与SOM含量的相关性由高到低依次为DWT、SVD、MF,其中,基于MF降噪后的光谱反射率与SOM含量相关性低于原始反射率与SOM含量的相关性。2)基于降噪方式下的光谱曲线更加平滑,且不同有机质含量对应的光谱曲线形状相似。3)采用DWT降噪方式,基于影像波段和光谱指数,以RF为预测模型的SOM最优反演模型精度R~2为0.69,均方根误差为2.26%。研究成果可为利用高光谱卫星数据实现大尺度范围内SOM的数字土壤制图提供参考,为实时定量监测土壤肥力变化提供依据。
采用Gompertz函数的水稻土压缩特性研究

土壤压实模型是预测压实破坏的常用方法,但土壤压实模型的应用常因输入参数(土壤压缩特性及其与不同土壤物理性质之间的关系)的缺乏而受到限制。为定量地评价土壤水力学性质和土壤结构对土壤压缩特性的影响,该文利用土壤固结仪对25种不同含水率和容重的重塑土样进行单轴压缩试验,并采用Gompertz函数对试验数据进行拟合以获取土样的回弹指数、压缩指数和先期固结压力。试验结果表明,Gompertz函数对水稻土试验数据的拟合效果较优,决定系数为0.991~0.999。水稻土回弹指数为0.003~0.138,与容重呈负相关,与含水率呈正相关。水稻土压缩指数为0.115~ 0.839,与容重呈负相关,与含水率呈二次多项式关系。水稻土先期固结压力为33~127 kPa,与容重呈正相关,与含水率呈负相关。该研究建立的土壤压缩特性与含水率和容重之间的传递函数,可用于大尺度范围内水稻土压缩特性的预测;同时这些传递函数可作为土壤压实模型的输入参数,用于农业机械作业引起的压实破坏的量化和土壤压实风险的评估。
玉米行间导航线实时提取

针对高地隙植保机底盘玉米田间植保作业压苗严重的现象,该研究提出了基于车轮正前方可行走动态感兴趣区域(Region of Interest,ROI)的玉米行导航线实时提取算法。首先将获取的玉米苗带图像进行像素归一化,采用过绿算法和最大类间方差法分割玉米与背景,并通过形态学处理对图像进行增强和去噪;然后对视频第1帧图像应用垂直投影法确定静态ROI区域,并在静态ROI区域内利用特征点聚类算法拟合作物行识别线,基于已识别的玉米行识别线更新和优化动态ROI区域,实现动态ROI区域的动态迁移;最后在动态ROI区域内采用最小二乘法获取高地隙植保机底盘玉米行间导航线。试验表明,该算法具有较好的抗干扰性能,能够很好地适应较为复杂的田间环境,导航线提取准确率为96%,处理一帧分辨率为1 920像素×1 080像素图像平均耗时97.56 ms,该研究提出的算法能够为高地隙植保机车轮沿玉米垄间行走提供可靠、实时的导航路径。
基于U-Net网络和无人机影像的松材线虫病变色木识别

松材线虫病是由松墨天牛等媒介昆虫快速传播的一种针对松树的毁灭性流行病。及时对染病变色木进行识别、定位,并砍伐清除是当前控制该病扩散蔓延的主要手段。该研究使用无人机航拍获取大区域染病松林可见光影像,结合深度学习分割网络U-Net开展染病松材变色木图像分割研究。使用制作的样本数据训练U-Net网络,得到训练精度和验证精度分别为98.74%和97.76%。使用混淆矩阵评估U-Net网络分割精度,表明变色木图像分割的用户精度和生产者精度分别达到93.51%和97.30%,误报率6.49%,漏报率2.70%。总体上,U-Net网络变色木识别精度95.17%,Kappa系数0.90,达到较高精度。U-Net分割网络运用于松材线虫病变色木图像识别较随机森林方法能更有效地降低误报,减少分割噪音。
基于营养组成的鱼饲料比热预测模型

为探究鱼饲料在加工过程中的热特性,以调控调质、膨化等工艺过程中的热量供给,同时探究现有的畜禽饲料比热模型对高脂、高蛋白鱼饲料的适应性,该研究设置3个粗蛋白水平(30%、40%、50%)和3个粗脂肪水平(5%、 11%、17%)共9种配方,以代表不同食性的鱼用饲料,并使用差式扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry,DSC)测定9种配方分别在20~120 ℃温度范围和20%~26%含水率范围的比热,并分析上述4个因素对比热的影响规律,构建了比热关于4个因素的预测模型。试验结果表明,鱼饲料比热显著受含水率、温度、粗蛋白质量分数及粗脂肪质量分数的影响(P<0.001),各因素的主次顺序为含水率、温度、粗蛋白质量分数、粗脂肪质量分数。比热随含水率和粗蛋白质量分数的增加均呈线性增加规律,而随粗脂肪质量分数的增加线性减小;比热与温度呈非线性关系,为二次回归关系。在所有试验中,鱼饲料比热的变化范围为1.70~2.70 kJ/(kg·℃)。基于试验数据建立了比热关于加工工艺参数(温度及含水率)和营养组成(粗蛋白质量分数及粗脂肪质量分数)的多元回归模型(R~2=0.991),可以提高现有研究中畜禽饲料比热预测模型的适应性,有效预测鱼饲料在此研究变量范围内的比热。
园区农业能源互联网:概念、特征与应用价值

在能源互联网的背景下,基于现代农业产业园的产业模式特点,构建了园区农业能源互联网。该研究首先分析了园区农业能源互联网存在的关键问题以及发展趋势,并围绕关键问题对园区农业能源互联网的发展现状进行分析。其次介绍了3个典型案例,并论述案例对于园区农业能源互联网关键问题的意义。之后提出了园区农业能源互联网的关键技术和运营模式,构建基本框架,物理系统由“源-网-储-荷”构成,信息系统由“感知层-网络层-平台层-应用层”构成,信息共享性、深度耦合性和产消互补性是园区农业能源互联网的三大特征。探讨了多能源异质特性与农业生产行为深层次耦合优化的相关问题。该研究可为园区农业能源互联网的框架落地与实践提供参考。
反卷积引导的番茄叶部病害识别及病斑分割模型

针对当前植物叶部病害识别模型易受阴影、遮挡物及光线强度干扰,特征提取具有盲目和不确定性的问题,该研究构建一种基于反卷积引导的VGG网络(Deconvolution-Guided VGGNet,DGVGGNet)模型,同时实现植物叶部病害种类识别与病斑分割。首先使用VGGNet计算多分类交叉熵损失进行病害分类训练,得到病害分类结果;其次设计反向全连接层,将分类结果恢复为特征图形式;然后采用上采样与卷积操作相结合的方法实现反卷积,利用跳跃连接融合多种特征恢复图像细节;最后使用少量病斑监督,对每个像素点使用二分类交叉熵损失进行训练,引导编码器关注真实的病斑部位。试验结果表明,该研究模型的病害种类识别精度达99.19%,病斑分割的像素准确率和平均交并比分别达94.66%和75.36%,在遮挡、弱光等环境下具有良好的鲁棒性。
马铃薯播种机播深调控装置设计与试验

针对现有马铃薯播种机大多采用整体仿形,无单体仿形机构而引起的仿形效果不佳、播深合格率较低、出苗整齐度较差等关键问题,研究设计了一种马铃薯播种机播深调控装置。阐述了该播深调控装置的主要结构和工作原理,通过对播深调控装置的动力学分析,建立了播深稳定性的数学模型,结合马铃薯播种机播深一致性的农艺具体要求,确定了该装置的理论结构参数,并得出了影响开沟深度稳定性的关键因素。采用旋转正交的试验方法,以初始牵引角、弹簧刚度和机具作业速度为试验因素,开沟深度合格指数和开沟深度变异系数为试验指标。试验结果表明:在作业速度为1 m/s、初始牵引角为0、弹簧刚度为10 N/mm时,开沟深度合格指数为96.6%,开沟深度变异系数为8.9%,满足马铃薯播种作业的要求。该研究为提高马铃薯播种机播种深度一致性和马铃薯苗齐苗壮的播种关键问题提供了设计参考。
小麦秸秆纤维地膜原料打浆工艺参数优化

为探索打浆工艺参数对小麦秸秆纤维地膜原料打浆后的浆料性能的影响,试验研究了工艺参数优化组合,阐明了主要影响因素的影响规律。该研究以浸泡水温、浸泡时间、打浆时间、打浆负荷、浆池水量为试验因素,以干抗张指数、打浆度和浆料纤维长度为性能指标,采用五因素五水平(1/2实施)二次回归正交旋转中心组合设计参数优化试验,得到了小麦秸秆纤维地膜原料最优打浆工艺参数组合。结果表明:工艺参数组合为浸泡水温63 ℃、浸泡时间2 h、浆池水量13.50 L、打浆负荷4.57~5.50 kg和打浆时间0.25~0.68 h时,小麦秸秆纤维地膜浆料的干抗张指数大于5 N·m/g、打浆度小于50°SR,浆料纤维长度大于0.9 mm,在此条件下加工的浆料可以制造出小麦秸秆纤维基植物纤维地膜,其可满足水、旱田覆盖栽培作物技术要求。研究结果可为小麦秸秆制备全降解植物纤维地膜提供理论依据和技术支撑。
气候变化下干旱对中国玉米产量的影响

了解干旱的时空变化特征及其对农业生产的影响对于维护农业可持续发展具有重要意义。该研究以中国五大主要玉米种植区中241个地级行政单元作为研究对象,采用AquaCrop作物模型分别对rcp2.6、rcp4.5、rcp8.5,3种代表性浓度路径情景中玉米在不同灌溉条件下的受到的水分胁迫及相应产量进行模拟,在此基础上通过建立回归模型评估干旱强度对玉米产量损失的影响。结果表明,1)未来中国的干旱强度分布及玉米产量损失在空间上均呈现由西北至东南递减的趋势;2)未来时期全国大部分地区干旱水平相比于历史时期有所上升;3)玉米干旱损失率随干旱指数的变化特征符合Logistic曲线,回归结果的R~2为0.96。4)未来北方春播玉米区和黄淮海夏播玉米区的玉米产量对干旱强度反应最敏感,应当引起格外重视。
基于多路卷积神经网络的大田小麦赤霉病图像识别

为了准确地识别小麦病害,及时采取防治措施,减少农药施用的成本,同时减少农业生态环境的污染,该研究以灌浆期感染赤霉病的小麦麦穗图像为研究对象,根据病变区域与健康区域的颜色分布特点,设计了一种多路卷积神经网络用于小麦赤霉病图像的识别。首先利用深度语义分割网络U-Net对大田环境下的小麦图像进行分割,去除小麦叶片及其他无关背景的影响,从而分割出麦穗图像。然后设计结构较为简单的多路卷积神经网络分别提取麦穗图像R、G、B 3个通道的特征,通过特征融合获得具有高辨识性的麦穗图像语义特征。最后,为了增大赤霉病和健康麦穗图像特征之间的可区分性,同时减小赤霉病麦穗图像类内特征的差异,采用联合损失函数进一步改善网络的性能。该研究对采集的大田环境下的510幅灌浆期小麦群体图像进行分割,选取2 745幅完整单株麦穗图像利用所设计的多路卷积神经网络进行赤霉病识别试验,结果表明该研究所提算法对单株麦穗赤霉病识别精度达到100%,能够为小麦病害的智能识别提供帮助。
导流片对Y型网式过滤器性能的影响

针对网式过滤器内部导流片改变了原有的水沙运动规律,使其水沙运动更加复杂的现状,该文采用CFD-DEM耦合数值模拟和试验测试的方法,对比分析了有无导流片时,过滤器内的水流运行、流量分布及压降系数等水力特性的变化,研究了沙粒在网腔和滤网面上的运动及分布情况。结果表明:与无导流片时相比,导流片使得滤网面上流量变得均匀。清水试验时,有导流片的压降系数较无导流片的大17.92%,水头损失大。过滤浑水时,有导流片的过滤器压降系数小,流速下降比变化平缓,过流能力明显提高;沙粒主要分布在滤网面中心线上及两侧较大流量的位置,有、无导流片时堵头内的沙粒数占总数比分别为90.07%、50.98。导流片的安装减少了泥沙在滤网面上的堆积,提高了过滤器的抗堵塞性能。
苜蓿秸秆压缩仿真离散元模型参数标定

为了提高苜蓿秸秆压缩过程中离散元仿真研究所用参数的准确度,该研究采用物理试验和仿真优化设计相结合的方法对离散元仿真参数进行标定。首先,以接触参数物理试验结果为仿真参数选择依据,利用Plackett-Burman试验对初始参数进行显著性筛选,方差分析结果表明,苜蓿秸秆-苜蓿秸秆静摩擦系数、苜蓿秸秆-苜蓿秸秆滚动摩擦系数、苜蓿秸秆-45钢静摩擦系数对仿真休止角影响显著。进一步以休止角的相对误差值为评价指标,对3个显著性参数进行最陡爬坡试验,优化显著性参数取值范围,并基于Box-Behnken试验建立休止角与显著性参数的二阶回归模型,以物理试验得到的38.88°休止角为目标值,对显著性参数进行寻优,得到最优组合:苜蓿秸秆-苜蓿秸秆静摩擦系数为0.45、苜蓿秸秆-苜蓿秸秆滚动摩擦系数为0.08、苜蓿秸秆-45钢的静摩擦系数为0.54。最后利用T检验得到P >0.05,表明仿真休止角与物理试验值无显著性差异,验证了最优参数组合的可靠性。研究结果表明,应用上述各优化试验来标定离散元仿真参数是可行的,同时标定的参数可为苜蓿秸秆的其它仿真试验提供参考。
基于高光谱遥感的荒漠化草原草种类分类模型研究

植物群落结构的改变是草原退化的主要特征之一,草原草种类识别与分类是基于遥感的草原退化评价与研究的基础。荒漠化草原物种混杂度高且植被低矮,遥感识别与分类难度较大。本研究以内蒙古荒漠草原建群种和退化指示种为研究对象,在实地采集高光谱数据,通过单因素定量实验法对光谱数据进行特征提取。并基于深度学习的方法,采用了VGG-16卷积神经网络法对上述草种进行识别分类。研究结果表明本方法得到的草原草种类识别模型表现较优,平均识别率达到97%,实现了在自然条件下对多种草原草种类的准确识别,为基于高光谱低空遥感的天然草原退化监测与研究奠定了基础。
杠杆式GMM-FBG电流传感器的仿真设计

为了提高GMM-FBG电流传感器的电流响应灵敏度,设计了一种新型杠杆式GMM-FBG光纤电流传感器。应用杠杆原理,使布拉格光纤光栅受力增大,从而提高GMM-FBG电流传感器的灵敏度。构建了传感器的理论模型,对传感器性能进行了分析;采用COMSOL有限元数值分析法,建立了传感器三维模型,针对传感器的关键参数进行仿真优化。仿真结果表明,当设计传感器中GMM是半径为1 mm,高度为26 mm的圆柱,不锈钢条的尺寸为32 mm× 1.4 mm×2 mm时,在0~100A输入电流范围内,线性度为0.999,灵敏度0.0406 nm/A;当FBG解调仪的分辨率为1.64 pm时,传感器最小可测的电流为0.04A。
基于InVEST模型的黄河流域产水量时空变化及其对降水和土地利用变化的响应

黄河流域是重要的水源涵养和生态屏障区,研究其水源供给服务对实现黄河流域高质量发展和生态环境保护具有重要意义。本研究基于InVEST模型和情景分析法,以土地利用覆被、气象及土壤等数据作为输入,分析了1995—2015年黄河流域产水量的时空格局以及降水变化和土地利用变化对流域产水量的影响,并探讨产水量对二者的响应。结果表明:1995—2015年,黄河流域产水深度增加,增量为24.34mm,产水高值区集中在西部和西南部,低值区集中在西北区域,产水深度空间格局特征变化不明显;黄河流域三级流域中,龙羊峡以上流域产水量最高,约117亿m~3·a~(-1),是黄河流域主要产水区,兰州至河口流域产水量最低,约0.44亿m~3·a~(-1);整个流域中永久冰川及雪地的平均产水深度最大,草地是全流域产水总量的主要贡献地类,提供了总产水量的62.6%;降水对产水量的影响比较显著,土地利用/覆被变化对产水量的影响较小。
植茶年限对土壤微生物群落结构及多样性的影响

为探明植茶年限对土壤微生物群落结构及多样性的影响,以0、20、25、38和48年茶园土壤表层(0~20cm)、亚表层(20~40cm)土壤样品为研究对象,采用T-RFLP技术及qPCR方法对土壤细菌(B)、真菌(F)群落进行分析。结果表明:植茶后土壤理化性质明显改变,随植茶年限的增加土壤有机碳、碱解氮及有效磷含量呈先升高后降低的趋势,表层土壤有机碳和全氮含量均显著高于亚表层土壤。不同植茶年限土壤细菌群落组分存在差异且多样性指数随植茶年限的增加呈下降趋势,而不同植茶年限土壤真菌群落组分差异不明显且多样性指数无显著差异。总体来看,土壤细菌群落对植茶年限的响应比真菌群落敏感。随植茶年限的增加,茶园土壤微生物群落有从F/B较低的“细菌型”向F/B较高的“真菌型”转变的趋势。
半干旱地区半流动沙丘水分深层渗漏量及其对降雨格局的响应

降雨是荒漠化地区土壤水分的主要补给源,对土壤水分的变化有着深远影响,在沙区深层土壤水分补给中具有重要作用。本研究基于参数优化后的Hydrus-1D模型,分析了半干旱的科尔沁沙地半流动沙丘200 cm深层渗漏量的动态变化过程及其对降雨格局的响应关系。结果表明:2016—2019年4—10月,半流动沙丘的年均渗漏补给量为254.31 mm,占同期降雨量的61.8%。深层渗漏主要发生在6—8月,该期渗漏量占比72.8%;渗漏速率变化在0.03~2.70 mm·h~(-1),最大渗漏速率发生在降雨量大、频次高的降雨事件下。降雨入渗补给深层土壤水受到降雨量、降雨强度、降雨历时及前期土壤水分含量的影响,历时长、雨强小的降雨事件更有利于水分深层渗漏,渗漏量与降雨量呈显著正相关关系(R~2=0.85),16 ~18 mm降雨量是产生土体200 cm深度渗漏的阈值。高频次降雨事件通常在17~38 h后达到渗漏速率峰值,整个渗漏过程长达164 h以上。深层渗漏量的准确估算对荒漠化地区水资源评价和生态建设具有理论和现实意义。
基于综合评价法的洞庭湖区绿地生态网络构建

绿地生态网络对于改善区域生态空间破碎化、生物多样性降低、生态系统服务供需不平衡及保障区域生态安全具有重要意义。本研究以洞庭湖区为例,在3S技术支持下,从生态系统服务功能、潜在生物多样性、形态空间格局的角度综合评价和识别生态源地及计算栅格单元的基本生态阻力;利用夜间灯光指数修正基本生态阻力;运用最小累积阻力模型识别生态廊道;构建加权评价模型,对源地的聚合度、离散度及廊道的生态连接贡献度进行评价;利用结构特征指数对综合网络、“源-汇”潜在网络及规划网络进行对比分析和评价。结果表明:源地空间分布不均衡,林地、灌丛与水域三者面积之和占源地总面积的95.9%,位于研究区中部的洞庭湖湿地生态风险较高;源地离生态网络系统中心位置越近及到其他源地的平均最小累积阻力越小,聚合及离散的优势越强;高生态质量源地周围的中、高生态质量源地分布越密集,其聚合度、离散度越高;廊道离高生态质量的源地越近,表现为生态连接贡献度越大;林地、灌丛,尤其是河道在自然生态系统与人类社会系统之间起着非常重要的生态连接作用;“源-汇”规划绿道对“源-汇”潜在生态廊道形成了良好补充,与“源-汇”潜在网络相比,综合网络的α、β、γ、ρ 指数分别提高123.1%、25.8%、26.2%、74.6%;与“源-汇”规划网络相比,α、β、γ、ρ 指数分别提高了190.0%、31.1%、32.5%、114.6%。本研究结果能为洞庭湖区绿地生态网络构建、国土空间规划提供参考。
基于灰色三角白化权集对分析模型的喀斯特山区农业生态环境脆弱性评价

生态脆弱性一直是全球变化与可持续发展研究的热点问题,研究农业生态环境脆弱性问题有利于合理利用区域农业资源,提出有效的农业生态环境保护措施。针对农业生态环境脆弱性评价未考虑不同评价级别内各指标之间同、异、反关系,本研究基于灰色三角白化权集对分析(SPA)模型,从生态环境外在脆弱性方面选择人口密度、人均耕地面积、人均造林面积等11个评价指标,对喀斯特山区农业生态环境脆弱性进行评价。结果表明:研究区农业生态环境比较脆弱,以极度、高度和中度脆弱度为主;极度、高度、中度、轻度和微度农业生态环境脆弱区比例分别为32.4%、14.1%、17.7%、23.6%和12.2%;评价结果与研究区域农业生态环境脆弱性实际状况相符。说明以灰色三角白化权SPA模型评价农业生态环境脆弱性具有可行性,可为农业生态环境脆弱性评价提供一种新的方法和思路。
1980—2018年祁连山南坡土地利用变化及其驱动力

祁连山是我国第一阶梯和第二阶梯的分界线,生态环境脆弱,对过渡地带土地利用变化及其驱动力研究具有重要的生态意义。本研究以祁连山南坡为研究区,基于1980—2018年遥感影像数据,运用空间自相关分析法、ArcGIS空间分析方法和主成分分析法分析了土地利用的时空变化特征及其驱动力。结果表明:1980—2018年,草地是研究区土地利用类型的主体,建设用地所占比重最小,水域、草地表现为下降趋势,未利用土地、建设用地和耕地均呈现出增长态势,林地变化较小。不同地类单一土地利用动态度从大到小依次为:建设用地>水域>耕地>未利用土地>林地>草地,综合土地利用动态度为0.9%。不同土地利用类型空间分布表现出空间集聚性特征。耕地增加的区域和林地、草地减少的区域主要分布在门源县城所处大通河谷地西北侧,天峻县东北部大通河上游地区存在工矿建设用地占用草地的现象。土地利用变化驱动力主要为人口数量、科技、城市化、经济发展水平和政策。本研究结果可为政府合理规划和利用土地资源提供依据,对祁连山南坡生态环境保护和社会经济可持续发展具有重大意义。