mlsa-iai-msu-lab/ru_sci_bench_zho_cite_reranking huggingface dataset:
大气-植被-土体相互作用:理论与机理

植物是天然的工程师,拥有防止浅层滑坡和地表侵蚀的潜能,并具备低投入、易养护、绿色环保和生态平衡等优点。目前国内外的研究和工程实践大多只考虑植物根系的力学加筋作用,而忽略了更为重要的水力作用。植物蒸腾能增加土体吸力,从而降低土体渗透系数且增加抗剪强度,所以能提高边坡稳定性和防止地表侵蚀。笔者的跨学科研究团队结合高等非饱和土力学理论和植物特征,从根本上研究了大气-植被-土体的相互作用机理;提出了新的理论模型,可预测植被土的持水能力;构建了考虑植物根系形状影响的地下水渗流与地表径流耦合运移的新模型;推导了计算植被边坡吸力分布与稳定性安全系数的解析解,引入了指数形、三角形、均布形和椭圆形4种典型的根系形状;并自主研发了用于离心机模型试验的人造根,能够模拟不同形状的植物根系的水力作用和力学加筋作用,并利用其揭示了根系形状对边坡的变形与破坏机理的影响。为保证研究的基础性和实用性,选取了百慕大草和鸭脚木树两种代表性植物,并考虑了种植间距与真菌等因素的影响。主要研究结果揭示:①植物在干燥与降雨条件下均能明显提高土体吸力,提高边坡稳定性;②植物引起的土体吸力可以用叶片面积指数和根表面积系数等植物特征参数量化,并且鸭脚木树的叶片面积指数和根表面积系数之间存在着线性关系;③真菌能显著提高植物根系的抗拉强度,加强植物的力学加筋作用;④所研究的4种根系形状中,指数形根最有利于提高边坡稳定性。上述研究包括室内试验、现场监测、离心机试验和理论建模等方面,建立了一套科学合理的理论框架与测试方法,并为植物护坡的工程实践和"海绵城市"的建设提供科学依据。型。
车辆主动惯容式动力吸振悬架系统研究

为解决作动器惯质对主动悬架性能不利,被动惯容式动力吸振悬架减振频段较窄的问题,提出了车辆主动惯容式动力吸振悬架构型和车身加速度补偿控制策略。通过对系统动态阻抗特性的解析,表明该方法能大幅削减悬架的簧载共振峰。研究了系统参数对平顺性三项指标的影响关系,说明加速度补偿系数应在空间允许情况下择大为宜,其他参数应折衷选取。通过数值仿真,对比了该悬架与理想动力吸振悬架、被动惯容式动力吸振悬架、传统悬架和主动天棚阻尼悬架的效果,结果表明该悬架能有效改善舒适性,克服作动器惯质的不利影响,且车身加速度补偿控制策略的算法简单、计算量较小,有助于降低成本并提高控制的鲁棒性和实时性。
有限填土加筋土挡墙的稳定性及破坏模式分析

有限填土加筋土挡墙是短加筋土挡墙的一种特殊情况,其工作性状还没有被清晰地认识。文章在离心模型试验成果的基础上,采用FLAC软件建立有限填土加筋土挡墙的二维数值模型,讨论了加筋间距、加筋长度以及墙面与竖直平面的夹角对挡墙稳定性和破坏模式的影响。结果表明:(1)墙后有限填土情况下主动土压力约为库伦主动土压力的1 /2 ~ 1 /3; (2)在稳定地基工况下,挡墙均为复合破坏模式,滑动面呈折线型,在挡墙中下部,滑动面同时穿过了加筋区和填土区,从墙趾处滑出;在挡墙上部,滑动面基本沿着填土与稳定墙面的接触面向上发展; (3)潜在滑动面是自下向上逐渐形成的,体现为下部剪切、上部拉张的特征; (4)在墙后有限填土情况下,加筋长度减小到0.4H时,挡墙仍能保持稳定,加筋间距在控制挡墙稳定性方面具有重要作用。
基于应变响应统计特征的海洋立管损伤诊断方法

考虑海洋立管的实际服役环境和现有监测技术水平,发展一种基于应变响应统计特征的损伤诊断方法。推导以应变测量单元为基础的细长梁式结构应变响应与结构模态参数的映射关系,提出连续测试数据的均方根应变作为海洋立管的损伤特征参量。针对损伤程度较小或量测噪声影响较大可能引起的损伤误判,根据小波多分辨率分析理论,利用小波去噪和分解处理该损伤特征参量的空间域数据,进而实现准确地损伤定位。在此基础上,进行了某张力腿式平台顶部张紧式立管的数值模拟;依据损伤诊断策略对假定布设应变传感器的上部500个应变测量单元分析得到上述损伤特征参量。结果表明:该方法对立管局部刚度下降进行了有效的识别,对单、多处损伤的损伤判别和定位的效果良好,损伤诊断效果受量测噪声以及服役工况和顶张力等因素变化的影响较小,可为相关工程结构健康监测提供理论和技术支持。
砂卵石地层中单、双排钢板桩围堰现场水平载荷试验研究

针对松花江砂卵石地层上的钢板桩围堰进行现场模型的水平载荷试验,介绍了模型的施工及试验方法,研究了双排钢板桩通过拉杆连接这种结构在水平载荷作用下的变形特性,同时进行了单排钢板桩水平载荷试验作为对比分析;通过测量其深层水平位移及桩顶位移,分析其桩顶位移预警值为及水平荷载的影响深度;通过测量拉杆轴力,分析水平力的传递,对类似工程设计有一定的参考作用。
陕西省水资源供求指数和综合干旱指数及其时空分布

识别区域的干旱时空特征对于防旱抗旱具有重要指导意义。论文采用两种方法研究了陕西省干旱时空分布特征并比较了两种方法在应用中的优缺点:其一,考虑社会经济因素对干旱的影响,采用基于水资源供水和需水平衡的陕西省社会经济干旱指标(水资源供求指数);其二,结合SPI、PDSI和SPEI的特点,运用模糊综合法建立了综合干旱指数。结果表明:陕西省干旱发生频率很高,南北多发生轻微干旱,中部多发生中重度干旱。陕西省干旱在空间上分布差异大,两种方法均表明咸阳、西安、渭南和铜川地区旱情最为严重。在水资源量存在巨大差异的地区,如商洛与榆林,仅用一种类型的干旱指标无法全面体现实际情况,两种方法的结论存在差异:综合干旱指数表明榆林干旱较重,但供求指数为轻旱;商洛供水可满足需水,但综合干旱指数为轻旱。气象干旱指数,在水资源短缺的地区或自然生态系统中,结果更贴近于实际;社会经济干旱指数-水资源供求指数,更适宜用于水资源极其丰富且供水能力强的地区。
自然资源核算的生态足迹模型演进及其评论

生态足迹模型作为从生态角度对自然资源进行核算的方法,其发展经历了从一维模型向二维模型,并从二维模型向三维模型的演进过程,论文从科学问题、模型内涵、应用指向和解释能力等4个方面对生态足迹模型演进作了梳理和评论。研究结果表明:1)生态足迹模型是自然资源核算的一个生物物理性工具,弥补了主流的国民经济核算体系下自然资源价值核算的不足。2)一维模型开创性地引入生态生产性土地概念开展自然资源消费核算,以此来测算人类活动对生态的占用情况;二维模型在自然资源消费核算维度的基础上,引入自然资源生态承载能力维度,开拓了自然资源承载力评价的新视野;三维模型进一步从流量和存量两个维度理解自然资源生态承载能力,以圆柱体体积表达生态足迹,生动刻画人类活动对所处区域的生态压力。3)一维模型是二维、三维模型的基础,但它们解决的科学问题各有不同,从而所适用的研究尺度、应用指向也有所差异。4)生态足迹模型属于静态分析模型,无法解释生态经济社会系统的动态变化情况;二维和三维模型属于封闭模型,其计算结果不能准确反映区域生态的真实状况。最后,探讨了生态足迹模型进一步优化的方向。
气候变化对淮河流域水量水质影响分析

气候变化对水量水质的影响是气候变化与水研究领域热点和难点问题之一,尤其是对水质的影响。论文以淮河中上游流域为例,利用德国马普研究所的气候模式(MPI)情景数据驱动已率定好的分布式水量水质耦合模型,模拟和分析了未来近期(2020年代)和中长期(2030年代)气候变化对流域出口断面水量水质过程、产流系数和污染空间分布的影响。此外,基于历史典型重大突发性水污染事件时期极端降水的时空分布特征,推测未来可能发生突发性水污染事件的频率和时间。研究表明:1)温室气体中等排放A1B情景下,相比于基准年(1990年代),流域降水呈下降趋势,但气温增幅近2 ℃,势必导致出口断面径流量明显减少和流域蒸散发增加,也导致入河非点源负荷减少;此外气温升高导致水体污染负荷降解速率加快,因此出口断面的污染负荷也有所减少。2)从空间分布来看,未来流域产流系数将有所降低。受气候变化影响较高的地区为沙颍河上游和涡河上游地区。受产流系数降低的影响,流域水污染发生率将有所上升,影响较高的区域位于洪汝河上游、沙颍河上游和贾鲁河等水系。3)在排污水平和闸坝调度规则不变的情况下,2020年代和2030年代重大突发性水污染事件预测可能发生时间为2035年7月,约为20 a一遇,低于基准期间约3~4 a一遇。总的来说,相比于基准年,气候变化对淮河中上游流域未来水量水质的影响适中。
2000-2013年塔里木河流域生长季NDVI时空变化特征及其影响因素分析

受塔里木河流域综合治理工程实施和近期气候变化的影响,流域植被覆被时空分布产生一定的变化,厘清植被覆被与流域气候变化及人类活动的关系可以为塔里木河流域生态维护与治理提供科学参考依据。为此,论文以NDVI为指示因子,运用趋势分析、R/S分析、偏相关分析以及残差分析等方法,分析了2000-2013年综合治理工程期间NDVI的时空变化特征,并探讨及区分降水、气温气候因子以及人类活动对植被覆被变化的影响范围和程度,结果表明:1)2000-2013年,塔里木河流域植被生长季NDVI总体呈现增加趋势,增加速率为0.8%/10 a,平原区增速明显高于山区;且开都河-孔雀河流域山区、塔里木河干流的上、中游部分地区呈现比较明显的退化趋势。与此同时,塔里木河干流下游生长季NDVI持续改善。2)山区植被覆被变化主要受气候变化的影响,其中温度是高山区植被生长的主要限制因子,温度的增加促进植被的生长;中低山区以及出山口平原地区植被生长季NDVI变化是降水和温度共同作用的结果,且主要受降水的影响。降水与植被生长季NDVI变化呈正相关,温度与植被生长季NDVI变化呈负相关。3)平原绿洲区植被生长季NDVI增加主要是绿洲灌区面积不断增加以及塔里木河流域生态治理工程对植被恢复的结果,人类活动是该区域植被生长的主要驱动力。4)塔里木河干流生态闸工程在恢复下游植被的同时,也在一定程度上影响了上、中游地区的用水,尤其是导致中游植被出现退化趋势,退化速率约为0.1%/10 a。相关部门应进一步加强水资源的合理配置,充分发挥生态闸工程的水资源调度调控作用。
3种(品种)地被竹花器官形态特征及学名订正

【目的】针对《中国观赏竹》、《The Bamboos of the World》等重要专著中广泛使用的翠竹、铺地竹以及黄条金刚竹拉丁学名存在有误问题,校正翠竹、铺地竹和黄条金刚竹这3种地被竹的拉丁学名,并补充描述此3种地被竹的花部特征。【方法】对南京林业大学竹园中翠竹、铺地竹和黄条金刚竹的开花样地进行调查,分别测量这3种地被竹盛花期小穗的长度、小花数、小穗轴长度,并在体视显微镜下拍照记录各竹种花器官的形态。【结果】根据3个竹种花器官的形态特征,认为翠竹、铺地竹的花器官形态特征符合苦竹属(Pleioblastus)花特征描述,如花序的类型、小穗的形态、雄蕊的数量等;而与赤竹属(Sasa)有较大差异,如花序着生位置、小花外稃形态、雄蕊数量等;黄条金刚竹的花器官形态与东芭竹属(Sasaella)(也称支笹属)花形态描述一致,表现在花序顶生、小穗具柄、小穗轴节间密被毛、雄蕊6、花柱1、柱头3、羽毛状,颖果。而与苦竹属(Pleioblastus)许多特征差异较大,如花序着生位置;雄蕊的数目等。【结论】翠竹、铺地竹的花器官形态特征不符合Sasa花特征,而符合苦竹属花特征描述。因此,宜将翠竹和铺地竹的拉丁学名订正为Pleioblastus pygmaea和Pleioblastus argenteastriatus。黄条金刚竹的花器官形态与Pleioblastus不符,而与东芭竹属(Sasaella)花形态描述一致。因此,将黄条金刚竹的学名订正为Sasaella kongosanensis ‘Aureostriatus'。
红松天然林胸径生长的空间异质性及其与地形的关系

【目的】探讨红松天然林胸径生长的空间异质性及其与地形因子的关系,为科学管理经营红松天然林提供借鉴。【方法】通过采用地统计学、方差分析、地理加权回归等方法,对白河林业局的红松天然林胸径生长的空间异质性及其与海拔、坡位、坡向和坡度等地形因子的关系进行了研究。【结果】研究区内红松天然林胸径生长变异系数为0.6,属于中等变异性,其空间变异特征最适合用指数模型来描述,且模型拟合度高;红松天然林胸径生长在0~4 230 m范围内存在强烈的空间自相关;运用普通线性回归(OLS)与地理加权回归(GWR)方法建立基于地形因子的红松天然林胸径生长模型,预测结果显示,GWR方法较OLS方法提高了预测精度。【结论】红松天然林胸径生长在一定范围内具有较强空间异质性,且会因地形因子的变化而产生差异,其中海拔、坡向对胸径的生长影响较大。
覆盖物对土壤性质及微生物生物量碳氮的影响

【目的】比较不同覆盖物处理下,深度为0~5、≥5~10 cm处土壤的性质和微生物生物量碳氮含量的变化,以期明确适宜‘日香桂'种植的覆盖物。【方法】采用5种覆盖物(无覆盖对照(CK)、马尼拉草皮覆盖(T)、五针白皮松树皮覆盖(W)、鹅卵石砾覆盖(G)、陶土颗粒覆盖(C))处理,每种覆盖3块重复并按随机区组排列。处理后,对土壤样品进行pH、全氮、有效氮、全磷、有效磷含量、脲酶活性、磷酸酶活性、微生物生物量碳氮含量进行测定。【结果】从整体看,覆盖材料对土壤密度和全氮含量的影响不显著,但是可以提高土壤有机物含量。在0~5 cm土壤深度,T和W覆盖处理降低了土壤pH,而G和C覆盖处理增加了pH。覆盖T与W比其他覆盖处理更有效地提高了土壤有效磷、有效氮含量,以及土壤脲酶、磷酸酶活性和微生物生物量碳氮含量,其中W覆盖在提高微生物生物量碳氮含量上表现更突出。在≥5~10 cm土壤深度,覆盖物均对土壤pH有提高作用,无机覆盖G和C对土壤性质和微生物生物量影响甚微;T和W覆盖的作用效果虽比0~5 cm的作用效果有所下降,但对土壤脲酶、磷酸酶、微生物生物量碳氮的提升作用依然存在。【结论】无论是0~5 cm,还是≥5~10 cm深度,在对于土壤性质和微生物改善方面,松鳞树皮和马尼拉草覆盖(W和T覆盖)都表现出优于其他覆盖的效果,且W覆盖对土壤微生物生物量碳氮、有效氮的促进作用更显著。
南方红豆杉修枝经营措施优化及评价

【目的】提出一种全新的修枝经营措施优化评价方法即综合修枝效应速度最大化的方法,以期为连续、充分发挥修枝促进植株生长与改良干材品质效应提供参考。【方法】在田间修枝试验基础上,通过修枝效应速度转换与显著性分析,构建修枝效应的评价指标体系,然后利用主成分分析法建立修枝效应速度的综合得分值数学模型,最后通过比较修枝措施的综合得分值优化修枝措施与验证,实现修枝经营措施优化。运用此法在福建明溪开展南方红豆杉修枝强度试验并验证此方法成效,优化南方红豆杉修枝强度与间隔期组合。【结果】修枝强度与间隔期组合显著影响南方红豆杉生长及干形形质性状,进行修枝经营措施优化是必要的。采用综合修枝效应速度最大化的方法,南方红豆杉修枝优化组合为从地面起相对全树高30%的修枝强度与间隔期4 a,优化组合的材积与胸高形数的修枝效应速度分别为每年4.11%、0.48%,修枝优化组合的材积显著增长15.94%,胸高形数显著提高2.04%,促进生长与改良干材品质效果理想。【结论】综合修枝效应速度最大化的方法作为修枝经营措施优化评价方法具有操作性强、精确度高等特点,可极大地提高林木的生长并改良干材品质。
崇明东滩鸟类国家级自然保护区环志鸟类种群特征年际变化

【目的】为了解亚太地区途经上海崇明东滩湿地的迁徙鸟类群落变化、种间关系及迁徙机制,对崇明东滩鸟类国家级自然保护区环志鸟类群落的年际变化及迁徙物种种群数量种间变化的相关性进行研究。【方法】依照《鸟类环志技术规程》记录2005—2014年东滩湿地环志鸟类种类和数量,计算各年度内鸟类日均环志数量、物种比例、群落物种多样性指数及均匀度指数。【结果】10 a间共环志鸟类3目(鸻形目、鹳形目和鸥形目)8科51种。年环志种类在32~45种间波动,环志鸟类生物多样性指数为2.38~2.79,均匀度指数为0.68~0.76。日均环志数量呈下降趋势,从2006年日均环志59.07只下降到2014年日均环志17.13只。10年间年均环志量均超过环志总数1%的常见种有大滨鹬(Calidris tenuirostris)、黑腹滨鹬(C.alpine)、红颈滨鹬(C.ruficollis)等10种鸻鹬类;对其进行两两种间种群数量随时间变化的相关性分析表明,有14对呈显著正相关,其中5对呈极显著正相关。【结论】环志鸟类迁徙路线上栖息湿地破坏与减少是导致环志鸟类种类和数量变化的主要潜在因素。
基于栅格尺度的北京市密云县生态环境脆弱性评价

【目的】县域生态环境脆弱性动态变化的定量评价为县域环境生态恢复与生态重建提供重要依据。【方法】采用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术,以北京市密云县自然环境和社会资料两方面的12种栅格数据为基础数据,建立栅格大小为30 m的生态环境质量评价指标空间数据库,在此基础上基于“敏感度-弹性度-压力度”模式,应用多层次模糊综合评价方法和自然分界法将生境脆弱度划分5个等级,评价了北京市密云县生态环境脆弱性,采用转移矩阵的方法分析了生态环境脆弱性时空变化规律,并进一步通过野外调查的植被覆盖度数据进行验证。【结果】2003—2013年研究区生态环境质量都呈现“北部山区优于南部平原、高海拔林区优于低海拔耕作区”的空间分布特点。研究区域2003年中度脆弱区的面积比例最大,微度脆弱区次之,面积比例分别为40.43%和37.00%;2013年研究区微度脆弱区和低度脆弱区的面积比例之和达到76.52%,呈绝对的好转趋势。【结论】经过10 a的天然林保护等一系列生态环境工程的建设和环境保护政策的推行,区域环境生态质量改善效果显著。基于“敏感度-弹性度-压力度”模式构建的评价模型,可用于对省级、地市级及县级生态环境脆弱性进行评价。
麻疯树花部特征及其对传粉昆虫的影响

【目的】麻疯树为中国西南地区重要生物柴油树种,了解其花部特征对主要传粉昆虫的访花行为与访花频率可能产生的影响,有助于麻疯树的进一步繁殖成功。【方法】对麻疯树雌、雄花的形态特征进行测量,对花粉与柱头的微观特征进行扫描电镜观察,并对其花部构成、花冠尺寸及花部颜色对蝇类与蜜蜂类访花频率的影响进行观测。【结果】麻疯树雄花的花冠直径显著小于雌花,雄蕊的直径显著大于雌蕊,可能会影响传粉者对雌、雄花的偏好。雄、雌花的花蕊和花冠的相近,利于花粉的携带、转移与落置。麻疯树花粉粒表面具有瘤状突起,含水丰富,直径大;雌花柱头有孔状凹陷,能分泌少量黏液,利于花粉在柱头上的粘附与萌发。去除花蕊与花瓣均会显著降低蝇类与蜜蜂对麻疯树花的访问频率,去除花萼对传粉者访问频率无影响。随着花冠尺寸变小,蝇类与蜜蜂对麻疯树花的访问频率均显著降低。花部颜色的改变显著降低蜜蜂类的访花频率,但对蝇类的访花频率无明显影响。【结论】麻疯树雌、雄花的花部形态特征有显著差别。蜜蜂类与蝇类传粉者对麻疯树的花部组成、花冠大小与花部颜色的视觉识别方式有显著不同。
崇明东滩湿地互花米草治理对鸟类及底栖动物多样性的影响

【目的】崇明东滩湿地是国际涉禽鸟类和居留繁殖鸟类的重要栖息地,互花米草(Spartina alterniflora)的入侵导致鸟类栖息地的群落结构与功能发生变化,2011年在保护区建成互花米草治理与鸟类栖息地示范区,需要了解示范区与对照区的芦苇(Phragmites australis)生长状况、鸟类和大型底栖动物的种类与数量变化,探讨互花米草治理成效以及对湿地生物多样性的影响。【方法】在示范区内外分别设置了8个生物多样性监测点和7个对照监测点,对植物群落组成、鸟的种类和大型底栖动物物种进行监测和采样分析。【结果】刈割和清除互花米草的工程成效显著。在示范区内,鸟的种类和数量以及水鸟的种类与数量均高于对照区,说明互花米草治理可为雁鸭类等重要水鸟提供良好的栖息地。同时,示范区内软体动物、节肢动物和环节动物的密度显著低于对照区。【结论】示范区在完成工程措施后景观和生物多样性发生了较大变化。较之互花米草群落,其生物多样性维持的生态服务功能有了明显的恢复,吸引了不同类群的鸟类在此停歇或繁殖,示范区的营造已取得较好成效。今后将重点监测对水鸟种群有重要影响的生物群落和环境因子,更全面评估示范工程对栖息地恢复成效。
油松林氮矿化随土壤有机物质量的变化特征

【目的】明确不同类型有机物对土壤氮素转化的作用机理。【方法】以山西太岳山油松林为主要研究对象,通过向表层土壤添加等碳量的叶、木屑和生物炭等有机物碎屑,采用顶盖埋管原位培养法,测定了各处理样地不同时期的土壤无机氮含量。【结果】添加木屑使土壤微生物氮含量明显降低了45.57% (P<0.05)。各处理的土壤有机氮矿化过程表现出很强的季节性变化。添加叶、生物炭和木屑处理下,土壤硝态氮含量变化以2015年5月最为明显,分别比对照提高了63.59%、102.62%和102.90% (P<0.05);而添加外源有机物却降低了土壤中铵态氮的含量;在添加生物炭、叶和木屑处理下,土壤有机氮的净化量分别为1.29、0.40、-3.47 mg/ kg,远高于对照样地的净化量(-20.74 mg/ kg)。添加外源有机物在春季、秋季和冬季对土壤有机氮的硝化速率有明显的促进作用,却在夏季表现为抑制作用;而氨化速率仅在冬季全部呈现为正值。【结论】在年际尺度上,生物炭对土壤氮矿化的促进作用较强,短期内木屑对土壤氮矿化的促进作用较强。
崇明东滩自然保护区景观格局动态分析

【目的】上海崇明东滩湿地实施互花米草生态控制及鸟类栖息地优化项目以来,湿地的景观格局和特征发生了较大变化,需要分析这种变化以为进一步优化景观格局和促进湿地生态保护提供依据。【方法】采用3S技术以及景观格局分析方法,对崇明东滩自然保护区景观格局的动态变化及影响进行分析。【结果】2011—2015年期间,保护区自然植被的面积逐年减少,与2011年相比减少了20.91%;各种景观类型之间存在着不同程度的互相转化,保护区各景观类型的转化情况发生了显著改变;保护区域全区的斑块密度增加了66.61%;互花米草和莎草科植物群落的斑块形状趋于规则,而芦苇群落的斑块形状复杂度较高;2011—2015年内,保护区景观多样性指数从1.58上升到1.67。【结论】崇明东滩自然保护区景观破碎化程度加大,景观异质化程度加剧,景观格局由单一化向均衡化方向发展。综合认为,人为因素是引起崇明东滩景观格局变化的主导因素,且其影响仍在不断加深。
不同煤体结构煤基活性炭微观结构与甲烷吸附性能

为探索新型煤基甲烷存储材料前驱体,采用碱活化法制备并酸化改性获得构造煤基/非构造煤基系列活性炭,借助低温氮吸附、红外光谱、Boehm滴定等技术表征了不同煤体结构原煤和煤基活性炭结构参数,并考察了孔隙结构和表面酸性基团对其甲烷吸附行为的影响。结果表明:构造煤基系列活性炭的比表面积和孔体积均大于相应非构造煤基,其甲烷吸附能力也相对较强;酸化改性作用使得活性炭表面主要酸性基团量增加,在改变其比表面积和孔体积的同时却明显抑制了甲烷吸附能力。鉴于酸性基团对煤基活性炭-甲烷吸附的抑制作用强于孔隙结构的促进作用,基于甲烷存储材料开发的构造煤基活性炭制备中应慎重引入酸性基团。
天然气地球化学特征及成因分析-以鄂尔多斯盆地东胜气田为例

阐明鄂尔多斯盆地东胜气田天然气地球化学特征并厘清其天然气成因及来源.基于该气田的6口井及前人已经发表的其它主要气田25口井天然气组分、碳等同位素特征,轻烃组分特征及实际地质背景,对该气田天然气地球化学特征及来源进行了较详细分析,认为东胜气田天然气具有与上古生界其它气田相似的成因,为典型的煤成气;该气田天然气组分、同位素及轻烃特征与其南部苏里格气区存在明显差异,该气田天然气主要来自于其下伏煤系并非来自于南部烃源岩.研究结果表明:东胜气田天然气以烷烃气为主,表现为干气,天然气中甲烷体积分数为93.69%~93.96%,乙烷体积分数为3.57%~3.71%,丙烷体积分数为0.85%~0.92%,丁烷体积分数为0.21%~0.37%;含少量非烃气体CO_2和N_2;烷烃气碳同位素具有正碳同位素系列,表现为原生特点;C_7轻烃化合物表现为甲基环己烷优势,庚烷值及异庚烷值分布区间分别为14.3%~16.0%和1.9%~2.6%,结合碳同位素认为该气田为烃源岩成熟-高成熟过渡带阶段形成的天然气;天然气K_1值[K_1=(2-甲基己烷+2,3-二甲基戊烷)(3-甲基己烷+2,4-二甲基戊烷)]为1.2.
致密储层储集空间特征及影响因素-以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组为例

综合利用薄片鉴定、氩离子抛光、聚焦双离子束扫描电镜、能谱、XRD、恒速压汞等技术手段,结合岩心观察,综合分析了准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组致密储层岩石学特征、物性特征、储集空间特征及其影响因素.认为储集空间特征受沉积作用、成岩作用、生烃作用及构造作用的共同控制,压实作用是导致储层致密化的主要原因,长石、岩屑和凝灰物质的溶蚀是形成"高孔高渗"储层的关键.研究结果表明:芦草沟组致密储层低成分和结构成熟度特点导致储层抗压能力弱,原生粒间孔空间变小,储层平均孔隙半径为124.5 μm,平均喉道半径为0.3 μm,平均孔喉半径比为339.1;生烃作用产生的有机酸导致次生溶孔发育,次生溶孔和原生粒间孔占总孔隙的80%以上;受沉积作用控制,储集空间类型组合由湖盆边缘的原生粒间孔+次生溶孔组合向湖盆中心的次生溶孔+原生粒间孔+晶间孔组合过渡;生烃产生的异常高压与构造作用可形成微裂缝,改善储层渗流能力.
致密砂岩相对高渗储层特征及分布控制因素研究-以鄂尔多斯盆地陇东地区延长组长8_2为例

为了阐明致密砂岩中相对高渗储层发育的主控因素及分布规律,以陇东地区延长组长8_2致密砂岩为研究对象,以野外露头、岩心观察为基础,综合采用普通薄片、铸体薄片、扫描电镜、黏土矿物X衍射、物性分析、恒速压汞、微米-CT扫描、C-O同位素分析等多种测试手段,系统研究了储层的岩石学特征、孔隙结构和成岩作用特征,分析了长8_2储层差异致密化的成因和相对高渗储层的形成条件,认为致密储层主要发育在低能、薄层砂体中,储层压实作用强烈,压实作用使原始孔隙度大大降低,碳酸盐胶结、硅质胶结作用使储层物性进一步变差.三角洲前缘高能、厚层河道砂体是研究区相对高渗储层形成的优相基础,早期绿泥石环边胶结作用利于粒间孔隙的保存,是相对高渗储层原生孔隙保存的关键,长石溶蚀作用有助于相对高渗储层次生孔隙的形成.研究结果表明:陇东地区长8_2储层为低孔致密储层,孔隙度大多小于10%,渗透率小于1 mD.长8_2低渗致密背景下发育相对高渗储层,高渗储层具有较低的塑性组分含量,绿泥石环边胶结物百分比一般小于7%;孔隙类型以绿泥石膜胶结残余粒间孔、溶孔为主,喉道半径大于1 μm,孔喉连通性好.
全水压作用下非圆形斜井内壁弹性分析

建立了受全水压作用直墙半圆拱斜井井壁模型,首先利用混合罚函数方法计算出不规则井壁的映射函数方程;其次利用复变函数理论,推导出井壁弹性近似解析解,并分析了无量纲化水压、井壁设计参数等因素对井壁应力和位移分布的影响;最后结合全组合方案设计给出了井壁底板曲率半径与侧墙高度比值合理取值范围.分析表明:映射函数式中ξ~(-n)系数n=4时可获得精度较高的映射效果;水压、井壁厚度、侧墙高度和底板曲率半径均对井壁受力有显著影响;侧墙高度h_0>0.8时,拱顶开始向井外变形;底板曲率半径r_(d0)<1.4后,底板全部转为受压状态;在现有井壁形状条件下,当r_(d0)/h_0=2.3~2.5且h_0<0.8时,井壁侧墙高度和底板曲率半径设计最优.
基于GIS建模的大采高工作面矿压显现规律模拟研究

为探讨地质构造影响下回采工作面矿压规律,以任家庄矿11503大采高工作面为研究对象,利用基于GIS平台的空间剖面和包络面层面混合建模方法,构建了任家庄矿5~#煤初采时11501和11503工作面的三维地质精细化数值模型.通过接口程序,将模型导入FLAC~(3D)有限差分程序中,对11503工作面回采过程中矿压显现特征进行模拟分析.结果表明:基于GIS构建的三维精细化数值模型能有效分析回采工作面矿压显现受地质构造因素的影响;11503工作面靠近风巷60 m范围内,受上工作面回采及本工作面背斜构造叠加影响明显.
单轴分级循环加载条件下砂岩疲劳变形特性与损伤模型研究

利用MTS815电液伺服试验机对两组砂岩试样进行了单轴分级循环加卸载试验,分析了分级循环加卸载应力-应变曲线特征和分级循环加卸载下岩石疲劳损伤演化过程,建立了循环加卸载条件下轴向应变与循环数目之间的理论模型,并推导了评价岩石损伤程度的损伤变量演化方程.结果表明:理论模型可以作为岩石循环加卸载条件下的破坏准则,试验结果与理论值之间相关度超过98%,同时,其逆函数可以实现对岩石疲劳寿命的预测;疲劳损伤演化方程可以衡量循环加卸载过程中疲劳损伤的发展水平;疲劳循环上限应力值是决定岩石疲劳寿命的关键因素,随着上限应力的提高,岩石的疲劳寿命呈现几何级数下降.
海上地震数据全波形反演实际应用

全波形反演技术(FWI)在实际地震数据应用时由于以下原因很难取得理想的结果。一是因为初始模型不准确、子波未知、噪声干扰等导致模拟数据与实际数据匹配难;二是因为FWI计算量大。将FWI应用于实际海上地震数据,给出了海上地震数据处理流程,并基于FWI实际应用中存在的问题给出了一些解决办法:利用海底反射估计近源子波解决震源子波估计问题;采用L_BFGS算法计算梯度加速策略解决FWI海量计算问题等。海上实际地震数据处理的成功应用,证明了本文策略的有效性。
施肥滴灌加速滴头堵塞风险与诱发机制研究

以2种内镶片式迷宫流道滴头为研究对象,采用数学分析方法、扫描电镜/能谱分析技术(SEM-EDS)和X射线衍射技术(XRD)对不同水溶性肥料滴灌后滴头流量、堵塞物表面微形貌及其化学组分进行多角度分析,研究肥料特性和流道结构对滴头堵塞过程的影响效应。结果表明:肥料特性是决定堵塞类型和诱发风险的重要因素(P<0.01),流道结构对堵塞的影响需双重考虑结构尺寸及结构类型;当施肥质量分数小于等于0.5%时,施肥加速滴头堵塞的效果较小且与肥料类型关系不大,当施肥质量分数在0.5%~2.0%之间时,各肥料滴灌适用性由大到小依次为:磷肥、尿素、钾肥、复合肥,当施肥质量分数在2.0%~3.0%之间时,尿素滴灌滴头流量降幅为10.26%,显著高于施加磷肥(7.85%)、钾肥(4.07%)和复合肥(2.74%);施加尿素滴灌诱发滴头堵塞主要物质的形成机理为分子态尿素析出物与水中悬浮颗粒物形成团聚体在较差流体的运动粘度下造成的物理堵塞,磷肥主要为吸附作用加速肥料杂质团聚沉淀的物理、化学堵塞,硫酸钾施肥滴灌主要为离子交换形成的钙、镁沉淀导致流道壁面糙度升高、过水断面减小的化学堵塞过程,复合肥诱发滴头堵塞风险最低。施肥滴灌存在诱发或者加速滴头堵塞的风险,但不同肥料诱发滴头堵塞主要物质的形成机理不同,加速堵塞的风险也不同,故对于不同的肥料类型宜采用不同的抗堵塞管理策略。
基于电磁机械耦合再生制动系统的电动汽车稳定性控制

针对现行电动汽车再生制动的不足,提出了一种电磁机械耦合再生制动系统,以克服摩擦制动和再生制动相互独立控制的缺点。在此基础上,以内嵌侧向力约束的二自由度车辆模型为参考模型,基于直接制动输入分配和模糊补偿控制提出了一种集成再生制动的电动汽车稳定性控制策略。以美国FMVSS126法规为试验工况和评价指标,以及低附路面阶跃转向工况为例,应用Matlab/Simulink&CarSim车辆动力学仿真试验平台,对有、无模糊补偿控制的侧向稳定性、操纵响应性和能量回收率等进行对比分析。研究结果表明,有模糊补偿控制的车辆顺利通过法规测试,所提出的模糊补偿稳定性控制策略具有很好的鲁棒性和横摆稳定性,减小了横摆角速度和质心侧偏角的跟踪误差,即增加了行车安全性,又具有一定的制动能回收率。
微咸水微润灌溉下土壤水盐运移特性研究

为探明土壤水分和盐分在利用微咸水进行微润灌溉条件下的运移情况,采用室内土箱模拟试验方式,设置2.0、2.5、3.0、3.5、5.0g/L 5种不同矿化度处理,以蒸馏水处理作对照,共入渗72h。结果表明:入渗结束时在不同方向上的最大运移距离随矿化度增大呈先增大后减小趋势,在3.0g/L处理下达到最大值,且微咸水处理的湿润锋运移距离均大于蒸馏水处理;将累积入渗量代入Kostiakov入渗公式,入渗系数随矿化度的增大呈先增大后减小趋势,入渗指数不断减小;土壤电导率以微润带为轴心向四周不断增大,在湿润锋处达到最大值,脱盐区与湿润体形状相关,呈圆环状分布;入渗结束后土壤剖面平均含盐量与蒸馏水处理之间无显著性差异,脱盐半径随矿化度的增大呈线性递减趋势;利用微润灌进行灌溉,土壤盐分存在表聚和底聚现象,且表层积盐更为严重。
DEM超分辨率重构对梯田坡度提取的影响研究

坡度对地表水文、土壤侵蚀、土地利用规划有着重要的影响,区域尺度上的坡度通常基于数字高程模型(DEM)提取。区域尺度上,高分辨率坡度数据由于DEM获取途径、方式等原因,较难获得,通常通过超分辨率重构(又称降尺度变换)得到。以黄土高原地区水平梯田地形为研究对象,基于无人机摄影测量技术,生成不同分辨率的DEM数据并提取坡度,设计并给出了基于稀疏混合估计对DEM数据进行超分辨率重构的方法及流程,并与最近邻法、双线性插值法、三次卷积插值法比较,结果表明所提方法在空间分布和误差方面上均优于其他方法。
大型箱涵式泵装置优化设计与试验

为了研究箱涵式泵装置进、出水流道的水力性能,采用了基于CFD数值模拟计算和模型试验的DOE正交设计试验方法。对进、出水流道进行三维参数化建模,以进水流道出口断面速度均匀度和水力损失为目标函数,针对进水喇叭管、导水锥和出水喇叭管、出水导流墩控制尺寸进行五因素四水平的正交试验设计。通过CFD数值模拟手段,针对设计流量工况点,分别对进水流道和出水流道各16个设计方案进行数值模拟计算,分析不同控制尺寸对进、出水流道水力性能的影响。最后通过模型试验对优化方案数值计算结果进行可靠性验证。数值模拟和试验结果表明,通过DOE正交设计方法进行进水流道优化设计,可以得到各控制参数对进水流道水力损失和出口断面均匀度的主次影响,进水流道最大水力损失达到8.56cm,最小水力损失为3.91cm,优化方案水力损失为3.65cm,出口速度均匀度达到93.07%,较初始方案水力损失降低了1.31cm,出口速度均匀度提高了1.17个百分点;出水流道最大水力损失为46.07cm,最优组合出水流道水力损失为32.53cm,较原始方案水力损失减小了7.96cm。根据泵装置全特性曲线可知,该泵装置出水流道水力损失在设计工况下最小,最高运行效率达到70.04%,最高运行扬程为4.0m,在设计扬程1.36m时,效率为66.82%,对应流量为34.31m~3/s。模型试验最高运行效率达到71.5%,在设计扬程1.36m时,试验运行效率在64%左右,与数值模拟结果吻合较好。
农膜残留对砂壤土和砂土水分入渗和蒸发的影响

通过室内试验设置5个不同残膜量(0、50、100、200、400kg/hm~2)处理,研究不同残膜量对砂壤土和砂土水分入渗湿润锋、入渗速率、累积入渗量、土壤累积蒸发量和蒸发速率的影响,并评价了主要土壤入渗、蒸发模型在农膜残留土壤的适用性。结果表明:随着土壤中残膜量增多,砂壤土和砂土入渗速率变慢,土壤湿润锋运移相同距离所需时间均显著增加,其中运移30cm时,砂壤土残膜量400kg/hm~2处理(SL5)比无残膜处理(SL1)运移时间增加了27.56%;相同入渗时间内累积入渗量随残膜量增加均显著减小(P<0.05),入渗结束后SL5处理比SL1处理累积入渗量减小了52.01mL(23.12%);残膜量增加导致蒸发速率、累积蒸发量都显著减小(P<0.05),蒸发结束后SL5处理比SL1处理累积蒸发量减小了30.63%,且不同残膜量对砂壤土的影响大于砂土。对4个土壤水分入渗及蒸发模型进行拟合,结果显示Kostiakov和Philip入渗模型均能较好模拟残膜条件下土壤水分入渗,其中Philip入渗模型拟合精度高于Kostiakov入渗模型,且对砂土中农膜残留下的土壤水分入渗模拟效果更好;Black蒸发模型随着残膜量增加拟合精度下降,而Rose蒸发模型受残膜量的影响较小,更适合于农膜残留土壤累积蒸发量估算。
一种基于邻居节点运动的分布式有向栅栏构建算法

K-栅栏覆盖是有向传感器网络的研究热点之一.目前为止,很少从移动和转动能耗相结合考虑有向栅栏构建.提出一种基于邻居节点运动的分布式有向强栅栏构建方法(distributed directional strong barrier construction based on neighbor actuation, DBCNA).在形成栅栏的节点集合中,若在前一个感知区域内部存在节点,横坐标最大的节点就是节点的目标位置.如果感知区域内部没有节点,则令前一个节点正右方向一个半径距离处作为下一节点的目标位置.有向节点的目标感知方向由移动到该位置的移动节点的初始感知方向决定.若初始感知方向0≤β≤α/2或2π-α/2≤β≤2π,目标感知方向就是节点的初始感知方向;若α/2≤β≤π,目标感知方向为β=α/2;若π<β<2π-α/2,目标感知方向为β=2π-α/2.仿真结果证明了该栅栏构建方法比其他方法节省40%的节点,平均能耗降低了40%~50%,具有重要的理论与实际意义.
覆膜和种植密度对旱作春玉米产量和蒸散量的影响

为探究黄土高原旱作玉米的适宜种植密度,开展了玉米露地与覆膜6个种植密度的大田试验。结果表明:覆膜加速了玉米的生长和发育,表现在株高和叶面积指数的增加,生育期的提前,如抽穗期(即最大高度出现时)比露地种植提前了11d。在玉米生长的中后期,露地玉米株高具有随密度增加而降低的趋势,而覆膜玉米则无显著差异。无论是覆膜还是露地种植,玉米叶面积指数都是随种植密度的增加而提高。玉米的蒸散量随种植密度的增加而增加,但覆膜种植降低了玉米对水分的消耗,在不同程度上缓解了因种植密度增加而导致的蒸散量增加与降水不足之间的矛盾。覆膜显著提高了玉米产量和水分利用效率,平均产量和水分利用效率较露地种植分别提高52.79%和60.55%。露地与覆膜种植产量和水分利用效率随种植密度的增加都呈现先增加后减小的趋势,但获得最高产量与水分利用效率对应的种植密度不同:露地种植在密度为52500株/hm~2(D2)时获得最高产量和水分利用效率,而覆膜种植增大了单位面积土地可支撑的群体,最高产量和水分利用效率分别在密度为82500株/hm~2(D4)和67500株/hm~2(D3)时获得,但D3与D4下水分利用效率无显著差异,所以在试验气候年型下,黄土高原东部露地和覆膜种植的春玉米适宜密度分别为52500株/hm~2和82500株/hm~2。
耕地数量、质量、生态三位一体综合监管体系研究

耕地是粮食安全的基础,是立国之本。为了综合、立体地监管我国耕地,结合我国国情,从系统论和公共管理的视角,对耕地数量、质量、生态三位一体综合监管体系进行了初步研究。通过文献分析法,结合前沿技术手段,对目前较为成熟的耕地数量、质量监管理论体系进一步完善,对生态监管理论进行探索性研究,分别构建耕地数量、质量和生态监管指标,并以此为基础综合构建三位一体综合指标体系。通过航空、航天遥感技术、物联网、互联网采集数据系统实时获取耕地相关的多源数据,经过数据清理整合,构建服务于耕地监管的云数据库。研究耕地监管指标快速计算技术,搭建基于多源海量数据、分布式面向服务的耕地三位一体综合监管体系。本文构建的耕地三位一体监管体系可为我国耕地的监管、养护提供技术支撑。
指夹式玉米精量排种器导种投送运移机理分析与试验

为研究指夹式玉米精量排种器籽粒投送运移规律,提高排种器导种性能,建立了导种投送过程的运动学和动力学模型,分析了各因素对运移稳定性及投送落种轨迹的影响。采用多因素二次通用旋转组合试验研究了工作转速和倾斜角对排种均匀稳定性的影响,运用Design-Expert 6.0.10软件对试验数据进行优化分析得到其最佳工作条件。在此基础上,运用镜面反射成像原理,搭建了排种轨迹测定试验台,结合高速摄像与图像目标追踪技术对落种籽粒轨迹运移规律进行了研究。试验结果表明,在工作转速为15~45r/min、倾斜角为0°工况下,籽粒正面轨迹及侧面轨迹的水平位移随工作转速增加而增加,株距变异系数随工作转速增加而降低;当工作转速大于35r/min时,籽粒轨迹及落点位置分布逐渐离散,株距变异系数明显增加,其正面水平位移稳定在12.9~14.3mm内,侧面水平位移稳定在3.7~4.8mm内,平均株距变异系数为15.13%。在工作转速为30r/min、倾斜角为-12°~12°工况下,轨迹投种角随倾斜角的增加而减小,其整体角度稳定在66.4°~79.6°内。该研究为优化设计指夹式玉米精量排种器关键部件及配套导种管提供了参考。
全自动整排蔬菜嫁接机嫁接夹输送机构设计与试验

为了提高蔬菜嫁接机的工作效率,对穴盘苗全自动整排嫁接机加以研究,基于嫁接夹固定嫁接苗的方法,设计了适用于整排苗同时嫁接的嫁接夹输送机构。该机构由嫁接夹自动排序供夹机构、嫁接夹输送台、直线运动机构3部分组成,可在一个工作循环中输送5个嫁接夹以及同时固定一排嫁接苗。整个机构通过振动盘完成嫁接夹的自动定向排序;由气缸驱动实现自动供夹;利用步进电动机驱动的直线机构完成嫁接夹的自动输送;应用气缸和气爪驱动控制嫁接夹的夹口状态,并完成5株嫁接苗的同步固定。对机构进行试验研究,确定了其性能参数,试验结果表明,嫁接夹输送机构一个工作循环用时约12.5s,供夹成功率达到94.7%,嫁接苗切口固定成功率为92%,可以满足整排嫁接技术的需要。
水稻土深松阻力与土壤扰动效果研究

为探讨机械深松过程的水稻土扰动、土壤结构及能量的效应,利用原位土壤耕作综合测试平台进行精准控制条件的深松试验,采用凿形铲,设置5种耕作深度(10、15、20、25、30cm),从耕作阻力及比阻、土壤宏观扰动轮廓、土壤破碎体尺度分布指标综合评价水稻土深松作业的效果。结果表明,深松耕作阻力与耕作深度符合二阶函数拟合的递增关系。耕深20cm时,深松铲对土壤扰动程度最大,地表隆起、开裂和纵向起伏程度最强,此时土壤隆起高度、隆起宽度、横剖面扰动面积、平均土块径均达到最大值,分别为16.3cm、42.2cm、0.0305m~2、28.77cm,耕作比阻则相对较低,为62kN/m~2;然而在耕深超过20cm之后,深松铲的土壤扰动效果显著降低,地表隆起、开裂和纵向起伏程度减弱,土壤隆起高度、隆起宽度、横剖面扰动面积、平均土块径数值均明显减小,耕深30cm时分别降至10.3cm、31.2cm、0.0268m~2、19.12cm,相比耕深20cm降幅分别为36.8%、26.1%、12.1%和33.54%,而此时耕作比阻急剧增大至195kN/m~2,相比耕深20cm增幅高达214.5%。因此,在水稻土条件下,耕作深度20cm时能够获得最佳的土壤扰动、土壤结构及耕作能量的综合效应。
基于多体动力学的圆盘式开沟机虚拟仿真与功耗测试

目前圆盘式开沟机功率消耗主要通过理论计算或样机试制后的田间试验等方法得出,测试结果受环境、设备精度影响较大,为此提出了利用虚拟测试平台评估圆盘式开沟机功率消耗的方法。首先建立圆盘式开沟机工作部件的ANSYS动力学模型,并进行边界约束条件和载荷设置,分别模拟圆盘式开沟机在开沟深度400mm、前进速度0.8km/h、刀盘转速180r/min和开沟深度500mm、前进速度1.5km/h、刀盘转速220r/min 2种工况下的功率消耗,仿真结果为31.26kW和32.67kW;然后构建相同工况的田间功耗测试系统,测得的实际功耗为33.57kW和35.41kW,仿真值与实测值相对误差分别为6.88%和7.73%,验证了该种测试方法的准确性和可行性。最后分别选取3种开沟深度、2种前进速度和3种刀盘转速因素组成18种开沟工况,对其进行仿真分析,结果表明:刀盘转速在200r/min时,无论前进速度高低,圆盘式开沟机均具有最低的功耗。
马铃薯收获与气力辅助残膜回收联合作业机设计与试验

针对大面积推广大垄双行覆膜马铃薯栽培模式所造成的田间残膜污染问题,设计了马铃薯收获与气力辅助残膜回收联合作业机,一次作业可同步实现薯块挖掘铺条与残膜回收。通过对样机关键作业部件进行设计选型,确定了阶梯挖掘铲、土薯抖动升运装置及浮动式气力卷膜装置结构及作业参数,分析了浮动式气力卷膜装置作业过程,得出确保该装置不产生残膜滞留堵塞、拉断及打滑现象的必要条件,对地轮田间行走产生不滑动的滚动条件进行了分析计算,并完成了样机相关作业性能试验。田间试验结果表明,当联合作业机作业速度为1.8~2.0km/h时,残膜回收率为91.6%,明薯率为96.8%,伤薯率为2.3%,试验指标均达到了国家和行业标准要求,试验结果满足设计要求。
云存储中数据完整性自适应审计方法

作为云存储安全的重要问题,数据完整性验证技术受到学术界和工业界的广泛关注.为了验证云端数据完整性,研究者提出了多个数据完整性公开审计模型.然而,现有的数据完整性审计模型采用固定参数审计所有文件,浪费了大量计算资源,导致系统审计效率不高.为了提高系统的审计效率,提出了一种自适应数据持有性证明方法(self-adaptive provable data possession, SA-PDP),该方法基于文件属性和用户需求动态调整文件的审计方案,使得文件的审计需求和审计方案的执行强度高度匹配.为了增强审计方案更新的灵活性,依据不同的审计需求发起者,设计了2种审计方案动态更新算法.主动更新算法保证了审计系统的覆盖率,而被动更新算法能够及时满足文件的审计需求.实验结果表明:相较于传统方法,SA-PDP的审计总执行时间至少减少了50%,有效增加了系统审计文件的数量.此外,SA-PDP方法生成的审计方案的达标率比传统审计方法提高了30%.
兼顾变电站暂降严重性及装置差异的电能质量监测网络优化

提出了一种兼顾变电站暂降严重性及装置差异的电能质量监测网络优化方法。首先,引入落雷密度、污区等级、电缆化率、额定容量等指标衡量变电站暂降严重性,采用主客观组合赋权法进行变电站暂降严重性评价,并进行等级划分。其次,根据最新电力行业标准,将监测装置按性能划分为A,B,C,D这4类。在此基础上,提出电能质量监测网络的阶段式优化方法:第1阶段,改进传统可观测区域(MRA)矩阵法,引入严重性评价值,在若干变电站配置A类监测装置,保证对全网电压暂降完全可观测;第2阶段,根据变电站严重性等级,依次配置4类监测装置,重点监测电压暂降,并兼顾其他电能质量问题。最后,通过实例仿真计算验证了所提方法的有效性和可行性。
规则法和混合法相结合的遥信错误辨识方法

针对遥信错误辨识问题,提出了一种基于规则和混合法的遥信错误辨识方法。首先制定规则剔除简单的遥信错误;对于无法通过简单规则辨识的遥信,提出采用转移潮流法和新息图法相结合的拓扑错误混合辨识方法进行辨识,该混合辨识方法具有如下特点:以前一断面的状态估计结果作为基态,避免转移潮流法在实际工程中基态选择的困难;通过新息图法中的修正预估比判断拓扑可疑支路,避免转移潮流法中用转移潮流判定拓扑可疑支路可能导致的误判;引入转移潮流法中注入功率对转移潮流的影响量,避免采用新息图法出现较大负荷预测误差产生负荷突变问题。最后,以算例证明了所述方法的有效性。
并行稀疏系统直接求解库SuperLU_MT在状态估计中的应用

利用基于超节点LU分块分解算法、列消去树和多核多线程并行计算原理的并行稀疏系统直接求解库SuperLU_MT实现电力系统状态估计,主要在求解迭代方程、不良数据检测辨识环节调用SuperLU_MT实现加速。通过对电气与电子工程师协会(IEEE)测试系统以及实际电网算例验证,表明通用的并行稀疏系统直接求解库适用于电力系统状态估计,能够获得较显著的并行计算效果,在多核计算机上缩短了状态估计的计算时间。
基于微分补偿环节虚拟惯性的虚拟同步发电机控制策略

针对常规基于一阶环节虚拟惯性的虚拟同步发电机(VSG)并网运行时输出功率控制动、稳态特性存在矛盾的问题,提出了基于微分补偿环节虚拟惯性的VSG控制策略,该控制策略在常规VSG控制结构前向通道加入微分补偿环节,从而在保证输出功率稳态控制精度的同时,加快了动态功率响应速度,增加了系统阻尼,有效减小了储能单元动态过程的功率冲击。仿真和实验验证了所提方案的有效性。
配电网安全域的实证分析

完成了具有一定规模的实际配电网安全域(DSSR)实证研究,并应用于该电网的夏季大负荷分析。首先,简要介绍了现有的DSSR概念和理论,并针对调度部门需求对安全评价方法与安全控制方法进行了实用化改进。其次,在天津市核心城区选择了一个4.82 km~2的完全配电自动化覆盖的配电网,根据电网数据计算出该电网的安全边界方程,再进一步验证了该安全边界在电网运行中是实际存在的。最后,基于DSSR对夏季大负荷数据进行了安全分析,并将分析结果与已有安全分析报告对比。对比表明,计算得到的安全边界准确地反映了该电网的N-1安全运行范围,对于夏季大负荷的分析结果也与实际情况相符。
IEC 61850的XMPP映射方法

在配电自动化中应用IEC 61850可以提高设备之间的互操作性,减少通信配置和安装调试的工作量。针对配电自动化通信网络结构复杂、配电终端数量多的特点,文中提出了采用可扩展消息和在线表示协议(XMPP)传输IEC 61850的信息模型数据和实时数据的方法。首先,介绍了XMPP的基本网络结构和通信节点的地址格式,然后分析了XMPP的3种消息节,提出了消息节的应用方法。提出了IEC 61850映射到XMPP的方法,给出了信息模型获取服务、实时数据服务、在线信息等用可扩展置标语言(XML)消息表示和传输的方法。采用Openfire和Gloox开发了试验系统,并通过试验系统验证了IEC 61850映射到XMPP的方法能够满足配电自动化的要求。
单相DC/AC逆变器大信号快速建模仿真方法

基于并网及离网单相全桥逆变电路,提出并验证了包含控制及调制电路在内单相逆变器大信号模型快速建模仿真方法。理论计算方法可以获得单相逆变器环路设计所需大信号数学模型,用于指导控制器设计;脉宽调制开关模型平均建模方法充分保留了原始电路结构(如桥臂中点及电路接地点等),有利于充分观察内部电路及端口电压电流特征,尤其适合多变换器组合的系统级仿真。可以预测的是,所提方法不受电路拓扑及控制方法限制,具有较好的普适意义。
融合工频通信的电力线载波路径搜索算法

对于配电网低压侧电力线通信网络而言,电力线信道具有未知性、时变性、多样性等特点,在实际应用中存在着通信可靠性较低的问题。而电力线双向工频通信系统(TWACS)具有抗干扰、抗衰减能力强的优势。目前路径搜索信令和数据传输都采用同样的技术传输。路径搜索信令通信可靠性低会严重制约路径接力算法的选择和中继接力的效果。对此,文中在阐述低压配电网电力线载波通信网络拓扑和特征的基础上,提出了一种融合TWACS的电力线载波路径搜索算法。对初始路由表进行优化、参数分析及对比分析,来说明该算法的有效性及优越性。同时,分析了路径搜索算法的抗毁性。从理论上深入归纳、分析和总结了该算法的建模理论。结果表明算法在提高有效性和可靠性等方面优势明显,能够更好地满足配电网中电力线中继传输需求。
引入功率微分项下垂控制的微电网小信号稳定性分析

微电网一般采用下垂控制实现功率分配,但易产生受扰振荡。在下垂方程中引入功率微分项能够有效抑制振荡。建立了引入功率微分项前后的微电网系统的小信号模型,对比分析了控制参数与线路参数变化对系统小信号稳定性的影响,总结了控制参数的选择方法。并进一步地进行了灵敏度分析,研究对比了微电网中各逆变电源状态变量对系统低频模态的参与程度,以及线路参数变化对参与因子的改变。得出结论:线路长度或阻抗比增加为系统提供阻尼,且越靠近该线路的逆变电源获得的阻尼越大;且使用下垂控制时,系统特征根对各逆变电源的主导性更易改变。最后,通过不同工况下的仿真验证了建模、分析与结论的正确性。
应用网络流理论的停电系统恢复路径混合整数线性优化模型

停电系统恢复路径优化是一个组合优化问题,其计算规模随着系统规模的扩大呈指数级增长,加快恢复路径搜索速度是当前研究的热点之一。考虑到现有研究中的连通性约束尚未解析表达,使停电系统恢复路径优化问题难以建模为混合整数优化模型。为此,通过构建停电系统的单源多汇网络,以节点投运状态和线路流量作为决策变量,基于流量注入和到达节点间路径连通的基本原理,分别设定网络中各节点的流量守恒约束和容量约束,解析表达了网络连通性约束;在此基础上,将目标函数转换为线性表达形式,建立了恢复路径优化的混合整数线性优化模型,并采用CPLEX求解最优恢复路径。IEEE标准系统和江苏电网系统的仿真结果表明,基于所述模型的路径优化方法能够有效提高最优恢复路径的搜索速度。
以厂站为粒度的电网模型中心构建方法

针对现有电网模型中心建设模式中存在系统异构、模型交互效率低、交互过程自动化水平不高等问题,文中提出一种基于厂站粒度的电网模型中心构建方法。通过研究基于厂站粒度的电网模型交互技术和按需模型代理服务机制,解决调度系统间模型中心建设中存在的模型融合、交互效率、安全性,以及模型分区维护方面存在的问题。文中通过实际电网系统的案例,验证了以厂站为粒度的电网模型中心构建方法能够对模型中心建设中的模型交互效率、模型质量、自动化维护水平等方面进行改善和提高,解决异构调度系统接入模型中心存在的问题。
短时间尺度用电行为相关性分析网络模型

用电行为短时间尺度相关关系是用户精细化管理与智能配用电的重要决策基础。建立了针对短时间尺度用电行为相关性的网络化分析方法。首先,由描述短时间尺度用电功率序列间相关性的皮尔逊相关系数构造用电行为相关矩阵,为减小随机用电行为与测量误差等无序噪声信息对相关矩阵的影响,引入随机矩阵理论对相关矩阵进行去噪,并提出利用特征值谱熵的正则化修正方法。然后,基于相关矩阵构建了相关矩阵分阶与同级网络序列,提出了基于社团结构的相关性聚类方法与基于最小树的相关性等级结构挖掘方法;定义了量度用电相关性的拓扑指标,从而构造了用电行为相关性聚类分析与等级分析的网络模型,并就模型的典型应用场景进行了讨论。最后,通过实例数据验证了上述去噪方法、相关性分析网络模型及指标的有效性。
基于振动信号的变压器绕组松动故障诊断方法

提出了基于运行中变压器表面振动信号的绕组松动故障诊断模型和诊断方法。首先,分析了绕组振动幅值与电流、预紧力、铁芯振动、非线性因素的关系,确定振动信号中100 Hz为绕组松动的特征频率,提出分离绕组振动幅值和铁芯振动幅值的方法;提出绕组松动诊断模型和基于该模型的平均安全余量,利用待检测变压器在一组负载电流下的绕组振幅计算平均安全余量,由此定量判断绕组的松动状态。利用有限元仿真和现场实验分别对诊断模型和诊断方法进行检验,实验结果显示平均安全余量在1±0.5之外时存在松动故障,值越远离1,松动程度越大。该方法解决了变压器实际运行中绕组和铁芯振动基频相同、矢量叠加相互影响的问题及实际运行中负载变化,电流不同,仅用某个电流下的振幅判断精度受限的问题,且对松动程度量化表示,易于判断。
采用自适应小波包分解的混合储能平抑风电波动控制策略

采用蓄电池和超级电容构建混合储能系统以平抑风电场输出功率波动,实现风电平滑并网。首先,针对不同风电出力场景下风电功率的波动特性,结合风电并网波动标准和混合储能系统性能特点,实现风电功率的自适应小波包分解和储能初级功率分配,得到风电并网功率和混合储能初级功率指令;其次,在混合储能系统内部,根据超级电容的荷电状态,利用模糊优化控制对蓄电池和超级电容的功率指令进行二次修正,得到优化后的混合储能功率分配指令。算例分析表明,所提策略能够自适应地实现风电功率的最优分解和合理分配,确保混合储能荷电状态工作在合理区间,有效改善风电输出功率波动平抑效果,保证混合储能系统长期稳定运行。
考虑地域差异的配电网空间负荷聚类及一体化预测方法

针对基于智能算法的负荷密度指标法对样本依赖性强且在各地实际应用困难的不足,提出一种考虑地域差异的配电网空间负荷聚类及一体化预测方法。该方法首先通过大量调研得到分布在不同地区、分属不同类型的负荷样本及所处地区信息;然后利用基于日负荷曲线的负荷分类校验及精选方法对所有调研样本进行分类精选;再根据区域分类、负荷分类对精选样本构成的全样本空间进行两级划分,得到分层级子样本空间;最后根据待测地块的属性信息对子样本空间进行匹配,选取与其最相似的子样本空间作为训练样本,构建支持向量机模型预测各地块的负荷密度,进而得到电力负荷的空间分布。工程实例分析表明了该方法的实用性和有效性。
改进粒子群优化算法及其在电网无功分区中的应用

提出一种改进粒子群优化算法并将其应用于电网无功分区,以复杂网络社团结构理论为基础,建立以电气距离为权重的电力系统加权网络模型,以模块度为标准量化地评价无功分区的划分质量。改进粒子群优化算法采用了新的粒子编码方式与位置更新方式,提高了以模块度为目标函数的启发式算法的收敛速度并减少了存储空间。通过改进粒子群优化算法得到的无功网络具有较强的区域解耦特性,分区内部电气联系紧密,区域之间联系稀疏,无功分区结构合理。该算法在IEEE 39节点系统、IEEE 118节点系统及大型电网的应用结果表明了该算法的合理性及有效性。
IGBT模块直接串联电压均衡驱动控制技术

高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块直接串联技术是实现柔性直流输电、高压直流断路器等高压大功率控制设备的一个重要基础,其中最难解决的是串联IGBT模块之间的电压均衡问题。文中分析了电压不平衡的机制,得出了实现电压均衡的关键在于解决断态电压不平衡和关断电压不平衡问题,门极侧均衡控制方法是较好的解决手段。对基于有源电压控制技术的驱动设计和基于延时补偿的控制策略进行了探讨,并分别采用在有源区对关断波形进行跟随控制和补偿IGBT器件间关断延时的方法,有效实现了串联器件的电压均衡。最后,通过6只3 300 V/1 200 A IGBT模块直接串联的阀段脉冲和基于该阀段的三相换流阀运行测试,对这两种方法进行了验证,所述方法获得了较好的电压均衡效果。