基于模糊PID控制的NB-IoT果蔬农业物联网系统设计与试验

针对传统果蔬农业大棚环境数据感知不强、现场维护工作量大、无线覆盖区域受限、生产管理效率低、成本高的问题,提出一套基于模糊PID控制的NB-IoT果蔬农业物联网系统设计。以STM32L475VET6超低功耗芯片为主控芯片,通过NB-IoT和ZigBee双协议融合组网技术和环形缓冲队列算法组建广域无线网络,设计现场监测终端与远程云监控平台,将局域终端节点采集的环境因子信息接入云服务器进行统计与分析。系统根据采集到的数据自动调控反馈控制设备,达到低功耗模式下的广域覆盖监测并智能反馈调控果蔬大棚环境因子的目的,实现感知层、网络层到平台层和应用层一套完整的果蔬大棚物联网系统设计。将模糊PID控制算法应用于温棚环境调节的仿真测试表明,系统平均丢包率为0.088%,空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度等环境因子参数平均相对误差保持在0.5%以内,NB-IoT休眠功耗小于9μA,能实现智能反馈控制并保证系统多节点部署、多参数检测、低功耗工作、广覆盖通信的条件,使系统具有更高的复杂环境适应性和稳定性。

紧凑低成本非制冷长波红外连续变焦光学设计

随着红外技术的快速发展,SWaP-C(尺寸小、质量轻、功耗低、成本低)概念已深入红外热像仪整机设计全过程。在非制冷连续变焦红外热像仪设计中,相对已模块化的非制冷探测器与成像电路、光学系统影响整机包络尺寸、产品质量及价格成本,因此设计一款总长短、质量轻、成本低、性能高的非制冷长波红外连续变焦光学系统将具有广阔的市场前景。非制冷长波红外连续变焦光学因相对孔径大、光学材料种类少等因素存在系统小型化和无热化设计难题,通过采用变F#设计方法约束物镜尺寸;利用三组联动变焦技术平衡像差、压缩系统总长;通过主动补偿的消热差技术使得系统在-40~+60℃温度范围成像质量良好,实现四片透镜构成的非制冷长波红外连续变焦光学系统设计。该系统工作波段为8~12μm,焦距变化范围为20.7~126 mm,对应F#为1.05~1.2,视场变化范围为21°×16.8°~3.5°×2.8°,变倍比为6.0×,最大物镜直径116 mm,光学系统总长180 mm,光学零件总质量418 g。该光学系统具有轻小型、高性能、低成本等SWaP-C特征,将在无人装备平台及手持热像仪设备中得到广泛应用。

中国城市天然气需求趋势预测

随着城镇化建设的快速推进,城市天然气供不应求时有发生,准确掌握城市天然气需求量变化趋势,是科学制定城市供气计划的前提。为精准预测城市天然气需求量,运用灰色关联分析法,诊断城市基础建设、城市燃气普及率、产业结构、人口密度、天然气用气人口、消费水平、人口发展、城镇化水平等8个影响因素之间的多重共线性问题,深度挖掘出5个有效影响因素构建GM(1,N)模型,对中国城市天然气需求量进行预测分析。研究结果表明:城市基础建设、人口密度、天然气用气人口、消费水平、人口发展等5个有效影响因素中,对中国城市天然气需求影响最大的3个因素依次是城市基础建设、天然气用气人口、消费水平;基于5个有效影响因素构建的GM(1,6)模型能很好地拟合城市天然气需求量历史数据,并预测出2022—2030年中国城市天然气需求量将呈现先增后降的发展趋势。

SSA-BP神经网络模型在地震伤亡人数预测中的应用

为快速准确地预测地震伤亡人数,提高地震应急救援效率,基于皮尔逊相关系数法定量刻画地震伤亡人数与影响因素之间的关联程度,挖掘地震伤亡人数的有效影响因素,并通过多元回归分析法检验有效影响因素的可靠性;采用麻雀搜索算法(SSA)优化BP神经网络,构建SSA-BP神经网络模型对地震伤亡人数进行预测,并将该模型与SVM、RBF、BP模型的预测数据和实际值进行对比。结果表明:与地震伤亡人数相关程度从高到低的有效影响因素依次为震中烈度、震级、房屋受损情况、发震时间、震源深度;SSA-BP神经网络模型较SVM、RBF、BP预测模型的均方误差分别降低93.3%、91.4%、85.2%,平均绝对误差分别降低69.3%、64.9%、54.7%,均方根误差分别降低74.1%、70.8%、61.6%,预测结果与实际地震伤亡人数接近,该模型可用于地震伤亡人数预测。

基于灰色系统理论的中国天然气供需预测预警研究

天然气具有低碳、清洁、高效等特征,已成为中国主体能源之一,其供需矛盾凸显,开展天然气供需预测预警研究对“双碳”目标的顺利实现具有重要意义。从供给、需求、市场、社会4个维度,选择储采比、自给率、储量指数、消费占比、消费强度、进口依存度、进口集中度、保障系数、碳强度及人均GDP等10个预警指标,构建中国天然气供需预测预警指标体系。利用GM(1,1)模型对各项预警指标进行预测,从客观和主观视角,分别采取熵值法和G1法确定指标权重,运用灰色关联分析法对中国天然气供需状态进行预警。研究结果表明:①对中国天然气供需影响较大的4个因子依次为储采比、自给率、储量指数、进口集中度,中国天然气供需安全度呈稳步上升趋势;②在“十四五”期间,中国天然气供需状况处于临界安全状态,达到Ⅲ级;“十五五”期间由临界安全状态过渡到安全状态,最终达到Ⅳ级。结论认为:持续推进油气增储上产行动计划、构建天然气多元进口体系、加快天然气储气机制建设、加快新能源开发利用等是保障中国天然气供给安全的有效措施。

新工科背景下课程思政建设路径的探究——以电气专业为例

围绕电气专业新工科建设,说明了新工科背景下开展课程思政教学改革的重要意义,分析了课程思政教育教学改革中存在的若干问题,探究课程思政的建设路径。首先是加强课程思政师资队伍建设,其次是深化课程思政的教学设计,树立课程思政示范课程的引领作用,完善课程思政考核评价机制。通过课程思政建设路径的合理构建,为工科专业进一步深化教育教学改革提供有益参考。

IMERG降水产品在2021年台风“烟花”降水过程的检验分析

为研究多卫星联合反演(Integrated Multisatellite Retrievals for GPM,IMERG)降水产品对台风降水的适用性,以2021年台风“烟花”为例,利用我国东部地区563个国家气象站小时降水资料、FY-4A AGRI红外亮温资料和全球测雨卫星双频测雨雷达(GPM DPR)资料,检验IMERG估测降水的能力,并分析误差形成的原因。结果表明:IMERG估测降水与实况相比空间一致性较好,相关系数达0.75。IMERG降水产品整体表现出一致的低估,但不同雨强表现不同,随着降水强度增大,其低估程度随之增大。IMERG降水产品对弱降水存在略高估。对于10 mm·h^(-1)以下的降水,IMERG估测值略大于实测值;对于40 mm·h^(-1)以上的强降水,IMERG估测值明显小于实测值。由最小二乘法计算的IMERG估测值和实测值计算的直线处于对角线下方可知,整体而言IMERG估测值小于实测值。IMERG融合降水产品中红外反演降水的误差比微波反演的更大,小时降水量的均方根误差为7.8 mm,并且忽略了台风“烟花”中的暖云降水。微波反演不同类型降水的精度存在差异,对粒子数浓度参数(dBNw)和粒子有效半径(D0)较为集中的层状降水反演效果优于dBNw和D0较为分散的对流降水。红外和微波反演的强降水均比实况偏小,导致IMERG估测降水值亦偏小。

轻小型中波红外连续变焦光学系统设计

根据连续变焦理论模型,编制连续变焦计算程序,求得变焦系统初始解,建立理想光学模型,通过选材选型及迭代优化,实现仅由4片红外透镜及两片平面反射镜组成的中波红外连续变焦光学系统。该系统F#为4、工作波段为3.7~4.8mm、视场变化范围为20°×16°~2.0°×1.6°、光学零件最大口径为71 mm、零件总重64 g,系统包络为172 mm×108 mm,系统采用两个二元衍射面用于消色差,通过材料合理配置及主动补偿实现系统消热差设计。该中波红外连续变焦光学系统重量轻、总长短、包络小,在-40℃~+60℃温度范围全视场成像质量良好。

一种应用于移动机器人的GPS/IMU系统研究

针对GPS/INS组合导航系统中,因INS价格昂贵的原因使其应用范围有所限制。以移动机器人为实验载体,设计了一种基于GPS和多个同质IMU的低成本组合导航系统。针对惯性测量单元(IMU)存在的漂移和累积误差问题,提出一种多个同质传感器融合方法,针对GPS存在的动态性差和更新速率慢等问题,通过组合使用低成本IMU和GPS,并结合扩展卡尔曼滤波技术对最终输出的位置和速度优化,以便提高导航精度。试验结果表明,该组合导航系统满足移动机器人导航的基本需求。

微波消融猪乳腺的最佳模式

目的 观察对猪乳腺行微波消融(MWA)的最佳模式。方法 分别对4只猪以不同模式行MWA:模式1为约400 J能量+5 mm针型,模式2为约400 J能量+3 mm针型,模式3为约1 000 J能量+3 mm针型,模式4为约2 000 J能量+3 mm针型;比较不同模式下消融灶超声表现及病理特征(仅对模式2、3、4消融灶切开送病理)和消融致皮肤热损伤发生率。结果 MWA前及以模式1~4行MWA后,猪乳腺硬度差异均有统计学意义(F=50.281,P=0.009);MWA后乳腺硬度均明显高于MWA前(P均<0.05),模式1消融灶硬度明显大于模式2~4(P均<0.05)。超声造影显示消融灶长径为(21.24±3.68)mm,与大体标本所见差异无统计学意义(P=0.465);宽径为(9.43±1.50)mm,大于大体标本所见(P=0.001)。大体标本显示,模式2、3、4之间,消融灶长径差异具有统计学意义(P<0.001)。以模式1行MWA后猪皮肤见3处红肿、1处水泡,以模式4行MWA后见3处红肿、2处水泡,模式2、3均未见皮肤热损伤;各模式间皮肤热损伤差异均有统计学意义(P均<0.05)。结论 低能量+3 mm发射前端针型为MWA用于猪乳腺最佳模式。

基于生本理念的高中物理实验教学的几点思考

在高中物理实验教学中,生本理念是一种以学生为中心的教学理念,强调尊重和关注学生的个体差异,充分发挥学生的主动性和创造性。一、生本理念的理论描述(一)生本理念的内涵生本理念的内涵包括以下几个方面:1.以学生为中心。强调教师从传统的知识传授者变为学生学习的引导者和协助者;尊重和关注学生的个体差异,根据其兴趣、需求和能力提供个性化的学习支持。2.激发学习兴趣。通过多样化的教学方法和生动的教学内容,激发学生的学习兴趣;创设真实的情境,使学习内容具有现实意义和应用背景,增强学生的参与感和体验感。

中国天然气供需安全评价与发展建议

双碳目标的提出,对中国能源结构的调整作出新的要求,天然气作为化石能源中碳排放量最低的能源,成为能源转型过程中的关键过渡能源,天然气供需安全成为能源安全的核心组成部分。从资源、供应、需求和进口4个维度遴选中国天然气供需安全影响因子,建立天然气供需安全评价指标体系。利用Critic法对指标赋权,构建多元线性综合评价模型,对2012—2022年中国天然气资源安全度、供应安全度、需求安全度、进口安全度以及综合安全度进行测算和分析。结果表明,影响中国天然气供需安全的关键指标为储采比、进口集中度、自给率、储量指数;中国天然气供需总体安全状态处于Ⅲ级。资源安全度逐年升高,从Ⅳ级提高到Ⅱ级;供应安全度变化呈“W”型特征,维持在Ⅲ级;需求安全度趋于稳定,保持在Ⅱ级;进口安全度呈下滑趋势,从Ⅱ级降至Ⅲ级。要保障中国天然气供需安全稳步提升,需从多角度着手,主要措施包括持续推进油气增储上产计划、促进能源结构多元化、建立健全天然气多元进口渠道、积极发挥政府的主导作用等。

建立三氧自体输血操作规程的初步探讨

三氧自体输血是将100~200 mL患者自体血在体外与适量三氧-医用氧气混合体振摇混匀后,在一定时间内再回输入患者体内的治疗方法。通过三氧的强氧化性对血液做氧化处理,可增强机体的非特异性免疫反应,达到调理人体内环境,促进机体健康。该疗法在临床应用越来越多,对治疗过程中的操作流程以及三氧浓度、治疗频次和治疗疗程等尚无统一标准,为了规范操作过程,保障血液治疗安全和疗效,本文探讨了三氧自体输血操作规程。

“双碳”目标下中国能源需求未来走势预测分析

“双碳”目标下准确掌握能源需求对社会经济发展至关重要。文章采用灰色相对关联度对各变量间的相关性进行定量刻画,并诊断自变量是否存在明显多重共线性;运用逐步回归分析法精细化分析能源需求影响因素,挖掘能源需求有效驱动因素,构建“最佳”能源需求函数模型。结果表明:(1)能源价格、消费水平和经济发展水平是中国能源需求的有效驱动因素。(2)基于有效影响因素建立的“最佳”逐步回归双对数能源需求函数模型具有良好的预测性能,可用于中国能源中长期需求预测,预测结果可作为科学制定能源政策的重要参考依据。(3)未来20年中国能源需求增长量主要来源于清洁能源需求量的增长,到2040年中国能源需求量约62.6亿吨标准煤,年均增长率约0.8%。

生草和树枝覆盖对果园土壤持水性能的影响

针对黄土高原枣园普遍盛行传统清耕制,将生草及覆盖技术引入枣园生产中,于2011—2013年采用人工土槽模拟研究方法,探讨不同生草和覆盖措施对枣树地土壤持水性能的影响。结果表明:生草与枣树枝覆盖能有效改善土壤物理结构、提高土壤孔隙度、降低土壤容重;各处理土壤水分蓄持能力及比水容量均按枣树枝半覆盖+白三叶生草、枣树枝全覆盖、白三叶生草覆盖和清耕处理依次递减,处理间的差异在高吸力阶段更为明显;与清耕处理相比,生草与覆盖处理土壤饱和含水量、田间持水量、凋萎系数均有提高,枣树枝半覆盖+白三叶生草处理增加最为明显,分别增加9%、20%、33%。

无线传感器网络中网络层故障容错技术研究进展

故障容错能提高无线传感器网络的稳定性和可靠性,是无线传感器网络的一项关键技术。网络层容错及跨层协同优化设计是网络故障容错的重要研究内容,主要对网络层容错技术研究进行了归纳和总结。网络层容错控制技术主要分为多路由传输、纠删编码/网络编码、数据重传机制、跨层协同优化与复合容错和仿生智能容错等,并对网络层容错控制技术研究趋势作了探讨。

基于融合改进RRT^(*)算法与改进DWA算法的路径规划研究

针对传统动态窗口算法(dynamic window approach, DWA)在动态环境下预测能力较差且非最优路径等问题,提出一种改进的DWA算法。通过密度约束和采样区域限制来改进RRT^(*)(rapidly-exploring random tree)算法,提高RRT^(*)算法的收敛速度。将改进RRT^(*)算法得到最优路径作为机器人移动的参考路线,以保证全局的路径最优。通过预测轨迹的末端状态来合理的延长预测轨迹,以传递影响到评价函数,使机器人可以提前探测到障碍物并进行避障动作。在不同环境下,改进后的算法移动路径长度和消耗时间分别减少12.76%和30.14%,且具有更强的前瞻性以及更短的路径。

基于改进粒子群聚类的无线传感器网络能量均衡分簇策略

针对无线传感器网络能量约束特点,为实现节点能耗均衡、最大化网络寿命,提出了一种基于改进粒子群聚类的无线传感器网络能量均衡分簇算法。首先根据距离汇聚节点远近将网络进行区域划分和等级标定,以不同概率确定不同等级区域的分簇数量和规模。在活动等级区域内引入相同数量的粒子,根据K-均值聚类法形成多个初始粒子群,修改带惯性权重的粒子群算法,修改粒子飞行规则,并行智能搜索聚类。多个粒子群体的总结学习等优点加快了聚类收敛速度,克服了对初始聚类中心点选择较敏感的问题,形成了传感器节点位置的最优分簇,避免了网络热点问题,促进了网络能耗均衡,最大化网络寿命。理论分析和仿真实验结果表明了本算法对网络节点能耗均衡分簇的有效性。

无线传感器网络非均匀等级分簇拓扑结构研究

网络拓扑结构影响着传感器节点的负载均衡与生存周期,分簇结构是无线传感网络的一种有效地拓扑管理方式。根据血管网络特征以及对构建无线传感器网络拓扑结构的启示,提出了无线传感器网络非均匀等级分簇拓扑结构。分析血管网络结构特征,建立数学模型和网络拓扑结构,对具有压力差的网络节点进行等级标定。根据改进粒子群算法进行非等概率静态分簇,形成不同等级区域具有密度和规模不等的非均匀等级分簇拓扑结构。仿真分析表明,此算法能优化网络分簇,均衡节点能耗,延长网络生命期,避免网络能耗热点问题。

基于脊波变换的手指静脉图像增强研究(英文)

针对人体手指静脉图像的结构和特点,提出一种基于脊波变换的图像增强算法。该算法对手指静脉图像小波域各高频子带系数进行脊波变换,利用非线性新脊域系数确定法对脊域系数进行处理,然后对各高频子带进行脊波逆变换和小波图像重构。该算法对手指静脉二维曲线奇异处理、边缘增强等具有较好的效果,克服了小波变换在高维曲线奇异和方向选择上的不足。通过与传统的二维离散小波变换边缘增强法和自适应调整系数的脊波变换方法作比较,实验结果表明本算法具有更好的手指静脉图像效果。