我国粮食主产区粮食安全脆弱性的时空演化与重心迁移

脆弱性作为粮食安全系统的重要属性,是综合度量区域粮食紧缺风险及应对风险能力的有效指标。文章参照VSD模型框架,从暴露性、敏感性、适应能力三个维度构建粮食安全脆弱性评价指标体系,并结合重心迁移模型来研究2000—2021年我国粮食主产区粮食安全脆弱性时空演变过程及重心迁移轨迹。研究结果表明:2000—2021年粮食主产区的粮食安全脆弱性水平总体呈下降趋势;粮食安全脆弱性水平呈由“南低北高”向“南北齐低”转变的空间分布格局;从重心迁移路径来看,研究期内粮食安全脆弱性重心呈明显南移趋势,南方、北方主产区粮食安全保障能力分化加剧;暴露性重心和敏感性重心均自东北向西南方向迁移,南北差异扩大;适应能力重心呈明显的西移趋势,东西差异扩大。

城市深层地热能可持续开采多场耦合效应数值模拟研究进展

我国中深层(200~3000 m)和深层(>3000 m)地热资源储量丰富,具有很大的开发空间,可持续开发利用地热资源将是碳达峰、碳中和目标如期实现的重要保障之一。然而,地热能开采过程涉及复杂的温度场、渗流场、应力场耦合效应。为此,总结了笔者团队在水热型地热资源开发利用多场耦合效应数值模拟方面的研究成果,包括面向城市深层地热能可持续开采的资源量评价、采灌方案优化设计方法和在典型地热工程中的示范应用。从温度、水位、变形3个方面给出了深层地热能可持续开采的多指标评价体系,以及基于数值模型的可采地热能计算公式。基于深层地热井-储系统多场耦合数值模型给出了满足可持续开采标准的可采地热能评价方法,提出了开采井风险评价的“红绿灯系统”,并依托雄安新区容东安置区地热开发利用工程验证了资源评价方法的合理性。基于深层地热井-储系统多场耦合数值模型给出了满足可持续开采标准的采灌方案优化设计方法,采用Plackett-Burman设计构建了代理模型,通过多响应优化实现了参数的快速优化,并依托北京市城市副中心地热开发利用工程验证了采灌方案优化设计方法的合理性。为城市深层地热能可持续开采提供了理论与工具支撑,以促进城市深层地热能更大规模和更高质量的开发利用。

我国粮食功能区粮食安全水平的时空差异及障碍诊断

从粮食生产安全、粮食供给安全和粮食获取安全三个子系统出发,运用综合加权法、泰尔指数法、障碍度模型等方法,研究2000~2018年我国粮食功能区粮食安全水平的时空差异与障碍因子。研究表明,主产区与平衡区的粮食安全水平逐年提升,但主销区不升反降;三大粮食功能区之间粮食安全水平的差距呈扩大趋势,区域不平衡加剧了主产区的粮食生产压力;主产区粮食安全面临的主要问题是生产要素投入与生产能力不匹配;主销区粮食安全面临的主要问题是粮食自给率过低;平衡区粮食安全面临的主要问题是粮食生产效率有待提高。基于此,未来应充分重视粮食功能区建设,加强粮食安全保障分工:主产区应推动节水工程建设;平衡区应加大生产资金投入;主销区应持续发展现代化都市农业。

粮食主产区粮食安全与生态安全脆弱性耦合研究

基于粮食安全脆弱性和生态安全脆弱性评价指标体系,采用组合赋权法测度2000—2020年粮食主产区的粮食安全和生态安全脆弱性指数,运用耦合协同度模型定量分析二者的协同演进关系,借助地理探测器探究驱动二者耦合协同的主导因子和交互因子。研究表明:粮食主产区的粮食安全和生态安全脆弱性水平显著下降,发展状态由粮食安全滞后型转变为生态安全滞后型;二者的耦合协同度逐年上升,由濒临失调等级上升为中级协同等级,空间上呈现出由“南高北低”向“南北齐升”迈进的趋势;地均劳动力数量、地均水资源量、化肥施用强度、农药施用强度、酸雨率是驱动粮食安全与生态安全脆弱性耦合协同的主导因子,各主导因子经交互后表现为双因子增强或非线性增强,即两因子共同作用会增强其空间分异的解释力;驱动南、北方粮食主产区粮食安全与生态安全脆弱性耦合协同的主导因子存在异质性和阶段性。

基于信息物理系统的环锭纺纱智能车间温度闭环精准控制方法

环锭纺纱智能车间的温度对纺纱工艺和成纱质量有很大影响,需要精准控制其波动。提出基于信息物理系统的环锭纺纱智能车间的温度控制方法,通过对环锭纺纱温度大数据的分析,形成对空调出风量、加热量等的调节策略,实现温度闭环精准控制。首先,提出温度闭环精准控制架构,该架构分为物理层、通信层、信息层和控制层4层;其次,建立温度闭环精准控制模型,通过数据分析形成温度精准控制策略;最后通过案例仿真智能车间的气流场和温度场,并对实测平均温度值与模拟温度值作对比。结果表明,所实测平均值和模拟值相比偏差不超过±0.62℃,所提方法可以将智能车间温度精准控制在2℃内波动。

基于PSR模型的中国粮食主产区农业生态安全评价及障碍因素诊断

农业生态安全作为中国粮食和生态“双安全”的重要组成部分,对实现社会可持续发展具有重要的战略意义。基于PSR模型建立农业生态安全评价指标体系,运用熵权法、综合指数法、泰尔指数对1998—2018年粮食主产区的农业生态安全进行评价,并结合障碍度模型对障碍因子进行诊断。研究表明:1998—2018年,粮食主产区农业生态安全水平呈显著上升态势,由较不安全等级向较安全等级转变,但总体仍处于较低水平;粮食主产区农业生态安全水平空间分异显著,区域发展不均衡,呈“南低北高”的空间格局;影响粮食主产区农业生态安全的主要障碍因子为化肥施用强度、农药施用强度、农膜施用强度、城镇化水平和复种指数,2018年障碍度分别为12.1%、8.2%、13.4%、17.9%、14.4%;从长远看,生态压力准则层对农业生态安全的阻碍作用持续增强,生态状态准则层和生态响应准则层对农业生态安全的阻碍作用持续减弱。在未来生态环境建设过程中,要强化农业生态环境保护监管,构建施肥、施药、施膜安全体系,切实改善农村生态环境。

基于工件注意力的车间作业行为在线识别方法

车间作业人员的行为在线监测对于提高车间数字化管理的能力至关重要。传统的识别方法仅通过人的行为信息作判断,忽略了工件对行为识别的辅助作用。鉴于车间中常出现的错乱工序和违规操作大多能通过工件的使用来体现,提出一种基于工件注意力的车间行为在线识别模型。该模型以门控循环单元(GRU)为基础模型对从监控视频中提取的人体关节序列进行检测;其次使用实例分割模型对车间常见工件进行预训练,并提取出视频中工件的语义特征;最后将工件特征作为注意力融入GRU基础模型的输入输出环节进行联合训练。在自建样本数据和公共数据集上进行实验,并使用时序交并比进行召回率与准确率的计算。实验结果表明,所提方法可对车间作业人员的行为进行有效监测。

受限解空间下粗粒度正则化的熔池边缘自适应检测方法

边缘检测是熔池图像处理的关键步骤.鉴于熔池区域弧光变化剧烈,依赖人为设置阈值的边缘检测方法难以适应弧光的动态变化过程,文中提出了一种基于深度学习的熔池边缘提取模式.首先对原始熔池图像进行像素级标注和数据增广以构建数据集;其次结合先验知识提出了一种受限解空间下的粗粒度正则化方法(coarse grained regularization method in restricted solution space,CGRRSS)以增强边缘特征;最后从定量和定性两方面将所提方法与传统方法进行了对比.结果表明,所提方法对边缘点的召回率较高,所获熔池边缘更连续且对伪边缘具有更好的抑制作用.单幅图像检测时间6.2 ms,可满足在线监测需求.

深层地热能开采与储能系统模拟研究

为研究深层地热能常规开采与储能相结合的系统在可持续开采条件下的性能,共定义7个评价指标,其中热突破时间、水位降深和地表沉降用于评价深层地热能的可持续开采,可采地热能、储存能量、能量增益系数和能量回收率用于评价系统的储能运行效果。利用井-储系统多场耦合数值模拟方法,基于鄄城地热田的两采一灌地热井系统,解释季节性地热开采和储能情况下的深层热储热-水-力多场耦合过程,验证所提出的评价指标的合理性与适用性。结果表明:在常规地热开采的基础上增加夏季地热储能后,冬季可采地热能增加约360%,该系统可满足热突破时间、水位降深和地表沉降这3个可持续开采评价指标的要求。建议在未来的地热开发过程中加入储能,促进更大规模和更高质量地开发利用深层地热能。

基于机器学习的地热采灌方案优化方法

为了解决基于数值模拟的优化方法,通常需要大量模拟计算的问题,在比较不同机器学习方法的预测性能后,建立了基于多层感知机的代理模型,以降低计算成本,然后将其与遗传算法相结合,提出了非均质地热储层中地热对井系统采灌方案优化方法。通过地热田对井系统的案例研究,证明了所开发的采灌方案优化方法的合理性和有效性。结果表明,基于代理模型的采灌方案优化方法能以更低的计算成本,准确地找到给定开采井位置时最优的回灌井位置、采灌量和尾水温度。