Model-based Predictive Control for Spatially-distributed Systems Using Dimensional Reduction Models

In this paper, a low-dimensional multiple-input and multiple-output （MIMO） model predictive control （MPC） configuration is presented for partial differential equation （PDE） unknown spatially-distributed systems （SDSs）. First, the dimension reduction with principal component analysis （PCA） is used to transform the high-dimensional spatio-temporal data into a low-dimensional time domain. The MPC strategy is proposed based on the online correction low-dimensional models, where the state of the system at a previous time is used to correct the output of low-dimensional models. Sufficient conditions for closed-loop stability are presented and proven. Simulations demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed methodologies.

新能源电力系统频率时空分布特性分析

随着新能源和电力电子装备在电力系统中的占比快速提升,系统的频率动态特性发生重大变化。为了研究新能源机组并网对新型电力系统频率时空分布特性的影响:首先,建立了新能源电力系统的频率动态响应解析模型,并分析了频率时空分布特性的影响因素及新能源并网对该特性的影响机理;其次,讨论了研究频率时空分布特性的必要性及描述该特性的量化指标;最后,基于仿真结果分析了不同电网形态下的频率时空分布特性,并总结了新能源机组并网对该特性的影响规律。

基于短时序降雨数据的区域设计降雨估计

为克服传统设计降雨方法对降雨要求高且忽略空间分布等特点,基于ERA5再分析降雨数据,分析东江流域降雨时空分布特征,并选取不同时期的短时序降雨数据耦合RainyDay模型,以推估得到具有时空特征的区域设计降雨,并探讨基于短时序降雨数据推估设计降雨的可行性。结果表明,东江流域时空分布不均匀,空间上流域西南平均降雨量和极端降雨发生概率较大,而时间上有明显的季节性,降雨集中于4~9月;耦合RainyDay模型和短时序降雨数据能较好地反演和推估研究区域的设计降雨,其能够考虑不同重现期下降雨的空间分布特征,克服了传统方法简化空间分布、所需降雨数据时间序列长等缺陷。

基于卫星遥感的济南市植被净初级生产力的时空变化特征

基于改进的光能利用率模型(CASA模型),综合利用多源卫星数据,估算了2021年济南市年度和月度的高空间分辨率(30 m)的植被净初级生产力(NPP),分析了植被NPP的时空分布特征。结果表明:济南市植被NPP均值为239.04 g•m^(-2)•a^(-1),空间上呈现南部山区高北部平原低的分布特征;年内植被NPP呈现出先升后降的“单峰型”特点,8月份达到峰值,季节差异明显,夏季植被NPP占全年贡献率达到58.06%。相关性分析显示,气温较降水对植被NPP影响更大;混交林是植被NPP最大的植被类型,耕地和阔叶林是济南市植被NPP总量贡献的主要植被类型,占比达到了66.22%。

基于WRF-Chem模拟验证的天水市主城区大气污染源排放清单

通过部门调研、现场调查和遥感解译等方法获取天水市主城区大气污染源活动水平数据,采用排放因子法估算了天水市主城区10类污染源的9种污染物排放量,构建了2019年天水市主城区高分辨率排放清单,并采用横向比较法和模式验证法评估了排放清单的合理性.结果表明:(1)2019年天水市主城区SO_(2)、NO_(x)、CO、VOCs、NH_(3)、PM_(10)、PM_(2.5)、BC和OC的排放量分别为2702,8829,82670,10460,7551,14221,8252,1682和2814t.化石燃料固定燃烧源为SO_(2)、CO和颗粒物的主要贡献源,移动源是NO_(x)和VOCs的主要贡献源,NH_(3)排放主要来源于农业源.(2)天水市主城区SO_(2)、NO_(x)、颗粒物、CO和VOC_(S)的排放高值区主要集中在人口和工业密集的河谷地形内,NH_(3)排放高值区分布在周边耕地区域.(3)民用散烧源的空间分配方案对模拟结果有重要影响,在河谷地形集中供热范围外,根据城中村的分布对民用散烧源进行空间分配较为合理.(4)WRF-Chem模式模拟的4,7,10和12月的SO_(2)、NO_(2)、O3、CO、PM_(10)和PM_(2.5)日均浓度与同期监测的污染物浓度相关系数分别为0.767,0.502,0.618,0.462,0.647和0.654.

GLDAS-NOAH土壤湿度资料在中国区域的适用性分析

本研究利用中国观测土壤湿度和GLDAS-NOAH土壤湿度资料,通过对比分析,研究了GLDAS-NOAH土壤湿度资料在中国区域的适用性。结果表明GLDAS-NOAH的土壤湿度模拟结果可以较好的反映中国观测土壤湿度的空间分布状况和时间变化趋势。模拟的土壤湿度呈现出由西北向东南递增的分布格局,低值区位于新疆南部和内蒙古中部,和高值区位于湖南东部,江西中部。观测土壤湿度从浅层(0~10 cm)到深层(0~50 cm)显著增大,而模拟土壤湿度随深度无明显变化。在时间变化上,模拟和观测土壤湿度都在东北平原、河套地区和新疆南部呈现出减小的趋势,在河套地区、辽宁土壤湿度都有增加的趋势。在对东北、河套和江淮三个地区进行详细模拟效果分析中,在江淮地区模拟的效果最好,河套次之。GLDAS-NOAH土壤湿度资料存在不足之处,即对深层(0~50 cm)土壤湿度的模拟效果较差。

大断面异形盾构同步注浆两阶段复合扩散机制及压力时空分布模式

异形盾构在隧道断面形式多样化发展的情势下越来越多地出现在地铁建设中,因其自身几何形状特性所对应的非常规盾尾间隙和复杂的浆液流动路径让注浆施工控制较为困难,长时间的拼装过程亦使得浆液压力重分布更难明晰。在分析盾构同步注浆充填运动特征和渗透扩散机理的基础上,通过考虑浆液的非预定填充轨迹、黏度时变性以及驱替/渗滤效应,建立更加符合实际情况的浆液填充与渗透复合扩散模型,推导浆液压力和时空扩散距离的理论计算式。由此统一注浆过程中浆液的填充扩散与渗透扩散两阶段,整合浆液压力的传递和消散过程,依托类矩形盾构工程实例获得压力沿管片的3D时空分布规律。研究表明:浆压的传递与消散对管片总的及单位面积受力均有显著影响,填充扩散的计算结果呈上小下大,重力主导的趋势,竖向梯度约为16kPa/m,压力曲线更加饱满,压力槽现象不太明显;该地层和参数条件下的渗透消散计算结果呈非线性变化特征,前期较快后期较慢,达到稳定时间更短,不透水层的形成使得最终浆压与静水压力的差值达到初始渗透压差的46%左右。文中提出的两阶段注浆扩散模型与现场实测结果更加接近,浆液压力分布的局部趋势、波动特征及消散规律与传统方法计算出的结果有显著区别,其能更好地说明浆液在异形空间中的运动方式及其向外扩散中的损失细节。该研究成果也能在传统圆形盾构隧道的建设中进行应用服务,并为精细化分析施工阶段的衬砌管片受力模式提供理论依据。

基于动态特性节点聚类的低阶仿真频率安全分析方法

在线评估电力系统抵抗功率扰动的能力,对调控人员实时了解电网频率稳定态势具有重要意义。针对大型互联同步系统频率具有明显的时空分布特性,提出了一种基于动态特性节点聚类的低阶仿真频率安全分析方法。基于预想故障机电暂态时域仿真结果进行节点动态频率特性同调性识别和节点聚类,在各同调节点集单机等值模型和频率超前滞后特性基础上,建立了频率安全在线分析的低阶仿真模型,可以应用于预想故障后频率安全的在线快速和精细化评估。某实际电网的算例验证了所提方法的准确性和有效性。

车镇凹陷大王北地区沙二段滩坝成因类型、分布规律与控制因素研究

滩坝砂岩是我国陆相盆地重要储集类型之一,由于其厚度较薄,储层分布预测的难度较大。对车镇凹陷沙二段滩坝砂体进行了解剖性研究,总结了"滩"和"坝"的识别标志,指出二者在分布特征、沉积厚度、粒度与几何形态等方面均有明显差异。运用以基准面为参照面的高分辨率层序地层学方法划分了滩坝层系的等时地层单元,分析了"滩""坝"砂的分布规律。探讨了湖盆结构、古地貌、物源供给、水动力等条件对滩坝砂体形成与分布的控制作用。在此基础上,建立了沙二段滩坝砂体成因模式,为滩坝砂体储层油气勘探提供了地质依据。

江苏省最大日降水量时空分布特征及其统计拟合

本文根据江苏省内60个观测站1961-2000年的逐日降水资料，分析省域日最大降水的空间分布特征及年度变化，建立了省内日最大降水的概率分布模式，从而推算分析出现大降水的概率。研究结果表明皮尔逊Ⅲ型概率分布模式能够较好的拟合大暴雨的分布特征。

基于风电场动态时空关系的风速分布模型研究

通过测风塔风速和风向数据计算风电场各机组的动态空间位置,基于Matlab平台在综合风电机组尾流效应和时滞效应数学模型的基础上,建立了风速在各台风机上的分布模型。算例以实际风电场为研究对象,将测风塔的实测数据输入该模型计算场内各风机风速,分析了尾流和时滞因素对风速模型及风电场出力的影响,结果表明尾流降低出力、时滞平滑出力。最后将风速模型转换成全场输出功率模型,并与风电场实测出力数据进行比较,验证了所建风电场风速模型的有效性。

城市轨道交通网络短时客流OD估计模型

基于状态空间方法构建适用于城市轨道交通网络的短时客流OD(origindestination)估计模型.利用自动售检票数据分析得到OD间乘客行程时间分布特征,构建基于行程时间分布的客流到达系数,以此建立OD流与车站进出站客流间相互关系,并以车站客流分离率为状态变量构建结构化OD矩阵估计状态空间模型.以北京市轨道交通为对象进行案例分析,结果表明,当估计时段长度为15 min时,估计平均相对误差为35.5%;为30 min时,估计平均相对误差为20.4%;为60 min时,估计平均相对误差为16.3%.所构建模型能能有效解决城市轨道交通短时客流估计问题,具有一定的实用性.

基于时频分布的空间锥体目标微动形式分类

空间锥体目标的微动形式分类对空间目标识别、参数估计等有着重要意义。针对这一问题,提出了一种从雷达回波时频分布中提取特征对微动形式进行分类的方法。首先分析了空间锥体目标的散射特性,在此基础上建立了等效散射点模型,并与传统的一般散射点模型比较,电磁计算结果进一步证明了提出模型的正确性;在特征提取阶段,基于能量强弱提取了回波时频分布中包含微动信息的区域,并针对自旋、进动、章动3种微动形式下瞬时频率变化的差别提取了4种特征;最后基于等效散射点模型仿真产生训练数据集、电磁计算产生测试数据集的模式,使用支持矢量机(support vector machine,SVM)分类器的分类实验结果表明新方法在一定信噪比条件下可有效实现对微动形式的分类。

降水时空分布不均匀性的信息熵分析——(Ⅱ)模型评价与应用

在数值模拟的基础上提出了信息传输函数模型 ,使信息传输研究从离散状态过渡到连续状态。引进了信息距离与信息场的概念 ,将站点的信息传输从单一方向推广到周围区域 ,最后利用聚类分析法进一步刻划了降雨的空间分布不均匀性。

浅成低温热液型金矿特点、分布和找矿前景

浅成低温热液矿床的概念,最初由Lindgren首先提出.20世纪80年代以来环太平洋活动带上一系列大型、超大型金矿床的发现,在世界范围内掀起了一股空前的“浅成低温金矿”热.浅成低温金矿具有低温、低压、低盐度、成矿深度浅的特点.矿化作用发生在火山活动晚期,最终定位于火山地热系统波及范围内.全球浅成低温金矿明显呈集中成带分布的特点,绝大多数分布在著名的环太平洋带、古特提斯带和中亚—蒙古(古亚洲)带.此类金矿成矿在时间上的分布特点大体是①第三纪(最重要)、②第四纪更新世(次重要)、③中生代(重要)、④石炭—二叠纪(次要).成矿环境主要为岛弧带、板内走滑断裂带和上叠火山盆地、陆内裂谷.我国地处三大浅成低温成矿带分布区,已经发现诸如阿希、团结沟、紫金山等金(铜)矿床,找寻同类矿产前景广阔.

近60年云南省参考作物蒸发量时空分布及演变趋势研究

参考作物蒸发量(ET_0)是土壤-植被-大气系统水分能量平衡模型的重要参数,也是评价区域干湿状况、制定水土资源管理计划的关键因子。通过选用云南省36个气象观测站1952-2012年间共60年的气象数据,采用Penman-Monteith模型和Mann-Kendall参数检验法、GIS空间分析法,研究云南省ET_0时空分布及演变趋势。结果表明:云南省不同地区多年平均ET_0分布在786. 3～1 511. 6 mm之间,均值为1 090. 4 mm,不同地区ET_0空间变异性较大。4月和5月ET_0最大,6-8月的ET_0仅次于4-5月,1月和12月的ET_0最小,各月份ET_0均表现为自西北向东南递减趋势。近60年来ET_0呈现出明显的波动过程,总体表现为缓慢的递增趋势;其中,1980-1990年呈现出递减趋势,1991-2012年则呈现出显著的递增趋势。ET_0年内分布不均匀,不同月份ET_0分布在55. 5～126. 0 mm之间。在36个站点中,ET_0呈增长趋势的站点有12个,呈现减小趋势的站点有9个,其余15个站点无明显的增加或减小趋势;其中,德钦、会泽、景洪、澜沧、临沧、勐腊、孟定、普洱、腾冲、维西和文山11个站点ET_0呈显著增加趋势,广南、华坪、蒙自、屏边、瑞丽、元谋和昭阳7个站点ET_0呈显著减小趋势。研究可为云南地区土壤-植被-大气系统水分能量平衡模型运用、科学评价区域气候干湿状况和合理开发区域水土资源提供科学依据。

基于分布式光纤的覆岩变形特征监测试验研究

采动覆岩变形、破坏方式及其内部应力演化规律是采矿工程领域研究的重要问题,通过科学、有效的监测手段对上覆岩层在工作面开采过程中的变形及来压规律进行实时监测至关重要。将分布式光纤水平、垂直埋设在模型内部,监测覆岩变形特征与应力应变状态。结果表明,1-2煤回采过程中,水平传感光纤的"马鞍形"频移曲线反映了覆岩破断的动态变化过程;布里渊频移变化度准确实现了工作面的来压判别;分布式光纤的时空演化规律揭示了整个开采过程中相似模型的应变分布特征。

基于分布式水文模型SWAT的临沂流域水量时空分布特征研究

为了分析上下游区域水量分布特征,以临沂流域为研究区,结合流域水量平衡分析理论,构建了临沂流域分布式水文模型SWAT,进行了临沂流域产水模拟。在此基础上,给出临沂流域上下游区域水量时空分布图,并结合临沂上下游流域经济发展及用水情况,分析了临沂流域上下游区域的水资源分布及供需状况。研究结果表明:对于半干旱区中尺度流域采用多站点多时段多要素的率定方法,能够提高SWAT模型的模拟效率;临沂流域上下游水资源均较丰富,能够满足工农业生产和人们生活需要;临沂流域水量在时空分布上极不均匀,容易发生旱涝灾害,应加强水利设施建设。

公共风险事件中网民风险感知的时空分布:来自H7N9的实证经验

[目的/意义]网络时代背景下,网民通过网络传播感知风险具有普遍性。在网民获取风险信息由传统渠道向现代渠道转变的过程中,政府及时、充分地把握网民的风险感知水平及其影响因素,对于有效实现公共风险事件的风险预控和治理具有至关重要的作用。[方法/过程]以网络搜索量作为反映网民在公共风险事件中风险感知水平的指标,以2013-2018年期间爆发的6次重大H7N9禽流感网络风险事件为例,采用百度指数搜索获取数据,建立面板数据的固定混合效应模型,进行风险感知影响因素相关性分析,并从时间、空间和时空交互影响三个维度,实证分析了公共风险事件中网民风险感知的时空分布演化特征。[结果/结论]结果显示,H7N9事件中网民风险感知受到经济、教育、健康水平和信息公开程度的影响,其演变过程具有时间周期性与空间均匀性等特征,在时空交互影响下网民信息需求结构、搜索热点更趋理性与稳定。

内循环颗粒污泥床硝化反应器流动模型研究

采用脉冲刺激响应技术 ,对稳态内循环颗粒污泥床硝化反应器进行了示踪试验。根据试验结果 ,分别运用轴向扩散模型和多釜全混流反应器串联模型 ,对反应器沉淀区和循环区的流态进行了分析和判断。结果表明 ,反应器沉淀区的分散数D uL为 0 0 0 14 8,该区域的流态接近于平推流反应器 (PFR) ;反应器循环区的串联级数为1 0 2 1,该区域的流态接近于全混流反应器 (CSTR)。稳态时 ,反应器的理论水力停留时间为 36 0min ,实际水力停留时间为 341 2min ,反应器中死区所占的体积百分比为 5 2 2 % ,其中生物体死区为 0 75 % ,水力死区为 4 4 7% ,表明反应器结构性能良好。根据试验和分析结果 ,建立了内循环颗粒污泥床硝化反应器的流动模型 ,即全混流和平推流的串联组合模型。由流动模型所得的理论停留时间分布曲线与由试验所得的实际停留时间分布曲线吻合良好 ,两者的平均相对误差为 8 5 6 % ,表明所建模型具有较高的准确性。