工程训练课程多学科交叉项目式教学改革实践

为培养适应社会需求、具有解决复杂工程问题能力的高水平工程创新人才,针对目前我国大学生特点和大多数高校人才培养现状,充分发挥高校工程训练中心优势,以能力达成为导向,采用多学科交叉项目式教学课程,对新工科人才培养方式进行改革,并给出实施建议,对于推动工程素质教育和创新教育改革、全面提高人才培养质量具有参考价值。

跟网型变换器的小扰动同步稳定机理分析与致稳控制

弱电网下,跟网型变换器易出现因阻尼不足导致的小扰动同步失稳问题。为此,该文借鉴复转矩分析理论,计及复杂控制耦合,建立跟网型变换器的复转矩模型。量化多环控制耦合、线路阻抗、控制参数等因素对系统阻尼转矩的影响,从阻尼的角度揭示跟网型变换器的小扰动同步失稳机理。根据理论分析,提出一种基于相位补偿的锁相环阻尼重塑控制策略,通过补偿多环控制耦合引入的负阻尼,增强变换器的小扰动同步稳定性。最后,开展相应的仿真与实验,验证理论分析的正确性与改进控制策略的有效性。

深空探测自主运行的一种可信性技术体系

未认知与不确定性是深空探测任务的基本特征.本文基于战略导向的体系化基础研究,建立了一种面向科学价值最大化的探测场景和以可靠性为核心技术基础的深空探测自主运行可信性技术体系.分析研究了深空探测场景下的可靠性概念;面向精确感知、最优计算、准确决策、快精准执行的目标要素,提出了深空探测自主运行的可信性体系框架以及“需求-认知-工程”总体技术架构;针对自主运行可信性的关键技术难点,开展了可靠性导向的多物理场、强耦合白盒建模,复杂网络故障传播机制分析,COTS元器件深空探测应用的高可靠保证,以及“模型+数据+知识”一体的融合机制分析等研究.对该技术体系的关键技术验证策略及其最小系统在卫星星座中的应用进行了验证,结果表明,所提出的技术体系具有较高的工程价值.

复杂水文微弱多目标激光探测仿真与实验

为了探究在近岸复杂水体中激光探测对微弱目标的探测能力,研究水质、目标特征、目标距离对水下激光探测的影响具有重要理论和应用价值。论文建立了水下微弱目标激光探测模型,采用蒙特卡洛仿真验证了不同浊度微弱多目标激光探测性能,模拟了不同距离下微弱目标的激光后向散射回波信号,对多个不同反射系数的目标后向散射回波特性进行了分析。同时设计并研制了灵巧便携式水下微弱目标激光探测系统,进行了实验室及外场湖泊环境下的多目标探测、测距测试验证。在浊度为12.87 NTU的近岸湖泊水域,该系统可在10 m范围内对3~4个直径为80~400μm的不同低反射系数的混合小目标进行有效探测,平均测量误差为±0.11 m,与理论仿真结果一致。本文研究结果可为蓝绿激光水下多微弱目标探测链路计算、系统设计及参数优化提供参考,可以支撑近海浑浊水体下水下障碍物激光探测工程实践。

基于街区演替对出行拥堵影响的城市更新启示——以江苏淮安为例

城市街区演替的多维现象是各种城市问题持续劣化的微观成因,探明其中影响是实施城市更新行动的重要依据。针对江苏省淮安市107处城市街区,利用时空多源数据,采用逻辑降维、关联分析、地理加权回归等方法,构建可表征空间规模、交通设施、日常出行、社会经济及公共交通等演替现象的多维复合要素体系,揭示城市街区演替对交通出行拥堵的时空影响机理。影响机理表明空间规模与日常出行演替具有显著一致的正向影响,公共交通演替具有显著一致的负向影响,交通设施与社会经济的演替则不具显著影响。依循时空影响机理,结合可预见变化、官方指导意见和近期实践经验,情景模拟了全局性交通出行改善下各类街区更新的空间增容阙值,作为城市更新启示。

威荣深层页岩储层水力压裂多井压窜现象及机理

威荣深层页岩气田五峰组—龙马溪组储层埋藏深,地质构造复杂,强非均质性天然裂缝发育,地应力高且水平地应力差大,非连续性构造在高临界应力环境下易出现扰动失稳。在储层局部连续裂缝带发育和高应力环境的共同作用下,前期400 m井距条件下出现邻井压窜和多井巷道压窜现象,导致大量生产井产能下降、续建井井壁失稳及套变问题。针对以上问题,文中基于地质-工程一体化思路,考虑了多种复杂天然裂缝分布特征和复杂裂缝扩展应力干扰效应,建立了基于DFN-FEM的井组压裂复杂裂缝扩展模型。研究发现:1)天然裂缝带和大型断裂是多井巷道压窜的主要地质因素;2)天然裂缝面法向刚度越小,压裂应力扰动范围越大,压窜越严重;3)内摩擦角和内聚力越小,岩石越容易破裂并诱发压窜;4)井组压裂顺序对压窜类型和程度均有显著影响,交错压裂最优。该研究结果可为威荣页岩储层水平井井间干扰防治与产能恢复提供依据,进而有效支撑以威荣为代表的深层页岩气田的安全高效开发。

基于复杂网络的多机场航班延误传播分析

为了研究多机场间航班延误的传播机理,将机场作为节点,航线作为边构成复杂网络。通过分析传染病传播过程与机场间航班延误传播过程的相似性,借鉴经典传染病传播模型(classical infectious disease transmission,SIR)的思想,并考虑不同机场间延误传播的差异,提出机场重要度的概念,构建了多机场航班延误传播模型。对多机场航班延误传播过程的仿真结果表明:在多机场网络中,初始延误机场不同以及机场重要度不同,延误传播效果不同,但延误传播规律保持不变。对网络中重要机场进行相应管控会使发生延误的机场数量峰值下降,且按照介数值确定需进行管控的重要机场,网络中发生延误机场数量峰值下降率最大。可见,该模型可以客观反映多机场间航班延误传播的动态过程和变化规律,并可为延误的预防和恢复提供理论依据。

冀北红旗营杂岩多期变质作用:古元古代俯冲/碰撞—晚古生代伸展—早中生代挤压的记录

冀北红旗营杂岩记录了从古元古代到早中生代多期构造-热事件,并可能存在支持古元古代洋壳俯冲的关键证据,但是对其形成时代、变质演化历史和大地构造属性等众说纷纭。本文以总结红旗营杂岩变质作用和年代学研究为基础,探讨其复杂的多期构造演化过程。红旗营杂岩包括表壳岩、赤城混杂岩和正片麻岩三个岩石-构造单元。正片麻岩以古元古代(1.87~1.82 Ga)花岗闪长岩-二长花岗岩-正长花岗岩为主,出现少量新太古代(2.55~2.53 Ga)英云闪长质-花岗闪长质片麻岩。赤城混杂岩为典型蛇绿混杂岩,由退变榴辉岩(斜长角闪岩)和橄榄岩块体以及变质沉积岩组成,形成时代可能>1.88 Ga。表壳岩主要包括不同变质程度的碳质碎屑岩-碳酸盐岩和少量火山岩,可能形成于2.1~2.0 Ga。综合分析赤城混杂岩中的退变榴辉岩、斜长角闪岩和凤山地区含十字石石榴云母片岩的变质作用演化,可划分出5期变质作用。第一期变质作用(M1)存在于凤山地区的云母片岩中,为中压型,顺时针型p-T轨迹,峰期变质条件为1.0~1.1 GPa/>780℃,变质时间为约1.95 Ga。第二期变质作用(M2)见于退变榴辉岩中,顺时针型p-T轨迹,包括升温升压至峰期和峰后等温降压演化阶段,峰期p-T条件为>2.2 GPa/约750℃,地热梯度约为9℃/km。尽管退变榴辉岩中多数锆石限定晚古生代变质年龄,但榴辉岩相变质作用时间应>1.88 Ga。第三期变质作用(M3)出现于凤山地区的云母片岩中,以含十字石组合叠加在M1高级变质组合为特征,顺时针型p-T轨迹,峰期变质条件为0.6~0.7 GPa/610~630℃,变质年龄约为1.88 Ga。第四期变质作用(M4)出现于赤城混杂岩的斜长角闪岩中,由早期榴辉岩组合叠加变质形成,显示“大于号”形p-T轨迹,包括峰前减压升温和峰期后减压冷却变质过程,峰期p-T条件为0.5~0.7 GPa/780~830℃,地热梯度约为35℃/km(低压型),变质时间为晚古生代(354~289 Ma),并伴随广泛深熔作用。第五期变质作用(M5)以局部叠加绿片岩相组合为特征,为顺时针型p-T轨迹,推测变质作用时间为255~234 Ma。M1中压型变质作用与在华北克拉通西部2.0~1.95 Ga发生的碰撞造山事件有关;M2高压型变质作用与沿华北克拉通北缘1.95~1.88 Ga期间发生的洋壳俯冲有关,是支持现在样式板块构造启动的有力证据之一;M3中压型变质作用指示在华北克拉通北缘于1.88~1.83 Ga期间发生的另一次碰撞造山事件;M4低压型变质作用为晚古生代华北克拉通北缘区域伸展所致;M5低温型变质作用与沿索伦缝合带发生的碰撞闭合事件有关。可见,红旗营杂岩5期变质作用记录了古元古代碰撞-俯冲-碰撞、晚古生代伸展和早中生代挤压的复杂构造过程。红旗营杂岩在经历古元古代俯冲-碰撞事件之后位于不同地壳深度。西部红旗营表壳岩和赤城混杂岩位于中-下地壳层次,其中锆石记录了1.72~1.66 Ga、约450 Ma、354~289 Ma和255~234 Ma等多期热事件;而东部凤山地区表壳岩则位于中-上地壳,缺少后期热事件的锆石和独居石年龄记录。

复杂场景下多模态点云数据配准技术

针对复杂环境下多模态点云数据获取难,以及对点云数据配准、三维模型构建精度的要求越来越高的情况。本文以南通大剧院实景三维建模为例,当初始点云和校准点云两组多模态融合点云位置差较大时,采用ICP算法进行点云配准易导致局部最优问题,利用所提出的基于控制点辅助约束的最近点迭代(CPA-ICP)算法通过对点云数据进行配准,并与其他3种点云配准算法的试验进行对比,可知该方法的配准精度和配准效率较高,对复杂场景下的多模态点云数据融合有较好的参考意义。

基于YOLOv5的复杂背景下植物叶片检测研究

对植物叶片进行检测是研究植物表型性状的基础,但真实环境下叶片间相互遮挡、叶片边缘特征不明显、幼叶目标过小以及外部环境如光照条件等因素影响会对叶片检测效果造成很大的障碍。针对复杂背景下的叶片检测,该研究提出了一种基于改进YOLOv5模型植物叶片检测方法。通过在骨干网络中引入空洞卷积,使得网络可以捕获到更广阔范围的上下文信息;利用双向连接的加权特征金字塔网络,以增强目标叶片特征提取并更好地融合特征信息;利用注意力机制,通过动态地调整注意力分布,以提高边缘特征表达能力。测试结果表明,在Plant Village数据集筛选的葡萄叶片图像以及自拍摄葡萄生长叶片上测试改进算法的可行性,改进的YOLOv5模型其叶片检测mAP比原生模型提高了5.8%,遮挡叶片检测精度提高了7.09%。叶片检测效果有显著提升。该研究提出的方法可以有效解决复杂背景下植物叶片检测效果不佳的问题,为植物表型研究提供技术支撑。

基于多Agent的服装可持续消费行为建模与仿真

“双碳”目标下,随着服装消费引起的气候变化和环境污染等生态问题日益严重,迫切需要重新思考和重塑服装消费模式,推动服装消费向质量型、低碳化转变,从而实现服装产业的绿色转型。文章运用多Agent建模方法,构建服装可持续消费行为仿真模型,采用Netlogo平台进行仿真实验,探求服装可持续消费行为的影响机理。结果表明,消费者可持续消费认知、产品可持续性和设施供应条件均显著促进可持续消费行为;但不同强度下,产品可持续性和设施供应条件的推动作用存在差异。基于此,从可持续消费认知和供应条件两方面提出了引导中国消费者服装可持续消费行为的建议和对策。

基于多种群遗传算法的航天复杂系统测试任务调度

针对航天复杂系统型号较多,传统测试流程与调度设计只能人工定制化排布,效率较低且未有效优化,同时,考虑到航天复杂系统快速测试的迫切需求,提出一种基于多目标遗传算法的航天测试流程自动生成方法。该方法在测试项集合明确的前提下,将测试项抽象为离散事件,以测试总时间和测试资源均衡度为优化目标,充分考虑航天器测试的诸多约束,将其作为遗传算法执行过程中交叉或变异的禁忌项。在初始种群确定后,对测试流程和调度方案进行自动生成和优化。对算例的仿真结果表明,该方法相对于同实验条件下的传统半串行测试方法和单目标优化方法,测试总时间或资源均衡度得到了较大提升。在进一步扩展优化目标和约束项后,该方法可有效提高航天复杂系统测试过程的快速响应能力和可靠性。

三面围合的人字结构——北京N公寓结构设计

基于某大跨斜连体三塔结构项目,采用多软件对比小震弹性分析、时程分析以及大震动力弹塑性分析方法,对其进行了斜连体传力路径分析、斜连体超限高层结构计算分析、斜连体防连续倒塌验算、斜连体与塔楼连接薄弱部位关键节点有限元分析。分析结果表明,斜连体传力路径可靠,斜连体及与塔楼连接关键传力节点在大震下不屈服,整体结构满足大震下的变形和承载力要求。故本项目结构布置合理,结构体系安全可靠。

高速公路-航空多层复杂货运网络拓扑性质研究

为提高我国交通运输系统运行的效率,应用复杂网络理论,选取2021年货邮吞吐量排名前30的机场所在城市与38个地级市的高速公路数据为研究对象,构建了高速公路-航空多层复杂货运网络。针对高速公路-航空多层复杂货运网络的拓扑性质进行研究。研究结果表明:高速公路-航空多层货运网络具有小世界特性,不具备无标度特性;多层网络中心性分布不均衡,大多城市节点更倾向于连接发达城市;多层网络整体呈现同配程度较低的同配网络,加强区域性联运建设有利于提高联运效率。

基于机载多角度InSAR技术的复杂地形高精度DEM重建方法

干涉合成孔径雷达(Interferomtric Synthetic Aperture Radar,InSAR)是全天时、全天候获取三维地表信息重要的技术手段。机载InSAR系统具有机动灵活、多角度获取数据的优势,可以高效率、高精度获取数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)数据。但是,在地形复杂区域,InSAR侧视成像易在地形陡峭区域形成较大范围的阴影和严重的叠掩现象,阴影和叠掩区域在SAR图像上体现为信息的丢失,从而导致DEM数据大面积无效数据的存在,严重影响DEM数据的质量及应用。针对这一问题,本文提出了基于机载多角度InSAR技术的复杂地形高精度DEM重建方法,基于考虑地形起伏的机载多角度InSAR数据获取任务规划设计,最大程度的避免阴影和叠掩导致的无效数据;基于高精度InSAR数据处理,保证每个角度DEM数据精度的高度一致性;基于快速多角度DSM数据融合与滤波处理,实现多角度InSAR体制复杂地形DEM高精度重建。本文以四川省西部山区大坡度、非连续等复杂地形为例,基于本文提出的方法,利用3个角度InSAR数据融合处理,生成了高精度DEM数据,试验结果表明,本文提出的方法获取复杂地形DEM数据高程均方根误差为0.6 m,同时,数据有效率大于99%。

池式钠冷快堆复杂空间内流动与传热特性三维数值模拟研究综述

钠冷快堆是第四代先进核能系统的重要堆型之一。池式钠冷快堆安全裕量大,但结构较为复杂,其堆内一回路循环流动呈多尺度、复杂空间、多路径、三维流动等特点,给池式钠冷快堆计算与实验带来一定困难。近年来,计算流体力学(CFD)的快速发展为解决上述问题提供了重要技术路径,本文对池式钠冷快堆复杂空间内流动与传热特性三维数值模拟研究进行综述。对于全堆一体化整体计算,获取池式钠冷快堆典型对称/非对称工况下的三维温度场分布及关键热工参数瞬态变化,评价其余热排出能力;对于局部部件或区域精细化计算,获取局部三维流动与传热特征参数,也为全堆一体化计算提供关键输入。相关研究为池式钠冷快堆安全稳定运行及设计优化提供重要支撑。

区域多制式轨道交通网络耦合评价方法研究

为研究区域多制式轨道交通网络耦合评价方法,首先,在复杂网络理论的基础上,对交通路网进行可视化的拓扑研究,求解相应复杂网络中的重要指标;其次,研究网络中关键节点的识别方法,建立耦合评价指标体系,并运用灰色关联法对节点进行排序和鲁棒性分析;再次,提出一种耦合协调度评价指标体系,融合熵权法将各个指标的权重求解后进行耦合协调度的计算与分析;最后,以北京市多制式轨道交通网络为例进行验证分析,并从网络耦合角度提出几点建议。研究结果表明:北京市多制式轨道交通网络耦合后的综合协调指数T_(3)=0.6576,耦合度C_(3)∈[0.5,0.8],各系统之间处于不断磨合并趋于良性耦合的状态下;同时,耦合网络的协调度D_(3)=0.7125,说明耦合网络属于高水平耦合协调下的较为协调的阶段,还应进一步加强节点之间的联系。

致密油多场重构驱渗结合提高采收率技术

建立渗流-地质力学耦合的嵌入式裂缝流动模型,进行致密油多场耦合模拟,揭示致密油长期注水后压力场、渗流场和应力场的变化规律,在此基础上提出了致密油多场重构驱渗结合提高采收率技术。研究表明:致密油长期注水开发后,压力扩散范围小,难以建立有效驱替系统,地应力的变化幅度呈现差异性,水平最小主应力变化幅度大于水平最大主应力,注水井地应力变化幅度大于生产井,注水井周围地应力转向幅度较大。多场重构驱渗结合提高采收率技术通过注水井转采和大规模压裂技术,重构人工体积缝网系统;通过压前补能、压中增能、焖井蓄能、驱渗结合的全生命周期能量补充方法,有效解决了大规模压裂后注入介质易窜流、能量难补充的问题;通过多井联动强化渗吸效应,重构复杂缝网下驱替与渗吸结合体系,由避缝向利用裂缝转变,提高微观波及效率和驱油效率。鄂尔多斯盆地华庆油田元284区块现场应用实践表明,该技术提高采收率12个百分点,可实现致密油规模效益开发。

中药复杂体系的多组学分析技术研究进展

中药复杂体系是由多种生物活性成分组成的,这些成分在体内外通过复杂的相互作用发挥着治疗作用。随着科学技术的发展,多组学分析技术已经成为研究中药复杂体系的重要工具。多组学分析技术,包括基因组学、蛋白质组学、代谢组学等,能够全面地揭示中药成分在分子层面的作用机制,为中药的现代化研究和临床应用提供了新的视角和方法。本综述重点总结了中药复杂体系概述,不同组学分析技术的效用,多组学分析技术在中药复杂体系的药效解析、分子层面阐释、疗效及安全性的优势,探明中药学与分子生物学等多学科交叉对中药复杂体系深入发展的优化策略,以促进中药复杂体系的深入发展。

面向任务的重叠联盟结构生成计算复杂性

传统的重叠联盟形成问题大都聚焦智能体,鲜有从任务视角出发.为此,本文首先构建了一种面向任务的重叠联盟结构生成模型,并分析了其解空间和相关决策问题的计算复杂性.此外,基于流网络分别设计了相应的孤立联盟、重叠联盟、重叠联盟结构成功性判别算法和最优重叠联盟结构生成算法.分析结果表明,判别孤立联盟、重叠联盟、重叠联盟结构的成功性的时间复杂度均与智能体数和任务数呈多项式关系,而搜索最优重叠联盟结构的时间复杂度与智能体数和任务数呈指数关系.最后,通过仿真实验验证了上述结果.