考虑水土互馈关系的区域水土资源联合优化配置

针对水土资源空间不匹配、水资源总量不足及土地资源利用程度不高等问题,以二元水循环理论为基础,构建考虑水土互馈关系的区域水土资源联合优化配置模型。该模型包括产水模块、水土联合配置模块和土地模拟模块,以GDP最大和基于生态绿当量的区域植被覆盖率(EGE-RVC)最高为目标函数,并提出了一种耦合约束法、逐次逼近法和非线性规划的三层嵌套算法进行求解。以河南省洛阳市为例对模型和方法进行验证,结果表明,洛阳市可利用水量增加了4463万m^(3),GDP提高了12.5%,EGE-RVC增加了2.6%,各用地类型缺水率不同程度下降。研究成果能够为区域水土资源优化配置研究提供新的思路和技术参考。

永定河流域水文演变与多水源联合优化调度

水资源是保护修复永定河生态环境功能、维护河流生命健康的控制性因素。永定河流域水资源极为紧缺,且地表水资源量呈显著衰减态势。为实现紧缺严苛的水资源条件下永定河生态水量的有效保障,系统解析了流域水文演变特征,核算了分河段基本生态水量和多水源生态补水潜力,建立了耦合水资源供用耗排过程和水工程群联合运用的多水源优化调度模型,提出了常规和极端情况下的多水源生态水量调度方案和基于降水年型研判的调度方案运用方式。研究成果为有效保障永定河生态水量、提升应对变化环境的韧性提供了关键方法和模型,为华北地区其他河流生态保护修复和综合治理提供技术参考。

特征与度量联合优化信息几何检测器

目前,信息几何检测器主要采用协方差矩阵特征模型,在矩阵流形上度量待检测单元数据与杂波数据间的差异,以区分目标与杂波,从而实现雷达目标检测.然而,在复杂杂波背景下,雷达回波信号信杂比低,杂波在其中占据主导地位.因此,含有目标回波的雷达回波信号与纯杂波具有统计相似性,该相似性使得二者在矩阵流形上较难区分,从而限制了信息几何检测器的性能优势.为突破特征表示所造成的性能增益限制,本文提出了基于特征与度量联合优化的信息几何检测器.首先设计了特征与度量可调的信息几何检测器灵活框架,并在此基础上基于纽曼-皮尔逊准则建立了特征与度量的联合优化模型,而后利用局部平坦假设与多层感知器,将联合优化模型中的决策变量参数化,并提出了双阶段优化求解方法.基于仿真数据与实测海杂波数据的实验结果表明,该方法检测性能优于现有信息几何检测器等典型目标检测方法,且在目标多普勒接近杂波谱峰时具有较大优势.

计及实时交通特征的电动公交车备用率与充电桩联合优化

为了提高电动公交车及充电站总投资和运营的经济性,需综合考虑公交车和充电桩的购置成本以及充电成本。以道路特征、实时交通特征、环境温度为主要影响因素,计算电动公交车的行驶时间和能耗;在满足公交车运营基本需求和保证车内温度的前提下,以日公交车购置成本、日充电桩建造成本、日充电成本之和最小为目标进行优化,建立电动公交车备用率与充电桩的联合优化模型,并采用改进的离散型自适应粒子群优化算法进行计算,得到公交车和充电桩的最优购置方案以及各季节和全年的日均投资及运营成本。以某公交线路上电动公交车年内多种运营条件为算例,验证所建优化模型的正确性。

基于深度强化学习的毫米波大规模MIMO系统资源联合优化

针对毫米波大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)系统中无线资源受限、功耗巨大且能量效率与系统容量相互制约而导致吞吐量和能量效率低的问题,提出一种基于深度强化学习(deep reinforcement learning,DRL)的资源联合优化方法。该方法采用三阶段策略,首先,构建射频波束成形器,通过少量的射频链降低硬件成本和总功耗;其次,利用有效信道状态信息设计基带预编码器;最后,设计应用双层DRL架构实现动态离散带宽和连续功率资源的分配。实验结果表明,与单级全数字预编码和混合预编码的均等资源分配方法及基于粒子群优化的资源分配算法相比,所提的联合优化方法显著提高了系统的吞吐量和能量效率。

高层建筑结构风压与地震响应联合优化设计研究

随着城市建设的高速发展,高层建筑逐渐成为城市景观的重要组成部分。然而高层建筑在强台风作用下,其建筑结构将面临较大的风压作用和地震作用,而目前规范对于风压与地震效应的设计值均为经验值,缺少客观、准确的评估方法。基于此背景下,本文首先进行了高层建筑风压与地震响应分析,阐述了高层建筑结构风压与地震响应联合优化设计的重要性,并针对实际设计中存在的问题,提出了如设立跨学科团队、及时更新相应法律法规等策略,期望能为高层建筑的设计优化做出贡献。

6G网络任务卸载与细粒度切片资源调度联合优化算法

针对未来全域、全场景多样化的业务需求,6G网络需要提供场景化、个性化的服务能力。针对未来细粒度业务服务质量保障问题,提出了6G网络任务卸载与细粒度切片资源调度联合优化算法,联合考虑多MEC的计算卸载和网络切片的资源调度,在有限的资源内,最小化任务的执行时延和能耗成本,并采用异步训练的A3C强化学习算法进行求解。仿真结果表明,对比传统算法,该算法可以在满足用户业务需求的情况下降低计算成本,并且算法收敛速度快,可以实现快速决策。

基于多载波调制的太赫兹通信感知一体化系统性能联合优化

单一的雷达指标和通信指标难以评价通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication, ISAC)系统的整体性能,不同的ISAC应用场景对通信和雷达的性能需求不同。提出了ISAC联合优化方案,能够将通信指标和雷达指标联合,并使一体化波形根据不同场景做适应性改变,提高了ISAC系统整体性能。推导了雷达条件互信息(Mutual Information, MI)和通信数据信息速率(Data Information Rate, DIR),在总功率的约束下,设计并实现了雷达MI和通信DIR的联合优化方案,通过求解凸函数优化问题得到了优化的发射功率,从而优化一体化波形。通过仿真和实验验证了联合优化方案的有效性,对比了基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)信号和正交啁啾分复用(Orthogonal Chirp Division Multiplexing, OCDM)信号调制的光子太赫兹一体化系统的优化效果,得出OFDM一体化系统具有更好的优化效果,性能提升较大。

不同生态流量需求下雅砻江中下游梯级电站联合优化调度

为协同雅砻江干流水力发电与河道生态流量需求,以中下游7座电站为研究对象,进行不同生态流量需求下雅砻江中下游梯级电站联合优化调度。基于改进型可变月径流法,计算了雅砻江主要生态控制断面最小、适宜及最佳生态流量过程;构建了以梯级发电量最大化为目标的雅砻江中下游梯级电站联合优化调度模型,并用遗传算法对其求解。结果表明:(1)随河道生态流量需求的提高,梯级电站发电效益和水资源利用效率均下降,其中锦屏二级电站发电量下降最为显著;(2)梯级电站保障发电效益正常发挥的同时,实施联合优化调度,其下游河道能维持更高层次的生态流量,一定程度缓解了流域水能开发利用与河道生态保护间的关系。

基于滑模PI控制的电动汽车集群出力与调频联合优化

电动汽车(EV)集群在参与电网调频时,持续大量的出力可能会导致系统频率出现超调现象,且会增加系统的调频成本和对EV集群的补偿成本。在保证系统频率稳定的前提下,为了协调EV集群与发电机的出力,提出了基于滑模比例-积分(PI)控制的发电机和EV集群联合优化方法,并以系统调频成本和频率稳定为目标,对EV集群的车辆投入比例进行优化。考虑私家车、公交车、出租车这3种类型EV参与电网辅助调频,建立了EV集群参与微电网调频的单区域系统模型,通过滑模PI对EV集群进行控制,在保证频率稳定的情况下,显著减小EV集群出力;进一步对EV集群车辆投入比例参数进行优化,显著降低系统的调频成本。对发电机容量充足、不足的工况进行仿真,并对比参数优化前、后的结果,验证了所提联合优化方法的有效性和经济性。

空地一体化网络服务连续性保障的低功耗通信与控制联合优化方法

空地一体化网络(AGIN)充分利用了空中基站(ABSs)灵活部署的特点,为热点地区提供了按需覆盖与高质量服务。然而,空中基站的高动态性使得网络的服务连续性难以保障。而且,空中基站能量受限,提升服务连续性和降低功耗通常又对应不同的飞行动作,因此,低功耗的服务连续性保障尤为困难。针对上述问题,该文基于联邦深度强化学习(FDRL)提出了一种面向低功耗服务连续性保障的通信与控制联合优化方法。所提方法通过联合优化空中基站的移动控制、用户关联和功率分配来保障网络服务的连续性。针对空中基站的高动态性,通过在所提方法中设计了环境状态经验池来利用信道的时空相关性,并在奖励函数中引入速率方差来保障网络服务连续性。考虑到不同飞行动作的功耗差异,所提方法通过优化空中基站的飞行动作来降低网络功耗。仿真结果说明,该文所提算法在满足用户速率需求和速率方差需求的前提下,能够减小网络功耗,并且所提联邦深度强化学习的性能接近中心式强化学习的性能。

考虑多源入库水出库水的三门峡-小浪底水库汛期联合优化调控

三门峡-小浪底水库联合运用是黄河调水调沙的关键环节。为更好地发掘三门峡和小浪底水库联合优化调控的潜力,提升水沙调控效果,以汛期来水较多的2020年为例,分析了三门峡和小浪底水库库区降雨、蒸发、支流来水、取用水等入库水和出库水过程,以发电和排沙综合效益为目标函数,建立了考虑多源入库水出库水的三门峡-小浪底水库联合优化调度模型,开展了水沙优化调控研究。研究成果表明:1)库区降雨、蒸发、支流来水及取用水等次要入库水出库水对三门峡水库和小浪底水库水量的贡献分别为2.71亿m^(3)和-0.85亿m^(3)。其中,入库水量主要集中于汛期,而出库水量在全年分布相对均匀。2)三门峡库区的次要入库水出库水量占库容的36%左右,将对三门峡-小浪底水库联合优化调控产生影响。3)考虑多源入库水出库水的三门峡-小浪底水库联合优化调控的排沙量有所增加,小浪底水库的汛期发电效益增加约2599.4万元。

基于非参数回归响应面法的高精车铣复合机床床身多目标联合优化设计

精密化是机械加工领域追求的目标,数控车铣复合机床作为高端机械加工装备,其床身的动静态特性对机床加工精度有显著影响。针对当前床身结构优化方法效率低、效果差的问题,文章提出一种非参数响应面法的多目标联合优化方案。该方案首先根据有限元分析结果挑选出模型的优化尺寸,并将床身质量、最大形变、一阶固有频率作为联合优化目标;通过建立参数试验对尺寸进行敏感性分析,精准选出敏感性较大尺寸;基于非参数回归法建立响应面,导入所选尺寸,计算试验样本的响应值,建立非参数回归响应面优化模型,并采用多目标遗传算法找出最优设计方案。最优方案优化结果为:机床床身最大形变降低约14.667%,一阶固有频率提升约3.187%,质量降低约1.208%。结果表明该优化方案能够高效提升机床床身动静态特性,为机床优化设计提供理论依据。

基于IRS的无人机安全通信联合优化技术研究

由于智能反射面具有无源、低功耗、智能可控的特点,其发展为无人机系统物理层安全问题带来了新的思路。由于智能反射面可改变入射信号的相位,因此能够实现细粒度的波束赋形;又由于智能反射面作为一种硬件,相位调整不具有连续性,因此文中研究了存在窃听节点的无人机通信系统联合优化波束赋形和相位调整方案。通过部署在中继无人机上的智能反射面,将信号尽可能多地反射给合法无人机,同时降低非法无人机接收信号的概率,提高系统的安全速率。文中对比了采用不同的中继方式系统得到的安全速率,及在达到相同安全速率的条件下所消耗的系统功率,仿真结果表明,采用智能反射面作为中继节点的系统能够有效提高系统安全速率并能降低系统功耗。

基于半正定规划的交直流主动配电网三相有功无功联合优化

交直流主动配电网作为未来配电网的主要发展形态,实现其有功无功资源的协同优化控制具有重要的研究意义。然而配电网负荷单相接入和分布式发电三相功率不一致,将导致配电网三相不平衡现象越发严重。为了应对交直流主动配电网的三相不平衡问题,提出考虑相间耦合与三相不平衡度限制的三相有功无功联合优化方法。首先,建立考虑相间耦合的原始三相潮流模型并对其进行升维映射;其次,采用半正定松弛方法,推导了交直流主动配电网各子系统的完整三相潮流模型以及序分量形式下的三相电压不平衡度约束;再次,提出以总运行成本最小化为目标函数的交直流主动配电网三相有功无功联合优化模型;最后,采用改进IEEE 33节点、69节点、141节点和1056节点交直流配电网算例分析,验证了该文所提方法的有效性。

梯级水库运行期设计洪水及水位联合优化调控变革与启示

我国水资源时空分布不均,年际、年内变差大,洪涝和干旱并存,流域防洪与兴利需求并重。随着大规模水库群建成投运,流域下垫面条件及产汇流机制明显变异,水库及引调水工程运行等人类活动对设计洪水影响显著,梯级水库群运行管理中如何分析和应用设计洪水成为亟待解决的新问题,水库群联合优化调控、水资源高效利用的现实要求十分迫切,已列入中国科学技术协会2023年十大产业技术问题。经过多年探索实践,我国在梯级水库运行期设计洪水及水位联合优化调控方面已取得一定研究进展和成果,但仍存在对暴雨洪水季节性变化规律认识不足、梯级水库群系统中各水库运行相互影响考虑不足、现代水文气象实时预报信息运用不足等问题,亟须系统开展运行期设计洪水及水位联合优化调控体系研究,实现风险可控条件下水资源高效利用,保障防洪安全、供水安全、能源安全、生态安全,推进新阶段经济社会高质量发展。

基于嵌套蚁群算法的机器人拣货作业联合优化

针对物流仓储中心拣货作业过程中系统订单分批和拣货路径分步拣选效率低的问题,提出一种基于嵌套蚁群的订单分批和路径优化的联合拣货策略。首先,建立以最小化总路径为目标的订单分批与拣货路径联合优化模型;然后,考虑双重优化的复杂性,设计一种嵌套蚁群算法对模型进行求解,以订单分批模型为基准不断优化订单分批结果,得出最优分批集合单,其优化集合单再嵌套蚁群算法实现拣货路径优化。为验证该算法对随机订单有效性,抽取某一天17:00-18:00时段内既有货架区货物又有地堆区货物的43个订单算例进行仿真实验,与传统订单分批和拣货路径分步拣选策略相比,基于嵌套蚁群算法的拣货作业联合优化模型的随机订单拣货路径更短、拣货时间更少,经过联合优化后,机器人总拣选距离缩短了170 m。基于嵌套蚁群算法的拣货作业联合优化模型和其求解算法可以有效解决订单分批与拣货路径联合优化问题,为配送中心拣选系统的优化提供依据。

基于钻井液振动筛电机底座的拓扑优化与尺寸联合优化

针对振动筛分机电机底座设计质量冗余的问题,采用ANSYS Workbench仿真平台拓扑优化模块对振动筛分机电机底座进行拓扑分析。基于拓扑优化找到冗余部分,通过尺寸联合优化得出最终结构。结果显示,优化前后底座的强度和刚度变化较小但质量减轻了10%,达到了结构轻量化的目的。

装备群选择性维修决策与任务分配联合优化

为满足作战任务需求,对装备群进行选择性维修的同时进行作战任务分配,可有效提高装备群的整体作战效益。针对选择性维修决策与任务分配独立优化的问题,以最大化任务完成概率为目标,构建装备群选择性维修决策与任务分配联合优化模型,引入环境系数表征不同子任务的工作环境对单元状态的影响;通过求解马尔可夫模型得到单元的任务完成概率,进而得到子任务和整个任务的完成概率;采用基于随机密钥的遗传算法进行求解,分析环境系数对联合优化结果的影响,通过算例验证了模型和算法的有效性。研究结果表明:在选择性维修决策时考虑作战任务分配能够得到更优的结果;该模型可为战场环境下装备维修决策问题提供理论指导和技术支持。

能量感知的点云视频流传输与边缘卸载联合优化

针对点云视频流媒体传输需要调度各类计算和传输资源,而现有工作较少考虑终端显示设备的计算任务带来的能耗问题,提出了一种移动边缘计算辅助的点云视频流传输方案,根据接入带宽和点云视频内容将部分计算任务从终端卸载到边缘完成。该方案建立了一个联合优化模型,在网络资源、终端和边缘算力资源的约束下,最大化用户观看体验收益并最小化终端设备能耗。实验表明,相比于对比方案,所提方案在不同条件下均可提升用户观看质量并降低终端设备能耗。