基于改进SlowFast模型的设施黄瓜农事行为识别方法

[目的/意义]农事行为活动识别对设施蔬菜生产精准化调控有着重要意义,在一定程度上可以通过查看农事操作的时间、操作过程是否合理来减少因农事行为不当导致产量下降。为了解决农事行为识别方法中由于黄瓜叶片和设施遮挡导致识别准确率不高的问题,提出一种名为SlowFast-SMC-ECA (SlowFast-Spatio-Temporal Excitation、Channel Excitation、Motion Excitation-Efficient Channel Attention)的农事活动行为识别算法。[方法]该算法主要基于SlowFast模型,通过改进Fast Pathway和Slow Pathway中的网络结构来提高对于农事活动中手部动作特征和关键特征的提取能力。在Fast Pathway中,引入多路径激励残差网络的概念,通过在信道之间插入卷积操作来增强它们在时域上的相互关联性,从而更好地捕捉快速运动信息的细微时间变化。在Slow Pathway中,将传统的Residual Block替换为ECA-Res结构,以提高对通道信息的捕获能力。这两项改进有效地加强了通道之间的联系,提升了特征之间的语义信息传递,进而显著提升了农事行为识别的准确率。此外,为了解决数据集中类别不均衡的问题,设计了平衡损失函数(Smoothing Loss),通过引入正则化系数,平衡损失函数可以有效地处理数据集中的类别不均衡情况,提高模型在各个类别上的表现。[结果和讨论]改进的SlowFast-SMC-ECA模型在农事行为识别中表现出良好的性能,各类行为的平均识别精度达到80.47%,相较于原始的SlowFast模型有约3.5%的提升。[结论]本研究在农事行为识别中展现出良好的性能。这对农业生产的智能化管理和决策具有重要意义。

大模型辅助的大型海上风电场集电系统拓扑优化

集电系统拓扑优化是大型海上风电场规划建设的核心问题,本质上是一个涉及多约束、多目标的复杂混合整数优化问题。针对该问题,提出了一种基于大语言模型(large language model,LLM)辅助的大型海上风电场集电系统拓扑优化方法。首先,基于大语言模型辅助对风电机组群进行聚类,通过链式提示法使LLM理解优化目标,并利用LLM将大型海上风电场分割为若干小型区域,以降低优化问题维度,提升求解速度和质量。然后,构建集电系统拓扑优化模型,基于混合整数线性规划求解器,获得海上风电场的最优集电系统拓扑设计方案。最后,利用1个含有75台风电机组的大型海上风电场系统进行方法性能验证,仿真结果表明:与传统优化技术相比,所提方法获得的聚类风机数量更加均衡,在考虑拓扑功率损耗的同时,生成的拓扑方案经济性最优。LLM在集电系统拓扑辅助优化中具有较高的有效性,为海上风电场集电系统拓扑设计优化提供了一种新思路。

计及冷负荷效应时变特性的含风储联合系统负荷恢复策略

随着风电大规模接入电力系统,风电与储能结合构成的风储联合系统成为提高风电消纳能力的重要措施之一。在电力系统恢复阶段,如何构建合理的风储联合系统调度策略以加快系统恢复速度成为当前的研究热点。为此,提出了一种计及冷负荷效应时变特性的含风储联合系统负荷恢复策略。介绍了输电系统恢复后期的负荷恢复优化方案;提出了考虑冷负荷效应时变特性和风储联合系统运行约束的输电系统负荷恢复模型,将冷负荷效应描述为关于停电时间的函数,并在风储联合系统的运行约束中考虑了储能系统的寿命约束。为了提高模型的求解效率,提出了基于Benders分解的求解框架,所构建的主问题模型和子问题模型均为混合整数线性规划模型,可调用商业求解器进行高效求解。以IEEE 39节点系统为算例验证了所提模型和方法的有效性。

广东海域风电施工窗口期及工效精细化对比研究

为合理规划施工流程及船机资源,降低建设成本,适应平价上网时代海上风电开发要求,提出基于混合整数线性规划的施工窗口期及功效计算分析方法,基于25 a(1996—2020年)逐小时风浪数值后报数据对广东沿海海上风电基础施工及机组安装的工效时空特征进行评估,并结合“十四五”期间拟建设风电场进行具体分析。结果表明,海上风电基础施工及机组安装效率受施工方法影响,具有显著的时空变化特征,对于具体风电场,应综合考虑环境条件、施工工效以及船机资源等,缩短建设工期,从而降低施工成本。

考虑风电出力不确定性的风电-抽水蓄能互补系统短期优化调度

风电和抽水蓄能电站联合运行可以平抑风电随机波动、提升风电消纳率。文章针对多个风电场的出力不确定性,采用概率性序列方法进行处理,提出了一种基于厂网协商机制的风电-抽水蓄能联合调度模式,并建立了基于机会约束规划的风电-抽水蓄能互补系统短期优化调度模型。模型以风电-抽水蓄能互补系统总发电收益最大为目标,综合考虑了抽水蓄能电站的水力约束、机组运行约束和系统功率平衡约束。为提高模型求解效率并获得全局最优解,文章将原模型转换为混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)模型,最后使用商业化求解器LINGO进行求解。优化调度结果表明,抽水蓄能电站能够很好的补偿风电出力的波动性,并显著提升互补系统的总发电收益。

考虑风速不确定性的风电场暂态有功支撑能力在线评估方法

风电高比例接入的电网在受扰后常规机组调频尚未启动的惯量响应阶段内调频资源匮乏,风电场可采用转子动能控制方式快速调整有功功率为电网提供频率支撑,且不影响风电场正常运行。同时,为便于电网侧制定调控策略,需在线评估各风电场的暂态有功支撑能力。以双馈风机为例,构建了考虑风机转速、轴系及逆变器安全限制的风电场暂态有功支撑能力优化模型,并针对模型约束需迭代计算引起的高复杂度,提出采用差分离散化等方法将模型转化为混合整数线性规划问题进行高效求解。同时考虑风速不确定性,提出采用核密度估计与拉丁超立方抽样对风速预测误差进行建模与采样,获取不确定条件下的评估结果。最后,以某实际风电场为例,说明了所提方法的有效性。

基于近似线性规划的风电场穿透功率极限优化的改进算法

应用近似线性规划方法,对用动态仿真程序求解风电场穿透功率极限过程进行了优化。求解风电场穿透功率极限的过程是先假设风电场最大容量值,通过仿真检验系统安全稳定性后,对风电场最大容量值进行修正,逐步求取风电场穿透功率极限。由于人工修正风电场的容量计算速度很慢,且很难达到极限值。因此,文中通过近似线性规划方法,将计算风电场穿透功率极限的非线性目标约束函数作线性化,再应用线性近似解去逼近非线性真实解。应用该方法可以快速准确地求取风电场穿透功率极限。通过在 New England 39节点系统上仿真计算,验证了所提方法的有效性及其快速准确的特点。

计入风速与风电机组故障相关性的风电场可靠性建模及其应用

同一区域的多个风电场接入系统时,风电场出力受到风速和风机故障的不确定性和相关性的影响。传统的风电场可靠性建模方法对这些因素的考虑不够全面、对风速和风机故障之间的相关性处理过于简单,为此该文提出一种能同时计入风速和风机故障的不确定性和相关性的风电场建模方法,该方法对风速和风机故障间的相关关系无需作简化处理。基于所建立的风电场模型,采用相关抽样技术模拟风电场出力,克服了传统风电场出力模拟方法所依据的风电场状态模型或风电场出力相关关系不够准确的不足。算例分析验证了风电场建模方法和风电场出力模拟方法的正确性,并表明风速相关性和风机故障对系统可靠性的影响程度与系统输电充裕度、风电场接入地点有关。

风电场建模及其对接入电网稳定性的影响分析

风力发电具有随机性和间歇性等特点,大量风电的接入对电网的稳定运行带来了不可忽视的影响。详细分析了风电场各个环节的数学模型,包括风力涡轮机、传动系统和风力发电机三个部分;基于PSASP的用户程序接口(UPI),采用VC编写了用于风电场潮流和稳定计算的用户程序;结合河南方城风电场的实际情况,研究了风电场无功补偿容量的确定以及出口功率因数与转子滑差的关系;仿真分析了风力发电机组并网时对电网产生的冲击影响,并对风电场接入电网后的稳定性进行分析。仿真结果验证了所采用模型的正确性和实用性。

基于线性回归的风电功率预测误差修正方法

风电功率预测精度的好坏直接关系到发电计划的合理制定和风电功率的优先调度。为提高风电功率的预测精度,文中利用模式输出统计方法对风电功率的预测误差进行分析,根据模式输出统计方法可自动修正数值预报偏差特点,提出了基于线性回归的风电输出功率预测误差修正方法。基于实际风电场历史数据的研究表明,该方法数学原理简单、适用性强,可有效改善风电功率的预测精度,具有很好的工程实用价值。

风电–CSP联合发电系统优化运行研究

为了抑制风电波动,减少弃风量,考虑到配备储热的太阳能热发电(concentrated solar power,CSP)系统具有可调度性,提出了一种风电—CSP联合发电系统。该系统由风电子系统、CSP子系统及电加热(electric heater,EH)子系统组成。其中,EH子系统的主要作用是将弃风电能转化为热能,并将热能送入CSP储热子系统(thermal energy storage,TES),既为弃风利用提供一条有效途径,又为CSP增加一个热源,使系统的可调度性和灵活性进一步提高。针对该联合系统,以最小化系统输出负荷与计划负荷间的偏差和最大化能源利用率为目标,建立了其混合整数规划调度模型。以未加EH子系统的风电–CSP联合发电系统为参照,通过案例对比研究了在晴天及部分阴云天气下系统的特性。结果显示该联合系统可更好地跟踪计划负荷,有效降低风电弃风量,为CSP储热子系统提供更多的热能,使系统具有更高的灵活性和可调度性。

随机动态经济调度问题的存储器建模及近似动态规划算法

将含有风电场和抽水蓄能电站的电力系统随机动态经济调度问题描述为随机型存储器问题,以考虑风电场出力所具有的随机性。该模型含数学期望的计算,且实际问题状态空间、决策空间都是高维的,难以对其准确求解。因此,采用近似动态规划算法将值函数近似表示成分段线性函数的逼近形式,从而将随机存储器问题转化为一系列多阶段线性规划问题。通过扫描误差场景并相应求解所对应的线性规划问题,可实现对值函数进行训练,逐次修正各分段斜率值,直至值函数收敛后,再用来对预测场景下的线性规划问题进行求解,即得动态经济调度结果。该算法避免了求解准确解时面临的"维数灾"问题,具有较快的计算速度。以含风电场和抽水蓄能电站的小型测试系统和某省级实际电力系统为例,验证了所提模型与算法的可行性与有效性。

运用线性规划对农机具进行最佳配备

以往农业机械的动力与机具配备大多采用经验法。随着农业机械化水平的不断提高,农机保有量的逐年增长,延用传统的农机配备方法已不适应现代农业生产。因此,采用线性规划法对国有农场农机具进行最佳配备,建立了优化配置的数学模型,并结合实际,给出实例计算,其结果是使机械作业成本最低。

农场作物及机器设备选择系统的研究

将数据库、模拟及线性规划结合在一起，建立了一个同时选择农作物、作业方式及机器设备的软件系统。此系统可求得农场资源的最佳配置，并有较好的可移植性，同时在很大程度上克服了线性规划的非整数解与机器、劳力整数要求的矛盾以及模拟技术在优化系统方面的局限。

红壤丘陵区农户水土保持投资行为研究——以江西省余江县为例

通过对余江县3个乡镇的农户访谈式调查,对农户水土保持行为机理进行了分析。研究表明农户兼业行为、传统生产习惯、农业经营规模、农业劳动力状况、水土流失现状与家庭经济条件等因素对农户水土保持行为有较大影响。通过相关性分析,建立了多元线性回归模型。模型运行结果表明,农户水土保持行为主要受到非农收入比例、从事农业生产的时间、从事农业人口数量、经营土地面积、水土流失减产损失、家庭人均收入以及距离城市远近等因素的影响。非农收入比重高的农户,水土保持投入的积极性不高。农业人口多的农户,或者受家族传统影响较勤劳的农户,其水土保持投资也多。据此,提出了激励农户水土保持投资行为和改善水土流失治理现状的相关建议。

基于线性规划模型的红壤旱地种养结合优化模式的研究

根据种植业和养殖业协调发展的原则,以江西省余江县洪湖乡典型农户为研究对象,对旱作花生、生猪养殖、养殖粪污处理三个子系统进行种养结合型的优化设计,得出最优经济效益下的优化方案。优化后,该农户年纯收入增加7 118.7元,同时系统内解决50%的养殖粪污,具有较高的经济效益及良好的生态、社会效益,对该地区的生态农业发展及农业生态系统结构的调整具有一定的指导意义。

石河子大学教学实验农场种植结构优化设计

以新疆石河子大学教学实验农场为例,利用线性规划方法,在以水定地、维持生态平衡、满足社会需求及最大经济效益等原则下,对该场种植业内部作物进行优化设计。各种主要作物种植面积如下:粮食作物142hm2,棉花552hm2,工业番茄110hm2,果树55hm2,苗圃77hm2,菜地33hm2,可实现总产值1916万元。

含风电场的电力系统紧急电压模型预测控制

基于非线性模型预测控制理论,文中提出包含风电场的紧急电压控制器设计方法.以系统的准稳态近似模型为基础,建立滚动动态优化模型,将其滚动优化问题描述成一个具有连续-离散时间微分-代数方程组的最优控制问题,其优化目标是负荷节点电压偏差和控制成本最小.采用Radau排列法将滚动动态优化模型转化为非线性规划问题,并借助建模软件AMPL调用优化解法器IPOPT求解.改造后的新英格兰10机39节点系统的仿真结果验证了所提方法的有效性.

内蒙古典型农牧交错区作物优化布局决策分析

利用线性规划方法,以赤峰地区的巴林左旗为例,分析了内蒙古典型农牧交错区在各种干旱年型以及干旱年型未定的情况下,农作物的最优种植方案。并将此优化方案结果与实际作物种植情况进行效益分析评价,以验证此方案的增产效益,降低种植风险。结果表明:使用确定型或随机型优化方案,实际产量均有明显增产,并且确定型优化方案的增产效益高于随机型方案。但由于受到长期天气预报技术水平的限制,有时未来的干旱年型难以准确判定,此时使用随机型方案,粮食作物增产效益稳定,风险性低。

基于整数线性规划的农机装备优化配置决策支持系统研究

针对以往国内外农机装备配备的研究存在的不足,提出了改进型整数线性规划的一般数学模型。模型适合作业面积及收获作业天数可变情况下的农机装备结构优化问题,综合考虑农机装备工作效率、人工配备、燃油消耗等影响参数,并结合实例运行运筹学软件Lingo进行分析计算,证明了该模型的有效性及经济性,可为农场、种植大户、农业合作社、各级农机主管部门提供区域内农机装备最优配置的决策支持。