SmartMicro Grid Energy System Management Based on Optimum Running Cost for Rural Communities in Rwanda

The governmental electric utility and the private sector are joining hands to meet the target of electrifying all households by 2024.However,the aforementioned goal is challenged by households that are scattered in remote areas.So far,Solar Home Systems(SHS)have mostly been applied to increase electricity access in rural areas.SHSs have continuous constraints to meet electricity demands and cannot run income-generating activities.The current research presents the feasibility study of electrifying Remera village with the smart microgrid as a case study.The renewable energy resources available in Remera are the key sources of electricity in that village.The generation capacity is estimated based on the load profile.The microgrid configurations are simulated with HOMER,and the genetic algorithm is used to analyze the optimum cost.By analyzing the impact of operation and maintenance costs,the results show that the absence of subsidies increases the levelized cost of electricity(COE)five times greater than the electricity price from the public utility.The microgrid made up of PV,diesel generator,and batteries proved to be the most viable solution and ensured continuous power supply to customers.By considering the subsidies,COE reaches 0.186$/kWh,a competitive price with electricity from public utilities in Rwanda.

Permeability evolution mechanism and the optimum permeability determination of uranium leaching from low-permeability sandstone treated with low-frequency vibration

Low-frequency vibrations can effectively improve natural sandstone permeability,and higher vibration frequency is associated with larger permeability.However,the optimum permeability and permeability evolution mechanism for uranium leaching and the relationship between permeability and the change of chemical reactive rate affecting uranium leaching have not been determined.To solve the above problems,in this study,identical homogeneous sandstone samples were selected to simulate lowpermeability sandstone;a permeability evolution model considering the combined action of vibration stress,pore water pressure,water flow impact force,and chemical erosion was established;and vibration leaching experiments were performed to test the model accuracy.Both the permeability and chemical reactions were found to simultaneously restrict U6þleaching,and the vibration treatment increased the permeability,causing the U6þleaching reaction to no longer be diffusion-constrained but to be primarily controlled by the reaction rate.Changes of the model calculation parameters were further analyzed to determine the permeability evolution mechanism under the influence of vibration and chemical erosion,to prove the correctness of the mechanism according to the experimental results,and to develop a new method for determining the optimum permeability in uranium leaching.The uranium leaching was found to primarily follow a process consisting of(1)a permeability control stage,(2)achieving the optimum permeability,(3)a chemical reactive rate control stage,and(4)a channel flow stage.The resolution of these problems is of great significance for facilitating the application and promotion of lowfrequency vibration in the CO_(2)+O_(2) leaching process.

Optimum Design of Stair-Climbing Robots Using Taguchi Method

Environmental issues like pollution are major threats to human health.Many systems are developed to reduce pollution.In this paper,an optimal mobile robot design to reduce pollution in Green supply chain management system.Green supply chain management involves as similating environmentally and eco-nomically feasible solutions into the supply chain life-cycle.Smartness,advanced technologies,and advanced networks are becoming pillars of a sustainable supply chain management system.At the same time,there is much change happening in the logistics industry.They are moving towards a new logistics model.In the new model,robotic logistics has a vital role.The reasons for this change are the rapid growth of the e-commerce business and the shortage of workers.The advantages of using robotic logistics are reduction in human errors,faster delivery speed,better customer satisfaction,more safety for workers,and high workforce adaptability.A robot with rocker-bogie suspension is a six-wheeled mobile platform that has a distinctive potential to keep all wheels on the ground continuously.It has been designed to traverse rough and uneven terrain by distributing the load over its wheels equally.However,there is a limitation to achieving high-speed mobility against vertical barriers.In this research,an optimal design of product delivery wheeled robots for a sustainable supply chain system is proposed to ensure higher adaptability and maximum stability during climbing staircases.The design parameters of the proposed robot are optimized using Taguchi Method.The aim is to get a smooth trajectory of the robot’s center-of-mass.The proposed approach realizes a robot with much-improved stability which can climb over heights more than the size of the wheel(i.e.,3 times the radius of wheels).The results reveal that the modified rocker-bogie system not only increases the stair-climbing capability but also thwarts instability due to overturning of a wheel of the robot.

Optimum Application Rate of Nitrogen in Summer Peanut in Southern Shandong Area

[Objectives]To study the effect of nitrogen(N)on the growth demand of summer peanuts under a certain level of phosphorus and potassium fertilizers,and to carry out experiments on nitrogen fertilizer control of summer peanuts.[Methods]Four treatments were set up in the experiment:no-nitrogen plot(N 0P_(4)K_(4)),optimized nitrogen plot(N_(7)P_(4)K_(4)),70%optimized nitrogen plot(N_(5)P_(4)K_(4)),130%optimized nitrogen plot(N 9P 4K 4),repeated 3 times,and arranged in random blocks.The area of the plot was 42 m^(2),ridges were set between the plots,and protective rows of more than 1 m were set around the experimental site.The types of fertilizers were urea,superphosphate,and imported potassium chloride,and the variety of peanuts was Linhua 5.Except for the level of fertilization,other agricultural operations were the same,and soil sampling tests,field records,and yield testing were carried out according to the requirements of the plan.[Results]On the basis of 60 kg/ha of phosphorus and potassium fertilizer application,the optimum economical fertilizer application rate and the highest application rate of pure nitrogen were about 115.20 and 131.25 kg/ha,respectively.[Conclusions]This study is expected to provide a certain basis for the high-quality and high-yield summer peanuts in southern Shandong area.

改进蚁群算法的送餐机器人路径规划

蚁群算法拥有良好的全局性、自组织性、鲁棒性,但传统蚁群算法存在许多不足之处。为此,针对算法在路径规划问题中的缺陷,在传统蚁群算法的状态转移公式中,引入目标点距离因素和引导素,加快算法收敛性和改善局部最优缺陷。在带时间窗的车辆路径问题(vehicle routing problem with time windows,VRPTW)上,融合蚁群算法和遗传算法,并将顾客时间窗宽度以及机器人等待时间加入蚁群算法状态转移公式中,以及将蚁群算法的解作为遗传算法的初始种群,提高遗传算法的初始解质量,然后进行编码,设置违反时间窗约束和载重量的惩罚函数和适应度函数,在传统遗传算法的交叉、变异操作后加入了破坏-修复基因的操作来优化每一代新解的质量,在Solomon Benchmark算例上进行仿真,对比算法改进前后的最优解,验证算法可行性。最后在餐厅送餐问题中把带有障碍物的仿真环境路径规划问题和VRPTW问题结合,使用改进后的算法解决餐厅环境下送餐机器人对顾客服务配送问题。

振动压路机的能量传递模型与作业参数优化研究

为提高振动压路机作业过程的压实质量,研究了振动压路机的能量传递模型与作业参数优化。首先基于U-K方程建立“碾轮-被压实材料”的系统振动动力学模型,结合能量守恒提出振动压路机能量传递模型;然后以振动频率和压实速度作为寻优工作参数,构建路面压实质量的优化模型;最后通过案例验证证明了所提方法的可行性与有效性。结果表明:工作频率与被压实材料的固有频率比值保持在√2~2范围内,可避免共振带来的影响;初始阶段低速碾压,材料性能稳定后提高碾压速度可保证高效压实,得出振动频率在21.8~27 Hz、压实速度在2.36~2.91 km/s范围内,可达到最优的压实效果。所提的能量传递模型、作业参数优化模型为保障振动压路机压实质量奠定了基础,为提高振动压路机压实质量和效率提供了参考。

基于CGCS2000新框架的地物坐标更新策略研究与分析

本文针对未来CGCS2000框架更新后,由此衍生的全国各类实体坐标成果的更新策略和方法进行分析研究,为未来CGCS2000框架维持在GPS布点、数据处理方法及达到的精度方面提供思路和应对策略。采用地形及面积与我国大致相同,且可以公开下载的国外密集的CORS站数据,设计、处理形成了研究所需的不同时长的GPS观测数据集及厘米级、分米级CGCS2000坐标数据仿真集。分别讨论了天文大地网CGCS2000坐标从分米级至厘米级的提升,以及基于CORS的CGCS2000新框架衍生的实体坐标转换的实施方法和策略。对转换到新框架下影响坐标转换精度的因素:格网内插方法、控制点密度、搜索范围、格网间距等进行充分试验分析,确定了:①天文大地点CGCS2000精度从分米级到厘米级提升的最大控制点间距为2.2°,相应为230 km,即全国需要布363个点;但顾及地方框架的自身维护,各省(市)至少有4个站,则全国需在2178个天文大地点进行GPS观测。②要实现新的CGCS2000框架下实体坐标间隔10年的动态更新,若布设985个CORS站,在我国东部和中部控制点间距分别为482 km、西部地区为107 km时可达到5 cm的精度;而全国布置2170个CORS站,对应我国东部、中部、西部地区控制点密度分别为118、374、75 km时可达到3 cm的精度。因试验区为地理近似而非完全一致,本文所得结论和实际会有差异,仅为我国框架衍生的各类实体坐标成果更新机制提供参考和借鉴。

滨海盐碱稻区水稻氮肥适宜用量及运筹模式研究

通过在辽河三角洲滨海盐碱稻区设置田间小区试验,探明了不同氮肥用量(0~420 kg/hm^(2))和运筹模式(基肥∶蘖肥∶穗肥分别为6∶3∶1与4∶3∶3,以下简称6∶3∶1模式与4∶3∶3模式)对水稻生长发育以及产量品质的影响。通过对水稻分蘖动态调查研究表明,两种氮肥运筹模式下水稻平均茎蘖数均与施氮量呈显著正相关(r^(2)≥0.90),同时,6∶3∶1模式下氮肥用量对水稻平均茎蘖数的影响程度高于4∶3∶3模式。通过分析不同施氮量与产量的相关关系,发现了两者符合线性加平台肥料效应模型,拟合得到6∶3∶1模式与4∶3∶3模式下的最佳施氮量(EONR)分别为216 kg/hm^(2)(210~235 kg/hm^(2))与316 kg/hm^(2)(300~332 kg/hm^(2)),6∶3∶1模式的EONR比4∶3∶3模式高46.3%。通过考查两种氮肥运筹模式下的氮素利用率指标,发现4∶3∶3模式下各处理氮素利用率(37.2%~40.8%)显著高于6∶3∶1模式(29.9%~34.2%)。通过分析稻米营养与食味品质,在兼顾产量的前提下,再次明确了6∶3∶1模式与4∶3∶3模式下适宜氮肥用量分别为300~332与210~235 kg/hm^(2)。综合考虑水稻产量、氮素利用率以及稻米品质3个指标,推荐辽河三角洲滨海盐碱稻区的适宜氮肥施用量为210~235 kg/hm^(2),最宜采用的氮肥运筹模式为4∶3∶3。研究结果可以为辽河三角洲盐碱稻区合理施肥与氮肥高效利用提供切实的技术指导,为该地区水稻产业绿色发展提供理论支撑。

专利数据辅助的新产品概念设计方案生成方法

在生成新产品概念设计方案的过程中,企业常缺乏辅助新产品功能描述、分解及创新的设计知识,且存在功能实现技术检索结果可用性不高、难以有效转化为概念设计方案技术特征的问题。为此,提出一种专利数据辅助的新产品概念设计方案生成方法。首先,使用文本相似度算法,检索国际专利分类表中与设计任务相关的分类号文本,辅助描述新产品的主功能。其次,引入C-K理论将下级分类号释义视为K空间中的元素,新产品子功能视为C空间中的元素,通过元素间转化辅助完成主功能分解。再次,结合专利技术成熟度分析和功能创新策略,确定新产品的功能创新方向,并依据共现分类号释义预测新产品的集成功能,辅助实现新产品的功能创新。接着,应用专利文献跨域特征分析模型,引入技术领域融合度的概念,量化专利技术的知识广度和流动性,辅助优选功能实现技术,并利用语义解析技术自动提取专利独立权利要求中的技术特征,辅助生成新产品概念设计方案。最后,将该方法应用于重型汽车底盘预装设备领域的新产品开发,证明了方法的有效性。

ATIS与收费策略下多用户随机均衡的效率损失

考虑ATIS作用的交通网络,用户具有交通信息接受程度的异质性;进一步,考虑实施道路收费策略情形下,用户具有时间价值的异质性;基于这两类异质性,研究了ATIS下异质性交通网络的效率损失问题。用户对ATIS系统的响应程度,亦即ATIS信息遵从率,是影响ATIS系统运行效率的关键因素。因此,通过ATIS信息遵从率参数的引入,将用户分为不同类型。假设用户均按照随机方式进行择路,建立了基于时间准则与基于费用准则的多用户Logit-随机均衡变分不等式。当系统总出行成本包含收费时,建立了多用户双准则系统最优模型,界定了多用户Logit-随机均衡相对于多用户系统最优的效率损失,推导出效率损失上界;进一步分析了当路段阻抗函数为多项式情形时,引入了自由流出行时间参数,给出了双准则下效率损失上界的解析式,分析了效率损失上界与各参数之间的关系。研究结论表明,双准则下效率损失上界为ATIS信息遵从率的减函数;此外,效率损失上界与路段阻抗函数、用户时间价值及其对路网的熟悉程度、路网本身复杂程度等因素有关。最后,通过算例验证了结论的有效性。

腔内ECG定位技术联合体外测量法在PICC中的应用

目的:探讨腔内心电图(ECG)定位技术联合体外测量法在经外周静脉穿刺的中心静脉导管(PICC)中的应用。方法:选取2021年1月—2023年1月阜宁县人民医院收治的100例行上肢PICC置管的患者作为研究对象。根据抛币法将其随机分为观察组和对照组,各50例。两组均进行PICC,对照组PICC应用体外测量法,观察组PICC应用腔内ECG定位技术联合体外测量法。比较两组一次性置管情况、导管相关并发症、置管满意度。结果:观察组置管准确率为98.00%,高于对照组的86.00%,置管过深率低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。两组并发症发生率比较,差异无统计学意义(P>0.05)。观察组总满意度为100%,高于对照组的92.00%,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:腔内ECG定位技术联合体外测量法可提高一次置管准确率,提高患者满意率。

基于耦合辐射模型的太阳能集热器倾角优化研究

为了使太阳能集热器获得更多的太阳辐射量,须对集热器倾角进行优化。文章在建立倾斜面太阳辐射计算模型的基础上,分别优化直接辐射、散射辐射的计算过程。以太阳能集热器运行期间倾斜面接收最大辐射量为求解目标,借助MATLAB对集热器倾角进行优化分析,得到月度最佳倾角和年度最佳倾角。其中天津地区的太阳能集热器年度最佳倾角为36.3°,比当地纬度略小;月度最佳倾角为10~64°,表现为夏季小冬季大的特点。相较于水平放置,在年度最佳倾角和月度最佳倾角下,太阳能集热器接收的年太阳辐射量可分别增加12.4%,17.3%;相较当地纬度作为倾角时,以月度最佳倾角值逐月调整接收的太阳辐射量可增加5.0%。分别以广州、拉萨、济南和长春为例,计算得到上述地区的年、月最佳倾角。对不同地区进行对比分析发现,直接辐射占比较高的地区逐月改变最佳倾角可获得更高的能量增益。

混合基础隔震体系优化设计及性能

为解决基础隔震结构中隔震层位移需求过大的问题,提出了一种基础隔震结构(Base Isolated Structure,BIS)+串并联调谐质量阻尼器惯容器(Tuned Tandem Mass Damper-Inerter, TTMDI)的混合隔震体系。采用Bouc-Wen滞回模型模拟隔震层的非线性力-变形行为,基于随机等效线性化和模式搜索优化算法并考虑地震动模型,在频域内建立了BIS+TTMDI体系的优化设计框架。分别从鲁棒性、有效性、刚度和阻尼系数、冲程及对地震频率敏感性方面对BIS+TTMDI体系的性能进行评估,并与BIS+调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD)、串并联调谐质量阻尼器(TunedTandemMassDamper,TTMD)和调谐质量阻尼器惯容器(TunedMass Damper-Inerter, TMDI)进行比较。通过对近场地震动下某七层混合基础隔震结构(包括BIS+TTMDI和BIS+TMDI体系)的动力弹塑性分析,评价了其减/隔震性能。结果表明:BIS+TTMDI体系具有最好的减/隔震性能和强鲁棒性;而且在BIS+TTMDI体系中TTMDI的总阻尼需求不到BIS+TMDI体系中TMDI的一半,因而更为经济实用。

基于疫苗接种的SEIHRVI传染病模型分析与最优控制

为研究疫苗接种对控制传染病的影响,建立了具有标准发生率的传染病模型。通过推导得出模型的基本再生数,给出地方病平衡点的存在条件。借助构造Lyapunov函数证明了平衡点的全局稳定性。应用Pontryagin最大值原理分析了最优控制问题,得出最优控制策略。结果表明:提高疫苗接种率和效力能有效控制疾病传播;注意自我保护,及时接种以及重视治疗一定程度上可减小疾病爆发的规模。

铁尾矿-钢纤维双掺混凝土制备及性能研究

铁尾矿长期堆积在尾矿库造成资源浪费和环境破坏,研究铁尾矿-钢纤维混凝土力学性能对开发利用铁尾矿具有重要意义。在混凝土中掺入铁尾矿和钢纤维,研究不同材料配比下混凝土的抗压强度变化。结果表明:铁尾矿掺量过低,生成的胶状聚合物较少,黏结作用较弱,铁尾矿掺量过高会导致混凝土含水量过高,均会降低混凝土抗压强度;钢纤维对混凝土抗压强度具有提升作用;氢氧化钠掺量与水胶比主要影响胶状聚合物的形成,分布均匀、充足的胶状聚合物可有效连接水泥基体和钢纤维,增强混凝土抗压强度;铁尾矿-钢纤维混凝土最优配比为铁尾矿掺量40%、45 mm长度钢纤维体积掺量2%、氢氧化钠掺量40%、水胶比0.2。

基于神经网络与遗传算法的离心泵汽蚀性能优化设计

为了研究离心泵发生汽蚀过程时其内部流动规律和对其汽蚀性能的优化设计,在结合传统优化方法的基础上,提出神经网络与遗传算法结合的智能优化方法。通过Plackett-Burman试验设计从离心泵的叶轮进出口直径、进出口安放角、叶片数、叶片包角等7个设计参数中筛选出显著影响的3个优化设计变量。叶片出口宽度、叶片包角和叶轮出口直径3个优化设计变量,其影响汽蚀性能的显著性由大到小。运用拉丁超立方抽样方法抽取30组设计方案,分别进行数值模拟计算,得出相应的汽蚀余量值。建立神经网络模型,结合遗传算法在规定范围内进行寻优,得到最优设计变量组合及最优汽蚀余量值。取优化后的参数进行数值模拟计算,优化后的离心泵在相同工况下汽蚀余量降低了43.1%,说明优化后的离心泵抗汽蚀性能显著提高。

双城系统的聚集外部性、拥堵外部性和最优收费

聚集外部性有利于提高双城系统的经济发展,但同时也会产生城际通勤拥堵外部性,为缓解城际通勤交通拥堵,可以利用最优收费调节交通供需关系。本文研究了城际通勤最优收费水平随交通拥堵外部性和聚集外部性的变化规律,建立双城系统的空间均衡模型和社会最优模型,分析居民的职住分布,得到城际通勤最优收费水平。结果表明,因为聚集外部性的存在,城际通勤最优收费水平可能大大低于交通拥堵外部性成本;当聚集外部性固定时,城际通勤最优收费水平随交通拥堵外部性的增大而增大;当交通拥堵外部性固定时,随着聚集外部性的增大,城际通勤最优收费水平先增大后减少;当聚集外部性和交通拥堵外部性同时变化时,随着聚集外部性的增大,交通拥堵外部性的减少,城际通勤最优收费小于零,此时,城际通勤时可以得到补贴。

匍枝马尾藻中砷的脱除工艺研究

研究以匍枝马尾藻为原材料,借助电感耦合等离子体质谱技术(ICP-MS)分析了其中总砷含量,并评估了藻体粒径大小、脱除剂、料液比、脱除温度和时间等因素对总砷脱除效果的影响。在此基础上,通过正交优化试验,得到脱砷的最佳工艺参数为:藻粉粒径0.1 cm,脱除剂为水,料液比1∶40(g/mL),脱除时间3 h,脱除温度45℃,匍枝马尾藻中总砷的脱除率为85.42%。此工艺简单易操作,能够脱除马尾藻中大部分砷,为降低海藻中有害元素砷提供了有效途径。

改进的局部最值分段多项式拟合算法精确校正拉曼光谱基线

基线校正作为拉曼光谱预处理极为关键的步骤之一,对进一步拉曼光谱数据分析和实现拉曼成像等有重要意义。目前,最常用的基线校正算法基于多项式拟合,由于其采用手动或半手动的形式,因此依赖人工经验,对用户的专业性要求较高,处理过程繁琐,处理结果差异较大。同时,在使用过程中,多项式阶数及移动分段窗口难以选择确定,因此处理的结果常出现欠拟合或过拟合现象。针对传统多项式拟合算法的此类局限性,改进了局部最值分段多项式拟合(NPPF)算法用于精确校正拉曼光谱基线。首先采用了改进的基于分段的局部最值算法,选取光谱中最宽峰底部轮廓的近似横向宽度作为背景点窗口宽度,依次选取窗口内的最小两个值作为需要拟合的背景基线点,避免直接比较或者人工选取导致的背景点选取困难,实现更准确地选取每个背景轮廓基线点。然后通过每个窗口三次拟合迭代覆盖的方式,得到三个拟合曲线函数,选取窗口内每个点对应三个曲线函数值,分别计算与前一拟合值的差值绝对值,取绝对值最小的曲线函数值作为此点拟合曲线值,从而较好地避免了传统分段多项式拟合(PPF)算法中的欠拟合和过拟合现象,同时也确定了拟合过程中的阶数和分段窗口。模拟了两种不同背景类型的拉曼光谱,将NPPF与PPF算法分别对两种模拟光谱进行处理比较,发现NPPF处理结果均方根误差(RMSE)小,证实NPPF较于PPF的优越性。最后,对实际样品(烯啶虫胺、罗丹明6G)的拉曼光谱进行了NPPF和PPF对比处理,发现NPPF的拟合基线较为准确,证实该算法NPPF在拉曼光谱基线校正预处理中具有广泛的实际应用价值和前景。

透射式GaAs光电阴极性能提高以及结构优化

为了提高透射式GaAs光电阴极性能,将国内与美国ITT公司的透射式GaAs光电阴极量子效率曲线进行对比,可知我国透射式光电阴极积分灵敏度已经达到2130μA/lm,美国ITT达到了2330μA/lm.利用修正后的量子效率、光学性能以及积分灵敏度的理论模型,分别对两者进行光学结构拟合.结果表明,国内光电阴极在窗口层和发射层的厚度、电子扩散长度以及后界面复合速率等方面均与ITT有一定差距.为了缩短两者的差距,优化阴极结构参数,具体研究了电子扩散长度和发射层厚度对量子效率的影响,结果表明如果均匀掺杂透射式GaAs光电阴极发射层厚度为1.3μm、电子扩散长度为7μm,则积分灵敏度可以达到2800μA/lm以上.