基于改进水波算法的复杂多人共站装配线平衡研究

针对实际装配环境中存在多人协同装配和共站的情况,研究了考虑工序复杂程度与工人能力差异的多人协作共站装配线平衡问题。首先,考虑到装配工序的复杂程度需指派不同规模和类型的工人组,建立了以最小化工作站数量和工人数量为目标函数的多目标优化数学模型;在此基础上,提出一种改进的离散水波优化算法,对算子进行了离散化改造,并设计了基于拓扑排序的编码方案和启发式的解码方案,同时引入扰动个体和路径重连的搜索策略来增加解的多样性,进而提高解的质量;最后,通过求解两类测试用例,以线效率和平滑指数作为性能指标,验证了改进离散水波算法在求解复杂多人共站装配线平衡问题上的可行性与有效性,并将算法应用到动车装配线平衡优化中。

室内多消防水炮协同灭火任务规划研究

室内大空间消防系统通常采用多个固定式智能消防水炮组成水炮群进行灭火。为改善室内多消防水炮对多火源灭火效率,提出一种基于火灾损失代价和灭火时间代价的粒子群任务规划算法。首先,采用整数编码方式对粒子进行编码,一组编码对应一组任务分配解;然后,应用非线性自适应权重更新方法动态调整算法关键参数,提升算法性能。为避免陷入局部最优解,采用基于模拟退火的自适应粒子群算法,以一定概率接受差解,提高粒子多样性,帮助算法跳出局部最优。针对火源动态变化和灭火过程中新发火源,设计了一种分阶段任务规划策略,与所提算法结合可有效解决动态规划问题。实例仿真结果表明,该算法在寻优效率和结果稳定性方面优于标准粒子群算法和自适应粒子群算法,具有良好的应用价值。

基于MADDPG算法协同预测的多智能体节能制热饮水机的能效提升

为提升公共场所制热饮水机的群体性能,降低整体能耗,设计了多智能体协同预测的节能制热饮水机。利用季节性ARIMA模型预测饮水机使用人数,结合决策树及遗传算法设定单台饮水机的临界阈值,应用多智能体协同MADDPG算法建立多台饮水机协同控制。通过构建用电成本回归模型测试样机性能,实验结论表明,与市面的商用饮水机相比,新设计的饮水机可节约55%的电费,在提高饮水机能源利用效率方面具有潜在应用价值。

水利工程卫星遥感监测技术应用与展望

卫星遥感监测在弥补地面测点不足、全面感知水利工程态势变化及风险源识别方面具有优势。总结分析了光学遥感、雷达遥感监测技术特点及在水利工程中的应用现状,指出遥感影像分类识别、合成孔径雷达干涉形变测量技术在工程应用中尚存在准确度和精度不高、未与工程风险评估深度融合等问题;面向水利工程建设与运行管理的应用需求,从在建工程施工进度监督、在运工程形变精准监测及风险源识别预警等3个典型应用场景,探讨了水利工程卫星遥感监测技术的业务化应用路径,剖析了尚存在遥感监测定量化及时空分辨率不足、“天-空-地”多尺度协同监测不够的技术瓶颈,展望了水利工程遥感监测技术应用的发展方向。

黄河水工程多维协同调度的初步理论框架研究

流域水工程协同调度是控制和管理洪水、协调水沙关系、合理配置水资源、支撑流域生态保护和高质量发展的关键手段,必须协调上下游、左右岸、干支流、汛期与非汛期等关系。围绕当前黄河水工程调度存在的多目标调度协同难、水库排沙与河道输沙协同难、全河大尺度生态调控难等难题,从属性协同、空间协同、时间协同、目标协同、工程协同5个维度全面分析了黄河水工程调度的协同与竞争关系。从充分发挥流域水工程综合效益的角度出发,以协同学理论为指导,识别了黄河水工程协同调度的序参量并确定其阈值,构建了黄河水工程多维协同调度模型,系统提出了黄河水工程多维协同调度的初步理论框架,为流域多目标激烈竞争关系的水工程协同调度研究提供参考。

面向区域能源互联网的水-能协同优化:综述与展望

随着经济社会的发展,水与能源之间的联系越来越紧密,面向区域能源互联网的水-能协同优化已经成为未来研究热点之一。鉴于此,文中对水-能耦合系统的基本概念、耦合特性、重点领域、关键技术进行了归纳总结。首先,介绍了给排水系统的环节与结构,并对比了给排水系统与能源系统的异同;其次,探讨了水-能系统的通用耦合关系,并进一步说明了典型应用场景和物理层级下的水-能耦合形态;然后,针对水-能协同优化重点领域即模型构建、规划设计、运行管理、市场互动方面,从数学建模及研究思路角度进行了梳理与阐述;最后,从不确定性处理、多主体管理、灵活性挖掘、弹性提升方面对水-能协同优化关键技术进行了分析与展望。

基于STM32单片机的可潜水式水空两用无人机设计

为使无人机同时具有空中飞行与水下航行2种功能,将水下航行装置加装在传统飞行功能的无人机上。开创性地设计蛋壳状外壳,大大减小飞行或者航行时的阻力。无人机由空中飞行模块、水下航行模块与飞控系统3个模块组成;在MDK环境下采用KeilμVision5软件结合C语言编写程序,利用Proteus 8.6软件对STM32F103T6芯片进行设计。采用Flyeval平台进行飞行模拟测试,收集最大前飞速度、单程飞行距离等各项飞行数据。结果表明:该无人机具备优良的飞行和水下作业能力,结合了飞行器和潜水器的功能,解决了无人机无法在多种环境下作业的难题,实用性强、性价比高。

风光互补电醇联产系统的容量优化配置

为推进清洁能源多领域应用,从而实现“双碳”目标,提出了一种风光互补电醇联产系统。以新型电醇联产系统的年收益最大为目标函数,建立风光容量配比优化模型。选取内蒙古某地风-光-氢能生产基地的真实历史数据,对该系统进行仿真,并展开能量分析、经济性分析。新型风光互补电醇联产系统经过合理的风光容量优化配置和协同优化后,可以利用氢能的储能优势,保证甲醇合成设备在40%最低负荷率以上持续稳定生产。仿真结果表明,当光伏容量为25.4 MW、风电容量为74.6 MW时,新型电醇联产系统的弃电率降为2.9%,大幅提升了对新能源电力的消纳能力。此时,系统的全年净收益为1773万元,相比只有风电运行时的净收益提升了6.6%。该研究为风光氢醇多能互补提供了一条可行的技术路线,同时收获了良好的经济效益与环境效益。

开关磁阻电机多目标协同优化设计

针对开关磁阻电机存在多变量、强耦合、高非线性等特点以及传统方法较难快速而准确地获得其最优设计方案的问题,引入了多目标协同优化设计方法。对协同优化算法进行了改进,提出了新型动态松弛因子法以及最优保留策略,在保证算法收敛性的同时,提高了其收敛速度及精度。以效率及转矩脉动为目标,利用改进型协同优化算法对开关磁阻电机的初始设计方案进行了优化,得到了关键几何尺寸和控制参数的全局最优取值。针对优化方案功率密度和热负荷较高的问题,设计了一个定、转子双水冷系统,并通过集中参数热网络模型证明了电机主要部位温度在工程允许范围之内。分析结果表明,改进型协同优化算法的引入达到了提升电机效率并降低其转矩脉动的目的。

多级人工湿地在风景园林中的应用研究 以西德维尔友谊学校为例

伴随着城镇化进程的不断加快,城市水资源短缺和水质恶化已经影响到我国可持续发展。与传统水处理基础设施相比,人工湿地作为一种生态水净化措施,由于其优美的景观特性和有效的水质改善功能,已成为研究和应用的热点,正日益受到重视。本文重点对多级人工湿地的概念、特征、优劣势和基本技术流程进行介绍,并以此为基础从多学科合作的视角重点探讨多级人工湿地与风景园林的结合,研究风景园林师在合作设计过程中的主要任务,并以西德维尔友谊学校中央湿地庭院为例从多学科协作设计、选址和场地设计、水净化系统设计、植物选择与设计等角度对其设计方法进行论述,为推动更加符合我国国情的人工湿地水净化技术和应用模式研究,以及未来示范推广奠定一定的基础。

土木类联合毕业设计中的分工与协作——以建筑给水排水专业为例

为了满足行业变革需求,顺应信息化发展潮流及“新工科”培养要求,西南石油大学土木工程与测绘学院进行了结合数字建造、基于BIM技术的土木类跨专业联合毕业的探索与实践。文章介绍了联合毕业设计的基本安排,详细说明了建筑给水排水工程在联合毕业设计中的分工与多专业协作的内容和方法,如何利用BIM技术更高效优质地完成建筑给水排水设计等,是四年联合毕业设计的总结与经验分享。

非并网风电单台风机日产万吨海水淡化系统研究

为了缓解我国淡水缺乏的现状,将海水进行淡化成了一个主要的研究方向。针对传统海水淡化方法属高耗能产业,并且使用常规能源,对环境易造成二次污染的缺陷,介绍了一种基于非并网多能源协同供电的海水淡化系统。该系统基于非并网风电原理,利用风、光、潮汐等绿色能源对海水淡化系统供电,提高了能源的利用效率,实现二氧化碳的零排放,具有很好的社会经济效益。本文设计并研发了一套单台风机日产万吨海水淡化系统,该系统利用1台2.5 MW风机对海水淡化系统供电,基于非并网风电理论,做到了风电高效、低成本、全部利用。

基于多主体协同的南水北调中线工程水源区生态保护与治理的长效机制研究

南水北调中线一期工程自2014年12月12日通水以来,有效缓解了京津冀豫等受水地区水资源紧缺形势,也大大提高了受水区水资源和水环境的承载能力。分析了在水源区生态保护和环境治理机制现状的基础上,完善府际关系协调机制,从加强水源区整体规划、完善生态保护与治理协同的利益协调、强化水源区生态保护与治理主体的多元协同、搭建监测预警的生态保护与治理信息机制、实现常态问责的协同治理评估机制等5个方面提出完善南水北调中线工程水源区生态保护与治理的多主体协同的长效机制。

粤港澳大湾区水污染治理研究:现实困境、域外经验及修补路径

粤港澳大湾区企业的密集建立、城镇的规模扩张、经济的快速发展,也产生了一系列严重的水污染问题。水污染治理是新时代坚持可持续发展道路、贯彻生态文明理念、落实党的十九大精神、推进美丽中国建设的重大战略举措。目前大湾区的水污染治理,呈现出治理设施薄弱化、治理目标差异化、治理方案任意化和治理体系简单化的特点。作为发展起步较早、治理经验较多的世界三大湾区,东京湾区、纽约湾区和旧金山湾区在水污染治理上采取了设立统一机构发挥协调功能、制定法律提供法制保障、重视社会力量健全治理体系等一系列有效措施。大湾区的水污染治理是一个复杂性、长期性和系统性的问题,应当结合自身特点和长远规划来借鉴这些成功经验,进一步加强城市污水处理的基础设施建设、完善大湾区水污染的协同治理机制、健全大湾区水污染的多元治理体系,为大湾区早日建设成为主导世界经济格局的又一主流湾区创造良好生态环境条件。

多星协同卫星遥感技术在湖南平江抽水蓄能电站水土保持监管中的应用

抽水蓄能电站施工占地范围大,地形复杂,水保监管难度大。而传统水保监测手段主要依靠人工现场调查,耗时耗力,急需引入一种新的技术手段进行抽水蓄能电站水土保持监管。在国家放管服政策实施下,利用以高分系列卫星为主,结合World View遥感卫星的多星协同技术,对平江抽水蓄能电站施工阶段进行扰动面积、施工道路及水保措施的监测。结果表明,利用多星协同技术进行平江抽水蓄能电站多频次水土保持监管,获取的扰动面积提取精度在95%以上,施工道路长度提取精度在95%以上,宽度提取精度在90%以上,均满足工程需要。此外,多星协同技术能及时发现施工现场水保问题并解决,有效减少安全隐患,保护水土,保障电站施工顺利进行,对抽水蓄能电站安全建设具有一定的指导意义。

巴基斯坦Karot水电站工程多专业三维协同设计

巴基斯坦Karot水电站工程基于我院构建的集测量、地质、水工、机电、金结和施工总布置等多专业于一体的"水利水电工程三维协同设计集成化平台",融合传统勘测设计模式,建立了多专业三维勘测设计模型,在工程勘测设计的不同阶段开展"野外地质数据电子化采集、室内地质数据库管理、三维地质建模及岩土工程数值分析、布置方案比选与论证、水工参数化精细设计建模与计算分析、工程量自动统计、三维配筋、二维出图、工程视景仿真"等多方位的专业性工作,为业主提供更为优质的设计产品与咨询服务。

区域水-能耦合关系及资源短缺风险评估

资源禀赋差异的客观存在以及维护经济发展和社会稳定的客观需求为区域水和能源的可持续性供应带来挑战。水和能源在生产环节和消费环节相互依赖,厘清水和能源在供需环节的内在关联及相关风险对实现水和能源资源的有效协同管理具有重要意义。本文从水-能耦合关系出发,构建了区域水-能耦合指数和区域资源短缺风险评估模型,用于揭示区域水-能直接和间接关系,剖析区域间水-能耦合特征,以及评估区域内和区域间的资源短缺风险。以长三角地区为例,本文发现区域内社会经济和物质流动会使各省市之间形成资源依赖或掠夺关系,混合隐含水、隐含能的输入输出会导致各省市承受相应的溢出风险,因而区域内需对资源进行优化配置,确保资源供应的稳定性。本文为水-能源耦合关系研究提供了新的视角,有助于揭示区域资源供应可靠性,提供区域水-能协同优化配置的有效方案。

新型挡潮闸下港道清淤船的复合功能研究

针对江苏沿海挡潮闸下港道维护中需要清除上层浮淤、中层软淤、下层板淤及浅滩边坡的实际,提出了新型清淤船实现斗轮挖泥、水炮切割、射流拖淤三大功能复合的需求与途径。从优化其结构、方便操作、降低能耗和减少运行成本等目的出发,阐述了多种功能集成方法和确定了性能指标技术参数。为检验其挖、冲、拖装置复合操作应用的清淤效果,通过现场测试数据进行的计算和分析证明了这种新型清淤船是沿海挡潮闸下港道有效维护的理想机械。

基于水云模型的农田地表土壤水分监测研究

目前,农田地表土壤水分监测方法存在操作复杂、监测范围受限的问题。对此,文章提出了一种基于水云模型的农田地表土壤水分监测方法。首先,文章将土壤样本的投影值与土壤的含量分级表进行对照,判定土壤的基础属性;然后,通过离心法计算不同吸力下的土壤含水率,确定土壤体积含水量和土壤水势的关系;最后,根据土壤水分的空间分布特征的分析结果,采用水云模型对农田地表土壤中的水分状况进行监测。实验结果表明,实验组在4种深度下土壤水分含量的监测精度均高于95%,说明文章方法监测性能较好。

温带次生林生态系统塔群监测研究平台(清原科尔塔群)

森林生态系统结构调控与功能优化是森林生态与管理的核心研究主题。然而,受技术与理论限制,复杂地形下森林三维精细结构监测能力不足、功能估测精度不高;森林生态系统结构的复杂性和人类社会对其服务功能的迫切需求对上述研究主题提出前所未有的挑战。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站于2019年在典型独立小流域内建成了观测塔群(3座观测塔)、水文站网、长期固定样地群,辅以综合数据中心;打造以激光雷达为主要森林结构监测、以涡动通量系统和水文站网为主要功能监测手段的"温带次生林生态系统塔群监测研究平台"(以下简称"科尔塔群")。科尔塔群集成了观测塔群-水文站网-长期固定样地群,构成以遥感技术-涡度相关法-测树学法-森林信息学法为主要手段的协同、跨学科观测体系,具有多方法、多尺度、多要素的核心特征,可开展多类相关研究以满足国家需求、探索国际前沿。基于上述优势,科尔塔群可准确获取森林三维结构,以全息新视角探索森林生态学规律,发展复杂地形下森林生态系统碳-氮-水和其他痕量气体通量观测新理论与方法,研究全球变化背景下森林生态系统碳-氮-水等循环过程与响应,阐明森林水文过程及调控机制,为森林结构调控与功能优化提供基础数据和理论支持,使森林为人类社会提供广泛且可持续的生态服务。