长江中游城市群创新网络演化及影响因素研究

区域一体化背景下,城市群成为推动区域创新协调发展的重要空间载体和增长极,创新活动由单一合作向网络化创新发展。研究利用长江中游城市群28个城市的发明专利合作数据构建创新网络,采用社会网络分析和QAP回归分析对2008—2019年长江中游城市群创新网络的演化进程和驱动机制进行了分析。研究表明:创新网络的规模持续扩张,创新联系增长迅速,创新网络结构从以武汉、长沙为中心的“双核心”结构发展为以武汉、长沙、南昌为中心的“三核心”结构;QAP回归分析发现,地理邻近性、制度邻近性、组织邻近性和地理邻近性对创新网络有显著的推动作用,产业邻近性对创新网络表现出抑制性。

Lyapunov-based boundary feedback control in multi-reach canals

This paper presents a Lyapunov-based approach to design the boundary feedback control for an open-channel network composed of a cascade of multi-reach canals, each described by a pair of Saint-Venant equations. The weighted sum of entropies of the multi-reaches is adopted to construct the Lyapunov function. The time derivative of the Lyapunov function is expressed by the water depth variations at the gate boundaries, based on which a class of boundary feedback controllers is presented to guarantee the local asymptotic closed-loop stability. The advantage of this approach is that only the water level depths at the gate boundaries are measured as the feedback.

水风光协同运行背景下黄河上游水资源综合利用多目标竞争关系分析

随着水电补偿调节风光负担的加重,黄河上游地区水资源竞争关系日益复杂。通过建立水风光中长期协同运行模型,对典型年和不同风光出力进行组合,分析不同风光比例下各组目标之间的竞争关系及成因,尤其是防凌、灌溉等特殊时期,结果表明:凌汛初期较大的出库流量导致后续可用水量减小;水电需要补偿调节不稳定的风光出力从而导致出库流量无法满足灌溉期的流量需求;典型年竞争关系随来水的降低而复杂,不同风光比例下的竞争关系随风光占比的增加而复杂。研究成果可供水资源多目标综合利用研究参考。

流域未来径流和蓄水量预测不确定性的量化评估

水文模拟精度优劣与参与水文过程的多源不确定性相关,且其累积效应将会造成预测不确定性进一步扩大。因此,以黄河源区为例,利用极大似然不确定性估计法(GLUE)识别新安江模型有效参数组,通过耦合CMIP5下4种气候模式、3种气候变化情景、8种有效参数组,揭示了各源不确定性对流域径流量和蓄水量预测的影响,并采用方差分析方法(ANOVA)量化分离了其对月尺度流域径流量和蓄水量预测不确定性的相对贡献。结果表明,利用统计降尺度模型(SDSM)获得的降水量、最低和最高气温数据可较好的应用于研究区,其相关系数R^(2)均大于0.70,且均方根误差R_(RMSE)小于30%;参数和GCMs不确定性对流域径流量的影响占主导地位,前者对流域蓄水量的相对贡献高达0.98,且多源不确定性之间交互作用对汛前和汛后的贡献大于非汛期。研究结果对于流域防洪减灾、降低水文模拟过程认知不确定性具有重要意义。

官厅水库多目标调度规律与方案研究

为探究水文变异和外调水源补给对水电站发电和生态的影响,以官厅水库下游减水河段为例,在计算水文变异下生态流量的基础上,定义了减水河段的生态保证程度,建立了水库发电和生态保证程度多目标优化调度模型,采用非支配遗传算法(NSGA-II)求解多种情景方案。研究结果表明:官厅水库入库径流分别于1971年和1983年发生变异,水文变异后发电和平均生态保证程度显著降低;水电站发电和生态之间多目标关系显著,发电量减少37.4%可增加67.8%的生态效益;外调水源补给后发电量和平均生态保证程度均显著提高,特别是枯水年,分别提高56.9%和40.3%。

环长株潭城市群建设用地扩张时空特征及其质量分析

探讨城市群建设用地扩张及其质量特征,对于构建高质量的城市群空间结构具有重要价值。以环长株潭城市群为研究对象,利用Landsat TM/ETM遥感数据,运用扩张强度指数、协调度模型和Tapio弹性脱钩模型对其建设用地时空演变和扩张质量进行多尺度分析,并运用Theil指数对其扩张质量的区域差异进行分析。结果表明:1)2000―2020年,环长株潭城市群建设用地面积持续扩大,阶段性特征显著,且空间分异格局明显。2)城市群整体建设用地与人口间的协调关系总体上处于不协调状态,但协调度的提升态势明显;都市圈尺度的人地协调关系的优化提升快于城市群整体。3)城市群整体建设用地与经济的脱钩关系总体上属于弱脱钩类型,且呈趋优趋势;都市圈尺度的脱钩耦合关系明显优于城市群整体。

黄河上游暖湿化的多时间尺度特征及对生态植被的影响

黄河上游地处青藏高原、黄土高原、蒙古高原交汇区,气候变化敏感,生态环境脆弱,是黄河流域主要的产流区和水源涵养区,生态区位对于黄河流域水资源和生态安全非常重要。21世纪初以来黄河上游呈现出了显著的暖湿化特征,但暖湿化的多时间尺度特征、成因及对生态植被的影响并不清楚。为此,本文基于观测、再分析、卫星遥感以及未来情景预估等多源数据,利用EOF、EEMD等多种统计方法,对半个多世纪以来黄河上游的增暖与干湿特征进行了系统分析,并就当前暖湿化的成因及对生态植被的影响进行了探讨。研究表明:1961年以来黄河上游平均温度以0.37℃·(10a)^(-1)的速率增加,较全球、全国乃至西北地区同期的增温更为显著;降水表现出了明显的年代际变化,其中1997年以来以32 mm·(10a)^(-1)速率显著增加,因此,1997年以来黄河上游呈显著的暖湿化趋势。从空间异常分布特征来看,平均温度与降水主要以区域一致的模态变化为主。从多时间尺度变化来看,平均温度主要以长期趋势变化为主,年际变化次之,而降水主要以年际变化为主,多年代际变化次之,1961年以来黄河上游之所以持续增暖,主要是平均温度趋势项分量增加的结果,而1997年以来的显著湿化主要是由降水30 a以上多年代际尺度分量增加所致。从空间动态变化来看,黄河上游1961-2010年期间每个气候态时段区域整体呈暖干化,但干化趋势逐气候态时段减缓,而1991-2020年区域呈一致的暖湿化。黄河上游降水变化主要受西风、东亚夏季风和南亚夏季风环流系统的共同影响,但在不同时间尺度上影响的环流因子差异较大,年际尺度上主要受南亚夏季风单一环流因子影响,年代际尺度上主要受西风和南亚夏季风共同影响,多年代际尺度上主要受西风和东亚夏季风环流共同影响,1997年以来的湿化趋势主要是西风和东亚夏季风环流协同增强的结果。预计未来80年黄河上游继续呈暖湿化趋势,增暖趋势同当前基本相当,而湿化趋势明显弱于当前。黄河上游水热条件不足,生态植被对近3个月以来的平均温度与降水具有一定的依赖性,相比较对同期降水的依赖性更强,此外平均温度对生态植被的滞后效应较降水更长。从温度和降水的协同作用看,暖湿匹配的气候类型最有利于植被生长,冷干匹配的气候类型则相反。近20年来的气候暖湿化使得黄河上游生态植被整体呈向好态势,未来80年的暖湿化可能使得生态植被继续向好。

长江中游城市群县域生态效率时空格局及多维动态演进

利用超效率SBM模型测度2009—2018年长江中游城市群县域生态效率,并采用Dagum基尼系数及其分解、优化的Getis-Ord G_(i)^(*)指数、动态Kernel密度估计以及空间Markov链等方法,揭示长江中游城市群县域生态效率的时空格局与多维动态演进特征。结果表明:①样本研究期间,生态效率整体提升、整体差异逐渐增大,由省域间差异与省域内差异共同决定;②空间分布上,生态效率低值区逐渐实现等级跃迁,演化为“环长株潭城市群和荆襄宜城市带双热点区、环鄱阳湖城市群冷点区”,形成多级分化空间格局;③研究期内,长江中游城市群县域生态效率处于低水平稳定提升阶段,存在持续性低–低集聚特征;④随着时间迁移,长江中游城市群县域生态效率不稳定性提高,不同相邻地区生态效率水平对4类地区生态效率稳定性影响不尽相同。

未知输入下多智能体系统的分布式协同控制

针对具有未知领导者控制输入的双积分形式的二阶多智能体系统的有限时间分布式协同控制问题进行了研究。首先,为了快速、准确地估计领导者的控制输入信息,提出了一种新的基于双曲正切函数的有限时间跟踪微分器,并引入终端吸引子函数来消除抖振。其次,设计了一种基于含减速点的新型变速趋近律的有限时间跟踪控制律,系统在远离减速点时具有较快的收敛速度,在靠近减速点时能有效削弱抖振。在此控制律的作用下,跟随者利用所获得的控制输入信息,可以更好地实现对领导者的速度和位置跟踪。最后,仿真结果验证了所提算法的有效性。

基于多源数据的近40年黄河上游地区草地变化特征

草地不仅是黄河上游畜牧业发展的关键依托,而且其变化会对黄河上游水源涵养能力产生深远影响。探究黄河上游近40年草地植被的时空变化规律和突变特征,对其草地生态系统的治理和保护具有重要现实意义。本研究首先从13个常见的土地利用/土地覆盖(LULC)数据集中,提取了黄河上游地区的草地面积进行精度评价,再对精度最高的LULC数据集以及NDVI数据集,应用趋势分析法、累积距平法、M-K突变检验法和BFAST法分析黄河上游草地面积和NDVI的趋势变化和突变特征。结果表明:1)不同的LULC数据集在黄河上游区域表现出较大的差异性,其中CLUD-A数据集可以较为真实地反映黄河上游草地面积的变化特征。2)近40年间,黄河上游草地总面积呈现非显著(P>0.05)减小趋势;空间栅格尺度上,草地面积在黄河上游93.6%的区域保持不变,在西部和东部的少部分区域呈现减小趋势;5.4%区域的草地面积发生突变,且70%以上突变区域在突变后保持减小趋势;2001年是草地面积突变的关键年份。3)针对NDVI的分析显示,在黄河上游草地分布区域中,50.1%的区域呈现NDVI显著(P<0.05)增加趋势,集中在黄河上游的东北部、东南部和西南部地区;10.9%区域的NDVI发生突变,且75%的突变区域在突变后呈现增长趋势,2005年是NDVI突变的时间节点。综上可知,近40年间,在人类活动和气候变化的综合影响下,黄河上游西部和东部部分地区的草地面积和NDVI趋势变化较为明显,2001-2005年是两者突变的关键时间段;整体而言,黄河上游地区的草地面积呈现非显著减小趋势,草地生长状态往好的方向发展。

黄河游荡型河段桥梁通航孔布置研究

以包银高铁磴口黄河特大桥为例,对所在游荡型河段进行岸线及洲滩变化分析、河床断面变化情况分析,在桥梁选址不满足GB 50139—2014《内河通航标准》且无法调整的情况下,提出采取多跨覆盖主槽变化范围、合理布置桥跨的措施。通过研究现状条件下航道布置情况,对桥跨方案进行了优化调整,使现状主槽内的4×178 m主跨满足代表船型单孔双向通航要求,右侧边跨和位于左侧滩地边跨满足代表船型单孔单向通航要求,多跨通航孔覆盖了主槽摆动范围。在不实施滩槽守护及航道整治工程的情况下满足了航道通航条件,实现了桥梁建设与航道保护的和谐共赢,对同类型项目的桥梁设计具有一定的参考价值。

一种多幂次滑模趋近律设计与分析

针对传统滑模趋近律使系统存在抖振现象、收敛速度较慢及动态响应不平滑等问题,提出一种多幂次滑模趋近律.该趋近律通过三个幂次项系数在系统趋近过程不同阶段进行针对性地调节,使系统动态响应过程的收敛速度大幅度提高,且无抖振现象.理论验证了其存在性、可达性及稳定性,并详细推导了趋近速率及干扰稳定界.以航天器姿态机动控制系统为例,对比仿真结果表明该趋近律下,系统的动态过程有较大改善并消除了抖振,且在存在模型不确定性及外加干扰作用下,系统仍可较快地收敛到平衡点附近的邻域内.

径向基函数神经网络在多河段水质模拟中应用

为了更好地模拟与预测河流水质,运用人工神经网络的原理与方法,在分析河流多河段水质模型基础上,建立了RBF人工神经网络水质模型,应用滏阳河邯郸市区段实测水质数据对模型进行训练与检验,结果表明,该模型应用于水质模拟精度高,是可行的.

三峡水库蓄水后长江中下游典型分汊浅滩河段演变趋势预测

汊道兴衰、洲滩的演变与其水沙输移特性密切相关。以沙市典型分汊浅滩河段为例,从河段水沙输移特性出发,结合水流泥沙、河道地形等实测资料,分析其河床演变特点,并根据三峡建库后水沙条件变化的特点利用数学模型预测了该河段的汊道和洲滩发展趋势。研究表明:所建模型能够准确地模拟该河段的水沙输移特性及洲滩的演变规律,因而具有较好的预测功能,三峡水库蓄水后河段洲滩动态变化结果与实测结果较吻合,这对三峡水库蓄水运用后其它分汊浅滩河段的研究具有借鉴意义。

非匹配不确定系统的滑模控制及在电机控制中的应用

针对具有匹配与非匹配不确定的非线性系统,设计基于干扰观测器和多幂次趋近律的滑模控制策略.首先,通过干扰观测器估计系统的不确定,实现估计误差在有限时间内收敛;其次,基于积分型滑模面,并结合多幂次趋近律,设计了连续滑模控制律,避免了传统滑模的抖振问题.与基于单幂次和双幂次趋近律的滑模控制策略相比,所设计的基于多幂次趋近律的控制策略,提高了系统的收敛速度.最后,通过数值仿真和永磁同步电机控制仿真验证了所设计的控制策略的有效性.

塔里木河下游荒漠化多元回归模型分析

塔里木河下游是新疆荒漠化最严重区域之一,近50a来,塔里木河流域在以水资源开发利用为核心的大强度人类经济、社会活动的作用下,流域自然生态过程发生了显著变化,特别是以天然植被为主体的生态系统和生态过程因人为对自然水资源时空格局的改变而受到严重影响,环境恶化、天然植被全面衰败、荒漠化加剧。本文根据近两年来对塔里木河下游荒漠化的大量野外考察、取样和室内样品分析及微机处理,以塔里木河下游地下水的变化为主导因子,通过SPSS分析软件对引起塔里木河下游荒漠化的一些主要环境因子进行多元回归分析,建立了荒漠化初步评价的回归模型。该模型显示在塔里木河下游地区,地下水位和土壤含水率是影响塔里木河下游荒漠化过程的两个重要限制因子。

分层递阶多信号建模算法

多信号模型是一种可应用于大型复杂系统的建模方法。针对大型复杂系统由于依赖关系难以获得而导致建模困难的特点,提出了一种分层递阶建立多信号模型的算法:在已知复杂系统底层各个模块的多信号模型基础上,首先分别计算各底层模块的可达性矩阵,然后将可达性逐层向上合并,最后再根据各层的可达性进行D矩阵合并,从而最终得到系统级D矩阵。该算法避免针对复杂系统直接讨论故障与测试的依赖关系,从而大大降低了系统级多信号建模的难度。最后进行了建模实例分析,并搭建真实电路进行模型验证,验证结果表明了算法的有效性和可行性。该算法有望提高复杂系统多信号模型的建模效率,对于进一步研究基于多信号模型的复杂系统的测试与诊断具有重要的指导意义。

基于多Agent的柔性作业车间预先/重调度系统

针对柔性作业车间动态调度受到来自外部的随机干扰问题,运用多Agent方法,以平均滞后和开始时间背离为主要目标函数,提出了基于柔性作业车间调度问题的预先/重调度方法,并通过Agent之间的协商来达到系统优化。运用Java语言实现调度系统并进行仿真实验分析,通过与Jain的遗传算法和传统的right-shift重调度方法比较,显示了所提出方法的优越性。

长江下游典型分汊河段河床演变分析及趋势预测

以多年实测资料为基础,从河段水流动力条件和河床演变分析着手,结合三峡工程的影响,对安庆河段的河势进行研究。该河段河道演变特点为:洪水河势基本稳定;新河口边滩生成后以小幅冲淤变化为主;鹅眉洲与潜洲此消彼长;新中汊的演变与新河口边滩、鹅眉洲和潜洲的变化密切相关。结合航道整治工程的实施,对安庆河段河床演变的趋势进行预测。

长江南京段近20年来河槽演变及其对人类活动的响应

利用1998年和2013年历史水下地形数据,结合2015年和2016年多波束测深、流速与河床沉积物数据,探讨了南京段河槽演变对人类活动的响应规律。结果表明:①1998～2013年南京河段整体呈现冲刷状态,净冲刷量为0.56亿m^3。②南京段主河槽发育有平床和沙波等微地貌,两侧发育有水下陡坡。其中,平床和小尺度沙波区域平均流速为0.79 m/s,而巨型沙波区域平均流速为1.41 m/s。③人类活动对该河段的水下微地貌演变与河势演变起到至关重要的作用。由于三峡大坝等人类活动的影响,上游来沙量仍将持续低于多年平均值,南京段河槽会进一步冲刷并极可能给涉水工程安全带来威胁。