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基于Copula函数的成都夏季O_(3)污染潜势模型

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中国环境科学 2022年第9期42卷 4009-4017页

作者：任至涵倪长健陈云强杨泓成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225 高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 四川省气象服务中心四川成都610072

利用成都市2016~2019年6~8月O_(3)浓度的逐时监测数据以及该时段同时次的地面气象观测资料,构建了O_(3)污染潜势3维(紫外辐射、相对湿度和气温)Copula联合概率分布模型,并开展了模型的适用性研究.首先,通过对SciPy库概率分布函数的优选... 详细信息

利用成都市2016~2019年6~8月O_(3)浓度的逐时监测数据以及该时段同时次的地面气象观测资料,构建了O_(3)污染潜势3维(紫外辐射、相对湿度和气温)Copula联合概率分布模型,并开展了模型的适用性研究.首先,通过对SciPy库概率分布函数的优选,确定了不同O_(3)浓度等级条件下紫外辐射、气温和相对湿度的最优边缘概率分布函数(均通过了显著性水平α=0.05的K-S检验);其次,计算了3种Copula联合概率分布函数的均方根误差(RMSE值)、赤池信息准则(AIC值)、贝叶斯信息量(BIC值),并借助Anderson-Darling检验,发现非对称3维frank Copula联合概率分布函数(M3Copula)可以最佳地表征不同O_(3)浓度等级条件下紫外辐射、相对湿度和气温的联合概率分布特征;最后,将不同O_(3)浓度等级条件下M3Copula联合概率密度作为对应O_(3)浓度等级的隶属度,O_(3)污染潜势的分类结果对实际O_(3)浓度等级具有较好的指示意义,模拟的平均准确率为63%,其中优等级、良等级、轻度污染等级以及中度及以上污染等级的模拟准确率分别为82%、64%、48%和75%.

关键词： O_(3) 污染潜势 Copula函数隶属度成都污染特征

隧道掌子面前方煤岩体应力与损伤规律及应用研究

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隧道掌子面前方煤岩体应力与损伤规律及应用研究

作者：徐至任湖南科技大学

学位级别：硕士

加快西部地区高速公路修建是我国《公路“十四五”规划》的重点任务,是我国实现交通强国的重要途径,近年来我国大力发展交通事业,隧道数量随着交通建设的高速发展而不断增加,由于瓦斯隧道建设地质条件的复杂性及多样性,在修建含瓦斯煤... 详细信息

加快西部地区高速公路修建是我国《公路“十四五”规划》的重点任务,是我国实现交通强国的重要途径,近年来我国大力发展交通事业,隧道数量随着交通建设的高速发展而不断增加,由于瓦斯隧道建设地质条件的复杂性及多样性,在修建含瓦斯煤层的隧道时,往往由于对瓦斯涌出规律的不甚了解,导致瓦斯超限,引起严重的瓦斯事故,瓦斯灾害是我国西部地区公路隧道建设中潜在的重大风险源,是制约瓦斯隧道安全施工与成本控制的重要瓶颈。造成此种情况的原因是隧道断面及扁平形状的差异,使得掌子面应力与损伤分布不均。所以目前急需探明隧道在穿越煤层过程中,掌子面前方煤岩体应力演化与损伤规律,依据此规律最终掌握瓦斯沿何种路径通向掌子面。为解决以上问题,本文依托重遵高速松坎隧道工况,通过煤层产状软件研发、数值模拟及现场调查相结合的方法,建立了基于超前钻孔的隧道煤层精准探测软件;分析了在隧道施工过程中不同隧道掌子面前方煤岩体应力变化及损伤规律;根据监测面的塑性区采用相应的瓦斯抽采技术,具体的成果如下:(1)采用Python语言开发了一套隧道煤层产状分析软件,该软件基于超前钻探数据,能够直接读取Excel文件中的超前钻孔参数进行计算,计算结果在产状软件中显示,可实现隧道与煤层的三维可视化显示,并快速计算出煤层的真厚度、视厚度、倾角以及与隧道轴向的夹角等参数,可更加便捷地获取煤层的产状信息以及煤层与隧道的空间关系,为公路瓦斯隧道揭煤施工提供可靠性的煤层地质参数。(2)分析掌子面遇见煤层、穿越煤层及即将揭过煤层的三种情况下,掌子面前方煤岩体等效应力变化规律、塑性区演化规律及扁平率对隧道穿越煤层应力与塑性区分布的影响,绘制等效应力集中系数对比图,发现各监测点的等效应力值在隧道施工过程中普遍增大,左拱脚及左拱脚左侧1 m范围内的等效应力值最大。除掌子面遇见煤层此种情况,拱腰位置处等效应力值变化不明显。隧道穿越煤层过程中塑性区先在拱内中部形成,逐渐向四周延伸,最终在上方左侧及下方延伸至最远范围。当隧道扁平率降低,拱脚及拱脚左侧1 m等效应力依旧为最大值,拱腰处的等效应力变化转为明显,拱顶的等效应力比两车道拱顶等效应力增大,左拱脚及右拱腰的等效应力大,拱顶塑性区延伸范围大于两车道。(3)利用煤层产状软件得到松坎隧道的煤层产状,根据产状在犀牛软件中建模,并将模型导入FLAC3D,根据松坎隧道煤岩体塑性区的分布,表明在隧道轮廓线中部及拱脚、拱腰塑性区域实施瓦斯抽放措施具有显著的作用,采用联合布孔、联合抽放的瓦斯抽采技术进行瓦斯抽采,平均瓦斯抽采率达到了74.5%,经过效果检验和验证,揭煤前的煤层瓦斯含量和k1值均符合标准,最终成功完成揭煤任务。本文初步说明了公路隧道在穿越煤层过程中前方应力变化与损伤规律,所提出的瓦斯抽采治理运用到实践,取得了良好的效果,具有实际意义。

关键词：公路隧道超前探煤煤岩体应力瓦斯抽采煤层产状

成都夏季臭氧光化学反应控制气象因子的概率分布特征

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生态与农村环境学报 2022年第3期38卷 334-342页

作者：任至涵倪长健花瑞阳杜云松成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225 高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 四川省生态环境监测总站四川成都610091

太阳辐射、气温和相对湿度是O_(3)光化学反应的控制气象因子,其数据分布形态在很大程度上决定了O_(3)的非线性演化进程。采用成都市2016—2019年6—8月O_(3)逐时监测数据,以及该时段同时次地面气象观测资料,基于极大似然估计法进行参数... 详细信息

太阳辐射、气温和相对湿度是O_(3)光化学反应的控制气象因子,其数据分布形态在很大程度上决定了O_(3)的非线性演化进程。采用成都市2016—2019年6—8月O_(3)逐时监测数据,以及该时段同时次地面气象观测资料,基于极大似然估计法进行参数估计,并借助Kolmogorov-Smirnov检验(K-S检验)、均方根误差(RMSE值)、赤池信息准则(AIC值)和贝叶斯信息量(BIC值)分析了多种概率分布函数对O_(3)光化学反应控制气象因子的拟合优度。结果表明:(1)Johnson SB分布函数对研究区太阳辐射和相对湿度的拟合效果最优,不同O_(3)浓度等级条件下太阳辐射和相对湿度均服从Johnson SB分布,且通过显著性水平α=0.05的K-S检验。(2)Johnson SU分布函数对气温的拟合效果最优,不同O_(3)浓度等级条件下气温亦均服从Johnson SU分布,且通过显著性水平α=0.05的K-S检验。(3)太阳辐射、气温和相对湿度的概率分布特征随O_(3)浓度等级变化而呈现显著规律性差异。上述结论为成都地区夏季O_(3)污染潜势模型的构建提供了技术支持。

关键词： O_(3) 光化学反应控制气象因子概率分布成都

基于Matlab的隧道煤层超前探测技术研究

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隧道建设（中英文） 2022年第S1期42卷 191-196页

作者：曹安黄飞徐至任朱云涛李树清罗太友刘勇中交路桥南方工程有限公司北京101149 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454003 贵阳景烁安全科技有限公司贵州贵阳550000

为精确预测隧道掌子面前方的煤层赋存情况,实现煤层的三维可视化显示与动态测量,以兰海高速扩容工程黄家沟高瓦斯隧道为工程背景展开研究。首先,在瓦斯抽放掌子面进行超前钻孔施工并详细记录钻孔参数;然后,采用Matlab软件编制程序对所... 详细信息

为精确预测隧道掌子面前方的煤层赋存情况,实现煤层的三维可视化显示与动态测量,以兰海高速扩容工程黄家沟高瓦斯隧道为工程背景展开研究。首先,在瓦斯抽放掌子面进行超前钻孔施工并详细记录钻孔参数;然后,采用Matlab软件编制程序对所获钻孔参数进行数据处理,获取煤层顶板与底板的空间三维坐标;最后,在此基础上,构建三维可视化煤层赋存模型并进行煤层产状分析。研究结果表明:黄家沟隧道所穿越煤层的平均真厚度约为3.35 m,煤层的倾角约为33°,煤层走向与隧道轴向的夹角约为64°。研究结果与工程实际探测出的煤层产状几近一致,表明了所建模型的正确性,同时为瓦斯隧道超前探测煤层提供了一种合适的手段。

关键词：瓦斯隧道隧道煤层超前探测技术三维可视化 Matlab

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Ti（C，N）基金属陶瓷高温抗氧化性研究

Ti（C，N）基金属陶瓷高温抗氧化性研究

作者：任至三峡大学

学位级别：硕士

本文以Ti(CN)固溶体为主要陶瓷硬质相,以Ni、Co为金属粘结相,添加WC、Mo C、TaC等次要碳化物,采用真空烧结法以及分压烧结制备了一系列的Ti(C,N)基金属陶瓷,用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等分析方法表征了金... 详细信息

本文以Ti(CN)固溶体为主要陶瓷硬质相,以Ni、Co为金属粘结相,添加WC、Mo C、TaC等次要碳化物,采用真空烧结法以及分压烧结制备了一系列的Ti(C,N)基金属陶瓷,用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等分析方法表征了金属陶瓷的显微组织,用万能试验机、维氏硬度计等测试设备评定了金属陶瓷的力学性能。采用静态空气恒温氧化方式研究了不同碳氮比Ti(C,N)固溶体抗氧化性影响,同时研究了不同过渡金属碳化物金属陶瓷高温抗氧化行为和氧化机理以及烧结工艺对抗氧化性的影响。论文首先研究了Ti(C,N)固溶体粉末的等温氧化和非等温氧化,通过TG-DSC热分析、氧化动力学分析和物相分析,研究了碳氮原子比对Ti(C,N)粉末氧化行为的影响。实验内容包括Ti(C,N)粉末在O气流中从室温加热至1000～1200℃的非等温氧化,以及在650℃的静置空气中的等温氧化。结果表明,Ti(C,N)粉末在非等温氧化过程中,氧化过程可分为二个阶段或三个阶段,在第一氧化阶段,氧化脱氮占主导地位,第二氧化阶段,氧化脱碳占主导地位,Ti(C,N)粉末表现出最优的抗氧化性能。在650℃的静置空气中等温氧化中,Ti(C,N)粉末氧化遵循随机形核动力学模型,Ti(C,N)具有最小的一阶速率常数,表现出最优的抗氧化性能。初始氧化固体产物为锐钛矿结构Ti O,随氧化时延长,逐渐向金红石结构Ti O转变。其次在探究了不同碳氮比金属陶瓷抗氧化性的基础上,研究了添加不同MoC和TaC过渡金属碳化物金属陶瓷高温抗氧化行为及氧化机理,结果表明:随着碳氮比升高,抗氧化性增强;Ta在金属陶瓷中的存在会降低硬质相和粘结相中氧的溶解度和传输,从而抑制金属陶瓷的氧化,同时加速了在金属陶瓷内部的钛酸镍的形成,对氧原子的进去起到了很大的阻碍作用,随着Ta含量的增加大大提高了Ti(C,N)基金属陶瓷的抗氧化性;Mo元素可以提高金属陶瓷的湿润性,使其在烧结中更加致密,随着Mo含量的增加,抗氧化性逐渐增强;Ti(C,N)基金属陶瓷在氧化过程中,氧化动力学曲线为准抛物线型,初期氧化速率较快,随着氧化的进行逐渐生成钛酸盐和钴酸盐等一类稳定且均匀的氧化层,阻碍了氧原子的进入,从而起到了抗氧化的作用,整个氧化过程伴随着Co和Ni元素的迁移以及基本氧化物之间的二次反应等一系列复杂的反应。最后研究了分压烧结工艺和WC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷抗氧化性的影响,进行了固相阶段真空、低氩烧结及液相阶段氮气氛烧结的实验。研究了分压烧结工艺和WC含量对物理力学性能、微观结构和抗氧化性的影响。结果表明,添加WC含量为25%的时候综合力学性能最好;当添加量高于25%,导致芯环结构破环,力学明显降低;抗氧化性随着WC添加量逐渐降低;在分压烧结下,抗弯强度和硬度相较真空烧结更优异;氮气分压烧结的抗氧化性最强,主要是由于其增大氮气分压抑制了Ti(C,N)的分解,材料中氮元素增加,抗氧化性增加。

关键词： Ti(C,N)基金属陶瓷 Ti(C,N)固溶体 Mo2C、TaC、WC抗氧化性能分压烧结

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电动斜铰旋翼研发及其在无人直升机上的应用

电动斜铰旋翼研发及其在无人直升机上的应用

作者：任至楷南京航空航天大学

学位级别：硕士

微小型旋翼飞行器由于具有机动灵活,起降、携带便捷等优点,已在军事和民用多领域内获得了广泛关注与发展。但实用的微小型旋翼机多数为四旋翼等多旋翼机,主要原因之一是非对称结构的旋翼机需要额外的驱动机构来辅助操纵旋翼。单纯地将... 详细信息

微小型旋翼飞行器由于具有机动灵活,起降、携带便捷等优点,已在军事和民用多领域内获得了广泛关注与发展。但实用的微小型旋翼机多数为四旋翼等多旋翼机,主要原因之一是非对称结构的旋翼机需要额外的驱动机构来辅助操纵旋翼。单纯地将大型直升机上的操纵机构进行等比例缩小,对于驱动机构材料和加工技术的要求极大提高并且会降低其可靠性。基于此问题,本文将研究一种新型旋翼推进系统,其极大简化了旋翼操纵机构,同时能够达到传统旋翼类似的控制效果,暂时将其命名为斜铰旋翼。目前国外已研制出类似的旋翼机构,但相关文献极少且多是对于其工程应用的介绍,本文将通过建立可靠的旋翼数学模型,从机理上分析其工作原理,完成样机的搭建和验证实验,论文主要内容如下:(1)阐述斜铰旋翼变距原理,并分析其异于传统旋翼对于周期变距的应用。利用3D打印技术制作其中的非标准件,根据需求挑选其余各组成部件建立斜铰旋翼样机,并根据实验需求完成实验平台的软硬件搭建工作;(2)建立旋翼动力学模型,在此基础上对斜铰旋翼特性进行深入分析。鉴于斜铰旋翼桨叶运动复杂,提出了将桨叶运动分解为圆周平动与绕点转动的分析方法,依靠欧拉运动学与动力学进行桨叶运动状态求解。以旋翼动力学模型为基础,以转速为输入进行斜铰旋翼的原理性仿真分析,并利用实验平台对仿真结果进行验证;(3)建立驱动单元数学模型并完成转速控制。分别阐述各机电部件物理特性,通过机理分析建立驱动单元数学模型,并基于无迹卡尔曼滤波估计方法辨识驱动单元模型中各未知参数,在分析模型后采用线性自抗扰控制算法实现驱动单元转速控制;(4)探究斜铰旋翼对直升机运动的操纵特性。主要研究内容为有效操纵力矩生成规律以及对操纵力矩方向的控制,通过仿真确定了加入转速反馈的转速调节规律,能够使斜铰旋翼生成有效的操纵力矩。同时从理论上分析斜铰旋翼作为无人旋翼飞行器动力系统的可行性,以Trex450无人直升机模型为基础,建立了斜铰旋翼直升机模型,进行配平与操纵性分析。

关键词：斜铰旋翼无自动倾斜器旋翼动力学模型转速控制

成都O_(3)逐日污染潜势关键时段优选的GAM模型

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中国环境科学 2021年第11期41卷 5079-5085页

利用成都市2016~2018年O_(3)逐时监测数据以及该时段同时次的地面气象观测资料,通过对O_(3)日变化特征的分析,确定了表征研究区O_(3)逐日污染潜势的四个关键时段,即全天时段(00:00~24:00)、日间时段(05:00~20:00)、O_(3)超标时段(11:00~... 详细信息

利用成都市2016~2018年O_(3)逐时监测数据以及该时段同时次的地面气象观测资料,通过对O_(3)日变化特征的分析,确定了表征研究区O_(3)逐日污染潜势的四个关键时段,即全天时段(00:00~24:00)、日间时段(05:00~20:00)、O_(3)超标时段(11:00~19:00)以及O_(3)峰值时段(15:00~16:00).基于广义可加模型(Generalized Additive Model,GAM)分别构建了O_(3)日最大8h滑动平均浓度(O_(3-8h))与上述四个时段气象要素之间的函数关系,分析了时间尺度变化对O_(3)逐日污染潜势的影响.结果表明:GAM模型可以很好地表征O_(3-8h)与不同时段多气象要素之间的非线性关系.O_(3)超标时段气象要素对O_(3)逐日污染潜势具有最佳的指示意义,对应GAM模型的调整判定系数R^(2)和方差解释率IRV分别为0.81和81.4%,模型模拟值与观测值的压轴回归决定系数R^(2)为0.805.太阳辐射、相对湿度和气温是决定O_(3)逐日污染潜势最重要的气象要素,但三者在GAM模型中的重要性排序会因时间尺度的变化而有所差异.

关键词：臭氧逐日污染潜势关键时段 GAM模型成都

基于大气消光系数概率分布参数的湿度订正方法

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激光与光电子学进展 2021年第19期58卷 110-117页

作者：李川倪长健杨萌李昕翼任至涵成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225 高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 成都市气象局四川成都611130

大气消光系数湿度订正是气溶胶吸湿性研究的重要内容,也是利用卫星气溶胶光学厚度(AOD)产品反演近地面颗粒物质量浓度的关键技术环节。基于成都市2016年1月至12月的逐时PM_(2.5)质量浓度、大气能见度、相对湿度(RH)观测数据,首先,深入... 详细信息

大气消光系数湿度订正是气溶胶吸湿性研究的重要内容,也是利用卫星气溶胶光学厚度(AOD)产品反演近地面颗粒物质量浓度的关键技术环节。基于成都市2016年1月至12月的逐时PM_(2.5)质量浓度、大气能见度、相对湿度(RH)观测数据,首先,深入探讨了大气消光系数与颗粒物质量浓度之间的统计关系及其对RH变化的响应特征,发现在RH小于90%时,单位质量大气消光系数均服从对数正态分布,并进一步指出该分布函数的形状参数和尺度参数均随RH的增加呈现出波动型增长。其次,以干燥环境条件下(RH小于等于40%)单位质量大气消光系数对数正态分布参数为基准,通过数学变换消除湿度变化对单位质量大气消光系数概率分布参数的影响,据此提出了大气消光系数湿度订正的原理和计算流程。最后,对该原理的适用性进行研究,结果表明,订正后大气消光系数反演得到的PM_(2.5)质量浓度与实际PM_(2.5)质量浓度相关系数为0.90,显著优于气溶胶散射吸湿增长因子法的湿度订正结果。

关键词：大气光学大气消光系数对数正态分布概率分布参数湿度订正适用性

基于粒子群算法的低轨重点卫星雷达协同探测任务规划方法

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现代雷达 2024年第6期46卷 108-114页

作者：陈冠任刘伟翟计全赵盛至张蒙夏凌昊南京电子技术研究所江苏南京210039 雷达探测感知全国重点实验室江苏南京210039 江苏省探测感知技术重点实验室江苏南京210039

为提升定轨、成像、目标特性测量等多种模式下的观测效率,基于粒子群算法提出了一种低轨重点卫星雷达观测任务规划方法。相较基于优先级的任务规划方法,文中方法可对所有卫星按给定观测频次无丢失观测,满足雷达视场、时间窗口、任务切... 详细信息

为提升定轨、成像、目标特性测量等多种模式下的观测效率,基于粒子群算法提出了一种低轨重点卫星雷达观测任务规划方法。相较基于优先级的任务规划方法,文中方法可对所有卫星按给定观测频次无丢失观测,满足雷达视场、时间窗口、任务切换等约束。使用雷达仰角、斜距、雷达截面积构建权值对基于观测时长的目标函数进行修改,并使用粒子群优化算法求解最大总观测时长或最快完成时间。仿真场景为两部假想地面雷达协同对30颗低轨重点卫星做24 h~72 h观测。结果表明,所有卫星无丢失观测,最大总观测时长和最快完成时间分别为18622 s和15 h 16 min(场景时间:24 h)。使用带有权值的目标函数可获得平均观测仰角、斜距的改善,而总观测时长基本一致。

关键词：任务规划低轨卫星空间目标监视雷达协同态势感知