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面向光纤多参数传感器的低功耗解调系统研究与应用

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面向光纤多参数传感器的低功耗解调系统研究与应用

作者：吴则功齐鲁工业大学

学位级别：硕士

光纤光栅具备本质安全、稳定性高、抗电磁干扰能力强等优势。目前,基于光纤光栅的温度、压力、应变、位移等多参数传感器已经逐步应用于煤矿、桥梁,航天等领域。光纤光栅解调系统用于解调传感器的波长信息,是整个传感网络的重要一环。... 详细信息

光纤光栅具备本质安全、稳定性高、抗电磁干扰能力强等优势。目前,基于光纤光栅的温度、压力、应变、位移等多参数传感器已经逐步应用于煤矿、桥梁,航天等领域。光纤光栅解调系统用于解调传感器的波长信息,是整个传感网络的重要一环。但现有的解调系统存在功耗高、成本高、体积大等问题,不适用于所需监测点较少、供电困难的场景中。为解决上述问题,本文开展低功耗、低成本、高精度的光纤光栅解调系统研究。主要研究内容如下:(1)说明了本文的研究背景及意义,并介绍了光纤多参数传感器的发展以及光纤光栅解调技术的进步。阐述了光纤光栅的结构以及光纤光栅的温度、应变感知原理,同时对比现有的光纤光栅解调方法,将扫描激光器法作为最终选择。(2)提出了使用乙炔吸收光谱自校准的光纤光栅解调系统,该系统使用垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为光源,并利用乙炔吸收峰作为波长参考用于解调光纤光栅。其中为降低系统功耗未对激光器使用温度控制,通过研究激光器在0～40°C时的波长重叠范围,进而确定解调系统在该温度范围内运行时的波长解调范围。另外设计了散热装置促进激光器散热,使解调系统在间歇工作模式时提高了电能利用效率。在处理乙炔吸收峰的归一化数据中,根据吸收峰的强度不同作为重要的识别特征,提出了基于定位特征峰、辅助峰的吸收峰识别算法,另外使用吸收峰分割算法将识别后的吸收峰序列进行分割,对分割后的各个单峰区域单独寻峰。最终实验结果表明解调系统的波长重复性为±3pm,波长精度为±2pm,运行功耗降低至0.264W。(3)基于低功耗解调系统,搭建了应用于煤矿巷道的多参数监测系统。为了满足实际监测需要,设计了一种大量程的光纤顶板离层传感器,并在实验室中使用低功耗解调系统对光纤顶板离层、锚索应力以及温度等多参数传感器进行测试,实验结果表明低功耗解调系统的位移解调精度为±2mm、压力解调精度为±4k N。在实际应用中使用容量为20Ah的电池供电,计算得到低功耗解调系统在间歇工作模式时的运行时长至少为100天。最终解调系统还监测到巷道顶板的伪顶岩层存在17.5mm的塌陷量,证明了该解调系统在实际应用中具备较好的可行性、可靠性。

关键词：低功耗解调系统光纤多参数传感器乙炔吸收峰垂直腔面发射激光器

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基于改进特征金字塔的轮胎X光图像缺陷检测

计算机工程与应用 2024年第3期60卷 270-279页

作者：吴则举宋丽君冀杨青岛理工大学信息与控制工程学院山东青岛266520

针对轮胎X光缺陷图像背景纹理复杂、缺陷目标较小的问题,在带有特征金字塔结构的Faster R-CNN网络基础上做出改进,提出一种轮胎缺陷检测网络。针对特征金字塔底层感受野较小的问题,将空洞-深度可分离卷积和多分支结构结合,设计了轻量型... 详细信息

针对轮胎X光缺陷图像背景纹理复杂、缺陷目标较小的问题,在带有特征金字塔结构的Faster R-CNN网络基础上做出改进,提出一种轮胎缺陷检测网络。针对特征金字塔底层感受野较小的问题,将空洞-深度可分离卷积和多分支结构结合,设计了轻量型的感受野扩增模块。针对特征金字塔顶层特征图分辨率不足的问题,提出一种新型金字塔结构BE-FPN(bottom embedding feature pyramid network),将底层特征图经过感受野扩增模块后与顶层信息快速归一化融合,减少了底层特征传递到顶层特征时过长路径导致的信息损失。此外,在ResNet-50网络引入动态可学习的激活函数Meta-ACON,有效改进了网络检测性能。改进后的网络取得了94.07%的平均精度均值(mAP),与基线网络相比,精度提升4.5个百分点,正判率提高了14.4个百分点,参数量仅增加4.77%,每张图片检测时间仅增加0.009 s。实验结果表明,设计的网络在轮胎X光缺陷检测方面具有优良的性能,能够满足工厂生产线对检测精度和检测时间的要求。

关键词：深度学习缺陷检测特征融合 Meta-ACON

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偏远地区能源自洽系统源储容量协同配置方法

电网技术 2024年第5期48卷 2031-2042,I0065页

作者：伍峻杭刘继春吴沂洋四川大学电气工程学院四川省成都市610065

目前与风光新能源密切相关的城市源储容量配置研究较多,但在偏远地区进行源储容量配置具有显著不同的两个特点:一是普遍缺失气象历史数据,难以评估风、光时序运行特性;二是与主网联系薄弱,离网运行可能性较高。上述特点给偏远地区源储... 详细信息

目前与风光新能源密切相关的城市源储容量配置研究较多,但在偏远地区进行源储容量配置具有显著不同的两个特点:一是普遍缺失气象历史数据,难以评估风、光时序运行特性;二是与主网联系薄弱,离网运行可能性较高。上述特点给偏远地区源储容量配置带来了挑战,需要构建以自给自足为特征的能源自洽系统。为此提出一种基于风光自然资源评估且兼顾并/离网两个运行状态、以能量自给自足为主要目标的源-储双层优化配置策略。首先建立由太阳辐射强度和风速等资源禀赋确定的风光出力特性模型,并在此基础上构建风光出力典型时序场景集;然后建立包含风光、储能、电动汽车等在内的系统源-储-荷规划-运行双层容量优化配置模型,并提出相应模型转化和求解策略。其中,规划层以系统综合成本最小为优化目标,确定风电、光伏和储能配置容量;运行层基于并网和离网综合指标,实现兼顾并/离网两个状态的年运行成本最小以及并/离网指标最优的多目标优化。最后算例仿真结果证明了所提模型适用于偏远地区能源自洽系统,所得源储配置可减少系统对电网依赖,促进新能源就地消纳,减少负荷缺电损失。

关键词：偏远地区能源自洽可再生能源场景容量配置多目标进化算法

考虑不同区域气象与地理条件差异的广域光伏电站规划

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电网技术 2024年第9期48卷 3653-3662,I0038,I0039-I0041页

作者：吴沂洋刘继春伍峻杭四川大学电气工程学院四川省成都市610065

目前全国各地正大力发展光伏发电,并有部分省份提出了全省光伏发电发展目标。与局部光伏电站规划相比,以全省这样的广域为规划范围会遇到气象信息难以获取、光伏出力难以估计、各地地理条件差异大等问题。为此提出了一种考虑地理与气象... 详细信息

目前全国各地正大力发展光伏发电,并有部分省份提出了全省光伏发电发展目标。与局部光伏电站规划相比,以全省这样的广域为规划范围会遇到气象信息难以获取、光伏出力难以估计、各地地理条件差异大等问题。为此提出了一种考虑地理与气象条件差异的广域光伏电站规划方法。针对各地气象条件差异,通过纬度、太阳位置等地理信息计算出任意地点任意时间的光照强度,再通过气象插值模型获得目标位置的其他气象信息,并构建了含注意力机制的长短期记忆网络模型,对各地单位光伏容量的光伏出力进行预测。针对各地地理条件差异,结合了预测得到的各地区单位光伏容量年发电量,计算了不同地理条件影响下单位光伏容量的占地面积和开发成本,考虑了不同位置的电网运行约束,构建了广域光伏电站规划模型。以某一典型省份为场景验证了所提方法的合理性和优越性。与只通过光照强度强弱决定光伏电站开发的方法相比,考虑地理与气象差异的规划方法所得到的发电量更高也更准确,并且为各地的光伏电站开发提供了参考。

关键词：气象条件地理条件光伏电站规划光伏出力预测长短期记忆网络

基于InVEST-PLUS模型的东江源流域碳储量时空演变与预测

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环境科学学报 2024年第3期44卷 419-430页

作者：吴则禹刘星根曾金凤江西理工大学土木与测绘工程学院赣州341000 赣江上游水文水资源监测中心赣州341000

土地利用方式对陆地生态系统碳储量有重要影响,探索土地利用变化与碳储量的关系,对于协调区域生态保护和产业发展具有重要意义.本文以南方丘陵江河源区—东江源流域为例,基于遥感解译的1991—2019年土地利用数据,采用InVEST模型研究土... 详细信息

土地利用方式对陆地生态系统碳储量有重要影响,探索土地利用变化与碳储量的关系,对于协调区域生态保护和产业发展具有重要意义.本文以南方丘陵江河源区—东江源流域为例,基于遥感解译的1991—2019年土地利用数据,采用InVEST模型研究土地利用变化及碳储量变化,同时采用PLUS模型预测不同发展情景下2028年东江源流域碳储量分布.结果表明:①东江源流域1991—2019年碳储量累计减少4.08×10^(6)t,碳存能力逐年减弱,但近几年趋于平稳.②土地利用变化是生态系统碳储量变化的主要影响因素,果园地侵占林地是导致碳存总量下降的主要原因.研究区碳储量空间分布特征与土地利用分布保持一致,碳固持减少的区域与果园地的扩张区域基本一致.③据预测,到2028年,自然发展情景下碳储量保持下降趋势,经济建设情景下碳储量呈加剧下降趋势,生态保护情景下碳储量实现增长.研究结果对科学评价东江源生态文明建设实践的成效具有重要意义,今后一段时期持续遵循生态保护政策有利于增强东江源流域碳汇功能.

关键词：碳储量 InVEST模型东江源流域 PLUS模型

东江源碳储量与面源污染负荷权衡关系及影响因素分析

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环境科学 2024年

作者：刘星根丘靖锋曾金凤吴则禹江西理工大学土木与测绘工程学院河流源头水生态保护江西省重点实验室赣江上游水文水资源监测中心

自然界为人类提供多种生态系统功能服务，而高强度人类活动导致流域污染负荷增加，揭示流域碳储量与污染负荷关系有利于理解区域生态系统服务机制，为生态文明建设提供科技支撑。以东江源流域为研究区，基于卫星遥感解译、生态系统服务... 详细信息

自然界为人类提供多种生态系统功能服务，而高强度人类活动导致流域污染负荷增加，揭示流域碳储量与污染负荷关系有利于理解区域生态系统服务机制，为生态文明建设提供科技支撑。以东江源流域为研究区，基于卫星遥感解译、生态系统服务评估模型和流域污染负荷估算模型，分析碳储量与面源污染负荷的组成结构和空间特征，研究了两者权衡协同关系及影响因素。结果表明：①林地、耕地和果园地是东江源流域主要的土地利用类型，占比依次为74.7%、12.0%和9.7%；②东江源单位面积碳储量为140～180 t·hm-2，空间上呈现热点广布和冷点镶嵌格局；③污染负荷呈现天九-菖蒲-文峰-镇岗为高值区和三百山-三标-桂竹帽为低值区的镶嵌分布格局，畜禽养殖污染排放是面源污染的主要来源之一；④污染负荷与碳储量呈现协同-权衡的复杂关系；⑤两者均受自然条件和社会经济条件共同影响，碳储量受土地利用、归一化植被指数和人口的影响更为明显，而污染负荷主要受国内生产总值、气温和降水等制约。研究结果可为识别减污固碳的优先地区和区域高质量发展提供科技支撑。

关键词：碳储量面源污染负荷权衡关系东江源流域生态系统服务

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隧道防水材料性能试验研究

四川水泥 2024年第1期 117-119页

作者：吴则凯铁正检测科技有限公司山东济南250000

选取5种防水卷材进行性能试验,对比分析高分子、SBS类卷材的基本性能。结论如下:高分子防水卷材的强度、延伸率要大于SBS材料,吸湿性要小于SBS材料,更适用于隧道防水;SBS具有更强的抗刺破能力,这是SBS材料厚度优势的体现;高分子材料的... 详细信息

选取5种防水卷材进行性能试验,对比分析高分子、SBS类卷材的基本性能。结论如下:高分子防水卷材的强度、延伸率要大于SBS材料,吸湿性要小于SBS材料,更适用于隧道防水;SBS具有更强的抗刺破能力,这是SBS材料厚度优势的体现;高分子材料的耐腐蚀性要强于SBS材料,但在液体中浸泡后,其耐腐蚀性下降的速度要大于SBS材料。建议在实际工程应用中,适当增加防水卷材厚度,这能够有效提升其耐腐蚀性。

关键词：隧道防水材料试验研究防水效果

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《楚简句法研究》评介

汉字文化 2024年第1期 194-197页

作者：吴则禹哈尔滨师范大学文学院 150025

弓海涛《楚简句法研究》一书,在出土简牍与句法研究结合起来的新视角下,描写了楚简中六种句式的出现频率、分布情况、结构特点、组成成分以及与传世文献中相同句式的异同。该书在研究视角、考察材料及观点归纳等方面颇有创见,对于楚简... 详细信息

弓海涛《楚简句法研究》一书,在出土简牍与句法研究结合起来的新视角下,描写了楚简中六种句式的出现频率、分布情况、结构特点、组成成分以及与传世文献中相同句式的异同。该书在研究视角、考察材料及观点归纳等方面颇有创见,对于楚简句法研究事业作出了很大贡献,是近年来该研究领域的一部重要著作。

关键词：上博简句法兼语句双宾句

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基于视频图像的建筑内走道烟雾识别定位

科学技术与工程 2024年第22期24卷 9681-9688页

作者：吴则琪王坤刘鵾鹏李森郑州轻工业大学建筑环境工程学院郑州450001 郑州轻工业大学郑州市电力电气消防安全重点实验室郑州450001 郑州轻工业大学河南省智慧建筑与人居环境工程技术研究中心郑州450001

为了实现筑内走道烟雾蔓延位置的实时检测,通过目标检测算法识别烟雾,分析烟雾在图像中二维位置,并结合烟雾与建筑内走道的位置关系,提出了一种基于监控视频图像的烟雾前锋位置定位方法。在烟雾前锋识别方面,使用YOLOv7模型作为烟雾识... 详细信息

为了实现筑内走道烟雾蔓延位置的实时检测,通过目标检测算法识别烟雾,分析烟雾在图像中二维位置,并结合烟雾与建筑内走道的位置关系,提出了一种基于监控视频图像的烟雾前锋位置定位方法。在烟雾前锋识别方面,使用YOLOv7模型作为烟雾识别模型,通过数据增强策略增加数据集进行模型训练,得到较好的识别权重;在烟雾前锋位置检测方面上,采用基于位置信息的前方烟雾测量方法,将烟雾在图像中二维信息与建筑内走道顶板边缘线匹配,根据烟雾边缘位置与建筑内走道顶板边缘线交点的图像位置信息与距摄像头实际距离映射关系,得出烟雾在图像中距离摄像头的实际位置。通过搭建的建筑内走道模型进行试验测试,结果显示本论文方法测定的烟雾前锋位置平均误差在5%以内。研究结果可为利用建筑既有监控系统快速掌握烟雾蔓延信息提供支撑,为现场消防救援与人员疏散方案制定提供依据。

关键词：建筑火灾狭长通道烟雾检测烟雾定位