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面向边缘计算的高可靠性AIoT系统架构设计与实现

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面向边缘计算的高可靠性AIoT系统架构设计与实现

作者：怀晨宇杭州电子科技大学

学位级别：硕士

当前我国数字经济正处于转向高质量和健康发展的新阶段,其中AIoT(Artificial Intelligence of Things,人工智能物联网)逐渐成为数字经济发展的重要技术基础,通过深度融合人工智能和物联网技术提供了强大的数据处理能力和智能解决方案。... 详细信息

当前我国数字经济正处于转向高质量和健康发展的新阶段,其中AIoT(Artificial Intelligence of Things,人工智能物联网)逐渐成为数字经济发展的重要技术基础,通过深度融合人工智能和物联网技术提供了强大的数据处理能力和智能解决方案。然而,面对AI在实际应用场景中对多维数据集和复杂数据片段的需求,传统物联网架构通常是针对相对单一的数据类型进行设计,难以满足复杂应用场景下高度智能化的需求。因此,现阶段亟需一种以算法平台为核心的新型物联网架构,以有效支撑人工智能技术的集成与应用。针对上述问题,本文综合边缘计算、AIoT、贝叶斯模型、物联网架构等技术,设计并实现了一种面向边缘计算的高可靠性AIoT系统架构。本架构以边缘计算为基础,通过算法驱动实现高效智能决策。面对海量边缘数据上发和异构通信协议兼容的挑战,本文设计了一种边缘处理组件,该组件充分利用边缘节点能力在网络边缘完成数据预处理,并实现了异构设备的统一接入和各种上层通信协议的兼容,以缓解云核心的计算和存储压力。针对大规模、分散部署设备导致的管理维护问题,充分利用边缘层采集的多维数据集,设计了一种基于贝叶斯的故障预测模型,具体实现了针对电池供电终端的低电量故障预测,该模型运用统计学方法降低了硬件和系统维护成本,结合架构中抽象出的管理维护层能力,确保了系统的可靠性和稳定性。此外,针对物联网云平台软件复用率低的问题,设计并实现了一种内置视图模板和通用组件库的物联网云平台,支持快速构建特定物联网应用和复杂功能的定制化开发。本文设计并实现的系统架构已成功投入实际应用,包括智能呼叫系统、阳光长跑系统和智能安全充电桩系统,实现了在不同应用场景下的稳定运行,充分验证了本架构的可靠性和灵活性。其中应用于智能安全充电桩系统的用电行为识别终端在第八届中国研究生智慧城市技术与创意设计大赛中获得国家三等奖。

关键词：物联网架构边缘计算 AIoT 贝叶斯故障预测

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列车辅助逆变器的关键技术研究

列车辅助逆变器的关键技术研究

作者：葛怀宇北方工业大学

学位级别：硕士

作为动车组重要组成部分,辅助逆变器为列车上的各类负载提供稳定的交流电。列车辅助逆变器的控制策略是当前研究的热点。为此,本文以列车辅助逆变器为对象开展研究。首先,辅助逆变器系统存在谐振问题,较为常见的解决方案是采用输出电容... 详细信息

作为动车组重要组成部分,辅助逆变器为列车上的各类负载提供稳定的交流电。列车辅助逆变器的控制策略是当前研究的热点。为此,本文以列车辅助逆变器为对象开展研究。首先,辅助逆变器系统存在谐振问题,较为常见的解决方案是采用输出电容电压反馈有源阻尼控制方法。针对传统有源阻尼控制方法的数字微分器存在的相位滞后问题,本文提出一种基于新型数字微分器的有源阻尼控制方法。该方法设计了新的相位超前补偿器,更加准确的补偿后向差分微分器的相位滞后问题,增大了系统正向阻尼区间,提高了系统的稳定性。通过仿真和实验证实了该微分器应用于有源阻尼控制的可行性,保证了辅助逆变器在空载工况下的稳定性。其次,非线性负载会产生大量的5、7次谐波,造成输出电压畸变,为了解决分数阶延迟或辅助逆变器的输出电压基波频率发生偏移时,快速重复控制对5、7次谐波的控制性能降低问题,本文引入了有限冲击响应滤波器对重复控制器进行改进。分析有限冲击响应滤波器的阶数对控制效果的影响,提出了一种谐波抑制能力强、具有较强的频率自适应能力的改进型重复控制器,提高了单台辅助逆变器对非线性负载产生谐波的抑制能力。通过仿真和实验证实了改进型重复控制在非线性负载工况下抑制谐波的优越性,提高了辅助逆变器的输出电能质量。最后,针对传统下垂控制中频率对负荷的波动敏感,系统稳定性和可靠性差的问题,引入虚拟同步发电机技术,提高了并联系统的动态性能。针对并联系统在非线性负载工况下输出电能质量降低的情况,在并联控制中加入谐波下垂控制,提高了并联系统对谐波抑制能力。通过仿真证明了本文提出的并联控制应用于辅助逆变器并联系统的可行性,提高了并联系统的输出电能质量。

关键词：辅助逆变器有源阻尼谐波抑制虚拟同步发电机

基于环状构象两性离子聚合物的抗粘附/光热杀菌表面性能分析

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分析化学 2024年第5期52卷 717-724页

作者：夏效禹张光宇苏朝晖中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室中国科学技术大学应用化学与工程学院

耐药细菌附着在医疗器械表面易引起感染，对公众健康造成严重威胁，因此，研发长效抗粘附与杀菌表面具有重要的意义。本研究在玻璃基底表面顺序沉积聚多巴胺(PDA)、银纳米粒子(AgNPs)和PDA，然后在PDA表面接枝环状构象的聚磺酸甜菜碱(PS... 详细信息

耐药细菌附着在医疗器械表面易引起感染，对公众健康造成严重威胁，因此，研发长效抗粘附与杀菌表面具有重要的意义。本研究在玻璃基底表面顺序沉积聚多巴胺(PDA)、银纳米粒子(AgNPs)和PDA，然后在PDA表面接枝环状构象的聚磺酸甜菜碱(PSBMA)，构建了具有抗粘附与光热杀菌作用的双重抗菌涂层PAP-PSBMA-loop。该涂层具有两性离子聚合物表面优良的抗污能力和PDA与AgNPs良好的光热转化能力，在近红外光辐照下显示出优异的抗细菌粘附与杀菌性能，与细菌共孵育7 d后，表面的细菌覆盖率仅为1.7%，有效地阻止了生物被膜的形成，在光照下可杀灭99%以上的表面细菌。

关键词：光热杀菌抗菌表面环状构象抗污涂层银纳米粒子

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水和废水中铜检测能力验证研究及应用

理化检验（化学分册） 2023年第1期59卷 98-104页

作者：陈丽琼杨晓红钱丽艳夏怀宇云南省生态环境监测中心昆明650034

能力验证是利用实验室间比对确定实验室进行某些特定检测或测量的能力,以及监控实验室的持续能力,它是实验室检测能力的外部措施,是实验室认可现场评审和内部质量控制程序的重要补充,也是判断和监督实验室能力的重要手段[1]。能力验证... 详细信息

能力验证是利用实验室间比对确定实验室进行某些特定检测或测量的能力,以及监控实验室的持续能力,它是实验室检测能力的外部措施,是实验室认可现场评审和内部质量控制程序的重要补充,也是判断和监督实验室能力的重要手段[1]。能力验证结果主要用于实验室能力评定和完善质量管理等,可作为实验室评估和证明其具备提供可靠结果能力的重要依据,有助于识别实验室存在的问题,是环境监测质量管理部门开展实验室事中、事后监管的有效手段[2],可为相关实验室及管理部门提供参考。

关键词：质量控制程序实验室能力实验室评估事后监管能力验证实验室间比对实验室认可现场评审

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基于效能评估的混合储能电站调频功率优化

高电压技术 2024年第6期50卷 2467-2477页

作者：刘佳婕贾燕冰韩肖清陈俊先葛怀宇太原理工大学电力系统运行与控制山西省重点实验室太原030024

混合储能电站由含不同类型及不同性能的储能单元组成,为有效利用各独立储能单元的调频性能,亟需完善混合储能电站参与电网调频功率优化策略。为此,提出了考虑储能参与系统调频效能的混合储能电站功率控制策略,建立了包含储能参与调频成... 详细信息

混合储能电站由含不同类型及不同性能的储能单元组成,为有效利用各独立储能单元的调频性能,亟需完善混合储能电站参与电网调频功率优化策略。为此,提出了考虑储能参与系统调频效能的混合储能电站功率控制策略,建立了包含储能参与调频成本、效益和性能3类6大指标的效能评估体系,采用基于层次分析法和熵权法的主客观综合权重TOPSIS评价法对各储能单元调频综合效能进行评估;并考虑各储能参与调频的效能,以其技术特征为约束实现调频需求在各储能单元之间的优化分配。经含6个不同技术特征储能单元的混合储能电站验证表明,所提策略可以兼顾各储能的调频性能及成本效益,充分发挥不同类型储能的调频潜力,提升系统频率性能,提升储能电站总体效益,激励储能提供更好的调频服务。

关键词：混合储能效能评估功率优化分配频率调节综合权重成本

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坪坦河流域侗族聚落空间特征及其内生逻辑

中国园林 2024年第6期 97-103页

作者：孙硕郑文俊魏万锦冯怀宇江苏师范大学桂林理工大学旅游与风景园林学院广西人文社科重点研究基地广西旅游产业研究院

侗族聚落是中华地域性文明的重要物质载体，明晰内化在聚落中的空间特征和内生逻辑对地域文化的保护与传承具有重要意义。以坪坦河流域侗族为例，利用GIS空间分析、边界形状指数、空间句法，从流域聚落空间分布、村落空间环境结构及村... 详细信息

侗族聚落是中华地域性文明的重要物质载体，明晰内化在聚落中的空间特征和内生逻辑对地域文化的保护与传承具有重要意义。以坪坦河流域侗族为例，利用GIS空间分析、边界形状指数、空间句法，从流域聚落空间分布、村落空间环境结构及村域空间形态特征三方面对聚落空间生成中的3类要素(村落选址、外部边界与内部结构)进行深入剖析，探讨其空间逻辑关系。研究表明：1)坪坦河流域侗族聚落呈现明显的空间集聚，形成了以近水型村落占主导，择中上游而居，沿流域内线性水网分布的特点；2)聚落空间环境呈现“山、林、寨、水、田”等要素组成的立体化景观空间结构序列，但不同空间类型的聚落空间形态特征存在明显差异；3)聚落边界形态以指状和带状形态边界为主，内部形成以鼓楼等为核心的空间引领村落发展，存在明显的等级与秩序，不同空间类型的聚落形态特征量化数值有着明显的范围区间；4)聚落空间在自适应生态、自组织社会和自发展生存3种逻辑机制的耦合中呈现多样化的空间特征。在此基础上提出流域聚落空间保护的策略引导。

关键词：风景园林空间特征逻辑机制地方性景观侗族聚落

3.0 T谷氨酸化学交换饱和转移评估肾脏缺血再灌注损伤氧化还原代谢的实验研究

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中华内科杂志 2024年第6期63卷 593-599页

作者：米文夏邢兆宇潘靓虞心田陈杰邢伟常州市第一人民医院放射科常州213003 常州市第一人民医院泌尿外科常州213003

目的探讨3.0 T谷氨酸化学交换饱和转移(GluCEST)成像评估肾脏缺血再灌注损伤(IRI)氧化还原代谢的可行性。方法IRI组实验兔(n=56)夹闭左肾动脉45 min后松开建立肾IRI模型,于术前、术后1 h、12 h、1 d、3 d、7 d、14 d行GluCEST MRI检查,... 详细信息

目的探讨3.0 T谷氨酸化学交换饱和转移(GluCEST)成像评估肾脏缺血再灌注损伤(IRI)氧化还原代谢的可行性。方法IRI组实验兔(n=56)夹闭左肾动脉45 min后松开建立肾IRI模型,于术前、术后1 h、12 h、1 d、3 d、7 d、14 d行GluCEST MRI检查,每次扫描后处死8只IRI组实验兔,假手术组实验兔(n=8)于术后14 d扫描后处死,行肾脏病理和活性氧(ROS)检测。比较各组肾脏皮质和外髓非对称磁化传递率(MTR_(asym))的差异,分析肾脏MTR_(asym)与ROS水平的相关性。结果假手术组与IRI各亚组肾脏皮质MTR_(asym)均高于外髓(t=8.16,P<0.001;t=4.78,P=0.002;t=4.94,P=0.002;t=5.76,P=0.001;t=6.68,P<0.001;t=6.40,P<0.001;t=5.16,P=0.001;t=3.30,P=0.013)。IRI-1h、IRI-12h、IRI-1d、IRI-3d、IRI-7d及IRI-14d组皮质和外髓MTR_(asym)均低于假手术组和IRI-pre组。IRI-1h组皮质和外髓MTR_(asym)均低于IRI-12h、IRI-1d、IRI-3d、IRI-7d及IRI-14d组(均P<0.05)。IRI-12h组皮质MTR_(asym)显著低于IRI-7d、IRI-14d组(1.84%±0.09%比2.42%±0.19%和2.41%±0.31%,均P<0.05),IRI-1d组皮质MTR_(asym)显著低于IRI-7d组(1.99%±0.17%比2.42%±0.19%,P=0.008)。IRI-12h组外髓MTR_(asym)显著低于IRI-3d、IRI-7d、IRI-14d组(1.32%±0.27%比1.79%±0.31%,1.98%±0.18%,1.66%±0.40%,均P<0.05),IRI-7d组外髓MTR_(asym)显著高于IRI-1d、IRI-14d组(1.98%±0.18%比1.52%±0.31%和1.66%±0.40%,均P<0.05)。肾脏皮质和外髓MTR_(asym)与ROS平均荧光强度呈强负相关(ρ=-0.889,P<0.001;ρ=-0.784,P<0.001)。结论3.0 T GluCEST可间接反映肾脏IRI氧化还原代谢的变化。

关键词：磁共振成像肾缺血再灌注损伤氧化性应激

槽道各向异性黏弹性流体中微生物游动特性的数值研究

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力学学报 2024年第4期56卷 1138-1147页

作者：王远欧阳振宇夏严朱晨琳林昭武浙江大学力学系流体工程研究所杭州310027 宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 中国计量大学机电工程学院杭州310018

近年来,微生物游动特性的研究逐渐成为流体力学的热点问题之一.深入了解微生物在复杂流体中的游动特性可以为微型器件的设计制造提供帮助.已有研究结果表明,管道中微生物存在复杂的行为特征,其内在的动力学机理尚未清楚.本文采用浸没边... 详细信息

近年来,微生物游动特性的研究逐渐成为流体力学的热点问题之一.深入了解微生物在复杂流体中的游动特性可以为微型器件的设计制造提供帮助.已有研究结果表明,管道中微生物存在复杂的行为特征,其内在的动力学机理尚未清楚.本文采用浸没边界法,引入泰勒波动板模型,探讨槽道中微生物在各向异性黏弹性流体中的游动特性;重点分析槽道壁面约束对微生物行为特征的影响规律.数值模拟结果表明,与自由游动相比,槽道中微生物游动呈现加速现象,而且槽道壁面附近加速效果更显著.另外,槽道中微生物游动效率比自由游动时更高.进一步受力分析,发现流体压力对微生物游动起推动作用,黏性力起阻碍作用.与这两者相比,聚合物产生的弹性力则小很多,几乎可以忽略.槽道中微生物受到更大的流体压力,认为加速现象与此相关.

关键词：微生物黏弹性流体各向异性槽道浸没边界法

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汜水河洪涝风险模拟及灾害防控评价

自然灾害学报 2024年第3期33卷 56-66页

作者：李哲夏中原兰光宇梁允国网河南省电力公司电力科学研究院河南郑州450052

暴雨所引发的洪涝灾害致灾机理复杂、破坏力度较大、预报预警困难,往往造成毁灭性的灾害。为了提高洪水预测精度,最大程度地降低洪涝灾害带来的影响,以荥阳汜水河流域为研究区域,基于MIKE FLOOD模块,构建了MIKE11与MIKE21耦合的洪涝仿... 详细信息

暴雨所引发的洪涝灾害致灾机理复杂、破坏力度较大、预报预警困难,往往造成毁灭性的灾害。为了提高洪水预测精度,最大程度地降低洪涝灾害带来的影响,以荥阳汜水河流域为研究区域,基于MIKE FLOOD模块,构建了MIKE11与MIKE21耦合的洪涝仿真模型,采用河道实测流量、下游防洪堤高程、历史洪痕3个参数对模型进行了率定验证,模拟值与观测值吻合度较高。模拟设计了3个重现期情景,分析研究区域的洪水淹没分布特征,并划分风险等级。结果表明:研究区域洪水淹没深度和淹没面积随暴雨强度增强而增加,“7·20”情景下最大淹没水深高达9 m,汜水镇是所有情景下受淹情况最严重的地区。城镇与城镇周围环境存在淹没风险差异,3个暴雨重现期情景下城镇外围农业用地淹没风险皆最大,其最大淹没面积占淹没总面积的79.8%;淹没范围内各种土地利用类型占比由大到小依次为:农业用地、建筑用地、道路用地、其他类型。绘制“7·20”受灾的汜水镇洪水灾害转移路线图,为避难决策的制定提供科学依据,并提出汜水河不同洪水重现期情况下需要提高堤防和疏浚的措施,制定不同情景下防洪堤提升改造方案。

关键词： MIKE FLOOD 耦合模型汜水河洪水淹没风险分析