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基于深度强化学习的城市道路交通自适应信号控制方法

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基于深度强化学习的城市道路交通自适应信号控制方法

作者：季毓婷吉林大学

学位级别：硕士

有效的交通信号控制(traffic signal control,TSC),对于充分发挥道路系统的交通效益、缓解环境污染、助力交通系统的可持续发展具有重要意义。伴随交通出行需求的飞速增长,城市交通运行场景日益复杂,仅依靠传统的交通控制方式已经很难... 详细信息

有效的交通信号控制(traffic signal control,TSC),对于充分发挥道路系统的交通效益、缓解环境污染、助力交通系统的可持续发展具有重要意义。伴随交通出行需求的飞速增长,城市交通运行场景日益复杂,仅依靠传统的交通控制方式已经很难满足实际需求。人工智能技术的迅速发展为精准化、智能化的城市交通控制提供了重要方式。借助于深度学习方法强大的环境感知能力以及强化学习算法实时决策的优势,基于深度强化学习方法(deep reinforcement learning,DRL)的交通信号控制系统不再依赖于启发式的假设和方程,而是通过与交通环境的实时交互,在不断尝试和错误中学习优化最优的信号灯控制策略。因此与传统的交通控制方法相比,基于DRL信号控制方法通常能取得更好的控制效果,DRL信号控制方法逐渐成为TSC的前沿。本文立足城市交通智能化控制的实际需求,基于DRL技术,在城市道路交通信号控制优化方面做了如下工作:对于单点信号控制,考虑交通流的时序特征挖掘,提出了一种基于长短时记忆与对偶决斗网络的深度强化学习模型。区别于DRL信号控制模型中常见的“整体式”Q值网络,该模型在将表征交叉口状态的信息输入拟合网络之前,预先使用长短时记忆网络对状态空间的序列特征进行学习,并利用对偶网络将状态与动作进行一定程度的分离。这样的处理方式使交通状态的值函数计算不再完全依赖于动作价值,提高了模型的灵活性与计算效率。对于多交叉口的协同控制,考虑城市路网相邻交叉口在几何结构、交通流量、信号周期长度等方面存在较大差异的实际情况,本文建立了一种值分解式的时空图注意多智能体深度强化学习框架。在该框架中,各交叉口由单独的智能体控制,基于时空图注意力网络挖掘路网时空特性,并通过联合动作值函数分解的方式从路网整体角度出发对各交叉口的信号控制策略做出调整,在减少状态-动作空间的同时实现多智能体的合作共赢。此外,利用路网结构参数,本文设计了一种表征交叉口拓扑结构的差异的指标,并以此为基础构建了一种全新的奖励函数,为智能体在异质路网环境下的动作选择提供了一种更准确的衡量方法。最后以实际交叉口/路网采集获得的数据集为基础,利用模拟仿真软件搭建仿真环境,对所提出的两种信号控制方法的有效性进行了验证分析。结果表明:(1)基于长短时记忆网络的深度强化学习算法能够明显降低独立交叉口的车均排队长度、提高路网的通行效率,但是随着交通需求的逐渐增大,交叉口的信号控制方案的优化空间会逐渐减小。(2)值分解式的时空图注意多智能体深度强化学习模型能够显著降低异质路网环境与均质路网环境下的车均延误、提高路网的通行效率,这种优势在异质环境下更为显著。

关键词：交通自适应信号控制交通拥堵深度强化学习多智能体强化学习时空特征提取

凝集素芯片检测脑脊液中聚糖在诊断出血性脑卒中患者神经外科术相关性细菌性脑膜炎中的效果分析

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凝集素芯片检测脑脊液中聚糖在诊断出血性脑卒中患者神经外科术相...

作者：季学飞安徽医科大学

学位级别：硕士

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场域理论视角下高等学校学分互认研究

场域理论视角下高等学校学分互认研究

作者：季童曲阜师范大学

学位级别：硕士

随着高等教育普及化与终身教育理念的盛行,建设学分互认体系成为各国整合教育资源、推动高校间交流合作以及提升高等教育核心竞争力的重要手段。中国在建设高等教育强国新征程中,想要办好人民满意的教育,建立高等学校学分互认体系将成... 详细信息

随着高等教育普及化与终身教育理念的盛行,建设学分互认体系成为各国整合教育资源、推动高校间交流合作以及提升高等教育核心竞争力的重要手段。中国在建设高等教育强国新征程中,想要办好人民满意的教育,建立高等学校学分互认体系将成为重要的制度设计。在学分互认体系建设的理论与实践探索阶段,回溯先发国家高等学校学分互认的发展历程,探寻学分互认因何产生,以何种逻辑发展,总结高等学校学分互认发展的客观规律,无疑对我国学分互认体系建设具有重要的理论意义和现实价值。将高等学校学分互认置于场域理论的视角下,从场域自主性特征出发,基于马克斯·韦伯的理想类型法分析国内外高等学校学分互认的实践路径,以主导学分互认场域的权力关系和资本类型为依据,可大致将学分互认实践划分为传统递进型、大学联盟型、区域一体型和政府统摄型四种学分互认类型。同时,以场域为逻辑起点,以权力、资本、惯习为核心要素,对四种学分互认类型的典型案例进行系统分析,着重探讨四种不同类型学分互认的实践空间、主导学分互认的权力关系、不同类型资本的运作机制以及行动主体的惯习倾向。可以发现,以美国为代表的传统递进型学分互认机制,体现了纵向贯通的权力关系与互动联结的资本运作机制,学分在互认场域范围内纵向转移;以澳大利亚八校联盟为代表的大学联盟型学分互认,形成了横向定约的权力关系和集聚整合的资本运作机制,学分在大学联盟范围内横向转移;以欧洲学分互认体系为代表的区域一体型学分互认,构建了多层治理、区域一体的权力关系和流动共享的资本运作机制,学分互认实践在整个欧洲区域范围内实行;以韩国为代表的政府统摄型学分互认,采用国家顶层设计,展现出政府统摄的权力关系和多元协同的资本运作机制,学分互认实践在全国范围内统一实行。每种学分互认类型的产生与发展,都离不开其背后与生俱来的文化基因与惯习逻辑。在学分互认体系建设上,进一步审思世界范围内不同国家或区域高等学校学分互认体系建设的实践经验,探寻其制度运行背后的深层逻辑,总结不同类型学分互认实践的普遍规律,更有利于把握我国学分互认发展的重点与方向,以期为我国学分互认体系建设和推动终身教育发展提供可资借鉴的思路。在学分互认的模式选择上,我国需要在借鉴各国成功实践的基础上,扎根于中国优秀传统文化土壤,从学分互认的多样类型中汲取经验,赋予学分互认制度新的生命力,建立具有中国特色的高等学校学分互认体系。

关键词：场域理论高等学校学分互认权力资本惯习

LCC-S型MC-WPT系统的电能与信号同步传输技术研究

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LCC-S型MC-WPT系统的电能与信号同步传输技术研究

作者：季鸿宇重庆理工大学

学位级别：硕士

磁耦合无线电能传输(Magnetic Coupling Wireless Power Transfer,MC-WPT)技术具有设计简单、抗干扰能力强、电能传输高效、过程安全、应用场景广泛的特点,在电动汽车无线充电、植入式医疗设备、航空航天、移动通信等领域具有良好的应... 详细信息

磁耦合无线电能传输(Magnetic Coupling Wireless Power Transfer,MC-WPT)技术具有设计简单、抗干扰能力强、电能传输高效、过程安全、应用场景广泛的特点,在电动汽车无线充电、植入式医疗设备、航空航天、移动通信等领域具有良好的应用前景和研究价值。本文首先以S-S补偿拓扑为例分析了其电路特点并根据LCC-S型拓扑具有一次侧恒流输出,系统恒压输出的特点,明确了本文的研究对象为LCC-S型MC-WPT系统;针对信号在传输过程中存在与能量相互干扰导致信号传输速率低、电能质量受影响等问题展开研究,本文研究内容如下。(1)磁耦合无线电能传输系统补偿拓扑研究。首先以S-S补偿拓扑为例分析了其电路特点和传输特性,并介绍了目前应用较多的低阶补偿拓扑和高阶补偿拓扑。基于S-S补偿拓扑配置了LCC-S型补偿网络,对LCC-S型补偿拓扑构建了数学模型。通过对系统传输效率、输出功率及输出电压增益等多个方面的分析,得出LCC-S拓扑具有原边恒流输出和系统恒压输出的特性。(2)基于FSK频率调制的正向信号传输系统研究。首先,对LCC-S型补偿拓扑分析时发现系统存在多个谐振工作频点,通过仿真分析得出结论:系统不工作在谐振频点时会进入失谐模式,但在失谐模式中存在与谐振工作模式输出特性相同的频点。最后,根据这一特点提出一种基于FSK信号调制技术的新型选频策略,并进行参数规划和解调电路设计,实现了电能与信号的正向同步传输。(3)基于载波调制的反向信号传输系统研究。由于FSK调制方法只能实现信号的正向传输,本文采用了载波ASK调制方式来实现反向信号传输。引入信号载波后电能的传输会对信号产生干扰,因此,对载波调制式电能与信号同步传输技术中影响信号传输的关键因素进行了分析。随后针对基于LCC-S型补偿拓扑的信号传输电路进行系统电能传输和信号传输的分析。最后,利用MATLAB/Simulink仿真平台建立LCC-S型MC-WPT系统反向信号传输电路,对反向能量与信号传输系统进行了仿真,确定最佳的电路参数,并验证了该方案的可行性。(4)MC-WPT能量和信号同步传输及电能优化电路设计研究。对系统能量与信号传输同步传输的电能传输效率、电能质量和可靠性等方面做了全面的仿真验证和分析。分析得出正向电能传输时出现输出电压质量受损,电能幅值发生变化的结论。为了提高电能传输质量,在副边整流桥后加入四开关BUCK-BOOST电路,并搭建仿真模型。仿真结果显示,成功将幅值变化的电压转为稳定输出的电压,而负载电流不受频率切换的影响,能够实现恒压输出,验证了前文选择恒流频率点作为正向传输FSK调制策略的正确性和有效性。

关键词：磁耦合无线电能传输电能与信号同步传输电能频率调制频率切换 LCC-S补偿网络

Ti-MXene基电解水阳极催化剂的制备及应用

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Ti-MXene基电解水阳极催化剂的制备及应用

作者：季陈珊北京化工大学

学位级别：硕士

氢能作为可循环使用的清洁能源备受关注。通过电解水催化制氢技术生产出来的氢气纯度高,符合当今绿色工业发展的要求。其中阳极析氧反应（OER）是制约电解水催化制氢反应速率的关键步骤。本文以Ti-MXene（过渡金属原子被刻蚀的Ti3Al C2... 详细信息

氢能作为可循环使用的清洁能源备受关注。通过电解水催化制氢技术生产出来的氢气纯度高,符合当今绿色工业发展的要求。其中阳极析氧反应（OER）是制约电解水催化制氢反应速率的关键步骤。本文以Ti-MXene（过渡金属原子被刻蚀的Ti3Al C2）二维材料作为导电基材和催化载体,与尖晶石氧化物复合,制备OER催化剂,并且将其应用于热力学上更有利的、更增值的阳极氧化反应（尿素氧化、甲醇氧化）上,降低电解制氢时所需要的电压,减少能源消耗。论文的主要研究内容如下:1.采用水热-涂覆两步复合法,将水热合成的铁酸镍（NiFe2O4）涂抹到浸泡过MXene的泡沫镍（MXene/NF）上,构建复合电极NiFe2O4-MH/NF1（M代表MXene,H代表水热法,NF代表泡沫镍,1代表水热-涂覆两步复合法）;采用水热原位一步复合法,将NiFe2O4前驱体与MXene/NF直接水热,构建复合电极NiFe2O4-MH/NF2（2代表水热原位一步复合法）。实验表明,NiFe2O4-MH/NF1和NiFe2O4-MH/NF2在1 M KOH电解液的三电极系统中,η10(10 m A·cm-2下的过电位)分别为250 mV和140 mV,Tafel斜率分别为80 m V·dec-1和35 m V·dec-1,并且NiFe2O4-MH/NF2可保持1000圈长效稳定性。在1 M KOH双电极电解槽中驱动10 m A·cm-2的电压分为1.62 V和1.56 V。水热原位一步复合法制备复合电极具有明显优势。2.使用超声原位复合法将NiFe2O4与多层MXene在无氧环境下超声,制备NiFe2O4-MU（U代表超声法）,再将复合产物与粘合剂、导电剂均匀混合涂抹到集流体泡沫镍上,生成阳极NiFe2O4-MU/NF。通过调整超声时间以及NiFe2O4与MXene的比例,探究其对电化学性能的影响。实验表明,此电极在1 M KOH电解液的三电极系统中,η10为180 m V,Tafel斜率为55 m V·dec-1,且具备良好的循环稳定性。在1 M KOH双电极电解槽中驱动10 m A·cm-2的电压为1.57 V。此种制备电极材料的方法将剥离与复合合二为一,效果好,流程简单。3.将超声法制备的复合材料应用于尿素氧化（UOR）和甲醇氧化（MOR）中。在1 M KOH电解液的三电极系统中,尿素氧化的η10为100 m V,Tafel斜率为22 m V·dec-1;甲醇氧化的η10为150 m V,Tafel斜率为59 m V·dec-1。将电极分别在1 M KOH+0.33 M尿素混合溶液和1 M KOH+0.33 M无水甲醇混合溶液中进行电解水实验,其在双电极电解槽中驱动10 m A·cm-2的电压分别为1.17 V和1.34 V。说明此NiFe2O4-MU/NF电极材料不仅可用于OER中,而且在UOR和MOR上也有显著的应用效果,具备广泛的适用性。

关键词： Ti-MXene基复合材料尖晶石氧化物析氧反应尿素氧化反应甲醇氧化反应

基于金属有机骨架及其复合材料的气体传感器研究

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基于金属有机骨架及其复合材料的气体传感器研究

作者：季瑶吉林大学

学位级别：硕士

在过去的几十年里,由于公路运输和工业的迅速发展,各种有毒化学物质被频繁地释放到大气当中。空气污染不仅会对自然环境造成破坏,还容易引发各种呼吸道和心血管疾病,严重威胁到了人类的健康和社会安定。为了监控大气环境以及人类福祉,... 详细信息

在过去的几十年里,由于公路运输和工业的迅速发展,各种有毒化学物质被频繁地释放到大气当中。空气污染不仅会对自然环境造成破坏,还容易引发各种呼吸道和心血管疾病,严重威胁到了人类的健康和社会安定。为了监控大气环境以及人类福祉,实时监测空气中的有毒物质成为了当前研究的重要课题。化学电阻式气体传感器是目前世界上使用范围最广的传感器之一,具有高灵敏度、低成本、体积小、易集成和鲁棒性等优点。但是金属氧化物半导体材料由于工作温度高、选择性差,制约了气体传感器的长远发展。金属-有机骨架材料（MOFs）由于多样可调的孔隙结构以及大比表面积逐渐登上了传感领域的舞台。然而,基于其对材料电导率的依赖性,具有高阻值的MOFs难以直接用于气敏传感,往往需要对材料进行修饰优化。本文对MIL-88B进行预处理在其表面形成一层Fe2O3薄膜,同时通过刻蚀形成分层多孔的核壳状结构（HPS-MIL-88B）,材料在增强电子转移和提高材料导电性的同时有效避免了反应活性位点的损失,对三甲胺气体（TMA）具有优异的吸附性和选择性。近年来,依据介电特性变化来实现气体监测的微波气体传感器得到了热烈关注。与电阻式传感器相比,微波传感器可以实现在室温下检测目标气体,同时其特殊的检测机制也可有效避免MOF材料导电性差所带来的问题。基于此,本文设计合成了SIFSIX-1-Cu,通过多种协同主-客体和客-客体之间的相互作用来对SO2团簇进行选择性识别,首次实现MOFs室温SO2实时监测。论文具体内容如下:（1）采用柠檬酸辅助法制备了具有核壳结构的分层多孔纺锤形MIL-88B（HPS-MIL-88B）。该材料表现出外表面开放的孔道和中/宏孔分级结构。进一步在200~oC下对样品进行预处理,形成氧化膜,旨在提高材料的导电性。所制备的具有核壳结构的HPS-MIL-88B-6h@Fe2O3在200~oC下对TMA表现出优异的选择性和高灵敏度（检测限低至1 ppm）,具有快速的响应恢复时间（4 s/12 s）和优异的重复性。卓越的传感性能是由于开放和分级的多孔结构增强了目标气体和材料活性位点之间的反应。此外,MIL-88B（作为路易斯酸）的金属不饱和活性位点可以选择性地与TMA（作为路易斯碱）发生酸碱反应,提高了对目标气体的选择性吸附能力。（2）通过简单的一步共沉淀法制备了一种具有立方六面体结构的无机阴离子(Si F62-,SIFSIX)柱状金属-有机骨架材料SIFSIX-1-Cu。该材料通过主-客体间的静电相互作用和偶极-偶极相互作用牢牢地抓住了SO2的每一个原子,而SO2分子之间的客体-客体相互作用可进一步促进孔隙空间内的气体捕获。所制备的SIFSIX-1-Cu作为敏感材料与基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,SIW）电路组合而成的微波气体传感器,可实现室温SO2的高灵敏度和高选择性检测,同时具有10 ppb-1000 ppm的宽浓度检测范围。另外,SIFSIX-1-Cu不具有开放的金属位点,可有效避免发生对水分子的吸附和化学特异性吸附,因此基于SIW电路的SIFSIX-1-Cu微波气体传感器还具有优异的抗湿性和良好的重复性。

关键词：金属-有机骨架材料化学电阻式传感器微波传感器气体检测