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科学计算可视化在智慧生态畜牧业中的应用研究

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科学计算可视化在智慧生态畜牧业中的应用研究

作者：牛成水青海大学

学位级别：硕士

随着工业4.0的不断推进,科学计算可视化和人工智能逐步走入人民的生活中,理论上的概念技术已经在工业生产中实现量产。三江源地区作为中国最大的高原牧场有着独特的天然地理优势和丰富的物种种类,但计算机科学技术应用于畜牧业的领域范... 详细信息

随着工业4.0的不断推进,科学计算可视化和人工智能逐步走入人民的生活中,理论上的概念技术已经在工业生产中实现量产。三江源地区作为中国最大的高原牧场有着独特的天然地理优势和丰富的物种种类,但计算机科学技术应用于畜牧业的领域范围与沿海地区还存在着很大的差距。如何实现畜牧业的智慧化是当前三江源地区研究人员和技术人员亟待解决的问题。三江源地区的牧民大部分以藏族居民为主,对于英文、计算机数据处理语言掌握程度都相对有限,在三江源地区中有关计算机科学方面的研究也相当匮乏,例如:机器学习和可视化的运用。为了解决以上问题本研究将通过构建三江源地区牦牛体重、牦牛生成利润等数据模型,对数据模型进行预测评估,找出最优的解,并规范最优解的共性数据,降低数据之间的耦合度,最终构建一个完整的可视化系统。数据模型的构建是以三江源地区特有的牦牛收益为主码元素,以与牦牛相关的草产量、饲料补给量,牦牛自身的产肉量、产仔量、驮伏量、产毛量等生成的利润以及消耗的成本等为辅助元素。数据预测评估中将使用机器学习中的基因遗传算法和决策树算法,共性数据的分类中将用到0-1背包问题和线性规划,共性数据的构建中将使用KMP算法和凸包问题的求解。可视化系统构建中将使用D3和JGraphis等可视化方法。通过以上数据模型的构建和算法的优化以及数据图形的生成,最终构建成可供三江源地区牧民以及工作站技术人员和三江源地区畜牧业的研究人员方便使用和技术支持的科学计算可视化智慧生态畜牧系统。该项目研究结果可为三江源牧区生产与生态保护计划的制定和科学研究提供理论与技术指导。

关键词：科学计算可视化人工智能牦牛优化模型

一种求解高寒牧场牦牛种群结构优化问题的遗传算法

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青海大学学报（自然科学版） 2017年第1期35卷 11-17页

作者：李炳芬牛成水葛勇宋仁德张玉安青海大学机械工程学院青海西宁810016 青海大学计算机技术与应用系青海西宁810016 青海省玉树州畜牧兽医工作站青海玉树815000

为缓解牦牛种群结构分配不合理导致的草畜矛盾突出、生态环境恶化及农牧民经济收益降低。结合信息化技术及放牧系统优化理论,文中提出了一种求解高寒牧场牦牛种群结构优化问题的遗传算法。首先将高寒牧场牦牛种群结构优化问题转换为数... 详细信息

为缓解牦牛种群结构分配不合理导致的草畜矛盾突出、生态环境恶化及农牧民经济收益降低。结合信息化技术及放牧系统优化理论,文中提出了一种求解高寒牧场牦牛种群结构优化问题的遗传算法。首先将高寒牧场牦牛种群结构优化问题转换为数学模型,然后通过改进的遗传算法对模型进行仿真及其求解。最后经仿真实验,充分验证了本文算法的有效性和实用性。实验结果明确证明了该算法可以很好地解决高寒牦牛种群结构优化问题,为高寒牧场牦牛种群的年度出栏结构提供一定的指导作用。

关键词：牦牛高寒牧场优化问题遗传算法

基于改进遗传算法的移动机器人路径规划的研究

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青海大学学报（自然科学版） 2018年第2期36卷 33-40页

作者：葛勇牛成水杜美云徐娟张玉安青海大学机械工程学院青海西宁810016 青海大学计算机技术与应用系青海西宁810016 青海省工业职业技术学校青海西宁810000

为改进标准遗传算法在路径规划问题中存在的初始种群可行性问题、标准遗传算子在路径规划问题上的局限性问题,文中提出了一种改进的遗传算法。首先,将环境地图转换为栅格地图,在初始种群的生成过程中加入偏移机制;然后,把人工势场算法... 详细信息

为改进标准遗传算法在路径规划问题中存在的初始种群可行性问题、标准遗传算子在路径规划问题上的局限性问题,文中提出了一种改进的遗传算法。首先,将环境地图转换为栅格地图,在初始种群的生成过程中加入偏移机制;然后,把人工势场算法和偏移机制分别引入交叉算子和变异算子中;最后采用动态参数的方法控制算法的遗传参数,通过改进的遗传算法对地图模型进行仿真及其求解。根据实验结果,充分验证了本文算法的有效性和实用性。实验结果明确证明了改进的算法可以很好地解决路径规划问题,为机器人的路径规划提供了一定的指导作用。

关键词：遗传算法路径规划偏移机制人工势场算法动态参数

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乌拉尔铝土矿开采的冲击地压

轻金属 1989年第10期 6-9页

作者： И.И.Плотников 牛成俊

乌拉尔铝土矿是在复杂的工程地质条件下进行开采的。在这里,开采矿层的主要问题是矿体围岩附近溶洞强裂富水。

关键词：铝土矿开采冲击地压乌拉尔

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聚酰胺渗透汽化复合膜的制备及脱盐性能研究

聚酰胺渗透汽化复合膜的制备及脱盐性能研究

作者：牛成浩北京化工大学

学位级别：硕士

高浓盐水通常指工业废水或海水反渗透产生的浓缩液,是一种潜在的水源。然而,目前主流的高压反渗透技术因效率低、耗能高而发展受限。渗透汽化（PV）技术作为一项新型的脱盐技术,结合了热法和膜法脱盐的优势,能够将高浓盐水进行纯化或浓... 详细信息

高浓盐水通常指工业废水或海水反渗透产生的浓缩液,是一种潜在的水源。然而,目前主流的高压反渗透技术因效率低、耗能高而发展受限。渗透汽化（PV）技术作为一项新型的脱盐技术,结合了热法和膜法脱盐的优势,能够将高浓盐水进行纯化或浓缩,但也存在渗透通量低的缺点。本研究主要通过调控支撑层透气性和改善致密层亲水性制备出TFC膜,提高渗透汽化脱盐膜的通量性能。利用界面聚合能够制备超薄致密层的优点,制备出PA/PES复合膜。但反应单体PEI和TMC制备的致密层水渗透性较低,不利于通量的提高,为了解决这一问题,在水相溶液中引入亲水高分子聚乙烯醇,调控界面聚合反应速率,使得部分聚乙烯醇参与到聚合反应,降低致密层的交联程度,同时增加膜的亲水性和渗透性。最终PA/PES复合膜在70、3.5 wt.%Na Cl进料条件下,渗透汽化水通量为54.72±2.4 kg·m·h,截盐率为99.97%。为了进一步提高通量,分析了支撑层带来的传质阻力问题。以透气性高的PTFE膜为基底,进行多巴胺亲水改性,通过调节改性溶剂和时间,制备的PDA/PTFE支撑层孔径为31.51 nm,孔隙率为17.76%,透气性远高于NIPS法制备的PES支撑层,通过喷涂辅助界面聚合在其上制备PA致密层。最终PA/PDA/PTFE复合膜在70、3.5 wt.%Na Cl进料条件下,渗透汽化水通量为168.9±3.9kg·m·h,截留率为99.99%,在20 wt.%进料浓度下水通量仍高达94.9±4.9 kg·m·h。另外,复合膜的支撑层和致密层的层间剥离强度高达8.5±0.5 N/cm,表明复合膜具有良好的整体结构稳定性,这也得益于PDA中间层良好的界面粘附性。

关键词：渗透汽化界面聚合高浓盐水净化多巴胺改性复合膜

共沸精馏过程动态优化与模型预测控制方法研究

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共沸精馏过程动态优化与模型预测控制方法研究

作者：牛成群青岛科技大学

学位级别：硕士

共沸物(如乙醇-水、乙腈-水),广泛地存在于化工生产过程中,普通精馏方法难以有效分离共沸物,而共沸精馏技术能够实现多元共沸物的有效分离与纯化。共沸精馏因共沸剂的存在及共沸组成的限制,操作条件苛刻,相比于其它精馏过程,如萃取精馏... 详细信息

共沸物(如乙醇-水、乙腈-水),广泛地存在于化工生产过程中,普通精馏方法难以有效分离共沸物,而共沸精馏技术能够实现多元共沸物的有效分离与纯化。共沸精馏因共沸剂的存在及共沸组成的限制,操作条件苛刻,相比于其它精馏过程,如萃取精馏,更加难以控制。此外,为了节能降耗,通常采用热集成、热泵等节能技术,增加了共沸精馏变量间的耦合性,使得集成工艺的共沸精馏控制困难。本文对共沸精馏工艺特点及控制难点进行了系统分析,基于典型的乙腈-水二元共沸体系及与异丙醇-二异丙醚-水三元共沸体系,开展PID控制方案设计与模型预测控制方法的研究,其主要研究内容包括:(1)采用斜率判据法确定了乙腈-水共沸精馏和异丙醇-二异丙醚-水共沸精馏的温度灵敏板,研究了乙腈-水共沸精馏补充剂与产品纯度之间的关系,基于PID控制设计了两种可行的温度控制方案,实现了两种工艺的稳定运行;在温度控制方案的基础上,分析了操纵产品纯度的有效变量,通过设置合适的组分控制器改进了控制方案,实现了对产品纯度的高精度、鲁棒控制。结果表明,在±10%和±20%进料流量和组分扰动下,所提出的控制方案分别实现了工艺的稳定鲁棒运行,保证了产品产量与纯度。其中,通过对补充剂的优化控制,降低了控制系统的最大动态偏差、回复时间及稳态偏差,提高了控制系统的动态性能。(2)在PID控制方案基础上,设计了基于线性时不变状态空间模型的模型预测控制(Model predictive control,MPC)方法,并通过遗传算法对MPC控制器权重进行多目标优化,提出了PID-MPC组合控制方法。在乙腈-水共沸精馏工艺上,MPC控制器替代了原有温度控制,集成了多个变量、简化了控制结构;在异丙醇-二异丙醚-水共沸精馏工艺上,MPC控制器替代了原有组分控制器,通过定性和定量分析对组合控制方案进行了对比分析。结果表明:MPC控制器可有效控制温度、纯度等多个关键变量,其内部预测模型可有效反映这些变量之间的耦合关系,MPC控制较PID控制的最大动态偏差更小,对应误差平方积分(Integral of squared error criterion,ISE)值也更小,具有更好的稳定性和鲁棒性。(3)利用易测量的辅助变量与产品纯度之间的数学关系,基于时延神经网络(Time-delay neural network,TDNN),构建了实时在线预测产品纯度的预测模型,并结合MPC方法,提出一种融合神经网络-模型预测控制(Fusion control of Artificial neural network-Model predictive control,ANN-MPC)方法,实现了不直接检测产品纯度就可高精度控制产品纯度。通过实例对控制方法进行定性与定量分析,结果表明:在不使用组分测量的情况下,ANN-MPC组合控制方案较MPC-PID方案瞬态最大动态偏差没有明显增大,产品纯度仍可得到高精度控制,其对应的ISE值与MPC方案接近,控制效果优于PID方案,在工业应用中具有一定的优势。本文的研究为实现乙腈-水、异丙醇-二异丙醚-水等共沸精馏工艺的工业应用提供了可行的控制方案,同时对共沸精馏过程的先进控制方法进行了探索,对共沸精馏的动态优化与控制方法研究具有一定参考价值。

关键词：共沸精馏动态优化 PID控制模型预测控制遗传算法神经网络

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活跃沥青层控压钻井技术研究与应用

钻采工艺 2015年第6期38卷 8-10,6页

作者：赵向阳豆宁辉黄在福何青水杨顺辉牛成成中国石化石油工程技术研究院油气藏地质及开发工程国家重点实验室.西南石油大学中国石化国际石油勘探开发有限公司

伊朗Y油田K地层属于高温高压含硫化氢活跃沥青层,由于沥青分布与侵入规律不明、流体特征差异和地层压力差异较大,其中A井、B井、C井因沥青侵入被迫提前完井,未能实现设计钻探目的。由于国内外没有成功的经验可以借鉴,沥青侵入处理过程... 详细信息

伊朗Y油田K地层属于高温高压含硫化氢活跃沥青层,由于沥青分布与侵入规律不明、流体特征差异和地层压力差异较大,其中A井、B井、C井因沥青侵入被迫提前完井,未能实现设计钻探目的。由于国内外没有成功的经验可以借鉴,沥青侵入处理过程中尝试了常规的惰性材料堵漏技术、注水泥堵漏技术、水玻璃堵漏技术、化学固结堵漏技术、沥青固化技术,均未能有效解决沥青侵入问题。由于控制压力钻井技术可以精确地控制环空压力,当井口存在套压时,可以实现井口带压强钻。文章对活跃沥青层控压钻井技术进行了适应性评价,优选了控压方式、控压设备与参数,同时优化了相应的配套技术,如专打专封井身结构、欠饱和盐水泥浆、简化钻具组合等。控压钻井配套技术在D井成功钻穿沥青层,共计用时25 d,进尺371.5 m,实现了控压钻进、接立柱、起下钻、控压堵漏、下套管、注水泥等工艺,完善扩展了控压钻井使用范围,同时为沥青层安全钻进找到了一种有效的应对措施。

关键词：高温高压活跃沥青层控压钻井适应性评价

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农产品中黄曲霉素的液相色谱测定法

农业环境保护 1995年第1期14卷 43-45页

作者：牛成玉李治祥王勇农业部环境保护科研监测所

本文建立了高压液相色谱测定农产品中黄曲霉毒素的方法。样品经石油醚（或正己烷）脱脂，用甲醇／水（５５／４５，Ｖ／Ｖ）混合溶液提取黄曲霉素，提取液以氯仿革取，革取液过弗罗里硅土柱净化，用三氟乙酸衍生后进液相色谱检测，荧光... 详细信息

本文建立了高压液相色谱测定农产品中黄曲霉毒素的方法。样品经石油醚（或正己烷）脱脂，用甲醇／水（５５／４５，Ｖ／Ｖ）混合溶液提取黄曲霉素，提取液以氯仿革取，革取液过弗罗里硅土柱净化，用三氟乙酸衍生后进液相色谱检测，荧光检测器的激发和发射波长分别为３６０、４２５ｎｍ，该方法在花生中的平均添加回收率均大于７７．０％，相对标准偏差小于９．０％，最低检出浓度：Ｂ＿１，０．２；１．２；Ｇ＿１，０．８；Ｇ＿２，０．８μｇ／ｋｇ。

关键词：黄曲霉素液相色谱测定农产品

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姜黄素琥珀酸酯前药的合成及其抗炎活性评价

药学学报 2018年第12期53卷 2085-2092页

作者：牛成王东阁张天宏温鸿亮北京理工大学化学与化工学院北京102488 军事医学科学院毒物药物研究所北京100850

姜黄素是一种从姜科姜黄属植物中提取得到的多酚类化合物,具有抗炎、抗肿瘤等多种生物活性。但姜黄素水溶性差,限制了它在临床的使用。根据姜黄素的结构特征,本文设计合成了姜黄素一取代和二取代琥珀酸酯前体药物并对它们的溶解度、稳... 详细信息

姜黄素是一种从姜科姜黄属植物中提取得到的多酚类化合物,具有抗炎、抗肿瘤等多种生物活性。但姜黄素水溶性差,限制了它在临床的使用。根据姜黄素的结构特征,本文设计合成了姜黄素一取代和二取代琥珀酸酯前体药物并对它们的溶解度、稳定性、大鼠体内的代谢及抗炎活性进行了研究(实验所用大鼠由军事医学科学院北京实验动物中心提供,经伦理委员会批准且实验均按照相关指导原则和规定进行),结果表明:合成的姜黄素琥珀酸酯前体药物在水中的溶解度比姜黄素提高约300倍,姜黄素一取代琥珀酸酯在水和磷酸缓冲溶液中的半衰期分别为6.55和5.56 h,姜黄素二取代琥珀酸酯在水和磷酸缓冲溶液中的半衰期分别为6.81和3.48 h;进入大鼠体内,姜黄素琥珀酸酯前体药物可迅速完全转变为姜黄素;抗炎实验显示,经尾静脉注射给药后,姜黄素琥珀酸酯前体药物对鸡蛋清诱导的大鼠足跖肿胀模型产生明显的抗炎作用,与同等剂量下地塞米松的抗炎活性相当。

关键词：姜黄素琥珀酸酯前药抗炎活性