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列车-轨道-路基系统的车致振动能量采集和储能研究

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列车-轨道-路基系统的车致振动能量采集和储能研究

作者：郭鹏程中南大学

学位级别：硕士

为确保铁路线路运行安全稳定,有必要建立沿线长期监测系统。将车致振动机械能转化为电能并予以储备,可为该长期监测系统提供绿色且稳定的能源供给。基于本课题组已有桥梁车致振动能量采集研究成果,采用理论分析、数值仿真、现场试验和... 详细信息

为确保铁路线路运行安全稳定,有必要建立沿线长期监测系统。将车致振动机械能转化为电能并予以储备,可为该长期监测系统提供绿色且稳定的能源供给。基于本课题组已有桥梁车致振动能量采集研究成果,采用理论分析、数值仿真、现场试验和实验室实验研究相结合的方法,本文研究了既有压电式振动能量采集装置(Piezoelectric Vibration Energy Harvester,PE-VEH)应用于列车-轨道-路基系统的车致振动能量采集的实际效果和存在问题,在此基础上完善了既有装置的能量采集接口和储能功能设计。主要工作和成果如下:(1)以我国西北地区某无砟轨道铁路路基检修段和CRH5G列车为研究对象,基于多体动力学基本理论,建立了列车-轨道-路基耦合动力学模型,完成了路基车致振动响应分析。结果表明,不同列车速度对路基振动响应的影响很小。列车时速为55km/h时,计算所得路基动力响应幅值为8.20×10N。(2)基于上述理论分析,将既有PE-VEH装置埋置于本文依托无砟轨道铁路工程的路基中,完成了55km/h列车时速下的列车-轨道-路基系统车致振动能量采集现场试验。结果表明,负载电阻从10kΩ变化至50kΩ的过程中,既有PE-VEH装置采集能量的实测小于计算值,最大误差不超过15%;随着负载电阻增大,误差逐渐减小。当负载电阻达到50kΩ时,实测采集能量为116.4m J,与计算值基本相当。(3)完善了既有PE-VEH装置的能量采集接口和储能功能设计。仿真结果表明,相较传统交流-直流转换接口,本文的能量采集接口功率输出可提高60%;储能模块可为实际负载提供稳定、持续的电压,可达到能量储备目的。(4)基于上述设计,完成了改进版PE-VEH装置的制作,开展了多种工况下的实验室动力加载实验。结果表明:改进版PE-VEH装置可实现将原装置采集输出的交流电转换为稳定的直流电,且对储能电池可实现稳定输入。但能量采集接口实测输出功率仅为计算值的49%,电池储能效率及其影响因素尚未明确,仍有待持续深入研究。图69幅,表17个,参考文献100篇

关键词：压电能量采集列车-轨道-路基现场试验能量采集接口储能

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新型打桩机工作装置有限元分析与优化设计

新型打桩机工作装置有限元分析与优化设计

作者：郭鹏程长安大学

学位级别：硕士

在山地湿陷性黄土等特殊环境进行输电塔打桩时,受地形、交通、地质等条件限制,通常采用洛阳铲等传统设备进行桩孔掏挖作业,存在人员安全风险高、工程进度推进慢等实际问题。为了解决这些问题,本文在有限元分析和机构优化设计的基础上,... 详细信息

在山地湿陷性黄土等特殊环境进行输电塔打桩时,受地形、交通、地质等条件限制,通常采用洛阳铲等传统设备进行桩孔掏挖作业,存在人员安全风险高、工程进度推进慢等实际问题。为了解决这些问题,本文在有限元分析和机构优化设计的基础上,研制了一种模块化的、多功能的、适用于山地环境的新型输电塔打桩作业装置。首先,对新型打桩机进行了需求分析,设计了新型打桩机总体结构方案,并对传统设备和新型打桩机的方案、施工工艺进行了对比,对工作装置进行了建模,工作装置包括了连接装置、防摆装置、斗杆、动臂。然后,对连接装置、防摆装置在典型工况下的载荷进行了理论分析,分析结果为连接装置在铲土工况时受力最大,防摆装置在提土工况时受力最大。运用ADAMS软件建立了动臂、斗杆的仿真模型,对铲土工况、提土工况及卸土工况下的动臂、斗杆各铰点进行了载荷分析,分析结果表明动臂、斗杆在铲土工况时各铰点受力最大。在此基础上,对工作装置进行了有限元静力学分析,校核其结构强度与刚度。经校核连接装置及防摆装置的刚度、强度明显高于设计要求,存在一定的优化空间。因此运用响应面优化法对连接装置和防摆装置进行了优化设计,优化结果表明:以连接装置、防摆装置的最大应力和最大位移作为约束条件,在优化后连接装置总质量降低了4.78kg,减重的比例为10%;在优化后防摆装置总质量降低了12kg,减重的比例为9%。最后,进行了新型打桩机的样机搭建并进行了功能试验,实验表明:新型打桩机在铲土、提土、回转等工况下正常运行,通过循环作业,完成了预定深度的成孔施工。

关键词：新型打桩机工作装置有限元分析响应面优化法优化设计

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基于事件驱动的低功耗阵列读出电路设计

基于事件驱动的低功耗阵列读出电路设计

作者：郭鹏程东南大学

学位级别：硕士

近年来，具有单光子检测能力的单光子雪崩二极管(SPAD)以其灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强、体积小等优点，在诸如激光雷达、量子通信、荧光光谱分析等弱光探测领域得到了广泛的应用。SPAD的各类应用需要相应的读出电路(ROIC)与之... 详细信息

近年来，具有单光子检测能力的单光子雪崩二极管(SPAD)以其灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强、体积小等优点，在诸如激光雷达、量子通信、荧光光谱分析等弱光探测领域得到了广泛的应用。SPAD的各类应用需要相应的读出电路(ROIC)与之配套，以实现探测器信号的提取与片上处理。随着系统应用需求的提高，SPAD阵列规模不断扩大，精度不断提升，导致电路功耗急剧增加。尤其对于普遍需要制冷的SPAD探测器来说，此类问题影响更为严重，成为限制SPAD面阵规模进一步扩大的主要因素之一，因此低功耗、高精度SPAD阵列读出电路的研究具有迫切的应用需求。　　在弱光环境应用中光子检测效率降低，将所有像素进行量化和传输的传统方法因效率低下而不再有效。为了解决稀疏光子环境下系统功耗过大的问题，本文采用了一种基于事件驱动的读出电路系统架构。系统仅在像素检测到返回光子这一事件后才启用TDC进行时间的量化。同时为减少TDC的数量，本文采用像素TDC共享的架构，在降低芯片功耗的同时节约了芯片的面积。在数据传输阶段仅输出有效像素的时间信息和对应的像素地址信息，大大减少数据的传输量。ROIC的主要功耗来自光子飞行时间(TOF)量化与量化数据的传输，而在本架构中由于系统仅量化和传输有效检测数据，因此系统的功耗大大降低。但在该低功耗架构中由于数据选择型输出，导致无法确认对应位置信息。本文设计了系统检测与地址生成模块，在数据传输中增加了地址信息，实现了量化数据的精确定位。　　基于TSMC0.18μm5/1.8V标准CMOS工艺，采用CadenceEDA工具完成了8×8阵列ROIC电路设计、版图设计和仿真并进行了工程批流片，最终的系统物理版图总面积为1805μm×1805μm。对系统的功能和性能进行仿真验证，系统的时间分辨率最高可至500ps，在该分辨率下量程2μs。非线性误差DNL范围为-0.47LSB~0.47LSB，INL范围为-1.83LSB~1.79LSB。通过对系统添加六个测试信号，模拟系统在弱光环境下工作的情形（实际检测的光子数量占整个像素阵列的9％），由仿真结果可知系统功耗为4.7808mW。相比于传统架构，该系统实现了弱光环境中低功耗的设计要求。

关键词：雪崩二极管读出电路低功耗事件驱动时间数字转换器

HL-2M托卡马克高拉长比等离子体垂直位移事件VDEs分析

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HL-2M托卡马克高拉长比等离子体垂直位移事件VDEs分析

作者：郭鹏程电子科技大学

学位级别：硕士

托卡马克装置高约束模通常都需要比较大的垂直拉长比,而拉长过大会诱发垂直位移事件（VDEs）。VDEs常常与大破裂相关,后者是托卡马克装置的主要安全隐患,在HL-2M这样的大拉长比托卡马克装置上,由于芯部等离子体不稳定,VDEs不可避免,若... 详细信息

托卡马克装置高约束模通常都需要比较大的垂直拉长比,而拉长过大会诱发垂直位移事件（VDEs）。VDEs常常与大破裂相关,后者是托卡马克装置的主要安全隐患,在HL-2M这样的大拉长比托卡马克装置上,由于芯部等离子体不稳定,VDEs不可避免,若是发展到出现大破裂,就有可能因为快速的电流熄灭导致装置上受到很大的晕电流,在磁场作用之下会对装置产生很大的电磁负荷,将对托卡马克的真空室、第一壁及偏滤器等部件造成严重破坏。理解等离子体VDEs演化过程,分析位移和破裂期间作用于装置的相关负载,对托卡马克装置设计及运行安全具有重要意义。本文首先在第一章中介绍了聚变研究的背景,阐述了聚变研究的重要性,接着叙述了托卡马克装置的原理和工程构想,进而在第二章引入到本研究所关注的HL-2M装置的运行工况当中,第二章又对垂直位移运动和大破裂作了定性介绍和公式推导。第三章介绍了本研究的主要代码,DINA代码是一种1.5 D自由边界等离子体模拟代码,它可以进行非线性时间的托卡马克等离子体平衡模拟。为了定性定量地研究HL-2M上各种工况下装置所受的工程压力和等离子体的演化情况,基于DINA代码对HL-2M最新设计建立模型,模型包含了真空室导体壁、极向场线圈、限制器、偏滤器和第一壁,分别开展了不同位形的模拟和以温度为自变量的模拟,之后对模拟结果进行了详尽的分析。第四章中对不同位形的研究发现,第一壁的加入显著延后了等离子体柱的触壁时间,这意味着新添加的真空室内组件提高了托卡马克装置对等离子体的位置控制。与SN位形相比,DN位形的垂直稳定能力更好。而SF和TP位形作为先进偏滤器位形,也展现出了它们的特点和优势。与标准的SN和DN位形相比,先进偏滤器的极向halo电流占比很低。第五章中以芯部温度和边缘温度为变量的研究则显示,边缘温度的改变对HL-2M上的等离子体演化有决定性的影响,芯部温度对输运、受力和破裂后电流的衰减影响不大,其影响更多反映在能量变化方面。

关键词：环流2M DINA代码垂直位移事件大破裂

“市民文学”的玄机--茅盾延安之行的精神轨辙

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中国现代文学研究丛刊 2021年第11期 197-214页

作者：郭鹏程四川大学文学与新闻学院 610064

以茅盾在延安时期参与“民族形式”讨论为出发点,他关于“市民文学”与“民间形式”的观点实际存在冲突之处。这个现象可以理解为茅盾长期秉持的文学观在抗战时期遭遇挑战,也反映出茅盾参与延安文艺话语建构时踌躇、微妙的心态。在党的... 详细信息

以茅盾在延安时期参与“民族形式”讨论为出发点,他关于“市民文学”与“民间形式”的观点实际存在冲突之处。这个现象可以理解为茅盾长期秉持的文学观在抗战时期遭遇挑战,也反映出茅盾参与延安文艺话语建构时踌躇、微妙的心态。在党的文学体制中,茅盾经历了从拒绝充当“旗帜”到接受成为“人民的光荣”的转变,他所秉持的文艺观也从“市民文学”走向了“人民文学”,这背后是茅盾精神的成长史,也是党的文艺体制的召唤史。

关键词：市民文学民间形式茅盾延安之行

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基于核心素养发展的数学教学情境创设研究

数学教学通讯 2023年第20期 59-60,63页

作者：郭鹏程陕西师范大学平凉实验中学 744000

基于核心素养发展的数学情境创设,可从具体教学任务或问题出发,通过活动的开展及适当的引导,更好地培养学生的“四基与四能”以及“三会”,提高教学效能.文章认为数学情境创设须遵循以下原则:符合生活实际;具有“数学味”;突出教学重点... 详细信息

基于核心素养发展的数学情境创设,可从具体教学任务或问题出发,通过活动的开展及适当的引导,更好地培养学生的“四基与四能”以及“三会”,提高教学效能.文章认为数学情境创设须遵循以下原则:符合生活实际;具有“数学味”;突出教学重点;情境层次分明.并由此提出情境创设的基本措施如下:借助生活与数学的关系创设情境;借助数学实践活动创设情境;借助知识的生长点创设情境.

关键词：核心素养情境创设数学思想方法

基于改进EAST算法的场景蒙古文字检测研究

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基于改进EAST算法的场景蒙古文字检测研究

作者：郭鹏程内蒙古大学

学位级别：硕士

随着深度学习的发展,场景文字检测成为计算机视觉的研究热点之一。由于自然场景文字检测可以从真实场景的图像中提取有意义的文本信息,因此它引起了研究人员的越来越多的兴趣,并且取得丰硕的研究成果。然而,由于该领域缺乏标注好的场景... 详细信息

随着深度学习的发展,场景文字检测成为计算机视觉的研究热点之一。由于自然场景文字检测可以从真实场景的图像中提取有意义的文本信息,因此它引起了研究人员的越来越多的兴趣,并且取得丰硕的研究成果。然而,由于该领域缺乏标注好的场景蒙古文图像数据集,针对复杂场景图像中的蒙古文字检测研究还处于探索阶段。同时场景文字检测面临文字尺度变化大,图像光照不足或聚焦不足等问题。在此基础上,本文的主要研究内容如下:1.本文构造了场景蒙古文数据集。随着信息化的不断普及以及蒙古族文化的不断发展,产生了大量的蒙古文印刷文档以及自然场景文本图像,关于蒙古文印刷文档图像检测方面已经积累了很多前人的研究工作,但有关自然场景中的蒙古语文字的检测与识别的研究比较少。原因主要是两个方面:一方面有关场景蒙古文的研究开展的较晚,另一方面由于缺乏真实的规范的标注好的训练样本,导致将场景文字检测的深度学习方法很难被应用到场景蒙古文研究领域。本研究构造了一个标注好的蒙古文场景文字数据集。该数据集取自真实的自然场景,例如广告牌,交通标志,学校楼道等场景。2.本文提出了一种基于改进EAST的场景蒙古文检测方法。首先,针对EAST算法对多尺度文本检测不敏感的缺陷,本文提出一个多尺度学习模块（ML）模块嵌入到EAST模型的上采样和下采样之间,ML模块通过拆分-转换-合并-残差架构从每一层提取多尺度信息。其次,为了解决因光照不足或聚焦不足导致部分文字被漏测的问题,本文引入双重注意力模块到EAST的解码器以获得更好的特征表示,从而使得这些文本能够被检测到。最后,本文对现有的场景文字检测中的几何损失函数做了部分改进,提升模型对场景文本区域的检测能力。大量实验证明了所提方法较其他几个基准模型在蒙古文数据集更具鲁棒性。

关键词：蒙古文场景文字检测 EAST算法双重注意力机制多尺度学习

多传感器融合的观测似然度UKF-SLAM方法研究

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多传感器融合的观测似然度UKF-SLAM方法研究

作者：郭鹏程沈阳建筑大学

学位级别：硕士

自21世纪以来,随着科学技术的发展,移动机器人的商业化潜力被进一步挖掘,越来越多的企业将目光投向了这一市场。移动机器人开始在服务业、物流业、制造业等多个行业显露出实用价值,这就要求移动机器人具有一定的智能化和自主行为能力。... 详细信息

自21世纪以来,随着科学技术的发展,移动机器人的商业化潜力被进一步挖掘,越来越多的企业将目光投向了这一市场。移动机器人开始在服务业、物流业、制造业等多个行业显露出实用价值,这就要求移动机器人具有一定的智能化和自主行为能力。移动机器人具备自主行为能力的基础是实现自主导航,即时定位与建图(Simultaneous Localization And Mapping,SLAM)是移动机器人在缺乏先验地图、复杂多变的环境中实现自主导航的关键技术。作为一种实现机器人自身定位、环境地图构建的解决方案,SLAM从提出至今一直是机器人领域的研究热点。SLAM系统由前端、后端两部分组成。系统前端负责传感器数据处理、数据关联;系统后端涉及到多种传感器信息融合、定位与建图。本文针对前端部分位移传感器数据可靠性问题,对里程计与惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)进行数据融合;针对现有的线特征观测方程、预测观测方程适用范围受限的问题,提出了带有约束条件的改进方程;针对地图特征数量增加的影响观测特征数据关联效率的问题,提出了基于栅格地图的观测特征潜在关联对象统计,该方法能够有效地减少遍历匹配过程的计算量。基于无迹卡尔曼滤波器(Unscented Kalman Filter,UKF)的SLAM系统后端,虽然解决了卡尔曼滤波器(Kalman Filter,KF)不适用非线性系统的问题,且比扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)具有更高的非线性近似精度、更小的计算量。但是其作为基于卡尔曼滤波算法的SLAM系统,在大范围建图过程中,同样存在随着状态向量维度增加会出现耗时增加、系统鲁棒性降低的问题。本文基于Rao-Blackwellised思想,提出了一种改进的UKF-SLAM后端算法——基于观测似然度的UKF-SLAM改进方法,拆分UKF-SLAM的定位和建图过程,使用匹配度筛选质量较好的观测特征参与状态更新(定位)、并在状态更新的迭代过程中使用观测似然度优化后验状态。通过仿真实验证明改进方法的有效性,基于观测似然度的UKF-SLAM改进方法与UKF-SLAM相比,在状态更新用时上减少了73.2%,在定位精度上提升了25.3%,且算法用时不再受地图特征数量的影响,正比与t时刻观测特征数量。

关键词： UKF-SLAM 数据关联观测模型多传感器

长三角地区数字化水平的空间分布及经济增长效应研究

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长三角地区数字化水平的空间分布及经济增长效应研究

作者：郭鹏程东北财经大学

学位级别：硕士

人类社会发展由农业文明发展为工业文明,实现了历史性飞跃,现在正在逐步由工业文明迈向信息文明,世界经济发展正经历新旧动能转换的关键时期。中国经济进入新常态,处于城市发展变革以及经济结构变换的关键时期,劳动、资本等传统生产要... 详细信息

人类社会发展由农业文明发展为工业文明,实现了历史性飞跃,现在正在逐步由工业文明迈向信息文明,世界经济发展正经历新旧动能转换的关键时期。中国经济进入新常态,处于城市发展变革以及经济结构变换的关键时期,劳动、资本等传统生产要素的经济增长潜力正在不断减弱,城市发展也经历关键变革阶段,寻找新的经济增长动力,为城市发展制定全新发展方向,进而促进区域一体化建设,成为目前亟需研讨的问题。数字经济作为新时代生产要素的代表,在促进经济变革转型、实现创新驱动发展、变革生产要素模式、推动新旧动能转换能方面展现出强大的能量,已经成为国际竞争与合作的核心。城市群作为城市发展的最高空间组织形式,是国家未来城市建设发展的重点,长三角地区作为中国城市群中经济发展水平最高、现代化建设最为完善的城市群,其建设和发展对于我国其他城市群具有示范作用。城市的竞争力取决于以创新为核心的内生增长动力,数字经济作为新时代创新能力的直观体现,深刻影响着城市的发展与建设。但我们应看到的是我国地区之间数字经济的发展状况存在一定的问题,一方面,由于城市和地区之间数字化基础设施建设差异明显,地区之间数字经济发展程度参差不齐。另一方面,在空间地理上数字经济又具有明显的空间分异特征,这种空间分异又制约着区域内各城市之间的协调发展。因此就需要综合分析数字经济的空间分布特征,这种空间分布特征如何影响区域内各城市数字经济的发展,进而影响区域一体化建设和城市经济的发展。本文以长三角地区作为研究的切入点,从理论机制和实证检验两方面探讨了长三角地区数字化水平空间演化过程和空间分布特征,以及这种数字化水平对经济增长的影响方式。理论部分重点分析了数字经济培育经济发展新动能的现实路径,以及如何影响科技创新能力,进而实现经济的可持续发展。分别从发掘国内市场潜力、重塑国际价值链、推动产业变革、促使企业组织模式转变四个方面,由宏观角度到中观角度再到微观角度,论证了数字经济培育经济发展新动能的现实路径。实证检验部分通过构建数字化水平的指标体系,进而根据熵值法得出不同年份的数字化水平的综合得分,在此基础上借助Arcgis10.4进行可视化分析,通过计算全局莫兰指数和局部莫兰指数探究长三角地区数字化水平是否存在空间相关性,在此基础上选用OLS-[SAR和SEM]-SDM这一思路进行空间计量回归,结果表明（1）长三角地区数字化水平整体上随时间的演进实现了快速发展,研究期间内41所城市的数字化水平均实现了 1倍以上的增长。（2）长三角地区数字化水平的发展整体呈现出“东高西低”的空间分布特征,由沿海城市向内陆城市依次递减,形成了以上海市为核心的稳定的高水平集聚区。（3）长三角地区数字化水平的发展在空间上并非随机分布,具有明显且稳定的空间正相关性。（4）根据空间杜宾模型所得的回归结果可知数字化水平的直接效应（0.538）、间接效应（1.538）均显著为正,其中间接效应的系数要大于直接效应的影响,意味着数字化水平存在明显的空间溢出效应,城市数字化水平的发展能够对临近城市的经济发展带来积极的正向效用,这表明发展数字经济是缩小地区差距,实现一体化发展的重要手段。（5）数字经济通过推动城市创新能力的提高,改善企业生产经营效率,为经济发展注入新的内生动力。

关键词：长三角数字经济数字化水平空间分布经济增长