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人工湿地构型设计及其对堵塞与污染物去除的影响

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人工湿地构型设计及其对堵塞与污染物去除的影响

作者：蒋昀耕中国环境科学研究院

学位级别：硕士

随着潜流湿地的长期运行,系统常面临不可避免的严重堵塞的问题,导致水力故障和处理性能降低、使用寿命大幅缩短。近年来,研究人员通过研发强化型人工湿地、优化人工湿地设计和运行参数,以增强人工湿地的处理效果和延长其使用寿命。工艺... 详细信息

随着潜流湿地的长期运行,系统常面临不可避免的严重堵塞的问题,导致水力故障和处理性能降低、使用寿命大幅缩短。近年来,研究人员通过研发强化型人工湿地、优化人工湿地设计和运行参数,以增强人工湿地的处理效果和延长其使用寿命。工艺设计阶段的防堵塞考虑在诸多人工湿地增效和堵塞防治方法中具有前瞻性。针对人工湿地增效和堵塞问题,本论文通过设计和构造多种构型的人工湿地,探究构型对污水处理效果、流场和水力性能、堵塞形成的影响,阐明不同构型潜流湿地中流场分布和常规污染物的分布特征,解析流场的水力特性和污染物的迁移转化规律,揭示不同构型湿地处理性能差异及其机制,针对潜流人工湿地易发生堵塞的问题,研究构型对固体累积空间分布和动态变化的影响,为人工湿地设计优化和寿命延长提供有效支撑。取得主要结论如下:（1）传统型、沿程渐扩型、沿程渐缩型、中心辐射流型、周围辐射流型等水平微尺度人工湿地构型之间,沿程渐缩型的水力性能与缓堵效果最差,沿程渐扩型的水力性能最优,辐射流型水力条件变化相对复杂。矩形边壁型、三角形边壁型、圆形边壁型、斜流型等垂直微尺度人工湿地构型因素对装置的渗透性能影响有限,潜流湿地中存在边壁效应且圆形边壁型性能略优,斜流型在改善渗透性能方面有优势。（2）构型因素对人工湿地水力性能与缓堵能力有明显影响。构型因素对渗透系数（Ks）时间分布与空间分布规律的影响不一致,而排水孔隙度的影响相对一致,且任一构型无法兼具最高降污性能与最良好水力条件。分析Ks的时空分布,可得沿程渐缩型的渗透性能最优,传统型的渗透性能最弱;分析研究排水孔隙度的时空分布,可得沿程渐缩型和传统型的缓堵效果更优,沿程渐扩型和中心辐射流型缓堵能力最弱;分析水力停留时间（HRT）的时空分布和示踪曲线（RTD）分布,可得中心辐射流型的流场分布最均匀,周围辐射流型、传统型的流场不均,易出现水力问题。（3）构型因素对人工湿地污染物去除能力及空间分布有明显影响。周围辐射流型的理化条件最利于污染去除;周围辐射流型、阶梯循环流型的污染去除能力最强,对高锰酸盐指数(CODMn)、总氮（TN）、总磷（TP）、总悬浮固体（TSS）处理能力较高;而氨氮（NH3-N）浓度总体呈上升趋势,传统型波动较大。水文因素对于水质参数随时间变化的作用显著,而理化因素的作用不显著。不同构型的污染物空间分布差异较大,不同污染物在各构型间的变化规律差异较大。理化因子对不同构型人工湿地水质参数的空间分布影响作用不同,理化因子对传统型、中心辐射流型水质参数空间分布的作用显著,而对沿程渐扩型与沿程渐缩型的影响极小。（4）通过人工湿地工程的实地研究,验证了部分实验室关于构型因素影响的相关结论。人工湿地工程的Ks分布表明沿程渐缩型比传统型具更好的流场分布和缓堵效果。沿程渐缩型的构造更利于流态呈推流,并利于水流在路径较长时的平稳推进;沿程渐扩型、传统型流场均受到横向扰动多,堵塞的空间分布不规则。

关键词：人工湿地构型水力堵塞污染物去除

改良MEMS红外光声气体传感器中压电麦克风低频响应的研究

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改良MEMS红外光声气体传感器中压电麦克风低频响应的研究

作者：吴府耕电子科技大学

学位级别：硕士

黄土高原小流域洪水过程对还林与还草模式的响应研究

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黄土高原小流域洪水过程对还林与还草模式的响应研究

作者：范嘉耕西安理工大学

学位级别：硕士

为应对长期的水土流失和生态环境退化问题,黄土高原自1999年开始实施退耕还林还草工程,大规模的植被恢复使植被覆盖度大幅提升,极大地影响了流域的径流特征,抑制了水土流失的同时却也加剧了水资源紧缺问题。探究还林和还草模式对流域径... 详细信息

为应对长期的水土流失和生态环境退化问题,黄土高原自1999年开始实施退耕还林还草工程,大规模的植被恢复使植被覆盖度大幅提升,极大地影响了流域的径流特征,抑制了水土流失的同时却也加剧了水资源紧缺问题。探究还林和还草模式对流域径流的影响,尤其是对小流域洪水过程这一黄士高原地区径流主要组分的影响,可为流域综合管理提供参考。鉴于此,本文选取南小河沟流域内相邻的杨家沟流域(还林模式)和董庄沟流域(还草模式)作为研究对象,分析了小流域年尺度、次降雨尺度的降水、径流特征及降雨-径流关系,并划分降雨雨型,阐明不同降雨雨型下还林和还草小流域的径流特征;构建MIKE SHE和MIKE 1 1耦合模型,并进一步评估了不同DEM分辨率下的洪水过程模拟效果；开展不同地形下洪水过程模拟,阐明了地形对洪水过程的影响;设计了上草下林这种植被措施格局和不同降雨量级的降雨过程,研究不同植被格局和降雨量级对洪水过程的影响,为黄土高原可持续生态建设提供科技支撑。论文取得的主要结论如下:(1)阐明了 2005—2014年杨家沟和董庄沟流域年尺度、次降雨尺度的降水、径流特征。杨家沟和董庄沟流域的多年平均径流深分别为12.1mm和27.8mm。杨家沟流域在丰、平、枯三种降水年型的平均次洪径流深分别为4.7mm、2.1mm和1.1mm;董庄沟流域则分别为7.3mm、3.8mm和1.3mm。两个流域次降雨的降雨量·径流深关系均表现出一定的阈值效应,杨家沟和董庄沟产流的雨量阈值分别为14 mm和10 mm。在不同降雨量级的场次降雨下,董庄沟流域的洪峰流量和径流深分别为杨家沟流域的1.4～15倍和2.1～4.4 倍。(2)辨析了不同降雨雨型下还林和还草小流域的径流特征。选取降雨量和前5d降雨量作为降雨雨型分类特征变量,采用K-均值聚类法得到4类雨型,分别为A雨型、B雨型、C雨型、D雨型。两个流域在B雨型下平均次洪径流深最大(6.3 mm和9.5 mm),平均洪水历时最长(67.7 h和30.6 h),在C雨型下平均流量最大(0.04 m3/s和0.17 m3/s)。杨家沟在B雨型下洪峰流量最大,为0.17m3·s-1,而董庄沟在C雨型下洪峰流量最大,为0.52m3·s-1。杨家沟在B雨型降雨下的径流系数最大(0.11),董庄沟在A雨型降雨下的径流系数最大(0.20)。相较于还草模式,还林模式能够降低径流深和洪峰流量,降低幅度在小雨量大雨强的C雨型下最大。(3)构建了 MIKE耦合模型,获得了模型在不同数字高程模型(DEM)分辨率下的模拟效果。构建了杨家沟和董庄沟的MIKE SHE和MIKE 11耦合模型,在本次模拟中,率定阶段模型的决定系数均大于0.66,纳什效率系数均大于0.65;验证阶段模型的决定系数均大于0.66,纳什效率系数均大于0.60。模型模拟结果满足精度要求,可以用来模拟黄土高原小流域洪水过程。DEM分辨率对模型模拟结果有显著影响。当DEM分辨率小于等于10m时,模型模拟结果较好,洪峰流量的模拟误差均在8.8%以下;当DEM分辨率大于10 m时,洪峰流量的模拟结果随着DEM精度的降低而不断下降。(4)分析了还林模式和还草模式下地形对小流域洪水过程和小流域主沟道不同位置洪水过程的影响。董庄沟陡坡多的地形特点使峰现时间提前,洪峰流量模数增大。地形对小流域洪水过程的影响在C雨型降雨下较明显。在C雨型降雨下,在董庄沟地形下还林模式和还草模式的洪水过程峰现时间分别较杨家沟地形提前21min和15 min,洪峰流量分别增大0.14m3/s和0.27m3/s,洪峰流量模数分别增大0.02m3/(s·km2)和0.07 m3/(s·km2)。地形对小流域主沟道不同位置洪水过程的影响同样在C雨型降雨下较明显。C雨型降雨下,董庄沟的洪峰滞时更小,且两个地形的洪峰滞时差值在沟道中游最大,在河流交汇点后有所减少。(5)分析了不同植被措施格局和降雨量级对洪水过程的影响。相较于还林格局,上草下林格局使洪峰流量和径流量增大,在小雨量大雨强降雨和大雨量小雨强降雨中该格局的洪峰流量比还林格局分别增大33.3%和27.5%,径流量分别增加12.5%和7.7%。相较于还草格局,上草下林格局具有削峰滞洪作用,在小雨量大雨强降雨和大雨量小雨强降雨中该格局的洪峰流量比还林格局分别降低28.6%和10.7%,径流量分别减少9.0%和3.8%。采用同倍比放大法设计不同降雨量级的降雨过程。在不同降雨量级下,董庄沟流域的洪峰流量和径流深分别是杨家沟流域的1.64～3.85倍、1.06～1.51倍,且随着降雨量级的增大,该倍数在减小。

关键词：植被恢复模式降水径流特征洪水过程 MIKE模型地形植被措施格局

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基于三元组网络和混合粒子群的碎纸拼接算法

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 22-28页

作者：陈志刚苏周方佳中南大学计算机学院湖南长沙410083 暨南大学信息科学技术学院广东广州510632

针对细粒度切割后的碎纸片聚类准确率低和启发式算法拼接效果一般的问题,提出了一种基于三元组网络和混合粒子群的碎纸片自动拼接算法.碎纸片拼接分为行间聚类、兼容性评估和行内拼接三个阶段.首先,在行间聚类阶段,对投影得到的图像向... 详细信息

针对细粒度切割后的碎纸片聚类准确率低和启发式算法拼接效果一般的问题,提出了一种基于三元组网络和混合粒子群的碎纸片自动拼接算法.碎纸片拼接分为行间聚类、兼容性评估和行内拼接三个阶段.首先,在行间聚类阶段,对投影得到的图像向量进行自适应填充以补充缺失的特征信息,再利用高斯混合模型聚类算法进行聚类;然后,在兼容性评估阶段,借助三元组网络模型,将聚类后的同一行图像映射到一个公共的度量空间,并得到一个区分度明显的距离矩阵;最后,将这个距离矩阵作为粒子的适应度值,提出了一种基于混合粒子群算法的行内拼接算法.实验结果表明:本文提出的拼接算法能够提升聚类准确率和拼接精度,在破碎文档重建工作上具有良好的效果.

关键词：碎纸片拼接混合粒子群算法高斯混合模型三元组损失卷积神经网络

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脑机接口中运动想象脑电信号分类识别研究

脑机接口中运动想象脑电信号分类识别研究

作者：续耕有西安工业大学

学位级别：硕士

脑机接口作为一种先进的人机交互技术,致力于恢复、补充或改善人体的功能,在医学康复领域发挥着重要的作用,同时为更广泛的人机交互提供了新的发展前景。基于运动想象的脑机接口技术通过捕捉大脑中运动意图的脑电信号,实现以思维控制外... 详细信息

脑机接口作为一种先进的人机交互技术,致力于恢复、补充或改善人体的功能,在医学康复领域发挥着重要的作用,同时为更广泛的人机交互提供了新的发展前景。基于运动想象的脑机接口技术通过捕捉大脑中运动意图的脑电信号,实现以思维控制外部设备的目标,为运动功能障碍患者进行主动康复训练提供了可能。然而,由于脑电信号的非平稳和低信噪比等特点,高效的分类识别一直是脑机接口领域面临的挑战之一。本文深入研究运动想象脑电信号的分类识别问题,综合传统方法和深度学习技术,为分类识别研究提供了新的思路。本文主要研究内容如下:(1)针对脑电信号中的个体特异性问题,本文通过时频参数优化和时频段扩增两种方式来处理。首先对原始脑电信号数据进行预处理,利用皮尔逊相关系数筛选与运动想象任务强相关的通道。然后利用两种方式:一种是利用遗传算法优化受试者的时间和频带;另一种是使用滑动时间窗和频带选择的方式扩增数据。最后使用共空间模式和时域参数的方法提取相应特征,通过分类器完成对脑电信号数据的分类。实验结果准确率分别达到85.33%和91.56%,相比固定时频段提高了9.05%和15.28%,证明了两种方式提高了对运动想象脑电信号的分类识别。(2)针对单一域特征识别精度低、传统模型分类效果差的问题,本文提出了一种多输入的时频空域混合卷积神经网络的运动想象脑电信号分类识别算法。该网络模型的输入数据分为三种类型:经预处理和滑动时间窗得到的时域信号矩阵;经连续小波变换得到的时频矩阵;经共空间模式投影到的空间信息矩阵。三种类型数据构成了时-频-空域特征信息,模型中三分支并行训练得到输出结果。提出的模型在脑机接口公开数据集中的平均准确率达到94.81%,经消融实验和对比实验证明了所提出模型的有效性。(3)为了进一步探究深度学习对运动想象脑电信号的分类识别研究,本文提出了一种基于金豺算法优化双向长短时记忆网络的集成分类模型。该模型分为双向长短时记忆网络模型构建和集成学习两部分:利用金豺算法优化超参数组合以实现网络模型构建;采集集成策略综合多个基学习器,在迭代训练中调整权重。在脑机接口公开数据集中,该方法的平均分类准确率达到88.46%,证明了该方法能够有效解码运动想象脑电信号。与其他方法的对比结果进一步证明了模型分类识别的有效性。综上,本文所提出的方法均在公开数据集上进行了实验验证,在个体特异性、多域信息、集成分类三个方面进行了研究,为运动想象脑电信号分类识别提供了新方案。

关键词：脑机接口运动想象个体特异性多域信息深度学习

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双喷管运载火箭起飞阶段发射平台热环境研究

航空动力学报 2024年第9期39卷 396-405页

作者：赵晨耕乐贵高苏逸飞孙中一王逸尘南京理工大学机械工程学院南京210094

以双喷管运载火箭动力系统构成的发射平台为研究对象,采用数值模拟的方法对火箭起飞阶段发射平台的热环境展开研究。基于三维可压缩Navier-Stokes方程、k-ε方程湍流模型、2阶迎风TVD(total variation diminishing)离散格式,构建了双喷... 详细信息

以双喷管运载火箭动力系统构成的发射平台为研究对象,采用数值模拟的方法对火箭起飞阶段发射平台的热环境展开研究。基于三维可压缩Navier-Stokes方程、k-ε方程湍流模型、2阶迎风TVD(total variation diminishing)离散格式,构建了双喷管运载火箭燃气射流模型。研究表明:喷管中心轴线与导流槽的交点处为导流面的冲击最大处,温度和压强极高,火箭尾焰射流冲击导流槽造成的反溅可能会进一步恶化发射台的热环境。火箭起飞过程中的漂移会加大射流对发射台的冲击,使其表面温度和压强迅速升高,减少其使用寿命。该研究为运载火箭起飞阶段发射平台的热环境评估提供了有效的方法,对热防护系统的安全设计具有重要的工程应用价值。

关键词：双喷管运载火箭尾焰射流导流槽发射台漂移

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基于灰色-神经网络的民机需求组合预测

系统工程与电子技术 2024年第5期46卷 1665-1672页

作者：庆豪方志耕王育红邱玺睿南京航空航天大学经济与管理学院江苏南京211106 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院上海201210

民机数量是反映民航运输能力的重要标志,而对民机数量进行预测,能够研究分析未来民航业的发展趋势。本文重点研究了民机需求预测的模型架构和实施方法,首先以2013年到2020年民机数量和其他关键因素作为原始样本,然后把2021年的数据作为... 详细信息

民机数量是反映民航运输能力的重要标志,而对民机数量进行预测,能够研究分析未来民航业的发展趋势。本文重点研究了民机需求预测的模型架构和实施方法,首先以2013年到2020年民机数量和其他关键因素作为原始样本,然后把2021年的数据作为检验样本,最后通过构建灰色神经网络组合预测模型对未来的民机需求进行预测。从预测结果来看,灰色模型GM(1,1)与反向传播(back propagation,BP)神经网络模型结合效果较好,组合模型预测精度高,充分证明了该模型的有效性和可行性,同时预测结果对分析未来航空运输情况也具有一定的参考意义。

关键词：民机神经网络组合预测

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基于多元相似度融合的中文命名实体消歧方法

数据分析与知识发现 2024年第2期8卷 56-64页

作者：石水倩金晶沈耕宇王宝佳任妮江苏省农业科学院农业信息研究所南京210014

【目的】解决文本中多个不同含义的同名实体在映射到知识库时产生的歧义问题,提高实体消歧的准确率。【方法】提出一种多元相似度融合方法,考虑实体上下文的语义相似度、实体属性的背景相似度和主题词的主题相似度,对实体进行刻画。【... 详细信息

【目的】解决文本中多个不同含义的同名实体在映射到知识库时产生的歧义问题,提高实体消歧的准确率。【方法】提出一种多元相似度融合方法,考虑实体上下文的语义相似度、实体属性的背景相似度和主题词的主题相似度,对实体进行刻画。【结果】在维基百科农业方向数据集上的实验结果表明,本文所提方法准确率为89.7%,优于传统方法。【局限】方法仅在特定领域适用。【结论】本文所提多元相似度融合方法较传统方法和主流消歧方法具有更高的实体消歧准确率,能够解决特定领域的实体消歧问题,未来可将其应用于更广泛的实体消歧场景中。

关键词：实体消歧相似度上下文词向量实体属性主题词向量

网约车出行分布时空模式及其时间序列模式识别

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地球信息科学学报 2024年第10期26卷 2229-2242页

作者：陈志举刘锴王江波郑州大学土木工程学院大连理工大学经济管理学院

通信与移动计算技术的快速发展产生了各种出行大数据，为理解和挖掘交通时空出行特征、建设智慧城市提供了新的机会。然而，新兴移动数据规模与复杂性的显著增加也为其结构特征分析带来了挑战。本研究以六边形时空分区为基本聚类单元，... 详细信息

通信与移动计算技术的快速发展产生了各种出行大数据，为理解和挖掘交通时空出行特征、建设智慧城市提供了新的机会。然而，新兴移动数据规模与复杂性的显著增加也为其结构特征分析带来了挑战。本研究以六边形时空分区为基本聚类单元，提出了一种处理高维网约车出行时空模式的分析框架，通过聚类同质的出行分布群体来识别不同的时空模式。首先，将六边形分区内集计的出行分布时空特征概括为起点的需求量分布、终点的空间分布和终点的需求量分布。进一步，提出了基于时空密度峰值的快速聚类（CFSFSTDP）算法，通过计算时空相似性来识别各分区的网约车出行分布时空模式。最后，采用近邻传播算法来对各分区聚类出的出行分布时空模式的时间变化序列进行聚类分析，捕捉网约车出行分布时空模式的时间序列模式。对成都一个月的滴滴出行订单数据进行实证分析验证了该方法，分析了不同的时空模式在需求大小、位置和时间上的差异，探讨了网约车出行在不同区域的功能类型。其识别出的6类时间序列模式把握了网约车出行分布时空模式的时间连续性，有助于进一步构建网约车出行时空演化数字孪生平台。

关键词：网约车出行大数据分布特征时空相似性时空模式时间序列模式聚类分析成都市

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