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Two Monte Carlo-based simulators for imaging-system modeling and projection simulation of flat-panel X-ray source

Nuclear Science and Techniques 2024年第7期35卷 31-46页

作者： Meng-Ke Qi Ting He Yi-Wen Zhou Jing kang Zeng-Xiang Pan song kang Wang-Jiang Wu Jun Chen Ling-Hong Zhou Yuan Xu School of Biomedical Engineering Southern Medical UniversityGuangzhou510515China State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies Guangdong Province Key Laboratory of Display Material and TechnologySchool of Electronics and Information TechnologySun Yat-sen UniversityGuangzhou510275China Department of Radiotherapy Guangdong Provincial People’s Hospital(Guangdong Academy of Medical Sciences)Southern Medical UniversityGuangzhou510515China

The advantages of a flat-panel X-ray source(FPXS)make it a promising candidate for imaging *** imaging-system modeling and projection simulation are critical for analyzing imaging performance and resolving overlapping projection issues in *** conventional analytical ray-tracing approach is limited by the number of patterns and is not applicable to FPXS-projection ***,the computation time of Monte Carlo(MC)simulation is independent of the size of the patterned arrays in *** study proposes two high-efficiency MC projection simulators for FPXS:a graphics processing unit(GPU)-based phase-space sampling MC(gPSMC)simulator and GPU-based fluence sampling MC(gFSMC)*** two simulators comprise three components:imaging-system modeling,photon initialization,and physical-interaction simulations in the ***-system modeling was performed by modeling the FPXS,imaging geometry,and *** gPSMC simulator samples the initial photons from the phase space,whereas the gFSMC simulator performs photon initialization from the calculated energy spectrum and fluence *** entire process of photon interaction with the geometry and arrival at the detector was simulated in parallel using multiple GPU kernels,and projections based on the two simulators were *** accuracies of the two simulators were evaluated by comparing them with the conventional analytical ray-tracing approach and acquired projections,and the efficiencies were evaluated by comparing the computation *** results of simulated and realistic experiments illustrate the accuracy and efficiency of the proposed gPSMC and gFSMC simulators in the projection calculation of various phantoms.

关键词： Flat-panel X-ray source(FPXS) Imaging-system modeling Projection simulation Monte Carlo-based simulators

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无人驾驶公交车基于循迹误差观测和目标测量误差观测的避障路径规划算法

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汽车安全与节能学报 2024年第4期15卷 579-590页

作者：李玉龙谢辉宋康天津大学机械工程学院天津300072

为了提高无人驾驶公交车的避障安全,针对循迹控制不确定性和目标测量不确定性导致地碰撞风险问题,提出了一种基于循迹误差观测和目标测量误差观测的避障路径规划算法。首先利用均值方差模型描述循迹误差,并引入Gaussian过程回归量化目... 详细信息

为了提高无人驾驶公交车的避障安全,针对循迹控制不确定性和目标测量不确定性导致地碰撞风险问题,提出了一种基于循迹误差观测和目标测量误差观测的避障路径规划算法。首先利用均值方差模型描述循迹误差,并引入Gaussian过程回归量化目标测量误差。随后,建立了目标横向空间概率分布模型,为安全横向偏移值的求解提供理论支持。最后,通过Bézier路径模型实现避障路径规划,并建立综合评价体系对避障规划性能进行评价。在仿真环境下,探究了循迹误差以及测量误差等不确定因素对避障品质的影响,并在天津大学无人驾驶智能公交的测试道路上进行了实车数据仿真验证,对3种算法的效果进行评价。结果表明:实际行驶中,避障安全性提高了17.61%,具有较好的鲁棒性,提出的算法平均耗时7.43 ms,具有良好的实时性。

关键词：无人驾驶公交车避障路径规划循迹误差观测目标测量误差观测

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海水与高温环境对膨润土泥浆流变特性的影响研究

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现代隧道技术 2024年第1期61卷 174-181,199页

作者：周骥王希浩康松代镇洋中交隧道工程局有限公司北京100088 青岛国信胶州湾第二海底隧道有限公司青岛266000

泥水盾构在海底掘进时,配制合适的泥浆以确保其在海水入侵和高温条件下良好的流变性能和渗透特性具有重要意义。为探明高温环境与海水侵入对膨润土浆液流变性能的影响,利用博勒飞RST软固体流变仪开展一系列流变测试试验,分析高温环境与... 详细信息

泥水盾构在海底掘进时,配制合适的泥浆以确保其在海水入侵和高温条件下良好的流变性能和渗透特性具有重要意义。为探明高温环境与海水侵入对膨润土浆液流变性能的影响,利用博勒飞RST软固体流变仪开展一系列流变测试试验,分析高温环境与海水侵入条件下泥浆的流动形式与本构模型。结果表明:在高温环境下,膨润土泥浆具有明显的升温稀化特性,随着温度的升高,膨润土泥浆的流变模型未发生变化;随着海水的侵入,泥浆的保水能力和物理稳定性被削弱,并出现离析现象,膨润土泥浆近乎丧失了幂律流体与屈服性流体的流变特征,泥浆的流动形式劣化为牛顿流体;此外,电镜扫描结果显示淡水泥浆的空间结构呈结块团絮状,结块密集且相互连续,空间结构较为完整且致密;50%海水泥浆的空间结构主要以薄片形式出现,且薄片之间存在明显的空隙,局部出现离散颗粒堆积。

关键词：海底隧道泥水盾构海水侵入高温环境流变特性室内试验

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基于极值搜索的柴油机空气系统模型预测控制

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内燃机学报 2024年第5期42卷 439-446页

作者：刘兴义王标吕宪勇宋康江楠谢辉天津大学先进内燃动力全国重点实验室天津300350 潍柴动力股份有限公司山东潍坊261000

针对配备可变截面涡轮增压器(VGT)、高压废气再循环(EGR)和进气节流阀(TVA)的柴油机进气歧管压力、涡前压力和EGR率多目标跟踪控制问题,提出一种权重系数自学习的扩张状态模型预测控制(MPC)算法.首先,基于柴油机的简化运行机理,提出了... 详细信息

针对配备可变截面涡轮增压器(VGT)、高压废气再循环(EGR)和进气节流阀(TVA)的柴油机进气歧管压力、涡前压力和EGR率多目标跟踪控制问题,提出一种权重系数自学习的扩张状态模型预测控制(MPC)算法.首先,基于柴油机的简化运行机理,提出了三入三出线性变参数预测模型;其次,为补偿因模型与发动机之间偏差造成MPC性能劣化问题,将其等效为3个控制通道的总扰动,并采用扩张状态观测器(ESO)进行快速在线观测和补偿;最后,引入极值搜索算法,对MPC权重系数进行缓慢优化整定,仿真结果表明:在1800 r/min油门开度以最大开度10%的步长向上和向下连续阶跃工况下,对比涡前压力控制,瞬态上升时间相同时本算法超调量比较参数全局优化的比例-积分-微分控制(PID)算法降低30.7%.台架试验中,世界统一瞬态循环(WHTC)动态驾驶循环中进气歧管压力和EGR率跟踪误差IAE(绝对误差积分)值比较传统PID算法分别降低28.3%、17.5%.

关键词：柴油机空气系统模型预测控制极值搜索

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河湖氧化亚氮(N_(2)O)温室气体的微生物还原作用研究进展

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环境科学研究 2024年第5期37卷 929-938页

作者：宋康邓闵森巴提·叶尔肯王昱人李露中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室湖北武汉430072 中国科学院大学北京100049

氧化亚氮(N_(2)O)是强温室气体和破坏臭氧层的主要物质之一,河湖生态系统是人为活动导致N_(2)O排放的热点区域.含有nosZ功能基因的N_(2)O还原菌(N_(2)ORB)是唯一已知的N_(2)O还原微生物,在减少N_(2)O排放中起着至关重要的作用.先前的研... 详细信息

氧化亚氮(N_(2)O)是强温室气体和破坏臭氧层的主要物质之一,河湖生态系统是人为活动导致N_(2)O排放的热点区域.含有nosZ功能基因的N_(2)O还原菌(N_(2)ORB)是唯一已知的N_(2)O还原微生物,在减少N_(2)O排放中起着至关重要的作用.先前的研究关注于河湖中N_(2)O的产生和排放过程及其影响因子,缺少对N_(2)O汇过程及其微生物还原作用的系统报道.本研究通过系统梳理发现,寒冷的北方地区和河湖局部位点,如底泥、水库深水层和水草区,广泛表现为N_(2)O的汇.非反硝化N_(2)ORB是N_(2)O的净汇,新发现的nosZⅡ型N_(2)ORB更加多样,其N_(2)O还原酶转位能量需求更低.相比于nosZⅠ型N_(2)ORB,nosZⅡ型N_(2)ORB还原N_(2)O的半饱和常数更低,对N_(2)O的亲和力更高,在利用环境中低浓度的N_(2)O时具有优势.内源电子供体对N_(2)O还原过程的影响受微生物自身代谢特性的影响,内源电子供给不足会减弱N_(2)O还原过程,然而部分完全反硝化菌株会优先进行N_(2)O还原.河湖系统中的胞外呼吸细菌和腐殖质等电子穿梭体,可以增加外源电子供给,从而促进N_(2)O还原.河湖系统中竞争性电子受体对N_(2)O的影响复杂,可以通过影响电子分配减弱反硝化细菌尤其是nosZⅡ型N_(2)ORB的N_(2)O还原性能,但也有发现并不会影响水体N_(2)O/NO_(3)-和纯菌培养系统稳定阶段的最低N_(2)O浓度.最后,温度、溶解氧浓度、pH和河流水力停留时间会通过改变N_(2)O还原酶活性和N_(2)O还原反应时间来影响河湖系统N_(2)O还原过程.未来应当加强对河湖系统中原位N_(2)ORB的生物动力学特征及其环境影响机制的探索,提高对环境中N_(2)O减排机制的理解,这对正确估算全球N_(2)O温室气体排放总量及其受全球变化的影响具有重要意义.

关键词：氧化亚氮还原河湖系统基因型动力学电子供体腐殖质酶活性电子穿梭体

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武汉市湖泊水体三种致腹泻病原菌的分布特征

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中国环境科学 2024年第10期44卷 5875-5884页

作者：邓闵王昱人刘文晶李露宋康南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广东广州511458 中国科学院水生生物研究所湖泊与流域水安全重点实验室湖北武汉430072 中国科学院大学北京100049

通过野外调查武汉市及周边区域冬夏季节城市和农业湖泊水质,并应用荧光定量PCR技术分析了3种致腹泻病原菌的分布特征.结果表明,城市湖泊水体的大肠杆菌(Escherichia coli)uidA基因[(1.86±1.15)×10^(9)copies/100mL]和痢疾志贺菌(Shige... 详细信息

通过野外调查武汉市及周边区域冬夏季节城市和农业湖泊水质,并应用荧光定量PCR技术分析了3种致腹泻病原菌的分布特征.结果表明,城市湖泊水体的大肠杆菌(Escherichia coli)uidA基因[(1.86±1.15)×10^(9)copies/100mL]和痢疾志贺菌(Shigella dysenteriae)ipaH基因[(2.20±1.54)×10^(5)copies/100mL]的平均丰度分别是农业湖泊的2倍和2.7倍(P0.05).湖泊水体中大肠杆菌uidA基因和痢疾志贺菌ipaH基因丰度分别与叶绿素a、总磷和氨氮呈显著正相关.污水排放和地表径流导致收纳湖泊营养盐增加和直接排放病原微生物显著提高了城市湖泊病原菌丰度;夏季水体更高的悬浮颗粒(藻类为主)有利于大肠杆菌等病原菌附着生长;为准确反映水体中病原菌的污染情况,控制生物风险,需要增加环境水体病原菌的监测种类.

关键词：大肠杆菌城市化季节功能基因叶绿素a 指示菌腹泻

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进气畸变对冲压燃烧室性能影响实验研究

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推进技术 2024年第6期45卷 147-153页

作者：何陈邓远灏康松姜军翟云超王健中国航发四川燃气涡轮研究院四川成都610500

为研究进口气流畸变对冲压燃烧室总压恢复系数、点火边界及燃烧效率等工作性能的影响,对冲压燃烧室模型实验件在均匀进口气流及3种不同的畸变进口气流条件下进行了冷态流阻实验、点火实验及燃烧性能实验。结果表明:进口流场畸变程度对... 详细信息

为研究进口气流畸变对冲压燃烧室总压恢复系数、点火边界及燃烧效率等工作性能的影响,对冲压燃烧室模型实验件在均匀进口气流及3种不同的畸变进口气流条件下进行了冷态流阻实验、点火实验及燃烧性能实验。结果表明:进口流场畸变程度对冲压燃烧室的总压恢复系数影响较小;将点火电嘴设置在流场低压区,可以明显提高点火性能,在设计冲压燃烧室时,设置2支点火器并成两侧对称分布,可以保证始终有1支点火器位于流场低压区中,进而扩大点火边界;气流畸变对燃烧效率有明显影响,当进口马赫数大于0.15时,均匀来流燃烧效率略高于畸变来流;当进口马赫数小于0.15时,畸变来流燃烧效率高于均匀来流,其中畸变程度最大的畸变模拟孔板1可以使燃烧效率提高10%以上。

关键词：冲压燃烧室进气畸变总压恢复系数点火性能燃烧效率

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区域金融服务能力对中国经济增长的影响效应研究

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江苏师范大学学报（哲学社会科学版） 2024年第1期50卷 17-42,123页

作者：陈斐庞欣茹康松浙江理工大学经济管理学院中国杭州310018 德国汉堡大学商业、经济和社会科学学院德国汉堡20146

以金融资源、金融效率和金融生态三个维度构建中国省级区域金融服务能力评价指标体系,测算结果表明:2003-2020年中国区域金融服务能力呈现明显上升趋势,东、中、西部地区与全国变化趋势基本一致,东部各省份的金融服务能力整体上高于中... 详细信息

以金融资源、金融效率和金融生态三个维度构建中国省级区域金融服务能力评价指标体系,测算结果表明:2003-2020年中国区域金融服务能力呈现明显上升趋势,东、中、西部地区与全国变化趋势基本一致,东部各省份的金融服务能力整体上高于中部、西部省份。选定的基准模型估计结果表明:2003-2020年区域金融服务能力对中国经济增长存在显著促进作用;三大地区子样本情形的分析也表明区域金融服务能力对其经济增长均存在显著促进作用;两类经济发展水平地区子样本分析表明:相对发达地区金融服务能力对其经济增长的促进作用更为明显,而欠发达地区这种促进作用相对较弱。全国样本情形下的修正模型估计结果表明:当经济系统遭受外生冲击影响时,区域金融服务能力对经济增长仍存在正向促进作用,但提升区域金融服务能力则对中国经济波动存在一定的反向抑制效应。进一步讨论表明:在全国样本和两类经济发展水平地区子样本情形下,区域金融服务能力对经济增长的贡献率基本上呈现出先波动变化再稳定上升的趋势;相较于增加金融资源而言,提高金融效率或改善金融生态手段在抑制外生冲击、平滑经济波动方面更为有效。优化金融生态环境和区域金融布局将为中国经济发展提供进一步支持。

关键词：金融服务能力评价指标体系经济增长经济波动面板模型

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三种空心钉构型踝关节融合的有限元分析

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中国矫形外科杂志 2024年第8期32卷 744-749页

作者：张宁康颂科李伟延李强朱涛山东第一医科大学附属人民医院手足外科山东济南271199

[目的]通过有限元分析,研究空心钉不同构型对镜下踝关节融合稳定性的影响。[方法]选择1例37岁男性志愿者为研究对象,螺旋CT自膝关节至足底进行薄层扫描,获得DICOM图像导入到Mimics中分割跟骨、距骨、胫骨、腓骨三维点云,Geomagic、Hyper... 详细信息

[目的]通过有限元分析,研究空心钉不同构型对镜下踝关节融合稳定性的影响。[方法]选择1例37岁男性志愿者为研究对象,螺旋CT自膝关节至足底进行薄层扫描,获得DICOM图像导入到Mimics中分割跟骨、距骨、胫骨、腓骨三维点云,Geomagic、Hypermesh中模拟构建踝关节有限元模型,分别建立正常对照模型和双钉平行、双钉交叉和三钉交叉的踝关节融合模型。观察模型中胫距关节面相对位移、Mises应力峰值及平均Mises应力。[结果]载荷下双钉平行组位移显著大于双钉交叉组和三钉交叉组,包括跖屈[(106.2±8.6)μm vs (58.9±4.5)μm vs (58.5±4.1)μm, P0.05)。双钉平行组空心钉的应力峰值大于双钉交叉组和三钉交叉组,其中站立状态下(65.5MPa, 51.3 MPa, 50.5 MPa),双钉平行组胫距关节平均Mises应力显著小于双钉交叉组、三钉交叉组(P0.05)。[结论]双钉交叉组、三钉交叉组空心钉构型的稳定性优于双钉平行组,有利于提高镜下踝关节融合的成功率。

关键词：踝关节融合关节镜内固定有限元分析

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Control of the common rail pressure in gasoline engines through an extended state observer based MPC

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Control Theory and Technology 2019年第2期17卷 156-166页

作者： Chao WU kang song Hui XIE State Key Laboratory of Engines Tianjin UniversityTianjin 300072China

In this paper,a model predictive control(MPC)solution,assisted by extended state observer(ESO),is proposed for the common rail pressure control in gasoline *** rail pressure dynamic,nonlinear with large uncertainty,is modeled as a simple first order *** discrepancy of the model from the real plant is lumped as"total disturbance",to be estimated in real-time by ESO and the n mitigated in the nonlin ear MPC,assuming the total disturbance does not change in the prediction horiz *** non linear MPC problem is solved using the Newton/generalized minimum residual(GMRES)*** proposed ESO-MPC solution,is compared with the conventional proportional-integral-differential(PID)controller,based on the high-fidelity model provided in the benchmark problem in *** show the following benefits from using ESO-MPC relative to PID(benchmark):1)the disturbance rejection capability to fuel inject pulse step is improved by 12%in terms of recovery time;2)the transient response of rail pressure is improved by 5%in terms of the integrated absolute tracking error;and 3)the robustness is improved without n eed for gain scheduling,which is required in ***,in creasing the ban dwidth of ESO allows reducing the complexity of the model implemented in MPC,while maintaining the disturbance rejection performance at the cost of high ***,the ESO-MPC combination offers a simpler and more practical solution for common rail pressure control,relative to the standard MPC,which is consistent with the findings in simulation.

关键词： Rail pressure control fuel system control model predictive control extended state observer active disturbance rejection control

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