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基于增强梯度算子的软阈值宽带频谱感知算法

通信学报 2024年第5期45卷 115-127页

作者：巩克现房家乐刘宏华孙鹏王玮郑州大学电气与信息工程学院河南郑州450001 中国电子科技集团公司第二十七研究所河南郑州450047

为了改善信号梯度特征对幅度的损失以及寻求描述信号的最佳尺度问题,提出了一种基于增强梯度算子的软阈值宽带频谱感知算法。通过引入梯度增强算子还原信号幅值特征,结合信号本身梯度特征,使用不同的尺度描述信号梯度增量,得到软阈值判... 详细信息

为了改善信号梯度特征对幅度的损失以及寻求描述信号的最佳尺度问题,提出了一种基于增强梯度算子的软阈值宽带频谱感知算法。通过引入梯度增强算子还原信号幅值特征,结合信号本身梯度特征,使用不同的尺度描述信号梯度增量,得到软阈值判据,进一步加入尺度融合单元,利用硬阈值加软阈值联合判断的方法,得到描述信号的最佳尺度。理论分析和仿真实验结果表明,在高斯信道和瑞利衰落信道下,相较于MPSG算法,所提算法的检测概率和虚警概率均有明显改善,且复杂度更低。通过对比实测数据的检测效果,所提算法更适用于实际工程中。

关键词：频谱感知增强梯度算子软阈值尺度融合

SCCO_(2)作用下不同含水性煤孔裂隙结构变化机制

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煤炭学报 2024年第7期49卷 3143-3153页

作者：张小东靳沙沙张瑜张硕韩磊河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 河南省资源环境调查一院河南郑州450000

深部煤层封存CO_(2)增产CH_(4)产出过程中,处于超临界状态的CO_(2)(SCCO_(2))与煤中矿物质发生反应,改变煤的孔隙性,进而影响煤层封存CO_(2)的效果和甲烷增产效果。为发现SCCO_(2)–H_(2)O–煤岩作用对煤中孔隙的影响特征,以焦煤为研究... 详细信息

深部煤层封存CO_(2)增产CH_(4)产出过程中,处于超临界状态的CO_(2)(SCCO_(2))与煤中矿物质发生反应,改变煤的孔隙性,进而影响煤层封存CO_(2)的效果和甲烷增产效果。为发现SCCO_(2)–H_(2)O–煤岩作用对煤中孔隙的影响特征,以焦煤为研究对象,开展了不同含水条件下的超临界CO_(2)改造煤实验,基于矿物组成和孔隙性测定结果,对比煤中主要矿物质和不同尺度的孔裂隙变化的差异,探讨了不同含水状态下SCCO_(2)流体对孔裂隙性的作用机制。研究表明:①SCCO_(2)作用后,煤体表面粗糙、疏松,且由于矿物溶蚀使得一些裂隙得到贯通,微裂隙连通性增强。②SCCO_(2)流体对煤具有“扩孔”作用,表现为微、小孔含量下降,中、大孔占比升高,也即微、小孔隙向大孔隙的转化,且孔隙连通性改善;进一步发现,萃余煤吸附孔的分形维数稍微增加,粗糙度增大,而渗流孔的分形维数显著降低,复杂性和非均质性降低。③SCCO_(2)对煤中碳酸盐类矿物的溶解性最好,其次是黏土矿物,且随着含水率增加,萃余煤中的碳酸盐矿物占比先增加后减小。SCCO_(2)使干燥基态、饱和水态煤样中碳酸盐矿物显著溶解,有效改善了孔隙结构,且对饱和水态煤样作用效果更好。空气干燥基态煤样经SCCO_(2)作用后,新生成的白云石矿物聚集在孔喉中造成堵孔效应,缩小原有大孔隙尺寸,是引起不同含水性煤孔隙差异性变化的主要原因。

关键词：焦煤孔裂隙结构含水性超临界状态的CO_(2) CO_(2)封存

铜改性TiO_(2)/碳纤维膜光热协同催化H_(2)O_(2)脱除燃煤烟气中NO性能

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煤炭学报 2024年第4期49卷 2099-2114页

作者：杨娟冷冲冲张鸽单启月丰之翔河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000

燃煤电厂排放的烟气中含有大量氮氧化物(NO_(x)),太阳能驱动的光催化技术为烟气脱硝提供了近零排放的新途径,但单一光催化脱硝效率有限,为实现燃煤烟气中高浓度NO的有效脱除,亟需开发基于光催化的协同氧化脱硝技术。采用水热法并结合氢... 详细信息

燃煤电厂排放的烟气中含有大量氮氧化物(NO_(x)),太阳能驱动的光催化技术为烟气脱硝提供了近零排放的新途径,但单一光催化脱硝效率有限,为实现燃煤烟气中高浓度NO的有效脱除,亟需开发基于光催化的协同氧化脱硝技术。采用水热法并结合氢气还原处理制备了富含氧空位的TiO_(2)纳米片(Defective TiO_(2),D-TiO_(2))后,利用液相浸渍法将铜氧化物(CuO_(x))负载至D-TiO_(2)表面,制得复合样品CuO_(x)/D-TiO_(2)。利用透射电镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、室温电子顺磁共振(EPR)及紫外-可见漫反射光谱等表征技术对复合催化剂的微观组成和能带结构进行测定分析,结果表明,负载的铜物种为混合价态CuO_(x),CuO_(x)改性未影响D-TiO_(2)的微观形貌,但可使D-TiO_(2)的导带电势负移,增强光生电子的还原能力。以CuO_(x)/D-TiO_(2)作为活化H_(2)O_(2)的催化剂,在模拟太阳光照射下考察CuO_(x)负载量对NO脱除率的影响,并以性能最佳的5%CuO_(x)/D-TiO_(2)为光催化剂,研究模拟烟气流速和NO初始体积分数对脱硝活性的影响。基于密度泛函理论的DFT计算结果表明,氧空位有利于NO吸附与活化,光电化学和EPR测试结果表明,复合CuO_(x)不仅增强了D-TiO_(2)的光生电荷分离效率,同时CuO_(x)作为H_(2)O_(2)分解产生·OH的活性位点,起到了助催化剂的关键作用。自由基猝灭实验结果表明,表面·OH是NO光氧化脱除的主要活性自由基,助催化剂CuO_(x)和氧空位的协同作用使NO脱除率由TiO_(2)的15.1%提升至5%CuO_(x)/D-TiO_(2)的63.8%。同时,将5%CuO_(x)/D-TiO_(2)固载至改性碳纤维(MCF)表面构筑了整体式催化剂CuO_(x)/D-TiO_(2)/MCF,MCF载体的光热效应可将吸收的近红外光转化为热,使CuO_(x)/D-TiO_(2)表面产生局部温升,有效加速光电子界面传输与H_(2)O_(2)分解反应动力学,进一步提升NO脱除率达95.2%。此外,NO光氧化脱除的主要产物是可用于生产氮肥的NO_(3)^(-),副产物NO_(2)的质量浓度仅为4.7 mg/m^(3),NO_(2)与残余NO质量浓度均远低于燃煤锅炉NO_(x)质量浓度不超过50 mg/m^(3)的超低排放标准,且该整体式催化剂可在连续操作的工况下净化烟气中高浓度NO。基于CuO_(x)/D-TiO_(2)/MCF的光热协同催化体系在实际工业烟气脱硝与氮资源化利用领域具有良好的应用前景。

关键词： NO氧化脱除光热协同催化氧空位 CuO_(x) 整体式催化剂

Z型异质结Ag_(2)S/AgVO_(3)可见光催化转化低浓度瓦斯制甲醇性能研究

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煤炭科学技术 2024年第4期52卷 275-287页

作者：杨娟单启月戴俊张鸽丰之翔河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003

因缺乏合理有效的利用途径,大量低浓度瓦斯(C_(CH_(4))<30%)被直接排放,研究开发低浓度瓦斯高值转化利用方法和技术对保障煤矿安全生产与减缓温室效应具有重要意义,也是实现我国“双碳”战略目标必不可缺少的部分。以低浓度瓦斯为碳源... 详细信息

因缺乏合理有效的利用途径,大量低浓度瓦斯(C_(CH_(4))<30%)被直接排放,研究开发低浓度瓦斯高值转化利用方法和技术对保障煤矿安全生产与减缓温室效应具有重要意义,也是实现我国“双碳”战略目标必不可缺少的部分。以低浓度瓦斯为碳源制取液体燃料甲醇被认为是其理想的利用途径之一,以清洁太阳能为驱动力的光催化技术可在室温常压下活化转化甲烷,为低浓度瓦斯低碳利用提供新途径。首先采用水热法制备AgVO_(3),以硫代乙酰胺为硫源,通过阴离子交换策略在AgVO_(3)表面原位复合Ag_(2)S,构筑出Ag_(2)S/AgVO_(3)异质结,改变硫代乙酰胺的用量可调控Ag_(2)S复合比例。利用XRD、SEM、TEM和紫外可见漫反射光谱等对复合催化剂的微观结构进行表征分析,以体积比为1∶12的甲烷/空气混合物模拟低浓度瓦斯,系统研究了Ag_(2)S复合比例、氧化剂用量、光照强度等对甲烷转化、甲醇产生及其选择性的影响规律,借助瞬态光电流响应谱和电子顺磁共振谱(EPR)探究了Z型异质结构Ag_(2)S/AgVO_(3)对增强模拟瓦斯转化性能的内在机理。研究结果表明:所制AgVO_(3)呈纤维状形貌,其晶相结构为单斜相,原位复合的Ag_(2)S呈纳米颗粒形态,其平均粒径为60 nm,且Ag_(2)S颗粒均匀分布于AgVO_(3)纤维表面。与单一AgVO_(3)和Ag_(2)S相比,复合材料Ag_(2)S/AgVO_(3)具有更强的光吸收性能,AgVO_(3)的带隙能、价带与导带电势分别为2.08 eV、2.21 V和0.13 V,Ag_(2)S的带隙能、价带与导带电势分别为0.91 eV、0.34 V和−0.57 V。与AgVO_(3)相比,复合催化剂Ag_(2)S/AgVO_(3)具有显著增强的瓦斯转化性能,可见光照射1 h最优催化剂20%Ag_(2)S/AgVO_(3)的甲烷转化和甲醇产生量为3.10 mmol/g和2.45 mmol/g,分别为单一AgVO_(3)的1.72倍与2.63倍,且其甲醇选择性高达78.9%;6次循环试验结果表明:Ag_(2)S/AgVO_(3)具有优异的催化稳定性。能带结构分析与EPR测试结果表明:Ag_(2)S/AgVO_(3)异质结遵循Z型电荷迁移机制,这不仅增强了光生电荷的空间分离,同时使其具有较强的氧化/还原能力,显著提升低浓度瓦斯定向转化制取甲醇的催化性能,为低浓度瓦斯低碳高效利用提供新思路。

关键词：低浓度瓦斯甲醇可见光催化 Z型异质结复合催化剂

采用曲波变换和电容层析成像的两相流含水率测量方法

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西安交通大学学报 2024年第7期58卷 139-147页

作者：张皓冬陆程程胡红利杨海潮董海健西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 西安西电电力电容器有限责任公司西安710082

针对电容层析成像(ECT)逆问题的欠定性,提出了一种基于曲波变换的图像稀疏重构算法。首先,采用曲波变换基作为稀疏基,从多尺度对模拟介质分布图像进行稀疏表示,提高了ECT灰度值向量的稀疏度;其次,应用迭代软阈值算法对曲波系数进行稀疏... 详细信息

针对电容层析成像(ECT)逆问题的欠定性,提出了一种基于曲波变换的图像稀疏重构算法。首先,采用曲波变换基作为稀疏基,从多尺度对模拟介质分布图像进行稀疏表示,提高了ECT灰度值向量的稀疏度;其次,应用迭代软阈值算法对曲波系数进行稀疏重构,同时使用奇异值分解算法计算最优灵敏度广义逆矩阵;最后,搭建ECT测量平台,通过静态实验重构5种典型实际流型,验证所提算法的有效性。实验结果表明:所提算法可有效抑制伪影,重构图像边界清晰,同时在图像相关系数、相对图像误差上均优于传统重构算法,比Landweber迭代算法相关系数提高约37.9%,相对误差减小约17.6%;基于稀疏重构的后处理图像可用于截面含水率的测量,含水率平均误差低于10%,最低为4.32%。该方法有效提高了ECT重构图像质量,能够满足天然气精准开采的工业需求。

关键词：电容层析成像曲波变换两相流图像稀疏重构算法

考虑水土互馈关系的区域水土资源联合优化配置

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水科学进展 2024年第2期35卷 208-219页

作者：卢娜张佳明苏承国胡政磊吴泽宁严登华郑州大学水利与交通学院河南郑州450001 黄河实验室(郑州大学) 河南郑州450001 中国水利水电科学研究院北京100038

针对水土资源空间不匹配、水资源总量不足及土地资源利用程度不高等问题,以二元水循环理论为基础,构建考虑水土互馈关系的区域水土资源联合优化配置模型。该模型包括产水模块、水土联合配置模块和土地模拟模块,以GDP最大和基于生态绿当... 详细信息

针对水土资源空间不匹配、水资源总量不足及土地资源利用程度不高等问题,以二元水循环理论为基础,构建考虑水土互馈关系的区域水土资源联合优化配置模型。该模型包括产水模块、水土联合配置模块和土地模拟模块,以GDP最大和基于生态绿当量的区域植被覆盖率(EGE-RVC)最高为目标函数,并提出了一种耦合约束法、逐次逼近法和非线性规划的三层嵌套算法进行求解。以河南省洛阳市为例对模型和方法进行验证,结果表明,洛阳市可利用水量增加了4463万m^(3),GDP提高了12.5%,EGE-RVC增加了2.6%,各用地类型缺水率不同程度下降。研究成果能够为区域水土资源优化配置研究提供新的思路和技术参考。

关键词：水土资源联合优化配置相互作用二元水循环三层嵌套算法

基于新型相似日选取和VMD-NGO-BiGRU的短期光伏功率预测

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第2期51卷 68-80页

作者：王瑞张璐婷逯静河南理工大学计算机科学与技术学院河南焦作454000

光伏功率预测在现代电力系统调度和运行中起着重要作用.针对光伏发电功率的多变性和复杂性,提出了一种基于新型相似日选取和北方苍鹰算法(Northern Goshawk Optimization,NGO)优化双向门控循环单元(Bidirectional Gated Recurrent Unit,... 详细信息

光伏功率预测在现代电力系统调度和运行中起着重要作用.针对光伏发电功率的多变性和复杂性,提出了一种基于新型相似日选取和北方苍鹰算法(Northern Goshawk Optimization,NGO)优化双向门控循环单元(Bidirectional Gated Recurrent Unit,BiGRU)的短期光伏功率预测方法.首先,利用斯皮尔曼相关系数选取主要气象因子,通过变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)将原始光伏功率和最大气象因子分解重构为一系列子信号.其次,通过构建新的评价指标筛选出相似日数据集,利用一组BiGRU建立以相似日子信号为网络输入的深度学习模型,并利用NGO对每个BiGRU网络的超参数进行有效优化.最后,对各子信号的预测结果进行综合,得到最终的光伏功率预测值.仿真结果表明,所提混合深度学习方法在预测精度和计算效率方面均优于其他方法.

关键词：光伏功率预测变分模态分解双向门控循环单元北方苍鹰算法

基于声发射检测CSG材料损伤演变及裂纹识别

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建筑材料学报 2024年第6期27卷 565-572页

作者：黄虎刘赵涵邱庆明曹克磊郭利霞华北水利水电大学水利学院河南郑州450046

为了从细观角度揭示胶凝砂砾石(CSG)材料损伤演变机制和裂纹的分类演化规律,结合声发射测试技术,采用Geiger时差定位法、上升角-平均频率法和高斯混合模型,对CSG材料的裂纹类型进行识别.结果表明:CSG材料的破坏过程可分为原始裂纹闭合... 详细信息

为了从细观角度揭示胶凝砂砾石(CSG)材料损伤演变机制和裂纹的分类演化规律,结合声发射测试技术,采用Geiger时差定位法、上升角-平均频率法和高斯混合模型,对CSG材料的裂纹类型进行识别.结果表明:CSG材料的破坏过程可分为原始裂纹闭合、新生裂纹扩展、裂纹聚结和峰后破坏4个阶段;声发射事件的三维定位直观反映了裂纹萌生、扩展直至贯通的动态演化过程;通过裂纹类型识别,加载前期试件以剪切裂纹为主,后期拉伸裂纹占比增加,在临近破坏前,高水胶比时剪切裂纹与拉伸裂纹比约为2∶1,低水胶比时约为1∶1.

关键词：胶凝砂砾石材料声发射时空演化高斯混合模型裂纹类型

子连接有源可重构智能表面辅助的宽带无蜂窝网络能效优化

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通信学报 2024年第2期45卷 127-136页

作者：孙钢灿王硕宁冰郝万明郑州大学电气与信息工程学院河南郑州450001 中原工学院电子信息学院河南郑州450007

面对无蜂窝网络中超密集基站部署产生的高功耗问题,提出了一种基于子连接有源可重构智能表面辅助的宽带无蜂窝网络系统。考虑有源智能超表面最大功率约束、放大因子约束和基站端最大功率约束,构建了一个联合基站和可重构智能表面波束优... 详细信息

面对无蜂窝网络中超密集基站部署产生的高功耗问题,提出了一种基于子连接有源可重构智能表面辅助的宽带无蜂窝网络系统。考虑有源智能超表面最大功率约束、放大因子约束和基站端最大功率约束,构建了一个联合基站和可重构智能表面波束优化的能效最大化问题。由于所形成的优化问题非凸,提出了一种交替优化方案将原问题转化为多个子问题,进而利用块坐标下降、拉格朗日对偶变换、多维复二次变换等方法将每个子问题转化为凸优化问题,通过交替求解每个子问题最终获得原问题的解。仿真结果验证了所提方案的有效性。

关键词：有源可重构智能表面子连接架构无蜂窝网络宽带能效