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The methods and program implementation for river longitudinal profile analysis——RiverProAnalysis, a set of open-source functions based on the MatLab platform

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Science China Earth Sciences 2022年第9期65卷 1788-1809页

作者： Yizhou WANG Dewen ZHENG Huiping ZHANG State Key Laboratory of Earthquake Dynamics Institute of GeologyChina Earthquake AdministrationBeijing 100029China State Key Laboratory of Isotope Geochemistry Guangzhou Institute of GeochemistryChinese Academy of SciencesGuangzhou 510640China

River is one of the geomorphic units that are the most sensitive to tectonic activity, of which the longitudinal profile serves as a key archieve to record information on active tectonics. The stream-power incision model is an important means to analyze channel long profiles and to extract both temporal and spatial patterns of regional tectonic activity. Analytical solutions to the steady-state and linear transient-state equations of the model provides means to calibrate drainage basin concavity,calculate channel steepness index, determine drainage divide stability, project the paleo-channel profile, and to invert the tectonic uplift rate history. Yet, not all of these functions have been implemented in the published open-source tools. Here, we developed a set of open-source codes, RiverProAnalysis, which was based on the MatLab platform and integrated all of these functions. The products of the tool set are in the format of image, text and vector files, which not only can be used for visual analysis, but be read by softwares of geographic information system. Taking examples of two transient drainage catchments in the northern margin of the Taiyuan Basin, we analyzed the long profiles of the trunk streams, identified two generations of knickpoints, and estimated the minimum amount of river incision. We combined all the trunk and tributary channels together to model the catchment-wide uplift history and found moderate increases in the uplift rates since the Middle Pliocene and rapid accelation since the late Quaternary. The inverted results are consistent with the sedimentary records in the adjacent basin. By comparing the chi value,slope, and topographic relief of both sides of the catchment divide, we concluded the stability of the drainage divide. Our tool set integrates the main functions of the modern studies on fluvial landsape, thus providing a powerful tool for analyzing river long profiles and for understanding tectonic geomorphology.

关键词： Stream-power incision model River longitudinal profile Uplift history simulation Stability of water divide MatLab

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mFAST:A MatLab toolbox for ocean bottom seismometer refraction first-arrival traveltime tomography

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Earth and Planetary Physics 2022年第5期6卷 487-494页

作者： Bin Liu Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Guangzhou) Guangzhou 511458China Guangzhou Marine Geological Survey Guangzhou 511458China

First-arrival seismic traveltime tomography(FAST)is a well-established technique to estimate subsurface velocity structures.Although several existing open-source packages are available for first-arrival traveltime tomography,most were written in compiled languages and lack sufficient extendibility for new algorithms and functionalities.In this work,we develop an open-source,selfcontained FAST package based on MatLab,one of the most popular interpreted scientific programming languages,with a focus on ocean bottom seismometer refraction traveltime tomography.Our package contains a complete traveltime tomography workflow,including ray-tracing-based first-arrival traveltime computation,linearized inversion,quality control,and high-quality visualization.We design the package as a modular toolbox,making it convenient to integrate new algorithms and functionalities as needed.At the current stage,our package is most efficient for performing FAST for two-dimensional ocean bottom seismometer surveys.We demonstrate the efficacy and accuracy of our package by using a synthetic data example based on a modified Marmousi model.

关键词： ocean bottom seismometer(OBS) first-arrival traveltime tomography open source MatLab

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一种基于Aspen Plus和MatLab协同仿真的SCR脱硝系统建模方法

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热能动力工程 2022年第11期37卷 122-130页

作者：刘一卓吕游魏玮曾卫东华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206 华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206 西安热工研究院有限公司陕西西安710054

燃煤电站烟气排放标准不断提高,对选择性催化还原(SCR)脱硝系统的优化控制提出了更高的要求,构建精确的SCR脱硝系统模型对实现其优化控制具有重要意义。针对SCR系统脱硝过程的复杂机理,提出利用Aspen Plus模拟其反应流程;为了解决建模... 详细信息

燃煤电站烟气排放标准不断提高,对选择性催化还原(SCR)脱硝系统的优化控制提出了更高的要求,构建精确的SCR脱硝系统模型对实现其优化控制具有重要意义。针对SCR系统脱硝过程的复杂机理,提出利用Aspen Plus模拟其反应流程;为了解决建模过程中脱硝反应活化能和脱硝反应速率常数等参数难以确定的问题,提出基于MatLab平台设计粒子群算法实现参数优化及与Aspen Plus的协同仿真。利用某1000 MW火电机组的运行历史数据对仿真模型进行了验证和对比。结果表明:Aspen Plus和MatLab协同能够实现对SCR脱硝系统模型最优参数的确定,从而提高仿真模型精度。

关键词： SCR脱硝 Aspen Plus 粒子群算法 MatLab 协同仿真

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基于MatLab构建反应堆辐照装置气隙控温研究

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核科学与工程 2023年第5期43卷 971-978页

作者：黎竣松孙皖黄岗万灵锋斯俊平孙胜潘良明重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044 重庆大学核工程与核技术系重庆400044 中国核动力研究设计院四川成都610213

在核反应堆正式试运行之前,需要对各种材料进行辐照考验,以验证材料的耐辐照性能,其中温度控制在试验中尤为重要,目前辐照考验装置的温度控制还存在一定的问题,为解决核反应堆中的材料辐照考验装置的温度控制问题,利用商业软件MatLab对... 详细信息

在核反应堆正式试运行之前,需要对各种材料进行辐照考验,以验证材料的耐辐照性能,其中温度控制在试验中尤为重要,目前辐照考验装置的温度控制还存在一定的问题,为解决核反应堆中的材料辐照考验装置的温度控制问题,利用商业软件MatLab对辐照装置的考验段进行了气隙温度控制的数值模拟,分别进行了气隙尺寸计算、气体组分计算、阴阳辐照计算和阶梯气隙计算,得到了指定辐照温度需求时,通过调节气体混合组分和气隙大小来实现对辐照装置的温度控制改善方案。研究结果表明,当辐照温度需求在200~400℃时,各个计算的温度控制都能达到指定需求。因此,根据一般反应堆所设计的辐照考验装置进行了数值模拟,对提高辐照装置的温度控制问题具有一定参考性。

关键词：辐照装置气隙温度控制阴阳辐照 MatLab

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河流高程剖面分析的方法与程序实现——基于MatLab平台编写的开源函数集RiverProAnalysis

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中国科学：地球科学 2022年第10期52卷 2039-2060页

作者：王一舟郑德文张会平中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广州510640

河流是对构造活动最为敏感的地貌单元之一,河道高程剖面则是记录构造活动信息的重要载体.基岩河道水力侵蚀模型是分析河道纵剖面、提取区域构造活动时空分布特征的重要手段.基于该模型的数学方程的解析解,可以校正流域凹度、计算河道陡... 详细信息

河流是对构造活动最为敏感的地貌单元之一,河道高程剖面则是记录构造活动信息的重要载体.基岩河道水力侵蚀模型是分析河道纵剖面、提取区域构造活动时空分布特征的重要手段.基于该模型的数学方程的解析解,可以校正流域凹度、计算河道陡峭指数、判别分水岭稳定性、投影古河道和模拟区域构造隆升历史.然而,目前已发表的开源函数集尚未尽数包含这些重要功能.文章以水力侵蚀模型的稳态与线性瞬态方程的解析解为基础,基于MatLab平台编写了开源函数集——RiverProAnalysis,集成上述各项功能,其结果以图像、文本和矢量文件格式输出,既能直接进行可视化分析,还可以为地理信息软件读取.以太原盆地北部的两条瞬态流域为例,分析流域主河道的高程剖面,识别了两期裂点并估算河流最小下切量;以流域内所有河道为对象,模拟构造隆升历史,发现该研究区自上新世中期开始缓慢加速隆升,第四纪晚期以来隆升加速,模拟结果与盆地沉积记录基本一致.通过比较分水岭两侧chi值、坡度和地形起伏等参数,分析了流域边界的稳定性.我们开发的这款函数集,集成了目前河流地貌分析的主要功能模块,是开展河道高程剖面分析和构造地貌研究的有力工具.

关键词：水力侵蚀模型河流高程剖面隆升历史模拟分水岭稳定性 MatLab

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基于MatLab与COMSOL联合仿真的梯形迷宫滴头流道优化

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农业工程学报 2020年第22期36卷 158-164页

作者：胡宇祥彭军志殷飞刘喜峰李娜吉林农业科技学院吉林132101

传统的滴灌灌水器流道优化设计方法是通过正交试验设计,进行有限元分析,并配合试验验证,试验过程强度大、造价高。该研究将群智能优化算法与有限元分析相结合,联合MatLab与COMSOL仿真软件对滴灌灌水器流道参数优化设计。首先,通过MATLA... 详细信息

传统的滴灌灌水器流道优化设计方法是通过正交试验设计,进行有限元分析,并配合试验验证,试验过程强度大、造价高。该研究将群智能优化算法与有限元分析相结合,联合MatLab与COMSOL仿真软件对滴灌灌水器流道参数优化设计。首先,通过MatLab读取梯形迷宫流道灌水器在COMSOL软件中的仿真计算结果后,传递给遗传算法,并以流态指数为优化目标,流道齿参差值、齿高、单元数、流道转角、齿间距为设计变量,求解出常压(100 kPa工作压力)下的灌水器流道参数。利用SPSS软件回归分析法,建立了5个变量与流态指数之间的多元线性回归数学模型。分析结果表明,5个变量对流态指数影响程度排序为齿参差值、齿高、单元数、流道转角、齿间距。进一步分析灌水器流道内水力特性可知,滴头流道内低流速区域流速达到0.1~1.2 m/s,过流面积占流道截面的75.1%,有堵塞风险,高流速区域流速达到2.8~3.8 m/s,中流速区域流速达到1.5~2.5 m/s,流道内压力沿流道长度呈线性变化。实物样机测试结果表明,滴头流量模拟计算值与实测值之间的平均误差为6.1%,优化结果精度高,可为梯形迷宫流道灌水器流道参数优化设计提供参考依据。

关键词：优化设计滴灌灌水器结构参数 COMSOL MatLab

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基于MatLab编程的碎屑岩粒度计算对比:以江西省会昌盆地上白垩统周田组为例

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科学技术与工程 2024年第11期24卷 4409-4415页

作者：陈念楠李满根宋志杰刘东兴范鹏飞吴思楷魏广富刘颖东华理工大学地球科学学院南昌330013 东华理工大学核资源与环境国家重点实验室南昌330013

计算机强大的图像分析和统计功能在碎屑岩粒度测量过程中能够有效解决计算结果精度不足以及工作负荷大等问题。通过MatLab编程语言对会昌盆地上白垩统周田组样品进行灰度化、二值化、自适应中值滤波、彩色标注等图像处理方式,准确测量... 详细信息

计算机强大的图像分析和统计功能在碎屑岩粒度测量过程中能够有效解决计算结果精度不足以及工作负荷大等问题。通过MatLab编程语言对会昌盆地上白垩统周田组样品进行灰度化、二值化、自适应中值滤波、彩色标注等图像处理方式,准确测量出其粒度参数。结果显示:①MatLab直接计算法与图解法所求得平均粒径分别为4.008φ和3.103φ(φ为粒级);标准偏差分别为0.8φ和0.803φ;偏度分别为-0.195φ和-0.041φ;峰度分别为0.911φ和0.916φ。两种计算方式中标准偏差和峰度误差较小,可以互相替代,而标准偏差和偏度误差程度较大,不可互相替代;②MatLab直接计算方法与镜下岩矿鉴定均显示周田组整体磨圆度较差,碎屑颗粒呈棱角状-次棱角状,通过沉积环境判别公式反映周田组形成于河流相沉积环境中;③通过MatLab编程语言,能够精准识别碎屑岩中颗粒轮廓及统计各项参数,对沉积物粒度研究提供了极大的便利,避免了人为主观因素干扰,提高了工作效率。

关键词：粒度分析图解法会昌盆地周田组 MatLab

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MatLab在地下流体数据分析中的基础应用(Ⅱ)

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大地测量与地球动力学 2023年第3期43卷 313-317页

作者：何案华王言章吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室长春市130026 吉林大学仪器科学与电气工程学院长春市130026 应急管理部国家自然灾害防治研究院北京市100085

MatLab可用于地震地下流体数据求均值、去趋势性变化、频谱分析、自定义函数拟合、井孔水温梯度曲线绘制等操作。基于以上应用,本文进行井水位潮汐因子与气压因子计算,并讨论井水位中潮汐与气压成分的剔除问题。

关键词：井水位潮汐效应气压效应重力潮汐理论值 MatLab

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基于MatLab的8R机械臂运动学分析与仿真

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制造技术与机床 2024年第6期 37-43页

作者：任建华王键冯泽民河北工程大学机械与装备工程学院河北邯郸056038 河北省智能工业装备技术重点实验室河北邯郸056038

为了使凿岩机械臂快速精确到达预定姿态,文章以8R机械臂为研究对象,基于改进D-H方法建立其关节坐标系并推导出凿岩机械臂的运动学方程,在MatLab中利用工具箱函数通过编程建立其运动学模型,通过代入位姿角度验证求解的正逆运动学的准确... 详细信息

为了使凿岩机械臂快速精确到达预定姿态,文章以8R机械臂为研究对象,基于改进D-H方法建立其关节坐标系并推导出凿岩机械臂的运动学方程,在MatLab中利用工具箱函数通过编程建立其运动学模型,通过代入位姿角度验证求解的正逆运动学的准确性。利用蒙特卡洛算法模拟机械臂实际工作空间并对机械臂不同位形间的关节角度进行轨迹规划仿真,仿真出的工作空间图形和路径点位形处的关节位置、速度、加速度曲线结果都能满足机械臂进行凿岩的工作需求,为后面机械臂的孔序规划和动力学分析奠定了基础。

关键词：凿岩机械臂运动学分析 MatLab 工作空间轨迹规划

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MATPLOT:一款基于MatLab的地球化学数据分析成图软件

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岩石学报 2018年第2期34卷 495-502页

作者：张磊中国地质科学院地质研究所北京100037

地球化学数据统计分析图解是目前岩石地球化学研究工作中常用的手段。目前常用的软件或多或少都存在一些不足之处。本文提出的MATPLOT是一款应用MatLab编写而成的地球化学数据成图软件,可以在Windows/Mac OS/Linux多种操作系统平台中运... 详细信息

地球化学数据统计分析图解是目前岩石地球化学研究工作中常用的手段。目前常用的软件或多或少都存在一些不足之处。本文提出的MATPLOT是一款应用MatLab编写而成的地球化学数据成图软件,可以在Windows/Mac OS/Linux多种操作系统平台中运行。与现有常用软件相比,该软件更具优势:可以更方便地实现较大地球化学数据量的导入,无需对数据进行繁琐的格式整理;更便捷地对数据进行二元散点图、三角图、标准化折线图、柱状图、概率密度图和同位素演化图等6种常用图解类型的成图,以及对数据图的展示内容和效果进行各种调整。此外,MATPLOT还可以对数据进行多种平均值计算(普通平均值、图基双权加权平均值和误差相关加权平均值)和相关性分析。

关键词：地球化学数据处理多操作系统平台 MatLab

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