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从地理信息系统到地理智能体

地球信息科学学报 2025年第1期27卷 83-99页

作者：罗斌刘文豪吴进韩嘉福吴文周李洪省中国科学院地理科学与资源研究所地理信息科学与技术全国重点实验室北京100101 北京星球时空科技有限公司北京100083

【目的】地理系统是涵盖地球表层自然与人文现象及其相互关系的综合系统,而现有地理信息系统(GIS)虽能数字化处理这些地理要素,但其局限性在于缺乏物理与信息空间的双向交互,并且其模型通常依赖于预设规则和历史数据,难以应对快速变化... 详细信息

【目的】地理系统是涵盖地球表层自然与人文现象及其相互关系的综合系统,而现有地理信息系统(GIS)虽能数字化处理这些地理要素,但其局限性在于缺乏物理与信息空间的双向交互,并且其模型通常依赖于预设规则和历史数据,难以应对快速变化和三维结构复杂的地理情境。为此,本文提出了“地理智能体”,作为地理信息系统的进阶形式,融合了具身智能、自监督学习和多模态语言模型,旨在提升环境感知、空间理解和自主决策能力。【方法】本文设计的地理智能体架构包含多模态感知、智能中枢和行动操控模块,分别通过传感器网络获取全方位环境信息、利用知识图谱和生成模型进行复杂情境推理,并最终实现对物理环境的实时调控和多层次规划。此外,地理智能体将通过地球模拟器和试验场平台测试,以适应虚拟和真实环境的差异,从而在复杂、动态地理情境中具备更强的自主应对能力。【结果】本文以虚拟数字人“地球通”为例,初步展示地理智能体在空间智能化应用中的具体实现。【结论】“地球通”作为地理智能体的原型机,集成了时空知识图谱(GeoKG)和认知地图生成大模型(GeoGPT)等模块,能够辅助用户在应急管理、城市规划和生态监测等领域中快速获取智能化的空间决策支持,充分体现了地理信息系统从信息处理工具向自主空间智能体的发展演化。

关键词：智能地理系统地理智能体具身智能自监督学习多模态感知知识图谱大模型空间智能

局地气候分区视角下北京市五环内城市热环境及人口热暴露风险日动态变化研究

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生态环境学报 2025年第2期34卷 279-292页

作者：孙艺菲孟丹宋加颖胡非凡李小娟首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 北京市城市环境过程与数字模拟国家重点实验室培育基地北京100048 资源环境与地理信息系统北京市重点实验室北京100048

北京作为中国首都和人口密集城市,其城市热岛效应问题较为严重,研究其热岛效应与人口热暴露风险对于减轻夏季高温对居民健康的不利影响至关重要。基于局地气候分区(Local Climate Zones,LCZ)分析北京市五环路内夏季地表温度(Land Surfac... 详细信息

北京作为中国首都和人口密集城市,其城市热岛效应问题较为严重,研究其热岛效应与人口热暴露风险对于减轻夏季高温对居民健康的不利影响至关重要。基于局地气候分区(Local Climate Zones,LCZ)分析北京市五环路内夏季地表温度(Land Surface Temperature,LST)及地表城市热岛强度(Surface Urban Island Intensity,SUHII)的日变化规律,探究不同LCZ间城市热环境的日动态变化和空间格局,并结合不同时刻的人口数据研究人口热暴露强度的时空分布特征,评估风险等级。结果表明:1)一天中研究区内的平均LST整体呈现先上升后下降的趋势,城市中心保持较高地表温度,SUHII先增加后减弱,夜间局部热岛现象消失,SUHII呈现出从城市中心向外围逐渐降低的层级结构;2)研究区内以紧凑型建筑区为主,不同LCZ类型的昼夜LST变化和SUHII差异显著,紧凑型建筑区的平均LST高于开阔型建筑区,白天SUHII平均值随着建筑高度升高而减小,夜间则相反;3)研究区内不同等级的人口热暴露强度在日内呈现出不同的变化趋势,一天中热暴露强度由城市中心逐渐向外扩散,正午时达到峰值,傍晚至夜间降至最低。因此在城市规划中,应避免过于密集的中高层建筑,并重视提高植被覆盖率,以缓解城市热岛效应,降低人口热暴露风险。

关键词：城市热岛局地气候分区人口热暴露日动态变化生态系统星载热辐射计实验(ECOSTRESS) 北京市

中国近地面臭氧时空-属性模态分解及其影响因素解析

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地球信息科学学报 2025年第1期27卷 226-238页

作者：张湘雪徐成东程昌秀赖小莹钟方宁江苏师范大学地理测绘与城乡规划学院徐州221116 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 北京师范大学地理科学学部北京100875 天津大学管理与经济学部天津300072

【目的】近年来,由于工业化和城市化的快速发展,中国许多地区的近地面臭氧污染日益严重,对人们的生产生活产生了负面影响。鉴于此,本研究从时空-属性模态地视角分解气象条件和社会经济状况对中国近地面臭氧分布特征的影响。【方法】基于... 详细信息

【目的】近年来,由于工业化和城市化的快速发展,中国许多地区的近地面臭氧污染日益严重,对人们的生产生活产生了负面影响。鉴于此,本研究从时空-属性模态地视角分解气象条件和社会经济状况对中国近地面臭氧分布特征的影响。【方法】基于2014—2023年中国331个城市的空气污染、气象和社会经济数据,采用经验正交函数和地理探测器模型,多视角识别中国近地面臭氧污染典型的时空模态,量化各影响因素及其交互作用对臭氧污染不同时空模态的解释力。在此基础上,本研究创新性的结合地理演化树模型,进一步分析主要空间模态的动态演化过程。【结果】第一时空模态对总方差的贡献率为71.1%,揭示出高风险地区主要分布在华北和长三角地区,且呈现明显的季节变化,峰值主要集中在夏季,影响该模态的主导社会经济和气象因素分别是人口密度(Geo_q=0.20)和平均温度(Geo_q=0.86)。第二时空模态对总方差的贡献率为6.8%,揭示出高风险地区主要分布在包括珠三角在内的中国南方地区,且呈上升趋势,影响该模态的主导社会经济和气象因素分别是人口密度(Geo_q=0.26)和平均温度(Geo_q=0.37)。值得注意的是,各因素之间的交互作用较因素本身对臭氧污染的影响更大。【结论】中国臭氧污染的典型时空特征受多种因素的共同影响,且臭氧污染程度随着城市类型和城市发展阶段的不同而动态变化。

关键词：臭氧时空异质性时空统计时空模态地理探测器解释力交互作用

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考虑分布式风电出力相关性的配电网概率区间潮流计算方法

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电力自动化设备 2025年第1期45卷 25-32页

作者：廖小兵张一鸣李自成魏寒琪丁画李奔武汉工程大学电气信息学院湖北武汉430073 国网综合能源服务集团有限公司北京100052 国网湖北省电力有限公司鄂州供电分公司湖北鄂州436000

为了更加准确地模拟分布式风电接入对配电网不确定性潮流分布的影响,提出考虑相关性的配电网概率区间潮流计算方法。将分布式风电出力区间划分成若干个子区间并赋予子区间对应的概率,并构建分布式风电出力的焦元模型;结合仿射算术将基... 详细信息

为了更加准确地模拟分布式风电接入对配电网不确定性潮流分布的影响,提出考虑相关性的配电网概率区间潮流计算方法。将分布式风电出力区间划分成若干个子区间并赋予子区间对应的概率,并构建分布式风电出力的焦元模型;结合仿射算术将基于焦元模型的配电网概率区间潮流模型转化为仿射优化模型,并采用平行四边形模型、凸多边形模型、椭球模型来描述分布式风电出力的相关性,通过坐标变换将相关性模型转换为仿射约束条件,并将其嵌入仿射优化模型中进行联立求解;根据证据理论合成规则得到配电网概率区间潮解的概率边界。2个配电网的算例仿真结果表明,所建模型可以通过最大、最小概率描述潮流解的不确定度,同时椭球模型对相关性的建模比其他2类方法更准确。

关键词：配电网概率区间潮流相关性仿射优化模型证据理论

适用于光伏接入中压直流配电网的改进型LADRC恒压控制策略

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电力系统保护与控制 2025年第3期53卷 37-46页

作者：李辰佳李琰范译文刘超王聪何杨中国电力科学研究院有限公司北京100192 国网北京市电力公司北京100031

在外界扰动出现时,含光伏的中压直流配电系统的母线电压会发生波动,给电力系统的稳定运行带来挑战。针对传统光伏恒压控制策略抗扰性不足的问题,提出了基于改进型线性自抗扰控制(linearactivedisturbance rejection control,LADRC)的光... 详细信息

在外界扰动出现时,含光伏的中压直流配电系统的母线电压会发生波动,给电力系统的稳定运行带来挑战。针对传统光伏恒压控制策略抗扰性不足的问题,提出了基于改进型线性自抗扰控制(linearactivedisturbance rejection control,LADRC)的光伏恒压控制策略。对于两级集成式的DC/DC变换器,采用基于微分反馈的线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO),设计改进型LADRC结构,并详细分析了控制器的参数整定、抗扰性和稳定性。在仿真平台中将采用PI控制、传统LADRC和改进型LADRC的光伏恒压控制效果进行对比。结果表明,基于改进型LADRC的光伏恒压控制策略具有优秀的抗干扰能力,能够以更小的超调量和更快的响应速度使直流母线电压恢复稳定。

关键词：光伏发电系统中压直流系统线性自抗扰控制抗干扰能力

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磁场增强型高通量辉光放电溅射源的设计与研究

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光谱学与光谱分析 2025年第2期45卷 410-419页

作者：沈懿璇万真真余兴王海舟王永清朱一妃刘少锋北京科技大学国家材料服役安全科学中心北京100083 金属材料表征北京市重点实验室钢研纳克检测技术股份有限公司北京100081 河北大学电子信息工程学院河北保定071002 钢铁研究总院有限公司北京100081

高通量表征技术在金属材料分析领域具有重要应用价值,它能够实现对金属材料进行跨尺度的全域分析,评价材料表面宏观特性、微观不均匀性及局部缺陷。辉光放电溅射可沿样品表面的纵深方向,以大尺寸、平坦且快速的方式逐层剥蚀样品,再将暴... 详细信息

高通量表征技术在金属材料分析领域具有重要应用价值,它能够实现对金属材料进行跨尺度的全域分析,评价材料表面宏观特性、微观不均匀性及局部缺陷。辉光放电溅射可沿样品表面的纵深方向,以大尺寸、平坦且快速的方式逐层剥蚀样品,再将暴露出真实显微组织的样品送至多种分析仪器中进行成分、性能、组织结构的分析,从而作为金属材料的高通量表征样品前处理环节的关键设备。在传统Grimm型辉光溅射源的基础上,本研究搭建了一种专为高通量实验设计的辉光放电溅射系统,该系统将辉光溅射尺度由mm级扩展至cm级,同时实验发现了大尺寸溅射会导致辉光放电强度及溅射速率降低这一现象。针对这一现象,结合通过COMSOL Multiphysics仿真计算的辉光放电电子运动轨迹、电子密度以及化学反应速率等结果,该研究提出了一种通过施加扫描磁场来增强辉光放电光谱(GD-OES)强度以及溅射速率的方法。实验选用T2紫铜样品来探究扫描磁场的增强效果,结果表明,应用扫描磁场增强装置可获得更强的光谱信号强度及更快的溅射速率。在保持放电电压和电流不变的前提下,Mo、Cu元素的光谱强度分别增至无磁场时的1.43~11.97倍和1.13~26.50倍。其中,Mo元素光谱强度最大值可达53421 Cts,Cu元素光谱强度最大值可达76948 Cts,分别是无磁场时的6.86倍、4.32倍。此外,该方法可以显著地提高溅射速率,当阳极筒孔径为?15 mm时,T2紫铜样品的溅射速率提高了4.35倍,最高可达2662.09 nm·min^(-1)。使用白光干涉仪和金相显微镜对溅射坑表面的平整度和显微组织图像进行了采集,结果显示磁场引入对溅射坑表面粗糙度未产生显著影响,同时能清晰地呈现样品的真实显微组织特征。综上,实验结果证实,应用扫描磁场增强装置可在确保溅射平整度不受影响的前提下,实现光谱信号强度和溅射速率的提升,为解决大尺寸溅射引起的低溅射速率问题提供了新方法。

关键词：高通量实验磁场光谱增强辉光放电光谱溅射

基于前端智能感知的电力基建现场施工安全风险识别系统

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兵工自动化 2025年第1期44卷 43-47页

作者：李贤吕冰国网冀北电力有限公司信息通信分公司北京100053

针对电力现场作业安全监督管理存在安全风险识别耗时较长的问题,提出融合前端智能感知技术的电力基建现场施工安全风险识别系统。硬件方面,进行了物联网前端感知设备和无人机飞行器设计;软件方面,依托于前端智能感知原理,建立一个前端... 详细信息

针对电力现场作业安全监督管理存在安全风险识别耗时较长的问题,提出融合前端智能感知技术的电力基建现场施工安全风险识别系统。硬件方面,进行了物联网前端感知设备和无人机飞行器设计;软件方面,依托于前端智能感知原理,建立一个前端异构现场施工数据智能感知模块,通过无人机搭载物联网前端感知设备,高效采集电力基建现场的各种信息。在差分计算法的作用下提取异常感知数据,再通过遗传算法进行异常修复。充分考虑电力基建现场各种风险因素,确定施工安全风险评价指标,与模糊聚类最大树算法相结合,识别出施工安全风险级别。系统测试结果表明:所提系统的风险识别时间平均值为6.57min,为现场施工安全风险防范争取了更多时间。

关键词：前端智能感知电力基建现场施工安全风险识别模糊聚类最大树算法

直流充电桩快速变化波形模态的动态电能参比测试信号建模

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电网技术 2025年第2期49卷 759-770,I0102页

作者：王学伟李松竹袁瑞铭焦东翔巨汉基孟静北京化工大学信息科学与技术学院北京市朝阳区100029 国网冀北电力有限公司计量中心北京市西城区100045 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192

针对直流充电桩快速变化直流电流和电压的波形模态描述尚不完善、可用样本数据不足、波形特性不清楚、缺少波形模态数学模型的问题,首先,建立充电桩直流电流和电压信号的离散随机数学模型和时频域表征模型;然后,针对实测充电直流信号,提... 详细信息

针对直流充电桩快速变化直流电流和电压的波形模态描述尚不完善、可用样本数据不足、波形特性不清楚、缺少波形模态数学模型的问题,首先,建立充电桩直流电流和电压信号的离散随机数学模型和时频域表征模型;然后,针对实测充电直流信号,提取30种波形模态,提出三大类波形模态及其对应的特征参量,并据此建立三大类波形模态的波形特征库;其次,采用时频原子的方法建立3类波形模态的数学模型,给出实际波形对应的人工测试信号模型,解决了反映实际波形模态重要波形特征问题;最后,提出构建测试电能表计量误差的直流信号参比模型的原则,据此,建立动态电能计量参比测试信号模型,表征了动态直流测试信号的特征信息,用于提升直流电能表动态试验和改进直流电能表的测试标准。

关键词：直流充电桩快速变化波形模态波形特征参量动态电能参比测试信号模型

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基于空间多点位温度IGBT器件参数逆推的健康状态在线监测方法

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电工技术学报 2025年第2期40卷 452-462页

作者：胡震崔曼吴晓华施涛南京邮电大学自动化学院南京210042 苏州帝奥电梯有限公司苏州215200 北京理工大学信息与电子学院北京100081

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为高压大功率能量转换系统的核心器件,已广泛应用于新能源发电、高速铁路、航空航天等领域,由于工作环境和运行工况的复杂多变,IGBT模块极易因键合线剥离和焊料层脱落等疲劳老化而失效,造成系统停机,开展IGB... 详细信息

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为高压大功率能量转换系统的核心器件,已广泛应用于新能源发电、高速铁路、航空航天等领域,由于工作环境和运行工况的复杂多变,IGBT模块极易因键合线剥离和焊料层脱落等疲劳老化而失效,造成系统停机,开展IGBT模块健康状态的在线监测是提升功率器件可靠性、实现能量转换系统安全高效运行的重要保障。该文提出一种基于空间多点位温度IGBT器件参数逆推的健康状态在线监测方法,实现IGBT键合线和焊料层热疲劳损伤的在线监测和诊断,避免IGBT模块因热损伤累积超过安全阈值而突发失效,提升能量转换系统的可靠性。首先,考虑焊料层老化对模块内部热流路径的影响而引起基板空间多点位温度分布的改变,建立基于基板多点位温度差异度(T_(P))的焊料层疲劳老化在线监测模型,通过离线加速老化测试方法建立▽T_(P)和芯片至基板热阻抗(Z_(JC))的数据库,在应用中通过▽T_(P)调用(Z_(JC))实现焊料层健康状态的在线诊断;其次,建立IGBT混合老化模式下器件通态功率损耗的计算模型,提出基于通态损耗的集-射通态电压(V_(ce-on))的逆向计算方法,基于更新的Z_(JC)值计算芯片结温(T_(J)),将集电极电流I_(C)和T_(J)输入健康IGBT模块的I_(C)-T_(J)-V_(ce-on)数据库中调用当前结温下的V_(ce-on,data),消除焊料层老化引起的结温上升对V_(ce-on)的影响,基于V_(ce-on)和V_(ce-on,data)的偏差对键合线老化状态做出诊断。仿真和实验结果表明所提方法的有效性,在实验环境下诊断误差约为3%。

关键词：绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 在线监测可靠性能健康状态