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可编辑的根系建模与生长模拟方法

计算机辅助设计与图形学学报 2024年第1期36卷 73-80页

作者：杨猛肖成北京林业大学信息学院北京100083 国家林业草原林业智能信息处理工程技术研究中心北京100083

针对植物根系种类繁多,形态呈现出高度多样性问题,提出一种可编辑的建模方法来模拟根系生长.首先拓展了传统的L系统,以一种具有语义特征的规则描述根系结构与拓扑关系;然后加入根茎半径与单根长度的连续方程,生成符合自然规律的生长;再... 详细信息

针对植物根系种类繁多,形态呈现出高度多样性问题,提出一种可编辑的建模方法来模拟根系生长.首先拓展了传统的L系统,以一种具有语义特征的规则描述根系结构与拓扑关系;然后加入根茎半径与单根长度的连续方程,生成符合自然规律的生长;再通过指导向量控制根系的全局形态;最后提供多种编辑根茎局部形状的手段,如根茎骨架、曲面造型、不规则表面等,生成具有自然观感的根茎模型.对自然界中的6种植物进行仿真实验,包括直根系、须根系、储藏根系和板根4种不同类型,结果表明,根系的模拟结果与真实图片的平均相似度达到79.16%,所提方法具有构建多种类型根系的建模能力,可以通过设置形状指导曲线或者调节部分参数,构建出具有特殊形态的真实感根系模型.

关键词：根系建模生长模拟可编辑模型指导生长

考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度

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电力自动化设备 2024年第6期44卷 50-58,76页

作者：邵振国林勇棋陈飞雄郑翔昊郭奕鑫颜熙颖福州大学电气工程与自动化学院福建省电器智能化工程技术研究中心福建福州350108

为了保护综合能源系统中不同运营主体的信息隐私,权衡系统运行低碳性和经济性,解决天然气网络鲁棒模型难以求解的问题,提出了考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度方法。考虑天然气网络和热力网络的动态特... 详细信息

为了保护综合能源系统中不同运营主体的信息隐私,权衡系统运行低碳性和经济性,解决天然气网络鲁棒模型难以求解的问题,提出了考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度方法。考虑天然气网络和热力网络的动态特性、碳-绿证耦合机制,构建综合能源系统动态低碳经济调度模型;为了保护各网络运营商的数据隐私,根据能量耦合关系对综合能源系统解耦,建立电-气-热网络的分布式协同优化模型;在此基础上,考虑风电出力和多能负荷的不确定性,提出基于一致性交替方向乘子法的分布式鲁棒优化框架,并利用二阶锥对偶理论与交替优化方法实现含二阶锥约束和二元变量的鲁棒子问题求解。以修改的IEEE 39节点电力网络、比利时20节点天然气网络和15节点热力网络为算例进行仿真分析,验证所提方法能够在源荷不确定性条件下实现综合能源系统各网络分散自治运行,同时兼顾系统运行的低碳性和经济性。

关键词：电-气-热综合能源系统碳-绿证耦合动态特性鲁棒优化低碳经济调度交替方向乘子法

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电-气互联系统预测-校正型仿射能流算法

电力自动化设备 2024年第5期44卷 19-27,35页

作者：陈飞雄颜熙颖邵振国李壹民郑翔昊福州大学电气工程与自动化学院福建省电器智能化工程技术研究中心福建福州350108

综合能源系统能流耦合渐趋紧密,与此同时可再生能源和负荷需求的强不确定性对系统能流分析提出了挑战。因此,提出一种电-气互联系统(IEGS)仿射型区间能流算法,在仿射能流计算结果中保留噪声元特征,通过噪声元系数分析各独立不确定因素... 详细信息

综合能源系统能流耦合渐趋紧密,与此同时可再生能源和负荷需求的强不确定性对系统能流分析提出了挑战。因此,提出一种电-气互联系统(IEGS)仿射型区间能流算法,在仿射能流计算结果中保留噪声元特征,通过噪声元系数分析各独立不确定因素对系统状态变量的影响程度。建立电、气子系统仿射模型及能流方程。提出基于域收缩思想的IEGS预测-校正型仿射能流算法,根据灵敏度对状态量的解域进行保守的预测,并构建优化模型对解域进行压缩校正。同时,采用多能流分布式迭代方法进行求解,其无须考虑复杂耦合网络中的多能流计算顺序。最后通过仿真验证了所提方法在保守性、计算效率方面的优势,并量化分析了不确定因素对系统状态量的影响。

关键词：电-气互联系统多能流算法不确定性分析仿射型区间能流

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基于3D点云的钢管表面缺陷检测系统

轧钢 2024年第3期41卷 113-118,126页

作者：吴昆鹏王少聪苏成北京科技大学国家板带生产先进装备工程技术研究中心北京100083

钢管外表面视觉成像时容易出现灰度不均、局部过曝光等问题,致使利用二维灰度图像进行表面缺陷检测过程中漏检、误报等情况严重。为此,设计了基于3D点云的钢管外表面缺陷检测系统,通过围绕被测钢管环形布置多组3D相机获取到表征钢管轮... 详细信息

钢管外表面视觉成像时容易出现灰度不均、局部过曝光等问题,致使利用二维灰度图像进行表面缺陷检测过程中漏检、误报等情况严重。为此,设计了基于3D点云的钢管外表面缺陷检测系统,通过围绕被测钢管环形布置多组3D相机获取到表征钢管轮廓的点云,收集样本构建出钢管缺陷数据集,训练PointNet++模型进行点云分割,输出代表缺陷的数据点集合,集合所涵盖的范围即为缺陷位置,数据点相对标定基准面的距离信息表示缺陷深度。本系统应用于工业现场,在完成缺陷检测的同时实现了深度方向的量化,对于钢管外表面缺陷的检测能力与探伤机相当,且具备更低的误报率、更少的设备安装维护成本,同时系统可扩展应用到类似的智能化检测场景。

关键词：钢管缺陷检测 3D点云 PointNet++

2种土壤地下滴灌滴头流量变化规律及对入渗空腔的响应

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排灌机械工程学报 2024年第7期42卷 728-735页

作者：田作坤杨婷陈瑞何秋王夺王剑江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 江苏省淮沭新河管理处江苏淮安223001

为研究入渗空腔对地下滴灌滴头流量和土水势的影响规律,通过土箱试验和数值模拟相结合的方法,对比分析了黏土和壤质砂土2种土壤灌水过程中土壤正压及滴头流量的变化规律,反演了滴头出口处空腔半径,并建立了黏土中空腔半径的计算模型.研... 详细信息

为研究入渗空腔对地下滴灌滴头流量和土水势的影响规律,通过土箱试验和数值模拟相结合的方法,对比分析了黏土和壤质砂土2种土壤灌水过程中土壤正压及滴头流量的变化规律,反演了滴头出口处空腔半径,并建立了黏土中空腔半径的计算模型.研究结果表明:相同条件下,壤质砂土中的滴头流量大于黏土中的,但变化幅度小于黏土中的;壤质砂土中土壤正压随时间变化呈上升趋势,黏土中土壤正压随时间变化呈下降趋势,受空腔影响,滴头流量与土壤正压随时间的变化趋势不存在必然关系.模拟中,壤质砂土入渗空腔半径可选择较小值或认为与滴头出口半径相同.黏土中空腔半径随滴头额定流量和容重增大而增大.相对于选用固定值,研究得到的空腔半径可以提高现有计算公式在求解滴头流量和土壤正压的精度,拟合的空腔半径经验模型可以应用于地下滴灌水力设计,同时为土壤水分入渗数值模拟的边界条件设置提供依据.

关键词：地下滴灌滴头流量土壤正压空腔黏土壤质砂土

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藻类多样性和生物岩溶作用研究进展

应用与环境生物学报 2024年

作者：赵家伟熊康宁晏妮贵州师范大学喀斯特研究院国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心

藻类作为岩石裸露区植物演替的先锋物种，通过岩溶作用富集营养元素改善小生境，促进群落演替，对维持喀斯特生态系统稳定与发展具有重要意义。从藻类生物溶蚀作用和沉积作用的角度出发，采用系统性文献综述的方法，回顾和总结了藻类的... 详细信息

藻类作为岩石裸露区植物演替的先锋物种，通过岩溶作用富集营养元素改善小生境，促进群落演替，对维持喀斯特生态系统稳定与发展具有重要意义。从藻类生物溶蚀作用和沉积作用的角度出发，采用系统性文献综述的方法，回顾和总结了藻类的岩溶作用机理、功能性状及其与环境间互作机制的研究成果，并对相关的关键科学问题提出关注的建议。对文献的综述结果表明，藻类通过钻孔、干枯蜷缩、复水膨胀等机械作用以及生长代谢过程中产生的酸性物质破坏岩石表面的胶结颗粒、矿物晶体结构来塑造溶蚀微型态，促进碳酸盐岩成土。藻类通过自身的形态结构以及生长过程中产生的代谢物质等促进碳酸钙的沉淀、塑造岩溶地貌。藻类生物岩溶作用强度与功能性状、生境等密切相关。但是藻类生物岩溶作用过程缓慢，因此需要进行长时间的监测，并借助先进的科学实验手段，加强对藻类环境适应性特征及生物多样性维持机制，藻类生物控型作用的范畴和机制，藻类代谢产物对岩溶动力系统的驱动作用和驱动机理，藻类生理机能和生物岩溶强度之间的关系以及藻类岩溶作用与环境的风化协同关系等方面的研究。

关键词：藻类岩溶作用石漠化生态修复互作机制

喀斯特峡谷石漠化区造林对土壤细菌群落结构的影响

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生态学杂志 2024年

作者：王莎莎蓝家程祁雪王俊贤龙启霞黄明芝刘磊岳坤前贵州师范大学喀斯特研究院国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心

土壤微生物是评价喀斯特生态系统植被恢复有效性的重要指标。然而，受许多生物和非生物因素的影响，土壤微生物群落对植被恢复的响应仍存在不确定性。土壤理化性质作为影响细菌的生存环境的主要因素之一，是否可以直接用于推断与喀斯特... 详细信息

土壤微生物是评价喀斯特生态系统植被恢复有效性的重要指标。然而，受许多生物和非生物因素的影响，土壤微生物群落对植被恢复的响应仍存在不确定性。土壤理化性质作为影响细菌的生存环境的主要因素之一，是否可以直接用于推断与喀斯特生态系统土地利用改变相关的土壤细菌群落的变化仍然不清楚。本研究采集贵州花江喀斯特峡谷石漠化地区花椒林和次生林以及对照耕地0～10 cm的表层土壤样本。通过16S rRNA基因高通量测序技术，研究了喀斯特石漠化地区造林对土壤性质以及土壤细菌群落组成和多样性的影响，探究造林后影响土壤细菌群落的主要因素。结果表明：所有样品中土壤的主要优势菌门为酸杆菌（Acidobacteriota）、放线菌（Actinobacteriota）、变形菌（Proteobacteria）、绿弯菌（Chloroflexi）。造林显著改变了土壤细菌组成丰度，但并未显著改变α多样性。耕地转为花椒林和次生林后，酸杆菌和放线菌相对丰度显著增加，变形菌的丰度显著降低，绿弯菌在花椒林中的丰度最高。造林降低了显著富集细菌的数量并改变了富集细菌类别。冗余分析表明，土壤pH、交换态钙、有机碳、含水量、容重及土壤粉砂含量共同影响细菌群落结构，其中交换态钙的影响程度最高。这些结果表明，造林后，土壤理化性质和细菌类群之间潜在的相互作用可能共同影响喀斯特峡谷地区的土壤细菌群落结构。

关键词：造林交换态钙土壤细菌群落喀斯特石漠化

土壤-水稻前茬离散元仿真参数标定及其旋耕轨迹分析

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农业工程学报 2024年第7期40卷 72-82页

作者：赵智豪吴明亮谢双鹏罗海峰黎鹏程曾熠蒋啸虎湖南农业大学机电工程学院长沙410128 湖南省现代农业装备工程技术研究中心长沙410128

在进行稻油轮作区域水稻收获后旋耕作业中的前茬运动、受力仿真分析时,由于缺乏可靠的离散元仿真参数难以准确计算土壤-水稻前茬运动规律和相互间受力。该研究采用EDEM软件对土壤-水稻前茬混合物内部各物质的物理与接触参数进行离散元... 详细信息

在进行稻油轮作区域水稻收获后旋耕作业中的前茬运动、受力仿真分析时,由于缺乏可靠的离散元仿真参数难以准确计算土壤-水稻前茬运动规律和相互间受力。该研究采用EDEM软件对土壤-水稻前茬混合物内部各物质的物理与接触参数进行离散元仿真标定。首先测定了土壤-水稻前茬混合物内各物质物理与相互间接触参数,以堆积角作为评价指标,利用仿真试验进行了显著因素筛选、最优水平取值范围确定及二阶回归模型下最佳参数寻优,对参数进行了标定,得到土壤-水稻前茬混合物模型极显著参数的最优组合为土壤-土壤恢复系数0.407、土壤-土壤动摩擦系数0.123、土壤-水稻前茬静摩擦系数0.596、土壤表面能1.860 J,此时与试验堆积角误差为0.58%。并进行了土壤-水稻前茬间的直剪试验与仿真,得到了稳定后不同垂直应力下试验与仿真的直剪切应力误差分别为:5.4%(50 kPa),4.1%(100 kPa),3.1%(150 kPa)。最后在最优参数组合下,开展了基于MBD-DEM的旋耕土壤-水稻前茬轨迹分析试验,前茬跟随旋耕刀及直接被掩埋两种埋覆场景下仿真与土槽试验轨迹的Spearman秩相关系数分别为0.91、0.84,验证了仿真模型标定参数的准确性。研究结果可为水稻前茬旋耕轨迹调控过程的离散元仿真分析提供可靠的接触参数。

关键词：离散元直剪试验堆积角水稻前茬接触参数旋耕轨迹

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双吸泵交错叶轮内流诱导噪声

排灌机械工程学报 2024年第7期42卷 670-677页

作者：吴贤芳王东谈明高刘厚林邵晨潘光辉江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013 江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

为研究叶轮交错布置对双吸泵内流噪声的影响,根据叶片夹角设计了4组叶轮交错方案.在设计工况下,采用标准k-ε湍流模型对双吸泵内部流动进行了非定常数值模拟,基于数值模拟结果提取偶极子声源,应用直接声学边界元法计算了双吸泵内声场,... 详细信息

为研究叶轮交错布置对双吸泵内流噪声的影响,根据叶片夹角设计了4组叶轮交错方案.在设计工况下,采用标准k-ε湍流模型对双吸泵内部流动进行了非定常数值模拟,基于数值模拟结果提取偶极子声源,应用直接声学边界元法计算了双吸泵内声场,分析了不同叶轮交错方案对泵能量性能、压力脉动和内流噪声等的影响规律.研究结果表明:叶轮交错布置能够提高双吸泵能量性能,扬程和效率最高分别提升3.0%和5.7%;随着交错角度增大,压力脉动峰峰值逐渐减小,最大降幅达79.6%;当交错角为叶轮夹角的1/2时,蜗壳内流场压力脉动、偶极子声源流动噪声和声压频响曲线的主频均从1倍叶频变为2倍叶频,且主频处幅值明显降低;随着交错角增大,吸水室、叶轮和蜗壳表面高声压区范围逐渐减小,表面声压最大值和声压频响曲线逐渐降低,最大降幅分别为9.9%和18.7%.研究结果可为双吸泵优化设计和减振降噪提供一定的理论参考.

关键词：双吸泵交错叶轮压力脉动偶极子噪声