郑州大学学报(工学版)

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2026年01月06 00:00

“四水四定”和谐共生的理论体系及应用途径

2026年01月06 00:00

“四水四定”和谐共生作为一种新兴的水资源管理理念,强调在水资源刚性约束下,深入贯彻“四水四定”原则和“和谐共生”理念。系统分析了“四水四定”和谐共生的提出背景,在明晰“四水四定”原则与“和谐共生”理念的基础上,界定了“四水四定”和谐共生的概念,从人文系统、水系统交互作用的视角解析了其深层内涵。以区域水平衡原理、人与自然共生共荣原理和人水关系和谐演变原理为基本原理,以系统识别、模拟分析、度量评估和优化调控为主要方法,从协调发展、动态调控、系统协同、供需平衡及适水发展5个方面介绍其主要理念,构建了“四水四定”和谐共生的理论体系框架并系统阐述其理论基础的核心内容,进一步从规划、政策、管理、战略、技术和学科等多层面探讨了“四水四定”和谐共生的应用途径与前景。该研究为水资源精细化管理与多系统协同发展提供理论依据与实践参考。

基于创新趋势分析方法的三门峡库区降水变异分析

2026年01月06 00:00

针对黄河流域三门峡库区降水变异机制不清、传统趋势分析方法难以捕捉序列内部结构变化的问题,综合应用创新趋势分析(ITA)、创新多边形趋势分析(IPTA)和创新趋势枢轴分析法(ITPAM)系统解析了1957—2020年三门峡气象站降水序列的多尺度变异特征,并与Mann-Kendall等传统趋势检验方法进行对比。结果表明:三门峡气象站年降水整体和高值类均呈现显著下降趋势,统计量S=-1.031;多年月均降水量整体变化较为均匀,但7—9月份呈现出“趋势下降-变幅较大-风险等级高”的复合模式;最大1 d和5 d降水量均呈现显著下降趋势,但降水强度显著上升(S=0.069),区域降水模式向“低频-高强度”转型。与传统方法相比,创新趋势分析方法可以对时间序列的不同时间尺度、不同值区、不同风险等级进行更好的识别和细节解析,更具有灵活性优势。

基于属性-集对耦合的山洪灾害风险后果评价

2026年01月06 00:00

针对山洪灾害时空分布的显著差异性以及评价过程中影响因素的不确定性易造成评价指标值失真以及风险指标信息缺失等问题,将评价指标划分为生命损失、经济损失、环境影响和社会影响,细分其等级标准并进行量化;采用变权理论对组合常权权重进行修正,利用属性测度综合评价向量对不确定性信息进行转化分析,结合属性集对联系数对灾害后果严重程度进行判别,构建了基于属性-集对耦合的山洪灾害风险后果评价模型。将所构建的模型应用于山西省古县20 a、50 a、100 a一遇暴雨情景的山洪灾害风险后果评价,结果表明:所提模型可有效量化不同重现期暴雨情景下的风险后果等级,与其他模型计算出的评价等级基本吻合,体现了所提方法较好的适用性。

基于RT-GLV的变电站电力人员绝缘手套穿戴检测方法

2026年01月06 00:00

变电站电力人员作业穿戴的绝缘手套有目标小、易遮挡的特点,而一般的特征融合网络往往会丢失小目标信息。针对此问题,构建一种多尺度小目标特征融合网络STPFM,对RT-DETR-R18模型进行改进,设计了电力人员绝缘手套穿戴模型RT-GLV。首先,用STPFM网络代替CCFM网络,利用STPFM网络的SSFF模块、TFE模块融合多尺度特征信息,此外,增加一个以SSFF模块为核心的小目标检测层,增强模型对小目标信息的学习能力;其次,为解决替换的STPFM网络模型参数量过大的问题,构建一种轻量化PB_Block模块,只替换主干网络中包含小目标信息较少的P4、P5层的模块,在轻量化模型的同时,又降低小目标信息的损失;最后,采用PIoUv2损失函数增强模型对难易样本的学习能力。实验结果表明:RT-GLV模型在电力人员绝缘手套穿戴检测中表现优异,与RT-DETR-R18相比,mAP@0.5提高2.1百分点,F1分数提高1.6百分点,参数量减少21.5%;在小目标检测方面,穿戴绝缘手套的AP@0.5提高1.4百分点,未穿戴绝缘手套的AP@0.5提高6.4百分点,且模型检测速度达到91.3帧/s,满足电力人员绝缘手套穿戴检测的准确性、实时性要求。

基于改进YOLOv8的遥感影像变电站目标识别

2026年01月06 00:00

针对现有研究多集中于变电站局部结构检测而缺乏大区域快速发现与动态监测的问题,通过高分辨率卫星影像实现变电站的高效识别,提升电网安全隐患排查能力。首先构建了基于高分辨率光学卫星影像的变电站目标检测样本库;随后提出改进的YOLOv8算法,在骨干网络中嵌入SimAM轻量级注意力模块以增强细部特征聚焦能力,并将颈部结构替换为Efficient-RepGFPN,结合DySample动态上采样模块设计新型颈部结构GDFPN,以解决多层级特征语义错位问题。实验结果表明:改进方法优于主流检测算法,mAP75和mAP50-95分别提升至96.8%和87.1%,验证了其在变电站检测任务中的优越性。所提出的改进YOLOv8方法可有效支持大区域变电站的快速发现与动态监测,为电网安全管理提供了可靠的技术支撑。

钢桥板单元分布式柔性作业车间成组调度

2026年01月06 00:00

针对钢桥板单元生产速度过慢会直接制约桥梁工程建设周期的问题,在考虑钢桥板单元的加工工艺路线和生产特点的同时,以最小化最大完工时间为目标,建立了考虑顺序相关作业切换时间和运输时间,面向钢桥板单元加工的分布式柔性作业车间成组调度(DFJGSPST)模型,并提出了基于三层编码的记忆混合遗传禁忌搜索算法(MGATS)。为验证数学模型和智能算法的可行性,以某钢桥板单元生产为例,建立了包括4种板单元组和15台机器的DFJGSPST模型,通过相应的测试算例进行实验验证,并与其他智能算法进行比较分析。实验结果表明:所提的MGATS的相对百分比差异(RPD)的均值为2.74%,低于遗传算法(GA)的3.99%和混合遗传禁忌搜索算法(GATS)的3.13%。MGATS的成功率(SR)为0.15,高于GATS和GA,验证了MGATS在求解DFJGSPST模型中的稳定性和鲁棒性。

带强制工期约束的混合柔性流水线调度

2026年01月06 00:00

针对每阶段包含不相关并行机的混合柔性流水线问题,考虑强制工期和运输时间,以最小化总加权完成时间为目标建立整数规划模型,结合改进遗传算法和邻域搜索策略,提出一种人工蜂群算法和鲸鱼优化算法的混合算法以获取近优解。算法采用基于工件号编码以及NEH启发式法生成初始工件序列集,雇佣蜂阶段引入改进遗传算法产生更优质的工件序列,跟随蜂阶段利用5种邻域搜索策略以得到更好的邻域序列,在侦察蜂阶段设计基于最差解的鲸鱼优化算法提高算法搜索能力。仿真实验测试了混合人工蜂群和鲸鱼优化算法内改进项的有效性以及不同规模的算例。实验结果表明:所提出的混合算法具有较好的求解性能。

基于最佳滑移率估计的汽车EMB防抱死控制

潘公宇, 熊浩东 — 2026年01月06 00:00

为了解决传统的逻辑门限式ABS控制方法存在无法充分利用路面利用附着系数以及滑移率波动较大的问题,提出了一种基于最佳滑移率估计的汽车EMB防抱死控制策略。首先,建立轮胎滑移率与路面利用附着系数之间的非线性模型;其次,通过一种分段式的估计算法来快速准确地跟踪最佳滑移率;最后,基于最佳滑移率的估计结果,设计了积分滑模控制器,通过精确调节EMB制动力矩和电机制动力矩,使前后轮的滑移率维持在各自的最佳滑移率,保证车辆在不同路面条件下的最佳制动距离。仿真结果表明:所采用的估计算法都能够快速准确识别当前路面的最佳滑移率,估计出的最佳滑移率在稳态时与实际的最佳滑移率的最大误差不超过3%,且积分滑模控制器可以精确控制滑移率保持在最佳滑移率附近,与CarSim内置的ABS控制策略相比,单一路面工况制动总时间缩短了10.8%,制动总距离减少了15.8%,对接路面工况制动总时间缩短了18.0%,制动总距离减少了22.2%。

融合注意力机制和多尺度信息的蛋白质结合位点预测

2026年01月06 00:00

为了有效解决3D U-Net在蛋白质结合位点预测中存在的噪声干扰和多尺度信息缺乏问题,提出了一种融合注意力机制和多尺度信息的蛋白质结合位点预测模型AMPocket。引入压缩注意力机制,使得模型能够聚焦于关键通道的蛋白质特征,减少无关通道特征对结合位点预测的影响,从而提高分割的精度;在编码器中引入多尺度信息,使模型能够从不同层次捕捉特征,进而获得更加全面和丰富的空间信息。实验结果表明:AMPocket在4个广泛使用的测试集上均取得了优异的预测结果,特别是在SC6K数据集上的DCC成功率和DVO优于所有对比方法,分别为93.04%和55.01%,并且AMPocket具有较少的参数量,表明模型具有更好的预测性能。

基于时间序列成像的多任务学习驱动情感识别

2026年01月06 00:00

针对脑电情感识别依赖特征抽取或时频谱图导致的计算复杂度高的问题,提出一种基于时间序列成像(TSI)的多任务学习驱动情感识别方法。通过格拉姆角场、马尔可夫转移场以及模式差分场,实现一维脑电信号到二维图像的直接编码;基于ResNet18分类骨干网络,设计多任务特征融合框架,融合3种TSI编码提取的特征表示。实验结果表明:在DEAP数据集上,所提方法在Valence和Arousal的二分类中的平均分类准确率分别为96.51%和97.22%,在AMIGOS数据集上分别为98.59%和99.64%,扩展到四分类和八分类时,DEAP上的平均分类准确率分别为91.06%和87.43%,AMIGOS上的平均准确率分别为97.41%和89.84,在脑电情感识别中具备良好的鲁棒性。

基于二分假设端到端深度学习的ADHD辅助诊断

2026年01月06 00:00

在注意缺陷多动障碍(ADHD)的辅助诊断研究中,很多ADHD分类方法存在模型不能一体化或缺乏生物学解释的问题。为此,提出一种基于二分假设端到端深度学习的ADHD分类模型。在二分假设框架下,选择边缘系统相关的低频波动振幅数据作为输入特征,并设置注意力模块,使得网络重点关注分类贡献高的特征。模型整体形成端到端结构,而不是传统的深度学习和机器学习结合的结构。此外,完成检测生物标识的任务,提供生物学解释。在ADHD-200数据库的留一交叉验证实验中,4个子数据库上的平均准确率达到98.1%。随后,在边缘系统上进行ADHD生物标识的统计与分析,得到的ADHD生物标识分别为前扣带与旁扣带脑回、右杏仁核、嗅皮质和左杏仁核,这些结果证实了基于二分假设端到端深度学习模型的合理性。

松辽盆地干热岩热储水力压裂参数敏感性分析

2026年01月06 00:00

水力压裂是提取地热能的关键技术,通过提高储层岩石的渗透性来增加产热量。为此,以松辽盆地干热岩热储层为研究对象,基于ABAQUS软件建立水力压裂二维数值模型,结合正交试验法,对影响水力裂缝特性的参数进行了敏感性分析。结果表明:数值模拟结果相比室内试验结果的误差为2.6%,说明该模型用来研究水力压裂是准确可靠的;通过极差分析法对各参数进行敏感性分析可知,对裂缝宽度影响最大的因素是岩石弹性模量,压裂液排量的影响程度最小;对起裂压力影响最大的因素为水平应力差异系数,岩石弹性模量的影响程度最小。研究结果可以为松辽盆地干热岩储层水力压裂施工提供一定的指导。

纳米SiO2和混杂纤维增强ECRM粘结特性研究

2026年01月06 00:00

为了制备出高性能的环氧树脂水泥基修复材料(ECRM),有效解决大坝裂缝修复问题,通过界面弯拉强度试验分析了环氧树脂、纳米SiO2和钢-PVA混杂纤维的掺量对水泥基修复材料粘结性能的影响,通过扫描电子显微镜试验揭示了水泥基修复材料粘结性能的增强机理。研究结果表明:随着环氧树脂、钢纤维和PVA纤维掺量的增加,水泥基修复材料的界面弯拉强度均呈现先升高后降低的变化趋势。当环氧树脂的掺量为9%(质量分数,下同),PVA纤维的体积掺量为0.9%(体积分数,下同)和钢纤维的体积掺量为1.2%时,水泥基修复材料的界面弯拉强度达到最大,此时相比于基准组(未掺环氧树脂、纳米SiO2、PVA纤维和钢纤维)提升了68.2%;随着纳米SiO2的掺量从0增加到2.0%,水泥基修复材料的界面弯拉强度逐渐增大,增幅为14.7%;相比于掺加纳米SiO2、钢纤维或PVA纤维,掺加环氧树脂对水泥基修复材料粘结性能的提升效果更加显著。水泥基修复材料粘结性能的微观增强机理可归结为环氧树脂和钢-PVA混杂纤维的掺入能够抑制基体内裂缝的产生和扩展,提高基体的整体性。纳米SiO2的掺入能够减少基体内部的孔洞缺陷,提高基体的密实度。

地铁明挖区间分期交界面涌水液氮冻结修复与实测

2026年01月06 00:00

苏州某地铁建设工程河道内分期明挖区间基坑水泥搅拌桩因先期开挖时变形过大,导致止水帷幕失效,且经双液注浆结合MJS加固处理后仍未能阻绝涌砂冒水。为此,通过采取液氮人工冻结形成有效止水帷幕,成功实现在大渗流条件下对失效止水帷幕的修复施工。对基坑止水帷幕失效进行分析,提出液氮冻结修复施工方案,采用现场实测的方法,统计分析了液氮冻结止水修复施工过程中冻结壁温度、液氮用量与冻结壁发展速度的变化规律。结果表明:水泥系改良土渗漏处冻结壁发展速度为67.3 mm/d,是无渗流处冻结壁平均发展速度的58.6%。渗流点冻结土体温度与非渗漏处冻结土体温度相差达40 ℃以上,渗流条件对冻结壁的发展抑制作用明显。积极冻结期冻结每立方米土消耗液氮1.671×103 kg,维护冻结期单组每日消耗液氮3.49×103 kg,为经验预估值的48.5%。

两种考虑颗粒破碎的砂土边界面本构模型对比分析

2026年01月06 00:00

为了准确考虑砂土的颗粒破碎对建立本构模型的影响,一种方法是直接引入颗粒破碎率至e-ln p平面的非线性临界状态线;另一种方法是间接在其他尺度空间重新构造具有线性或者其他简单函数关系的临界状态线。将基于直接表达和间接表达的临界状态线引入修正的SANISAND模型,着重对比这两类临界状态线在砂土弹塑性本构建模时的应用与表现。通过建立基于切平面法的返回映射算法,将所建立模型进行编译,对丰浦砂排水和不排水试验进行模拟发现:直接考虑颗粒破碎的临界状态线适用于部分初始状态的砂土,即初始围压或者孔隙比变化较小的试验模拟;间接考虑颗粒破碎的临界状态线更适用于初始状态变化较大的砂土。

库区束窄断面对溃坝洪水演进影响机制

2026年01月06 00:00

库区复杂的地形特征,尤其是常见的束窄断面,对洪水演进过程有重要影响。为了揭示束窄断面等天然特殊地形对溃坝洪水演进的影响机制,对地形精细化处理以及溃坝计算方法进行研究。以某水库工程为例,利用Civil 3D和HEC-RAS软件对DEM数据中的上游库区束窄断面以及下游主河槽进行精细化处理,并提出了一种改进计算方法,将库区定义为二维流动区域,弥补了常规手段在反映上游库区真实地形方面的不足,并能更准确模拟实际地形对溃坝洪水演进的影响。计算结果表明,洪水到达时间平均延后1 h,溃坝洪峰淹没水深极值降幅达49.52%,可见束窄断面起到显著的错峰和削峰作用,增加了下游居民应急撤离时间,有效降低了淹没风险。改进方法的推广应用将有助于优化避险方案设计,提高防洪决策的经济性和科学性。

基于优化VMD二次分解的短期电力负荷预测

2026年01月06 00:00

针对台区配变负荷数据复杂度高、波动性强的特点,提出了一种基于二次分解和时间卷积网络的短期电力负荷预测模型。首先,使用最大互信息系数法对高维特征的负荷数据集进行特征提取;其次,采用完全自适应噪声集合经验模态分解和优化变分模态分解对配变负荷数据进行二次分解;再次,将两次分解得到的子序列输入时间卷积网络模型中进行预测;最后,将各子序列的预测结果叠加,得到最终的负荷预测结果。在郑州市某台区配变负荷数据上进行仿真分析,与传统时间卷积网络模型相比,所提模型MAE、MAPE和RMSE分别减少了64.29%,9.66百分点和59.00%。实验结果表明,所提组合预测模型具有更好的预测效果和更高的预测精度。

火-储耦合系统一次调频控制策略与容量配置协同优化

2026年01月06 00:00

针对飞轮储能耦合火电机组参与一次调频过程中控制策略和容量配置的关键问题,提出了一种考虑飞轮储能荷电状态管理的火-储耦合系统一次调频控制策略和容量配置协同优化方法。首先,建立了考虑飞轮储能荷电状态动态管理的火-储耦合系统控制策略;其次,提出了综合考虑一次调频性能、全生命周期成本和经济性收益的经济评估模型,构建一次调频控制策略与容量配置协同优化框架,并采用粒子群算法求解;最后,采用某350 MW二次再热机组典型日调频数据进行仿真验证,并对求解过程中关键参数进行灵敏度分析。结果表明:所提协同优化方法可以提高火-储一次调频性能和调频收益。其中,储能系统全生命周期总体经济收益提升15.09%,投资回收年限缩短13.14%,验证了所提协同优化方法的有效性。

边缘设备端轻量级SSD变电站缺陷检测算法

2026年01月06 00:00

针对电力物联网中设备表面缺陷自动化检测难题(如破损、污损及人为违规操作导致的缺陷),提出一种面向边缘计算设备的轻量级SSD检测算法。该算法通过3个关键技术创新实现高效检测。首先,在MobileNetV2的瓶颈结构中引入密集连接机制,动态增强图像特征表达能力;其次,基于Non-Local注意力机制构建跨层注意力隐式特征金字塔网络(CL-IFPN),通过与MobileNetV2-SSD的深度融合显著提升小缺陷检测能力;最后,通过在卷积层添加特征融合模块并采用QFL函数,强化不同尺度缺陷的预测精度及正负样本训练平衡性。实验结果表明:在公共数据集VOC2007上,所提算法以79.62%的mAP检测精度和36 帧/s的检测速度表现优于同类算法;在自建电力器件缺陷数据集上,检测性能进一步提升至95.19%的检测精度和24 帧/s的检测速度,充分验证了算法在电力设备缺陷检测场景的实用价值。所提算法为边缘计算环境下的电力物联网设备智能运维提供了有效的技术解决方案。