检索结果-内蒙古大学图书馆

电讯技术 2019年第11期59卷 1332-1337页

作者：谷晓会章国安孔德尚南通大学信息科学技术学院

为了在大规模的车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Network,VANET)中提供灵活的网络管理、控制和提高资源利用率,结合软件定义网络(Software Defined Network,SDN)、云无线接入网络(Cloud Radio Access Network,C-RAN)和移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC),提出了一种分层的5G VANET架构(5G MEC VANET),能够支持智能交通系统各种功能和应用的动态特性,同时降低网络管理成本。此外,位于网络边缘的MEC框架避免了车辆与路边基站的频繁交互,减少了数据传播延时。仿真结果表明,与传统VANET和5G VANET架构相比,所提出的架构降低了传播时延,提高了网络带宽吞吐量,同时减少了控制器开销。

关键词：智能交通系统 5G VANET架构软件定义网络技术云无线接入网络(C-RAN) 移动边缘计算

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泰国有机稻米产业链评价分析

泰国有机稻米产业链评价分析

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作者： NALUN PANPLUEM 中国农业科学院

学位级别：博士

可持续农业发展是全球主要关注的重要问题。最近几十年来泰国稻米生产的首要目标为自给自足。尽管如此,常规水稻种植方式相对高产,但可能会带来土壤肥力退化,生物多样性减少,环境污染和食品中的化学残留物增加等问题。这种情况促使农民... 详细信息

可持续农业发展是全球主要关注的重要问题。最近几十年来泰国稻米生产的首要目标为自给自足。尽管如此,常规水稻种植方式相对高产,但可能会带来土壤肥力退化,生物多样性减少,环境污染和食品中的化学残留物增加等问题。这种情况促使农民和消费者更倾向于种植与消费有机稻米。有机农业对环境无害,在经济上可行,也可确保食品更安全。大米生产在泰国经济中占有重要地位。尽管它是世界上最大的稻米出口国,但当前泰国稻米产量增加是由于水稻种植面积的扩大,而不是单位面积产量的增加。泰国水稻有机生产受土壤理化性质,社会学和经济因素等影响,这些因素也显著地影响了有机稻米生产的效率。有鉴于此,本研究旨在评估泰国亚索托省(Yasothon)获得认证的有机水稻种植农场的技术效率及其影响因素。这项工作的具体目标是:(1)衡量农民的技术效率,并评估影响认证有机大米农民群体表现的不同因素;(2)研究认证有机大米生产者农场经营的一般状况;(3)研究有机大米出口市场的供应链;(4)建立有机大米种植出口模式。选择亚索托省是因为该地区以泰国最大的有机大米生产区而闻名。为了达到研究的目的,采用数据包络模型评估了从亚索托省7个地区抽样的328个农民群体的技术效率。描述性统计分析显示,有机稻平均产量为2011.98 kg/ha,播种量为126.75 kg/ha,劳动量为24.62 h/ha,有机肥料的使用量为380.74 kg/ha,平均机有机水稻种植的操作量为25.74 h/ha。数据显示,在恒定规模收益(CRS)和可变规模收益(VRS)规格下,平均技术效率分别为23%和28%。数据包络模型表明,当前有机稻米农业生产要素投入过多,减少投入仍保持相同的产出水平。应用多元回归分析来估计影响测试区域纯技术效率得分(PTES)的因素。结果表明,家庭规模、农场规模、水源、市场可及性、健康症状、收入和劳动力、技术效率得分(TES)和有机大米产量密切相关。预测变量的回归系数表明,收入是PTES的最佳预测变量,显着性水平为p<0.05。此外,泰国政府政策调控在扩大种植面积、增加有机稻产量方面有正向积极作用。尽管泰国政府对有机大米的供应链给予了极大关注,但由于有机大米的需求持续增长,市场在有机大米生产仍然发挥主导性作用。为此,本研究从泰国企业家、利益相关者的有机稻米种植者群体样本中收集数据。所使用的研究方法是一种混合方法,涵盖了定性数据和定量数据两个方面。这包括使用问卷,调查有机农业和关键信息提供者,采用的方法是深度访谈,使用涉及利益相关者分析、专题小组讨论和模型发展研讨会等研究方法。在考虑已通过出口认证的有机大米供应链时,发现亚索托省的有机大米供应链比传统大米短。基于现有有机大米供应链现状的分析,每年有机大米的去向,国际市场(美国、新加坡和欧洲市场)占总产量的70%,而泰国本地市场占30%。成本效益比分析显示,考虑到亚索托省有机稻农的生产成本和收益,发现农户在2017-2018年种植有机稻的总成本平均为每公顷种植有机稻4,329.32泰铢。平均售价为每公斤14.77泰铢。农民的总收入为每公顷29,716.94泰铢。有机大米生产的平均净利润为每公顷25,387.62泰铢,平均净收入为每公顷26,929泰铢。可变现金成本发现,生产有机大米的农民的净收入高于可变现金成本,即每公顷643.81泰铢。此外,有机稻农的收支平衡点是平均收支平衡产量约为每公顷293.12公斤,收支平衡价格约为每公斤2.15泰铢。基于本研究可以得出,泰国农民在提升有机大米生产的潜力仍有较大的空间,最高可增产72%-77%。本研究将可以为政府和私营部门介绍促进农民提高生产能力,改善有机稻米出口以及提升有机稻农的收入提供政策参考。此外,这项研究可以为农民,农业规划者和泰国政府部门提供重要信息,以衡量提高每个地区的效率表现方面制定切实可行的策略,并有助于提高泰国稻米生产率。在目前的技术下,通过提高农民的社会经济特征和生产管理,可以提高水稻的单产。另外,通过改善农民生产条件,提升农场生产特征水平,可以提高稻米生产的技术效率。

关键词：有机稻米供应链纯技术效率评分(PTES) 数据包络分析泰国亚索托省

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2,3-稠环吲哚啉衍生物及其合成方法和应用

2,3-稠环吲哚啉衍生物及其合成方法和应用

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作者：莫冬亮马小盼吴思仪陈威利苏桂发广西师范大学

(1) 课题的来源与背景广西自然科学基金项目：“烯基硝酮与亚甲基环丙烷反应构建八元氮杂环衍生物的研究”,合同编号：2015GXNSFCA139001。（2）技术原理及性能指标吲哚啉生物碱是一类重要的天然产物,由于其数目众多,结构复杂,往往... 详细信息

(1) 课题的来源与背景广西自然科学基金项目：“烯基硝酮与亚甲基环丙烷反应构建八元氮杂环衍生物的研究”,合同编号：2015GXNSFCA139001。（2）技术原理及性能指标吲哚啉生物碱是一类重要的天然产物,由于其数目众多,结构复杂,往往具有显著的生理活性,因此一直备受合成化学家以及药物化学家的青睐。从广西特色药用植物蕊木属中分离得到的活性化学成分,2, 3-稠环吲哚啉就是其活性成分的核心骨架,特别是2, 3-稠环吲哚啉,由于其3D的刚性结构,在化合物的生理活性及药理活性中起到了决定性作用。而从天然中分离得到的2, 3-稠环吲哚啉生物碱,其量非常少,分离技术上难度相当大,从而限制了2, 3-稠环吲哚啉生物碱的研究,限制了这一科药用植物资源进一步开发和利用。因此,通过合成的方法是高效获取这类吲哚啉生物碱的有效途径。目前构建这类骨架的策略可以通过金属催化串联反应、氧化偶联、分子内环化反应等,但这些方合策略都存在重金属污染、底物受限,官能团兼容性差,步骤繁琐以及使用原料较复杂等不足。为了突破这类吲哚啉生物碱的合成技术问题,我们采用非金属条件下,通过肟与二芳基碘盐在碱的作用下,经过N-芳基化/环加成/[3,3]-重排串联反应,一锅法可以高效地合成这类2, 3-稠环吲哚啉生物碱,并进一步对吲哚啉进行修饰和转化应用。对所得的2, 3-稠环吲哚啉进行生物活性的初步测试,表明部分2, 3-稠环吲哚啉生物碱表现出了良好的抗肿瘤活性。本技术的性能指标为所述衍生物合成方法简单易控,周期短,产率较高,不需无水无氧条件,且其中部分2,3-稠环吲哚啉衍生物具有一定的抗肿瘤活性。（3）技术的创造性与先进性本技术提供一系列结构新颖的2,3-稠环吲哚啉衍生物,以及它们的合成方法和应用。合成吲哚啉生物碱共计40个化合物,初步活性测试,表明部分2, 3-稠环吲哚啉生物碱表现出了良好的抗肿瘤活性。该技术有合成路线短、原料简单易得,操作简单,产率高,可以在实验室进行克级量制备,消耗成本低等优点。（4）技术的成熟程度,适用范围和安全性该技术目前在克级量（一般小于2克）制备上比较成熟,但还未进行中试阶段的测试。适用范围很广,只需要简单的碱,在常温到80度的条件下就可以实现制备,安全性较高。（5）应用情况及存在的问题本技术以简单的肟和二芳基碘盐在氢氧化钾为碱的条件下,在常温到80度的条件下就可以合成系列2, 3-稠环吲哚啉生物碱,而2, 3-稠环吲哚啉生物碱就是广西特色药用植物蕊木属中分离得到的活性成分,蕊木属植物又具有很高的药用价值,既可以作合成药物中间体、保健品,也可以作为常用药,具有消炎止痛、舒筋活络的功效,可以治咽喉炎、扁桃体炎、风湿骨痛、四肢麻木等症状,具有广泛的商业用途和较高的经济价值。因此,从成本低,能耗少、操作简单的合成方法得到具有商业价值高的化学成分,对进一步开发蕊木属植物具有较好的市场前景。然而,目前这一技术只是在初步实验室成熟阶段,还没有开发出较好的工艺合成路线,未能进而大规模开发,还需要进行更为深入的研究,开发完整的工艺路线。（6）历年获奖情况本项目完成了（1）硝酮化合物新合成方法的基础研究;（2）探讨了芳基化/环加成/重排的串联策略高效构筑了系列结构新颖的2,3-稠环吲哚啉生物碱;（3）研究了2,3-稠环吲哚啉生物碱的修饰和改造、转化和应用;（4）同时还开展了2,3-稠环吲哚啉生物碱的活性研究。该项目已发表论文20篇,其中SCI源刊20篇（SCI影响因子大于3.0的论文16篇）,获得2项国家发明专利授权;研究成果在国际上具有一定的影响力,得到了国际同行的认可,2篇论文为Green Chemistry封面论文,1篇论文入选Eur. J. Org. Chem.封面论文。受邀在中国化学会全国第十三届有机合成化学学术研讨会上做邀请报告1次,受邀在中国化学会全国第十九届金属有机化学学术研讨会上做口头报告1次,受邀在日本东京大学参加第17届Tateshina有机会议做邀请报告1次,获得2016年Thieme Chemistry Journals Award化学期刊奖。

关键词：稠环吲哚啉衍生物药物中间体合成方法

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改进的细菌觅食优化算法及其在0-1背包问题中的应用

改进的细菌觅食优化算法及其在0-1背包问题中的应用

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作者：何妙妙西南大学

学位级别：硕士

人们常常在生产生活中遇到大量的优化问题,国内外广大学者已经对这些优化问题进行了全面的研究,并将其发展成为了一门不可或缺的学科门类。解决优化问题的传统方法主要包括最速下降算法、线性规划、单纯形法等一系列以梯度为基础的算法... 详细信息

人们常常在生产生活中遇到大量的优化问题,国内外广大学者已经对这些优化问题进行了全面的研究,并将其发展成为了一门不可或缺的学科门类。解决优化问题的传统方法主要包括最速下降算法、线性规划、单纯形法等一系列以梯度为基础的算法,这类算法只有在待优化问题的目标函数是凸集且连续可微可导的情况下计算效率较高。但在实际应用中,面临着许多大规模、非线性、多极值的复杂优化问题,传统的优化算法对这类复杂优化问题的求解精度已经不能满足生产生活需求。群体智能优化算法由于其参数少,效率高,操作简单,对待优化问题本身的数学性质要求较少等优点,被广泛应用于求解各类复杂的优化问题。细菌觅食优化算法(Bacterial Foraging Optimization Algorithm,BFO)是一种新发展起来的群体智能优化算法,该算法具有鲁棒性强,易于实现等优点,现在已经在某些领域被成功使用,但应用深入度还尚浅,并且该算法在某些应用过程中存在求解精度不够精确、收敛速度慢等缺点,尤其在求解多峰优化问题时易陷入局部最优,很难得到全局最优值。因此,分析BFO算法的理论、改进BFO算法的机制和发展该算法的应用对于科学研究和现实生产中的各个领域的优化问题求解都具有重大的意义。为此,本文主要从该算法的改进和应用方面做了一些工作。主要研究内容如下:1.提出了一种基于贪心逐维更新评价策略的细菌觅食优化算法细菌觅食优化算法对解采用整体更新评价策略。BFO算法在解决连续型多维优化问题时,因为各维之间彼此干预,采用整体更新评价策略会降低求解精度,影响收敛速度。针对以上问题提出了逐维改进细菌觅食算法(Bacterial Foraging Optimization Algorithm with Dimension by Dimension Improvement,DDIBFO)。实验结果说明,引入逐维更新评价策略后能够有效地提高解的质量。2.步长改进的细菌觅食优化算法在经典的细菌觅食优化算法中,采用固定步长进行细菌位置的更新导致算法的搜寻效率低,容易陷入局部最优。针对这一缺陷,本文把莱维飞行机制引入到BFO算法当中,提出了一种基于莱维飞行的细菌觅食优化算法(LBFO)。莱维飞行机制产生的步长具有很大的随机性,有利于细菌个体在更加广阔的区域进行搜索,提高了算法的全局探索能力。实验结果表明,LBFO算法性能有了很大提升。由于莱维飞行产生的步长过于随机,缺乏自适应性,使得算法后期局部寻优能力弱,收敛速度低。为此,本文再次对步长进行改进,在传统BFO算法的基础上采用指数型自适应步长策略,提出了一种自适应步长的细菌觅食优化算法(Self-adaptive Step Bacterial Foraging Optimization Algorithm,SSBFO)。通过使步长随迭代次数的增加呈指数衰减,保持了算法全局探索与局部探索之间的平衡性。实验结果表明,SSBFO算法具有较强的竞争力。为了检验SSBFO算法的实用性,本文还把SSBFO算法应用到AJM工艺中脆性材料和延性材料的参数估计上面,取得了很好的成效,进一步证明了SSBFO算法的有效性。3.改进的细菌觅食优化算法在0-1背包问题中的应用0-1背包问题是生产管理、投资选择及材料分割等领域的热点问题之一,也是典型的NP难问题。大多数启发式算法都是针对连续型问题的,细菌觅食优化算法也不例外,而0-1背包问题是典型的离散型问题。为了让BFO算法适配该问题,首先对物品进行编码,其次在本文所提SSBFO算法的基础上引入贪心逐维更新评价思想,提出了一种求解0-1背包问题的细菌觅食优化算法。在物品个数为20、50、100、200的0-1背包问题上进行了仿真实验,实验说明,改进的细菌觅食优化算法寻优结果良好。

关键词：细菌觅食优化算法逐维更新莱维飞行自适应步长 0-1背包问题

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浅层地热能高效可持续开发关键技术及应用

浅层地热能高效可持续开发关键技术及应用

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作者：李晓昭王恩琦马宏权刘凯赵鹏黄俊车平张方方许振浩熊志勇郭朝斌南京大学

该项目属新能源与节能领域。浅层地热能作为可再生能源,蕴藏量、市场潜力巨大,其大力开发利用对解决城市雾霾、实现节能减排至关重要。然而,目前该资源禀赋识别不清、开发规模小、能效低、系统性能逐年恶化、环境效应与资源浪费问题突出... 详细信息

标准号: 1900100167

该项目属新能源与节能领域。浅层地热能作为可再生能源,蕴藏量、市场潜力巨大,其大力开发利用对解决城市雾霾、实现节能减排至关重要。然而,目前该资源禀赋识别不清、开发规模小、能效低、系统性能逐年恶化、环境效应与资源浪费问题突出。2004年以来,在国家自然基金、相关调查规划、科技攻关、国际合作等项目持续资助下,历经10余年研究探索,主要创新性成果： (1)创新理论、装备与评估方法,推动资源禀赋精细识别与因地制宜高效开发：突破目前多孔介质热物性模型假设,揭示了土体成因与内在结构对其宏观热物性影响机理;提出了关键换热地层与换热器理想埋深概念,研发了分层热物性与换热能力计算方法并测试系统;开发了首套浅层地热能资源评估系统。应用于国家、地方多个城市调查计划及重大工程,识别出不同区域优势资源禀赋与理想地层,为因地制宜高效开发提供了理论技术支撑。 (2)解决能源地下结构理论难题,突破中国城市建筑密集的浅地热开发制约：中国城市建筑密度高,传统地埋管技术没有足够场地钻孔。利用地下结构提取地热能,可不钻或少钻孔,但其诱发地下结构承载力变化是国际挑战性难题。研发了能源地下结构综合试验平台,通过大尺度模型与原位试验揭示了其荷载传递、结构与围岩相互作用机理,提出了能源地下结构热力耦合内力计算方法,改进了能源地下结构换热效率与施工技术,拓展了建筑密集区浅层地热能开发潜力。 (3)研发关键技术与开发模式,实现浅层地热能资源规模化、高效可持续开发：针对大量系统性能逐年恶化、环境效应不断涌现的严峻问题,识别出九种典型浅层地热能开发诱发的环境效应影响模式,建立了近似动态地埋管冷热堆积预测计算方法,开发了地源热泵优化设计软件系统,主编了首部《浅层地热能开发利用地质环境监测规范》;通过热湿解耦末端处理技术实现了高能效开发与高品质供给;形成开式系统尾水处理与闭式系统水域抛管技术,通过机组改进、智能泵送与温差控制、热泵与蓄能结合实现了无需补热的低温取热和大规模输运能损降低,开创大型江水源热泵系统应用;探索建造运维一体的规模化开发模式与技术,降低成本并大大提高运行效率与资源利用率。经国内国外院士专家鉴定：总体达国际先进水平、核心理论技术国际领先。该研究获专利32项(发明10项)、软件著作权7项,主/参编施工工法2项、标准4部,发表论文40篇。为多城市及省域浅层地热能调查规划、能源地下结构与大型开/闭式水源热泵系统的开创性应用、冷热堆积及其它环境效应预测监控、建造运维一体化高效开发等提供了技术支撑。成果已成功用于40余项大型工程,直接经济效益超过6亿元,节能减排效益巨大。应邀在新加坡国际地热研讨会、中科院前沿论坛等特邀报告30余次,科普宣传9000余人次,组织国际重要学术会议4次,为政府管理、院所科研、产业发展、公众认知提供了支撑,示范引领了浅层地热能资源精细识别与高效可持续开发,促进了学科发展与行业技术进步。

关键词：浅层地热能可持续开发地下结构识别

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基于边云的移动群智感知系统用户招募及资源调度研究

基于边云的移动群智感知系统用户招募及资源调度研究

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作者：高国举中国科学技术大学

学位级别：博士

随着智能终端设备的计算、存储、通信等能力大幅提升,一种被称为移动群智感知的计算模式引起了学术界与工业界的极大关注。移动群智感知是通过无线网络将携带智能终端设备的多个移动用户联合起来,以便完成单个用户难以应对的大规模感知... 详细信息

随着智能终端设备的计算、存储、通信等能力大幅提升,一种被称为移动群智感知的计算模式引起了学术界与工业界的极大关注。移动群智感知是通过无线网络将携带智能终端设备的多个移动用户联合起来,以便完成单个用户难以应对的大规模感知任务。由于移动群智感知具有低成本、普适性、高度灵活性等优势,因而其具有广泛的应用前景。然而,移动群智感知系统在处理用户的返回结果时将会涉及到大规模的数据分析,所以系统平台将面临着巨大的计算存储压力,尤其当任务发起者的数量增加时,平台的处境将更加困难。得益于边缘计算的发展,我们构建了基于边云的移动群智感知系统框架,平台可以借助网络边缘中的服务器(即边云节点)来完成对感知数据的处理和传输。在基于边云的移动群智感知系统中,最重要的模块就是如何从大量的用户候选者中选择合适的用户来执行任务(即用户招募),以及如何调度边云节点中的资源协作处理与传输移动用户的感知数据(即资源调度)。本文主要针对这两个方面展开研究。首先针对用户招募问题。一般而言,平台总是希望选择那些感知能力强的移动用户来执行任务,然而在实际场景中平台并不能事先获得用户的感知参数,这被称为“未知的用户”招募问题。我们采用强化学习领域中的组合多臂匪徒(即Combinatorial Multi-Armed Bandit)模型来形式化用户感知能力的学习过程,进而提出基于CMAB的未知用户招募机制。在此机制中,为了避免平台陷入两难的困境,即是否总是招募那些在之前表现“好”的用户,或者尝试一些暂时表现“不好”的用户以便探索出潜在的最优用户,我们首先扩展了基本的UCB(即Upper Confidence Bound)公式,从而可以更加精确地表示CMAB模型中用户感知质量的置信上限。然后,我们采取max{}函数来确定任务在每一轮次中的感知质量值。基于此,我们设计了针对所有任务的感知质量函数,从而提出了贪婪的用户招募策略,即总是选择可以最大化所提函数边际值的移动用户。大量的理论分析和基于真实数据集的实验仿真均证明了所提机制的高效性能。另一方面,在用户招募过程中,移动用户的感知质量值和成本值往往涉及其隐私信息,所以系统和用户之间总是存在着关于感知质量/成本值是否公开的争议。此外,系统还要满足任务发起者的特定要求,即每个任务的最终完成质量不低于特定的阈值。针对此问题,我们提出了可实现隐私保护的用户招募机制。在此机制中,为了实现平台能够以最小的成本来招募合适的用户,同时保证发起者对任务完成质量的要求,我们首先设计了一个效用函数,此效用函数将任务的完成质量和阈值限制结合起来。接着我们提出贪婪的用户招募策略,即总是选择能够以单位成本最大化效用函数边际值的用户。同时为了保证用户的隐私信息(感知质量和成本),我们将秘密分享技术结合到所提的贪婪策略中,从而提出安全的用户招募机制。我们通过严格的理论分析证明了所提机制在半诚实安全模型下的绝对安全性,并且大量的理论分析和实验仿真也验证了此机制的优越性能。在基于边云的移动群智感知系统中,如何高效地调度边云节点中的有限资源来协助处理用户的感知数据,从而可以最大化整个系统的性能是有挑战的。针对此问题,我们提出了面向边云的虚拟机资源调度机制。在此机制中,为了解决移动用户的(不同的)截止时间限制问题,我们首先生成一些虚拟的边云节点,从而把三层的系统框架转换成两层框架。同时,为了应对用户之间的竞争关系,以及用户可能会采取的策略性行为(即谎报信息以提高自己的收益),我们采用拍卖技术来分配边云节点中的虚拟机资源,其主要包含中标选择算法和支付值确定算法。具体而言,我们将中标选择问题模型化为带有多0-1背包限制的多对1的加权二分图匹配问题,然后我们总是选择带有最大权的边加入到分配方案中。针对支付值确定算法,我们根据Myerson定理设计了临界支付值的计算方式,从而可以保证系统的诚实性。我们通过理论分析和基于真实数据集的实验仿真验证了此机制的诚实性、个体理性、计算有效性等性质。移动用户在完成感知任务后,其需要将最终的感知结果上传给平台。一方面,用户可以通过蜂窝网来传输数据,但传输成本相对较高;另一方面,用户可以借助边云节点的通信能力来实现数据传输,边云节点的传输成本相对较低,但缺点是其传输容量是有限的,而且边云节点只有一定的概率能够提供数据传输服务。针对此问题,我们设计了边云资源受限的数据调度传输机制,其可以最小化用户的传输成本,同时满足用户的传输截止时间限制。具体而言,我们首先将此问题模型化为一个带有多0-1背包限制的优化问题,其中的背包相当于有传输容量限制的边云节点。因为每个数据项经过一个边云节点成功传输是一个概率性事件,所以我们允许一个数据项被调度到多个边云节点以提高其成功传输的概率。换言之,所有数据将共享一个组合概率优化目标。我们通过大量的理论分析和基于真实数据

关键词：移动群智感知边缘计算用户招募多臂匪徒隐私保护资源调度

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基于光滑粒子流体动力学方法的结构物入水问题研究

基于光滑粒子流体动力学方法的结构物入水问题研究

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作者：王璐西北工业大学

学位级别：博士

研究结构物入水过程的冲击响应对结构安全性设计和运动稳定性评价至关重要。物体入水过程中的巨大砰击力会激起飞溅射流,射流往往还会卷入空气,进一步增加了结构与流体剧烈耦合的复杂性,这对数值计算方法提出了挑战。作为拉格朗日粒子方... 详细信息

研究结构物入水过程的冲击响应对结构安全性设计和运动稳定性评价至关重要。物体入水过程中的巨大砰击力会激起飞溅射流,射流往往还会卷入空气,进一步增加了结构与流体剧烈耦合的复杂性,这对数值计算方法提出了挑战。作为拉格朗日粒子方法,光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法无需网格,无需特意追踪界面,在处理自由液面、结构大变形、破碎方面有其独特的优势。因此本文基于SPH方法对流固耦合问题中的结构低速冲击入水问题进行了数值模拟研究,旨在分析结构在水载荷下的动力响应,为工程结构设计提供参考。本文第二章阐述了SPH基本理论及其相关数值技术。在SPH高阶核近似基础上,考虑界面不连续问题推导了DFPM(Discontinue Finite Particle Method)和DSFPM(Discontinue Simplified Finite Particle Method)方法,并将自主编程的改进方法应用于不同变形程度的碰撞算例中以测试DFPM和DSFPM方法处理不连续问题的能力。结果充分说明DFPM和DSFPM方法能够解决传统SPH中出现的界面处应力场和速度场波动等问题。同时针对不同变形程度的结构给出了DSFPM和DFPM自适应转化的算法。本文第三章分别针对传统SPH中存在的界面问题、拉伸不稳定问题和自适应问题展开研究。首先针对气-固-液三相耦合问题提出了基于黎曼解的流固界面接触算法和气液界面接触算法,将粒子间相互作用转化为黎曼间断问题推导得到固体应力黎曼法和动虚粒子黎曼法。然后针对传统SPH方法模拟流体时出现的压力震荡、数值空洞以及模拟固体时出现的粒子聚集、数值断裂等拉伸不稳定现象分别提出了低耗散GSPH(Godunov SPH)方法、四粒子取点的完全拉格朗日SPH方法以及常压松弛法。并通过典型算例对相应方法进行全面验证和分析。最后实现了流固耦合问题中的自适应SPH方法。首次提出了两相粒子分裂准则,给出了一套系统的粒子动态分裂技术,包括粒子的分裂形状、不同尺度粒子间相互作用的处理、粒子位置修正、以及分裂参数的选取。并将自主开发的自适应SPH应用于结构入水中验证了它在计算效率和计算精度上的优势。在二、三章理论和数值改进技术的基础上,第四章研究弹性体与流体耦合问题。首先对弹性楔形体入水问题进行模拟,充分体现了基于黎曼解的接触算法相比于传统SPH接触模型的优势,并验证了第三章提出的低耗散GSPH方法和四粒子取点的完全拉格朗日SPH方法改善压力波动和数值不稳定的效力。在此基础上研究了弹性楔形体入水的不同参数对于结构响应的影响,分析对比了弹性体相比于刚体响应的异同。此外本章还开发了适用于可变形结构的自适应SPH方法,实现了流固界面附近局部分辨率的提高。结构入水时,常常伴随着空气垫和自由液面翻卷时空气的卷入。本章首次尝试基于SPH统一算法研究可变形结构和多相流耦合问题,加入空气模型讨论空气对于弹性结构响应的影响。进一步说明常压松弛法对于气相中的数值空洞具有改善作用,并给出了不同空气雷诺数和马赫数下结构的响应。结构以较大速度入水时,材料会很快屈服进入塑性。本文第五章将结构材料延伸为弹塑性材料,建立了SPH模拟弹塑性材料的模型。考虑固体中出现的拉伸不稳定,首次将四粒子取点法的完全拉格朗日SPH方法与弹塑性本构相结合,并通过高速冲击算例验证了该方法避免数值断裂的能力。此外,在第四章研究弹性体入水的基础上,将结构的弹性属性改为弹塑性,分别研究两相和三相弹塑性结构入水,分析了结构屈服分布,受力以及挠度变化。揭示了弹塑性与弹性材料的区别,并讨论了不同参数对弹塑性材料结构响应的影响。本文第六章首先通过模拟工程中涉及结构大变形的流固耦合问题说明算法模拟大变形结构的能力。再将已有的C程序移植到CUDA框架下实现大规模计算。给出单GPU和多GPU下SPH计算程序流程,将二维入水模型扩展为三维,研究了弹性体入水的三维效应,在此基础上分析对比了空气对于弹性体入水三维效应的影响。

关键词：光滑粒子流体动力学入水砰击气-固-液三相耦合计算稳定性计算精度界面自适应

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离子传导膜在液流电池中的应用

离子传导膜在液流电池中的应用

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2019第四届中国能源材料化学研讨会

作者：袁治章张华民李先锋中国科学院大连化学物理研究所

大规模储能技术是解决可再生能源发电系统不连续、不稳定特征的关键瓶颈技术,是国家能源战略和能源安全的重大需求。液流电池储能技术具有使用寿命长、储能规模大、安全可靠、环境友好等特点,成为大规模储能的首选技术之一1。离子传导... 详细信息

大规模储能技术是解决可再生能源发电系统不连续、不稳定特征的关键瓶颈技术,是国家能源战略和能源安全的重大需求。液流电池储能技术具有使用寿命长、储能规模大、安全可靠、环境友好等特点,成为大规模储能的首选技术之一1。离子传导膜是液流电池的关键材料之一,其物化性能与成本直接影响电池系统的性能和成本。目前液流电池常用的商品化全氟磺酸离子膜存在价格昂贵的问题,且在特定的液流体系如全钒液流电池中存在离子选择性差的问题;而传统的非氟离子交换膜存在稳定性较差的问题,限制了其在液流电池中的大规模应用。为解决上述关键科学与技术问题,对非氟离子传导膜的结构设计及氧化稳定性研究开展了相关研究,并将基础研究与应用研究相结合(图1)。在阐明非氟离子交换膜降解机理的基础上2,通过分子设计、结构优化成功制得成本低廉、氧化稳定性优异的非氟离子传导膜,并在全钒液流电池及碱性锌铁液流电池中呈现出很好的应用前景3,4。研究结果对于推进液流电池的实际应用具有重要的意义。

关键词：液流电池氧化稳定性离子传导膜储能技术

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东构造结那木拉断裂带上新世以来强烈活动的年代学证据

东构造结那木拉断裂带上新世以来强烈活动的年代学证据

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构造物理化学理论和应用学术研讨会

作者：涂继耀季建清钟大赉孙东霞周晶北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京 100871 中国地震局地球物理研究所北京 100081 北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京 100871 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京 100029 中国地质科学院地质力学研究所北京 100081

为揭示东喜马拉雅构造结那木拉断裂带上新世以来强烈活动特征,对采集自那木拉断裂带的三件基岩样品进行黑云母40Ar/39Ar、磷灰石裂变径迹两种热年代学方法测年;并利用"Pecube"软件对测得年龄数据及断裂带两侧已发表年龄数据... 详细信息

为揭示东喜马拉雅构造结那木拉断裂带上新世以来强烈活动特征,对采集自那木拉断裂带的三件基岩样品进行黑云母40Ar/39Ar、磷灰石裂变径迹两种热年代学方法测年;并利用"Pecube"软件对测得年龄数据及断裂带两侧已发表年龄数据进行定量模拟计算.测试结果显示黑云母40Ar/39Ar 年龄范围为4.44±0.71 Ma～3.45±0.24 Ma,磷灰石裂变径迹年龄范围为3.7±0.4 Ma～1.8±0.2 Ma.年龄数据及其模拟计算结果表明,约3 Ma 以前那木拉断裂带南侧地壳隆升最快,隆升速率约2.5 km/Ma,断裂带以正断层运动特征为主;约3 Ma 以来那木拉断裂带北侧地壳隆升最快,约为1.3 km/Ma,断裂带以逆断层运动特征为主.那木拉断裂带运动特征变化可能与约8 Ma 以来东喜马拉雅构造结快速地壳隆升剥露区域由南向北逐渐迁移有关.

关键词：那木拉断裂带东喜马拉雅构造结黑云母40Ar/39Ar 磷灰石裂变径迹

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大规模储能用高能量密度中性液流电池研究

大规模储能用高能量密度中性液流电池研究

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2019第四届中国能源材料化学研讨会

作者：贾传坤长沙理工大学材料科学与工程学院

氧化还原液流电池(Redox flow battery,简称液流电池)是目前最有应用前景的一种大规模电化学储能技术。液流电池具有功率与能量独立、设计灵活简单和循环寿命长等优点。近年来,各类液流电池被广泛研究,其中全钒氧化还原液流电池(钒电池... 详细信息

氧化还原液流电池(Redox flow battery,简称液流电池)是目前最有应用前景的一种大规模电化学储能技术。液流电池具有功率与能量独立、设计灵活简单和循环寿命长等优点。近年来,各类液流电池被广泛研究,其中全钒氧化还原液流电池(钒电池)是研究最广泛也是最成熟的一种液流电池。目前,世界范围内有许多钒电池示范工程,其储能容量到千瓦级别甚至兆瓦级别。但是钒电池真正产业化应用受到成本高和能量密度低的制约。因此,开发一种低成本高能量密度的液流电池体系,是其能否成为商业化的大规模储能技术关键,也是目前最亟待解决的问题。我们通过设计合成高溶解性有机分子,可将正负极电解液有效浓度提高2-3倍。该中性电池体系正负极电解液有效浓度提高到4-6摩尔/升,因此这类液流电池全电池能量密度可达到80瓦时/升,是传统钒电池全电池的3倍以上。在电流密度为40m A/cm2下,该类液流电池库仑效率和能量效率在在95%和80%以上,同时循环500周以上容量保持率为90%。该类电池高的能量密度、优越的电池性能、循环稳定性以及低廉的成本决定其是一种有商业前景的大规模储能技术。

关键词：液流电池大规模储能高能量密度

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