中国农村居民点布局优化研究综述

当前中国农村正步入转型发展的新阶段,在社会主义新农村建设、快速城镇化、城乡一体化、农村土地综合整治等推动下,农村土地利用面临着巨大的压力和挑战,尤其是各类规划与整理的实施深刻地影响着农村居民点的布局形态与优化调整。在此背景下,农村居民点布局优化研究作为推动农村转型发展的重要内容日益受到重视,研究丰度、深度和广度不断加强,有必要对这些研究成果进行系统梳理和总结,以指明中国相关研究未来发展方向。本文在查阅大量相关文献的基础上,首先将中国农村居民点布局优化研究历程归纳为:西方乡村地理学影响下的农村聚落景观描述阶段、人民公社化运动背景下的感性认知阶段、农村聚落地理学视野下的理论框架构建阶段、乡村转型发展驱动下的居民点空间理性重构阶段等4个阶段。其次,从居民点布局优化研究的相关理论、区位评价与影响因素、形态特征、布局演化及驱动机制、布局优化策略以及研究技术方法 6个方面对其进行归纳和总结。最后,在与国际相关研究比较的基础上提出未来中国农村居民点布局优化的重点研究领域应当集中在:制度变革背景下的农村居民点布局优化理论框架的完善;城乡一体化引导下的农村居民点用地空间重配与体系重构;规划与整理推动下的农村居民点空间要素的细化与深入分析;资源约束与生态可持续发展下的农村居民点增长边界控制;GIS技术支持下的农村居民点时空演变机理探索与趋势预测;多学科融合视角下的综合性分析与研究成果的应用性研究。     

基于VMD排列熵与FASSA-SVM的滚动轴承故障研究

提出了一种基于萤火虫改进麻雀搜索算法-支持向量机（FASSA-SVM）的轴承故障诊断方法。首先对轴承工况的振动信号变分模态分解（VMD）得到多个模态分量（IMFs）,其次利用排列熵（PE）求解每种工况每个IMF的PE值作为特征参数输入至SVM中,最后利用FASSA方法优化SVM的惩罚因子、核参数并得到最优的轴承故障分类诊断效果。实验结果表明,FASSA-SVM方法的平均测试集诊断准确率高达99.8%,该诊断结果优于传统的萤火虫算法（FA）、优化麻雀搜索算法（SSA）。     

农村突发公共卫生事件应急医疗设施选址研究

为提高农村突发公共卫生事件应急医疗设施选址决策的科学性,基于新冠肺炎(COVID-19)疫情传播迅速,危害性强的突发公共卫生事件特征,依据应急医疗设施设计标准并兼顾农村医疗预算少、应急道路崎岖的特点,首先,选取设施备选地工程地质条件、单位成本、传染率、抵达时间、场所规模以及服务覆盖区域6项影响因素,将熵值法(EVM)和层次分析法(AHP)有效结合确定影响因素权重;其次,建立考虑患者到应急医疗设施的距离之和最小以及所选择应急医疗设施的综合评价值最优的多目标选址模型;然后,设计改进的粒子群优化(IPSO)算法求解模型,得到选址决策;最后,选取天门市部分村庄进行实证分析,以验证模型算法的有效性。结果表明：传染率和单位成本是建设应急医疗设施主要影响因素,IPSO算法选取3个应急医疗设施,能够满足8个村庄患者的治疗需求,并保证患者在4～7 min内就医,为高效开展疫情防控活动提供保障。     

基于响应面法的抑尘剂组分配比优选模型

为解决抑尘剂多功能组分优选过程中存在的非线性问题,提出基于响应面法(RSM)的抑尘剂配比优化模型,在分析影响因素与响应值、各影响因素之间的交互作用特征的基础上,通过分析响应面的变化特征获得抑尘剂的最优配比。采用星点设计法,以润湿、保湿、黏结组分的体积分数为自变量,以粉尘沉降时间、失水率和风蚀率为因变量,在室内试验数据的基础上,开展多元线性方程拟合和方差分析,获得最优配比的预测结果,并进行试验验证。研究结果表明：星点设计—RSM模型的预测值与试验值偏差小于6.0%,优选组相比对照组(水)而言,粉尘沉降时间缩短23倍,失水率和风蚀率分别降低3.00%和2.64%,说明优选组具有优良的润湿、保湿和黏结性能,证明所构建的优化模型对抑尘剂多组分非线性优化问题具有良好的预测性能。     

基于极点配置的汽温控制系统优化

针对史密斯预估器在模型失配时其控制效果变差的缺陷,本文设计了一种基于极点配置的状态观测器构建的汽温控制系统模型。该模型通过极点配置的方法,使多个常系数一阶惯性环节构造的状态观测器逼近被控对象,观测器的输出经 PD(比例-微分)控制器可以超前反馈到系统中,以克服滞后环节和系统不确定性的影响,其中微分作用,可以消除系统的动态偏差。同时,结合带有滞后环节的二阶被控对象对该优化模型进行仿真验证。仿真结果表明:该方法构建的汽温控制系统具有较好的动态性能和控制品质,为消除滞后环节对汽温控制系统的影响提供了一种有效途径。     

山区农村居民点时空格局演变特征及蚁群仿真优化——以重庆澄江镇为例

山地农村居民点系统因受自然因素及人类活动等多重扰动而处于深刻转型中,探索山区农村居民点时空格局特征及其优化策略,对于优化山区国土空间格局、推进山区国土空间综合治理与乡村振兴具有重要意义。基于构建理论框架,集成运用景观格局指数法、栅格权重叠加评价法、改进蚁群算法（ACO）等,以重庆澄江镇为例,探索山区农村居民点时空格局演变特征及优化过程,提出优化调控策略。结果表明：（1）研究区农村居民点空间格局演变特征呈现集中、靠拢的演化发展趋势,总体呈现匀质、线状、向心、院落四种分布形态;同时高程、坡度、水域、城镇、道路、基础设施等自然—经济社会因素均对山区农村居民点时空格局演化产生重要影响。（2）改进蚁群算法优化后,研究区农村居民点斑块面积（CA）减少10.07%,居民点斑块数量（NP）和密度（PD）分别减少83.12%和81.16%,平均斑块面积（MPS）增加了4.3倍,平均最近邻体距离（MENN）增加了42.82%。优化后69.1%的农村居民点斑块都集中在适宜区和较适宜区内,且重点向交通便利、公共设施完善、生产便利和中心村庄集中。优化后的农村居民点空间格局更加紧凑有序,土地集约节约效率更高。（3）基于仿真优化结果,综合考虑村庄振兴“产业—人口—土地”互动耦合机制,提出城郊融合、产业集聚、景村融合、搬迁撤并四类农村居民点格局优化方案,助推山区乡村振兴。（4）优化结果同时表明改进的蚁群算法非常适用于复杂环境条件下的较小尺度要素空间布局优化,能够为山区国土空间规划编制提供技术支撑。     

碳中和趋势下数学模拟在污水处理系统中的发展与综合应用

数学模拟技术在污水处理方面被广泛应用,为了系统总结相关技术,本文回顾了污水处理系统中数学模拟技术的发展历程;综述了活性污泥模型(ASM)与机器学习(ML)在水质预测及参数工况优化领域中的应用;重点探究了污水处理系统中温室气体排放模型,以及多目标优化模型在污水处理系统中温室气体排放(GHG)、出水质量(EQI)和运行成本(OCI)的权衡问题;归纳了数学模拟技术在实现污水厂能量自给与资源回收的应用发展.研究结果表明数学模拟技术能准确预测出水水质、快速优化工艺参数、权衡温室气体排放、出水水质与运行成本之间的关系、以及提高资源回收效率等.因此,数值模拟技术可有效指导污水处理工艺的运行优化以及管理,为污水处理行业减污降碳协同增效提供技术支撑.     

垃圾焚烧炉掺烧陈腐垃圾及其配风优化的数值模拟

以某350 t/d的垃圾焚烧炉为研究对象,采用CFD模拟方法研究了城市生活垃圾掺烧填埋场陈腐垃圾及不同配风方案对燃烧过程、流场分布及NO_x排放规律等影响。结果表明:掺烧陈腐垃圾延后了床层焦炭燃烧过程,有利于挥发分析出,从而使燃烧区及烟道气相燃烧更剧烈,提高了炉膛整体温度,但也加剧了局部超温,同时一烟道出口NO_x浓度从247.85 mg/Nm3降低到198.75 mg/Nm3。工况4增大了上下层二次风,使燃烧区流体充分混燃,且烟道流体湍动度增大,使炉膛内温度更加均匀,有利于缓解一烟道高温腐蚀现象。合适的配风比可极大降低一烟道出口NO_x浓度,使之从198.75 mg/Nm3降至89.80 mg/Nm3,同时也延长了炉膛烟气的停留时间。该研究结果可为垃圾焚烧炉改进陈腐垃圾掺烧比和配风比提供参考。     

基于"五级处理-五级回用"的高新区污水近零排放新模式

污水近零排放是提高高新区水资源利用效率,推动产业结构调整升级的有效途径。然而,目前近零排放研究多关注单元技术的开发与改进,缺乏园区整体的近零排放方案,制约了近零排放在高新区的实践与推广。针对这一问题,以高新区整体为研究对象,在系统分析高新区典型产业的用水、排水特征的基础上,提出耦合单元处理-分质利用、企业处理-综合利用、园区处理-市政杂用、生态处理-生态回用、再生处理-工业回用的"五级处理-五级回用"园区污水近零排放模式,剖析该模式推广运行面临的智慧决策系统开发、水处理关键技术研发以及运行保障体系构建等关键问题,为高新区污水近零排放提供了可行、有效的途径。     

西部横断山区强降温气候条件下桥塔温度效应及抗裂性能优化研究∗

在强降温极端气候条件下,桥塔混凝土表面存在开裂风险。为此,以我国西部横断山脉地区某大跨悬索桥为工程背景,开展了强降温气候条件下桥塔温度效应及抗裂性能优化研究。首先,提出了桥址区极端天气的识别与模拟方法,并验证了所提模拟方法的有效性。随后,建立桥塔节段的 3D 有限元模型,分析了强降温极端天气下混凝土桥塔的温度场以及温度应力分布特征。最后,针对强降温极端天气下混凝土桥塔外表面存在开裂风险的问题,提出了两种桥塔混凝土表面抗裂优化方法,并通过参数分析给出了本例桥塔的最优参数。研究结果表明：在强降温天气下,当不考虑任何抗裂优化措施前,桥塔表面拉应力极值为 2.06 MPa,存在较大开裂风险;当采用抗裂优化措施后,提出的两种措施均能有效降低混凝土桥塔表面的拉应力极值。通过参数分析发现,采用有机涂料涂装桥塔表面的优化方法时,白色有机涂料的优化效果最佳;当采用桥塔表面覆盖 UHPC 的优化方法时,其厚度为 0.04 m 时优化效果最佳。