基于多目标优化与综合评价的海绵城市规划设计

海绵城市源头减排设施已被广泛应用于城市雨水径流削减与污染控制,但仍缺乏一种综合评价方法来实现其科学规划设计.本研究构建了一种基于多目标优化与综合评价相耦合的海绵城市规划设计方法,以建设成本、雨水综合径流系数、污染物综合控制率为目标函数,以源头减排设施建设规模和海绵城市径流控制指标作为边界条件,建立基于快速分类的非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）的多目标优化模型;然后结合层次分析法对优化解集进行综合指标评价,得出最优化设计方案.利用该方法以研究区A为案例,构建了一套建设成本最小化、水文水质效益最大化的设计方案,并通过海绵城市建设前后的暴雨洪水管理模型（SWMM）,评估最优化方案的降雨径流控制与径流污染控制效果.研究结果表明,海绵城市建设能大幅削减雨水径流量,年径流总量控制率达70.1%;雨水峰值流量削减率超过40%,同时延后径流峰值出现时间;有效降低雨水径流污染,研究区各类污染物综合削减率均超过30%.本文提出的多目标优化与综合评价方法,能够基于特定的目标与需求,针对性提出适合区域发展的海绵建设方案,为海绵城市规划设计提供技术支持.     

深圳市局地PM2.5污染事件的时空特征及典型背景环流分析

利用深圳及周边地区22个环保监测站的PM_(2.5)小时数据、深圳市152个高密度(2.5 km×2.5 km)自动气象站及3部边界层风廓线仪的探测数据,分析了深圳市局地PM_(2.5)污染事件的时空变化特征及其背景环流特征.结果表明:深圳市西北角和东北角是局地PM_(2.5)污染最频繁的2个区域,局地污染事件发生次数约占总污染事件次数的40%,每日夜间至次日凌晨是局地污染高发期.各个季节局地PM_(2.5)污染发生的大尺度环流形势不同,春季为变性高压脊配合西南低槽发展型,夏季为热带气旋外围环流影响型,秋季为副高控制下的弱高压脊型,冬季主要为冷锋前、弱高压脊或均压场控制型.局地海-陆、丘陵-平原热力差异造成的局地环流易导致地面弱风和局地辐合的出现,成为诱发局地PM_(2.5)污染的直接原因.     

转子-轴承-干气密封系统振动响应及结构优化

目的为了提高干气密封系统在运行工况下的稳定性,对密封螺旋槽槽型参数进行优化。方法根据转子-轴承-干气密封系统轴向振动动力学模型,建立双自由度振动方程。在特定的工况下,通过Maple软件多次拟合求解气膜非线性方程,得到气膜轴向刚度和阻尼。运用MATLAB软件中的龙格-库塔法对三阶的非线性振动方程数值求解,绘制不同螺旋角度下的时间历程图和相图,分析对比不同螺旋角度下静环的振动位移。结果从螺旋角度与静环振动位移的关系得出,当α=74.53°时,静环振动位移最小,其最大振幅为7μm,最大振速为7μm/s;当α=73.78°时,静环振动位移最大,其最大振幅为16.5μm,最大振速为17μm/s。改变螺旋角度可以调节和减小静环的振幅。结论在考虑叶轮转子的气动力和轴承油膜力的干气密封系统下,螺旋角度的增加能够提高系统运行的稳定性,增加螺旋角度(0.5°~0.6°)使得动静环的追随性最佳,对干气密封结构的设计提出了指导。     

基于空间优化的九洲江流域畜禽养殖生态补偿

以生态补偿试点区九洲江流域为例,基于调研数据和相关资料,以最小的政府生态补偿金额为目标,以水环境容量、耕地承载力、养殖户经济收益为主要约束,建立基于畜禽养殖模式转变的生态补偿空间优化模型.结果表明,九洲江流域生猪养殖最小生态补偿金为5.83亿元,其中2.92亿元用于55.47万头的生猪禁养,1.94亿元用于补助适养区内新建47.99万头高架网床模式养殖,0.97亿元用于18.57万头的养殖模式升级改造.优化后全流域养殖总规模为121.18万头,比现状减少约4万头.可实现污染物削减率73.66%,COD、总氮、总磷分别削减13980,2545,995t.其中,传统养殖模式全部被禁养或升级改造,高架网床养殖模式为流域最主要养殖模式,占比达到81.19%.10个镇的补偿资金及污染物削减情况存在显著差异,补偿金占比较高的是文地、良田、古城镇,合计占总补偿资金的56.78%,COD削减量占总削减量的55.35%.通过优化后的补偿方案,同时实现环境效益和经济效益的双赢.     

2007—2015年中国农村居民点用地与农村人口时空耦合关系

系统研究中国农村居民点用地与农村人口的时空耦合关系,是优化农村土地资源配置的重要理论基础。论文利用人口统计数据与土地调查数据,基于弹性系数模型,分析了我国农村居民点用地面积与农村人口数量的时序变化特征、空间分异规律和耦合关系类型,研究主要结果如下：1）2007—2015年,全国农村居民点用地以1.94%的年均增长率快速增长,8 a间共增加257.27万hm²;2）我国农村常住人口人均居民点用地面积和农业户籍人口人均居民点用地面积分别以年均4.61%和1.98%的速度增长,两者差距以年均16.2%的速度逐年拉大;3）农村居民点用地面积与农村常住人口数量耦合类型在全国尺度上为G类（用地面积增加,人口数量减少,且前者增长率小于后者）失调发展类型,在省域尺度上都是失调发展类型,主要是G类和H类（用地面积增加,人口数量减少,且前者增长率大于后者）失调类型。农村居民点用地面积与农业户籍人口数量的耦合类型在全国尺度上为H类失调发展类型,全国93.55%的省份为失调发展类型,失调类型以A类（用地面积增加,人口数量增加,且前者增长率大于后者）和H类为主。研究结果表明：2007—2015年间,中国农村居民点用地面积与农村人口数量耦合关系呈现失调发展态势,并具有明显的空间异质性特征。论文研究结果可以为优化农村土地资源配置、促进农村人地关系协调发展提供科学依据。     

基于区间概率优势决策模型的滑坡治理方案优选研究

滑坡灾害治理初步设计阶段的方案优选和科学处置,对于避免或减少生命财产损失具有重要的科学和工程意义。针对滑坡治理决策指标信息属性的复杂性、区间性与不确定性等特征,首先借鉴博弈决策论的Minimax算法优化思路,结合概率优势关系及粗糙集相关理论,提出滑坡灾害治理方案优选的区间概率优势关系决策模型,该模型考虑治理方案与理想方案之间的优势度及其属性值的概率测度,与方案属性值大小之间存在着等价关系;然后利用属性值优势关系求得权重量化值,同时基于离差最大化算法和推论2对治理方案进行排序和反演;最后通过工程案例仿真模拟进行验证。研究结果表明:优选方案可为滑坡工程项目治理提供借鉴和参考。     

考虑不同场景的砖木结构古建筑火灾特征研究

为探明砖木结构古建筑火场下的特征,定量分析不同火灾场景下,建筑内部温度、烟气浓度等参数的变化。选取中国北方典型的砖木结构体系的四合院韩城党家村贾祖祠为研究对象,采用PyroSim建模分析,研究不同火灾场景下不同时间点的温度、CO浓度、能见度等变化。研究结果表明:贾祖祠主厢房较封闭,火灾中火源周围温度峰值可达750 ℃,CO质量浓度达到0.003 kg/m3,能见度几乎为0 m,风速最高为10 m/s且极不稳定;四合院中主厢房空间布局高,火灾中这些参数的影响会导致严重的轰燃现象发生,故此处发生火灾更易产生严重危害。对不同场景的砖木结构古建筑重要火灾因素发展规律的研究,能为古建筑的性能化防火提供科学参考依据。     

城镇油气管道事故应急疏散决策优化

为实现油气管道事故中城镇大规模应急疏散的智慧决策,构建基于改进的自适应蚁群算法的应急疏散路径优化模型,开发基于油气管道典型事故后果分析的城镇大规模应急疏散决策优化系统平台(LSSED)。LSSED在地理信息系统平台上,针对油气管道泄漏引起的扩散、喷射火、池火、BLEVE、蒸气云爆炸等典型事故进行事故后果分析,对疏散通道当量长度和疏散时间成本函数进行定量评价,实现大规模应急疏散方案的智慧决策和避难方案的全局优化。案例分析表明,LSSED平台实现了基于地理信息系统的典型事故时变环境信息和应急疏散路径优化算法的数据传递及系统集成,实现了基于事故后果分析的城镇大规模人群疏散路径和避难方案优化,可为城镇安全规划和应急管理提供参考和借鉴。     

基于支持向量机的管制疲劳检测模型研究

管制疲劳是影响民航安全的重大隐患,准确检测疲劳状态是进行疲劳预警、降低疲劳风险的关键。提出应用支持向量机模型融合多生理参数和眼动指标进行管制疲劳检测,通过MP150多导生理记录仪与眼动仪,采集模拟管制试验中正常与剥夺睡眠状态下被试的试验数据,同时记录其Karolinska疲劳等级和操作绩效。结果表明,RR间期、LF/HF、快慢波比值、PERCLOS和扫视速度均与管制疲劳呈较强相关,利用支持向量机融合五项指标构建管制疲劳检测模型,对于五级疲劳度的识别准确率为78. 1%,判断正常组与剥夺睡眠组的准确率为94. 2%。     

脑力疲劳与非疲劳状态眼动指标的判别

为研究利用眼动指标(注视点个数FC、平均注视时间AFD、平均眼跳幅度ASA、最大瞳孔面积Pupil Max及反应时RD)对脑力疲劳状态进行判定,通过眼动追踪技术,测试了不同脑力疲劳程度的眼动指标值并进行分析。结果表明:1)通过FC、AFD、ASA和Pupil Max四个眼动指标可以判定被试者所处的疲劳状态; 2)当测试者注视点个数FC处于(11,13)区间,平均注视时间AFD处于(328,409)区间,平均眼跳幅度ASA处于(5,7)区间,最大瞳孔面积Pupil Max处于(992,1 124)区间时为非疲劳状态;当FC处于(7,10)区间,AFD处于(263,319)区间,ASA处于(2,4)区间,最大瞳孔面积Pupil Max处于(584,935)时可以认定被试者为疲劳状态。