人工智能技术对长江流域水污染治理的思考

随着经济的快速发展和城市化进程的不断加速,促使水污染严重的长江流域需从污染物去除过程的建模与优化、污水处理过程的优化控制、水污染监测系统的构建开展水污染治理研究.传统的水污染处理技术存在污染物去除效率预测精度较低、污水优化控制成本较高、水污染监测滞后效应严重的问题.人工智能技术能够有效克服上述问题,因此通过梳理国内外学者利用人工智能技术在污水污染物去除过程的建模与优化、污水处理过程的优化控制及水污染监测系统的构建等方面的研究成果,为全面加强长江流域水污染治理能力提供科学可靠的技术指导.结果表明:①利用人工神经网络技术（径向基神经网络、多层前馈网络-人工神经网络、多层感知器神经网络）对污水污染物去除过程进行建模与优化,为精确预测长江流域重金属（Cr、Cu）、营养盐（TN、TP）、持久性有机污染物〔PBDEs（多溴二苯醚）、HCH（六氯环己烷）〕的去除率提供重要参考价值.②采用污水处理的自动控制技术与人工智能技术（递归神经网络、支持向量机、模糊神经网络等）构建污水智能控制系统,为长江流域实现高效节能的污水优化控制提供重要的技术指导.③利用在线监测仪器和人工智能技术（小波神经网络、多元线性回归-人工神经网络、叠层去噪自动编码器等）建立水污染智能监测系统,为解决长江流域水污染监测响应滞后问题提供有力的技术支持.因此,人工智能技术对长江流域提高污水污染物去除率,降低污水优化控制成本,提升水污染监测时效性具有重要的推广价值.      

长江流域2000—2015年生态系统质量及服务变化特征

分析生态系统质量与服务现状及变化特征,有助于准确了解流域生态系统状况与趋势,为流域生态保护与修复的高效管理提供参考依据.采用相对生物量密度与相对植被覆盖度指数以及生态系统服务（土壤保持、防风固沙、洪水调蓄、粮食生产）评估模型,评估2000—2015年长江流域生态系统质量及服务变化特征.结果表明:①2000—2015年,长江流域森林、灌丛以及草地生态系统质量提升显著,56.56%的森林、45.65%的灌丛以及19.26%的草地生态系统质量得到不同程度的提高.②研究期间,长江流域粮食生产、洪水调蓄、土壤保持、防风固沙均呈显著上升趋势,其中粮食生产能力增加13.7%,洪水调蓄功能提升10.1%,土壤保持服务提高19.5%,防风固沙总量增加30.0%.③长江流域生态系统质量不高,处于低与差质量等级的生态系统面积比例在25%~35%之间;受不同类型的自然和人类活动影响,长江流域生态系统质量与服务均存在局部退化现象.研究显示,在生态质量与服务评估的基础上,分区域、分类型实施不同的生态系统保护与恢复途径,是今后长江流域加强生态系统管理的重要途径.      

基于模糊PI控制的瞬态高温控制策略研究

目的通过地面环境试验研究气动热引起的瞬态高温环境对飞行器结构的影响。方法设计基于石英灯和离心机的瞬态高温-加速度复合试验系统,研究温度和加速度同步控制系统的结构和原理,分析无制冷装置环境下瞬态高温控制的难点,提出基于模糊PI控制器的温度控制策略。结果通过MATLAB仿真验证,设计的模糊PI控制器相比传统的PI控制器能够有效提高温度控制的动态性能与精确性。结论将基于模糊PI控制的瞬态加热控制策略应用于瞬态高温控制是可行、有效的,能为地面气动热模拟环境试验提供技术保障。     

布置压电阵列元件薄壁结构的振动控制技术研究

目的形成布置压电阵列元件薄壁结构的建模方法,通过时域仿真验证控制效果。方法通过有限元软件建立了布置压电阵列元件薄壁结构的动力学模型,采用ANSYS APDL参数化语言编写程序,自动生成带有压电阵列分流电路的薄壁结构有限元模型,并开展了动力学仿真研究。结果实现了连接分流电路的周期压电结构时域仿真,验证了压电阵列分流阻尼技术在薄壁结构振动控制中的有效性。结论所形成的布置压电阵列元件薄壁结构的建模和仿真方法,可为航空薄壁结构的振动控制提供技术支持。     

基于土壤重金属特征的绿色食品产地环境评价——以重庆(江津)现代农业园区为例

以重庆市江津区现代农业园区内4种农用地类型的653个表层土样为研究对象,测定土壤重金属元素含量.依据绿色食品产地环境相关标准,采用重金属污染指数法对标准中所涉及的Cu、Cr、Cd、Hg、As和Pb共6种重金属元素开展土壤环境质量评价和潜在生态风险评价,并结合用地类型确定绿色农产品生产的适宜性土壤分区.结果表明：除元素Cu、Cr和As外,其他元素的平均含量均高于重庆市土壤背景值;除元素As和Hg外,其他元素的平均含量均高于我国土壤背景值.土壤重金属元素Cu、Cr、Cd、Hg、As和Pb的平均浓度均达到《绿色食品产地环境质量》标准要求,但Cd污染已处于安全警戒线内,应高度警惕和严格监管园区内该元素的污染.水田、旱地和果园的土壤环境均以尚清洁为主,其他园地的土壤环境以轻度污染水平为主.部分水田存在一定程度的Pb污染（轻度）、Hg污染（中度）和Cd污染（中度）,旱地存在一定程度的Hg污染（中度）和Cd污染（中度）,果园和其他园地的土壤存在一定程度的Cd的轻、中度污染.全区符合《绿色食品产地环境质量》标准要求的土壤面积为12.47km²,占农用地总面积的63.64%,旱地、果园、水田和其他园地中符合该标准的面积分别占各自总面积的84.83%、68.07%、56.51%和42.09%.4种用地类型的土壤环境生态风险水平均以低等为主,共占研究区总面积的74.70%.Cd和Hg在园区表层土壤重金属生态风险评估中占有较大的贡献率,应列为优先控制污染元素并对其生态效应开展进一步研究.     

长江经济带水质目标管理平台总体设计

为强化长江经济带资源整合与共享,集成统一规范的大数据平台,基于“十一五”“十二五”国家水体污染控制与治理科技重大专项数据和模型库资源,以面向服务的架构(SOA)和模块化设计为支撑,遵循“五横两纵四统一”的平台架构设计思路,应用大数据挖掘、云计算等现代信息技术,构建长江经济带水质目标管理平台.平台基于长江经济带水生态环境功能分区,兼顾不同类别水质目标管理技术的协调性、衔接性和适应性,对水质目标管理相关信息进行跟踪、模拟、分析和三维可视化表达,在水生态环境功能分区管理、数据汇交与信息共享、容量总量管理、风险评估与预警等方面实现业务化运行,实现全景式水质达标形势研判、一体化风险联防联控.平台已在国家长江生态环境保护修复联合研究中心进行业务化运行,将有效提升长江经济带水环境综合管理能力,同时可为其他重要流域水质目标管理提供信息化工作参考.      

淮河干流及主要支流夏季浮游植物群落生物多样性评价

浮游植物是水生态系统的重要组成部分,其群落变化与水体环境条件密切相关,是反映河流健康的主要生物指标.为揭示淮河流域浮游植物群落特征及其与水质的相互关系,于2015年夏季对淮河流域典型水体—淮河干流、沙颍河、涡河和淠河进行系统的水质及浮游植物调查,探明浮游植物群落及其空间分布特征,并结合水体理化指标和生物指数进行水质评价.结果表明,淮河干流及主要支流27个点位中共获得浮游植物8门71属153种,主要隶属于绿藻门(Chlorophyta)、硅藻门(Bacillariophyta)、蓝藻门(Cyanophyta).浮游植物密度为0.019×10~5~131.824×10~5ind·L~(-1),不同河段浮游植物分布表现出较为显著的空间差异性,平均密度大小呈现沙颖河淮河干流涡河淠河的特点.非参数多维尺度分析(Non-metric Multidimensional Scaling,NMDS)表明,淮河干流、淠河和涡河的浮游植物群落组成和结构的相似性较高,而与沙颍河的浮游植物群落存在一定的差异.Shannon多样性指数H'介于0.78~3.21之间,Margalef丰富度指数D介于1.03~4.79之间,Pielou均匀度指数J介于0.12~0.73之间.水质生物评价结果显示,淮河流域大部分水体处于中等污染状况,部分点位处于重污染状况,其结果与水质综合污染指数评价结果具有较好的一致性.研究结果可为淮河水污染防治和水生态修复提供基础依据.     

大气自净能力指数的气候特征与应用研究

为了定量地评估污染气象条件对空气污染的作用并实现对空气污染潜势的预报,本文在城市大气污染数值预报系统（CAPPS）预报原理的基础上,定义了大气自净能力指数,并分别给出了采用气象站观测资料和通过数值模拟计算大气自净能力指数的方法.基于气象站观测资料的全国大气自净能力指数分析计算表明,全国大气自净能力最差的地区分布在四川盆地和新疆塔里木盆地,大气自净能力最强的地区分布在青藏高原、蒙古高原、云贵高原、以及东北平原和三江平原、山东半岛和海南岛;1961~2017年,京津冀、长三角和珠三角地区的大气自净能力指数呈下降的变化趋势,全年低自净能力日数呈上升的变化趋势.采用大气自净能力指数评估2014年北京APEC会议期间大气污染防控效果,表明在11月8~10日极端不利扩散气象条件发生时,减排措施使北京市空气质量AQI平均降低77%,使京津冀平原地区11个城市的空气质量AQI平均降低37%.基于国家气候中心月动力延伸气候预测模式（DERF2.0）的预报产品和中尺度模式（WRF）,建立了可以预测全国未来40d逐日大气自净能力指数的延伸期-月尺度大气污染潜势预测系统,回报实验表明,在大多数情况下可以提前15d预报出大气重污染过程;月尺度的大气重污染过程预报效果更大程度上取决于月动力延伸气候预测模式（DERF2.0）的预报准确率.     

京津冀及周边地区水泥工业大气污染控制分析

以京津冀及周边地区水泥工业为研究对象,基于产排污系数法,建立了水泥工业主要大气污染物排放计算方法,对2016年该地区水泥工业主要大气污染物排放控制水平进行了分析.结果表明：京津冀及周边地区2016年水泥工业SO₂、NO_x、PM（有组织）排放量分别达到3.2×10⁴t、23.9×10⁴t、9.7×10⁴t,较2015年分别减少24.1%、18.2%、27.2%,各项污染物大幅下降.水泥工业PM无组织排放量占PM总排放量的45.4%,仍需要采取集中收集的方式加强治理.山东、河南是水泥工业SO₂、NO_x、PM、PM₁₀、PM_2.5重点排放来源,应通过化解过剩产能降低污染排放.从各工艺来看,新型干法工艺应考虑采用高效脱氮脱硫技术、协同处置技术、高效大型袋式除尘技术等新技术,进一步降低各项污染物的排放量;粉磨站也需进一步提高污染治理水平.     

空间站控制力矩陀螺微振动测试技术

目的分析控制力矩陀螺的微振动扰动特性。方法通过获取陀螺连接点对结构的扰振力输出、关键部位的微振动响应来获取产品的微振动扰动特性,通过隔振的方式对外部环境的干扰进行隔离,进而降低测试的背景噪声,通过运用高精度测试传感器来实现微小扰动力信号、加速度信号的测量,利用结构有限元法及单点激励多点响应的模态分析方法校核系统刚度,进而确定测试频率范围是否满足需求。结果可同时获得空间站控制力矩陀螺连接点处的输出扰振力、质心处的输出扰振力合力、合力矩以及关键部位的微振动响应,可有效隔离外部干扰,扰振力背景噪声的时域信号最大值可控制在0.07 N以内,RMS值在0.02 N以内,加速度信号的时域背景噪声最大值可控制在1.5 mg以内,RMS值在0.1 mg以内。可识别微小扰振信号,加速度传感器分辨率为5×10-5 grms,力传感器的测量分辨率为1×10-2 N,力矩测量分辨率小于1×10-2 N·m。测试频带在320 Hz以内。结论满足型号需求,并投入型号使用。