基于典型栅格地图的代价地图改进方法

针对具有多种路况的复杂环境,提出了一种基于栅格地图的代价地图构建方法。改进方法分别从移动机器人可通过安全性和可通过消耗性2方面对普通的布尔栅格地图进行改进。首先,建立以机器人与障碍物距离为变量的递减代价函数和以不同路况能耗占比为变量的代价函数;然后,根据2种代价函数确定每个栅格的代价值;最后,将生成的2种代价地图融合,得到改进地图。以A*算法为例,修改其估值函数以适应新的地图,通过仿真实验对比传统地图和改进地图下的路径规划情况。实验结果表明,相对于传统的栅格地图,改进地图下规划出的路径始终保持着距离障碍物的安全距离,并且对不同价值的道路进行了选择与规避,有效地保证了移动机器人在运动过程中的安全性,并且根据实际情况考虑了能耗代价改变了路径选择,实现了多路况复杂环境下的路径规划,验证了地图改进方法的可行性。     

不完全微分与微分先行的农业机器人巡航PID控制算法

为了解决传统PID控制在农业机器人控制中响应迟滞,稳态误差和敏感性较大等问题。在传统PID控制的基础上,引入了不完全微分,微分先行和"最优曲率"算法。首先针对传统PID微分环节对误差波动的敏感性较大,在微分环节加入滤波器,构成不完全微分算法,以减少误差敏感性。然后针对速度和方向设定值的不断变化给系统带来的动态波动,加入微分先行算法,提高系统的动态稳定性和系统的响应速度。最后结合最优曲率,制定动态的PID控制参数,进一步提高控制的精度。实验结果表明,相比于传统PID控制,该改进的PID控制算法使农业机器人稳定行驶速度由原来的2.4 m/s达到了3 m/s,农业机器人整圈完成度提高5%~10%。加速性、鲁棒性、可靠性得到较大的提高。     

工业多水源供水网络优化设计

传统的工业供水网络设计往往仅考虑单个水源或多个水源的单水质参数的优化问题,没有考虑多水质参数和多水源以及相应的原水预处理系统。提出了工业多水源供水网络的超结构模型,并对原水预处理系统进行了数学建模,考虑了不同水源的水质特点,相应的预处理设备产水率和水质的移除率,将工业水阱进行了分类并考虑了多种水质参数的约束。以沿海某炼油企业的多水源供水网络为例,利用商业软件GAMS进行建模求解。优化结果表明,该炼油企业最佳的供水方案是综合使用地表水,市政中水和地下水作为水源,不使用市政供水和海水。该案例优化的供水网络年度化费用为638.42万元。     

加筋土挡墙优化设计及破坏形式试验研究

加筋土挡墙是一种新型的挡墙形式,与传统的混凝土挡墙相比,具有成本低、环保、抗震性能好等优点。运用库仑土压力定理分析水平加筋土强度与稳定,对某加筋土挡墙进行设计。为验证上述优化设计方法的正确性,并探究不同情况下挡墙的破坏形式,共进行3次模型试验。通过模型试验对比分析2种不同工况下加筋土挡墙破坏形式,筋材较少时,加筋土挡墙发生位移破坏;筋材较细时,加筋土挡墙发生倾覆破坏。提出加筋土挡墙筋材合理分布形式与筋材宽度,通过上部筋材反包形式使筋材抗拉强度得到更充分的发挥。     

避洪转移中安置点分配及路径优选分析

为研究避洪转移中安置点分配及路径优选的分析方法,提出将多个可再分转移小组和多个安置点共同考虑的‘多对多’安置点分配及路径优选的新思路。该方法基于洪水风险图信息,结合ArcGIS路径分析,运用运筹学运输问题方法求解安置点分配及路径优选。实际分析表明该方法合理可行,可用于分配安置点和选择最佳路径。     

最严格水资源管理与优化配置研究

为分析"三条红线"约束下的水资源优化配置问题,在粒子群优化(PSO)算法的惯性权重项中引入服从正态分布的随机因子,以提高算法寻优效率。在最严格水资源管理制度的指导下,以社会、经济和环境的综合效益最大为目标,建立"三条红线"约束下的水资源优化配置模型。以玉环县为例,应用该算法求解水资源优化配置模型,并推荐最优的水资源配置方案,为玉环县以目标效益最优倒逼产业转型升级的决策方向提供了依据。优化配置结果表明,在水资源优化配置中应用改进惯性权重的粒子群算法求解合理可行。研究成果为"三条红线"约束下的水资源配置研究提供了新思路。     

基于改进遗传算法的水库群防洪优化调度

为解决标准遗传算法(SGA)在处理高维复杂问题中寻优能力不足、计算时间过长、易早熟的问题,首先改进映射规则,仅选择部分决策变量进行编码,采取新的映射规则将其解码映射至解空间,实现高维问题的降维;其次使用针对不同约束条件的自适应罚函数对算法收敛性进行改进;最后以北方某流域并联水库防洪调度为例,建立防洪优化调度模型,并运用改进遗传算法进行求解。结果表明,该方法在解决高维复杂水库群防洪优化调度问题时具有求解速度快、寻优结果好的优点,有一定的实用性。     

基于并行小种群差分进化算法的水火电力系统短期优化调度

为解决水火电力系统短期发电优化调度中存在的问题,提出基于MPI平台的并行小种群差分进化算法。该算法将进化种群分为若干个小种群(单个种群规模为3~10个),每个进化种群由不同的CPU进程独立执行差分进化算法,并在种群间引入集合、分散操作以协调各小种群的寻优过程;为降低小种群初始化和进化过程中多样性的损失,引入正交化初始化方法和种群重构技术;最后以典型案例验证了算法的有效性。结果表明,该方法在求解精度、收敛速度和求解耗时上均较有竞争力。     

常温注水井对含水层热贯通的影响机理分析

为探究常温注水井对水源热泵热贯通现象的影响,利用FlowHeat1.0软件模拟了3组情景下含水层渗流场、温度场时空分布特征,并分析了常温注水井对含水层热贯通的影响机理和抽水井水温变化规律。结果表明,常温注水井通过减小回灌井、常温注水井之间的水力坡度和延长地下水渗透途径的方式达到缓解热贯通的效果;回灌井、常温注水井流量比相同时,常温注水井在抽灌井连线的位置对含水层热贯通的影响小;抽灌量不变时,常温注水井与回灌井的流量比越大,常温注水井缓解热贯通的效果越明显;在有利地下水回灌的水源热泵系统中,布设常温注水井能有效地降低含水层热贯通程度。     

考虑需求响应的各季节能量枢纽优化运行

综合能源系统中能量枢纽的优化运行有助于提高能源利用效率,是综合能源系统中研究热点之一。基于能量枢纽结构和运行机制,建立了通用型能量枢纽模型,以运行费用最低为目标函数,采用粒子群优化算法对能量枢纽进行优化运行研究。该方法有效地考虑了能源价格和不同季节负荷特性对能量枢纽运行的影响,并与以热定电和以电定热两种运行模式进行对比分析。算例仿真表明,能量枢纽的优化运行不仅更具有经济效益,而且还有利于电网安全稳定的运行。