Energy Efficient Cluster Based Routing Protocol for WSN Using Firefly Algorithm and Ant Colony Optimization

Maximizing network lifetime is the main goal of designing a wireless sensor network. Clustering and routing can effectively balance network energy consumption and prolong network lifetime. This paper presents a novel cluster-based routing protocol called EECRAIFA. In order to select the optimal cluster heads, Self-Organizing Map neural network is used to perform preliminary clustering on the network nodes, and then the relative reasonable level of the cluster, the cluster head energy, the average distance within the cluster and other factors are introduced into the firefly algorithm (FA) to optimize the network clustering. In addition, the concept of decision domain is introduced into the FA to further disperse cluster heads and form reasonable clusters. In the inter-cluster routing stage, the inter-cluster routing is established by an improved ant colony optimization (ACO). Considering factors such as the angle, distance and energy of the node, the heuristic function is improved to make the selection of the next hop more targeted. In addition, the coefficient of variation in statistics is introduced into the process of updating pheromones, and the path is optimized by combining energy and distance. In order to further improve the network throughput, a polling control mechanism based on busy/idle nodes is introduced during the intra-cluster communication phase. The simulation experiment results prove that under different application scenarios, EECRAIFA can effectively balance the network energy consumption, extend the network lifetime, and improve network throughput.

     

Amino-functionalized Fe3O4/SiO2 magnetic submicron composites and In3+ ion adsorption properties

Five kinds of amino-functionalized (polyaniline, poly(1,2-diaminobenzene), poly(1,3-diaminobenzene), poly(diphenylamine), and poly(o-toluidine)) Fe₃O₄/SiO₂ submicron composites (SCs) were prepared. The SEM and TEM results showed that these SCs possessed a sphere-like core/shell structure with an average diameter of ~500 nm. The XRD results indicated good crystallinity of Fe₃O₄ core, the amorphous SiO₂, and amino-functionalized shells. The XPS results confirmed that amino groups were plentiful rich outside the surface of these SCs which acted as the effective groups for adsorbing the metal ions. These SCs showed a good thermal stability at 20–250 °C. The high saturation magnetization of 60–70 emu/g is better than other similar reports. In³⁺ adsorption coefficients from aqueous solution by these SCs were higher than 10⁶ mL/g, indicating the higher selectivity and affinity to In³⁺ compared with Cd²⁺ and Hg²⁺ ions. In addition, these SCs could be magnetically reclaimed within 30 s and regenerated with acid after adsorption. The adsorption capabilities only decreased by 6 % after five cycles. The present work indicates that the amino-functionalized Fe₃O₄/SiO₂ SCs are promising for removal of In³⁺ ions in field application.     

室内环境参数差异条件下人体热感觉实验研究

目的研究人体周围环境参数的差异对人体热感觉的影响,为工位空调送风量配置等的参数选择提供理论基础.方法在人工环境实验室内,通过改变工位空调的送风温度与送风速度来影响人体的热感觉,并采用热感觉投票(TSV)作为评价标准,重点研究了人体身前和身后的热感觉,以及它们与人体整体热感觉的关系问题.结果得到了不同送风参数和背景参数条件下,人体热感觉的投票结果.从实验结果分析,尽管背景区的环境参数略超出人体热舒适范围,通过调整送风参数,仍可使人体热感觉处于适中状态,表明人体整体热感觉与前身和后背热感觉存在着一定的差异,并进一步分析了人体前后热感觉与整体热感觉的关系.结论适当的局部送风可以有效地改善人体的热感觉,在工位送风条件下,人体前后的热感觉不同,但身前热感觉与总体热感觉的相关性较高.     

UHPC加固锈蚀钢筋混凝土柱轴心受压性能试验研究

为研究在轴压荷载作用下,UHPC对锈蚀钢筋混凝土柱加固前后的裂缝开展情况、破坏形态、竖向和横向变形、极限荷载的影响,共设计了9根试件,通过电化学的方式对所有试件通电锈蚀,再采用UHPC对部分试件加固,最后采用控制变量法分别对锈蚀率为10％、20％、30％的试验柱进行轴压破坏试验研究.试验结果表明:钢筋混凝土柱的表观裂缝随锈蚀率提高逐渐发展,UHPC可以有效的抑制锈蚀裂缝的开展,采用UHPC加固后不会对原RC柱产生围压作用;未加固试件破坏形态主要表现为试验柱表面出现大量裂缝后混凝土被压碎,加固后试验柱破坏形态主要表现为UHPC加固层劈裂破坏;加固后构件极限压应变值平均提高了24.8％,极限拉应变值平均提高了34.1％,极限承载力约为原试验柱的2倍;对UHPC加固锈蚀RC柱进行了理论模型验证,考虑了核心约束区混凝土强度的增强、锈蚀后混凝土的有效截面面积、锈蚀钢筋屈服强度的折减系数等,研究结果表明该理论模型与实测值较为符合.在考虑核心约束区混凝土强度的增强、锈蚀后混凝土的有效截面面积、锈蚀钢筋屈服强度的折减系数的基础上,提出了UHPC加固锈蚀RC柱的理论模型,理论值与实测值符合较好,可供实际工程参考.     

基于正交设计的折射反向学习樽海鞘群算法

为克服基本樽海鞘群算法(SSA)存在的收敛速度慢、高维求解精度低等不足,提出正交折射反向学习机制和自适应惯性权重策略,嵌入SSA中,得到一种基于正交设计的折射反向学习樽海鞘群算法(OOSSA)。正交折射反向学习策略中,采用基于透镜成像原理的折射反向学习策略以加强对反向解空间的勘探,极大地降低了算法陷入局部最优的概率;采用正交试验设计构建若干部分维上取折射反向值的部分反向解,深度挖掘并保存当前个体和折射反向个体的优势维度信息。此外,在跟随者位置更新阶段引入惯性权重因子,有效地改善跟随者的搜索模式并增强算法的局部开采能力。采用CEC2017基准函数进行仿真实验,同时使用Wilcoxon秩和检验、Friedman检验等方法来评价OOSSA算法的优化性能,测试结果表明所提算法的寻优精度和收敛速度明显优于基本SSA算法、8种新近的改进SSA算法和9种前沿的群体智能优化算法。此外,将所提算法应用于一个工程设计问题,结果表明该算法在工程优化方面的性能优于对比算法。最后,针对求解自主移动机器人路径规划问题,提出一种基于OOSSA的路径规划算法。在3种环境设置下对所提算法进行仿真实验,并与PSO、ABC、GWO、FA和SSA等算法进行对比。仿真结果表明,本文算法能够规划出最优的无碰撞路径。系统的实验表明OOSSA算法可作为问题优化的有效工具。     

基于雷达回波极化特征的电力线识别方法

现有的雷达对电力线的探测能力严重不足,这严重威胁低空飞行器如直升机的飞行安全。研究表明,线状物体对雷达垂直极化和水平极化信号响应强弱具有明显差异性,我们利用回波信号的极化特性建立起多维特征空间,并在该空间内完成电力线目标的感知、分类。某在研直升机低空防撞雷达的实测飞行数据表明,在利用极化信息所构建的特征空间内可有效区分电力线目标和虚假目标,准确率达到91%以上。该方法将有利于推动电力线障碍物预警雷达走向实用化。     

基于DIC的UHPC加固锈蚀钢筋混凝土柱轴心受压性能研究

为研究UHPC加固锈蚀后钢筋混凝土柱的力学性能、承载能力提升幅度以及破坏形态,本文设计了8根试件,通过电化学方式对所有试件进行锈蚀处理,再采用UHPC对部分试件加固,最后采用控制变量法分别对锈蚀率为10％、20％、30％的试验柱进行轴压破坏试验,采用DlC技术观测试件全场应变变化,对比分析了应变云图、极限承载力、峰值应变等参数.试验结果表明:未加固试件破坏形态随着锈蚀率的增加破坏更接近于脆性破坏,加固后试验柱破坏形态主要表现为UHPC加固层劈裂破坏;加固后试件极限承载能力提高幅度约为119％～128％,加固后试件破坏时只有一条主裂缝,整体性和抗裂性得到提高;加固后DlC应变云图更均匀,应变集中出现较早,更利于裂缝发展预测.     

风机盘管送风角度对室内热环境的影响

本文根据天花板嵌入式风机盘管冬季运行时房间的热环境,建立空气流动的维紊流数学物理模型,利用CFD软件PHOENICS对不同送风角度下,室内的速度场及温度场进行了模拟计算,得到了空气流速及温度的分布,分析研究了不同送风角度对室内气流流动与温度分布的影响以及发生气流短路现象的可能性。结果表明不同送风角度下,人员活动区基本都能达到热舒适要求,但送风角度过大时将会产生气流短路现象。最后将模拟结果与现场测试结果进行了对比．结果表明两者没有太大的偏差,验证了计算模拟的准确性。     

基于火炕的热水供暖火墙系统供暖效果研究

将火墙式火炕与热水供暖系统相结合,在火墙燃烧室的正上方加设集热器,在房间布置散热器,利用热水循环将火墙燃烧室的部分热量转移,供给其他无炕、无火墙房间.对加设热水系统后的火炕和热水系统的热工性能及室内热环境进行了实验研究.结果表明,该供暖系统在保证火炕房间供暖条件下,能够满足无炕、无火墙房间的短期供暖要求,并且提高了火炕的热舒适性;可以燃用各种生物质燃料,从而减少农村商品能的消耗.