济南大学学报(自然科学版)杂志

济南大学学报(自然科学版)杂志2023年第04期

• 基于直流虚拟同步机的直流充电桩反推电流控制

  杨成顺,王鹏,张强,黄宵宁

  针对电动汽车负载投切容易引起公共电网的电压扰动以及功率变化等问题，比较交流与直流系统中增加惯性的方式，在交流虚拟同步机的基础上，提出一种适用于直流充电桩的直流虚拟同步机控制策略；利用反推法构造反推电流环控制器，以弥补传统比例积分控制动态性能较弱问题，随后将基于直流虚拟同步机的反推电流控制器引入电动汽车直流充电桩，并对电动汽车直流充电桩的应用场景进行模拟。结果表明，所提方法能够很好地稳定直流电压，并能将电压波动限制在10 V以内，验证了所提控制策略的正确性和有效性。

• 变容二极管串联制备宽带可调谐磁性吸波超材料

  姚骏驰,李维

  为了扩展可调谐超材料吸波器的工作带宽，提出一种将变容二极管串联后制备宽带可调谐磁性吸波超材料的方法；根据等效电路理论分析可调谐吸波超材料的工作机理，通过变容二极管的串联增加超材料的低频可调谐带宽，并与磁性吸波材料进行复合，拓展超材料的高频吸波性能。结果表明，制得的复合超材料在频率为0.8～1.5 GHz时具有连续可调谐的吸收峰，同时在频率为2～18 GHz时实现了宽带吸收。

• 技术系统中不良作用组件单元问题影响度分析

  赵云,高常青,董辉,杨波

  为了降低技术系统中多个不良作用组件单元之间影响关系的模糊性，实现影响关系的数字化计算，保证不良作用组件单元问题排序的科学性，提出基于决策试验与评价实验室的不良作用组件单元问题影响度排序算法；将功能分析与不良作用组件单元紧密结合，以消除技术系统中不良作用为目标，基于组件单元结构组成，定义不良作用组件单元的中心度、原因度及问题影响度；制定考虑问题影响度的不良作用组件单元排序原则；利用MATLAB软件的图形用户界面模块，实现不良作用组件单元的问题解决顺序的自动排序。结果表明：所提出的算法可以有效确定不良作用组件单元的问题解决优先级；游梁式抽油机的工程案例验证了所提出算法的有效性。

• 粉土颗粒分析试验影响因素分析

  刘猛,许晨曦,孟凡会,高静静,白赟,宋琳琳

  为了解决现行规范中对粉土颗粒分析试验误差产生的原因无明确规定的问题，从而提高颗粒分析试验的精度，更好地指导工程实践，采用控制变量法分别对比研究密度计种类，温度，分散剂种类、浓度等因素对粉土黏粒含量分析结果的影响。结果表明：实际测量温度校正值与理论温度校正值存在差距，需要在同一环境中增加空白温度校正；使用六偏磷酸钠作为分散剂比使用氨水作为分散剂的分散效果更好；不同密度计对环境的敏感度不同，在进行试验时，应根据环境条件合理选择密度计。

• 氯离子侵蚀环境中衬砌管片服役寿命的贝叶斯动态评估

  邢科航,冯现大,卢彬,鲁瑞

  为了解决目前大多数衬砌管片服役寿命评估结果过于保守以及隧道寿命预测不准确的问题，提出一种氯离子侵蚀环境中衬砌管片服役寿命的贝叶斯动态评估方法；通过模拟计算衬砌管片可靠度，考虑保护层厚度、混凝土抗压强度和钢筋抗拉强度的不确定性，实现时变状态下氯离子侵蚀导致衬砌管片承载力减小的全过程描述，并利用现有监测数据完成对衬砌管片服役寿命进行动态更新。结果表明：将所提出的方法应用于某盾构隧道工程，当仅考虑氯离子浓度作为寿命终点时，保守估计衬砌管片的服役寿命仅为37 a;在氯离子侵蚀环境中，理论计算和模拟计算显示衬砌管片会在第92年因可靠度不足而达到寿命终点；利用现有观测数据，根据贝叶斯公式对理论数据进行动态更新，衬砌管片可靠度在第88年提前失效，隧道寿命缩减4%,在实际应用中需要提前加强防护以确保隧道能够达到设定年限。

• 济南市主城区医疗服务设施可达性分析

  马交国,鲁兴,贺宏斌,刘清春,孙然好

  为了衡量城市居民的医疗资源的供需关系，利用2020年济南市医疗卫生专项规划数据、第七次全国人口普查分街道人口数据，结合地理信息系统的网络分析法和改进的潜能模型，对济南市主城区6个区分街道人口结构和出行方式的医疗服务设施可达性进行分析。结果表明：济南市主城区的医疗设施资源分布不均衡，市区西南部的街道总人口的医疗服务设施可达性最高，供需保持平衡；无论是针对人口性别、年龄结构还是出行方式，市区东南部的街道总人口的医疗服务设施可达性均最低，是医疗规划重点关注区域；市区中部和北部拥有大量高等级医院，但是人口众多导致供需失衡，并且局部地区超出15 min步行、骑行等时圈范围。

• 人工蜂群算法改进水波优化算法的云资源调度性能

  宋颖,梁卫芳,赵珏,张福泉,侯小毛

  为了改善云资源调度的性能，解决水波优化算法因水波衰减系数和碎波系数设置不当而导致精度降低的问题，提出人工蜂群-水波优化算法，采用人工蜂群算法对水波衰减系数和碎波系数进行参数寻优求解；在初始化任务实例生成的样本集和水波个体后，采用3个优化指标的加权和作为适应度函数，构建基于人工蜂群-水波优化算法的云资源调度模型，将最优求解问题转变为最优水波个体问题；通过不断更新最优适应度个体，提高云资源调度适用性，以达到最大迭代次数时所获得的最优云资源调度参数组合作为最优个体。结果表明：与常规水波优化算法相比，当任务数为600时，所提出算法的承载任务量分布更均匀，且负载均衡指标更小，仅为1.71;与基于其他智能优化算法的云资源调度模型相比，所建立模型所需执行时间最短，且稳定性更好。

• 线性判别分析优化孪生支持向量机的网络入侵检测

  周湘贞,李帅,隋栋

  为了提高大规模网络数据入侵类型实时检测的准确率，采用线性判别分析(LDA)对网络样本特征进行降维处理，降低孪生支持向量机(TWSVM)的运算复杂度，增强TWSVM的网络入侵检测适用度；首先，采用LDA基于类内和类间散度计算获得网络入侵检测样本的降维特征变量；然后，建立LDA-TWSVM网络入侵检测算法，分别求解TWSVM一次规划和二次规划的核心参数；最后，输入降维特征变量，通过TWSVM输出获得网络入侵检测结果。结果表明：LDA网络样本特征降维对网络入侵检测的正向激励效果较为显著，使得所提出的算法在网络入侵检测中具有较高的适应度；相比于几种常用入侵检测算法，所提出的算法具有更高的检出率(0.994 3)和更优的均方根误差(1.132 8)。

• 结合加速鲁棒特征点与边缘检测的双相机标定物体尺寸测量

  AZAZKhan,江鹏飞,徐婉晴,李金屏

  为了准确、低成本、简便地测量工业产品的尺寸参数，提出双相机标定的物体尺寸测量方法；利用低分辨率相机简化检测过程中的计算量，缩短检测时长；新增辅助相机实时更新测量距离，解决目标相对相机位置发生变化的情况；应用环形照明模块持续补光，确保工件边缘的稳定性，解决检测精度受限于光照环境影响的问题，并基于目标检测的加速鲁棒特征点与边缘检测相结合，同时利用亚像素插值法，最大限度地减小目标测量的误差。结果表明，所提出的测量方法可将测量误差减至0.7%,与现有测量方法相比，具有测量精度高、处理时间短、抗噪声能力强等优点。

• 结合近邻传播聚类的世界生成神经网络优化器

  陆敏芳,宗伟,陈美涵,杨波,王琳,张波

  为了解决黑盒问题优化领域中传统优化算法在学习问题结构时存在缺乏样本多样性的问题，设计结合近邻传播聚类的世界生成神经网络优化器。该优化器通过独特的世界模型与采样生成器进行协同学习，完成对问题结构的学习并生成更加多样化的解，以此为基础提出新的优化算法；将所提出的算法与5种有代表性的算法在12个不同特征的优化问题上进行多角度的对比。结果表明，结合近邻传播聚类的世界生成神经网络优化器在不同特征基准问题上平均性能达到最优，准确度平均排名第一，证明了结合近邻传播聚类的世界生成神经网络优化器在学习问题结构的有效性，同时增加了样本的多样性。

• Hydrus-1D软件模拟污染土壤重金属溶质运移

  罗杰,刘本华,徐晶,王琦,毛伟健,鲁栩春

  为了研究污染物在不同性质土层中的运移规律，以某化工厂污染土壤中的重金属为研究对象，选取土壤中的Cr~(6+)、 Hg~(2+)、 Cd~(2+)为污染物预测因子，应用Hydrus-1D软件建立重金属溶质运移模型，模拟重金属溶质在土壤中的运移变化过程，得到其在不同时间段的下渗最大距离和在不同土层的浓度平衡时间。结果表明：所建立的模型能够模拟重金属溶质在土壤中的分布和运移的时空变化规律；当下渗时间为200、 1 000 d时，Cr~(6+)、 Hg~(2+)、 Cd~(2+)的最大下渗距离分别为1.78、 2.23、 2.09 m和4.55、 5.70、 5.54 m;在杂填土和重壤土中，Cr~(6+)、 Hg~(2+)、 Cd~(2+)到达平衡所需的时间分别为1 025、 1 430、 1 410 d和2 280、 3 000、 3 019 d。

• 生物炭与氮肥施入对夏玉米农田氮素淋失与利用的影响

  沈扬,庞桂斌,薛建文,苏学伟,董文旭,王昕,徐征和

  为了研究生物炭与氮肥施入对夏玉米农田氮素迁移转化规律、氮肥利用效率及产量的影响，开展夏玉米种植测坑试验，设置氮肥施入量和生物炭施入量2个因素，其中氮肥施入量设置150、 200 kg/hm~2 2个水平，生物炭施入量设置0、 20、 40 t/hm~2 3个水平，共设计7个处理方案。结果表明：与无生物炭施入的处理方案相比，生物炭施入处理的土壤含水率增大0.52%～58.85%,土壤硝态氮、氨态氮质量分数增大0.48%～436.49%,土壤淋失液中硝态氮、氨态氮总淋失量减小30.46%～83.20%,并且随着生物炭施入量的增大，生物炭的保水保肥功效更明显；当氮肥施入量为200 kg/hm~2且生物炭施入量为40 t/hm~2时，作物的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力最大，夏玉米产量达到11 748.86 kg/hm~2,生物炭施入能使土壤氮素减损，节氮增效，促进夏玉米增产、增收。

• 1980—2019年小清河感潮河段汛期水文气象要素演变特征

  李昱岐,钱秀红,徐华,渠群英,潘维艳,徐征和,徐晶

  针对小清河感潮河段极端水文事件频发问题，以小清河感潮河段为研究对象，根据石村水文站和羊角沟潮位站1980—2019年汛期平均气温、降水及平均水位、潮位数据，采用滑动平均法进行趋势分析，运用Mann-Kendall法、累积距平法及有序聚类法进行突变分析，分别通过线性回归分析和小波分析对水文要素突变前、后与气象要素的相关性和周期性进行分析，探究水文、气象要素之间的内在联系。结果表明：小清河感潮河段汛期水文、气象要素呈不同程度的上升趋势，各水文气象要素均有显著突变点，汛期降水、平均水位及平均低潮位变化有显著周期性，而汛期平均气温和平均高潮位周期波动不明显；除突变前石村水文站汛期平均气温与平均水位的相关性较弱外，其余气象要素与水文要素在突变前、后均具有一定相关性；小清河感潮河段汛期气象要素与汛期平均水位和平均半潮面存在不同时间尺度的共振周期。

• 稀释和熟化对钛盐絮凝效果及混凝机制的影响

  赵旭,连会情,赵艳侠,许伟颖,辛晓东,贾瑞宝

  为了明晰工艺条件对钛盐混凝剂去除水中污染物的作用效果，主要研究稀释和熟化对钛盐絮凝效果的影响，结合Zeta电位的变化，探讨钛盐的混凝机制。结果表明：熟化能使氯化钛和硫酸钛水解生成优势絮凝形态，促进其絮凝效能的发挥；聚合氯化钛和聚合硫酸钛发挥絮凝作用的水解产物在加入废水前已经形成，聚合氯化钛受熟化影响较小，熟化使聚合硫酸钛絮凝形态发生改变，导致絮凝效果劣化；钛盐水解快的特点导致絮凝效果受到稀释的影响，促进氯化钛的优势絮凝形态生成，提高絮凝能力，但造成聚合氯化钛对有机物去除率下降；当以钛离子质量浓度计的钛盐混凝剂投加量为5～30 mg/L时，氯化钛和硫酸钛的混凝机制以吸附电中和为主，聚合氯化钛和聚合硫酸钛的混凝机制以网捕卷扫为主。

• 高分一号宽幅覆盖相机数据反演南四湖叶绿素a浓度

  刁超,桑国庆,彭涛,王君诺

  为了定量表征南四湖水体中叶绿素a浓度时空变化规律，以高分一号宽幅覆盖相机数据为数据源，采用经验模型反演算法，以单波段反射率或波段反射率组合为基础，建立遥感数据与实时或准实时叶绿素a浓度的回归分析模型，验证模型精度并进行反演。结果表明，λ_(B2)/(λ_(B1)+λ_(B3))是最优反演波段组合，决定系数大于0.7,模型平均相对误差为11.11%,归一化均方根误差为11.46%,模型精度较高，可用于南四湖水域中叶绿素a浓度的定量反演；将反演模型应用于2021年不同季节的四景影像上，得到南四湖水域中不同季节的叶绿素a浓度时空分布情况，与实际情况基本吻合。

• 基于改进熵分析山东省用水系统结构演化特征与影响因素

  王延起,李双,孔珂,徐晶

  利用信息熵的性质，结合山东省各用水部门的最佳用水比例，对信息熵原有公式加以改进，提出山东省用水系统结构改进熵的概念；利用改进熵的变化趋势，分析2004—2019年山东省用水系统结构的演化特征，揭示山东省用水系统结构演化的影响因素。结果表明：山东省用水系统结构改进熵呈增大趋势，用水系统结构的稳定性、协调性增强，各用水部门的用水比例逐渐接近最佳用水比例；用水系统结构呈现明显的区域性差异，东部沿海地区的改进熵明显大于西部的，差距随着用水系统结构的调整而逐渐缩小；山东省用水系统结构的演化与产业结构的调整息息相关，产业结构的调整促使用水系统结构向更有利于社会发展的方向演化。

• 山东省农业适水发展水平的模糊综合评价

  王昕,赵汝鹏,李庆国,张立志,刘丰铭,刘玉玉

  为了破解山东省农业用水短缺与维持粮食安全间的矛盾，明晰山东省农业适水发展中存在的问题，实现以水定产和以水定农业规模结构，通过构建包括水资源、农业和社会经济发展3个子系统、 14个指标的农业适水发展水平评价指标体系，提出层次分析法和基于指标相关性的指标权重确定(CRITIC)法主客观组合赋权的模糊综合评价方法对山东省农业适水发展水平进行评价。结果表明，2010—2018年山东省农业适水评价指数由0.466降低至0.444,综合平均指数为0.436,适水发展能力处于中等偏弱水平，在多年间呈现先减弱后增强趋势，农业现状水平仍是制约山东省农业适水发展的主要短板。