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2024年第02期

• 基于考虑误差修正的非线性自适应权重组合模型的光伏发电功率预测

  陈德余,张玮,王辉

  为了提高光伏电站光伏发电功率预测精度，解决极限梯度提升模型、长短期记忆模型2种传统单一模型及传统组合模型极限梯度提升-长短期记忆模型的光伏发电功率预测结果滞后、预测效果易突变、预测误差较大、线性拟合性较差等不足，基于极限梯度提升算法、长短期记忆算法和线性自适应权重，提出一种考虑误差修正的非线性自适应权重极限梯度提升-长短期记忆模型进行光伏发电功率预测；分别使用极限梯度提升算法和长短期记忆算法训练得到2种单一模型，将2种单一模型的初步预测值和真实值组成新的训练数据集，利用神经网络算法训练所提出的模型，对2种单一模型的初步预测值分配自适应权重系数，并根据训练时所提出模型的预测值大小分段统计预测误差的分布，预测时根据所提出模型的预测值在预测结果的基础上累加误差均值从而进行误差修正，进一步提高所提出模型的预测精度；利用Python语言分别对所提出的模型、传统组合模型和2种传统单一模型在晴天、阴天和雨天的光伏发电功率预测性能进行仿真。结果表明：与极限梯度提升-长短期记忆模型、极限梯度提升模型、长短期记忆模型相比，所提出模型的均方根误差分别减小28.57%、 39.39%、 49.79%,平均绝对误差分别减小44.25%、 53.33%、 64.8%,决定系数分别增大1.43%、 2.38%、 3.34%,所提出的模型更有效地减小了传统单一模型的光伏发电功率预测误差，优化了传统组合模型的权重系数；3种天气条件下所提出模型的光伏发电功率预测误差相对最小且稳健性最强，验证了所提出模型的有效性。

• 无人机通信场景中非平稳双圆柱信道统计特性分析

  赵满艳,周杰,刘瑞,邵根富

  为了在城市、山体、森林等高空存在散射体的地区实现无线通信覆盖，帮助实现救援以及灾后公共基础设施的抢救与恢复，针对无人机空间域和时间域非平稳特性，提出一种无人机多输入多输出三维几何双圆柱随机模型；考虑到地面站的复杂情况，利用同心圆柱模拟散射体的分布，将接收到的信号进一步分为视线分量、无人机端的单反弹分量，以及地面站的单反弹射线与双反弹分量之和；引入时变的角度和时变的速度，模拟无人机对地信道的非平稳性，从而使所提出模型适用于各种无人机通信场景；利用所提出模型对比无人机的飞行方向和天线阵列方向等相关参数对信道统计特性的影响，推导并仿真所提出模型的空间互相关函数、时间自相关函数等重要的统计特性。结果表明：无人机的天线方向、飞行方向等参数对信道统计特性和非平稳性有重要影响，所提出模型可用于无人机多输入多输出通信系统的设计；与现有其他模型对比，时间自相关函数仿真值与实际测量值的拟合程度验证了所提出模型的实用性。

• 结合深度强化学习与变形五次多项式的搬运机器人关节轨迹规划

  李英杰,陈乃建,尹逊瑞,郑家坤,张山林,李映君

  针对在生产节拍固定的情况下搬运机器人各关节的运动轨迹及时间分配问题，构建基于深度强化学习与变形五次多项式相结合的搬运机器人关节轨迹时间分配模型；设计以节拍要求、速度约束和加速度约束为目标的奖励函数，搭建神经网络，利用MATLAB/Simulink软件，得到满足生产节拍和运动学约束的时间序列，并利用单臂四自由度搬运机器人仿真实验，验证所构建模型的可行性和有效性。结果表明：单臂四自由度搬运机器人各关节的运行时间均为5.89 s,其中平移关节1、 3的最大速度分别为2 597.84、 1 697.97 mm/s,最大加速度分别为19 532.11、 31 302.61 mm/s~2;旋转关节2、 4的速度大小相等且方向相反，最大角速度均为137.53 (°)/s,最大角加速度均为1 180.51 (°)/s~2,均未超过运动学约束；所构建的模型可以解决在指定生产节拍下搬运机器人关节轨迹时间分配问题，实现搬运机器人搬运过程中各关节的运动均衡，改善搬运机器人运行的稳定性和有效性。

• 纳米颗粒间相互作用对油-水界面张力的影响机制

  练燕菲,李玉秀,陈颖,郑佳杰,郑丹菁

  为了研究油-水界面上纳米颗粒的动态吸附过程及其对界面张力的影响，采用耗散粒子动力学模拟方法，建立纳米颗粒在油-水界面物理模型，研究单颗粒的吸附动力学过程及多颗粒相互作用对界面张力的影响机制。结果表明：单颗粒在油-水界面的吸附分为自由扩散、界面吸附、动态平衡3个阶段；单颗粒吸附过程自由能变化远大于颗粒的动能，颗粒吸附可自发、快速进行，且吸附后能稳定在界面上；多颗粒间的相互作用力随颗粒间距离的增大而振荡衰减，这是由颗粒间的溶剂粒子所产生的溶剂化效应所致；当颗粒间相互作用为引力时，界面张力增大，当颗粒间相互作用为斥力时，界面张力减小。

• 锰纳米酶比色法检测电化学制备过氧化氢

  董旭阳,李哲,夏明远,康革,袁振峰,逯一中

  为了拓展纳米酶的应用，采用离子交换和高温热解法将均匀分散的锰原子掺杂到中空碳骨架中制备中空结构的锰纳米酶；提出一种基于锰纳米酶的比色法，用于检测电化学双电子氧还原原位产生的过氧化氢的浓度。结果表明，锰纳米酶具有优异的类过氧化物酶活性，可催化过氧化氢将无色3, 3’, 5, 5’-四甲基联苯胺(TMB)氧化为蓝色氧化态TMB;当过氧化氢浓度为0～6 mmol/L时，体系的吸光度与过氧化氢浓度具有良好的多段线性关系，锰纳米酶比色法具有极低的检出限(0.45μmol/L)和优异的抗干扰性能。

• 西洋参病虫害防治及农药残留研究进展

  陈小莉,冉志芳,李瑞,段婉莹,周洁

  针对西洋参生产中农药滥用问题影响西洋参药材质量与临床用药安全的现状，综述西洋参病虫害防治及农药残留的研究进展，主要包括西洋参常见病虫害发生特点和农药使用情况、农药残留分析技术和残留种类、国内外西洋参农药残留限量标准及风险评估工作；根据现有研究结果，指出西洋参生产中存在农药残留的问题，提出未来研究重点是加快评估西洋参多农药残留风险，制定相关限量标准，倡导生态种植。

• 网络药理学与分子对接研究黄芪治疗阿尔兹海默病的作用机制

  武文倩,张文涛,袁萧萧,吴之军,王亚涛,李玉梅

  为了研究黄芪中活性成分治疗阿尔兹海默病的作用机制，采用网络药理学与分子对接模拟方法，利用相关数据库确定疾病靶点，构建靶点相互作用和药物-成分-靶蛋白-疾病网络，在DAVID数据库进行基因本体富集分析和京都基因与基因组百科全书数据库通路富集分析，并对靶点进行分子对接模拟验证。结果表明：筛选到20种黄芪抗阿尔兹海默病的活性成分，其中槲皮素、山奈酚、异鼠李素、刺芒柄花素、 7-O-甲基-异微凸剑叶莎醇为关键成分；筛选出118个交集靶点，含6个关键靶点，各靶点富集于炎症反应细胞凋亡等生物过程；分析得到180条信号通路，作用机制主要与TNF、 PI3K-Akt、 IL-17等通路相关。

• 海水-海砂混凝土研究进展

  针对混凝土结构的大规模应用导致淡水、河砂资源短缺的现状，对海水-海砂混凝土国内外研究进展及应用进行综述，包括海水和海砂自身材料特性以及海水-海砂混凝土水泥基材料的水化过程、水化硅酸钙微结构发展、力学性能、耐久性及内部钢筋锈蚀；总结当前海水-海砂混凝土研究成果并分析主要不足，指出海水-海砂混凝土作为一种凝结硬化快速、耐久性较差且易锈蚀钢筋的低成本混凝土材料，未来研究重点是将海水-海砂混凝土配合纤维增强复合材料形成组合结构、完善不同养护方式及条件对海水-海砂混凝土的影响及海水-海砂混凝土在真实复杂条件下的耐久性。

• 基于P2PSand模型的水库土石坝坝基地震液化影响分析

  为了解决水库土石坝坝基地震液化导致严重坝体变形和边坡失稳等灾害，从而对水库土石坝长效安全运行造成严重威胁的问题，以某水库土石坝为例，利用有限差分软件FLAC3D 7.0及其内置P2PSand模型(practical two-surface plastic sand model),对存在地震液化地基的水库土石坝进行地震动力响应分析。结果表明：地震强度与相对密实度对水库土石坝坝基地震液化趋势影响较大，超孔压比随着地震过程的进行而逐渐增大，增大幅度约为10.46%;随着坝基地震液化程度的提高，坝体变形更明显，并且坝基边坡稳定性劣化。

• 公轨合建盾构隧道振动荷载的动力响应特性

  杨殿勇,张西文,刘鑫锦,吕颖慧,秦磊,刘广森

  为了探究汽车-列车振动荷载对公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体的动力响应特性，采用有限元软件ABAQUS对某公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体进行数值模拟，通过ABAQUS软件的Dload子程序对汽车、列车振动荷载进行耦合，分别将单一振动荷载及汽车-列车振动荷载作用引入公轨合建盾构隧道，分析公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体在不同工况时加速度、位移、应力、应变的变化。结果表明：汽车、列车振动荷载频率不同，共同作用后产生拍频现象，导致相同方向合成荷载的振幅可能小于分荷载的振幅，当频率相同时所合成荷载的振幅最大；管片上方的土体以及非封闭弧形内衬外侧土体发生较大的应变，最大塑性应变发生于拱顶偏右侧，达到7.032×10~(-6);公轨合建盾构隧道内部结构中的预制箱涵牛腿柱、顶板处出现较大拉、压应变，在长期运营期间需要对预制箱涵牛腿柱、顶板位置进行定期检查和必要支护。

• 基于逻辑斯谛方程对纳滤膜污染预测的建模分析

  张超,张立卿,胡吉玉,刘贵彩

  为了解决目前应用较广泛的膜种纳滤膜的膜污染极大地限制了纳滤膜工艺发展的问题，从而在错流过滤条件下更好地预测纳滤膜污染的过程，对减缓纳滤膜污染进行指导，基于逻辑斯谛方程，对纳滤膜通量衰减曲线进行拟合，建立逻辑斯谛纳滤膜污染预测模型；利用所建立模型对不同型号纳滤膜的膜通量衰减曲线进行拟合，考察污染物种类、纳滤膜型号、跨膜压差、错流速率、水力条件等关键因素对纳滤膜通量衰减速率的影响。结果表明：所建立模型通过了显著性检验，实验数据与所建立模型拟合数据的拟合度较高，决定系数R~2大于0.95;纳滤膜通量衰减速率越小，则过滤稳定后的纳滤膜通量累积衰减率越大，进而通过调整运行条件和原水质条件等因素，达到调整纳滤膜通量衰减速率，减少纳滤膜污染的目的。

• 有机物存在时全程自养脱氮工艺启动及微生物群落结构演变

  为了实现全程自养脱氮工艺在处理含有机物废水中的应用，考察有机物存在时全程自养脱氮工艺的启动、运行工况与微生物群落结构演变，通过低溶解氧和生物膜菌种富集的控制策略，缓解有机物对厌氧氨氧化菌的抑制，实现全程自养脱氮工艺启动和功能微生物的富集。结果表明，当进水化学需氧量质量浓度为600 mg/L时，全程自养脱氮工艺启动，在反应器稳定运行期间总无机氮去除率最高达到79.46%;三维荧光光谱显示腐殖酸类和富里酸类物质是主要的微生物代谢产物；微生物高通量测序显示厌氧氨氧化菌的优势属Candidatus Kuenenia和Candidatus Brocadia的相对丰度分别从0.02%和0.01%增加到10.47%和4.45%,成功实现厌氧氨氧化菌的富集。

• 不同暴雨条件下扇形和羽形流域的洪水规律

  张宇,杨令强,梁延涛,冯现大

  为了探讨降雨过程时空分布不均匀性对河道径流的影响，以沂河、沭河流域为例，利用瞬时单位线法和马斯京根法计算重现期为10、 20、 50 a的3 d特征暴雨和2019年台风“利奇马”暴雨在2个流域中的洪水流量，得出各防洪控制站在不同暴雨条件下的洪水规律。结果表明：扇形流域内洪水汇流较集中，容易发生洪灾；羽形流域内各支流洪水交错汇入干流，近水先去，远水后去，洪水较缓和，沂河的防汛压力大于沭河的防汛压力；在相同降雨量条件下，沂沭河流域内临沂站在从北向南的降雨过程中更易形成大洪峰，斜午站、石拉渊站和重沟站在从南向北的降雨过程中更易形成大洪峰；莒县站位于沭河上游，控制流域包含多个支流和3个水库，流域形状为属于羽形流域的沭河流域中的扇形流域，具有洪水汇流集中的特点，沭河莒县站的防汛压力大于沭河其他防洪控制站的防汛压力，而且当沭河流域出现大范围同步降雨过程时，莒县站更易形成大洪峰。

• 1976—2020年弥河流域不同等级降雨时空分布特征

  刘薇,丛鑫,刘玉玉,桑国庆,郭成,徐征和

  为了对弥河流域的降雨特征及未来演变趋势进行研究，基于流域15个气象站1976—2020年的逐日降雨数据，应用Mann-Kendall检验、反距离插值和重标极差(R/S)分析法，研究不同等级降雨量与降雨时间的时空分布特征，并探讨不同等级降雨对年降雨的影响以及流域未来降雨结构的发展趋势。结果表明：研究期内弥河流域年降雨量呈逐年增加趋势，除大雨外，其他等级降雨量呈增长态势，降雨时间总体呈减少趋势，仅中雨、暴雨时间呈增加态势；流域年降雨量从上游向下游呈递减趋势，与大雨、暴雨空间变化一致，年降雨时间与小雨时间空间分布格局一致；中雨对年降雨量的贡献率最高，为27.99%,小雨的发生率最高，为72.07%;相关性分析显示，流域年降雨量与降雨时间分别受暴雨降雨量、小雨时间的影响最大；流域暴雨降雨量、暴雨时间与年降雨量都表现出较强的持续性，未来变化趋势与过去相一致，降雨等级存在向暴雨转变的趋势。

• 井灌区浅层地下水硝态氮含量时空分布特征

  刘鸿飞,潘维艳,田秀平,朱日清,樊爱鹏,焦贞,徐征和

  为了探明井灌区地下水硝态氮的污染现状及其主要影响因素，选择山东省桓台县马桥镇、荆家镇、田庄镇、起凤镇为研究区，利用聚类分析、 Piper三线图、相关性分析等方法，研究浅层地下水水化学特征、硝态氮含量时空分布特征以及影响地下水硝态氮含量的主要因素。结果表明，研究区地下水化学类型主要为SO■-Na~+型，地下水硝态氮的质量浓度为3.40～46.08 mg/L,平均值为24.67 mg/L,超标率达63.70%;在时空分布上，丰水期的地下水硝态氮含量大于其他时期的，中南部、西部的地下水硝态氮含量大于东部的；研究区浅层地下水的弱碱性氧化环境有利于硝态氮的形成；研究区地下水硝态氮含量受人类活动影响显著，农业氮肥施用和农村居民生产生活污水、人畜粪便随意排放是导致地下水硝态氮含量较大的主要原因。

• 不同生育期水分胁迫对葡萄生长生理特性的影响

  于浩洋,庞桂斌,付玉荣,刘洪玲,苏学伟,张立志,王昕,徐征和

  为了研究不同生育期水分胁迫对鲜食葡萄光合作用和果实品质的影响，以玫瑰香葡萄为对象开展设施研究，在萌芽期、新梢生长期、开花期、果实膨大期、着色期以及全生育期分别进行水分胁迫，并以全生育期充分灌溉作为对照组，研究不同生育期水分胁迫对葡萄光合特性、产量和果实品质的影响。结果表明：新梢生长期葡萄叶片净光合速率受水分胁迫影响最小，与对照组相比减小8.96%;果实膨大期葡萄叶片净光合速率受水分胁迫影响最大，与对照组相比减小13.14%;萌芽期水分胁迫提产效果显著，可增产9.87%;着色期水分胁迫有利于果实维生素C以及还原糖的积累，降低可滴定酸的含量，提升果实品质，且对产量无显著影响。