水利水电工程

• 基于塑性耗散能突变模型的隧洞围岩整体抗震安全评估

  刘国庆;陈世杰;张艳红;许亮华;

  基于强度折减法和突变理论，构建了围岩塑性耗散能与强度折减系数之间函数关系的尖点突变模型。通过将围岩失稳判别标准量化为突变特征值，提出了基于塑性耗散能突变模型的围岩整体抗震安全系数计算方法。进一步将该方法应用于某水电站引水隧洞围岩整体抗震安全评估，通过对比研究了地震作用对围岩稳定的影响，分别计算获得了无支护、衬砌支护及锚杆支护条件下围岩抗震安全系数。结果表明：地震作用下围岩塑性区明显扩大，塑性耗散能大幅增加；塑性耗散能随地震时间逐渐累积，在围岩失稳破坏时具有明显的突变特征；无支护围岩抗震安全系数为1.52，表明地震作用下围岩整体稳定性较好；衬砌及锚杆支护下围岩抗震安全系数分别为1.74和2.08,2种支护措施均能显著提高围岩整体抗震安全性能。

  2025年10期 v.58;No.343 1517-1527页 [查看摘要][在线阅读][下载 1608K]
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• 三峡库区香溪河库湾消落期、汛期悬浮物氮素变化及影响因素研究

  罗丽娜;宋林旭;刘淑涵;唐朝晖;

  为深入解析三峡库区典型支流香溪河库湾在关键水文期（消落期与汛期）悬浮物氮素的动态变化规律及驱动机制，于2020年消落期及汛期针对香溪河库湾开展野外监测、试验与室内分析，探究了库湾悬浮物氮素的迁移转化特征及主控因素。结果表明：1）香溪河库湾悬浮物氮素具有多源性，主要来源于长江干流倒灌输入、香溪河上游径流输入以及消落带再悬浮释放，上游径流对库湾悬浮物总量的贡献最大，长江干流倒灌输入的悬浮物本身氮素含量显著高于上游输入的悬浮物，在消落期，其氮含量约为上游悬浮物氮含量的3倍；2）消落期与汛期库湾悬浮物氮素含量及形态表现出时空异质性，沿河口至上游方向呈非均匀变化趋势，该变化是水动力条件改变、水环境调控及物源输入共同作用的结果，悬浮物氮素主要形态为有机氮，有机氮约占总氮的54.15%，无机氮主要以氨态氮的形态存在；3）从消落期到汛期，水温升高、库湾浊度增大、pH值趋于均匀，倒灌异重流潜入点位置上升，悬浮物再悬浮等作用使得库湾氮素得到补充，库湾悬浮物含量及水温上升促进了反硝化等进程，影响悬浮物与水体氮素的迁移转化。研究成果揭示了水动力-水环境-物源耦合作用对库湾悬浮物氮素循环的关键调控机制，为三峡水库支流富营养化防控及氮素迁移转化模型的构建提供了重要依据。

  2025年10期 v.58;No.343 1528-1540页 [查看摘要][在线阅读][下载 2072K]
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• VIC模型在大清河流域的水文模拟及应用研究

  刘泽云;张炜;沈明星;高成;暴瑞玲;

  为研究大清河流域水文要素时空变化情况，采用分布式水文模型——可变下渗容量（variable infiltration capacity, VIC）模型构建大清河流域水文要素数据库，并结合大清河实测径流，使用Nash-Sutcliffe效率系数(NS)及相对偏差(BIAS)对VIC模型的径流模拟效果进行评估。结果表明：在时间尺度上，验证期月尺度NS为0.81,BIAS约为-6%；在空间尺度上，大清河流域所有栅格水量平衡相对误差均未超过9.33%，表明VIC模型在大清河径流模拟中表现良好，符合预期。基于验证后的大清河水文要素数据库，提取降水量P、蒸散发量E、地表径流量R和地下基流量B 4个关键水文要素，对其空间分布进行可视化处理，并采用Mann-Kendall变化趋势检验方法分析其历史变化趋势。结果显示：降水量与地下基流量未表现出明显变化趋势，蒸散发量在约26.7%的栅格上呈现显著增加趋势，而地表径流量在约13.7%的栅格上呈现显著下降趋势，这二者在空间分布上较为一致。

  2025年10期 v.58;No.343 1541-1548页 [查看摘要][在线阅读][下载 1484K]
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• 基于正交设计消力池内双层悬栅层距布置优化

  牧振伟;周凯;赵乾;周镇;张红红;

  研究悬栅层距的变距特性研究有助于提升双层悬栅的使用效率。采用正交试验的方法，设计28组试验工况，将悬栅层距依次划分为D_1～D_8，并运用数值模拟及投影寻踪回归（projection pursuit regression, PPR）的方法进行分析。结果表明：消力池中双层悬栅层距的改变对池内水位差（最高水位与最低水位差值）影响较大，而对消能率的影响较小；双层悬栅D_1～D_8的最优布置参数分别为0.81H、0.27H、0.54H、0.81H、0.27H、0.54H、0.81H、0.27H(H为尾坎高度)，相较于传统消力池，池内水位差变化率提升90.45%，消能率变化率提高2.84%；首根悬栅层距布置对水位差的影响最为显著，在0.27H～0.81H范围内，随着首根悬栅层距增大，消力池内最高与最低水位差值减小，且该差值与稳水效果呈正相关。研究结果可为同类悬栅层距布置提供理论依据。

  2025年10期 v.58;No.343 1549-1557页 [查看摘要][在线阅读][下载 1716K]
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电气工程

• 基于关键特征量和CNN的特高压直流换流站暂态过电压快速预测方法

  彭勃;张军;刘宇翔;龚庆武;孙辉;刘孝辉;

  暂态过电压是制约特高压直流传输功率的关键因素，对暂态过电压进行预测并提前采取相应的调控策略有利于提升特高压直流传输功率，故提出一种基于关键特征量和卷积神经网络（convolution neural networks,CNN）算法的特高压直流换流站暂态过电压快速预测方法。首先建立反映换流站交流母线暂态过电压的详细模型，并分析影响换流站暂态压升水平的状态量，找出关键的特征量并构建特征集；然后将特征集输入CNN中进行有监督学习；最后将训练所得到的模型应用于预测换流站暂态过电压。PSASP仿真结果表明，该方法错误率低至2.68%、精确率高达99.42%且预测时间短，能够在直流传输功率实时变化的情况下快速准确地预测出换流站暂态过电压范围，有利于提升特高压直流传输功率。

  2025年10期 v.58;No.343 1558-1568页 [查看摘要][在线阅读][下载 1312K]
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• 基于知识图谱和优化贪婪算法的计及DG的配电网停电分析

  林军;高泽璞;赵一帆;宋佳磊;郭鸿健;张莲梅;

  随着配电网的规模不断扩大，多种能源的并网运行和能源质量的参差不齐使得配电网结构变得复杂且脆弱，增加了突发停电的可能性，因此进行配电网停电分析以增加配电网的供电可靠性是极其必要的。首先采用知识图谱技术分析配电网中实体的拓扑连接关系。其次，阐述配电网中停电事件的类型，提出评价停电事件影响的评价指标。最后，类比背包问题，构建计及分布式电源（distributed generators, DG)的配电网停电模型，提出一种用于解决计及DG的配电网停电分析的优化贪婪算法。通过PG&E69仿真算例，并与其他拓扑结构分析结果相比较，验证了基于知识图谱分析实体的拓扑连接关系和优化贪婪算法在计及DG的停电分析中具有更好的实时性和实用性。

  2025年10期 v.58;No.343 1569-1578页 [查看摘要][在线阅读][下载 1375K]
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• 高压设备测温传感节点电磁感应取电自供能系统研究

  翁利国;徐法甄;朱永茂;陈红极;

  为了解决目前各种高压电气设备测温传感器中存在的电池供电不能长时间工作、电流互感器取能直接供电功率不能满足监测设备的工作死区、高压电容降压可靠性差等供电电源技术方案的问题，采用新型技术方案组合实现测温，设计了基于感应取能技术、能量平抑技术、近场通信技术的高压设备测温传感节点电磁感应取电自供能系统。搭建仿真和实验平台，对设计方案进行了优化与测试。测试结果显示，所提出的高压设备测温传感节点电磁感应取电自供能系统方案具有可行性，能够在测量设备温度的同时，实现测温系统的自供能。

  2025年10期 v.58;No.343 1579-1587页 [查看摘要][在线阅读][下载 1532K]
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土木建筑工程

• 弹性阶段钢筋的应力—磁导率本构模型研究

  江胜华;何峻峰;孙伟贺;侯建国;

  针对钢筋应力与磁导率的理论模型仍不完善、钢筋应力的磁场测试试验中存在难以分离的环境干扰磁场、钢筋磁信号随应力的变化规律中反转现象仍不明确的现状，推导了弹性阶段钢筋应力与磁导率的本构模型，采用有限元计算了弹性阶段钢筋的磁场梯度与应力的变化规律，并研制了无磁试验系统，通过试验对推导的应力与磁导率的本构模型及有限元计算进行了比较验证。结果表明：当0≤σ≤175.9 MPa（应力反转点）时，钢筋的相对磁导率及磁场梯度随着应力的增加而增加；当175.9 MPa≤σ≤584.3 MPa（屈服强度）时，钢筋的相对磁导率及磁场梯度随着应力的增加而减小；当σ=175.9 MPa时，钢筋的相对磁导率及磁场梯度均达到最大值。由钢筋磁场梯度绝对值的平均值随应力的变化曲线可知，试验实测值与有限元计算值的误差的平均值、标准差分别为7.08%、6.21%。试验值与有限元计算值基本一致，可为钢筋应力的磁场监测提供参考。

  2025年10期 v.58;No.343 1588-1595页 [查看摘要][在线阅读][下载 1362K]
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• 带齿土工格栅拉拔模型试验与极限拉拔力研究

  方薇;刘恬;王骄;王亮亮;周鹏;

  为研究带齿格栅的抗拔特性，将合金角铝与双向拉伸塑料土工格栅联结制成带齿土工格栅，并开展了不同齿筋高度和法向荷载条件下的室内拉拔模型试验，分析了绕流滑动模型、Perterson&Anderson模型、Matsui模型、Jewell模型、Chai模型和Rankine被动土压力模型在计算带齿格栅极限拉拔力时的适用性。结果表明：在相同的试验条件下，带齿格栅的拉拔力高于普通土工格栅，相比常见的平面筋材，立体筋材能提供额外的约束作用，从而获得更好的加筋效果；当齿筋高度一致时拉拔力峰值随法向应力增大而显著增加，当法向应力相同时拉拔力峰值随齿筋高度的增加有所提升。算例表明，在6种理论模型中Rankine被动土压力模型计算更便捷且计算结果与试验结果最为接近，具有良好的应用潜力。

  2025年10期 v.58;No.343 1596-1604页 [查看摘要][在线阅读][下载 1422K]
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• 考虑材料非线性的RC剪力墙拟静力拓扑优化

  张鹄志;罗鹏;许云鹏;马哲霖;

  为提高钢筋混凝土剪力墙抗震设计的耗能能力，提出了一种结合拟静力拓扑优化和拉压杆模型的设计方法。以结构拥有最大耗能能力为优化目标，结合钢筋混凝土的材料非线性特性，根据删除单元引起的结构累计塑性应变能变化量建立优化灵敏度，可直观演化出呈现为类杆系结构的最优拓扑结构，这是一种较理想的耗能结构，其单元主要分布在两侧区域。参考该拓扑结构构建拉压杆模型，根据模型的力学分析结果指导墙体配筋设计。对比仿真结果表明：根据该方法设计的墙体较传统方法设计的墙体承载能力有提升，耗能能力和延性更强。

  2025年10期 v.58;No.343 1605-1611页 [查看摘要][在线阅读][下载 1410K]
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• 基于拟蒙特卡洛法的隧道超欠挖体积精确计算研究

  解玄;张晓平;唐少辉;裴玉良;李德宏;赵桐远;刘银;李玉生;

  为准确获取隧道开挖轮廓点云模型，提高隧道超欠挖体积的测量精度和效率，对三维激光扫描技术和近景摄影测量技术在获取隧道点云方面的适用性进行了分析，并提出精确计算隧道超欠挖体积的采样法。该方法通过采用低差异序列生成采样点，依据采样点比例计算超欠挖体积，具有更高的精度和鲁棒性。依托西山营隧道开展超欠挖体积分析后发现：使用三维激光扫描技术获取隧道点云无需依赖参照物和外部光源，点云数据采集效率和质量更高；相较于四面体剖分法和体元累加法，采样法的计算效率仅略低于四面体剖分法，但计算精度大幅提高；在隧道超欠挖体积计算过程中，采样法的平均偏差为-0.35 m~3，方差为0.19，可以较好地满足工程现场的实际需求。

  2025年10期 v.58;No.343 1612-1621页 [查看摘要][在线阅读][下载 1421K]
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动力与机械工程

• 基于可靠度的输电塔结构状态评估研究

  陈晨;张亮;殷毅;翟向东;吴雨桐;白俊峰;

  基于ANSYS软件建立有限元模型，分析不同工况组合下杆塔的受力情况。基于现有研究资料确定输电塔基本随机变量及其统计参数，分析将风荷载转化为等效静力风荷载后，风振系数概率分布模型的定义及相应的设计基准期内等效静风荷载概率分布模型的表达式。采用立方体正态分布的4阶矩可靠指标简化算法计算输电塔整体可靠度和结构构件可靠度指标，并对输电塔运行状态进行研究与评估，为进一步研究基于数字孪生技术的输电塔运行状态评估提供支撑。

  2025年10期 v.58;No.343 1622-1628页 [查看摘要][在线阅读][下载 1084K]
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• 基于改进卡尔曼滤波器-Mahony解算算法的绝缘斗臂车精准定位研究

  罗颜;杨松;邹江华;刘建;张大君;谭进;

  传统不停电作业通过人工交流等方式实现绝缘斗臂车的定位，该方式定位误差大、定位效率低。因此，提出了一种更加精确的定位方式，在传统运动模型的基础上，设计相应的状态及观测方程，基于布谷鸟算法对卡尔曼滤波器的初始参数进行优化，并通过改进后的卡尔曼滤波器-Mahony解算算法实现绝缘斗臂车的精确定位。另外，通过对负荷率进行计算，优化了绝缘斗臂车的进入路径，进一步保证了作业过程的安全高效。对所提算法进行现场实验验证，结果表明，优化后的卡尔曼滤波器-Mahony算法在定位精度方面取得了显著提升。研究成果对实现绝缘斗臂车的精准定位具有理论和实践意义。

  2025年10期 v.58;No.343 1629-1636页 [查看摘要][在线阅读][下载 1200K]
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信息技术

• 基于线化点的眼角膜基底神经丛图像配准

  高吉英;王芳;乔雯;于花;

  针对活体共聚焦显微镜（in vivo confocal microscope,IVCM）拍摄的眼角膜基底下神经丛图像存在视野小、亮度不均匀以及边缘神经纹理弱的问题，提出一种基于线化点特征提取的图像配准方法。该方法首先使用直线段检测（line segment detector,LSD）算法提取基底下神经特征；随后，将提取到的直线转化为点，以此作为图像精确且有效的特征点，并使用尺度不变特征变换（scale invariant feature transform,SIFT）描述子对这些特征点进行描述；然后，利用特征点之间的欧氏距离进行粗匹配；最后，使用随机一致采样（random sample consensus,RANSAC）算法进一步提高匹配的正确率，从而完成图像配准。实验结果表明：相较于传统图像配准算法，该方法在特征点提取效果上更加均匀、准确，在特征点利用率与图像正确匹配率方面也均有提升。

  2025年10期 v.58;No.343 1637-1643页 [查看摘要][在线阅读][下载 1270K]
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• 一种伪固定开关频率的AOT控制器

  李浩;唐威;宋安安;刘志琴;

  恒定导通时间(constant on-time,COT)架构的Buck型DC-DC(direct current to direct current)变换器在重载条件下随负载变化会产生频率扰动，进而会对后级系统产生电磁干扰。为此，设计了一款具有伪固定开关频率的自适应导通时间(adaptive on-time,AOT)控制器。该控制器采用预测校正技术对SW节点的虚拟电感电流进行采样，并将采样信息与芯片输入信息的比较结果提供给系统环路，以此实现对导通时间的自适应调整。通过这种方式，该控制器能够校正开关频率的变化，并改善重载下的效率。芯片采用0.18μm 30 V BCD工艺。在输入电压为12V、输出电压为3.3 V的条件下，当负载电流在1.0～3.0 A的全范围内变化时，开关频率变化率不高于3.09%，开关频率随负载的变化率不高于7.73 kHz/A。这表明该控制器可实现开关频率的稳定，改善因频率扰动带来的电磁干扰问题。同时，系统的最高转换效率可达97%。

  2025年10期 v.58;No.343 1644-1653页 [查看摘要][在线阅读][下载 1906K]
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• 基于遗传算法的自动驾驶一体化规划控制方法

  王猛;陈珏璇;张红娟;吕雪;苏晓聪;

  针对传统自动驾驶分层式规划控制策略存在运动质量降低的问题，提出一种基于遗传算法的一体化规划控制方法。通过分析车辆运动特性建立车辆运动轨迹预测模型，基于人工势场理论设计运动轨迹评价函数，构建了一体化规划控制系统最优化问题的数学模型。利用遗传算法求解复杂非线性问题的特性，提出基于迭代重构遗传算法的优化求解算法，对初始控制序列进行迭代优化，以提高全局搜索的快速性。此外，在Matlab环境下搭建一体化规划控制仿真模型，分别模拟了避障场景和变道超车场景下的自动驾驶过程。仿真结果验证了一体化规划控制策略的可行性及其对不同车速条件的适应性。

  2025年10期 v.58;No.343 1654-1662页 [查看摘要][在线阅读][下载 1512K]
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• 基于倾斜摄影测量的U形钢板桩点云数据自动提取算法研究

  王怀义;寇昭;王夏扬;解玄;张晓平;唐少辉;游少强;

  倾斜摄影测量为钢板桩变形的数字化、可视化精确监测提供了先进的方法，但存在U形钢板桩点云提取方法自动化水平低、制约变形监测效率的问题。针对倾斜摄影测量中钢板桩点云难以自动提取的问题，根据尺寸先验知识提出了一种U形钢板桩点云数据自动提取算法。首先，通过HSV(hue saturation value)颜色信息、法线夹角和半径滤波器去除场景点云噪声；其次，基于直通滤波算法结合钢板桩宽度和厚度信息提取腹板点云；然后，求解腹板点云切片的最大和最小值的算术平均值作为分层中心表征钢板桩位置信息；最后，通过试验验证了所提算法的性能。研究结果表明：所提算法的腹板点云提取平均召回率为92.65%、平均精确率为88.87%、平均F_1分数为0.91；钢板桩分层中心位移计算误差在0.001 mm以内，且当钢板桩点云数量减少60%时，位移计算偏差仅增加14%，说明所提算法具有良好的精度和鲁棒性。研究成果可为钢板桩变形状态的分层量化分析提供技术支撑。

  2025年10期 v.58;No.343 1663-1671页 [查看摘要][在线阅读][下载 1388K]
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• 自适应惯性滤波PID运动控制与追踪系统

  杨光义;李昌;张逸冰;袁志翔;

  设计了一套自适应惯性滤波PID(proportional-integral-derivative）运动控制与追踪系统，该系统由数据采集、核心控制和动作执行3个单元组成，实现了运动精确控制与目标快速追踪的功能。针对传统PID控制算法在复杂应用场景下的局限性，提出了一种自适应惯性滤波PID控制算法，通过引入死区控制、动态调整积分系数与惯性滤波策略，有效解决了舵机精度限制、大偏差状态与稳定状态差异以及快速响应之间的矛盾。实验结果表明，系统在不同光照环境下均能实现高精度运动控制和快速目标追踪，反映了系统设计的有效性和控制算法的优越性。

  2025年10期 v.58;No.343 1672-1680页 [查看摘要][在线阅读][下载 1749K]
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