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基于COA-BP-Wiener的锂离子电池剩余使用寿命预测方法研究
谭应锋;赵俊;陈敏全;邱一丹;刘志岗;徐先峰;【目的】为提升锂离子电池剩余使用寿命(Remaining Useful Life， RUL)预测的精度与泛化能力，【方法】本研究提出了一种融合小龙虾优化算法(Crayfish Optimization Algorithm， COA)-误差反向传播(Back Propagation， BP)神经网络与Wiener过程的两阶段预测方法。该方法首先选取恒流充电时间作为健康因子，利用COA优化BP神经网络初始参数以追踪健康因子老化轨迹，进而引入Wiener过程建立随机退化模型，通过计算漂移系数和扩散系数实现RUL的预测。【结果】基于磷酸铁锂L1电池的循环老化数据验证表明，所提COA-BP-Wiener模型的预测误差显著降低，其均方根误差(Root Mean Square Error， RMSE)为13.9975，平均绝对误差(Mean Absolute Error， MAE)为11.7289，决定系数(Coefficient of Determination， R2)高达0.9948。与DBO-BP-Wiener、LSTM-Wiener及BP神经网络模型相比，RMSE分别降低7.10%、31.34%和63.60%，MAE分别降低7.55%、42.47%和67.52%。在公开数据集(同济大学NCA1电池)上的进一步验证显示，该模型在不同电池体系与实验条件下仍保持较好性能，RMSE为7.2345，MAE为5.6781，R为0.9949。【结论】综上，COA-BP-Wiener模型能够有效刻画电池老化过程中的非线性与随机性，在保证高预测精度的同时具备良好的鲁棒性与跨数据适用性，为锂离子电池RUL的可靠预测提供了有效方法。
人为气候变化对珠江流域河川径流的影响
唐文浩;周建;黄金龙;左峥;姜彤;苏布达;【目的】全球变暖正在加速陆地水循环，其中人为强迫起主导作用。从观测到的气候变化中剥离与人为变暖相关的长期趋势，有助于区分自然变率与人为气候变化对径流的相对贡献，为珠江流域水资源调控与风险防范提供科学参考。【方法】本研究融合1961—2023年台站观测与1901—2019年GSWP3-W5E5资料构建1901—2023年逐日气象序列，以全球平均地表温度（GMT）为协变量对气候要素去趋势，得到保留自然变率的去趋势序列，并与观测序列分别驱动SWAT+水文模型，量化人为气候变化对珠江流域年、月及日尺度径流的影响。【结果】（1）1901—2023年珠江流域显著增温（0.05℃/10a），1980年后加快至约0.27℃/10a，主要由人为气候变化导致。年降水长期微弱上升，主要由自然气候变化主导，人为气候变化仅在一定程度上削弱了降水的增加趋势。（2）1901—2023年西江年径流长期减少，人为气候变化对减少趋势的贡献约96%；北江年径流长期增加，人为气候变化对增加趋势的贡献约60%；东江年径流变化幅度较小，人为气候变化影响较弱。（3）西江径流减少趋势主要出现在6—9月，其中8—9月最显著，人为贡献分别约72%与约100%；北江径流增加趋势主要集中在5—7月，6月人为贡献最高（约92%）；东江月径流变化趋势年内差异大，6月增加趋势与8月减少趋势受人为气候变化影响较大（人为贡献分别约50%与86%）。（4）日尺度极值上，三大子流域枯水极值流量（Q90）整体抬升；西江丰水极值（Q10）显著下降，人为贡献约49%；北江Q10上升，人为贡献约48%，且Q90上升中人为贡献约59%；东江极值变化幅度较小，人为气候变化削弱了Q10上升趋势并对Q90上升贡献约42%。【结论】人为气候变化是珠江流域径流长期演变的重要驱动因子，但其影响具有显著流域差异，西江径流总体减少且夏末至秋季径流减少突出、丰水极值减弱，干旱风险上升；北江径流总体增加且丰水极值抬升，洪涝风险上升；东江径流整体变化较小但年内季节差异明显，夏末至秋季偏干，局地干旱风险增加，未来应因地制宜，加强水资源调控与防灾减灾措施。
新疆生态干旱时空演变特征及其对植被水分利用效率的影响
宋志林;穆振侠;朱晓钰;王腾;陈龙瑶;【目的】明确植被水分利用效率（WUE）对生态干旱的响应，对干旱区生态系统保护具有重要意义。【方法】以新疆为研究区，基于2000—2022年遥感数据，引入标准化叶绿素荧光指数（SSIF）和土壤湿度，对构建的温度植被干旱指数（TVDI）与植被健康指数（VHI）适用性筛选的基础上，结合WUE，揭示了生态干旱变化规律及WUE对生态干旱的时滞与累积响应机制。【结果】结果表明：（1）TVDI指数在气候分异的新疆对生态干旱的监测更具有优越性，近23a新疆生态干旱呈“南高北低”格局且整体呈缓解态势。（2）WUE整体呈下降趋势，其分布与海拔有关；89.38%的区域生态干旱与WUE呈正相关。（3）生态干旱对WUE的平均滞后与累积时间分别为4.26个月和4.51个月，耕地响应最敏感、林地最迟缓。【结论】本研究揭示了新疆生态干旱与植被水分利用效率的时空演变规律及响应机制，明确了不同植被类型对干旱响应的差异，可为干旱区生态安全屏障建设、水资源优化配置及生态风险管理提供科学依据。
岩溶地下河悬浮物与氮磷耦合迁移研究进展
罗明明;谢蕊;顾昊晨;李昊阳;吴华英;【目的】我国南方岩溶区广泛发育的岩溶洼地在降雨事件下通过落水洞形成集中灌入式补给，可在短时间内向岩溶地下河输入大量悬浮物及氮磷等面源污染物，从而引发显著的水质脉冲响应并增加地下水安全与生态风险。阐明集中补给驱动下多组分污染物的耦合迁移与转化机制，是岩溶地下水污染防控与水资源保护的关键科学问题。【方法】围绕“集中补给-水动力条件-悬浮物传输-氮磷迁移转化”的主线，系统综述了岩溶地下河水文动态特征及其水动力控制机制、悬浮物的来源与传输规律、以及氮磷在溶解态与颗粒吸附态之间的迁移转化过程及其影响机制的研究进展。【结果】现有研究表明，岩溶含水系统补给方式呈现多元化，水动力条件受补给状态调控并呈现显著时空异质性；水化学同位素与人工示踪等技术为识别产汇流过程和表征溶质运移过程提供了重要方法；悬浮物既可来源于坡面侵蚀等外源输入，也可由管道沉积物再悬浮产生，其通量受流速、紊流强度及管道发育等因素控制，并通过吸附-解吸、沉降-再悬浮及微生物附着等过程影响氮磷的形态分配与输出通量。【结论】当前研究仍面临管道-裂隙双重介质与非稳定流条件下多相耦合机制表征不足、多污染物竞争吸附及颗粒态二次释放过程认识不充分、以及氮磷循环与悬浮物迁移耦合的系统观测与模型验证缺乏等问题。未来研究需在降雨事件尺度上加强入口-管道-出口多点协同监测与示踪试验，结合高分辨率观测与耦合模拟，聚焦降雨驱动下多组分相互作用过程，进一步揭示悬浮物与氮磷的耦合迁移转化机制及其环境效应。
淮河流域气象-水文复合干旱的空间格局及其时间变化特征分析
冯重骁;安雪华;孙善磊;【目的】淮河流域气象干旱和水文干旱频发，其风险与影响日趋严重。考虑到气象-水文复合干旱一般较气象干旱和水文干旱对自然及社会经济系统造成更严重的影响，因此，探究淮河流域气象-水文复合干旱空间格局及其时间变化特征，对科学评估其潜在灾害影响具有重要科学意义。【方法】基于气象干旱指数SPEI（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index）、水文干旱指数SRI（Standardized Runoff Index），结合皮尔逊相关系数、游程理论及时间匹配原则，确定了淮河流域1个月时间尺度的SRI（SRI-1）对SPEI的滞后时间，系统分析了1961—2018年气象-水文复合干旱的空间格局及其后期（1991—2018年）较前期（1961—1990年）的时空变化特征。【结果】结果显示：（1）全流域、上游、中游、下游和沂沭泗流域的SRI-1分别滞后于SPEI 5个月、2个月、3个月、3个月和6个月；空间上，绝大部分地区的SRI-1对SPEI的滞后时间在2个月以上，局部地区甚至超过了10个月。（2）1961—2018年间，全流域气象-水文复合干旱的转换率、年发生频次、平均历时、平均强度和平均烈度分别为0.70、0.39 events/a、4.76 months/event、0.86 /event和4.22 /event。其中，沂沭泗流域的转换率（0.70）、平均历时（5.52 months/event）和平均烈度（5.10 /event）最大；上游年发生频次（0.45 events/a）最高；而下游平均强度（0.92 /event）最强。空间分布上，流域南部及沂沭泗流域西部的转换率最大，南部年发生频次最高；沂沭泗流域西部和东南部平均历时最长且平均强度最强；而中游南部平均烈度最大。（3）与前期相比，后期全流域及沂沭泗流域气象-水文复合干旱减弱，而上游总体增强；空间上，各特征指标分布格局发生了变化，一半以上地区的转换率、年发生频次、平均历时、平均强度与平均烈度有所减小。【结论】本研究从气象-水文复合干旱的视角，深化了对淮河流域干旱时空演变规律的认识，可为流域干旱应对、水资源优化配置及防灾减灾提供科学依据。
耦合槽蓄水增量阈值与变幅调控的宁蒙河段凌汛期发电优化调度模型
何永正;彭慧春;李继清;【目的】黄河宁蒙河段凌汛期防凌安全与发电效益之间的矛盾突出，既有调度模型缺乏对槽蓄水增量过程波动幅度的量化管控，且未将多项防凌指标系统性地纳入同一优化框架。为协调防凌与发电需求，提出一种“总量控制、过程平稳、动力削减”三维协同的凌汛期发电优化调度模型。【方法】以刘家峡水库至三湖河口断面河段为研究对象，首次提出槽蓄水增量日际变幅约束，与槽蓄水增量阈值约束、开河期压减流量约束共同构成三道核心防凌约束，分别从总量、过程和动力三个维度协同控制河道冰水情势；构建以发电量最大为目标、以防凌指标为强制约束的日尺度优化调度模型，采用动态规划算法求解；以2010—2022年水文序列进行验证，并对四个关键参数开展敏感性分析。【结果】结果显示：优化方案在12a中有11a实现发电量增加，平均提升约3.54%，槽蓄水增量标准差平均降低16.95%；在低风险年份，发电量提升幅度分别达6.40%和7.06%；在2013—2014年特大凌灾年份，通过压减出力3.05%，换取槽蓄水增量19.25%的降幅，使其由严重超限回落至安全阈值附近；敏感性分析表明，槽蓄水增量变幅阈值收紧20%，高风险年标准差可降低约6.5%，模型在各参数合理取值范围内均能维持防凌与发电的有效平衡。【结论】结果表明：首次提出的槽蓄水增量变幅约束从冰盖力学稳定性出发，量化管控河道蓄量过程的波动幅度，填补了该领域过程管控的空白；三维协同调控思路，将防凌约束从定性经验转化为定量数学表达，实现了防凌安全与发电效益的协同优化，为宁蒙河段的防凌和上游水库的发电调度提供了新方法。
水工隧洞环境下基于视觉增强-惯性SLAM的ROV水下定位技术研究
王小波;殷浤益;万刚;叶德震;董亮;【目的】随着我国引调水工程数量的逐渐增多，构建高效率的智慧巡检体系对引调水工程的长期安全运维具有重要意义。水工隧洞内的精确定位是ROV实现自主化巡检的关键和难题，而现有ROV水下定位方法主要面向海洋环境，常规定位方法在水工隧洞内难以发挥作用。【方法】提出一种基于视觉增强-惯性SLAM的水下定位技术。针对隧洞图像特征区域受限且特征模糊等问题，构建了基于DE-MFET的水下图像增强网络，融合深度信息和多尺度特征强化模块增强图像重要区域特征的通道响应，突出水下图像边缘局部细节特征，提高SLAM关键帧之间的特征匹配数量和效率；针对水工隧洞内特征弱及特征一致性强等导致视觉里程计易失效的问题，将增强的视觉里程计与惯性导航数据进行融合，进一步校正ROV瞬时位姿，提高ROV在水工隧洞中的定位精度。【结果】通过自制的水工隧洞数据集、LSUI和UIEB公开水下数据集验证提出的图像增强方法使水下图像质量显著提高，在UCIQE、UIQM评分值和ORB特征匹配数量方面均优于其他图像增强方法。并在湖北省鄂北水资源配置工程中进行ROV水下定位试验，结果表明视觉增强-惯性SLAM定位方法有效提升了ROV在水工隧洞内的定位精度。【结论】该定位方法在水工隧洞环境下具有一定的优越性和鲁棒性，为引调水工程智慧巡检方案提供重要研究基础。
基于双层分解-预测-重构-残差校正的径流中长期组合预报模型
李继清;程展鸿;蔡博文;邓心怡;【目的】气候变化与人类活动共同作用下，径流序列呈现显著的非平稳性和多尺度波动特征，中长期径流预报的难度增加。为提高单一模型在复杂径流条件下的预报精度，【方法】提出一种“双层分解-预测-重构-残差校正”的一体化组合预报模型：首先采用极点对称模态分解（ESMD）将径流序列分解为多尺度振荡分量和趋势余项，并对高频波动分量应用变分模态分解（VMD）进行细化解耦；然后利用遗传算法（GA）优化回声状态网络（ESN），对各分量分别建模并加和重构获得初始预报值；最后构建基于残差的自回归（AR）误差校正模型，利用残差序列的时序相关性预测修正项并叠加至重构结果完成后验校正，将该ESMD-VMD-GA-ESN-AR组合模型应用于黄河上游四个水文站的年、月径流预报。【结果】结果表明，四站年、月径流预报的纳什效率系数均超过0.9，与其他十三种对比模型相比，有效提升了预报合格率，大幅度降低了均方根误差、平均绝对误差与平均相对误差，整体预报效果更好。【结论】构建的组合预报模型能够有效捕捉径流的复杂波动特征，为非平稳径流序列的中长期精细化预报提供了一种可推广的技术路径。
非离子表面活性剂强化MICP技术在钙质砂加固中的应用效能
胡安龙;俱永升;魏勇;尚志鹏;肖瑶;朱文羲;【目的】微生物诱导碳酸盐沉积（MICP）技术在砂土加固中具有良好应用前景，但其工程应用仍受碳酸钙沉积效率偏低的制约。为提高MICP反应效率和砂土加固效果，提出一种基于非离子表面活性剂Tween-80调控微生物细胞膜通透性的强化方法。【方法】以钙质砂为研究对象，将Tween-80引入MICP体系，通过可行性试验、单因素试验和响应面试验，分析Tween-80掺量、处理时间、处理温度及菌胶比对碳酸钙生成量的影响，并在最优条件下开展钙质砂加固试验，结合脲酶活性、无侧限抗压强度及扫描电镜结果分析其作用效果。【结果】结果表明：Tween-80处理后，碳酸钙生成量较对照组提高15.26%～28.47%；响应面优化得到最优条件为Tween-80掺量4.75%、处理时间5.14 h、处理温度32.25 ℃、菌胶比1∶2.34，在此条件下碳酸钙生成量较对照组提高24.34%，脲酶活性提高16.01%。钙质砂加固试验表明，处理组碳酸钙含量和无侧限抗压强度分别提高21.04%和19.36%。【结论】Tween-80可通过提高细胞膜通透性促进脲酶参与反应，增强尿素水解和碳酸钙沉积，从而提升MICP改良砂土效果，为MICP工程应用优化提供了新思路。
基于机器人和图像识别的长距离输水隧洞的自动巡检系统研究及应用
黄跃群;李金友;袁祯;刘耀儒;蒋买勇;谢穆武;周柏林;陈理;【目的】针对长距离水工隧洞人工检测效率低、风险高等问题，研发一套集“自主巡检机器人+深度学习裂缝识别与量化”于一体的水工隧洞智能巡检系统，以实现隧洞病害的精准、高效检测。【方法】该系统通过多传感器融合（机器人集成了激光SLAM、深度视觉、码盘与IMU），以实现在复杂隧洞环境中的自主避障与路径规划，结合RFID无源标签辅助定位与校正，确保机器人移动精度控制在±2 cm。机身搭载智能补光系统与环形拍摄装置，可适应低照度与狭窄空间下的图像采集需求。通过对行走速度（0.6～1.0 m/s）、曝光时间（1.5～4 ms）及相机增益（3～9 dB）等关键参数进行多轮测试与优化，实现对洞壁高清图像的垂直稳定采集。采集图像输入基于改进U-Net的裂缝识别模型CrackARNet，该模型引入残差连接与通道注意力机制，在公开裂缝数据集上优于U-Net、TernausNet与Mask R-CNN等主流模型（IoU提升约4%）。系统可自动输出裂缝预测掩膜、可视化结果，并提取裂缝长度、宽度等形态参数。【结果】试验表明，该系统单次任务检测效率较传统人工方式提升约3倍；CNN算法可识别的最小裂缝宽度为2像素，测量精度达毫米级。【结论】该系统通过多传感器融合与AI算法协同，为长距离水工隧洞的精准导航、高效成像与智能诊断提供了可行的一体化解决方案，具有显著工程应用价值。