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  • 公共安全
    张佳庆, 孙韬, 蒋弘瑞, 段君瑞, 缪煦扬, 纪杰
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(5): 911-921. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.27.007
    摘要 (546) PDF全文 (170) HTML (9)   可视化   收藏    CSCD(8)
    跨越林区的高压输电线路建设存在诱发森林火灾的风险, 因此必须重视高压输电线路的巡检工作。目前, 以防范林区火灾风险为目的开展的无人机巡检路径规划的相关研究较少, 且已有研究未针对电网系统的运维安全, 也未考虑各火灾风险因素间的相互影响。因此, 该文提出一种基于网络分析法(analytic network process, ANP)和遗传算法(genetic algorithm, GA)的森林电网无人机巡检路径规划方法。首先结合历史数据和实地调研, 识别出影响森林火灾风险的典型因素, 并对所在线路及周边林区开展火灾风险评估, 划分出高火险区域; 再将这些高火险区域设置为巡检节点, 基于GA规划出最短的无人机巡检路径。此外, 提出一种基于最大偏转角约束的路径优化方法, 对路径中不满足最大偏转角约束的节点进行了优化。该文以中国安徽省某重要输电通道线路3542#-3547#为应用对象, 评估得出了线路周边存在10处高火险区域, 规划出长度为5 391.72 m的无人机巡检路径, 再利用最大偏转角约束的方法进行路径优化, 优化后的路径总长为5 401.36 m, 仅比原路径增长了0.179 %。该文提出的无人机巡检路径规划方法以火灾风险评估为基础, 兼顾了各林火风险因素间的相互影响, 可以为后续林区高压输电线路的无人机巡检路径规划相关研究提供参考。
  • 计算机科学与技术
    王昀, 胡珉, 塔娜, 孙海涛, 郭毅峰, 周武爱, 郭昱, 张皖哲, 冯建华
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(4): 649-658. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.042
    摘要 (2165) PDF全文 (881) HTML (30)   可视化   收藏    CSCD(7)
    大语言模型是自然语言处理的核心研究内容之一, 已广泛应用于包括政务在内的诸多领域。 首先, 介绍了统计语言模型、 神经网络语言模型等早期语言模型的研究进展; 其次, 重点综述了大语言模型研究进展; 最后, 介绍了大语言模型在政务领域的应用情况, 包括政务文本分类、 政务问答、政务命名实体识别、 舆情风险识别和政务关系抽取, 并提出政务大语言模型研究需要解决的问题, 即数据多模态化、 正确面对 “模型即服务” 趋势、 注重数据高安全性、 明确责任边界。 此外, 还提出了政务大语言模型研究的技术路径。 大语言模型正处于蓬勃发展的阶段, 随着中国推动人工智能技术研究及其在政务领域的应用, 大语言模型将在政务领域发挥更大作用。
  • 专题:大数据分析
    李明珠, 田荣荣, 李然, 张菁, 王淑娟, 刘嘉, 徐立珍, 李彦, 赵永敢
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(10): 1759-1770. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.21.020
    摘要 (945) PDF全文 (897) HTML (14)   可视化   收藏    审稿意见 CSCD(7)
    基于incoPat专利数据库对2003—2022年利用脱硫石膏改良剂治理盐碱地技术领域的520件专利进行计量学统计。结果表明: 利用脱硫石膏改良剂治理盐碱地的专利年申请量呈先上升后下降的趋势, 高峰时(2016年)年申请量为115件。高校和科研院所的专利授权数量高于企业, 但高校与企业联合授权的专利数量占总数的15.6%。共有37件专利获得转化且其中有7件发生质押, 占授权总数的33.3%, 均为高校转让给企业、 企业质押融资。70%以上专利的配方都由3种或以上的物料组成, 主要成分包括有机物料、 无机矿物、 微生物菌剂和养分补充剂等。与不施用或施用其他类型改良剂的土壤相比, 施用脱硫石膏改良剂的功效主要是降低土壤pH值、 碱化度及减少对作物生长有害的盐分离子, 提高土壤Ca2+、 SO42-、 全量和速效氮磷含量, 从而改良了盐碱地。整体而言, 脱硫石膏改良剂研发日趋成熟, 部分创新成果已经转化为现实生产力, 相关专利的价值也日益凸显。
  • 土木工程
    赵环帅, 潘永泰, 余超, 乔鑫, 曹行健, 牛学超
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(12): 2155-2165. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.22.029
    摘要 (478) PDF全文 (114) HTML (2)   可视化   收藏    CSCD(6)
    在岩石破碎过程中,外部加载方式是影响岩石力学特性与破裂行为的重要因素。振动、冲击是最常用的两种加载方式,但目前研究主要集中于单一加载方式,关于振动载荷对岩石在冲击过程中破裂特征的影响研究较少。该文结合室内试验与细观参数标定,建立青砂岩宏-细观力学响应关系,对比分析了冲击、振动冲击复合加载下的裂纹扩展及能量利用效率。研究结果表明:在相同冲击速度作用下,增加振动频率或振幅,青砂岩裂纹数量与能量利用效率的增幅总体上均呈现出增大趋势。两种加载方式下,随着冲击速度的增大,青砂岩裂纹最大数量均呈接近直线形增长,拉伸裂纹的数量居多,裂纹的分布均呈X状共轭斜面特征,但振动冲击复合加载下裂纹增长速度相对较大;建立了振动载荷下裂纹增加的数量与冲击速度的定量关系。振动载荷对最大能量利用效率的增幅呈现出先快速增加后减小的趋势,最大增幅为0.725%。该研究初步探索了振动载荷对青砂岩冲击裂纹扩展及能量利用效率的影响,可为岩石破碎工艺参数的合理选择提供参考。
  • 公共安全科学与技术
    侯本伟, 游丹, 范世杰, 许成顺, 钟紫蓝
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(3): 509-520. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.058
    摘要 (483) PDF全文 (126) HTML (5)   可视化   收藏    CSCD(6)
    该文基于震后轨道交通网络主体结构的破坏场景,以恢复震后通行能力为目标,分析了地震灾害作用下城市轨道交通网络的韧性。采用Space L方法构建轨道交通网络模型,选用客流加权的网络平均效率表示网络连通性能。采用地震易损性模型计算网络主要结构单元(车站、隧道和桥梁)的破坏概率,采用Monte Carlo方法模拟网络主体结构单元的震后状态;考虑破坏单元修复时间存在不确定性,模拟了破坏单元的震后修复过程;根据震后不同时刻网络性能曲线和韧性三角形,定量化评估轨道交通网络抗震韧性指数和韧性损失。以北京地区城市轨道交通网络为例,分析了地震烈度、恢复策略和修复队伍数量对网络连通性能、恢复过程和韧性指标的影响。结果表明:轨道交通网络在遭受地震破坏、蓄意攻击和随机破坏后的韧性特征存在差异;震前提升少量重要单元的可靠度可提升网络灾前抵抗能力,但对网络灾后恢复能力和韧性指数的提升效果不明显。该研究可为城市轨道交通系统抗震安全性评估提供理论支撑和参考。
  • 公共安全
    罗振敏, 张利冬, 宋泽阳
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(6): 940-952. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.22.011
    摘要 (647) PDF全文 (176) HTML (4)   可视化   收藏    CSCD(6)
    煤自燃是煤矿的主要自然灾害之一。煤自燃的物理化学过程十分复杂,且影响因素众多,给煤自燃危险性的预测带来很大的挑战。利用深度学习理论与方法加强对煤自燃危险性预测技术的研究,有助于提升煤矿安全生产智能化管控水平。该研究运用循环神经网络(RNN)、长短期记忆(LSTM)网络和门控循环单元(GRU) 3 种算法,建立了采空区CO动态序列预测模型。对数据集进行特征变量分布检验以及数据归一化处理,降低了变量依赖性。在模型构建过程中,添加了全连接层和Dropout类以避免模型出现过拟合,通过均方误差确定模型的选代次数,引入了平均绝对误差、均方根误差和确定系数3个模型性能检验指标,分析优化了模型的参数,检验了模型性能。研究结果表明:RNN、LSTM和GRU模型均能实现对CO体积分数的动态预测,且误差小于1 %;在同一序列数据下,LSTM模型预测精度最高,其次是RNN模型和GRU模型。
  • 航天航空工程
    黄号, 马文卉, 李家诚, 方洋旺
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(2): 358-369. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.27.001
    摘要 (887) PDF全文 (339) HTML (5)   可视化   收藏    CSCD(6)
    为保障固定翼无人机编队在未知障碍环境下的安全飞行,该文针对固定翼无人机编队飞行控制方法展开研究。在深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)的基础上,引入贪婪选择构建了Greedy-DDPG算法,训练长机模型实现避障控制;并结合人工势场的方法和领从一致性设计了僚机群避障避碰控制策略,确保僚机能够规避障碍,跟随长机执行飞行任务。数值仿真实验结果显示,Greedy-DDPG算法的训练时长比DDPG算法的缩短了5.9%,避障的泛化能力得到提升;Monte Carlo仿真实验验证结果显示,该方法具有良好的鲁棒性。采用该方法可实现无人机编队协同飞行,对于保障无人机编队在未知环境中的飞行安全具有重要意义。
  • 公共安全
    李聪, 鲁一霏, 陈辰, 徐子烜, 杨锐
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(10): 1537-1547. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.026
    摘要 (588) PDF全文 (211) HTML (5)   可视化   收藏    CSCD(5)
    为深入认识城镇燃气管网事故应急救援过程中的不足之处,该文总结了城镇燃气管网事故应急救援特征,并对救援能力进行评估。在对现有应急预案及事故案例深入分析的基础上,明确应急救援过程中的问题特征,构建全面体现应急救援能力的指标体系,利用层次分析法与基于准则间相关性的准则重要性评价(CRITIC)法相结合的主客观组合赋权方法计算各指标权重,利用模糊综合评价法建立城镇燃气管网事故应急救援能力评估模型。将该模型应用于湖北省十堰市张湾区,结果表明: “救援人数供需比”等指标权重占比较大,需重点关注;“救援人员的合作协调能力”等指标是该地区燃气管网事故应急救援过程中的薄弱环节。该研究结果可为燃气管网事故应急措施的制定、改进和评估提供理论依据和可行方法。
  • 水利水电工程
    王忠静, 于蘇越, 许兴
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(2): 303-317. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.021
    摘要 (772) PDF全文 (193) HTML (3)   可视化   收藏    CSCD(5)
    土壤盐渍化研究纷繁复杂,传统的文献综述方法因主观性强较难全面准确把握学科动态。该文引入文献计量学,提出了一种学科方向研究动态的定量综述方法;基于WoS (Web of Science)和中国知网(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)数据库近30 a土壤盐渍化及盐碱地治理与利用的相关文献,定量综述了该学科领域研究动态和发展趋势。结果表明,国内外土壤盐渍化研究呈上升趋势,但总体上处于研究的初始阶段,仍有很大发展空间;中国、美国、印度、澳大利亚等国在土壤盐渍化及盐碱地改良与利用研究上贡献突出,中国学者发表论文数量最多,是土壤盐渍化研究的主力;核心作者间合作密切,但跨背景、跨机构、跨国家的合作仍然较少;研究热点已从上世纪90年代的灌溉排水与盐碱地改良,转移到当前的土壤植物盐分互作机制及耐盐植物培育、土壤水盐调控机制与优化控制技术、盐渍土改良剂研发技术及其规模化应用、盐碱地遥感监测与盐渍化影响评价等方向,代表着土壤盐渍化及盐碱地治理与利用研究从排水改良为主向综合利用延伸的发展趋势。
  • 航空航天
    周靖云, 靳旭红, 程晓丽, 艾邦成
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(9): 1536-1546. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.22.037
    摘要 (523) PDF全文 (174) HTML (2)   可视化   收藏    CSCD(5)
    针对上层大气层吸气式电推进系统进气道设计问题, 采用直接模拟Monte Carlo (DSMC)方法对吸气式电推进系统的进气道内流问题进行系统的数值模拟, 考虑气固相互作用 (GSI) 模型对进气道内流特征、 进气道收集和压缩性能的影响, 并从气体动理论的角度阐明了其作用机理。结果表明: GSI模型对进气道的压缩和收集性能具有巨大的影响, 适应系数的降低即GSI中镜面反射比例的升高, 能显著提高压缩因子和收集效率, 适应系数从1.0降低到0.2使得压缩因子增大7倍多, 收集效率增大将近4倍。适应系数的降低能有效增大进气道压缩因子和收集效率的机制是气体分子在内凹型压缩段壁面发生镜面反射之后汇聚通过焦点, 进入电离加速段。上层大气层吸气式电推进系统的进气道应该采取几何外形/表面材料相互耦合的设计思路: 既采用内凹型压缩段的进气道, 更需要通过材料选取或表面加工降低GSI适应系数, 使得GSI尽量接近镜面反射。
  • 论文
    刘康, 刘昭伟, 陈永灿, 马芳平, 王皓冉, 黄会宝, 谢辉
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(7): 1041-1049. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.026
    摘要 (773) PDF全文 (259) HTML (4)   可视化   收藏    CSCD(5)
    在运行期内,引水隧洞结构安全的影响因素较多且会随时间发生变化,因此,需要对引水隧洞结构安全进行分析评价。该文建立了一个动态Bayes网络(dynamic Bayesian network,DBN)模型评估引水隧洞的结构安全。首先,通过文献调研和专家咨询,确定引水隧洞结构安全的影响因素;然后,基于模糊层次分析法进行专家咨询,确定条件概率表(conditional probability table,CPT);最后,利用智能机器人巡检结果获得先验概率,并根据隧洞寿命的指数分布假设确定指标的转移概率。将模型应用于中国大渡河流域某水电站引水隧洞的结构安全评价,前向推理结果表明:引水隧洞整体风险较低,约在40 a后风险值增加至0.800,需要采取修补措施。反向传播结果显示:在不同的安全期,引水隧洞需关注不同的安全指标。该模型的评价结果与工程判断一致,表明模型具有较好的准确性和实用性。
  • 论文
    俞和胜, 祁海鹰, 谭忠超
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(8): 1226-1235. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.25.017
    摘要 (1103) PDF全文 (365) HTML (14)   可视化   收藏    CSCD(5)
    碳达峰和碳中和战略目标对全球经济与社会发展意义非凡。能源动力行业是中国二氧化碳排放大户,也是构建新型能源系统与产业革命的主战场。日趋成熟的碳捕集、利用和封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)技术因高成本、高能耗面临产业界的强大阻力,转变能源结构至关重要,然而中国的资源禀赋和能源现状决定未来一段时间仍将继续依赖传统化石燃料。该文分析了催化裂解技术、碳材料和氢气利用、燃氢发电等多项前沿技术的可行性,提出了一个实现化石燃料高效清洁利用的革命性技术路线,以期高效、低排放、低成本地制备氢气和高附加值的碳材料,实现基于燃氢轮机的零排放发电。该技术路线有望解决相关能源动力企业的碳排放技术与经济难题,助力"双碳"目标实现。
  • 机械工程
    王志强, 雷震宇
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(11): 1844-1855. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.025
    摘要 (436) PDF全文 (99) HTML (4)   可视化   收藏    CSCD(5)
    为从轮轨瞬态接触黏滑振动角度探究地铁线路上钢轨波磨的形成机理,该文首先根据现场波磨情况建立了三维轮轨滚动接触有限元模型并论证其有效性;然后,分析了车轮运行过程中的接触黏滑状态,并讨论了轮轨接触黏滑特性与波磨生成的关系;最后,研究了轮轨系统固有特性和钢轨纵向磨耗特征。结果表明:凹坑缺陷改变了轮轨滚动接触黏滑分布,导致轮轨界面发生滑移并诱发轮轨系统失稳,且滑移会进一步引起钢轨磨耗,以致最终可能形成波磨。综合轮轨接触黏滑特性和复模态分析的结果,可将钢轨波磨的形成机理归为轨面缺陷激励引发的轮轨系统的固有不稳定振动,且该不稳定振动表现为钢轨相对于轨道板的垂向弯曲振动。当车轮经过凹坑缺陷时,会产生瞬态纵向波动磨耗,且磨耗的特征波长为40~50 mm,这与实测线路上的波磨波长情况相符,从而进一步验证了钢轨波磨的形成机理。
  • 车辆与交通
    马壮林, 杨兴, 胡大伟, 谭晓伟
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(9): 1428-1439. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.21.044
    摘要 (771) PDF全文 (200)   可视化   收藏    CSCD(5)
    城市轨道交通车站客流特征与其周边建成环境和社会经济因素密切相关, 且不同影响因素对客流特征的影响也存在时间和空间异质性。 以车站工作日日均客流量、 工作日特殊时段(如早高峰进站、 早高峰出站、 晚高峰进站和晚高峰出站)客流量为因变量, 从车站属性、 连接性和建成环境3个方面选择23个自变量, 采用多尺度地理加权回归(MGWR)模型构建客流特征分析模型, 分析不同时间尺度下轨道交通车站客流量的影响因素及其相互作用, 并以南京市轨道交通系统进行实例分析。 结果表明: 与普通最小二乘法(OLS)回归模型和地理加权回归(GWR)模型相比, MGWR模型更为可靠; 忽略早晚高峰客流影响的全天客流量预测模型拥有的显著自变量最多, 到市中心的距离对客流量有显著的负影响, 证明距离市中心越近的车站的客流量集聚性越明显; 周边居住、 生活类设施占比较高的车站对早高峰进站和晚高峰出站客流有很强的吸引作用, 而周边居住、 生活类设施占比不高的车站对早高峰出站和晚高峰进站客流有很强的吸引作用。 研究结果可以为城市规划部门促进城市轨道交通与城市建设的协同发展提供理论支撑。
  • 综述
    徐鹏飞, 陈梅雅, 开艳, 王子鹏, 李新宇, 万刚, 王延杰
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(7): 1032-1040. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.018
    摘要 (1188) PDF全文 (459) HTML (20)   可视化   收藏    CSCD(5)
    中国是水电大国,水电站大坝除涉及自身经济效益外,还关系到人民生命财产安全,因此需要定期开展大型水电站坝体缺陷检测,确保水电站大坝安全运行。目前,使用有缆遥控水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)进行水电站坝体缺陷检测能减少人工检测带来的诸多不利,同时提高检测精度和效率。该文对大坝环境条件和水电站坝体缺陷检测的主要内容进行了调研,梳理了大型水电站坝体检测ROV的研究现状,从坝体检测ROV总体技术、吸附技术、动力系统、检测技术、水下定位与控制系统等方面,分析了ROV在国内外水工检测领域的技术研究进展,并对坝体检测ROV关键技术的发展趋势进行了展望。
  • 公共安全
    杨倩, 王飞跃, 卢佳节, 王籽幻, 马波
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(6): 1082-1088. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.22.020
    摘要 (626) PDF全文 (174) HTML (3)   可视化   收藏    CSCD(4)
    为了实现科学、高效的灾后应急响应,针对传统路径规划中单目标、单车场、单次配送、无差别化供给、闭合式调度等多方面限制,开展基于需求紧迫度的约束性应急物资车辆路径研究。运用层次分析法对需求紧迫度进行赋权分级,以应急救援过程的响应时间、配送延误惩罚与需求未满意率最小化为目标,构建约束性应急物资车辆路径模型,并设计两阶段遗传算法。通过算例检验算法与模型的有效性和适用性。结果表明:该模型可有效解决资源紧缺、受灾程度异化情况下的物资配送问题,形成适用于突发自然灾害事件的动态应急物资车辆路径规划方案,实现突发路况处理与资源效能最大化,并为应急物资的车辆路径规划提供理论依据与决策参考。
  • 建设管理
    刘广宇, 安芃, 伍震, 胡振中
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(2): 224-234. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.054
    摘要 (633) PDF全文 (243) HTML (0)   可视化   收藏    CSCD(4)
    针对工程安全管理中普遍存在的知识缺口问题,提出一套基于本体技术实现领域知识建模和更新的方法。以公路工程领域为范例,从行业标准规范的文本数据中自动提取安全知识,构建领域知识图谱;通过知识模型与建筑信息模型(BIM)的结合,开发安全管理应用场景,展示本体引导的知识图谱对工程安全管理的辅助作用。领域本体在知识图谱中作为本体层结构,表示为一个包含7个层级、390个有效节点的多维度层状结构;基于本体层的引导开发知识提取算法,从海量文本中提取网状知识结构,形成知识图谱的数据层。知识模型的更新采用由数据层到本体层的知识流动方式;提出基于类属关系、构成关系和实体核心词聚类的3类方法,实现本体层的更新。将知识模型关联实际项目的BIM,从安全管理的应用层面出发,验证了本体的引入在知识的组织和扩展中起到良好效果,展现了知识模型与BIM的结合呈现出的智能化应用前景。该研究为领域知识图谱的构建、更新、应用全过程提供了一个完整的范例,对于本体更新过程实现了方法创新,拓展了知识图谱的应用领域和技术思路,有助于提升工程安全管理的信息化水平。
  • 论文
    周迅, 李永龙, 周颖玥, 王皓冉, 李佳阳, 赵家琦
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(7): 1153-1163. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.006
    摘要 (658) PDF全文 (203) HTML (2)   可视化   收藏    CSCD(4)
    基于图像分析的水电站坝面缺陷判别是一种高效、精准的方法,然而大坝裂缝图像存在背景复杂以及裂缝和背景像素比例不均衡等问题,导致传统算法的检测效果差。该文提出一种基于改进的DeepLabV3+网络模型的坝面裂缝检测方法。该方法利用三线注意力模块(three line attention module,TLAM)提高模型对裂缝像素的提取能力;采用空洞空间金字塔池化(atrous spatial pyramid pooling,ASPP)模块进行级联优化,实现更密集的像素采样,获取更丰富的裂缝特征;将MobileNetV2作为特征提取主干网络,可实现网络轻量化并减少模型参数;将焦点损失(focal loss,FL)和Dice损失(Dice loss,DL)作为模型的损失函数,可克服数据不平衡的困难。对西南某水电站的坝面裂缝数据集进行模型有效性和对比实验,结果表明:该方法中用来评价模型精度的F1,score、平均交并比(mean intersection over union,MIoU)和平均像素精度(mean pixel accuracy,MPA)的值分别达到73.98%、66.73%和73.81%,比改进前的DeepLabV3+网络检测效果分别提高了3.33%、2.89%和1.12%,该方法可为坝面维护以及未来风险评估提供技术支撑。
  • 公共安全科学与技术
    贺胜, 疏学明, 胡俊, 张雷, 张伽, 张嘉乐, 周扬
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(3): 478-491. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.26.002
    摘要 (796) PDF全文 (316) HTML (1)   可视化   收藏    CSCD(4)
    为实现电气火灾风险提前动态感知,该文以渐变态电气火灾为例,研究了基于循环神经网络(recurrent neural network,RNN)模型的电气线路超温故障火灾风险预警方法,采用真实电气火灾案例数据对模型进行训练,通过挖掘电气线路温度变化的周期特性和瞬时温升故障特征对线路温度进行预测。采用温度二阶残差正态分布模型对温度预测结果进行概率分布范围修正。基于温度预测的累积概率分布提出预警分位,通过比较实际温度与预警分位的关系发现电气线路火灾风险定量表征的依据,实现电气线路火灾风险提前动态感知,最后提出采用“前端探测+算法牵引”的模式解决当前电气火灾防控技术难题。
  • 计算机科学与技术
    王振宇, 王磊
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(4): 668-678. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.27.006
    摘要 (505) PDF全文 (141) HTML (4)   可视化   收藏    CSCD(4)
    针对帝王蝶优化算法存在的收敛速度慢、 寻优精度低和易陷入局部极值等缺陷, 提出了一种多策略改进的帝王蝶优化算法。 首先, 采用正向正态云发生器对父代帝王蝶个体执行非线性云化操作, 增加候选解数量, 提高算法的局部开发能力; 之后, 引入基于凸透镜成像的反向学习策略, 应用到当前最优个体上产生新的个体, 提高算法收敛速度和寻优精度; 最后, 在调整算子中融入自适应策略, 增加种群的多样性, 避免算法陷入局部最优。 通过对8个基准测试函数的寻优对比, 以及Wilcoxon秩和检验结果的对比, 发现改进算法具有更好的收敛性能、 寻优性能和鲁棒性。 与此同时, 通过工程应用中压力容器设计和焊接梁设计的优化对比, 进一步验证了改进算法处理实际工程问题时的优越性。
  • 低碳交通与绿色发展
    毕军, 杜宇佳, 王永兴, 左小龙
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(11): 1750-1759. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.038
    摘要 (887) PDF全文 (301) HTML (1)   可视化   收藏    CSCD(4)
    随着电动汽车(electric vehicle,EV)在城市交通系统不断普及,充电诱导服务成为在充电设施有限条件下解决充电问题的有效手段。在分析电动汽车用户充电满意度的基础上,提出一种综合用户绕行距离、排队时间和充电费用的电动汽车充电诱导优化模型。为准确推导用户在充电站的排队时间,充分考虑电动汽车用户充电站选择决策的相互影响,建立充电站运营状态预测模型。针对模型特点,结合免疫算法求解模型。通过面向多充电请求的优化算例验证模型的可行性和有效性,结果表明:通过求解模型可以获得用户综合满意度最大化情况下的用户最优充电站决策及其行驶路径;与绕行距离最小、排队时间最短和充电费用最少等单目标优化方案相比,所提模型的充电诱导方案的用户综合满意度分别提升了15.0%、17.8%和11.4%。
  • 航空航天
    闫慧慧, 李昊昱, 周伯豪, 张煜洲, 兰旭东
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(10): 1672-1685. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.023
    摘要 (818) PDF全文 (222) HTML (3)   可视化   收藏    CSCD(4)
    压气机作为航空发动机的核心器件,对发动机的流量和功率影响显著。与轴流压气机相比,离心压气机具有结构简单、制造方便以及单级压比高等特点,十分适用于流量较小、总压比不高的小型涡轴发动机。该文基于Concepts NREC对离心压气机的叶轮和扩压器在规定工况下进行整体设计,并对离心压气机进行三维数值模拟,研究典型参数对离心压气机的影响,对初步设计模型参数进行优化,得到在设计工况下离心压气机的理想模型。研究表明:适当降低进口轮毂比、适当减小叶轮叶根进口角、合理选择叶顶间隙数值和叶轮出口相对宽度对提升压气机的效率和压比有利,优化后的离心压气机效率最高可达0.831,对应压比为8.771,工作裕度为18.44%,效率比初步设计的离心压气机提高了4.79%,压比提高了3.68%。
  • 机械工程
    陈书清, 李铁民
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(11): 1808-1819. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.014
    摘要 (554) PDF全文 (169) HTML (3)   可视化   收藏    CSCD(4)
    利用机器人技术完成航天器部件的装配任务,是中国航天领域的研究重点。仅依靠位置控制完成装配任务时,装配误差的存在会导致航天器部件存在较大的接触力,从而破坏航天器部件的表面质量和表面涂层,进而影响航天器部件的服役寿命。因此,在装配过程中需要使用柔顺控制来调控接触力。目前,在机器人装配中应用的柔顺控制方法需要依据经验设定控制参数,而2个装配体之间的接触力与控制参数密切相关,这会导致接触力不可控。为避免接触力过大,该文提出了一种柔顺控制方法,通过装配过程中的接触力和状态信息,根据不同环境刚度自适应地调整柔顺控制的目标位置和控制参数。为了验证此方法的可行性,该文进行了仿真和实验研究,并与位置控制和经典的导纳控制进行比较,实验结果表明:该文提出的方法具有收敛速度快、残余接触力小、可自动调节控制参数等优势。该方法为航天器部件的机器人自主装配奠定了理论和技术的基础,并有望应用于实际航天器部件装配任务中。
  • 专题:公共安全科学与技术
    吴鹏, 李得伟
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(11): 1860-1869. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.003
    摘要 (491) PDF全文 (152) HTML (1)   可视化   收藏    CSCD(4)
    交通运输网络抵抗韧性是交通安全领域的研究热点, 为有效评估城市群铁路客运网络的抵抗韧性, 并识别关键路段, 该文首先基于复杂网络Space L建模方法, 建立了以实际铁路客运站为网络节点的时空加权城市群铁路客运网络模型; 其次, 采用单路段删除和多路段连续删除的攻击模式模拟路段中断情景, 提出将基于性能响应函数和旅客时空可达性的网络性能保留率作为客运网络动态抵抗韧性评估指标, 利用抵抗韧性评估模型和仿真评估流程评估路段可替代能力和网络抵抗韧性; 最后, 进行了成渝城市群铁路客运网络实例研究。结果表明: 靠近铁路枢纽城市的部分关键路段中断, 最高可使铁路客运网络性能损失12.23%, 从灾前仿真角度识别关键路段具有重要意义; 无权、 空间加权和时间加权铁路网络抵抗韧性仿真识别出的关键路段存在明显差异, Spearman相关系数验证了无权与加权铁路网络路段可替代能力的排序相关性较差; 3种铁路网络的抵抗韧性指数表明单路段中断对旅客出行时间的影响较大; 关键路段连续中断对网络性能的影响较大, 对时间加权铁路网络性能的影响大于无权和空间加权铁路网络, 仅从网络拓扑结构和空间距离角度进行灾前仿真, 容易低估风险因素的干扰后果。该文所提方法可为交通网络规划和韧性研究提供参考。
  • 航空航天与工程力学
    董泽委
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(8): 1380-1390. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.27.002
    摘要 (576) PDF全文 (200) HTML (1)   可视化   收藏    CSCD(4)
    未来战争的形态正随着人工智能技术的迅猛发展而加速演变,针对当前目标威胁评估研究中存在的作战场景单域化、研究对象单一化、研究分析过于侧重蓝方态势等问题,该文围绕陆战场低空多域的作战场景,提出一种基于犹豫模糊集的集群目标威胁动态评估方法。首先研究了陆战场低空多域作战规律、有人或无人空地混合集群装备的作战特点,以此建立了集群目标威胁的评估指标体系;然后根据红方态势变化对指挥员心理压力的影响规律,提出了基于Weber-Fechner感知定律的动态权重策略;最后结合犹豫模糊环境下的变权方法,构建了陆战场低空多域场景下的集群目标威胁动态评估模型。案例分析结果表明,该模型的权值确定更加合理,能充分体现指挥员面对战场态势刺激时心理压力的动态变化,提供更加及时准确的威胁评估结果。
  • 交通运输
    闫晟煜, 赵佳琪, 尤文博, 刘杨, 郝时杰, 吴付威
    清华大学学报(自然科学版). 2025, 65(7): 1347-1358. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.21.022
    摘要 (378) PDF全文 (209) HTML (254)   可视化   收藏    CSCD(4)

    基于消费者剩余理论,通过出行选择偏好调查,确定影响货运路径选择的关键因素,提出一种用于确定通行费折扣的双层规划模型。其中,上层模型为考虑费用成本和时间成本的路网经营者盈余最大化模型,采用遗传和模拟退火混合优化算法求解;下层模型为弹性需求下基于Logit的多车型随机用户均衡分配模型,采用Frank-Wolfe算法求解。利用高速公路收费数据、普通国省道断面交通量数据,以3组并行的实例路段验证了模型的可行性。结果表明,该模型可精准确定高速公路货车通行费折扣范围;经43次迭代后,上层模型可达到稳定值,实例路段的小型、中型、大型和特大型货车通行费折扣率范围分别78.68%~86.27%、55.82%~65.82%、47.90%~54.81%和47.52%~48.31%,货车平均流量提高了12.24%。该研究可支撑差异化收费方案制定及优化调整。

  • 专题:大数据
    李佳沂, 黄瑞章, 陈艳平, 林川, 秦永彬
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(12): 2007-2018. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.21.028
    摘要 (789) PDF全文 (280) HTML (6)   可视化   收藏    CSCD(4)
    尽管大语言模型在新闻、艺术等领域的文本摘要任务上取得了良好的效果,但由于大语言模型缺乏对司法领域知识的学习,同时难以理解裁判文书的结构特征和逻辑关系,导致生成的裁判文书摘要质量不佳。该文提出结合提示学习和Qwen大语言模型的裁判文书摘要方法,将裁判文书数据作为SFT (supervised fine-tuning)技术对大语言模型微调的输入,增强其法律领域适用性;同时设计融入结构信息与角色指令的提示模板,以优化摘要生成,使其更精准地反映文书结构特征与逻辑关系。实验结果表明,该方法在ROUGE-1、ROUGE-2和ROUGE-L的F1值上比基线模型分别提升了21.44%、28.50%和28.97%,说明大语言模型经裁判文书数据微调并引入结构信息后,在裁判文书摘要任务中展现了卓越的性能与巨大的应用潜力。
  • 论文
    王鑫, 林鹏, 黄浩东, 袁兢, 邱旭, 刘鑫
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(7): 1087-1094. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.007
    摘要 (709) PDF全文 (255) HTML (2)   可视化   收藏    CSCD(4)
    海上风电由于其风资源条件好,不受占地条件约束等优点,在全球能源战略中的地位不断提升。海上风电基础广泛存在冲刷问题,冲刷会导致基础承载力下降、结构固有频率变化和海底输电管缆暴露等风险,因此对基础冲刷的监测和预警至关重要。该文首先分析了基础冲刷的动力特性,建立了风机-塔筒-基础一体化仿真模型,研究了基础冲刷深度与基础固有频率的相关关系,并分析了冲刷对结构动力响应的影响;其次提出了基础冲刷低频振动监测方法,并研发了一套海上风电基础冲刷低频振动监测系统。通过该系统在江苏某海上风电场的运用实例分析,探讨了未来基础冲刷监测的改进方向,研究成果可为国内外海上风电工程提供参考。
  • 航天航空工程
    陈忠灿, 张凯, 李枫, 赵月, 武健辉, 贺棋楝, 陈民
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(2): 318-336. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.047
    摘要 (1148) PDF全文 (394) HTML (25)   可视化   收藏    CSCD(4)
    随着高焓、长时间热环境下飞行器热防护技术需求提升,新型空天飞行器亟待发展更高效的热防护技术。发汗冷却技术具有防热效率高、不改变结构雏形等优点,应用前景广阔。该文探讨了发汗冷却技术应用于飞行器热防护的优势和挑战,从性能评估快速计算、流动传热数值仿真、冷却机理与性能考核实验、效能最优控制算法和应用结构型式优化等方面进行了综述,总结了发汗冷却技术的研究现状和最新进展,分析了当前研究存在的问题,并给出了建议。系统复杂、冷却剂输运不均、工作过程不易稳定控制和建立高精度预测模型难度大是发汗冷却技术用于飞行器热防护时存在的难点。现有研究存在预测模型适用范围有限与准确度较低、实验测量手段单一、控制策略难以实现系统最优和新型结构方法缺乏工程细化方案等不足。微/介观尺度精细化数值计算模型、先进可视化实验测试手段、快速响应精确控制策略、自驱动与自适应结构工程化方案和主被动组合式热防护是后续研究的重点方向。
  • 环境科学与工程
    张潇月, 李玥, 王晨杨, 陈正侠, 贾海峰
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(9): 1483-1492. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.001
    摘要 (667) PDF全文 (232)   可视化   收藏    CSCD(4)
    未来社区是一种追求可持续发展目标的生态低碳新型城市功能单元。 为了探究融合海绵城市建设理念的未来社区海绵源头设施布局方法, 提出采用容积法、 模型法及多目标优化法以满足不同数据和技术需求, 构建未来社区海绵源头设施布局多方法体系。 选择一典型以未来社区为目标的待建社区为例开展研究。 结果表明, 容积法数据及技术需求低, 可生成满足研究区年径流总量控制率的海绵源头设施布局方案; 然而, 如需进一步评估方案的减污降碳效果则需借助模型法, 但模型构建和运行需进一步获得研究区管网及降雨等数据。 为了实现未来社区建设的多目标综合环境效益和成本效益, 则可采用多目标优化法, 该方法需运用智能优化算法和模型耦合技术。 不同方法下得到的未来社区减污降碳效果表明, 容积法方案峰值流量由传统方案(无源头设施)5.65 m3·s-1降至2.17 m3·s-1, 典型年平均径流总量控制率由51.87%提高到79.43%, 年均降碳量增加284.87 t·a-1(假设传统方案降碳量为0), 污染物峰值浓度降低21.69%~30.52%, 显著提高了减污降碳效果。 相比容积法方案, 耦合NSGA-II和SWMM的多目标优化方案总建设成本减少了18.67%, 且径流流量峰值削减率、 浓度峰值削减率、 雨水回用率和年均降碳量分别提高21.20%、 6.32%~16.67%、 1.17%~2.65%和29. 36 t·a-1。 总体而言, 容积法简单易操作, 可满足未来社区海绵源头设施布局要求和年径流总量控制率目标; 多目标优化法数据和技术需求较高, 但可实现最佳综合环境效益及成本效益。
  • 低碳交通与绿色发展
    宋媛媛, 姚恩建, 徐洪磊, 黄全胜, 吴睿, 王人洁
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(11): 1707-1718. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.021
    摘要 (1366) PDF全文 (512) HTML (22)   可视化   收藏    CSCD(4)
    交通运输是产生碳排放的主要领域之一,也是受气候变化影响最显著的行业之一。中国交通运输领域在减缓和适应气候变化方面仍面临诸多问题和挑战,交通运输应对气候变化的政策工具、手段措施、基础能力等还存在一些不足。该文从减缓和适应2个角度出发,梳理了各国在应对气候变化领域开展的政策与行动,分析了中国交通运输领域应对气候变化的工作基础及存在的问题,提出了交通运输减缓和适应气候变化的重点领域、总体策略和路径,以及提升中国交通运输领域应对气候变化能力的思路和建议,以支撑交通运输领域高质量发展和实现中国应对气候变化目标。
  • 综述
    陈永灿, 陈嘉杰, 王皓冉, 巩宇, 冯跃, 刘昭伟, 祁宁春, 刘梅, 李永龙, 谢辉
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(7): 1015-1031. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.015
    摘要 (1397) PDF全文 (522) HTML (19)   可视化   收藏    CSCD(4)
    作为重大工程关键构筑物的引水隧洞具有洞线长、洞径大、高水压、围岩地质复杂等特点,长年运行会导致引水隧洞出现裂缝、塌方、露筋等典型缺陷,如不加以防范,将严重影响工程安全运行,传统人工检测存在周期长、安全风险高、漏检率高、获取信息量不足等问题。针对特大型水利水电工程中的大直径超长距离引水隧洞定期检测的重大需求,研发多功能“子母式”水下机器人系统,突破在水体浑浊、高水压、附着淤积、局部可达困难等复杂水下环境机器人的远程供电、协同作业、智能巡检、缺陷识别、安全评估等关键技术,完成引水隧洞结构安全分级与风险评价,实现水下机器人“巡、检、控、诊、用”全过程集成,并在南水北调东线工程、锦屏二级水电站等国家重大工程中示范验证。研究成果可显著提高检测效率,大幅降低巡检成本,提高经济效益,同时具有广阔的产业与应用前景,如促进人工智能学科和水利学科交叉融合、引导特殊环境机器人产业发展、提升我国相关领域技术及装备水平等。
  • 建筑技术科学
    吴珊, 赵玉杰, 王昊, 王强, 刘子龙
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(11): 1887-1896. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.017
    摘要 (470) PDF全文 (139) HTML (4)   可视化   收藏    CSCD(3)
    雨水管网中管段的设计流量计算一般以恒定均匀流理论为基础,由于偏离了雨水管网实际流态,当应用于较大规模管网时,产生的误差会逐步累积。因此,该文提出一种基于运动波模拟的雨水管网设计流量计算方法,在地表产汇流阶段,基于管网设计参数等价原则,采用径流系数与φ指数法结合的方式进行产流计算,并与等流时线法耦合,完成产汇流阶段设计条件的等价设置;采用暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)运动波模块,计算管段汇流过程,并基于GDAL (geospatial data abstraction library)开发技术,实现雨水管网设计流程。对某区雨水管网进行实例验证,结果表明:与恒定均匀流计算相比,采用运动波模拟法得到的雨水管段集水时间短、设计流量大,且随汇水时间和汇水面积的增长,2种方法的流量计算差值呈递增趋势;在超标降雨情景下,运动波模拟法设计的方案具有更好的防涝性能,提高了管网的可靠性。
  • 论文
    安瑞楠, 林鹏, 陈道想, 安邦, 卢冠楠, 林之涛
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(7): 1050-1059. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.010
    摘要 (609) PDF全文 (182) HTML (3)   可视化   收藏    CSCD(3)
    该文依托广西龙门大桥锚碇填芯超大体积海工混凝土结构(58 606 m3),对连续浇筑期混凝土的温度梯度演化规律开展在线监测和真实温度场、应力分析,对混凝土结构的温控防裂具有重要意义。该文首先研发了温度梯度在线监测系统,可实现在线实时采集混凝土温度梯度变化数据,反馈实际温度与允许阈值间偏差功能,可为及时预警和精准温控提供依据;其次通过构建真实温度场并计算温度应力,揭示了在连续浇筑条件下超大混凝土结构的真实温度梯度演化规律,提出了温度开裂控制梯度指标。工程实践表明:温度梯度在线监测系统能保证现场精准动态温控方案较好地实施,从而有效控制开裂风险。研究成果可供同类工程温控防裂设计和施工参考。
  • 电子工程
    梁志峰, 康重庆, 隋凌峰, 于若英, 贾亦雄, 杜云龙, 陈文进
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(11): 1964-1978. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.27.011
    摘要 (507) PDF全文 (125) HTML (0)   可视化   收藏    CSCD(3)
    大规模分布式光伏的接入给主配网运行带来较大风险, 为了确保系统的安全性和可靠性、 优化主配网资源, 该文研究了大规模分布式光伏接入的主配网运行风险评估方法和防控策略。首先, 在主配网的安全、 平衡和消纳方面, 提出了主配网风险评估指标体系; 其次, 针对主配网是否处于紧急场景, 分别提出了主配网风险辅助决策和分层分区紧急切负荷策略; 最后, 研发了基于调控云的高比例分布式光伏并网风险智能分析与防控决策系统, 并在地区电网开展了示范应用。算例分析和示范应用效果均证明了所提的方法和策略能够对电网可能发生的安全、 平衡和消纳等方面的风险进行在线评估和防控, 有效提升了分布式新能源并网运行的风险防控能力, 为电网运营商和决策者提供了有价值的参考, 进一步推动清洁能源的可持续发展。
  • 车辆与交通
    周涂强, 刘伟, 李浩然, 许述财, 孙川
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(9): 1415-1427. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.014
    摘要 (830) PDF全文 (318)   可视化   收藏    CSCD(3)
    现有的基于车载传感器的商用车自动紧急制动(AEB)系统存在视野盲区等原因, 功能受到了很大的限制。 为了提高商用车AEB系统的安全性和可靠性, 该文提出了基于不安全控制行为分析的商用车AEB决策系统优化方法。 首先, 通过实车测试获取车车通信在不同工况下的通信时延规律, 使用该时延规律对环境车的速度、 位移和坐标等参数进行补偿修正, 弥补通信时延对系统决策造成的影响。 然后, 制定交叉口路段处的商用车自动紧急制动策略, 在两车即将碰撞时控制本车的制动系统以最大的制动减速度自动紧急制动, 避免碰撞的发生, 并基于不安全控制行为分析, 对AEB决策系统进行优化。 最后对提出的优化方法进行了仿真和实车测试, 结果表明, 该方法能够有效地防止两车在交叉口处相撞, 具有较高的安全性和可靠性。
  • 低碳交通与绿色发展
    臧金蕊, 焦朋朋, 宋国华, 王天实, 王健宇
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(11): 1760-1769. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.029
    摘要 (569) PDF全文 (169) HTML (2)   可视化   收藏    CSCD(3)
    生态驾驶是节能减排的重要手段。为对驾驶行为的生态性水平进行定量评价及优化,该文基于大量驾驶员逐秒轨迹数据,构建了大量驾驶员整体与驾驶员个体的机动车比功率(vehicle specific power,VSP)分布模型,并基于整体与个体VSP分布差异提出驾驶行为生态性定量评价模型,识别实际生态驾驶轨迹,构建了基于人类实际驾驶特征的生态驾驶轨迹优化方法。结果表明:整体与个体VSP分布差异可量化评估油耗水平,实现对驾驶行为生态性的定量评价。该文构建的正弦函数多项式生态轨迹曲线,对不环保驾驶可达到7.63%的节油效果,可为驾驶员提供符合人类驾驶特征且易于遵循的生态轨迹优化曲线。
  • 低碳交通与绿色发展
    马书红, 杨磊, 陈西芳, 朱敏
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(11): 1770-1780. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.031
    摘要 (670) PDF全文 (189) HTML (0)   可视化   收藏    CSCD(3)
    为实现城市群生态综合交通发展目标,形成交通、经济、生态环境质量一体化发展格局,以关中平原城市群为研究对象,通过熵值法对节点功能吸引、功能辐射和碳排放强度进行赋权,通过修正引力模型计算其相互联系强度;将空间结构理论与复杂网络理论相结合,构建多维空间联系网络模型;采取改进INFORMAP算法,从交通、功能和碳排放3方面分别进行区域组团划分;基于组团划分结果,构建超图网络模型,引入邻域超度、邻域影响熵指标识别城市群生态综合交通网络关键节点。结果表明:关中平原城市群功能和碳排放空间联系呈现“一极多核”的空间分布格局,西安处于核心地位,宝鸡、渭南等地级市核心区也拥有较高影响力;城市群区域组团与行政区划具有差异性,部分区县如侯马、彬州、澄城等脱离上级行政区划约束,形成了独立区域组团;西安、咸阳是城市群生态综合交通网络建设的关键节点,且城市群东部节点重要度普遍大于西部节点,因而需重点提升西安—咸阳一体化水平,优化东部节点综合交通结构,完善西部节点交通网络布局。
  • 专题:大数据分析
    刘依明, 杨珺涵, 张忠利, 许沛琪, 刘念雄
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(10): 1734-1745. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.22.031
    摘要 (466) PDF全文 (142) HTML (1)   可视化   收藏    CSCD(3)
    机器学习算法模型为住宅低碳设计与优化提供了数据支持。然而, 在碳排放预测与分析时, 算法模型常被直接使用, 而未考虑调参与寻优, 且不同自变量数据集对模型预测效果的影响差异也有待明确。为揭示不同算法模型对寒冷地区住宅低碳设计的指导效果、 向建筑师提供算法模型的选择依据, 针对多元线性回归、 分类回归树、 随机森林、 自适应增强算法、 梯度提升回归树和多层感知机等在低碳设计中常用的算法模型进行寻优, 对比分析不同算法和自变量数据集的适用性与预测性能。该文说明了算法模型寻优的目标边界、 参数取值范围、 寻优过程和论证方法。在37栋寒冷地区钢筋混凝土剪力墙结构住宅及其衍生方案的基础上, 采用交叉验证和网格搜索, 建立了120个建材碳排放预测模型和60个将稳态耗热量转换为动态耗热量的转化系数预测模型。对比结果表明: 总体上, 多元线性回归、 随机森林和梯度提升回归树算法的碳排放预测性能更好。其中, 随机森林和梯度提升回归树算法在误差控制方面表现更佳, 但预测优度与多元线性回归算法相近, 且可解释性较差。采用恰当的自变量数据集, 如建筑总层数、 建筑层高、 建筑面宽与进深等形体尺度参数, 标准层户数与卧室数等功能配置参数, 以及采暖期室外平均温度、 实际供暖天数、 屋面和墙面传热系数的修正系数等城市气象参数, 多元线性回归算法能够为寒冷地区住宅低碳设计与优化提供更直观、 有效的指导。
  • 专题:公共安全科学与技术
    吕伟, 江惠华, 汪京辉, 杨晓婷
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(11): 1880-1892. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.26.014
    摘要 (393) PDF全文 (90) HTML (1)   可视化   收藏    CSCD(3)
    为提高城市大尺度转移效率, 基于城市兴趣点(points of interest, POI)功能区分布情况, 考虑城市人口在昼夜时段的分布热点及灾害对路网的破坏作用, 对洪涝灾害影响边界内城市灾民进行科学分区分配, 建立双层规划优化模型。上层模型利用遗传算法求解系统总成本最小问题, 下层模型应用用户均衡方式求解疏散人员分配问题, 形成一整套综合考虑人口热点分布和洪涝灾害风险对路网影响的疏散分区和路网规划方法, 并以武汉市武昌区为研究对象, 验证疏散分区规划方法的可行性。结果表明: 该文所提出的疏散分区规划方法可行, 考虑城市人口在昼夜时段的分布热点和灾害风险对路网影响的疏散方法更合理。研究结果可为组织管理部门应急疏散规划工作提供参考。