食源性致病菌单细胞观测与预测的研究进展

微生物在单细胞水平下的生长普遍具有随机性和变异性,同时低菌量污染食品所造成的危害风险亦不可忽视,因此食源性致病菌单细胞的生长观测及预测研究逐渐成为食品预测微生物学及食源性致病菌风险评估的研究热点。在分析现有相关文献的基础上,将目前主要的食源性致病菌单细胞生长观测研究分为间接推断和直接观测两类方法;同时对食源性致病菌单细胞生长预测的模型参数与建模过程进行概述,比较了传统预测微生物的决定模型与微生物单细胞的随机模型二者之间的区别,强调了单细胞生长模型需在随机建模的基础上开展,并通过个体建模方法进一步联系其与所在食品环境之间的关系。最后,分析了食源性致病菌单细胞生长观测与预测的现状,并展望了其未来与食品安全风险评估相结合的发展趋势。     

一种湍流计算的非线性PANS模型

大多数雷诺平均湍流模型(RANS)基于线性和各项同性假设求解雷诺应力(Reynolds stress),因此对高压力梯度区、大曲率回流以及复杂的分离流动的预测误差较大.在近壁区较少网格的条件下,部分时均(PANS)方法被认为比大涡模拟(LES)获得结果更好.通过RNG k-ε湍流模型构造部分时均化模型,引入雷诺应力的非线性求解方法,提出了一种新的非线性PANS模型,并应用该非线性PANS模型分别对绕NACA0015水翼翼型流场和90°长方形截面弯管内流场进行了流动的数值模拟.结果表明:非线性PANS模型的数值结果与试验数据吻合较好,其在高压力梯度区的预测准确性高,并能准确预测流动分离诱发的三维非线性流动,证明了该方法捕捉高压力梯度、大曲率流动的有效性.该计算方法可以用来预测透平机械内部复杂的涡结构.     

多源环状注水系统泵站运行方案与管网同步优化

为了最大程度地提高注水系统运行效率,对泵站运行方案与管网同时进行优化.针对多源环状注水系统,以泵的开停状态、流量和管线的连接状态、管径为优化设计变量,以运行能耗和管网投资费用最小为优化目标,考虑流量、压力、环状管网等各类约束条件,建立了多源环状注水系统运行方案与管网同步优化数学模型.针对该同步优化问题的特点,设计了双重广义染色体编码遗传算法对模型求解.泵的编码中,第1行采用二进制编码表示泵的开停状态,第2行采用实数编码表示泵的流量;管线的编码中,第1行采用二进制编码表示管线的连接状态,第2行采用整数编码表示管线的管径.实现了对各优化变量的精确表达,设计了与问题相适应的初始解产生及编码交叉、变异方法,避免或减少了不可行解的产生.并对实例进行优化设计,同步优化与仅进行管网优化对比,运行能耗降低了4.66%,管网投资费用降低了1.73%,表明同步优化的节能效果明显.     

微咸水灌溉与土壤水盐调控研究进展

随着淡水资源短缺的日益加剧,合理开发利用微咸水已成为缓解水资源供需矛盾的重要途径之一。由于微咸水中含有大量盐分,用其灌溉必然增加土壤盐分,影响作物生长和土地质量。因此,采取有效措施调控土壤水盐状况成为微咸水安全利用的基础。本文较详细地回顾了微咸水灌溉条件下土壤水盐运移特征、微咸水入渗模型和水盐运移模型、微咸水灌溉方法、微咸水灌溉对作物生长的影响、土壤水盐调控方法等方面的研究进展,并结合目前研究中关注的核心问题,提出了微咸水安全利用方面需要重点研究的科学和技术问题,为进一步研究微咸水灌溉对土壤和作物生长的影响和其内在机制,以及构建合理利用微咸水灌溉模式提供参考。     

基于拉格朗日的冗余驱动并联机构刚体动力学建模

针对4-UPS-RPU 4自由度冗余驱动并联机构的刚体动力学建模问题,基于拉格朗日方程建立冗余驱动并联机构动力学模型。首先,推导出4-UPS-RPU冗余驱动并联机构系统的动能表达式、势能表达式和作用于并联机构非保守力的等效广义力;然后,应用拉格朗日法建立4-UPS-RPU冗余驱动并联机构的动力学模型,为并联机构驱动力的求解以及整个机构的动力学分析奠定基础;最后结合算例,采用Matlab编程对动力学模型进行数值计算并绘制了机构驱动杆驱动力变化曲线,将上述分析结果与ADAMS虚拟仿真结果对比验证了所建动力学模型的正确性。研究不仅为4-UPS-RPU 4自由度冗余驱动并联机构动力学优化设计和控制等后续研究提供了理论依据,也为其他冗余驱动并联机构的动力学建模提供了可行的方法。     

面向农田物联网复杂事件处理的时空事件模型

在农田物联网中,控制命令往往由具有多维度信息的复杂事件触发,因此需要根据传感器所监测的大量单一事件检测复杂事件,即复杂事件处理。复杂事件模型描述了原子事件组合成复杂事件的组合模式,是复杂事件处理的基础。现有的复杂事件模型主要考虑原子事件的时间分布特性,而未考虑农田事件具有的空间分布特性。本文研究了面向农田物联网复杂事件处理的时空事件模型并定义了合适的事件模型描述语言,首先建立了描述复杂事件模式的时空事件模型,针对多个复杂事件间的关系,通过有向图建立了复杂事件层次模型;针对一个复杂事件内部关系,通过对农田物联网事件常见时序逻辑关系和空间拓扑关系的分析,定义了9类时间关系算符、8类空间关系算符用于判断子事件与复杂事件间的时空关系,并定义了5类时间耦合算符、7类空间耦合算符用于计算复杂事件的时空属性,为描述事件组合模式提供了基础;在此基础上,考虑可读性和易解析性,设计了基于XML的事件模型描述语言;基于案例,通过与其他常用的复杂事件模型相比较,说明了本文事件模型和描述语言更加适用于描述农田物联网复杂事件。     

CO 2与土壤水分交互作用的番茄光合速率预测模型

为了实现不同土壤水分管理下的CO 2气肥精细控制,建立了番茄作物不同生长阶段的光合速率预测模型。实验设置了4个CO 2浓度与3个土壤水分条件的交互处理,利用无线传感器网络长期实时监测温室内环境信息,采用LI-6400XT型光合速率仪定时采集作物净光合速率信息;并用BP神经网络分别建立了番茄苗期、花期和果期的光合速率预测模型。预测模型的验证结果表明,对于苗期预测模型,预测值与实测值之间的决定系数 R 2为0.925;花期预测模型的决定系数 R 2为0.920,果期预测模型的决定系数 R 2为0.958;番茄各生长期的光合速率预测模型均具有较高的预测精度。在不同土壤水分条件下改变CO 2浓度,得到的CO 2浓度与光合速率预测曲线与实测值相近,可反映实际土壤水分管理下的CO 2浓度最优值,对指导不同土壤水分条件下CO 2气肥的精细调控具有重要意义。     

基于SHAW模型的冬小麦近地面层气温模拟

利用一维多层水热耦合SHAW（The simultaneous heat and water）模型,在田间实验的基础上,模拟河南省商丘地区2015年冬小麦拔节后近地面层0~40 cm垂直方向上的每小时气温变化特征。结果表明,冬小麦近地面层气温模拟整体效果较好,其中48%模拟的绝对误差低于1℃,75%模拟的绝对误差低于2℃,不同高度上模型效率ME均大于0.94;夜晚气温的模拟效果优于白天的模拟效果,白天11:00—14:00气温被过低估计,并随着近地面层高度的增加,模拟值误差越大;近地面层内3种气温特征值模拟效果的优劣依次为：日平均气温、日最低气温、日最高气温,其中,日平均气温模拟值与实测值基本吻合,日最低气温被略微高估,日最高气温被过低估计。此外,SHAW模型在冬小麦拔节后6个生育期的模拟效果均存在差异,拔节期、灌浆期和乳熟期模拟效果较好,孕穗期和开花期次之,抽穗期模拟效果相对较差。     

长时序海量土地利用时空数据统计优化方法

针对任意查询区域年度现状地类面积统计困难、长时序变更流量分析计算耗时等问题,提出基于时空变化图模型的统计优化方法。运用图的连通性原理,对查询统计区域内和边界处的要素实体进行分类,实现了时序快照统计优化算法,解决了任意查询区域时点现状统计困难的问题,提高了时序快照统计的效率。运用多商品流原理进行时空网络图约化性判定,实现了变更流量统计优化算法,减少了要素空间叠置分析次数,解决了长时序土地利用变化变更流量统计耗时问题,提高了统计的效率。最后,以2009—2012年琼海市土地利用数据为例,进一步验证优化算法的有效性和可行性。     

喷灌压力管网系统水力特性的模拟模型研究

本文从系统的观点出发，首先分析了水泵直接加压式喷灌压力管网系统的组成，继而运用图示模拟技术，着重研究探讨了计算各类水力单元直至全系统水力特性的模拟模型，并针对一个规模较大，地形较为复杂的坡地喷灌工程，具体介绍了运用该模型进行图示模拟计算的方法和步骤。计算结果表明，该模型能如实地反映喷灌压力管网系统的运行客观规律，从而为了解把握喷灌压力管网系统的水力特性提供了一种行之有效的实用计算方法。