课程文献中心 更多>>

关键词： 专业思政   课程思政   PLC控制技术  

摘要： 专业思政的价值和意义需要通过专业内各门课程思政协同、规范和系统设计与实施来体现。北京电子科技职业学院机电一体化技术专业提出了“思政+任务”有机融合课程体系设计思路，将“价值塑造—精神培育—能力发展”专业思政育人体系有效应用于专业内各门课程的课程思政设计中，以PLC控制技术课程思政设计与实施为例，使专业思政育人思想在课程思政中得以体现，将立德树人落到实处，效果较好，为课程思政建设和实施提供借鉴。

关键词： 水下无线光通信   斜程海洋湍流   波结构函数   准直高斯涡旋光束   多相位屏法   传输特性  

摘要： 随着水下激光通信、激光成像等技术和军事领域中空天地海一体化应用的兴起,对水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication,UWOC)系统提出了更高的要求。利用涡旋光束作为通信载体可以有效提高信道的容量,但涡旋光束在海洋湍流斜程路径中传输时受到海水折射率随机起伏以及海水密度分层等因素的影响,使得接收端光信号的振幅及相位发生改变,严重影响了 UWOC的通信质量。本文针对海洋湍流上行链路中光波特征参量(Characteristic Parameters of Optical Wave,CPOW)及涡旋光束的传输特性进行研究,主要工作内容如下: (1)基于Rytov近似,推导了平面波(Plane Wave,PL)和球面波(Spherical Wave,SP)经海洋湍流上行链路传输的CPOW解析表达式,包括波结构函数、空间相干长度及Fried参数,通过对比波结构函数原始积分公式和解析表达式的数值仿真结果,验证了波结构函数解析表达式的正确性,研究了天顶角、风速和海洋湍流等参数对CPOW的影响。 (2)以Li的斜程海洋湍流折射率功率谱模型为基础,分别采用功率谱反演法和次谐波补偿法构建海洋湍流随机相位屏及补偿低频信息,利用推导的海洋湍流上行传输链路中相位结构函数验证随机相位屏的正确性;采用多相位屏法搭建了准直高斯涡旋光束(Collimated Gaussian Vortex Beam,CGVB)经海洋湍流上行传输链路的传输模型。仿真并分析了天顶角、传输距离、风速和海洋湍流参数对CGVB经海洋湍流上行链路传输特性的影响。 研究发现:平面波和球面波在海洋湍流上行传输链路中的波结构函数在惯性子区仍然符合Kolmogorov谱的三分之五定律,并且空间相干长度和Fried参数依然满足2.1倍关系;当采用功率谱反演法生成和次谐波补偿法补偿相位屏时,补偿阶数为7,下一次谐波采样区间数为4,设置6次谐波时,构建的海洋湍流随机相位屏能够更加精确地表示海洋湍流的统计特性;在海洋湍流上行传输链路中,若依据理想情况下设海洋湍流外尺度为无穷大,会高估湍流对涡旋光束的影响;在CGVB海洋湍流上行传输链路中应尽量选择大天顶角和小海洋湍流外尺度的传输链路,以避免海洋湍流对CGVB产生较大影响。本文的研究结果可以为海洋湍流斜程路径中激光通信和激光成像等应用提供一定的理论依据。

关键词： 流冰荷载   三次B样条函数   反卷积方法   桥墩冰激振动   数值模拟  

摘要： 桥梁作为基础设施建设领域的重要组成部分,是一个国家社会经济发展不可缺少的重要支撑。在桥梁的建设和使用期间,不仅需要承受地震荷载、车辆荷载、疲劳荷载和风荷载等动态荷载的作用,还会受到周围环境的多重影响。寒区涉水桥梁还常常受到流动冰排对桥墩的撞击作用,流动冰排长时间的反复撞击作用不仅会引发桥梁结构的冰激振动,还会导致桥墩结构发生疲劳破坏,甚至产生结构的垮塌,对桥梁结构的安全运营有着巨大的威胁。可见,保障寒区桥梁结构在流冰撞击作用下的安全至关重要。准确获取桥梁结构所受到的流冰荷载是分析桥梁结构冰激振动的前提,由于工作环境恶劣,测量仪器容易失效,对荷载测量设备的可靠性要求较高,通过直接测量的手段获取流冰荷载存在较大困难。因此,本文采用理论分析、室内试验、数值模拟以及现场实测等方式,基于三次B样条函数方法开展了流冰荷载识别研究。具体研究如下: （1）基于三次B样条函数方法开展了冲击荷载识别研究,建立了冲击荷载识别方法的一般流程,通过悬臂梁数值算例对比分析了三次B样条函数方法和反卷积方法的荷载识别精度。研究结果表明:在不考虑噪声影响时,对于三角形随机脉冲荷载和三角形周期脉冲荷载,基于三次B样条函数方法识别的荷载峰值最大相对误差分别为0.515%和0.404%,基于反卷积方法识别的荷载峰值最大相对误差分别为15.839%和15.724%;当噪声水分别为1%、3%、5%、10%时,对于三角形随机脉冲荷载和三角形周期脉冲荷载,基于三次B样条函数方法识别的荷载峰值最大相对误差分别为9.061%和2.796%,基于反卷积方法识别的荷载峰值最大相对误差分别为19.766%和18.968%。可见,基于三次B样条函数方法能够有效识别冲击荷载,并具有良好的识别精度。 （2）开展了悬臂梁冲击荷载试验,基于三次B样条函数方法和反卷积方法分别对悬臂梁周期性和随机性冲击荷载进行了识别。研究结果表明:对于不同工况下的悬臂梁周期性冲击荷载,基于三次B样条函数方法识别的荷载峰值最大相对误差分别为3.55%、3.81%、1.73%和5.14%,基于反卷积方法识别的荷载峰值最大相对误差分别为18.79%、6.46%、35.88%和20.91%;对于不同工况下的悬臂梁随机性冲击荷载,基于三次B样条函数方法识别的荷载峰值相对误差分别为5.60%、3.05%、6.87%和21.00%,基于反卷积方法识别的荷载峰值相对误差分别为21.89%、37.09%、53.36%和22.78%。可见,基于三次B样条函数方法对悬臂梁周期性冲击荷载和随机性冲击荷载具有良好的识别精度。 （3）基于三次B样条函数方法对黑河—布拉戈维申斯克跨黑龙江（阿穆尔河）大桥（以下简称:中俄黑龙江大桥）的6号桥墩进行了流冰荷载识别,并采用ABAQUS有限元计算软件对流冰撞击作用下桥墩的振动响应进行了分析。研究结果表明:当桥墩受到碎冰连续撞击作用时,识别的流冰荷载最大值为1124.37k N,主要频率集中在0～3Hz范围内;当桥墩受到大体积冰排撞击作用时,识别的流冰荷载最大值为6784.99k N,主要频率集中在0～6Hz范围内。碎冰连续撞击作用下,桥墩受到最大压应力为0.80MPa,最大拉应力为0.56MPa,墩顶最大位移为0.09mm,墩顶最大加速度为0.6m/s2;大体积冰排撞击作用下,桥墩受到最大压应力为3.73MPa,最大拉应力为3.21MPa,墩顶最大位移为0.44mm,墩顶最大加速度为2.19m/s2。可见,桥墩的应力未超过混凝土的屈服强度,墩顶最大位移未超过规范限值,墩顶最大加速度也未超过规范阈值,不影响正常的车辆行驶。

摘要： ~~

关键词： 天地一体化   卫星网络   仿真平台   虚拟化   遗传算法  

摘要： 天地一体化网络结合了卫星网络和地面网络各自的优势,具有网络容量大、覆盖范围广的特点,引起了学术界和工业界的广泛关注。许多新技术新方法都需要基于天地一体化卫星网络环境加以研究。受搭建成本的限制,模拟仿真平台成为相关实验研究的主要途径,具有重要的现实意义。本论文针对天地一体化卫星网络对模拟平台的仿真需求,在平台的核心控制层设计了三个模块,即模型、仿真和路由。为卫星节点和链路建立数学模型,以描述卫星的运动规律和对链路的通断关系进行判定;基于虚拟化技术搭建卫星网络仿真拓扑,进行网络相关实验;在此基础上提出基于虚拟拓扑的遗传算法路由策略(VTGAR),用以解决传统地面网络路由算法不能感知高度动态网络中的拥塞问题。 本文主要内容包括: (1)建立卫星节点运动和链路特性参数模型。在不借助STK软件工具包的前提下,为了描述卫星的周期性运动,本文建立了卫星节点运动模型,通过卫星位置计算脚本获得任意时刻的卫星位置信息。为了描述链路的通断变化以及时变质量特性,本文建立了链路特性参数模型,分析了可见性、功率限制、极区断连三个因素对链路状态的影响,提出了一个链路动态连接状态判断方法,最后对链路的带宽、时延和丢包率三个指标进行了建模。将两个模型的计算结果与相同参数下STK工具包的结果进行了对比验证。 (2)基于虚拟化技术进行网络拓扑仿真。本文基于虚拟化技术,利用Docker容器、虚拟网络设备Veth-pair以及OVS交换机,进行卫星节点载体以及链路的仿真构建。此外,鉴于现有的仿真链路通断变化方案的缺点,本文提出一种动态换绑方案,能够在确保真实性的前提下进行高性能的链路切换仿真,最后利用TC流量控制器进行了链路质量的仿真配置。通过实验测试对卫星节点载体的内存占用、链路动态切换的高效性以及链路质量仿真的真实性进行了验证。 (3)提出基于虚拟拓扑的遗传算法路由策略。本文采用虚拟拓扑法将动态的网络拓扑“静态”化,针对Dijkstra算法不能实时感知网络中的拥塞问题,本文提出改进的路由算法VTGAR,当感知到网络处于拥塞状态时,采用遗传算法进行寻路,以解决网络中的拥塞为目标,在适应度的定义上引入端到端延迟和拥塞程度,并在交叉变异操作上避开拥塞连接边,使得网络性能得到保障。通过三种算法的对比实验,结果表明VTGAR算法能够有效缓解网络的拥塞情况。

关键词： 深度学习   轨道角动量   模态识别   大气湍流  

摘要： 随着信息时代的快速发展,人们对通信容量的需求不断攀升,提高通信系统的通信容量,成为目前亟待解决的问题。带有轨道角动量的涡旋光束为解决通信容量提供了新的途径,涡旋光束在不同模态间会表现出正交特性,通过在特定的频率或波长上调整模态值,理论上可以生成无限多涡旋光束,承载并传递信息,提升通信容量。 在自由空间中传播的涡旋光束会受到大气湍流的影响,螺旋相位产生扭曲,造成模态间的互相干扰,降低通信系统的可靠性。深度学习通过构建多层网络,获得数据信息的多层特征表示,可以更好地理解和分析图像。相较于传统的模态检测方法,基于深度学习的检测方式,不仅可以克服实际设备的物理限制,还能够达到更高的检测精度。近年来,研究学者采用深度学习检测模态取得显著进展,王子坤与周洪平等人分别使用Res Net50与Shuffle Net V2网络进行模态检测,在中等湍流下,模态检测准确率可以达到93.5%与97.2%,但在强湍流条件下,模态检测效果还有待进一步提升。因此本文基于深度学习对强湍流下的涡旋光模态识别算法展开研究,在拉盖尔-高斯光束经过弱湍流(C_n2（28）1×10-1 5m-2 3)、中等湍流(C_n2（28）1×10-1 4m-2 3)、较强湍流(C_n2（28）3×10-1 4m-2 3)和强湍流(C_n2（28）5×10-1 4m-2 3)传输2000 m的条件下,采用深度学习对拉盖尔-高斯光束的本征态和叠加态进行检测识别,主要研究内容和成果如下。 1.将简单无参注意力机制（SimAM）引入到ConvNeXt网络的逆瓶颈结构中,构建简单无参注意力卷积神经网络（S-ConvNeXt）。ConvNeXt网络超越Vision Transformer,在相同计算量下,能够以更快的运行速度、更高的准确率完成图像分类,因此本文选择ConvNeXt网络作为基础架构;SimAM在仅保留原始网络参数,不额外添加其它参数的情况下,通过能量函数生成特征图的三维注意力权重,对重要特征赋予更高的权重;将SimAM引入到ConvNeXt网络中,构建S-ConvNeXt网络,该网络有利于提取关键亮斑特征,提高模态检测准确率,尤其在强湍流下表现更佳。当光束4种湍流强度传输2000 m后,本征态检测准确率分别为100%、98.8%、96.4%和89.7%,叠加态检测准确率分别为100%、99.8%、98.8%和96.5%。在强湍流下,S-ConvNeXt网络本征态检测准确率比Res Net50、Shuffle Net V2、ConvNeXt网络分别提高5.7%、3%、1.2%,叠加态检测准确率比Res Net50、Shuffle Net V2、ConvNeXt网络分别提高5.7%、4%、0.9%。 2.构建适用于移动端的多尺度轻量级网络（R-MobileViT）。MobileViT网络采用融合CNN和Transformer的混合架构,有助于网络加快运行速度,因此本文选择MobileViT网络作为基础架构;感受野模块（RFB）可以扩大卷积感受野,加强网络特征提取能力;在MobileViT网络中加入RFB模块,并用参数数量较少、特征学习更有针对性的深度卷积取代MobileViT模块中的普通卷积,构建兼顾精度与速度的R-MobileViT网络。当光束经过4种湍流强度传输2000 m后,本征态检测准确率分别为100%、97.9%、96%和88.2%,叠加态检测准确率分别为100%、99.5%、98.5%和95%。在较强湍流下,R-MobileViT网络本征态检测准确率比Shuffle Net V2、MobileViT网络分别提高2.4%、1.6%,每轮训练时间分别缩短0.66 s、0.44 s;叠加态检测准确率比Shuffle Net V2、MobileViT网络分别提高1.4%、1%,每轮训练时间分别缩短0.63 s、0.52 s。 3.最后构造叠加态涡旋光束编译码通信系统,使用本文提出的R-MobileViT网络进行模态检测,在传输距离为2000 m、4种湍流强度下,误码率分别为0%、1.13%、2.25%和6.25%,,误比特率分别为0%、0.53%、1.28%和3.06%,证明了轨道角动量光通信系统的可靠性。

关键词： 高考试题   试卷分析   评价体系   生物学科  

摘要： 基于核心素养评价体系的基础，探究新高考改革前沿试卷对高中生物学科的命题导向，分析新高考生物学科功能定位，推进生物学科考试内容改革实施方向，指导生物学科育人功能的落实。

关键词： 沃尔巴克氏体   感染频率   种群替换   滞育卵   种群压制  

摘要： 蚊子通过在人群中交叉叮咬传播数十种疾病,每年造成70多万人死亡,并且死亡人数还在逐年持续上升.控制蚊虫数量是预防蚊媒疾病的关键.基于胞内共生菌沃尔巴克氏体的蚊媒种群控制是一种环境友好、有效的方法,在一些国家的现场试验取得不错成果,证实了种群替换和种群压制的可行性.其中,斑块迁移和蚊卵滞育被认为是阻碍替换和抑制种群的重要因素.在这篇文章中,我们通过建立离散模型和连续模型分别讨论不完全母体遗传和滞育卵对蚊媒种群控制的影响.本文主要分为三章,具体内容如下: 第一章介绍蚊媒种群控制的研究背景和控制蚊媒疾病的现有理论,并概述本文的主要研究方法和内容. 第二章考虑沃尔巴克氏体不完全母体遗传的情况.根据相关理论,我们分析不同子区域的不同泄漏率,建立离散模型来阐述野外蚊子沃尔巴克氏菌的动力学行为,得到孳生地比例阈值*,当孳生地比例低于*时,我们给出额外释放感染雄蚊和喷洒杀虫剂这两个应对措施.我们发现通过调整孳生地比例可以使得蚊群的感染频率达到理想的稳定的平衡.然后我们利用数值模拟验证理论结果. 第三章我们建立一个常微分方程模型来讨论滞育卵对蚊子种群压制的影响,证明了模型中最多存在一个周期解,并得到了唯一周期解存在的充要条件.然后,我们结合数值模拟验证理论结果并进行讨论.

关键词： 微流控芯片   细胞磁分选   COMSOL仿真   亚型分选  

摘要： 癌症的高发病率和死亡率给全球公共卫生事业带来沉重负担,实现精准医疗和个体化治疗迫在眉睫。肿瘤细胞内在的异质性是导致癌症难以根治的关键因素。循环肿瘤细胞(CTCs)能够反映肿瘤异质性,对其进行分选与分析对于阐明癌症分子机制及指导个体化治疗策略至关重要。因此,迫切需要开发新型微流控芯片,实现对CTCs亚型的分选和捕获。本研究设计并制备了一种新型微流控芯片,借助COMSOL计算模拟仿真软件,对芯片内部的流场以及外部的磁场分布进行了模拟和优化,对芯片设计的合理性和可行性进行了验证,最后通过细胞分选捕获实验证实了微流控芯片的实用性。具体工作主要如下: 1.设计并制作了一种微流控芯片,该微流控芯片整合了磁分选和单细胞捕获等多重功能模块。经计算机辅助设计,微流控芯片结构采用多层多通道布局,主要由垂直层流分离区域和U型捕获区域构成。基于软光刻和倒模成型工艺精确制备了芯片结构,并通过扫描电镜等技术对其进行了形貌和尺寸表征。 2.利用COMSOL数值模拟,对影响微流控芯片分选捕获性能的关键因素进行了系统优化,并对亚型分选理论进行了验证。通过计算流体动力学模块对芯片内部流场进行模拟,优化了进样流速和流体黏度等参数,为后续实现垂直层流堆叠奠定了基础。利用磁学模块模拟并优化了永磁体阵列在微流控系统中的最佳布局方式,使捕获区域内部形成合理的磁场强度梯度分布,从而产生足够的磁力分选并捕获磁性标记的目标细胞。通过粒子追踪模块,模拟了细胞在芯片内受到流体流动和磁场作用时的运动轨迹,验证了芯片对不同亚型细胞的分选捕获能力。 3.通过实验验证了微流控芯片在细胞分选和捕获的可行性。首先采用荧光溶液验证了芯片内部成功构建垂直层流堆叠的状态;随后使用荧光标记的不同肿瘤细胞系,证实该芯片能够高效分选并分别捕获各细胞亚型。除此之外,为模拟临床复杂样本环境,在全血中掺入肿瘤细胞,微流控芯片仍能在大量血细胞的干扰下分选并捕获目标细胞,展现出其鲁棒性和可靠性。对捕获的肿瘤细胞进行表型分析,结果验证了微流控芯片对细胞亚型的分选与捕获能力。