615期
新一代信息技术领域
精选科技成果推荐
本期精选5项新一代信息技术领域科技成果进行推荐,感兴趣的企业朋友可以识别二维码咨询对接。
项目1:基于标签传播算法和博弈论的电力系统并行恢复分区方法
项目2:基于气敏传感阵列和智能算法模型的机器嗅觉设备
项目3:点焊传感器的智能缆索和监测系统
项目4:复杂岩溶流域多要素耦合的平陆运河水资源智能优化配置集成技术
项目5:隧道(洞)塌方灾害智能微震实时预警成套技术
项目一:基于标签传播算法和博弈论的电力系统并行恢复分区方法
电力系统发生大停电后,合理有效的并行恢复方案可以有效加快系统恢复的进程,从而减少经济损失。子系统划分是保障后续并行恢复策略制定和实施的前提条件。如何快速有效地制定适用于并行恢复的分区方案值得深入研究。电力系统并行恢复分区具备显著的社区结构特性。因此可以利用复杂网络理论进行电力系统并行恢复分区。
本成果涉及电力系统并行恢复技术领域,具体公开了一种基于标签传播算法和博弈论的电力系统并行恢复分区方法,包括步骤:初始化停电后电力系统的边权重Bij、节点权重Ci、加权邻接矩阵W和分区判别矩阵F;初始化合作博弈联盟Cg=F0,F0为分区判别矩阵F的初始分区判别矩阵;基于标签传播算法更新初始网络中节点的标签直至分区判别矩阵F收敛,并输出收敛时电力系统各子系统节点集合。本成果综合考虑电网的网络拓扑结构和系统的实际特性,提出基于标签传播算法和合作博弈理论的分区方法,根据节点和子系统之间的关系,通过计算Shapley值来决策节点的划分问题,并在迭代过程中嵌入分区约束,快速得到满足子系统规模相当、内部结构紧凑、功率平衡等要求的分区方案。
本成果提供一种基于标签传播算法和博弈论的电力系统并行恢复分区方法,解决的技术问题在于:现有的电力系统并行恢复的分区方法,忽略了电力系统的正常运行特性,存在评估节点和子系统之间的划分关系问题,尤其是对相关边界节点的决策问题,导致得到的分区规模不当、内部结构松散、功率不平衡等。

图 1 本成果流程图
(1)可根据实际停电场景划分恢复子区,比预案更能适应实际情况;
(2)获得恢复分区方案速度快;
(3)恢复分区考虑的因素考虑了电力系统恢复的主要约束条件;
(4)可根据实际需要灵活调整分区约束条件。
本成果可用于能源电力企业应对复杂停电场景,有利于提高应对极端灾害的韧性水平。
已授权中国发明专利,并完成1项成果转化(实施许可)。
项目二:基于气敏传感阵列和智能算法模型的机器嗅觉设备
机器嗅觉,又称电子鼻或智能嗅觉,是一种模仿哺乳动物嗅觉系统的仿生技术,系统整体由气体传感器阵列和智能嗅觉算法模型两大部分组成。与生物嗅觉系统相比较,气体传感器阵列相当于生物嗅觉中大量的感受器细胞信号,智能算法模型相当于大脑。机器嗅觉中的气敏传感器与目标气体接触时产生响应,会输出一个可测量电信号,该阵列中不同传感器对不同的气体/气味响应不同,传感器阵列输出信号含有丰富的信息。借助人工智能算法,可实现对各种气味的定性/定量识别。
本成果从气敏传感器阵列的制备和智能嗅觉算法模型研究两方面同时入手,既从材料级别(运用掩膜技术将多种材料集成在小尺寸形成感知芯片)、封装级别(MEMS封装技术)、电路级别(信号滤波、放大)、设备级别(含电路系统和气路系统等)完成机器嗅觉硬件平台/设备的完全自主研制,同时投入大量人力、物力进行智能嗅觉算法模型的研究,为设备注入灵魂。
本成果研制的设备包括两种:一是面向实验室分析用的大型台式设备,该类设备包括硬件和算法模型两部分,可完成气味数据采集、模型训练(设备自身具备足够算力,训练过程可完全自主完成,无需借助深度深度学习服务器等外部算法辅助)、模型加载测试等所有科研分析用功能。二是面向现场部署的边缘检测设备,该类设备具有耗能低、稳定性好、可长期在线实时检测的优势,可用于化工厂、化粪池恶臭等需要现场实时检测预警的场景。
目前成果已成功应用于电网配电柜绝缘异常检测、医疗废弃物处置过程监管、伤口感染检测、柑橘果汁品质鉴定、室内毒气检测和烟叶烘烤过程监控等领域,并且取得了令人满意的效果。

图1 自研的台式和边缘检测机器嗅觉设备
图2 自研的气敏传感器阵列(右图,MEMS技术)
根据前瞻研究院总结分析:2020年我国气体传感器、数字嗅觉元器件等市场规模600亿元以上,2021年市场规模超过千亿元,预计“十四五”期间,机器嗅觉硬件产品、技术与数据服务需求保持30%-50%的增长速度。机器嗅觉产业是未来新兴产业,更是市场蓝海,应用场景十分广阔。国内外龙头公司纷纷布局机器嗅觉领域,中科微感、汉威科技、苏州慧闻等传感器公司都在入局机器嗅觉,各类场景、技术亟需填补空白,各地政府也纷纷抢抓发展机遇,支持各企业开发先进机器嗅觉产品。但目前机器嗅觉产品主要以传统单一的气体传感器或模块为主,国产企业占整体市场规模约5%,头部集中度不高,并且中高端气体传感器都主要被外国企业所垄断。
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项目三:点焊传感器的智能缆索和监测系统
桥梁拉索是缆索支承桥梁(吊索拱桥、斜拉桥和悬索桥等)的重要承载构件,是整个桥梁体系的生命线,需要的有效的测试手段,以实现缆索支承桥梁的施工索力监控,并对桥梁拉索的运营状态进行健康监测,具有工程应用价值。团队发明一种点焊传感器的智能缆索,提出采用点焊机,将点焊传感器(光栅和电阻应变计)至钢丝和钢绞线,不会伤及钢绞线内部结构。智能缆索系统实时采集各监测点数据,并对数据进行分析,实施远程控制。应用领域:悬索桥智能主缆和智能吊索,斜拉桥智能拉索,拱桥智能吊杆,体外智能拉索,岩土的智能锚索和房结构的智能索等。

图1 点焊传感器的智能缆索
(1)点焊传感器可实现即焊即测;
(2)点焊传感器灵敏度高,反应迅速,能测量的物理值也很小;
(3)点焊传感器抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、安全;
(4)恶劣的环境监测。
本成果已经生产相关样品样机
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项目四:复杂岩溶流域多要素耦合的平陆运河水资源智能优化配置集成技术
针对物理神经网络在岩溶流域复杂大求解域水文水动力耦合计算的失效问题,以及传统前期影响雨量计算时固定前期影响天数、时间尺度和衰减系数导致的干湿事件辨识精度差的问题,通过水文水资源学、人工神经网络、智能优化等多学科交叉融合,提出嵌入硬约束与自动混合精度优化举措的残差协同神经网络,实现不同时间尺度前期最优影响天数和衰减系数的实时优化,并提出适用于岩溶流域不同时间尺度的干旱事件精准辨识技术,集成了复杂岩溶流域多要素耦合的平陆运河水资源智能优化配置技术,成果可为复杂大求解域快速求解、岩溶流域干湿事件精准辨识以及平陆运河水资源智能优化配置提供科技支撑。

图1 平陆运河水资源智能优化配置软件(V1.0)人机交互界面

图2 残差神经网络技术框架
(1)残差神经网络大求解域高效计算
(2)流域前期雨量衰减系数实时优化
(3)岩溶非岩溶区干湿事件精准辨识
(4)多尺度耦合水资源智能优化配置
本成果已发表学术论文2篇、获授权国家发明专利1项,提出了复杂岩溶流域多要素耦合的平陆运河水资源智能优化配置集成技术,突破了复杂大求解域求解失效、岩溶流域干湿事件精准辨识以及区域多时间尺度耦合的水资源智能优化配置的所有技术障碍,为提高平陆运河水资源供水保障率、进一步服务平陆运河水资源优化配置奠定重要基础。
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项目五:隧道(洞)塌方灾害智能微震实时预警成套技术
针对隧道(洞)开挖过程中塌方地质灾害频发的严重安全问题,以及传统监测预警手段无法有效预防塌方灾害的瓶颈问题,通过岩石力学、微震监测技术、人工智能、无线网络、云计算、5G通信等多学科交叉融合,研制了具有自主知识产权的隧道(洞)塌方预警智能微震监测设备,开发了配套的塌方灾害实时预警信息化平台,形成了塌方灾害智能微震实时预警成套技术,成果可为水利水电、公路、铁路、市政等行业的隧道(洞)塌方灾害精准防控和安全施工提供科技支撑。

图1 SmartMS-G1智能微震系统

图2 微震预警技术成功应用于那板水库隧洞安全建造
(1)围岩破裂过程全程监听
(2)围岩微破裂超灵敏感知
(3)数字信息实时无线传输
(4)云端远程记录与云计算
(5)岩石破裂信号智能识别
(6)移动端查询与智能报警
(7)塌方灾害实时在线预警
本成果已经生产成套产品,被直接应用于广西那板水库发电输水隧洞和广西巴羌高速公路等广西重大工程建设,为建设方提供了多次成功预警服务,避免了重大安全事故与经济损失。目前牵头制订《公路隧道微震监测预警技术规范》广西地方技术标准1项。
声明:综合整理自各高校成果汇编


