基于构件化生长模型的作物管理决策支持系统--《南京农业大学》2007年硕士论文
基于构件化生长模型的作物管理决策支持系统
【摘要】：
作物生长模型与决策支持系统的研究与应用对于农业生产的信息化和数字化具有重要的理论与实践意义。通过数十年的研究与开发，目前已经有数以百计的作物生长模拟模型应用于农业生产管理，但是它们的开发尚无统一的方法和标准，各种模型对作物生理生态过程的量化描述繁简不一，参数取值差别较大。本研究借鉴国际上先进的作物生长模型构建理论和本实验室形成的作物模拟方法体系与基本框架，运用系统分析原理和数学建模技术，创建了作物生长模拟模型的通用算法框架，并以此为核心，结合气象生成模型、品种参数生成模型及策略分析评价模型，应用面向对象的程序设计与软构件技术，研制了基于构件化生长模型的作物管理决策支持系统，从而实现了农作模拟预测、决策支持和人机交互技术的有机耦合。
根据作物的不同类型，对国内外作物生长模拟模型进行系统分类，再以作物的一般生理生态规律为基础，将作物生长模型划分成五大组成模块，通过系统地分析、综合，提炼作物生长模拟通用算法框架，涵盖了作物阶段发育和物候期、光合作用、呼吸作用、干物质积累和分配、叶面积指数、产量形成等主要的生长动态过程，并采用参数化建立了不同作物的生长模拟模型通用算法。采用1996年在南京进行的小麦播期试验和2004年在南京进行的水稻氮肥处理试验资料对通用模型算法进行了检验，结果显示采用通用算法框架建立作物生长模型不仅能可靠地预测不同品种和肥水条件下的作物生长动态，而且综合实现了多种作物的模拟预测功能。这种通用算法使不同的作物采用了相似的模拟方法和统一的参数设置，便于模型的不断完善与扩充，并能提高代码的复用率，加强系统的模块化和可靠性，统一不同作物模型接口的规范，增加软件生产率，降低开发代价。通用算法的建立为发展作物生长模拟模型开发平台提供了一定的技术支持，并为通用性、综合性数字化作物管理决策支持系统的构建奠定了基础。
以作物生长模拟模型通用算法为主线，结合气象生成模型、品种参数生成模型，采用面向对象的程序设计和软构件技术，构建了符合COM标准的生长模型组件及基于模型组件集成的综合性作物生长模拟系统，系统包括发育进程、光合生产、物质分配、器官建成、产量形成、养分平衡、水分平衡等模块，可以预测不同生态环境、品种类型和生产条件下作物生长发育和产量形成过程及其与水分和养分的动态关系。系统以C#为开发语言，MS-Access 2003设计数据库，Windows为界面，通过下拉菜单、工具条、图标、图形和表格等方式和用户进行交互，实现了系统功能与用户界面的较好统一。
在此基础上进一步运用决策支持技术，基于COM标准的作物生长模拟模型组件，建立了基于构件化生长模拟的作物管理决策支持系统。系统由模型库、数据库、模型字典、人机接口和用户界面五部分组成，具有农作信息管理、动态模拟、方案评估、因苗预测、时空分析及系统维护等功能，具有系统性、动态性、预测性和决策性。
基于水稻和小麦作物的实例分析显示，本系统采用作物生长模拟模型通用算法框架，不仅能可靠地预测不同品种和肥水条件下的作物生长动态，而且综合实现了多种作物的模拟预测与管理决策等功能，可为发展通用的作物管理决策支持系统奠定基础。
【关键词】：
【学位授予单位】：南京农业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2007【分类号】：S126【目录】：
第一章 文献综述与研究目的9-26
1 作物生长模拟模型的研究进展9-17
1.1 作物生长模拟模型的概念及特点9-10
1.2 作物生长模拟模型的发展历程10-14
1.3 作物生长模拟模型的研究动态14-17
2 基于生长模型的决策支持系统研究进展17-19
2.1 农业决策支持系统的概念及特点17-18
2.2 作物管理决策支持系统的研究进展18-19
3 本研究的目的及意义19-21
参考文献21-26
第二章 研究思路与方法26-32
1 研究思路与技术路线26
1.1 研究思路26
1.2 技术路线26
2 资料来源26-28
2.1 文献资料26-27
2.2 田间试验27-28
3 模型的构建与检验28-29
3.1 模型的构建28
3.2 模型的检验28-29
4 系统设计与实现29-31
4.1 系统设计原理29-30
4.2 系统组织结构30
4.3 系统的实现方法30-31
参考文献31-32
第三章 作物生长模拟模型通用算法32-46
1 作物生育期模拟33-35
1.1 相对热效应33-34
1.2 相对春化效应34
1.3 相对光周期效应34-35
1.4 每日热敏感性35
1.5 生理发育时间35
2 叶面积指数的模拟35-36
2.1 库限制下的叶面积指数模拟35-36
2.2 源限制下的叶面积指数模拟36
3 作物光合作用和干物质积累模拟36-40
3.1 冠层光合有效辐射吸收36-38
3.2 光合作用38-39
3.3 呼吸作用39
3.4 干物质积累39-40
4 作物干物质分配与产量形成模拟40-41
4.1 干物质在地上部与地下部之间的分配40
4.2 干物质在地上部各器官间的分配40
4.3 影响干物质分配的因子40-41
4.4 产量模拟41
5 模型检验41-43
6 讨论与结论43-44
参考文献44-46
第四章 作物生长模型构件及管理决策支持系统46-62
1 系统总体结构框架47-50
1.1 模型库构件化设计47-49
1.2 数据库的设计49-50
1.3 人机接口与用户界面50
2 系统的主要功能与技术原理50-52
2.1 文件管理50-51
2.2 信息管理51
2.3 动态模拟51
2.4 方案评估51
2.5 因苗预测51
2.6 时空分析51-52
2.7 系统维护52
2.8 系统帮助52
3 系统的开发与实现52-59
3.1 模型构件化设计52
3.2 系统开发环境与工具52
3.3 系统测试与应用52-55
3.4 系统实例测试55-59
4 结论与讨论59-60
参考文献60-62
第五章 讨论与结论62-67
1 讨论62-65
1.1 作物生长模拟模型的通用算法框架62-63
1.2 基于生长模型的作物管理决策支持系统63-64
1.3 本研究的特色及今后的研究设想64-65
2 结论65-66
参考文献66-67
ABSTRACT67-69
附录Ⅰ 本文主要参数与变量说明69-72
附录Ⅱ 系统用户手册72-101
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京公网安备75号变压器暂态仿真模型及基于支持向量机的变压器保护原理研究--《西南交通大学》2006年博士论文
变压器暂态仿真模型及基于支持向量机的变压器保护原理研究
【摘要】：随着国民经济的不断发展，对电力的需求日益增加，同时要求电力系统的容量不断增加。大容量的电力变压器被广泛采用，对电力变压器保护快速性和可靠性提出新的要求。目前，作为电力变压器主保护的差动保护在识别励磁涌流和内部故障时准确率较低，这个问题多年来不断的困扰着电力变压器保护的研究工作者，也是目前电力系统科研的前沿性课题。解决这一问题首先我们应该进一步深入认识变压器内部故障机理，并建立变压器内部故障精确的暂态仿真模型，这是提高变压器保护性能的必要条件。基于内部故障模型获取准确的特征参数，才能使新的变压器保护原理的提出成为可能。
本文基于电磁感应理论建立了新的变压器励磁涌流和内部故障仿真模型，同时利用新兴的支持向量机学习算法制定了识别励磁涌流和内部故障电流的新方案。本文从以下几方面进行论述：
1、本文首先主要明确了开展本课题研究工作的目的和实用意义，分析了变压器磁化曲线模型、正常变压器模型、变压器内部故障模型、变压器保护方案等国内外相关方面的研究工作，并作以总结，同时提出了本论文的研究内容。
2、本文对统计学习理论的基本概念和定理给予简要阐述，其中包括机器学习问题表示，经验风险最小化，复杂性及推广能力，一致性条件和关键定理，VC维，推广性的界，结构风险最小化，核函数等，为后续研究奠定了理论基础。
3、变压器暂态仿真的准确与否，磁化曲线的建模是至关重要的。本文在对现有铁磁材料磁化曲线拟合方法研究的基础上，提出基于支持向量机的磁化曲线拟合方法。其主要思想就是将磁化曲线的每一部分都是用一个函数来表示的，通过试验数据并使用支持向量机寻找决策函数，得到完整的磁化曲线模型。利用仿真试验证明了此方法的有效性。
4、励磁涌流的仿真是开展变压器差动保护研究的基础。本文在认真分析了前人的励磁涌流的仿真研究成果基础上，提出变权重的励磁涌流仿真方法。其主要思想为依据极限磁滞回环与局部磁滞回环具有分形特征这一特点，在进行了励磁涌流仿真时，改变压缩权重。仿真试验证明此方法的有效性。
5、目前变压器内部故障研究还处于初级阶段，本文在对变压器内部故障机理分析研究的基础上，提出基于磁路的单相变压器、三相三柱变压器和三相
【关键词】：
【学位授予单位】：西南交通大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2006【分类号】：TM407【目录】：
ABSTRACT8-13
第一章 绪论13-33
1.1 引言13
1.2 课题的背景13-15
1.3 铁磁材料磁滞回环形成方法研究现状15-17
1.3.1 铁磁材料主磁滞回环拟合方法研究现状15-16
1.3.2 铁磁材料次磁滞回环形成研究现状16-17
1.4 电力变压器正常运行时仿真模型的研究现状17-19
1.4.1 利用现有软件搭建仿真电路的方法17-18
1.4.2 仿真建模方法18-19
1.5 电力变压器内部故障时仿真模型研究现状19-22
1.5.1 利用现有软件搭建仿真电路的方法19
1.5.2 仿真建模方法19-22
1.6 电力变压器主保护的研究现状和发展趋势22-31
1.6.1 仅利用电流量的变压器保护技术22-25
1.6.2 基于电压波形特征的变压器保护技术25-26
1.6.3 同时利用电流和电压量的变压器保护技术26-29
1.6.4 小波分析理论和智能技术在变压器保护中的应用29-31
1.7 本论文所做的主要工作31-33
第二章 统计学习理论的基本内容33-44
2.1 引言33
2.2 机器学习问题表示33-34
2.3 经验风险最小化34-35
2.4 复杂性及推广能力35
2.5 一致性条件和关键定理35-37
2.6 VC维37-39
2.7 推广性的界39-40
2.8 结构风险最小化40-41
2.9 核函数41-42
2.10 本章小结42-44
第三章 变压器励磁涌流的暂态仿真研究44-60
3.1 引言44
3.2 分形理论基础44-47
3.2.1 分形的分类及特性45
3.2.2 分维及其计算方法45-47
3.3 非线性E支持向量回归机的基本原理47-49
3.4 非线性E支持向量回归机算法实现49-50
3.4.1 利用二次规划求解支持向量回归问题49
3.4.2 其他支持向量回归的改进算法49-50
3.5 局部磁滞回环算法50-52
3.6 励磁涌流算法仿真52-58
3.6.1 单相变压器数学模型52-53
3.6.2 微分方程求解算法—龙格库塔法53-54
3.6.3 仿真流程54
3.6.4 仿真及分析54-58
3.7 本章小结58-60
第四章 变压器内部故障仿真研究60-113
4.1 引言60-61
4.2 变压器本身或电源有无接地点的影响分析61-62
4.3 变压器内部故障短路磁路模型62-77
4.3.1 单相变压器内部故障短路磁路模型62-66
4.3.2 三相三柱变压器内部故障短路磁路模型66-71
4.3.3 三相五柱变压器内部故障短路磁路模型71-77
4.4 计及涡流损耗的变压器内部故障短路磁路模型77-92
4.4.1 变压器铁芯涡流损耗的模型77-78
4.4.2 计及涡流绕组单相变压器内部故障短路磁路模型78-81
4.4.3 计及涡流绕组三相三柱变压器内部故障短路磁路模型81-86
4.4.4 计及涡流绕组三相五柱变压器内部故障短路磁路模型86-92
4.5 变压器内部故障模型参数确定92-107
4.5.1 串联电阻确定92-93
4.5.2 典型接线的模型电压参数确定及模型变换93-99
4.5.3 零序磁导的确定99-100
4.5.4 漏磁导的确定100-107
4.6 仿真计算107-112
4.7 本章小结112-113
第五章 基于支持向量分类机的变压器励磁涌流识别研究113-128
5.1 引言113
5.2 支持向量分类机的基本原理113-115
5.3 C-SVM分类问题算法实现115
5.4 变压器励磁涌流和内部故障特征提取115-121
5.4.1 特征提取原理115-117
5.4.2 训练样本选取117-121
5.5 基于支持向量分类机的变压器励磁涌流和内部故障识别121-127
5.5.1 样本的预处理121
5.5.2 支持向量机参数的选取及分类边界获取121-124
5.5.3 支持向量机识别结果124-126
5.5.4 结论126-127
5.6 本章小节127-128
第六章 结论128-130
6.1 本文取得的主要研究成果和结论128-129
6.2 需要进一步研究的问题129-130
致谢130-131
参考文献131-143
攻读博士学位期间发表的论文及参加的科研工作143-144
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