2024年度陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖申报公示信息

                                               公示内容 一

一、成果名称：基于智慧农业的无人种植培育系统关键技术研究

二、成果完成单位：咸阳师范学院

三、成果主要完成人：

四、完成人合作关系

五、成果简介：

本成果属于农业领域智慧农业的应用基础研究，并涉及电路集成设计、无线通信、自动控制、人工智能等相关学科领域。本成果在陕西省重点研发计划项目《食用菌智能化培育系统关键技术研究》(项目编号：2021NY-213) 、陕西省重点研发计划项目《智能化粮库安全监测控制系统关键技术研究》(项目编号：2018NY-158) 、 咸阳市科技计划项目《粮食库存实时计量与防盗系统研究》(项目编号2015k02-05)、陕西省教育厅专项科研计划项目《Par4并联机器人的轨迹规划优化、控制及能耗最小研究》(项目编号20JK0972)、《微波光子信道化接收机分析与设计》(项目编号21JK-0968)以及部分横向课题的支持下完成了基于智慧农业的无人种植培育系统关键技术研究 ，主要围绕数字化技术在农作物种植培育系统中的信息感知、处理和管理决策等功能的研究和集成应用，解决传统农作系统在生产过程中土壤适应性评价、作物养分模型、产量预测和病害管理决策等农作物关键生长信息缺失的问题，实现农作系统土地产出率和资源利用率的显著提高，推动农业信息化和现代化发展进程，开展了一系列创新性工作。主要研究内容包括：

1）自主研发了基于TDR技术的谛听一体化监测设备。自主研发的农用监测探头包括地表多参数传感单元、高性能计算及存储单元、远程无线通信模块、全封闭多深度土壤水分传感单元以及同位温度采集及传感器补偿单元，将多元环境数据的感知及无线传输合二为一，具有低功耗、寿命长、精度高的优势。

2)基于云计算的谛听云台。作物萌芽、幼苗、青禾、蓓朵、生果、熟实等不同时期，通过谛听一体化监测设备，监控作物实时长势及生长的关键指标；通过匹配作物生长模型，定制不同作物生长周期管理模板，科学指导；通过云端数据收集分析决策，定时定点精准调动第三方接入设备进行各项农事活动（浇灌、施肥、病虫害预防、农药），为农企有效实现降本增效。

3)精准水肥敏捷灌溉技术。针对智慧农作中精准施肥寻找最佳肥料配比及预估最大产量问题，提出一种多策略改进的灰狼优化算法。该算法算法能提高肥料效应方程系数的拟合程度，同时能够更加精确的对施肥配比和产量进行预测。

本成果的科学价值在于构建了从数据监测到精准执行的硬件闭环，消除水肥一体化过程中的不可控因素，为整个种植季规划最优实施水肥频率及用量，为种植企业节水节肥达 40%，节省人力成本 20%-30%，亩均增长 8.5%以上。本成果发表主要论文20 余篇，其中被 SCI收录9篇， EI收录6篇；获批发明专利1件，计算机软件著作权3项。相关成果在国内外专业相关会议上交流展示，国内学术会议报告3次，得到了世界上10余个国家学者在多种期刊上的积极评价。在多家企业已得到了产业化应用。

六、所属学科：农学、电子与通信技术

七、推荐等级：二等及以上

八、主要知识产权目录(8篇代表作及专利、计算机软件著作权等)：

主要论文专著目录（限8篇）

主要知识产权证明目录（限10条）

公示内容 二

一、成果名称：

新颖超级电容器电极材料设计、制备及其应用基础研究

二、成果完成单位：

咸阳师范学院

三、成果主要完成人：

四、完成人合作关系

五、成果简介：

本项目属于化学与材料科学的交叉，是无机化学、物理化学、材料化学、环境化学和能源科学原理与技术的综合应用。

在陕西省自然科学基金（2015JQ5188、2018JM50372021JM-516）、陕西省教育厅专项科研项目（15JK1783）及企事业单位委托项目（2019XSYH063）的资助下，本项目围绕设计和构筑高性能超级电容器电极材料展开，在温和条件下制备了多种新颖的高性能超级电容器电极材料，并且系统研究了制备材料的超级电容性质。

主要研究内容包括和发现点包括：

（1） 传统超级电容器电极材料的柔性化及其电容性质研究

来源广泛、比容量高、循环稳定性好，且具有优异的柔韧性是理想超级电容器电极材料的必备性质。借助于石墨烯优异的柔韧性和导电性，辅以赝电容材料的特殊形貌（管状和带状），我们采用水热、回流、减压抽滤等常规技术设计并制备了碳纳米管/孔洞石墨烯、五氧化二钒/石墨烯、磷钼酸杂多蓝/石墨烯、三氧化钼/石墨烯等多种自支撑复合材料。研究表明可以通过带状/管状赝电容材料与大片层还原氧化石墨烯相互穿插缠绕来构筑自支撑三维网络结构复合材料，此类复合材料不仅具有优异的电容性质，并且可以直接作为超级电容器电极材料，无需使用导电剂和粘结剂，该研究工作为传统电极材料的柔性化提供了思路和借鉴。

（2）铋基材料的超级电容性质研究

铋基化合物由于具有价格低廉、安全及环保等特点而被广泛用于光催化领域。我们的研究表明，铋基材料也可以作为电池型电极材料应用于混合超级电容器中，其在碱性电解质（NaOH/KOH水溶液）中的电位窗口大于1.0 V，具有传统的镍/钴基电池型电极材料不可比拟的优势（镍/钴基电极材料在碱性电解质中的电位窗口均小于0.6 V），这为在碱性电解中构筑高比能量混合型超级电容器带来了契机。在该思想的指导下，我们制备了溴氧化铋/石墨烯、钒酸铋/石墨烯、氮化碳/氧化铋、溴氧化铋/硫掺杂镍钴双金属氢氧化物、钒酸铋/镍钴双金属氢氧化物、溴氧化铋/碳毡、钒酸铋/硫掺杂镍钴双金属氢氧化物、溴氧化铋/磷化镍等多种铋基复合材料，系统研究了其光电性质，并初步研究了铋基电极材料在混合型超级电容器中应用。

（3）电化学活性分子/离子基超级电容器电极材料构筑

在双电层电容器电极材料上固载具有氧化还原活性的分子或基团，可以同时赋予材料双电层和赝电容，因而会使材料具有优异的电容性质。在该思想的指导下，我们在温和条件下设计构筑了多种具有电化学活性的分子/离子功能化双电层电极材料，采用超声吸附和离子交换技术制备了亚甲基蓝/石墨烯、中性红/石墨烯、茜素红/石墨烯、Fe(CN)₆^3-插层镍钴层状双金属化合物/还原氧化石墨等复合材料，由于两种材料之间存在π-π相互作用或静电作用，因此复合材料不仅表现出优异的电容性质，并且显示了良好的循环稳定性。

本项目的相关研究成果先后在国内外期刊上发表学术论文16篇，申请国家发明专利1项，其中发表在SCI top 期刊《Journal of Colloidal and Interface Science》、《Journal of Alloy and Compounds》、《Ceramics Internantional》上论文6篇。本项目关联研究成果发表后，受到了国内外学术界的广泛关注，8篇代表性论著已被包括陈军、冉奋、周国富、Kwang-Bum Kim及Guozhen Liu等国内外著名学者的课题组在诸如Small、Advanced Functional Materials、Journal of Marerials Science A等期刊上正面评价或引用达250次，其中关于传统超级电容器柔性化研究的2篇代表性论文已经被他引81次，关于铋基复合材料制备及应用的3篇代表性论文已经被他引达128次，而构筑电化学活性分子/离子基超级电容器电极材料的研究工作的2篇代表作也已经被他引了30次，充分说明了本项目研究工作的影响力。

六、所属学科：

化学

七、推荐等级：

一等

八、主要知识产权目录(8篇代表作及专利、计算机软件著作权等)：

主要论文专著目录（限8篇）

主要知识产权证明目录（限10条）

公示内容 三

一、成果名称：

非线性规划问题的优化算法研究

二、成果完成单位：

咸阳师范学院，西安电子科技大学

三、成果主要完成人：

四、完成人合作关系

五、成果简介：

非线性规划问题在实际应用中普遍存在，其往往存在多个非全局的局部最优解，要找到其最优解相当困难。本项目针对非线性问题求解的优化算法进行了研究。项目完成人就金融、工程等领域出现的不同形式的非线性规划问题设计了寻求其最优解的算法，包括具有确定性的分支定界算法，以及具有随机性的群智能优化算法，并研究了相关算法的收敛性。分支定界算法的相关研究针对所解决问题提出了具有更紧性质的下界松弛函数，并分析了算法的复杂度，极大的提高了算法的收敛速度。通过对目标函数的部分凸化技巧得到多乘积规划问题的凸松弛问题，其最优值可为原非线性规划问题提供较好的下界，结合分段线性逼近可以通过一次迭代确定原问题较好的最优解。群智能优化的算法研究针对蜂群算法，利用贝叶斯先验估计，提出了新的移动方程，对种群进化起到了很好的指导作用，提高了算法的效率和精度。针对非线性的动态多目标优化问题，设计的环境变化侦测技术，并基于TOPSIS技术设计了新环境下初始种群的产生，使得算法更快的适应新环境下的搜索，提出具有更高精度的进化算法。此外，本项目将非线性多目标规划模型应用于超燃冲压发动机主动冷却系统的优化设计，基于材料属性有理近似方法，建立超燃冲压发动机再生冷却结构的拓扑优化模型，采用间断有限元算法结合全局收敛移动渐近线方法求解拓扑优化模型，获得最优流道布局。优化结构的传热熵产率平均降低了42.73%，优化结构不可逆损失程度较低，具有良好的综合传热效率。深入探究拓扑优化结构的流动传热特性以及不同边界条件对拓扑优化结构的影响，实现强化换热的目的，为工程实际应用提供理论指导。本项目所提出算法，丰富了非线性规划的算法理论结果，拓展应用于超燃冲压发动机冷却通道优化设计，具有很好的应用前景。研究成果发表在 Expert Systems With Applications、Journal of Computational and Applied Mathematics、Cmplex & Intelligent Systems、Applied Mathematics Letters以及著名的ASME期刊Journal of Thermal Science and Engineering Applications等国际重要期刊上，7篇代表性论文累计 SCI 他引 24次，单篇论文 SCI 他引达到了 9次，得到了国内外同行的广泛关注，极大推动了非线性规划优化算法的研究。

六、所属学科：

数学

七、推荐等级：

三等及以上

八、主要知识产权目录(8篇代表作及专利、计算机软件著作权等)：