第二十五届全国青少年科技创新大赛获奖作品集Word文件下载.docx
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项目名称基于人工智能的台风增水预报系统优化和应用研究
地区上海市作者胡亦知辅导教师娄维义
学校华东师范大学第二附属中学
项目简介摘要：
该文在分析上海独特的地理位置以及台风水灾主要影响因子的基础上，从人工智能的角度提出了一种新的台风水灾预报方法，利用人工神经网络算法来模拟人工预报员的经验，并通过计算机实现上海地区台风增水的智能预报。
在标准BP神经网络的基础上，对BP网络进行了改进并采用主分量BP网络来提高网络的泛化能力，减少网络的训练时间，加快网络收敛。
结果表明，其预报客观、稳定，预报精度接近目前业务中使用的人工经验预报，可以在业务中应用。
选题：
由于地球变暖造成极端气候灾害增多已经成为不争的事实，针对直接关系到城市人民生命财产安全的台风水灾威胁，我想通过研究提出台风水灾智能预报方法，并为了提高预报的预见期和准确性，主要考虑在应用性上如何更加优化系统的智能效果，真正为台风水灾威胁做好准确预报，设计：
为更好更精地预报台风增水，利用主分量分析法对原先的模型进行改进和完善，对改进后的系统进行实际检验，对其应用性和实践性进行评价，验证系统的使用价值。
基本原理和研究过程：
1、通过分析整理台风、水情历史资料计算参数，提出建立BP神经网络算法的数值预报模型，2、更新升级基于主分量的神经网络模型，构建了新的智能预报业务系统；
3、再以2007-2008年台风水情数据对系统进行检验、评价，优化了系统训练效果；
4、使用台风增水预报系统进行实践预报应用检验，成功预报了2009年“莫拉克”台风水情。
创新点：
1、课题建立的预报系统采用神经网络代替人工经验，避免了人工预报的主观性和不稳定性，缩短了台风水灾预报所需要的时间，并提高了预报精度。
具有自我学习、积累经验、不断自我优化的能力。
2、系统化繁为简，实现了跨专业跨领域（气象、海洋、水文等）的台风增水预报，将台风引起潮、雨、洪、涝等各种增水因素综合到预报系统中，经过智能选择重要参数的方法，优化台风水灾预报结果。
他人同类研究详见《查新报告》。
进一步设想：
1、研究合适的方法选择台风的参数进行台风增水预测。
2、选择某一区域的台风进行预测，减小区域范围，增大预测精度，并推广至其他城市应用。
3、将风暴潮预测与台风预测和区域内天气预报结合起来，加入专家知识和应对措施，建立灾害预测预警系统。
项目名称毒隐翅虫提取液对皮肤损伤的观察及其应用探索
地区上海市作者程嘉颖辅导教师娄维义万平
学校上海市华东师范大学第二附属中学
项目简介1、摘要：
本研究结果表明毒隐翅虫液对皮肤的损伤表现为斑片状，皮肤表皮层变松解体，真皮层变性；
随着虫液浓度的加大，诱导CRL-7761人正常皮肤细胞总凋亡的作用逐渐加强。
虫液能减低人白血病HL-60细胞存活率。
高浓度的虫液对皮肤的损伤严重、不可逆，低浓度的虫液对皮肤的损伤可逆；
毒隐翅虫液对人正常皮肤细胞有一定的抑制作用；
毒隐翅虫液能抑制人白血病HL-60细胞存活。
2、该项目的选题是怎样确定的：
去上海崇明岛游玩时，小虫飞到脖子上，用手拍死后，皮肤发红有痛感。
医师诊断为“毒隐翅虫皮炎”。
毒隐翅虫身上的毒素是否也可加以利用呢？
因此，激发了我研究这个课题的兴趣。
3、基本思路和过程：
在皮肤损伤方面，从整体、组织、细胞3个层面观察虫液皮肤的损伤。
用虫液涂布小鼠背部皮肤，肉眼观察小鼠整体的外观皮肤情况；
制作切片，用显微镜观察其皮肤细胞的病理情况；
用虫液作用于离体人正常皮肤细胞（CRL-7761），观察细胞的调亡情况。
既然毒隐翅虫液对皮肤对细胞有毒性，那是否能对已有“毒性”的细胞（癌细胞）起到以毒攻毒的效果呢？
观察毒隐翅虫液抑制癌细胞生长的效果，用MTT法观察人白血病HL-60细胞存活率与毒隐翅虫液抑制率。
4、应用的科学方法、科学原理：
（1）显微观察虫体形态；
（2）用索氏提取器提取毒隐翅虫液；
（3）病理切片观察虫提取液对小鼠背部皮肤影响；
（4）流式细胞仪检测细胞察毒隐翅虫对离体人正常皮肤细胞影响；
（5）MTT法观察人白血病HL-60细胞存活率与毒隐翅虫提取液抑制率。
5、主要贡献（创新部分）：
（1）观察毒隐翅虫液对在体小鼠背部皮肤和离体人正常皮肤细胞影响以探索其机制；
（2）观察人白血病HL-60细胞存活率与毒隐翅虫液抑制率以挖掘其应用价值。
6、他人同类研究见查新报告。
7、进一步研究：
（1）进一步分离活性成分，即从目前的“有效部位”上升到“有效成分”。
（2）进一步研究毒隐翅虫毒素提取液对皮肤损伤的基因调控机制和主要影响因素。
项目名称合肥市常见小家蚁负重能力和负重行为的研究
地区安徽省作者张阳辅导教师王慧任青
学校合肥市第三十八中学
项目简介我在家中、院子里还有户外经常发现蚂蚁有单独搬运食物或集体拖拉食物的现象，仔细观察又发现蚂蚁搬运食物时的动作还不一样呢。
这些让我很好奇，蚂蚁的力气到底有多大？
在蚂蚁的负重能力方面此前没有实验性的报道，对蚂蚁力量的描述多出现在科普文章中。
科普文章中常常引用哈佛大学昆虫学教授马克莫费特的观察数据即：
蚂蚁一般可抬起自身重量的300-400倍以上的物体，拖拉自身重量1700倍的物体，但文章中都没有明确指出是哪种类型蚂蚁的力量，测定蚂蚁力量的方法也没有介绍。
那么能不能设计一个实验来研究小家蚁的负重能力和负重行为呢？
于是我选择合肥市常见的小家蚁（MonamoriumpharaonisL.）为研究对象展开实验性研究。
在研究过程中我先确定研究对象和研究地点，然后选择负重材料并制定研究方法。
我制定了投食观察的方法和照片、录像分析的方法，在投食观察后详细记录结果最终分析得出研究的结论。
创新部分：
1.实际研究并测定了合肥地区常见小家蚁个体搬运食物时最大的负重能力。
其上举重量的最大值约为5.5mg，是自身体重的14倍左右；
而观察到的小家蚁个体在地面拖拉食物（非上举、食物在地面上）的最大重量约87.5mg，是自身重量的220倍。
2.发现在不同重量的食物面前，小家蚁个体采取了选轻的策略，有关选轻策略未见报道。
3.发现小家蚁个体负重的方式中包含了一种行为信息，该行为信息影响到其他小家蚁的行为，有关蚂蚁的行为信息未见报道。
4.发现食物的重量决定了小家蚁负重行为的选择和搬运的速度。
5.发现集体搬运食物时小家蚁在食物的周围均匀分布。
项目名称“窃热”泵探测狗的研制
地区吉林省作者毕思达辅导教师李金华
学校吉林省实验中学
本项目利用一切发声的物体都拥有特定的频率这一特点，采用锁相环电路通过自行设计的压电式声音传感装置检测出声音信号的固定频率，研制成一种“窃热”泵的探测仪器。
该仪器以电平显示及人耳听音共存的方式实现人机一体化，可在楼道管道井处探测居民家中是否有“窃热”泵存在。
选题的确定：
《新文化报》09年11月22日报道：
“长春上万户居民用循环泵‘窃热’”，这种行为造成供暖系统严重失衡，加剧供暖矛盾。
而目前检测手段落后引起了我的思考，我决定研制“窃热”泵探测狗。
设计的基本思路：
将声学与电学知识相结合，采用检测声音固有频率的方法研制一种可以直观显示是否有“窃热”泵存在的仪器。
目的：
有效探测居民家中是否有“窃热”泵运行，帮助政府解决供暖管理中出现的实际问题。
研究过程：
经过多种声音采集方案的实践，最终选用压电陶瓷作为声音传感器、自制压电式声音传感装置，测得相关数据，确定放大电路单元，带通滤波单元，锁相频率检测单元，电平显示单元和声音功放单元等部分电路参数。
经过调试成型，最后实地检验，不断完善。
科学原理及方法：
1.为更好运用压电效应，利用一个探针装置实现声音固体间传导2.使用虚拟示波器及频谱分析软件分析所采集信号，得出循环泵运行的特征频率3.运用电子集成电路对采集信号放大，用锁相环、电平显示集成电路实现功能显示4.运用数理统计原理，将装置实际测试数据绘制成图表，观察分析。
贡献：
研制出一部“窃热”泵科学探测仪，弥补了该领域的空白。
其中，自行设计和制作的压电式声音传感装置实现固体间直接传导及声电转换，属于技术创新。
同类研究调查：
目前尚无“窃热”泵的专用探测仪。
将压电式声音探测器与锁相环相结合应用于民用供暖管道的研究未见报道，该项目已申报国家专利。
完善设想：
1.优化显示功能2.增加充电功能。
项目名称车载式浮尘高效捕捉装置
地区湖南省作者蔡雅垠李思珊彭弋扬辅导教师彭世文
学校湖南省长沙市长郡中学湖南省长沙市长郡中学湖南省长沙市长郡中学
项目简介1．摘要:
本项目在研究城市浮尘特殊性和剖析传统吸尘装置缺乏适应性的基础上，以解决“空中捕尘”和“高效捕尘”问题为核心，研发出“车载式浮尘高效捕捉装置”，为“清扫天空”、净化城市提供技术支持。
2、选题的确定:
解决城市浮尘污染环境问题势在必行。
由于城市浮尘的特殊性，传统的吸尘装置无法承担重任，因此有必要研发专门的捕捉浮尘的装置。
3、目的与基本思路:
本项目的目的在于设计一种适应“清扫天空”的车载式浮尘高效捕捉装置。
基本思路是围绕装置“高效”性能要求，在分析影响捕尘效果因素的基础上采取技术措施，设计性能可靠的新装置。
4、研究过程：
（1）调查研究；
（2）装置原理设计；
（3）装置结构设计；
（4）样机制作与试验。
5．科学方法与原理:
采用调查法、实验法、类比法、组合法。
应用机械设计和环境科学的科技原理。
6．主要贡献（创新点）:
（1）提出“清扫天空”、捕捉浮尘的城市环保新理念，解决了在尘粒相对浓度低和车顶位置有限的特殊的室外环境里实现高效俘获尘粒的技术难题，并研发出相应的技术和装置。
（2）围绕装置的“高效”性能要求采取了三项技术措施：
一是研发聚丙烯塑料覆盖碳浆的电极单元，解决了缩小极间距与增加电击穿危险的矛盾，通过增加电极对数实现增效；
二是用电极单元叠成类蜂巢结构，解决了车顶空间有限高度及宽度与增效需要扩大有效功能面的矛盾，从结构上保证了“高效”的实现；
三是确定了蜂巢通道的合理长度，解决了捕尘通道中气流运动与微粒碰击运动之间的矛盾，从相对运动关系方面上保证了“高效”的实现。
（3）依靠“车载式”相对运动产生的通道气流效应实现了装置自助式吸气以提供捕获尘粒机会的功能。
安全、节电、环保，是城市环保设备与交通设备珠联璧合的有益尝试。
7．他人同类研究情况:
经科技查新及专利查新，未见有类似的研究成果。
8．进一步完善的设想:
设计捕尘量达到某一限度时具有自动报警和清除功能。
9．工作分工:
蔡雅垠：
实地调查、查资料调查、方案设计、研究论文撰写等；
李思珊：
查资料、方案设计、实验和论文撰写等；
彭弋扬：
查资料、方案设计、实验和模型制作等.
项目名称导向起页式翻页器
地区浙江省作者朱思涵辅导教师梁瑛朱佩龙
学校浙江象山丹城第二中学
项目简介1、项目摘要：
该项目选用便条纸粘在谱页背面右下角来引导翻页片准确起页，通过乐谱的底架使翻开的左右乐谱页面呈现一小的角度，使翻页片起页后顺利翻页。
本项目可给练习或演奏乐器者或残疾者带来很大方便，只需用脚轻触电机开关，即能按演奏者需要实施准确翻页；
操作简单、制作简易、成本低廉、应用广泛，具有很高使用价值。
我在练习钢琴和二胡时常因翻乐谱的页码而中断，想买一台能自动翻页的机器。
可就是找不到能供货的商店，于是萌发了自己做一个的想法。
3、目的和基本思路：
利用学生身边常见的物品设计一种结构简单、起页准确、制造成本低、适合大众化使用的翻页器。
4、该项目的研究过程：
a、书签具有引导作用。
经不断摸索，最后确定用自贴式便条纸来代替书签且粘在谱页背面右下角，钢质直尺代替手指，能可靠地插入待翻页的谱页下。
b、翻页片起页后进行翻页时，要把所起页与下一页间抬离一些距离，否则翻页片平滑到书页中缝时受阻而翻不过去。
通过不断试验，通过乐谱的底架使翻开的左右乐谱页面呈现一小的角度，这样就能顺利地把托起的页面翻过。
c、开始时采用脚踏自行车的刹车拉索、复位弹簧等来实现翻页片的往返转动，但产生了较大的声响。
后来改用玩具电动机来带动翻页片转动，后来在老师的指导下又增加了曲柄摇杆机构，这样电机旋转一周翻页片就往返一次。
5、科学方法、科学原理：
用便条纸粘来引导翻页片准确起页，用曲柄摇杆结构实现翻页片往返运动。
6、该项目的主要贡献（创新部分）：
选用便条纸粘在谱页背面右下角来引导翻页片准确起页，通过乐谱的底架使翻开的左右乐谱页面呈现一小角度，使翻页片起页后顺利翻页。
7、他人同类研究的情况调查：
经过对网上查阅到的现有技术的分析，发现翻页器的关键的技术是如何准确起页，而关于起页技术可归纳为以下几种：
1、粘页法；
2、真空吸页法；
3、摩擦轮搓页法；
4、固定架转动法；
5、卷筒型法；
6、液晶屏幕显示法等。
上述方法都有些缺陷：
1、2、3存在起页不可靠问题；
4、5需要先经过复印，而后按顺序放入翻页器，不适合翻页成册的乐谱；
6价格昂贵不适宜普遍推广。
8、进一步完善该项目的设想：
a、翻页控制采用无线遥控的方式来代替有线控制；
b、翻页器上集成其他功能，如电子节拍器、电子校音器、电子时钟等；
项目名称多锥体组合轮全方位运动机构
地区辽宁省作者曹人天孙浚桐钟雅琼辅导教师唐彪
学校辽宁省实验中学辽宁省实验中学辽宁省实验中学
项目简介1.摘要：
多锥体组合轮基于锥体侧边旋转运动和锥齿轮差速器原理而设计，由四个90度锥体球冠组成球形基本轮体。
基本轮体的四个锥体组成了一个全封闭球形结构体，有效地提高轮子的刚度和强度。
多锥体组合轮采用两个成45度交错布置的基本轮体组成，实现与地面的连续接触，并显著改善轮子的越障能力。
由三个成120度布置的多锥体组合轮驱动的全方位运动机构可以实现任意方向的运动，具有很好的承载能力及越障性能。
在广泛搜集各方面资料和调研的基础上，发现目前轮椅的运动灵活性还有很大不足。
制作一种不仅能够前后运动，而且还能够实现侧向运动，原地转动等各方位复杂运动的机构很有意义。
3.目的和基本思路：
面对传统移动设备的灵活性不足，以及当前全方位移动机构的承载能力及越障性能差的现状，设计一种全面克服承载及越障性能等缺陷的新型全方位运动机构，促进该类机构的广泛应用。
该项目经调研、小组讨论，并提出创新性想法。
然后绘制工程图、下厂加工、组装和实验的研究过程。
5.应用了哪些科学方法、科学原理：
应用了锥体的侧边旋转运动和锥齿轮差速器原理，采用组合和互补的方法实现了全封闭结构的全方位轮设计。
6.创新部分：
在球形几何结构的基础上，利用锥体的侧边旋转运动和锥齿轮差速器原理解决了轮与地面接触过程中的运动约束问题。
设计了新型的多锥体组合轮，具有力封闭的几何结构，提高了全方位轮的刚度和强度。
提高了全方位轮的越障能力，解决了困扰全方位轮承载能力的瓶颈问题。
7.他人同类研究的情况调查：
对该项目进行了查新及调研，本研究具有创新性。
8.进一步完善该项目的设想：
在机构设计上完善细节，增加对本装置的控制方法的研究。
9.集体项目中申报者各自的工作分工：
曹人天：
调研，设计，画图，记录，实验，分析；
孙浚桐：
调研，设计，记录，加工，实验，分析；
钟雅琼：
调研，设计，记录，查新，实验，分析。
项目名称辅助行进助手
地区广东省作者翁泽鸿辅导教师刘忠毅李成该
学校广东实验中学
目前，老年人或病人均使用传统助行架。
我设计的新型助行架前脚采用滑动式结构，后脚装上单向轮的结构，架子稳定、可靠。
使用者只需轻轻一压，助行架就前移10—20厘米，手一放，架子又恢复原状态。
老年人或病人的身体重量始终由助行架承受，实现了省力，安全。
2、项目的确定：
爷爷病卧在床，行动不方便。
在电视上，我看到传统助行架，使用起来不方便。
所以，我想发明一种不用提起又能前进的新型助行架。
3、设计目的：
针对当前老年人或病人使用的助行架存在的缺点，研究和设计一种更适合老弱病残的人使用的方便、省力的新型助行架。
基本思路：
对现有的助行架改进，原老弱者每向前一小步，必需提起助行架往前挪一步才能走，现在仅用人手扶在扶把上靠身体自身重力轻轻下压，助行架就会往前一步，不用提助行架，节省了体力。
4、研究过程：
2008年10月，发现问题，产生研究动机2008年10月—12月，观察生活、体验助行架的使用，发现解决问题的方案2009年1月—3月，设计方案；
4月—6月，购买零部件、制作；
7月—10月，不断改进与调整；
11月—12月，试用、市场调查、分析，撰写报告5、科学原理：
1．把划船前进的原理转接到助行架上来，实现助行架滑动前移2．前脚用扇形作为接触面，后脚用单向轮，实现平稳安全；
3．利用扇形的弧面，使得将一个斜向下的压力改为一个水平的推力；
4．利用弹簧的弹性势能使得扇形支架自动复位。
6、创新部分：
1．将原来必须提起助行架向前移动，巧妙改为向下压架往前移动。
最大贡献和亮点是采用扇形活动套脚，非常巧妙利用助行架支撑人体的力转为助行架前移的动力，科学又新颖。
2．助行架自始至终都不用离开地面，实现滑动前移的目的。
更方便，省力，科学，人性化。
7、目前国内外只有两种助行架，一种是普通助行架，另一种是安装轮子单手用的助行架，但两种助行架都存在缺陷。
经查阅文献及专利，国内外还没有这种滑动式前进的助行架。
8、改进并完善新型助行架的同时，研究可以上下楼梯的助行架
项目名称高效自动胶囊套合装置
地区浙江省作者杜云婷辅导教师黄林吕金辉
学校浙江省新昌中学
项目简介【摘要】现有胶囊套合机存在机构复杂、工作效率低、卫生程度低、破损率高、分选准确率低和无法实现成品自动筛选等缺陷，直接影响到胶囊生产和销售。
本发明包括送料机构、排列机构、套合机构和筛选机构等，采用气缸和电机组合提供动力，具备自动输送、调头、套合、成品筛选功能。
【选题确定】新昌胶囊发展已有60年的历史，产量近10个亿，占全国总量的40%，成为中国胶囊之乡。
目前企业使用的大多数是半自动套合设备，生产效率低、套合成功率低、卫生达不到要求。
由此，我产生了一个发明想法，能不能设计一种价格便宜、又能提高胶囊套合的自动化程度和套合成功率的装置，来提高胶囊生产质量和降低胶囊生产成本。
【目的和思路】目的主要是设计出价格适中的高效自动胶囊套合装置，提高套合成功率、套合效率和套合质量，提高胶囊卫生程度。
以简单巧妙的设计实现复杂的动作，实现从胶囊自动转向到分离不合格胶囊；
从半自动套合到全自动套合。
【研究过程】在确定目标后，发现手动套合机由于人为因素存在平衡度差，出现废料多；
而半自动套合机柔韧性低，效率低、卫生程度差、破损率高。
在老师的指导下，先进行原理性研究，再进行结构设计，最后进行实物模型制作。
【科学方法和原理】科学性：
运用物理学、工程学等相关知识，巧妙而又简单地实现自动套合的目的。
先进性：
胶囊自动转向、自动套合、自动分离；
安全卫生，有较高的准确度。
实用性：
套合效率高，成功率高，全自动化，破损率低。
【创新点】实现了胶囊的全自动转向和套合，使胶囊不管开口朝向如何都能在一次输送过程中实现套合，成功率高，安全卫生，胶囊套合质量好；
设置的筛选机构具备了剔除未套合的帽和体的功能，实现了成品筛选。
【同类研究】目前国内使用的大多数是半自动套合设备，全自动套合设备有见报导，但市场上未见产品。
【完善设想】设计一个光学检测机，可以分辨出一些有色差的不合格的胶囊；
或者分辨出一些形状变形不合格的胶囊。
项目名称滑板电子助手
地区辽宁省作者樊浩洋辅导教师龚鹏
学校东北育才学校
项目简介我喜爱滑板运动，但在练习中，我发现滑板运动中的许多技巧不易掌握，滑板手对自己的安全动作范围也无法控制。
我设计了一套基于加速度检测的系统，可以记录下滑板运动员的运动状态，并予以检测与分析，之后再上传至计算机中，与其他滑板手的数据进行比较与分析，提供建议，从而达到提高运动技巧水平和提高安全的目的。
我设计了由STC5410AD单片机、MMA7260三轴加速度传感器与AT45DB161D数据存储芯片组成的加速度采集-转换-记录电路，来完成对数据的采集、分析与记录。
将加速度采集部分安装在滑板下，运动时只需打开设备，它会自动记录运动中所记录下来的数据；
之后又可以直接将数据发送到电脑上，进行进一步的分析，通过与高手间的比较来达到提高自己水平的效果。
MMA7260三轴加速度传感器可以敏锐地感知X、Y、Z三个方向的加速度，并以电压形式输出；
STC5410AD芯片体积小，耗能少，片内自带的转换功能可方便地将MMA7260传感器所发出的信号转为数字量；
AT45DB161D数据存储速度快，芯片内存2M，足够存储数据的需要。
经过测试，它可以精确记录下滑板的运动状况，达到指导作用，帮助滑板手提高自己的技术水平，让滑板练习不再困难。
项目名称基于考勤信息的安全用电、节电智能控制系统
地区四川省作者王路维辅导教师蒋燕
学校四川省成都市玉林中学
项目简介1、项目摘要提出了利用员工考勤信息，通过自制的基于单片机的信息处理单元和控制电路，运用电力载波传输技术，实现对供电的智能控制——即员工到岗供电、离岗自动断电。
2、该项目的选题是怎样确定的2008年夏季的一个晚上，由于员工下班时忘记关电源，造成我家附近的一个办公楼发生了严重的火灾。
这件事情对我触动很大，我实地走访了一些公司，发现要完全依靠人的自觉性很难做到人走断电，于是我就想发明一个装置，当人一下班，就帮助他自动关闭电源。
从而既保证办公场所的安全用电又能节约电能。
3、设计（或研究）该项目的目的和基本思路设计一个小系统实现员工上班考勤后可以接通电源，下班考勤后自动断开电源，思路为通过考勤机实时提供的员工在岗信息作为信息输入
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