随着工农业的迅速发展,农田土壤Cd污染形势严峻。农田Cd污染将直接或间接地对土壤生态安全、农作物生长以及人类健康发展造成不良影响。Cd由于生物毒性强、易迁移蓄积而受到广泛关注,农田Cd污染亟需有效治理与控制。目前,农田土壤Cd污染修复技术逐渐发展和丰富,但针对修复技术的总结性分析相对欠缺。从农田土壤Cd污染的特点与危害出发,分析了农田Cd污染现状及其来源,在此基础上总结了农田土壤Cd污染修复技术的原理、特点及适用范围等,通过案例分析对比了修复技术的实际应用效果,并分析了各种修复技术的优缺点和应用局限性,以期为农田土壤Cd污染的防治与修复、农业高质量发展等提供一定的理论参考和借鉴。

为预测弹体撞击双钢板混凝土板的贯穿速度及获得结构因素对贯穿速度的影响排序,基于量纲分析和人工神经网络建立了贯穿速度无量纲方程和预测模型,并采用正交试验法确定有限元计算工况,结合方差分析定量评价了7种板的结构因素对贯穿速度的影响程度。结果表明,贯穿速度预测模型的预测值与实际值的误差小于12%;钢板厚度影响显著,对拉钢筋间距和混凝土厚度影响较大,钢板屈服强度、对拉钢筋屈服强度、对拉钢筋直径影响较小,混凝土抗压强度影响最小。建立的贯穿速度预测模型预测效果良好,从新的角度解决了贯穿速度的预测问题,可有效评估双钢板混凝土板抗弹体贯穿的能力,结构因素影响排序有益于双钢板混凝土板抗弹体贯穿的优化设计。

黔中铝土矿集区作为中国重要的铝工业基地,含铝岩系主要为下石炭统九架炉组,矿床类型属沉积型铝土矿。蔡家坝铝土矿床是近年在黔中地区开展铝土矿精查工作时新发现的隐伏的沉积型铝土矿床,研究了该铝土矿床在成矿过程中相关的古气候条件、沉积环境以及成矿物质来源等问题。结果表明,含铝岩系上部铝土岩主要呈泥质结构,主要由高岭石和伊利石组成;中部铝土矿主要呈碎屑状和隐晶质结构,以及少量的鲕粒结构,主要由硬水铝石和伊利石组成;下部铁质岩主要呈隐晶质结构,主要由赤铁矿组成。蔡家坝铝土矿床含铝岩系整体主要形成于陆相环境,且含铝岩系上部铝土岩层和中部铝土矿层主要形成于相对氧化的环境,而下部铁质岩层则主要表现出相对还原的环境。同时,含铝岩系的下部铁质岩和中部铝土矿主要形成于炎热潮湿的古气候条件,而上部铝土矿则为温暖湿润气候条件下的产物。成矿物质来源研究表明,蔡家坝铝土矿床含铝岩系主要来源于下伏寒武系清虚洞组白云岩和灰绿色黏土岩夹层。对指导该区铝土矿的找矿勘探具有重要意义。

为将遥感技术用于云南省牟定地区铀矿勘查,基于先进星载热发射和反射辐射仪(advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer,ASTER)遥感数据通过干扰去除+主成分分析(principal component analysis,PCA)方法,提取了研究区Al-OH、Mg-OH、 {\mathrm{CO}}_3^{2-}及铁染类蚀变信息;通过PCA及PCI Geomatica软件中的LINE模型自动提取了研究区线性构造,并绘制了线性构造密度图。最后结合地质资料,分析了研究区铀成矿与蚀变及线性构造的关系,并圈定一处成矿有利区。该研究可为该区后续勘查提供一定思路,同时也可为遥感技术在植被覆盖区矿产勘查提供一定参考。

为分析最大窗口面积和多种分辨率数字高程模型(digital elevation model,DEM)对地形起伏度提取最佳面积的影响,探究定量分析最佳面积的可行方案,并依据多种类型数据最佳结果进行地貌划分。以获取的先进对地观测卫星(advanced land observing satellite,ALOS)、先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型(advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer global digital elevation model,ASTER GDEM)的第2版本和航天飞机雷达地形测绘任务(shuttle radar topography mission,SRTM)的3角秒精度共3种DEM数据为基础,通过调用Arcpy模块,利用均值变点法,分别以最大窗口面积和DEM分辨率作为单一变量,统计分析影响机理。为确定适合的最大窗口面积,提出了使用遍历方式对起伏度分类结果与DEM数据进行相关性分析,根据最大相关系数,确定不同数据的最佳面积,并套合海拔分类数据得到地貌分布图。结果表明:最佳面积随着最大窗口面积的增大而呈阶梯式增加;在同一面积范围内,DEM分辨率与最佳面积存在负相关关系,即随着分辨率增大,对应面积按序减小;依据相关分析,得到ALOS DEM的最大相关系数为0.785,对应的最佳面积为0.21 km²;ASTER GDEM.V2 DEM为0.764,面积为0.32 km²;SRTM3 DEM为0.782,面积为0.40 km²;得到3种数据最佳面积相应的地貌分类图,通过与中国1∶100万地貌类型空间分布数据图比较,发现实验数据地貌分布较为合理,层次较为丰富,边界较为清晰。可见最大窗口面积相比于DEM分辨率对最佳面积影响更为显著,为解决最大窗口面积影响,相关分析可以为定量确定地形起伏度最佳面积提供理论依据。

为揭示铁死亡相关疾病与基因之间的关联规律、预测潜在的疾病-基因关联,通过分析铁死亡相关研究文献,提取了疾病和基因实体,构建疾病-基因复杂网络,进一步分析了网络的基本特征。采用Apriori算法提取疾病-基因的强关联规则,并通过链路预测技术识别潜在的疾病-基因关联对。结果表明:铁死亡在肝细胞癌、腺癌、乳腺癌、结直肠癌等致死性疾病中发挥了重要作用;GPX4、ROS等基因通过调控铁稳态、氧化应激和脂质过氧化等生物过程,在细胞生存或凋亡过程中具有关键性作用;GPX4、ROS等基因与多种疾病存在显著的关联性。链路预测技术揭示了腺癌、肺癌、结直肠癌、乳腺癌等癌症的潜在靶基因,并通过文献调研对部分预测结果进行了初步验证。可见,本文方法具有可行性和有效性。研究结果可为铁死亡相关疾病的预防与治疗研究提供有价值参考和未来方向。

为了研究血管性认知障碍(vascular cognitive impairment,VCI)与颅内外大动脉狭窄、脑白质病变以及脑萎缩之间的关系。通过连续纳入105例VCI的患者为研究对象,分为轻度组(n=77)和重度组(n=28),同时选取认知正常的患者作为对照组(n=71);比较3组间脑血管病危险因素、脑白质病变、缺血性脑梗死、脑萎缩的差异,分析颅内外大血管狭窄程度和VCI之间的相关性。结果表明:3组间缺血性卒中病史和腔隙≥2个的比例差异有统计学意义(P<0.001)。3组间脑白质高信号、脑室旁白质、深部白质Fazekas评分、全脑皮质萎缩GCA分级的差异均有统计学意义(P<0.001)。在多元有序logistic回归分析模型中,发现颈内动脉C1段、颈内C2~C7段、大脑中动脉狭窄程度是VCI严重程度的主要影响因素。颈内动脉C1段、颈内C2~C7段狭窄程度与VCI患者严重程度存在低等程度正相关,而大脑中动脉狭窄程度、脑白质病变、脑萎缩分级与VCI患者严重程度存在中等程度正相关。可见随着心血管危险因素、缺血性卒中病史及颈内动脉、大脑中动脉狭窄程度的增加,受试者发生VCI的风险显著增加。表明颅内外大动脉病变情况可作为VCI的检测指标之一,存在一定的可行治疗方向。

胶体吸附污染物并辅助其在降雨-径流过程中快速由土壤迁移至水体是当前面源污染防治面临的新问题。贵州省西南部是珠江流域的重要生态屏障区之一,但一些区域在4月中下旬播种玉米,五月进入雨季。土壤结构的破坏、降水量显著增加和区域典型的喀斯特地貌导致坡耕地区域的水环境风险较高。研究通过采集原状土样,应用模拟降雨入渗实验探索喀斯特区域黄壤坡耕地在新翻耕后不同降雨强度下的胶体动态释放规律,包括胶体浓度、粒径分布及其动态特征。结果表明: 胶体浓度呈现随降雨强度和累积雨量增加而增大外,并且所释放的土壤胶体浓度在3个雨强下的差异表现出3个不同阶段:0~100 mm阶段雨强为25 mm/h与40 mm/h时胶体浓度差异不显著,明显高于10 mm/h;100~250 mm阶段3个雨强下胶体浓度均有较大差异;累积雨量大于250 mm时三者差异小;胶体粒径的特征统计量在雨强为40 mm/h时呈明显的两阶段、突降特征,雨强为25 mm/h和10 mm/h时则呈现出渐变特征;不同粒径胶体含量变化分别呈现出稳定、增加和减小的趋势。研究揭示出不同流速下土壤胶体出流浓度差异的阶段性特征,并从细观尺度量化了不同粒径胶体随累积入渗量的含量变化趋势,将为进一步评价该时段的区域水环境风险和驱动机制提供参考依据。

为了对比分析两淮煤的孔隙结构特征的差异,以淮南矿区刘庄矿13煤和淮北矿区祁东矿7煤为研究对象,运用压汞法和低温液氮吸附法对其孔隙结构进行分析,采用分形理论对其孔隙结构进行了分形研究,对比分析了淮南淮北煤孔隙结构的差异。压汞结果表明,刘庄13煤总孔容和总比表面积分别为3.488 mL/g、0.020 m²/g,祁东7煤为4.926 mL/g和0.027 m²/g,祁东煤样孔容均更大。二者孔容均大孔孔容最大,中孔最小。低温液氮吸附结果表明,刘庄13煤微孔比表面积比为76.25%,微孔最为发育。祁东7煤小孔比表面积比为79.79%,小孔最为发育。分形分析表明两者均有分形特征,通过压汞孔隙数据分形,刘庄13煤和祁东七煤孔径大于100 nm的孔隙分形维数分别为2.805 6和2.756 7,通过对低温液氮吸附孔隙数据分形,刘庄13煤和祁东七煤孔径小于100 nm的孔隙分形维数分别为2.727 5和2.037 2,均处于2~3范围内。表明刘庄13煤孔隙结构更为复杂和不均匀,尤其在小孔和微孔范围内分形维数差异更大。可能与显微组分和矿物含量的差异有关,其中镜质组是煤中主要的气孔发育成分,含量与孔隙分形维数成正相关。壳质组和惰质组不是气孔发育的主要成分,两者含量与孔隙分形维数成负相关。矿物分布不均可能增加了煤孔隙结构的不均匀性和复杂性,因此两淮煤样中各矿物含量与分形维数均变现为正相关。

热液流体活动对盆地中流体与岩石相互作用、烃类形成具有重要影响。为此,运用大视域拼接扫描电镜、矿物定量分析、X射线衍射、同位素、电子探针等技术手段,阐明了川东南五峰组-龙马溪组黑色页岩热液活动的矿物学和地球化学特征。研究结果表明:以钡冰长石、方解石、磷灰石、重晶石为主的非金属矿物和以闪锌矿、黄铁矿、方铅矿、黄铜矿为主的金属矿物组合具有典型的热液活动特征;重晶石原位锶同位素比值在0.719 76~0.723 94,平均值为0.722 37;碳酸盐矿物含量异常高,最高达60%。结合前人研究构建了川东南地区五峰组-龙马溪组热液流体活动的矿物学和地球化学识别标志,认为热液流体活动对储集空间具破坏性。

非常规致密储层通常具有非均质强、资源丰度低、低孔隙度、低渗透率的特点。相较于陆地非常规储层,海上致密气藏水力压裂作业安全风险更大,作业难点更多,储层的均衡改造受到限制。因此,海上致密气藏部署长水平井进行水力压裂开发,需要精准评价储层地质力学特征,分析水平井段的可压裂性,在地质力学相近的井段进行压裂,可为海上气藏的精准、均衡和效益开发提供支持。以海上致密气藏为研究对象,建立了基于脆性指数和地应力差的工程可压裂性分析方法,采用核密度估计方法预测工程可压裂性密度函数和累积概率函数,建立了工程甜点预测模型。基于工程甜点的预测,对水平井进行了分段优化,实现段间距的差异化设计。基于地质工程一体化理念,进行了压裂模拟和产能预测,验证了该储层部署水平井压裂的可行性和工程甜点预测的可靠性,为海上致密气藏水平井压裂方案优化和大规模效益开发提供了重要技术支撑。

注入头是连续油管作业机中驱动连续油管上提下放的关键设备。LG450型注入头作业期间发生故障,拆解后发现链传动系统损伤严重。对链传动系统进行宏微观形貌分析,发现轮齿外侧有弧形刮痕,齿面存在倾斜擦痕。对链轮轮齿进行化学成分检测、硬度试验及金相试验,结果显示材料达到工艺要求。对链轮和链条的啮合过程进行有限元仿真,结果显示接触压力分布与失效链轮齿面及侧面摩擦痕迹一致。揭示了该注入头链传动系统失效原因为链条滚子与链轮轴线空间交叉,滚子与轮齿非正常啮合。研究表明链轮链条的运动状态会对注入头工作安全性产生重要影响,对指导注入头设计和加工有重要意义。

冲洗压力帽是海底管道预调试的关键性设备,其深海安装作业风险高、要求严,对结构强度的安全性能提出了更高的要求。冲洗压力帽除了在安装作业时承受载荷外,在试压过程中还需要封堵巨大的管道内压,其结构强度和承压能力直接影响到整个水下生产系统预调试的安全可靠性。以南海陵水海域1 500 m水深气田使用的冲洗压力帽为研究对象,基于挪威船级社(Det Norske Veritas, DNV)和挪威石油工业NORSOK相关标准,对冲洗压力帽和关键承压部件进行弹塑性有限元建模,分析不同工况条件下安全强度要求。结果表明:吊装工况下冲洗压力帽各部件最大Von Mises应力均小于许用应力,且高应力主要集中在螺栓连接处;在冲击工况下冲洗压力帽模拟下放满足其0.5 m/s的速度安装要求,整体结构强度满足相关标准要求;在打压测试工况下计算得到冲洗压力帽承压能力为823 bar,南海陵水气田预调试作业时实测压力为268 bar,远小于其承压能力,满足有限元计算结果。研究结果可为冲洗压力帽设计和现场应用提供理论基础和技术参考。

盐穴造腔时调控腔体形态的关键因素是控制阻溶剂与卤水界面的深浅,而阻溶剂与卤水界面的准确监测又是其控制的前提条件。当前的两相介质界面监测技术存在实时性差、精度不高等缺点。提出了一种针对造腔井内两相介质监测的专用算法。利用分布式光纤采集腔内垂直方向的温度数据,并对原始温度曲线分别进行局部加权回归分析和卡尔曼滤波处理。通过对处理后的曲线进行差分运算,识别出温差变化最明显的区域,初步确定两相介质的界面位置。然后,对初步定位区域内的温度曲线进行卷积平滑滤波处理,计算卷积平滑滤波曲线的加权变化率,找到温度变化率的最值点,最终确定两相介质交界面的具体位置。该算法通过实际工况下造腔两相介质界面监测。实验结果表明,该系统获取的测量数据与中子测井法所得结果相比,其误差控制在了0.3 m的范围内。本文算法相较于传统的光纤监测技术,具有操作简单、测量精度和可靠性高的优点。

针对行星齿轮传动系统优化设计过程中确定参数有效设计范围的问题,开展两级行星齿轮传动系统参数动态灵敏度研究。以车用两级行星齿轮传动系统为研究对象,采用拉格朗日方程构建系统的固有振动模型,对两级行星排的振型特点进行归纳总结,推导行星系统的振动能量的表达式,揭示了振动能量的分布状态及能量只在同一阶次振动传递的规律。进一步探究了系统固有频率的模态变化机理,阐述参数变化引发系统固有频率模态跃迁的振动能量传递本质。采用求导法推导系统固有频率的参数灵敏度方程,研究模态跃迁现象对参数灵敏度的影响规律,揭示固有频率灵敏度随参数取值改变的动态变化规律,提出了基于模态跃迁现象划分参数灵敏度区间的方法,实现对优化设计阶段变量取值范围选择工作的有效指导。

针对轴承故障及其声场环境较为复杂的问题,以H7009C型全陶瓷角接触球轴承为研究对象,建立了全陶瓷角接触球轴承的动力学分析模型,并对比滚动体理论计算与仿真模拟的误差来验证模型的有效性。基于瞬态动力学分析内圈故障对轴承动态特性的影响,计算轴承由于存在不同故障产生的表面声压级,对比变转速和变载荷作用下高速轴承的声压级特性。研究表明:内圈故障轴承的声压级随着转速的增加而增大,同时也随着载荷的增加呈现出先增大后减小的变化趋势;当最低声压级频率与振动频率之比接近0.75或最高声压级频率与振动频率之比接近4时,即可识别为内圈故障。

在风电叶片的制造过程中,涂胶作业是确保叶片结构强度和密封性的重要环节。针对目前风电叶片涂胶工艺中普遍采用的人工密封涂胶作业造成的效率低下、涂胶不均匀、胶线质量低以及零件表面溢胶问题,研制了一种伺服电机和减速器作为驱动部件的风电叶片涂胶智能胶靴,并对涂胶工艺进行详细介绍。对其中关键部件进行ANSYS分析,经过仿真分析得知智能胶靴结构能够符合预期。经过实验验证该胶靴涂胶胶路形状饱满、两侧光滑平整,胶路宽度和厚度满足预期。胶靴的使用不仅能降低工人工作强度,而且能够减少10%涂胶时胶量的使用,提高涂胶效率与质量。

由于开关磁阻电机特殊的双凸极结构,导致其在运行过程中会存在较大的转矩脉动,为降低换相期间的峰值电流和转矩脉动,提出了一种新型转矩分配函数(torque sharing function, TSF)控制方法。首先,考虑转矩与电感之间的关系,以电感边界点将交换区分为两个子区间,并在不同的区间设计了不同的TSF曲线。其次,随着电机的转速和负载增加,固定的重叠角会降低电机的效率,提出了一种在线重叠角优化控制策略。最后,通过仿真和实验结果表明,与传统立方型转矩分配函数相比,在负载为5 N·m,转速分别为500 r/min、1 000 r/min下,本文方法的转矩脉动和电流峰值分别降低了3.6%、12%和1.1 A、3.2 A。所提方法能够有效地减小转矩脉动和电流峰值。

光伏发电在能源领域中具有重要地位。为了准确量化光伏发电功率的不确定性和波动范围,并提高区间预测的综合性能,提出了一种基于特征挖掘与改进TCN-BiGRU的光伏功率区间概率预测方法。首先,利用最大信息系数和符号传递熵因果分析,对气象特征进行筛选,剔除冗余信息,并构造全球水平辐射趋势特征、季节性特征和天气聚类特征以提供更多有效信息。随后,结合时间模式注意力机制和分位数回归方法对TCN-BiGRU模型进行改进,构建组合模型进行区间预测。最后,采用散度度量半极差优化经验带宽选择的核密度估计(kernel density estimation,KDE)方法生成概率预测结果。通过真实光伏电站数据进行分析,验证了所提方法在光伏功率区间概率预测中具有较高的可靠性和适用性。

在风能和太阳能大规模并入电网的背景下,电力系统调度策略遭遇了前所未有的挑战。特别是风电和光伏发电的波动性和随机性特征,对系统的稳定性和可控性构成了重大影响。为了精确表征风光电站出力的时空相关特性,并构建具有实际应用价值的场景集,提出了一种基于耦合季节性高斯混合模型(SGMM)与混合Copula函数(MCopula)的风光互补系统时空相关场景生成方法。该方法首先通过构建SGMM捕捉风光出力变量时间序列间的相关特性;其次,采用混合Copula函数来描述变量之间的空间相关特性。在综合时空相关性建模的基础上,结合Copula条件分布函数与逆变换抽样技术,生成了一系列反映时空相关特征的不确定性场景集。仿真实验的结果证实了所提方法的有效性和可靠性,生成的场景集不仅能够较好地反映风光出力的时空相关特征及年内变化趋势,而且与历史实际序列在距离上更为吻合,为电力系统调度提供了强有力的决策支持。研究结果为风光互补系统的不确定性量化提供了新的视角与工具,对于优化电力系统调度策略、降低不确定性风险、促进新能源的高效利用以及推动电力系统的可持续发展,均具有深远的理论和实践意义。

山火可能导致架空输电线路跳闸停运,进而危及电网的安全和稳定运行。为了研究植被的火焰倾角在环境风影响下的变化情况,以尺寸为1 m×1 m×0.6 m的方形杉木垛作为研究对象,通过Pyrosim软件建立一个四周通风的5 m×5 m×5 m的室外场地,对风速为1~10 m/s的10个自由燃烧算例进行了模拟研究,分析了火焰形态随着风速大小的变化情况;拟合了适用于该风速范围内的火焰倾角计算公式;根据火焰倾角的变化情况进而得到了火焰的水平偏移距离,并对模拟研究结果进行了现场试验验证。结果表明:在风速越大的情况下,火焰倾角和火焰的水平偏移距离变化越小。该研究结果可为输电线路山火跳闸事故的预防以及输电线路走廊两侧植被的砍伐距离提供参考。

在使用传统方法处理稳态视诱发电位(steady-state visual evoked potentials, SSVEP)的脑电信号时,特征提取的准确性和充分性存在不足,影响信号的识别准确率。为此提出了一种基于卷积神经网路(convolutional neural networks, CNN)与卷积注意力机制模块(convolutional block attention module, CBAM)和长短时记忆网络(long short-term memory, LSTM)的信号分类识别方法。以CNN为基础框架,通过引入注意力机制对通道及空间特征进行充分提取,加入LSTM提高对时序特征的提取能力,实现对SSVEP信号的目标识别。实验结果显示,所提方法能够充分有效的提取各级特征且识别准确率较高,相比于典型相关分析方法(canonical correlation analysis, CCA)、CNN、CBAM-LSTM、CNN-CBAM识别准确率分别提高了5.3%、2.95%、2.27%、1.71%,可见该模型对SSVEP信号的分类识别有较好的效果。

随着互联网和社交平台的飞速发展,机器水军检测问题已成为构建和谐互联网环境的一大技术挑战。然而,从社交平台收集的用户数据存在信息缺失、数据噪声等问题。因此,针对图学习检测机器水军模型中,使用点估计作为权重的方法在数据单一或缺失数据的区域无法表达不确定性的问题。提出了一种融合变分推理的图神经网络机器水军检测模型VRGAT,它引入了权值的概率分布,导出了真实后验的变分近似,通过为均值和方差分别使用不同的卷积运算,更准确地捕捉数据的变异性。基于Twibot-20数据集开展了仿真验证,相较于已有的最佳机器水军检测基准(F₁=88.12),VRGAT模型实现了性能提升,达到F₁ = 89.64。在鲁棒性实验中加入不同比例的随机噪声,VRGAT模型的准确率下降相比其他基线模型明显减缓,表明其抗噪声能力优于已有基线方法。实验结果表明,引入变分推理能够提高机器水军检测效果及模型抗噪声能力。

为针对煤矿井下巷道管道固定式螺纹孔螺栓装配的自动化安全需要,针对配置有六维力/力矩传感器的六自由度机械臂,研究了基于导纳方法的螺栓紧固柔顺操作控制算法。主要内容包括基于六点定位法的重力补偿算法和基于导纳的螺栓紧固柔顺控制算法的理论研究;搭建基于机械臂的螺栓紧固实验系统,开展固定式螺纹孔螺栓装配实验。结果表明:在进行装配时所受力和力矩会有减小的趋势,基于导纳方法的柔顺操作控制算法具有有效性和安全性。

认识钢轨服役性能演化规律对降低重载铁路钢轨运维成本具有重要意义。针对钢轨运行环境复杂多变,难以构建科学有效的伤损演化指标以反映客观发展规律的问题,提出了基于t-分布随机近邻分布(t-distributed stochastic neighbor embedding,t-SNE)的波磨伤损演化规律构建方法。首先,对钢轨原始波磨振动信号提取时域、频域、统计学、熵的特征指标;然后,使用随机森林算法对特征进行特征重要性排名,选取排名靠前的特征构建特征矢量;接着使用t-SNE等方式降维,验证了t-SNE更具优势,使用欧氏距离度量和中值滤波法进行平滑处理得到最终的时序性伤损退化指标。结果表明本文方法对于伤损阶段的划分具有较好的区分度、抗干扰能力和工程实用性。

面向有人车引导的无人多车编队场景,设计并实现无人车在编队行驶中的车辆识别与轨迹跟踪控制系统,提出了一种多传感器后融合动目标检测算法,使用激光雷达、相机和毫米波雷达3种传感器作为数据源,分别使用欧式聚类、深度学习和运动学推理的方法对潜在目标进行检测,进而提出后融合方法将多源检测结果融合以实现对前方车辆的准确检测。基于前车轨迹生成期望路径并设计卡尔曼滤波器对期望路径进行平滑和滤波。构建车辆动力学模型、车辆道路误差模型并设计鲁棒H∞控制器进行车辆轨迹跟踪控制仿真。仿真与实车验证结果表明:在测试路段对前方车辆的平均识别准确率大于95%;实时期望路径相对于真实轨迹的均方差和轨迹平均变化率在滤波前后分别降低17.3%和48.6%;侧向控制位置误差和航向角误差相较于PID(proportional integral derivative)控制分别降低了29%和41%;车辆编队以最高54 km/h的速度实现编队整体的稳定行驶。

针对海马优化算法(seahorse optimization,SHO)存在的求解精度较低、容易早熟以及全局搜索能力不足等问题,设计了一种基于非线性惯性权重策略、改进的鲸鱼包围猎物策略以及改进的正余弦策略的多策略海马优化算法(multi-strategy seahorse optimization,MSHO)。首先,在SHO算法的运动行为中引入非线性惯性权重策略,以克服算法容易过早收敛的缺点;其次,将改进的鲸鱼包围猎物策略引入海马捕食成功的更新方程中,以降低算法陷入局部最优解的概率;然后,在算法的繁殖行为中引入改进的正余弦策略,以增强海马后代解的质量,进一步提升算法的全局寻优能力和稳定性。最后,为评估所提MSHO算法的性能,选取SHO算法,混沌的SHO算法、减法平均器算法、灰狼算法、海鸥算法、鲸鱼优化算法、粒子群算法与MSHO算法在23个基准测试函数上进行比较。实验结果表明,与其他7种算法相比,MSHO算法在20个函数上表现出更高的收敛精度,在16个函数上表现出更强的稳定性。此外,为检验MSHO算法在工程问题上的应用能力,将算法应用于求解焊接梁、悬臂梁和压力容器设计问题。实验结果表明,相较于其他7种不同算法,MSHO算法在这3类工程设计问题上表现出更好的搜索精度。

目前主流垃圾图像分类算法中存在数据集普适性差、垃圾识别种类少、分类算法局限于特定环境等问题。针对这些问题,结合垃圾图像分类的快速性与准确率的要求,提出了一种基于改进EfficientNetV2网络的垃圾图像分类算法。该算法以EfficientNetV2网络作为基准模型,通过添加SK(selective kernel)注意力机制提升分类的快速性,使用迁移学习策略提升分类的准确率。该算法利用深度学习模型框架对垃圾图像进行处理,无需对数据集图像特征进行人工提取,在实现对垃圾图像快速准确分类的同时增加了垃圾识别的种类。实验表明,新的算法在自建数据集上的准确率为99.71%,相较于GoogleNet等其他算法,提升了至少4.77%。在时间上相较于VggNet19算法等,提升了至少50%。通过改进EfficientNetV2网络,实现了更为准确快速的垃圾分类,为日益激增的垃圾问题提供了一种科学高效的解决方案。

为准确快速地识别出薄带铸轧钢板表面缺陷,提出了一种基于语义分割的薄带铸轧钢板表面缺陷分割方法。首先,通过Labeling软件对来源于薄带铸轧产线的钢板表面缺陷图像进行标注,创建缺陷分割数据集;其次,建立TransUNet网络模型对钢板表面缺陷进行识别和分割,引入优化的(dual attention network,DANet)双重注意力融合网络提升模型分割性能;最后,设计改进模型与其他分割模型的对比试验,根据试验结果和评价指标对改进模型进行分析,验证了本文方法的可行性和有效性。试验表明,改进网络针对薄带铸轧钢板表面异物缺陷的分割准确率为96.85%、平均交并比为96.99%、相似性系数达到92.98%,相较于TransUNet网络分别提升了1.19、0.61、0.63个百分点。此外,改进网络在公开的热轧带钢缺陷数据集上的分割准确率为92.86%,具有一定的通用性,可为钢板表面缺陷智能化检测提供技术指导。

针对现有算法求解大规模船舶路径规划问题性能不佳且对涡旋等海洋环境因素考虑较少等问题,提出了一种基于惩罚信息素蚁群优化算法(punishment pheromone ant colony optimization,PPACO)的船舶路径规划方法。首先,设计了长度、风险和航向3个评价函数;其次利用强化学习启发的蚁群优化算法来搜索最优路径,在传统引导信息素的基础上加入了惩罚信息素,可以防止蚂蚁的无效搜索;最后对改进算法进行仿真实验,在静态环境下的规划结果表明,在路径长度、风险值和航向累积角等指标方面,本文算法相比较传统蚁群算法(ant colony optimization,ACO)、跳点搜索算法(jump point search,JPS)和双向搜索的改进蚁群算法表现出更优越的性能,相对于3个对比算法的最好指标,路径长度减少6.1%,风险值降低5.6%,航向积累角减少78.6%,迭代次数减少53.3%,改进显著。特别是在引入了中尺度涡旋和水流运动因素的情况下,本文算法仍能规划出更优的船舶航行路径,有着积极的应用意义。

预制梁中灌浆套筒的灌浆缺陷评价一直是学者研究的焦点,水平灌浆缺陷对性能的影响要比端部灌浆缺陷和竖直灌浆缺陷更大,针对水平灌浆缺陷评价问题,分别利用声发射仪内置的自动传感器测试(auto sensor test,AST)功能和断铅法(pencil-lead breakage,PLB)主动激发信号,结合水平套筒灌浆饱满度测试试验,通过参数分析和快速傅里叶变换研究了水平灌浆饱满度分别为50%、60%、70%、80%、90%、100%的套筒中声发射波速、能量、振铃计数以及波形参数的变化规律,建立了声发射能量与振铃计数参数和主频幅值随灌浆饱满度变化的关联关系式。结果表明,当激励源为AST时,声发射能量、振铃计数和波形的主频幅值与灌浆套筒饱满度的增加呈现良好的负指数相关性,结合关系式,可以对水平套筒的灌浆饱满度进行声发射定量分析评价。

为了提高有限元分析效率,减少内存消耗,对总体矩阵的存储算法进行研究。将约束条件统一处理为单元层面的矩阵分块,后续以刚度矩阵为例,确定了约束条件下刚度矩阵非零元素分布规律,并提出了适用于二维、三维有限元刚度矩阵非零元素数量计算方法及相应计算公式,同时检验了正确性;推导了一维等带宽存储与原始方阵地址对应关系,并将其作为辅助数组应用于CSC格式总体矩阵集成过程中,提高了总体矩阵组集效率,避免了节点编号优化难题。最后,以北京市房山线长稻区间四跨单线梁桥验证所提出算法的正确性与实用性,结果表明:该算法分析时总体矩阵组集时间减少30%、存储空间节省68%以上、保证了计算精度的同时线性方程组计算效率提升超过71%。

为准确选取模拟节理岩体结构面产状互相关性的Copula函数,提出了不同拟合指标下模拟节理岩体结构面产状的Copula函数方法,通过采用最小平方欧式、AIC(Akaike information criterion)信息准则、BIC(Bayesian information criterion)信息准则这3种拟合指标确定各自的最优Copula函数并通过MATLAB确定实测产状数据的最优边缘分布,建立倾角和倾向的二维联合分布函数。同时结合蒙特卡洛抽样法自动生成模拟数据,将数据导入Dips软件中进行可视化处理,得到产状的赤平投影图,对比实测的倾角和倾向数据和不同拟合指标下确定的Copula函数模拟数据间的差异。最后,基于工程案例检验方法的有效性。结果表明:不同的拟合指标会产生不同的Copula函数,对模拟产状的有效性也会有较大差异,若是选择不当的拟合指标可能导致选择不准确的Copula函数,从而使模型无法准确地捕捉数据的相关结构和特征;不适当的拟合指标可能导致拟合模型与真实数据之间存在较大的误差,使得模型的预测能力和解释能力下降,就本文案例表明在最小平方欧式值拟合指标下选择的Gaussian Copula函数拟合实测数据效果最好。此研究将有助在应用Coupla函数时选用恰当的拟合指标。

施工变形响应规律是保障大直径盾构隧道施工安全的关键基础。尤其是对软土浅埋大直径盾构隧道而言,软土高压缩、低抗剪力学特性和浅埋条件下低覆土压力以及大开挖卸荷效应相互耦合会导致变形响应机制更为复杂。为揭示软土浅埋大直径盾构隧道施工变形响应特征规律,以上海市域机场线联络线浅埋大直径盾构隧道施工为依托,结合现场动态监测分析施工期隧道结构竖向变形、结构收敛变形和地表变形的特征及其影响机理。结果表明:不同变形类型的历时变化节点时间关联密切,结构竖向变形可分为先期上浮、波动上浮、持续上浮、相对稳定4个阶段,结构收敛变形可分为波动收敛、持续收敛和收敛稳定3个阶段,轴线地表竖向变形分为扰动沉降、快速固结沉降和相对稳定3个阶段;隧道结构轴线附加压力不均匀分布导致结构竖向变形差异显著;隧道轴线地表最大竖向变形量会超过预警值,最终沉降变形量约为最大变形量的84.3%;地表沉降槽宽度和最大沉降位置与埋深比密切相关,但埋深比相对较大时,可能会出现“隆脊”分布特征;掘进施工后21~50 d,结构竖向变形、结构收敛变形和地表竖向变形幅值较大,变形趋势相对明确,是提高变形控制与整治效果的关键阶段。研究成果以期为软土地层浅埋大直径盾构隧道施工结构变形控制和环境安全保护提供有效指导。

特殊地质地区的施工决策极为重要且复杂多变,地质条件的不确定性会直接影响施工方案的选择和实施。为解决西南复杂特殊地质地区桥梁工程施工方案“五控”目标(工期、成本、质量、安全、环保)之间非均衡性难题,将网络计划技术与建筑信息模型(building information modeling,BIM)可视化技术、模糊集理论和灰色关联分析(grey relational analysis,GRA)集成应用到复杂特殊地质地区桥梁工程施工方案优选中,建立基于工期-成本-质量-安全-环保的混合模糊多属性决策模型(hybrid fuzzy multi-attribute decision-making model,HFMD),并运用Python与BIM技术构建施工过程可视化系统,辅助管理人员进行决策,结果满足“五控”指标综合优化方案,并且工期提前10 d,成本降低3.1%,证明了此模A型和方法的实用性和有效性。为复杂特殊地质地区桥梁工程施工方案决策提供了参考。

空心锥形基础是一种新型陆地风电基础形式,相比于传统重力式基础,具有钢筋和混凝土用量低、减少基坑开挖产生废渣土等优点。为研究空心锥形基础在组合荷载下的承载特性,通过开展数值模拟,探究基础体积一定时,基础顶板直径与底板直径比对基础组合承载能力和破坏模式的影响。结果表明:当顶板与底板直径比为6时,空心锥形基础竖向极限承载力较同体积重力式圆形基础提高1倍,弯矩极限承载力提高60%。不同组合荷载下,不同直径比的空心锥形基础的破坏包络线可分别用一条曲线描述,提出不同组合荷载的破坏包络线表达式。水平与弯矩组合荷载下,重力式圆形基础和空心锥形基础的破坏包络线呈现明显的非对称性,偏心方向相反。圆形基础在水平与弯矩荷载异向时承载力较高,空心锥形基础在水平和弯矩同向时承载力较高。空心锥形基础有较好组合承载能力,可为超大单机装机容量风机提供保障。

为改善湿陷性黄土路基沉降造成路面开裂等工程质量问题,采用碱激发可持续材料工业固废高炉矿渣(ground granulated blastfurnace slag,GGBS)对湿陷性黄土进行改良,探讨不同固化剂掺量对湿陷性黄土基本物理性质、力学特征、渗透性和湿陷性的影响规律,并从微观结构上阐述固化剂改良机理。研究结果表明:随着固化剂掺量的增加,固化土最优含水率呈现先减少后增大的趋势,最大干密度则表现为先增大后减少,10%掺量下最大干密度最优;固化剂对湿陷性黄土力学强度影响显著,强度随掺量的增加近似线性增加,20%掺量可提升至2.3 MPa,而6%固化剂掺量C_BR可提升至8.3%;渗透系数随固化剂掺量的增大而减少,10%固化剂掺量可将渗透系数降低至10^-7 m/s量级以下。湿陷系数随固化剂掺量增大而减少,固化剂掺量达6%时,固化土变为非湿陷性土,综合性能表明,10%掺量为路用需求的最优掺量;微观形貌上,固化剂改变了黄土颗粒的接触方式,黄土颗粒由点-面接触形式转化为面-面接触,孔隙尺寸由中孔隙和大孔隙向中孔隙转化,并且数量减少,大孔隙被填充,与重塑黄土相比,10%掺量固化土中,大孔隙和中孔隙分别从33.0%和31.5%减少至3.9%和14.8%,分别减少了29.1%和16.7%,其孔隙分布分形维数由1.12减小为0.96。通过碱激发GGBS固化湿陷性黄土,改良了黄土的湿陷性,其性能具有较好的路用前景,研究结果可为湿陷性黄土固化处置提供理论依据和实践参考。

为研究砂土换填路基的水热特性,通过室内冻融循环试验的方法研究了换填不同级配砂土试样的不同深度处水热变化,以及对比分析换填粗砂、细砂对下层粉质黏土产生的影响。结果表明:冻结过程中,距离冷端位置较近的土体会发生“增水现象”,粉质黏土较砂土更容易发生水分迁移;换填细砂和换填粗砂都能够抑制下部粉质黏土降温和减小冻结深度,从而避免路基冻胀融沉灾害;换填细砂较换填粗砂对于抑制顶端负温向下传递的效果更好,换填细砂更利于维持温度稳定;换填细砂较换填粗砂的冻深更小,更有利于抑制路基土体冻胀和维持内部水稳定;土壤的冻结特征曲线与融化特征曲线是不重合的,在换填的交界面处,换填细砂的冻融特征曲线受温度影响最小。可见换填砂土可有效避免路基冻胀现象发生,且换填细砂的效果优于粗砂。

装配式桥梁具有施工简便、环境污染小特点,越来越受到交通建设的重视,为了保证装配式桥梁结构连接的安全性和可靠性,以桥梁工程、结构力学为基础,对不同种类的界面剂进行强度试验设计,分析不同水泥标号、水灰比、灰砂比的力学性能,得到不同种类的界面剂与不同龄期下抗折强度变化规律,明确了水泥砂浆前期强度较后期增长更快;得到不同种类的界面剂与不同龄期下抗压强度变化规律,构建了水泥砂浆不同龄期与强度的关系预估模型,从折压比角度提出SS-Ⅲ的力学性能最优;通过开发黏结劈裂抗拉强度试验装置,试验并分析不同界面剂与黏结劈裂抗拉强度的关系,得到相同水泥标号条件下,水泥砂浆的黏结性能要优于水泥净浆,不同水泥标号条件下,高标号水泥黏结性能更优,确定了SS-Ⅲ为装配式桥梁界面黏结剂其黏结性能最优,最后从黏结层的折压比、黏结性两个维度提出了SS-Ⅲ即P.O52.5水泥、水灰比为0.4、灰砂比为2.4的水泥砂浆作为装配式桥梁界面剂较为合理,为装配式桥梁界面连接的安全性和可靠性分析提供了一种新的研究思路。

为解决隧道穿越富水断层破碎带施工时风险较大,极易发生围岩失稳、突涌水等问题。依托渝昆高铁小草坝隧道穿越富水断层破碎带为工程背景,通过采用FLAC^3D建立流固耦合数值模型,研究了是否考虑地下水作用、不同注浆形式、注浆圈厚度和渗透系数下隧道围岩变形和支护结构受力的影响规律。结果表明:在考虑地下水作用下围岩稳定性较差,隧道开挖后,渗流达到稳态后地下水在隧道周边呈“漏斗状”分布,在超前注浆加固后,围岩稳定性增强,全周边注浆加固形式优于拱墙周边注浆。在选择注浆形式的基础上,对注浆圈参数继续优化,得出随着注浆圈厚度和渗透系数比的增大,可有效起到减小围岩位移、限制塑性区发展、降低初支孔隙水压力的作用,并且注浆圈厚度的增加可明显改变初支孔隙水压力的分布范围。综合优化比选,建议选择8 m的注浆圈厚度和注浆渗透系数比n_g=100较为合适,经现场采用合适的注浆方案施工后,通过隧道周边监测值与模拟值对比,验证注浆方案的可行性和注浆参数选取的合理性,围岩稳定性得到有效控制。研究结果可为今后类似隧道工程设计、施工提供参考价值。

为研究车站底板密集开洞对既有车站主体结构的影响,依托北京地铁东四十条3号线车站改扩建工程,通过有限元分析方法对底板密集开洞并施工竖井进行模拟,分析了车站主体结构应力和变形变化规律,并讨论了不同分批开洞方案对车站底板结构变形的影响,最后结合实际现场监测进行了验证。结果表明:在底板开洞后进行竖井的开挖与支护的过程中,相邻竖井错开时间开挖能够有效地减少车站主体结构的变形量,变形量分别与两竖井各自深度以及相互之间的距离有关。当底板开洞数量多且密集时,需合理分配开洞顺序。通过不同分批开洞方案对比优化后,发现分2批开洞相较于分3批开洞方案,最终沉降量平均增大0.3 mm,但前者能缩短工期,施工效率更高,因此在满足变形控制指标条件下,采用分2批开洞的方案。

交通事故对公共安全构成重大风险,是交通运输系统中的重要问题。准确预测事故严重程度对于采取有效的预防和干预措施至关重要。提出了一种基于集成学习的方法,将XGBoost和MLP两种先进算法相结合,以更精准地预测交通事故的严重程度。建立了一个堆叠分类器,并详细评估了其在交通事故预测中的性能。实验结果表明,该集成模型相较于传统XGBoost模型,在预测准确性上有明显提升,在宏平均F₁分数上显著提高了20.41%。展示了模型优势与创新性,包括模型集成与网络改造。此外,还分析了影响预测结果的关键特征,并探讨了模型在实际应用中的潜在价值。该研究为交通安全管理提供了更科学、更高效的决策支持,有望在交通管理、智能驾驶等领域发挥重要作用。

高超风洞温度场控制精度直接影响到风洞试验数据的准确性,针对高超风洞温度场控制大延迟、非线性、多变量耦合等控制难题,对影响温度的数据进行相空间重构并将支持向量回归应用到高超风洞温度场预测控制中,提高高超风洞温度场控制的精度和效率。同时考虑到支持向量回归机中核函数的选取以及核函数参数的优化影响预测结果的精度,基于不同的核函数对支持向量机建立预测模型,对比验证分析选择最优的核函数,建立PSR-SVR模型对高超风洞温度场进行预测,提高温度预测精度,实际温度场数据分析表明了所提方法的有效性。

民用大飞机试飞测试中存在一些特殊测试需求的科目,其特点是任务周期短、测量点分布广、测量点位多,如客舱\货舱温度测试、机翼振动和大气压力测试等。这类试飞科目,采用现有基于有线以太网的机载数据采集系统,存在测量设备安装困难、测试线缆敷设与穿舱工作复杂、相关改装工作周期长等问题。针对民机试飞过程中机翼结构关键状态参数的测量对采集系统提出柔性化(能与机翼共形)、微型化(不影响气动效应)、狭小空间内可实现的要求,通过开发包含柔性天线模块和柔性多传感参数采集模块的一体化集成微系统,并将微系统集成于民机机翼,验证了系统的功能可靠性和采集信号传输稳定性。因此设计了民用大飞机机翼状态监测的无线柔性测量系统,描述了系统的设计方法、数据传输策略和第三方记录器集成方法,最终通过机上地面试验实现数据的采集记录,试验结果表明该机载柔性采集系统可以实现温度、三轴振动、压力的测量。

抗生素为水环境中新型污染物,对水生生态环境以及人类的健康有潜在的威胁。针对磺胺类抗生素难降解氧化且并不能完全被污水处理厂高效去除,构建Fe₇₈Si₉B₁₃/H₂O₂体系高效环保降解磺胺类抗生素污染。通过一系列不同的实验参数实验遴选出,Fe₇₈Si₉B₁₃/H₂O₂体系作为高效降解磺胺嘧啶(sulfadiazine,SDZ)的最佳工艺。实验结果表明,在pH=2,H₂O₂=50 μmol/L,温度为25 ℃时,能使250 μg/L SDZ 在4 min内100%降解,其表观速率常数(K_obs)可达0.99 min^-1,其体系中去除SDZ的活化能为25.42 kJ/mol。淬灭剂实验证明Fe₇₈Si₉B₁₃/H₂O₂体系降解SDZ的关键活性物质是羟基自由基(·OH)。通过高分辨鉴定中间体以及对中间体进行毒性评估,结果表明所有中间体相比母本都大幅度减少或无害。此外,通过实际水体降解实验,验证了该氧化降解体系实际应用潜力。

为提高航空物流供应链在面对内外部冲击和不确定性的能力,将韧性理论引入航空物流供应链,提出了基于贝叶斯网络的航空物流供应链韧性评价模型。从宏观表现层、中间影响层和底部致因层建立贝叶斯网络结构指标,构建了贝叶斯网络模型,然后通过马尔科夫链蒙特卡洛算法完成贝叶斯网络节点概率推理过程,通过参数学习和模型推理获取航空物流供应链韧性的概率分布;进一步利用贝叶斯网络模型进行逆向推理、敏感性分析和致因链分析,明确航空供应链韧性影响的关键变量和敏感因素,提出了有关韧性提升的建议。研究表明,中国航空物流供应链的韧性值约为53%,处于较高韧性水平。贝叶斯网络模型能够量化航空物流供应链韧性值,并推理分析各因素对韧性值的影响,从而提高航空物流供应链的抗风险能力。