石油行业中,CO₂驱技术在众多提高采收率方法中占据重要位置。近年来,CO₂驱技术因对碳的埋存有积极贡献而受到更多关注,然而CO₂的注入会大大增加油套管腐蚀失效的风险,缓蚀剂的开发及抑制机理的研究已取得一定成果。以石油行业中有机缓蚀剂对CO₂腐蚀抑制机理的角度,对有机缓蚀剂的研究进展进行系统总结,重点介绍有机缓蚀剂的吸附、补强、架桥和形成疏水膜机理,并从官能团与金属表面的作用机理等方面对比分析有机胺类、咪唑啉类、表面活性剂类、聚合物类、碳点类缓蚀剂对CO₂腐蚀的抑制效果,展望CO₂环境中有机缓蚀剂的抑制机理研究与缓蚀剂开发的发展趋势和重点。

结构设计是建筑工程设计阶段的重要环节,须保证建筑物安全可靠、经济耐久。人工智能可代替结构设计师进行大量训练及重复操作,从而找到最优设计结果、提高设计效率。为全面了解人工智能在结构设计中的相关研究和应用热点,从整个结构设计流程的角度总结当前人工智能在方案设计、初步设计、施工图设计3个阶段的研究现状。通过查阅文献发现,专家系统、决策树、退火算法、遗传算法、神经网络、线性回归等人工智能方法在建筑结构设计领域有着广泛的应用,为其带来了新的发展方向和途径。目前,人工智能方法在地上结构设计中应用较多,但在地下结构(基础、地下室等)中应用较少,需加强其在地下结构中的应用;此外,定量的规范条文转译技术较为成熟,但定性的规范条文转译技术还有待突破,有必要加强基于规则或基于机器学习的自然语言处理研究。

以地面加密雨量计数据为基准,全面分析和评估全球降水测量(global precipitation measurement, GPM)卫星反演产品IMERG-F(integrated multi-satellite retrievals for GPM-final run)对中国西南地区复杂山地条件下的日及亚日尺度降水,以及多种雨强降水的监测能力。结果表明:在日及亚日尺度内,IMERG对于短时间内累计降水的临界成功率(critical success index, CSI)主要分布在0.2~0.6,相关系数则在0.25~0.5范围内波动,其中以日尺度降水探测精度最高,夏季月份表现优于冬季。对于不同强度降雨事件,IMERG在小雨量的探测上具有较高的命中率(probability of detection, POD),而虚警率(false alarm rate, FAR)相对较低。然而,在中到大雨量级时存在低估现象。海拔落差对IMERG产品的稳定性影响显著,但与海拔高度本身没有直接线性关系。相对于地形起伏较大的地区,IMERG-F在地形起伏较小地区探测弱降雨事件中的可靠性更高。IMERG产品用于中国西南地区时应考虑其季节性和地形特征的限制。

鄂尔多斯盆地A区块长6₃砂组为超低渗储层,常规开采难度大,目前普遍采用水平井压裂的开发方式。针对超低渗储层物性特征,利用地质力学模型和压裂模拟软件,结合嵌入式离散裂缝方法对长6₃砂组压裂模拟产生的人工裂缝进行表征,并基于此开展数值模拟研究。通过这一整合流程,实现水平井复杂压裂的一体化模拟,提高水平井开发的效率。结果表明:嵌入式离散裂缝方法可以将压裂与数值模拟有效结合,实现水平井从压裂到数值模拟一体化的流程;采用定产油的生产方式进行历史拟合,验证数值模型的准确性。通过不断调整相关参数优化模型,使其更加符合井组生产实际情况,有利于后续开发方案调整和生产预测。

鄂尔多斯盆地合水南地区长7段储层地层水矿化度高、泥质含量非均质性强,导致油水分布规律及主控因素不清,严重制约了油田的高效开发。为提高油水层识别效率、精度,明确油水分布规律,以测井、试油、试采等数据为基础,利用随机森林智能方法对单井油水层进行了解释,明确了合水南地区长7段的油水分布规律。结合恒速压汞、CT(computerized tomography)扫描、核磁共振等实验,从多角度分析油水分布的控制因素。结果表明:应用随机森林方法解释合水南地区长7段油水层,精度可达到78.9%;垂向上长7₁砂组油层发育优于长7₂砂组,油水同层和水层主要发育在长7₂砂组;在平面上,东部油层厚度较大且分布连续,西南部B60井区附近含水程度较高;储层中泥质含量、孔隙结构与原油黏度共同控制了储层内部流体性质,泥质含量的高低影响了储层孔径大小和孔喉连通性,储层孔隙结构与原油黏度影响流体可动性,从而控制研究区油水的空间分布。

研究区位于巴丹吉林盆地东南部本巴图地区。区内发现多处航放异常,为进一步探究异常成因并对下一步找铀工作提供参考,本次对这些航放异常进行分类、归纳总结、地面查证及铀矿找矿潜力分析。结果表明:区内存在中部密集分布的强航放异常和东南部带状分布的弱异常两类,前者主要是寻找硬砂岩型铀矿线索的航放异常,后者主要是寻找可地浸砂岩型铀矿线索,也是在区内发现的铀成矿的新类型。结合区域地质资料对弱航放HFU-03和HFU-04异常成矿潜力进行分析。研究成果为区内铀找矿类型提供新线索及新思路。

宁夏卫宁北山二人山地区位于阿拉善微陆块南缘,是宁夏境内重要的热液成因多金属矿产成矿区之一。为服务该地区下一步在外围及深部的找矿,在钻孔岩石地球化学测量的基础上,对该地区多维异常体系进行探讨。结果表明:在该地区已知多金属矿(化)体中,发育着以常量元素Na₂O为主要特征的负异常体系、以S为代表的矿化剂元素异常体系、成矿及其伴生元素异常体系等,证实了多维异常体系的存在,并进一步在多维异常体系理论的指导下圈定了研究区成矿条件和成矿潜力有利区域。研究成果是卫宁北山地区热液型多金属矿找矿优选地球化学勘查方法的新尝试,对该区地质找矿具有重要的实用价值。

崩塌作为中国常见的一种地质灾害,分布范围广,隐蔽性高、突发性强,危害性大。在易灾地层红层广泛分布的西南地区,高切坡在后端汇水和冻融作用的共同影响下,若不及时治理,极易诱发崩塌、滑坡等灾害。以广元射箭镇场镇崩塌为对象,通过现场调查、影像分析和公式计算等方法,探究后端汇水及冻融影响下红层高切坡的破坏机制,旨在为红层区域基础设施建设中的崩塌防治提供思路。结果表明:研究区特殊的地貌和气候条件带来了丰沛的降水,崩塌后端的大面积汇水区与蓄水农田的下渗共同造就了强水环境,导致岩体长期处于饱和状态,且多年冻融循环严重削弱了岩体强度,使砂岩与泥岩抗拉强度降低至166.12 kPa和72.77 kPa,均低于红层切坡裂隙中的裂隙水压174.87 kPa,进而导致崩塌的发生。鉴于不同岩体结构的红层高切坡在后端汇水及冻融影响下的破坏模式存在差异,建议在防治过程中增加对后端汇水和冻融的考虑,加强排水措施,结合崩塌的破坏模式进行针对性的治理。

心脏骤停-心肺复苏后全脑缺血再灌注损伤是急危重症常见的病理损伤,其致死率和致残率较高。目前,传统窒息法常用于构建心脏骤停-心肺复苏后脑损伤模型,但其复苏成功率和术后存活率较低。为此,通过改良传统窒息法构建心脏骤停-心肺复苏后全脑缺血再灌注损伤模型,并与传统窒息法进行比较,评估改良窒息法的优势。将SD(Sprague Dawley)大鼠随机分为传统组与改良组,分别采用传统窒息法和改良窒息法构建模型。观察大鼠复苏成功率和24 h生存率,采用神经功能损害评分评估神经功能,苏木精-伊红染色观察脑组织病理改变,透射电镜观察神经元超微结构,Western Blot检测炎症、氧化应激、凋亡指标。结果表明:与传统窒息法相比,改良窒息法构建大鼠心脏骤停-心肺复苏后脑缺血再灌注损伤模型具有更高的复苏成功率和24 h存活率,且脑损伤、炎症、氧化应激、凋亡等情况与传统窒息法比较无明显差异,能够满足全脑缺血再灌注损伤研究的需要。

明确马铃薯种植区土壤肥力空间变异特征,为研究区马铃薯土壤精准施肥和培肥管理提供理论依据。以黑龙江省克山农场为研究区,在马铃薯种植区采取100个样点,选取土壤pH、有机质、全氮、全磷和全钾作为评价土壤肥力的指标,采用地统计学和地理信息系统(geographic information system,GIS)相结合,分析土壤养分的空间变异特征,并利用土壤肥力综合评价法评价研究区土壤肥力。结果表明:土壤呈弱酸性,pH变异系数小;有机质、全氮、全磷、全钾的含量处于中高水平,属于中等强度变异。土壤pH属于中等强度空间自相关,有机质、全氮、全磷、全钾的空间自先关较弱。有机质和全氮的空间聚集性显著。研究区土壤养分空间变化特征明显,呈东西方向变化,中部土壤养分含量相对偏低。研究区土壤肥力处于中等以上水平,肥力良好的面积占总面积的72%。克山农场土壤肥力良好,满足马铃薯生长需求。人为因素是影响土壤养分含量的主要因素。

抗压强度是表征充填体力学性质的重要指标,快速、精准地确定充填体抗压强度值,对于保障采场安全意义重大。为了探究多源煤基固废充填体强度影响规律,准确预测煤基固废充填体强度来指导煤矿安全、高效、绿色开采,以煤矸石为粗料,脱硫石膏、气化渣、炉底渣为细料,粉煤灰和水泥为胶凝剂。通过正交试验研究了煤基固废充填体抗压强度的影响因素,采用灰色关联度分析法分析各试验因素与充填体抗压强度之间的关联度,采用5-11-3的三层反向传播(back propagation,BP)神经网络结构开展不同养护龄期煤基固废充填体强度预测。结果表明:浓度、气化渣和脱硫石膏掺量对抗压强度的影响随养护龄期的增加逐渐增大,粉煤灰和炉底渣掺量对抗压强度的影响随养护龄期的增加呈先增后减。而且正交试验协同BP神经网络能减少试验次数又不失一般性,本次煤基固废充填体强度预测相关系数R为0.999 87。可见,高浓度和高掺量气化渣及脱硫石膏对于要求高强度的充填体具有重要意义,同时,正交试验协同BP神经网络可以准确预测充填体强度。

针对等离子设备与机器人结合处理铸造件的冒口时,由于模具的精度等原因导致冒口存在差异,需要提供精确的轨迹与位姿使等离子设备实现起弧并正确作业的问题,研究一种基于工艺参数库的方法。该方法由工艺参数库、解析模块、相似性度量模块、路径生成和参数模块组成,通过构建两阶段比较法,快速从工艺参数库中筛选出目标。通过路径生成算法与深度学习算法得到与点云模型相匹配的作业路径与工艺参数。结果表明,该方法能够根据工件正确得到作业轨迹与工具位姿,使车钩铸造件的清理工作能够减少人工干预,降低操作的复杂性,提升作业的可靠性和安全性。

在天然气管道输送系统中,串联弯管由于其特殊结构以及天然气出砂特性,管道弯管处特别容易受到冲蚀的影响。串联弯管的冲蚀行为受到多个因素的影响,其中两弯头的连接管长度是不可忽视的变量。为此采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)-离散相模型(discrete phase model,DPM)数值模拟方法,对含砂天然气在不同间距下串联弯管冲蚀行为进行研究。结果表明:当两个弯管串联安装时,下游弯管的腐蚀形貌和速率受两个弯管之间距离的影响较大。随着串联弯管中间段长度的增加,上游弯管的腐蚀形貌均呈V字形,但下游弯管的腐蚀形貌则由三角形逐渐变化为V字形。此外,因重力对砂粒运移轨迹产生的影响,下游弯管冲蚀磨损最严重区域相较于上游弯管要靠后5°~8°。通过对下游弯管多角度切面流场进行分析,气流经过中间段后在下游弯管处产生了较复杂的二次流,因此下游弯管的最大冲蚀速率随着串联弯管中间段长度的增加,呈现出先减小后增大的变化规律。研究成果可为优化双弯管系统的工程设计和冲蚀防控提供一定的理论指导和依据。

新型电液复合智能完井系统主要涉及井下流量控制技术、多参数检测技术等。基于机械结构设计原理,开展电液复合智能完井流量控制阀核心元器件节流阀套的结构设计,并利用有限元分析法,对节流阀套的力学性能及流体流动特性进行数值模拟仿真研究,分析不同开度、不同含水率、不同排量、不同工况下节流阀套的流场特性。结果表明:井筒温压工况对节流阀套流量调控性能的影响微小,在高温高压(125 ℃、50 MPa)条件下性能稳定,满足设计要求。在不同开度下,随着流量的增大压差逐渐增大。在流量一定时,随着开度的增大压差逐渐减小。当流量与开度一定时,压差随含水率的升高而增大;当流量与含水率一定时,节流阀套的调控级数越大产生的压差越小。研究成果可为电液复合智能完井流量控制阀的结构设计提供一定的理论指导。

针对变截面T梁模板打磨工作难度大,费时长等问题,设计一种基于深度学习的T梁模板打磨机器人。首先提出一种自适应打磨结构,解决了现有打磨装置无法贴合T梁模板内侧变截面,打磨辊容易卡在T梁模板隔断内的技术问题;其次为实现打磨质量的量化监测,提出一种YOLOv8n-DSE算法,对模板上的混凝土痂块及污渍进行识别,引入DySample动态上采样模块,增强模型的抗干扰能力并加快计算速度;为提高小目标检测的精度,设计SOEP(small object enhance pyramid)模块,通过SPDConv(space to depth convolution)获得小目标信息特征给到CSP(cross stage partial)-Omni-Kernel进行特征整合提高小目标的检测检测性能;最后替换EMA(exponential moving average)-Slide Loss让模型更加关注困难目标,可以改善在难例检测上的效果。准确率、召回率和均值平均精度(mean average precision,mAP)值相较改进前分别提升了3.1%,9.7%和3.2%,将改进的模型部署至机器人并进行现场测试。结果表明:设备满足工厂对变截面T梁模板的打磨需求。

颗粒阻尼耗能原理和惯容增效原理在结构减振控制中得到了广泛应用,基于颗粒阻尼和惯容的优点设计一种颗粒阻尼惯容减振器(particle-damping inertial capacity shock damper,PID),其内部主要包含颗粒阻尼单元、惯性质量单元以及刚度单元。首先,阐述PID的工作原理,建立单自由度PID减振结构的力学分析模型;并制作一个小型PID实物模型,设置多种工况对PID进行力学性能测试;然后,利用多体动力学软件和离散元软件联合仿真的方法进一步对PID的力学性能进行探究;最后,为验证其工程应用价值,通过有限元结构分析软件SAP2000对配置PID和调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)的减振结构进行动力时程分析。结果表明:PID具有优良的减振性能,当其他条件一定时,PID耗能效果随着振动位移幅值和振动频率的增大而增大;在建筑结构中,PID表现出比TMD更佳的减振能力,具有较高的工程应用价值。

为了解决传统直燃式多孔介质燃烧器存在火焰稳定性差、燃烧效率低和贫极限高的问题,通过构建5种排布方式的多孔介质燃烧器用于低浓度甲烷(low-concentration methane, LCM)燃烧实验,研究不同多孔介质排布方式、当量比和流量对LCM燃烧特性的影响,并分析贫燃工况下的CH₄转化率、污染物排放和烟气温度。结果表明:渐变E型多孔介质燃烧器具有最佳的LCM燃烧适应性,可部分弥补LCM燃烧过程中的界面温度扰动,提高LCM燃烧稳定性。在当量比0.39、流量50 L/min的条件下,LCM驻定燃烧时间超过140 min,火焰位置始终维持在60 mm处。LCM在E型燃烧器中燃烧的CH₄转化率为99.99%,CO和NO_x排放分别为531×10^-6和23×10^-6,产生平均温度588 ℃以上的高品质烟气可用于工业生产。研究成果为提高煤矿低浓度瓦斯利用效率、降低甲烷排放提供重要参考。

针对某型航空活塞发动机提出一种基于中冷系统传热数学仿真的有效功率计算方法,并应用VB语言对该中冷系统传热仿真模型进行开发。通过试验数据对仿真模型的有效性进行验证。结果表明:中冷器冷侧出口温度、热侧出口温度的仿真计算值与试验值误差均在1.5%以内。利用该仿真模型,研究了风扇风量对航空活塞发动机有效功率的影响,并对空中有效功率恢复进行研究。结果表明:随着风扇风量的增加,风扇功率增幅变大,而发动机功率增幅降低。在二者的综合作用下,发动机有效功率随着风扇风量的增加先升高后下降。对于所研究的航空活塞发动机,当风扇风量为1 400 m³/h时,发动机有效功率达到最大,其最大值为101.6 kW。当飞行高度在2 000 m以下时,随着飞行高度的升高,发动机有效功率恢复系数小幅增加,当飞行高度在2 000 m以上时,发动机有效功率随着飞行高度的增加大幅降低。在海平面环境为50 ℃条件下,在7 000 m高度即便维持稳压箱压力不变,发动机有效功率恢复系数仅能达到92.2%。

钠工艺间发生钠火事故会产生有害的气溶胶,为分析钠火气溶胶粒子迁移所带来的影响,针对气溶胶粒子在工艺间墙体内迁移过程,利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法基于实际混凝土缝隙特征,构建类比真实缝隙的微通道网格结构,建立二维水平微通道流动模型,考虑重力、惯性力、Saffman升力以及布朗扩散对粒子运动的影响,构建微通道粒子运动模型,对不同缝隙结构进行粒子滞留特性数值模拟。结果表明:当缝隙尺寸小于亚毫米时,认为该缝隙不存在引起大量气溶胶粒子泄漏风险;混凝土缝隙内分支拐角和凹凸不平的微小结构可以有效降低粒子在缝隙中的穿透系数,减少泄漏。

针对传统超螺旋滑模观测器精确性差、收敛速率慢以及抖振较高的问题,提出一种基于改进超螺旋算法的永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM) 转速观测技术。首先,采用一种分段指数型函数替代开关函数以消除因低通滤波器所产生的相位延迟问题,并设计自适应滑模增益以实现对不同速度情况下的稳定跟踪。然后,针对传统正交锁相环在电机转向改变时失效的问题,提出一种改进正交锁相环,使其输出与旋转方向无关,从而实现对正反转的正确跟踪。最后,由于所提改进正交锁相环具有错误收敛点,且该错误会导致转子估计位置与实际位置存在180°相位差,设计一种调整函数以解决该问题。仿真结果表明:相较于传统滑模观测器,所提出的改进方法响应速度更快,动态性能更好。

针对神经网络最大功率追踪(maximum power point tracking,MPPT)算法由于缺乏实用性改进而难以应用于工程实践的问题,提出一种改进轻量级神经网络MPPT算法。其通过知识蒸馏算法减小神经网络复杂度及内存占用率,得到轻量级神经网络模型,并结合优化变步长扰动观察法来修正模型精度问题所带来的预测误差;算法前期通过轻量级模型预测最大功率点电压范围并快速追踪进入范围,后期通过优化扰动观察法不断更新范围上下限,最终使上下限收敛至最大功率点。之后在MATALB/Simulink中建立仿真模型,最后搭建实物模型并进行对比实验。结果表明:所提算法追踪效率更高,纹波电压抑制更稳定,并且在嵌入式设备中资源占用率更小。

风能的可再生优点使得风电规模迅速发展,而风电场送出系统雷击事故会对新型电力系统造成重大影响。传统雷击预警对数据种类及样本数量要求较高,且未充分考虑相对位置以及落雷密度分布。对此提出一种基于阶梯化雷击概率计算法的风电场送出系统雷击预警方法。首先分析2020年中国海南某风电场周边落雷点数据,运用蒙特卡罗法求取聚类云团质心以及落雷点密度,拟合雷暴云运动轨迹。再根据运动轨迹与线路走向的相对位置,结合阶梯化雷击概率计算法得出短时间内的雷击概率值。最后结合2020—2022年海南某风电场运行监测数据进行仿真模拟。结果表明:所提出方法的相对误差在15%以内,并同时有效减少落雷密度差异对于预警精度影响,最大限度地保证风电场送出系统安全。

针对现有任意反射面速度干涉仪(velocity interferometer system for any reflector, VISAR)装置中依靠人工准直光路的现状,同时为满足未来对远程自动化控制的需求,提出一种新的光路自动准直的方法。该方法通过互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)间接测量并以光斑的像素偏差为系统输入,通过系数矩阵转换和离散模糊反馈控制方法快速消除误差。基于Windows的控制和自动化技术(the Windows control and automation technology, TwinCAT)中视觉和运动等模块,将各模块分别运行在不同的实时内核中,消除了视觉与运动控制模块间的通信环节,实现了快速实时的闭环控制。经过冲击波速度测量实验验证,该系统实现了远程“一键式”自动准直,可将准直时间缩短到2 s,准直精度为4.5 μm,解决了现有装置人工调节效率不高的问题,提高了系统的精度和稳定性。

灰尘沉积会影响设备的正常运行。为准确且高效地对设备灰尘进行检测,制定科学的清洁策略,提出一种基于Fast-UNet的轻量化灰尘沉积检测方法。通过对UNet进行合理剪枝,采用最大池化与双线性插值进行下采样与上采样操作,减少了参数冗余,得到了结构紧凑的基础网络;使用轻量化的幽灵卷积模块(Ghost Module)替换基础网络中的普通卷积,进一步降低了网络的复杂度;在编码过程中嵌入融合了通道和空间注意力的CBAM(convolutional block attention module),在引入极少参数量的同时,使网络更加关注于目标区域。在模拟灰尘沉积的数据集上进行实验,结果表明:Fast-UNet与原模型相比,参数量减少了99.6%,计算量减少了98.7%,推理速度可达94.18帧/s,且识别精度高达91.17%。与其他5种主流分割模型相比,Fast-UNet在精度与速度上均具有优势。所提方法能够满足灰尘检测对检测精度与效率的需求,为灰尘定量分析提供技术参考。

隧道衬砌检测是隧道建造与维护的一项重要质量管理内容。因衬砌内部病害种类多样、边界模糊,导致病害识别不准、模型训练困难。而依靠人工识别或现有模型无法实现快速、准确得检测病害。针对上述问题,以云南隧道B-scan取得的1 922个衬砌雷达样本创建数据集,用于训练模型,并提出一种基于YOLOv5的隧道衬砌病害检测模型YOLO-Tunnel。通过改进Backbone与Neck,提升了模型特征提取能力、增加感受野、提升模型定位能力;根据数据集规模和目标尺寸比例,选择合适的模型尺寸和平衡权重,进一步提高模型识别能力。结果表明:YOLO-Tunnel相比YOLOv5s有更好的病害检测精度同时也满足实时检测需求,其中准确率、召回率、均值平均精度(mAP)分别提高了2.5、9.0、8.1个百分点,推理时间增加了2.7 ms,为21.8 ms。研究成果为进一步提高隧道衬砌病害识别性能及模型优化方向提供参考。

为探究影响顾客对生鲜物流服务质量评价的因素,提出并建立基于在线评论情感分析与LDA(latent Dirichlet allocation)相结合的物流服务质量评价模型,构建一种融合多头自注意力机制和双向长短期记忆网络(bidirectional long short-term memory network,BiLSTM)的卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)模型(CNN-BiLSTM-Attention)对在线评论进行情感分析,并针对分类后的正负面评价进行LDA主题建模,挖掘顾客对生鲜产品物流服务需求的关注重点,得出影响生鲜物流服务质量评价的关键因素。通过Python编程实现了基于CNN-BiLSTM-Attention的情感分析,并与支持向量机(SVM)、CNN、BiLSTM和CNN-BiLSTM对在线评论进行情感分析的结果进行比较,对比结果分析发现,相较于其他模型的分类结果,CNN-BiLSTM-Attention模型在准确率、精确度、召回率、F₁等指标上均较优,有效提高了文本情感分类的准确率。研究成果表明,基于在线评论数据对生鲜电商物流服务质量的影响因素进行研究,可帮助电商企业更好地从消费者需求出发提升物流效率、改善服务质量。

针对钢材表面缺陷人工检测成本高昂、检测精度不高,以及传统的目标检测方法模型复杂,导致对终端检测设备的计算资源要求较高等问题,融合MobileNetv3轻量化YOLOv8算法提出一种轻量级缺陷检测算法YOLOv8n-MDC。首先,以YOLOv8n为基础,将YOLOv8n的自带IoU(intersection over union)候选框损失函数替换成WIoU(weighted IoU)函数,通过增添非单调聚焦机制,提高模型的鲁棒性。其次,使用MobileNetv3网络替换YOLOv8n的骨干特征提取网络模块,将轻量级网络用于特征提取端降低网络复杂度,减少冗余开销。最后,在特征融合阶段使用DW卷积和C3Ghost模块对原网络的相应模块进行替换,使改进后的网络减少模型参数,进一步提升检测速度。使用钢材表面缺陷数据集NEU-DET进行模型验证,YOLOv8n-MDC模型mAP达81.3%,较YOLOv8n模型提升5%;参数量与计算量分别为1.02 M和2.1 GFLOPs,仅为原模型的33.9%和25.9%,达到工业要求。提出的轻量级算法在保证检测精度提升的同时大大降低了算法的复杂度和计算资源的开销,为钢材表面缺陷检测提供了一个优化思路。

在指纹识别技术应用范围内,指纹纹线密度作为指纹形态学特征之一,其研究价值日益凸显。针对现有测量方法存在的耗时、工作量大等问题,提出一种基于算法的自动化测量方法。该算法首先对指纹图像进行预处理,包括灰度化、边缘检测、降噪和纹线增强,以提高图像质量和清晰度;然后,通过强化指纹特征,数组转换、确定方向向量、峰值检测、最后绘制灰度值波动图,直观展示测量结果。实验结果表明:自动测量算法在效率和准确性上较好,同人工测量结果之间具有较高的一致性和显著的统计相关性,进一步证实了自动测量方法的科学性和有效性,为指纹识别的自动化和智能化提供了新的思路和方法。

为更好地应对自媒体时代下网络舆论失控导致的网络暴力事件发生,网络平台在网络暴力舆论形成演化初期参与决策,可有效防止网络暴力舆论的形成。首先,基于网络暴力的诱发行为并考虑到平台、自媒体、网民内部自净化作用,界定了三者在网络暴力舆论形成初期的自治行为的成本和收益。其次,构建了“平台-自媒体-网民”三方演化博弈模型,并分析各主体的行为及其演化博弈稳定策略。最后,利用MATLAB进行数值仿真实验,验证模型及演化结果的准确性,为了进一步揭示影响这些各方合作的因素,探讨各方初始合作意愿与相关参数对系统的影响。仿真结果表明:网络平台采取强监管策略导向明晰,能有效增强自媒体与网民的合作意愿,有效遏制网络暴力舆论形成。

CO₂管道输送作为碳捕集、利用和封存(carbon capture, utilization and storage,CCUS)技术中的连接碳源和碳汇的关键环节,未来将在实现碳中和过程中发挥重要作用。对于管道水击工况,其产生的压力震荡可能超过管内承压和低于泵的进站压力。目前,超临界CO₂管道水击及控制理论还不成熟。建立以质量、动量和能量守恒定律为基础的描述管道内一维气体流动的数学模型,采用特征线法进行求解,利用MATLAB编程计算,分别与Kiuchi提出的输气系统模型的模拟结果和商业软件OLGA模拟的结果进行对比分析。结果表明:与输气系统模型的模拟结果大体一致,与OLGA软件计算压力和流量的最大相对误差分别为0.02%和2.32%,满足工程计算精度的要求。对于管道压缩机启停、阀门紧急开关和流量急剧变化等在较短时间内引起管道参数变化的快瞬变过程,通过设置急剧变化值进行模拟,所建立的模型能够计算出各个节点的参数变化情况且精度较高,可为超临界CO₂管道输送工艺仿真软件国产化提供理论支持与技术支持。

为研究混凝土梁应力的无损检测方法,提出一种基于深度残差收缩网络(deep residual shrinkage network,DRSN)的混凝土超声尾波应力识别算法(coda wave-DRSN,C-DRSN)。根据超声信号向量的高维特性,通过引入残差收缩块,使用软阈值函数和注意力机制,降低信号噪声对测量应力精度的干扰,实现自适应识别并提取信号中应力特征,提高了识别准确率;对提取的信号特征进行可视化分析,从而建立特征与应力的映射关系。为验证所提方法的应力识别能力,分别采集混凝土工字梁在三点弯曲和偏心受压荷载作用下的超声尾波信号。结果表明:两种加载模式下,识别率均可达99%,表明该方法在超声混凝土梁应力识别方面具有可行性,与尾波干涉法相比,所提方法的准确率更高。

为实现对新型侧板加强型连接组合节点的高效分析,提出梁-柱-板组合节点宏观力学模型,确定楼板与钢梁连接的最优实现方法,验证了组合节点宏观模型的准确性和可靠性。建立6层3跨的传统侧板加强型梁柱连接节点框架模型(TSP)、新型侧板加强型梁柱连接节点框架模型(FBSP)和新型侧板加强型梁柱连接组合节点框架模型(CJ-FBSP),对3种考虑实际节点性能的框架模型开展了弹塑性时程分析,获得不同框架模型在地震波作用下的顶点位移时程曲线、层间位移角、塑性耗能及塑性铰分布等。结果表明:根据所提的弹簧刚度计算方法,可以很好地模拟TSP和FBSP裸钢梁节点的性能;同时,考虑栓钉剪切滑移和抗拔性能的连接方法,可准确地模拟组合节点的受力性能;3种节点框架模型的层间位移角均未超过规范限值(1/50);FBSP框架模型的最大层间位移角小于TSP框架模型但大于CJ-FBSP框架模型,且塑性耗能能力最强;CJ-FBSP框架由于有楼板的加强作用,塑性铰出铰率最小,塑性耗能能力较弱。

为实现对高耸组合结构界面脱空部位的快速自动化识别检测,以张靖皋长江大桥等组合结构桥塔为背景,开展桥塔足尺模型脱空检测试验,通过对声场空间分布数值模拟、时频响应特征分析及卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)模型训练,提出一种适用高耸组合结构界面脱空检测的自动化装置及基于声信号的脱空损伤检测深度学习方法。结果表明:基于自动化装置采集的声信号分析方法可作为高耸组合结构脱空损伤自动化检测识别新方法,构建的卷积神经网络模型能够实现对结构损伤、健康及无效数据的高精度分类,分类识别准确率达96.8%,自动化检测装置可实现对高耸组合结构界面脱空的准确与快速检测,该装置及方法可提升超高组合索塔脱空检测的自动化程度降低检测安全风险。

施工安全巡检易因视野遮挡导致特征缺失,出现危险误判情况。为提升施工风险识别效率,针对特征遮挡问题,以施工围栏检测为例,提出一种基于amodal补全技术的遮挡特征推理方法。首先,利用图像合成技术建立存在视野遮挡的围栏检测数据集。然后,结合YOLOv8实例分割和ASBU(amodal segmenter based on boundary uncertainty estimation)特征补全网络,推测围栏被遮挡部分的视觉特征。遮挡特征补全后的施工围栏可应用于闭合检测等多种施工安全监管任务。研究选择多个施工场地的围栏图像进行案例验证,可实现精准的围栏缺失特征补全(平均交并比mIoU>95.5%)。研究成果为施工场景的遮挡特征推理提供研究范式,有效提升了智能化施工安全监管效率。

在深基坑工程中,常采用“钻孔灌注桩+内支撑”的支护形式进行基坑支护,但不同的支撑布置对基坑的支护效果不同。依托长治市某快速通道改扩建工程中一个基坑工程,利用ABAQUS对不同的钢支撑布置方案进行开挖全过程数值模拟,分析不同内支撑布置方案对基坑开挖周边地表土体的沉降、支护结构水平位移以及基坑坑底隆起的影响,并结合现场监测结果,对模型的可靠性进行验证。研究结果表明:数值模拟结果能够比较准确地反映基坑开挖支护过程中基坑的变形规律和特性;内支撑布置深度较小时,对支护桩最大水平位移和坑外地表沉降有较好的控制效果;内支撑布置深度较大时,对坑底最大隆起有一定的控制效果;增加内支撑的数量对减小支护桩最大水平位移和坑底最大隆起有不同程度的效果。

寒区隧道衬砌背后空洞中的积水在低温条件下冻结会产生局部冻胀力。假设隧道衬砌背后空洞为半椭圆形空间,将冻胀过程中围岩-冰体-衬砌间的相互作用简化为串联弹簧,推导半椭圆形积水空间局部冻胀力解析解,建立三维数值模型验证了该解析解的有效性。进一步研究局部积水冻胀力和围岩级别、衬砌刚度、积水深度、冻胀率的关系,分析冻胀位置对衬砌结构力学特征的影响。结果表明:寒区隧道局部积水冻胀力与围岩级别负相关,与衬砌刚性、积水深度、冻胀率均正相关。各因素对冻胀力的影响程度为:积水深度>衬砌刚度>围岩级别>冻胀率。积水冻胀对衬砌结构的影响主要发生在冰体和衬砌接触区域,导致隧道向内侧收敛变形。当积水空间位于仰拱处时衬砌主应力最大,位于拱脚处时衬砌主应力最小。在局部冻胀作用下衬砌结构弯矩和轴力出现突变,表现为临空侧受拉区衬砌的弯矩增大、轴力减小,围岩侧受拉区衬砌的弯矩减小,轴力减小。衬砌不同部位的刚度差异导致冻胀力对结构安全产生不同的影响。冻胀位置对结构安全影响程度为:拱顶>仰拱>拱肩>拱脚>墙脚。

隧道施工瓦斯风险评估是保证穿越瓦斯段隧道安全建设的关键性问题之一。针对隧道建设过程中的勘察、设计与施工3个阶段,采用解释结构模型揭示了以上3个阶段瓦斯风险影响因素的层次关键,建立风险评估层次模型,明确了风险评价指标的权重计算方法,结合资料搜集、文献整理与工程调研,基于隶属度理论提出风险评价指标赋值标准,构建了隧道建造过程瓦斯风险评估方法。并结合工程实例,验证提出方法的合理性。结果表明:勘察阶段孕险环境为前置条件,勘察扰动为诱发因素;设计阶段孕险环境为前置条件,设计因素为诱发因素;施工阶段孕险环境为前置条件,施工扰动为诱发因素,现场管理为根本原因;勘察阶段揭露了风险,设计阶段降低了风险,施工阶段保证了安全;所提出的方法与现场揭露情况一致,验证了所提方法的合理性。研究成果可以为隧道穿越瓦斯区的风险确定提供理论依据,为后续工程措施的选取提供参考。

为研究互通立交匝道曲线段驾驶人心理负荷特性,在重庆市一处高密度互通立交群开展了38名被试的实车驾驶试验,使用PhysioLAB生理仪采集驾驶人在立交匝道曲线段的心电数据。以3种典型匝道作为研究对象,基于心率HR、心率增长率HRI和心率变异性[相邻正常心动周期差值的均方根(RMSSD)、全部窦性心搏RR间期的标准差(SDNN)]指标,建立因子分析模型,分析驾驶人在不同形式匝道曲线段的心理负荷变化规律以及影响因素。结果表明:驾驶人在不同匝道场景下的心率均值集中在60~120 次/min,心率增长率在3%~15%。驾驶人在右转匝道的心理负荷分布较分散,左转和环形匝道的心理负荷值分布较集中,环形匝道下心理负荷更高;不同驾驶风格和性别驾驶人的心理负荷存在差异,左转匝道对女性驾驶人影响更大,右转匝道对愤怒型驾驶人影响更大;心理负荷随道路环境熟悉程度增加而减小,随转弯角度增大而增大;匝道车道数增加导致车辆交织频繁,心理负荷增加。驾驶人心理负荷与右转匝道半径呈负相关,与左转匝道与环形匝道无线性关系,连续环形匝道行驶会增加心理负荷。

高速公路养护作业占用了既有公路设施,对主线行车安全与效率具有重要影响。为解析四车道公路封闭内侧车道养护作业下的交通流运行特征,提出基于改进元胞自动机的高速公路养护作业区交通流建模与仿真方法。按照《公路养护安全作业规程》(JTG H30—2015)布置养护作业控制区,将主线公路设施划分为警告区、上游过渡区、缓冲区、工作区、下游过渡区、终止区6个交通场景;通过引入纵向安全距离模型和优化横向换道安全条件判定规则,对NaSch跟驰模型和双车道元胞自动机(symmetric two-lane cellular automata, STCA)换道模型进行改进;结合实测数据对模型进行标定,利用MATLAB对养护作业区交通流运行状态进行仿真。结果表明,当交通流密度达到每车道1 550 pcu/h时,将合流起始点设置于距警告区终点1 000 m处、限速值设置为60 km/h、上游过渡区长度设置为160 m,养护作业区交通运行安全与效率的指标最优。

飞行器智能蒙皮通过在飞行器复合材料蒙皮上集成分布式传感器、驱动器和控制器,使其具有监测其本身状态和损伤的能力,其中物理场反演算法是智能蒙皮信号处理中的重要一环。但是由于传感器布置密度小等原因,传统的反演算法精度不高。为了提高智能蒙皮的监测精度,提出一种将反向传播(back propagation,BP)神经网络与改进的灰狼优化算法(improved grey wolf optimizer,IGWO)优化克里金模型融合的BP-IGWO反演算法。制作智能蒙皮原理样件,通过风洞试验对该算法进行验证。结果表明:BP-IGWO反演算法较之传统反演算法具有更高的精度和细节呈现能力,能更好地监测智能蒙皮的状态。

为提高民航安检人员的安检绩效,探究不同因素下安检人员危险感知能力与安检绩效的关系。基于模糊信号检测论,以辨别力和判断标准作为衡量安检人员危险感知能力的指标,采用2(经验:新手、老手)×2(时间压力:无时间限制、有时间限制)×2(违禁品出现概率:高、低)混合实验设计,分析经验、时间压力、违禁品概率对安检人员危险感知能力的影响。结果表明:经验和时间限制对安检绩效有显著影响,而违禁品出现的概率对安检绩效的影响不显著;经验对安检人员的模糊辨别力和模糊判断标准均有显著影响,老手组危险感知能力的总体水平大于新手组;时间限制会降低安检人员的模糊辨别力和低违禁品概率下的模糊判断标准,但会提高高违禁品概率下的模糊判断标准。重视安检技能培训、设定合理搜索时间与传送带速度可有效提高安检人员的危险感知能力,保障航空安全。

针对停机位分配问题展开系统研究,目标是最小化远机位分配数量以及近机位空闲时间,针对其多目标多约束特性,提出以最小远机位分配数量和最小近机位空闲时间为目标的多目标数学模型,该模型考虑了航班进出港实际时间、机型类别及停机位间相互关系等参数。结合深度强化学习方法,特别是深度确定性策略梯度算法(deep deterministic policy gradient,DDPG),对停机位分配过程进行优化。为提升算法的寻优能力与性能,设计了改进后的DDPG算法,融入优先级经验回放和多策略融合探索机制。通过对比实验,表明改进后的算法更优,显著减少了最小远机位分配数量并优化了近机位空闲时间,且收敛更快、全局寻优能力更强,充分证实了其有效性。

为探索新生产车辆车内空气中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)的浓度水平及健康风险,通过使用颗粒物采样器与聚氨酯泡沫(polyurethane foam,PUF)套筒串联的方法,采集15台新生产乘用车在常温和高温光照2种工况下,车内气相和颗粒相的空气样品,通过GC-MS测定样品中16种优先控制的PAHs的含量,并进行驾乘人员健康风险评估。结果表明:16种PAHs在气相和颗粒相中的平均检出率为2.17~50.00,其中萘(Nap)、苊(Ace)和菲(Phe)在部分样车高温和常温工况下均有检出,而苊烯(Acy)在所有样车高温和常温工况下均有检出,其余物质仅在高温下检出;车内空气中PAHs的浓度在高温工况下高于常温工况,且气相中浓度高于颗粒相,整体上Nap的浓度最高;在高温工况下Nap、Ace、Phe、Acy的致癌健康风险为3.53×10^-11~4.54×10^-9,而在常温工况下为1.70×10^-11~5.16×10^-9。可见使用颗粒物采样器与聚氨酯泡沫(PUF)套筒串联采样的方法,能有效采集车内空气中气相和颗粒相中的PAHs,车辆车内空气中PAHs检出浓度较低,致癌健康风险整体<10^-6,致癌风险较低。

在面临全球环境变化、城市化加快以及流行病频发等复杂挑战的背景下,“韧性”一词为城市抵御不确定风险提供了新的研究方向。为探讨陕西省城市自然灾害韧性的时空演变及障碍因子,提高自然灾害城市韧性水平。基于熵权-逼近理想解的排序方法(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)从经济、社会、基础设施和生态环境4个维度评估韧性水平,结合GIS、泰尔指数和重心-标准差椭圆探究陕西省2018—2022年各城市韧性水平时空演变特征,运用障碍度诊断模型分析其影响因素。结果表明:时序演变上,研究期内,除咸阳市外其他城市自然灾害韧性水平总体呈现上升趋势,从研究的4个维度来看,经济韧性、社会韧性和基础设施韧性总体为上升趋势,生态环境韧性略有降低;空间格局上,陕西省自然灾害韧性总体呈现“关中地区>陕北地区>陕南地区”的分布格局;影响因素来看,自然灾害韧性主要受基础设施韧性和生态环境韧性影响。研究成果可为陕西省制定区域自然灾害管理政策和韧性城市规划提供理论参考。

油气钻采井场情况复杂且安全隐患种类多,为提高井场安全隐患识别的精确性,提出一种基于改进YOLOv5的油气钻采井场安全隐患识别方法。首先,为解决图片背景复杂,识别难度加大的问题,在骨干网络引进SimAM注意力机制;其次,为解决隐患类型的尺度差异较大且一张图片中存在多种尺度的问题,用自适应空间特征融合(ASFF)替换原有特征融合方式;最后,通过与其他模型进行比对来验证改进模型的隐患识别效果。结果表明:改进后的YOLOv5模型识别平均精确值提高了10.4%,对油气钻采井场安全隐患具有较好的识别效果。为解决油气钻采井场安全隐患视频监控识别的限制,研发一套智能穿戴设备,有效提高了井场安全隐患识别的便携性。

为降低物流无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)在空中失效或者发生碰撞后的对地风险,通过构建关于物流无人机对地风险评估的模型,专注于无人机失效坠地和碰撞后的风险分析。首先,在无人机失效坠地风险模型中,详细讨论无人机在不同飞行阶段可能的失效情况,包括垂直坠落和平抛坠落,以及这些坠落对地面人员可能造成的伤亡和经济损失;其次,碰撞坠地风险模型则分析了无人机在空中相撞后的动态行为以及其对地面安全的影响,包括碰撞动量-能量守恒和碰撞后果评估;最后,构建一个综合的三维风险评估矩阵,将事故发生的可能性、地面死亡人数和经济损失结合,用以评估不同情景下的风险等级。通过案例分析表明,得到的地面死亡人数在10^-6量级内,并且得到不同区域内的风险等级。可见此方法为物流无人机运营商和相关政策制定者提供了重要的风险评估工具和数据支持。