氢能作为21世纪极具前景的一种低碳、高效的二次能源,是全球能源转型发展的重要载体之一。然而,金属材料的氢脆现象即:氢以不同形态扩散到金属中以固溶态存在或生成氢化物,致金属晶格高度变形,降低韧性及延性,引起脆化至断裂, 因其具有隐蔽性、突发性及失效形式多样性等特点,成为制约氢能储运系统服役寿命和安全性的关键因素。随着实验手段和数值模拟方法的不断完善,中外学者近年来针对氢脆问题进行了大量研究工作。综述了氢脆研究的最新进展:首先阐述了氢脆失效概念及氢脆发生机理,并分析了储氢压力容器的氢脆特征及不同影响因素,其次总结了现有评价材料氢脆敏感性的宏观至微观、静态和动态实验方法的特点及主要应用范围,着重讨论了与数值模拟分析方法结合的研究进展,包括其在实际工程应用中的适用性与局限性,以期为氢环境中金属材料抗氢脆性能评价方法的进一步发展提供借鉴和参考。

近年来,中国制造业持续快速发展,越来越多的企业选择无人搬运车(automated guided vehicle,AGV) 作为智能物流系统的核心设备。为保证仓储运行效率,解决AGV间运输路径冲突的问题越发得到学者们的关注。从两个角度对仓库多AGV路径冲突问题进行文献综述。首先,从冲突类型的角度,将研究问题分为碰撞问题和死锁问题,分析不同冲突类型下多AGV防碰撞策略的研究现状。其次,从模型求解算法的角度,将其分为启发式算法和强化学习算法,分析近年来两者在仓库多AGV路径冲突问题中的应用;最后,对现有文献进行总结,并提出未来仓库多AGV路径冲突问题的发展方向。

正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)剪力墙结构是近年来发展迅猛的中高层木结构体系之一,中外学者针对CLT剪力墙的抗侧力性能展开了深入研究。总结了单板CLT剪力墙、多拼板CLT剪力墙和CLT开洞剪力墙抗侧性能的研究成果,对剪力墙的破坏模式、承载能力以及刚度进行梳理,同时,对抗侧承载力和抗侧刚度的计算方法进行归纳和比较分析;整理了中外规范中木结构剪力墙的抗侧承载力计算方法,提出适用CLT剪力墙的建议。最后,对当前研究进行了总结与展望,旨在对CLT剪力墙的抗侧性能研究提供参考。

建筑物作为人类生产活动的重要载体,准确快速地提取建筑物可在自然资源管理领域发挥重要作用。基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)在遥感影像建筑物提取方面取得了重大进展,但构建的网络模型在特征提取和特征融合方面仍有待优化。因此,提出了一种坐标注意力及卷积增强的全尺度融合建筑物提取网络(coordinate attention and convolutional enhanced full-scale fusion building extraction network, CCFNet)。所构建的模型由坐标注意力及卷积增强的残差编码器和全尺度融合解码器组成。编码器使用坐标注意力构建通道间的依赖关系并捕获的全局信息,其使用的非对称卷积增强地物边缘特征提取,并对旋转、翻转扭曲及纵横比不均匀的地物有更强的鲁棒性。解码器使用的全尺度融合方法则有助于建筑物的重建。在中国典型城市建筑物实例数据集实验结果表明,相比于其他建筑物提取网络,本文构建的CCFNet模型在Accuracy、F₁、IOU和MIOU 共4种分割评价指标分别取得了93.84%、84.08%、72.53%和82.59%的最优实验精度。结果表明,该模型能够有效地提取建筑物区域。

准确、实时掌握潮间带湿地范围变化情况与物种群落变化是实现湿地潮间带可持续发展与管理的重要基础工作。近年来,全球气候变暖、海平面上升以及人类对海岸带的开发、围垦、水产养殖等因素,导致潮间带受到严重的破坏。目前尚缺乏对广西地区潮间带红树林潮滩分类的系统性研究,为实现广西潮间带资源的大范围、高精度提取,基于GEE(Google Earth Engine)云平台,利用2012—2022年广西海岸带的Landsat系列影像数据,并对影像进行阈值分割处理,分析潮汐动态淹没影响下的各遥感特征,提取了广西海滨湿地潮间带范围,并实现了研究区域滩涂及水体、红树植被、非红树植被的分类,面积分别为5 641.67、1 625.29、2 156.04 hm²。分类总体精度达93.3%,Kappa系数0.9。

采取系列防治措施后北京平原区的地面沉降发展趋势如何变化尚待深入分析。基于2017—2022年Sentinel-1A影像数据,采用PS-InSAR技术评估北京平原区地面沉降现状,利用地理探测器分析影响地面沉降的主要影响因素及其交互作用。结果表明: 北京平原区地面沉降分布不均匀,最大沉降速率达到90 mm/a,非漏斗区的沉降速率自2020—2021年表现出一定程度的减缓趋势,漏斗区的沉降速率的减缓趋势则较不明显。地面沉降的主要影响因素首先是地下水,其次是可压缩层厚度。所有影响因素交互作用后均表现为因子增强关系,其中地下水与地铁交互作用对地面沉降的影响最为显著,反映出地下水开采和城市建设共同驱动北京平原区的地面沉降。研究结果可为北京平原区地面沉降的全面评估、准确预测与综合防治提供科学依据。

为揭示江东新区地面沉降的时空特征及成因,采用小基线集合成孔径雷达干涉测量(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar, SBAS-InSAR)技术,对2018年1月至2024年2月期间的175景Sentinel-1A影像数据进行处理,提取了地面形变参数。研究发现,江东新区的沉降速率经历了由极慢到快再到慢的变化,形成了多个严重沉降区域,主要分布在交通干线沿线及填海造陆区。在此基础上,定性及定量分析了地面沉降的主要诱发因素,包括不良工程地质条件、填海造陆区的固结沉降以及土地利用方式变化等。沉降速率的加剧与区域的快速开发建设紧密相关,其中地面的过度荷载已成为地面沉降的主要影响因素。

随着智能化程度的提高,钻井行业对于实时识别随钻岩性的需求越来越迫切。基于钻孔过程中的钻进碎岩声音信号和振动信号(声振信号),提出了一种随钻岩性智能反演方法。首先,通过室内微钻实验钻进7种不同类型的岩石以获取原始信号样本,在采集过程中改变钻进参数(钻速、转速、钻头尺寸)并获得相应信号数据。针对采集的声振信号特征,通过短时傅里叶变换获得具有信号特征的时频图像。在此基础上,构建改进VGG16卷积神经网络模型以实现岩性智能识别,并通过超参数优选实现对模型的训练、评估和调优。之后引入迁移学习训练策略,分别以不同钻进参数作为数据标签,依据参数取值划分源域和目标域,以实现对小样本目标领域的快速识别。实验结果表明:随着钻进参数的改变,模型的迁移学习结果存在差异;基于声振信号训练得到的岩性反演模型预测精度高、泛化能力强,声音信号测试集准确率可达99%,振动信号测试集准确率可达100%;在机械钻速变化下,声振信号受到的影响最小,作为数据标签进行岩性反演时能取得更为卓越的效果,且小钻速作为目标域时岩性反演准确率最高。在岩性反演的过程中,不同的信号类型适用于不同的岩石。其中声音信号对粗黄砂岩的适用性最高、振动信号更适用于花岗岩。研究成果对于提升工作面钻进智能化程度具有一定借鉴价值。

探析了含黄芩-白术药对方剂治疗妊娠期肝内胆汁淤积症(intrahepatic cholestasis of pregnancy, ICP)的应用规律及作用机制。检索维普, 万方, 中国知网数据库中含黄芩-白术药对方剂治疗ICP的文献,利用R语言对方剂进行分析并归纳其用药规律及核心方;再运用网络药理学预测核心方抗ICP的作用机制,并进行分子对接和实验验证。共纳入68首方剂,包含67味中药,多为寒性、苦味、归脾经的药物。综合中药数据分析获得“茵陈-大黄-栀子-黄芩-白术-茯苓”为核心方,其中槲皮素、芹菜素等关键活性成分可能作用于蛋白激酶B1(serine/threonine kinase B1, AKT1)、BCL-2相关X蛋白(BCL-2 associated X protein, BAX)等核心靶点,参与磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B (phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B, PI3K-AKT)、凋亡等多靶点、多通路发挥治疗ICP作用。在分子对接中,芹菜素与11个核心靶点间的结合效能显著优于槲皮素、β-谷甾醇。HTR-8/SVneo细胞实验表明,芹菜素对牛磺胆酸(taurocholic acid,TCA)诱导的细胞凋亡率、Bax/Bcl-2蛋白表达增加具有显著抑制作用(P<0.01),并可促进p-PI3K/PI3K、p-AKT/AKT蛋白的表达(P<0.01),而LY294002预处理可逆转芹菜素的抗凋亡作用和上述蛋白的表达水平。综上,含黄芩-白术药对的核心方可为ICP的临床遣方用药提供参考,其中关键活性成分芹菜素可抑制TCA诱导HTR-8/SVneo细胞凋亡而具有治疗ICP的潜力,其机制可能与调控PI3K-AKT信号通路相关。

热氧老化造成的PE管材料力学性能退化必然会使管道的服役寿命下降,是社会经济发展和人民生命财产安全的严重隐患。提出热氧老化管材的非线性超声评价方法,通过搭建水浸非线性超声检测系统提取PE管的非线性超声检测信号,建立了非线性超声检测特征参数与断裂伸长率、断裂应力的相关性模型,通过观察PE管老化后微观组织变化揭示非线性超声检测机理。试验结果表明:PE管材料的断裂伸长率、断裂应力随非线性系数的增大而降低,管材老化后形成的表面微裂纹、孔洞、褶皱是导致管材力学退化和非线性超声检测系数增大的主要原因,非线性系数可用于评价由热氧老化导致的管道力学性能退化。

为解决混凝土收缩导致支护承载力下降和提高支护在矿震条件下的减震性能,以砂石充填钢管为研究对象,探究砂石充填钢管拱架支护结构单榀防冲及多榀联合减震性能,通过有限元软件建立围岩与砂石充填钢管拱架模型和添加柔性索与阻尼器连接的多榀支架模型,研究了砂石充填钢管拱架在静动荷载作用下的支护性能和矿震作用下的抗震性能。研究结果表明:巷道在静载作用下的位移变形量处于平稳状态,冲击荷载下除顶部变形量较大,其余位置的支护效果均较好;砂石充填钢管拱架在静动载作用下除拱顶等效塑性应变的上升幅度较大,其余位置的变化均较小,表明拱架有较好的承载能力;三榀支架中由于柔性索与阻尼的双重耗能使得第三榀支架震幅更小;对巷道最大剪应力处计算安全系数,得出相邻支架的抗震效果具有较大提升,为后续研究支架减震提供了思路。

针对高应力强扰动煤层大直径钻孔卸压防冲能力有限等问题,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,研究了大直径钻孔扰动卸压防冲机理,提出了大直径钻孔卸压防冲控制技术措施,提高了高应力强扰动煤层卸压防冲性能。研究表明:大直径钻孔卸压范围与钻孔半径、围岩应力和扰动应力增量呈正比,与破碎区和塑性区间约束力成反比,增大大直径钻孔卸压范围,可增大动载应力波能量衰减量,转移静载能量于围岩深部,降低煤层冲击危险性;扰动系数增大,大直径钻孔卸压范围与钻孔周围集聚弹性能呈增大趋势,钻孔振动加速度随扰动系数和冲击能量增大呈指数型增长,扰动系数大于2,叠加冲击动载影响,大直径钻孔堵塞,达到极限防冲能力;采用密集钻孔法和反复掏钻法可增大大直径钻孔卸压范围,降低煤层冲击危险性,现场试验后巷道围岩变形量降低31.5%~67.0%,煤体应力值低于临界预警值,巷道围岩稳定性显著提升。

通过SEM、XRD以及TG的分析测试方法,定量分析水泥单矿C₄AF和C₃A腐蚀产物的变化规律与腐蚀产物CaCO₃的生成速率系数。实验结果表明,C₄AF和C₃A在受到CO₂腐蚀后,均有大量团絮状物相产生,但C₃A腐蚀后产生了比C₄AF腐蚀后更多的块状、棒状产物;C₄AF和C₃A单矿在腐蚀反应后的物相主要是C₃AH₆和霰石,在腐蚀反应后期C₃AH₆的相对结晶度降低,霰石的相对结晶度升高;物相定量分析结果表明,C₄AF单矿腐蚀产物CaCO₃的含量高于C₃A;动力学计算结果表明C₄AF在腐蚀反应1 d后CaCO₃的摩尔生成率为28.36 mol/d,C₃A试样仅为4.23 mol/d。随着腐蚀反应时间延长至28 d,C₄AF和C₃A单矿的腐蚀产物摩尔生成率均持续减小,分别为1.83 mol/d和1.48 mol/d。拟合后C₄AF的腐蚀产物生成速率系数α为32.62,远高于C₃A单矿的2.74。C₃A单矿在CCUS环境中抗CO₂的腐蚀能力较C₄AF更强,这不仅为开发抗CO₂腐蚀的高性能水泥材料提供理论指导,也为水泥在CCUS环境中的应用提供了依据。

页岩气因其储层条件复杂、多尺度孔隙结构,产量随时间变化呈现明显的非线性特征,传统的产量预测方法依赖于地质和工程数据的统计分析,很难适应地质条件的复杂性而无法达到高准确性。提出了将超双曲递减模型与具有时间属性的复合函数结合的方法,并使用改进的自适应粒子群优化算法(adaptive-particle swarm optimization, A-PSO)来寻找最优模型参数,建立了复合时间超双曲递减模型。研究结果表明:采用A-PSO优化算法能够根据产量数据的复杂性和数据的变化自动调整参数和模型结构,能更快更准地找到最优参数组合,提高预测精度;产量在时间上的波动大,常规递减模型难以反映其特征,复合时间递减模型灵活性强,能够考虑油气藏的复杂性和多变性,更准确地描述页岩气井在不同阶段的产量变化,提供更高的拟合精度,使得产量预测更接近实际值。

为分析绥靖油田某区块三叠系长6油藏多级暂堵压裂的施工参数和工艺适应性,以该区块地质和工程设计等资料为基础,采用组合赋权法从储层特性、工艺参数和施工效果三个方面定量地分析了多级暂堵压裂工艺影响因素的大小。根据模糊变换原理和最大隶属度原则建立了基于模糊综合评价法的多级暂堵压裂模糊综合评价模型,将传统的单指标、定性开发效果评价转化为多因素、定量的开发效果评价。应用该模型对绥靖油田某区块三叠系长6油藏进行实例评价分析。结果表明,该评价模型的结果与现场实际效果数据进行对比适应率达到了89.13%,能够有效地评价研究区油井实施暂堵压裂措施的效果好坏;评价体系可为研究区下一步实施暂堵压裂措施、乃至为同类型储层实施多级暂堵压裂改造优化参数提供有益的参考。

目前从各类冲击器的现场应用看,冲击器长度普遍约为1 m,在与钻头连接使用时因增加了稳定器与钻头之间的距离,造成钻具的预期斜率和钻头侧向力降低,进而影响井下造斜效果,而内置钻头多维冲击器可以有效解决这一问题。为了使内置钻头多维冲击器的性能能够实现最大化,降低压耗,采用PB(Plackett-Burman)筛选试验设计对冲击器内部参数进行了筛选试验,得到各参数对工具性能影响由大到小排列为:射流道宽度>入口面积>出口面积>振荡腔长度>双反馈流道宽度>附壁面曲率半径>劈间角,再利用BBD(Box-Behnken design)响应面法对排名前三的显著影响参数进行深入分析,得到内置钻头多维冲击器内部结构优化组合为入口面积为1 203.416 mm²、射流道宽度为14 mm,出口面积为455 mm²,最后通过Fluent软件仿真验证了优化方法的有效性,满足设计要求。

传统的盲解卷积算法在更换刻画指标时,需要重新计算梯度或重新设计滤波器系数的优化方式,这使得构建新的盲解卷积算法的过程缺乏自适应性。针对上述问题,提出了一种利用牛顿-拉夫逊优化器(Newton-Raphson optimizer,NRBO)搜索最优滤波器系数的盲解卷积算法。首先通过广义球面坐标变换确定滤波器系数的搜索范围,然后选择包络谱广义l_p/l_q范数作为刻画指标,最后将所构建的盲解卷积算法应用于滚动轴承的早期弱故障诊断。仿真和试验结果验证了所提算法的有效性,且所提算法收敛速度相比经典的粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)更快。

高压长管拖车运输是氢气、天然气等易燃易爆气体中短途转运的重要手段,其中压缩机是核心设备,槽车充装压缩机的排气压力始终处于大范围连续变化状态,其研发阶段存在难以完全模拟真实工况进行热力性能测试的问题。基于这一需求,提出了一种具有气体分级回收和连续释放功能,具备压缩机背压连续调控能力的槽车充装压缩机闭式实验系统及其测试方案,能为压缩机营造排气压力宽幅变化的稳定及动态工况,以模拟真实充装过程实现压缩机系统测试。基于零维仿真方法建立了测试系统数学模型,详细研究了系统首次充压、压缩机启动与停机、压缩机宽工况测试等全测试流程中系统的参数变化与工作特性,并对系统流程和部件匹配进行优化改进,避免试验过程气库温度超过85 ℃,并在气体回收后系统压力降至1.5 MPa以下,获得了一套完善合理的槽车充装压缩机测试系统和方案。

能源转型背景下,储能作为支撑高比例可再生能源接入和消纳的重要技术手段,逐渐成为虚拟电厂不可或缺的组成部分。其中,储能选型是确保电网安全稳定运行以及提升虚拟电厂调度效率的关键问题。因此,提出了一种基于博弈组合赋权和GRA-MARCOS的虚拟电厂储能选型方法。首先,考虑储能的技术性、经济性、安全性和环保性指标的基础上,构建了储能适应性评价指标体系。其次,基于博弈论将模糊层次分析法得到的主观权重与CRITIC法、MEREC法得到的组合客观权重相结合,以获得指标主客观综合权重。最后,利用灰色关联分析法改进的MARCOS方法计算各备选储能技术的效用函数,并以此对储能进行排序与选型决策。通过算例与灵敏度分析验证了所提储能选型方法的有效性与稳定性。该方法为虚拟电厂不同场景的储能选型提供合理有效的决策方案。

长期使用劣质煤作发电燃料的电厂,因烟气中飞灰浓度较大导致脱硝系统效率下降,增加机组超低排放难度。以贵州茶园电厂的W型火焰锅炉省煤器出口至上升烟道入口烟道为研究对象,采用数值模拟方法对烟气流动情况及飞灰颗粒运动轨迹进行研究。结果表明,省煤器灰斗对烟气中飞灰颗粒的收集效果并不明显,只能收集到少量烟气中的飞灰,飞灰收集率仅9.99%;在对选择性催化反应脱硝装置(selective catalytic reduction,SCR)的上升烟道入口处飞灰沉积特性模拟时发现,弯道处壁面飞灰沉积量为1.12 kg/s,占进入烟道飞灰总量的11.33%;在此基础上,提出两种上升烟道下方布置脱硝灰斗的设计方案,发现两种方案均能有效提高飞灰收集效率;当斜面与水平壁面的夹角为45°时效果最佳,飞灰收集率可以提升了约8.38%,且压降仅上升了2.25 Pa。

面向建筑屋顶分布式风能及风光互补能源利用的技术需求,提出并研究了一种新型风光互补系统的空间支撑框架。该框架通过配置导流板同时具有集风、稳流的作用,可显著增强小型垂直轴风力机的发电效率。首先采用理论分析方法,对空间支撑框架的集风效果及发电效率进行了分析。在此基础上,采用数值模拟的方法,分析了在不同风攻角下导流板间距、宽度对支撑框架内部气流速度、湍流动能的影响,并给出了优化参数。最后,采用风洞试验,对空间支撑框架作用下的小型风机发电性能进行了试验研究。研究表明,该空间支撑框架能够显著提高进入集风装置的气流速度,并降低内部空间湍流动能。当支撑框架配置间距D=0.53 m,宽度W=0.12 m的导流板时,可使风速增加约1.21倍,发电机功率提高约1.77倍。

近年来风机并网规模不断提高,针对深度学习对风速预测需要大量数据,以及随机微分方程对风电系统建模未能刻画出风速相关性对出力及并网点电压影响,提出了一种考虑随机因素并计及风速相关性,对含风电的电力系统马尔科夫切换型随机微分方程建模方法,引入Nataf和长短时记忆网络(long short-term memory network,LSTM)法构建风速时空相关性模型,运用马尔可夫切换型随机微分方程将风电系统分段线性化为各线性区间,然后研究了风速相关性、随机激励强度对并网点电压的影响,分析了风电系统临界稳定激励强度,最后通过数值分析方法对所建系统模型进行随机仿真,结果显示在随机激励强度临界值内,系统状态变量波动在稳定区域,与Simulink仿真电路中电压稳定波形对比,验证了本文建模方法的有效性,为新建风电场接入电力系统稳定性分析提供理论依据。

混合直流输电系统存在边界元件不统一、故障响应特性不一致、高阻故障影响难解决和近端故障识别准确率低等问题,降低了保护方案的可靠性。为此,分析了混合直流输电系统的区域折射系数相位特征,并据此提出了一种适合混合边界的单端保护方案。首先,建立混合直流输电系统模型,解析不同故障类型的行波传递特征;随后,划分混合直流输电系统故障区域,分别推导区域的折射系数表达式及其相频特征;最后,提出基于特定频率折射系数的单端保护方案并进行性能测试。测试结果表明,所提保护方案具备传统保护方案的快速性外,具备更好的耐高阻故障、噪声干扰等能力。

随着能源行业的快速发展和技术革新,大量的专业术语和表达方式不断更新,新词不断涌现。然而,传统的新词发现方法通常依赖于词典或规则,且难以高效率地处理和更新大量的专业术语,特别是在快速变化的能源领域。因此,结合能源领域文本数据特性,提出了一种融合N-Gram和多重注意力机制的能源领域新词发现方法(new word discovery method in the energy field combining N-Gram and multiple attention mechanism,ENFM)。该方法首先利用N-Gram模型对能源领域的文本数据进行初步处理,通过统计和分析词频来生成新词候选列表。随后,引入融合多重注意力机制的ERNIE-BiLSTM-CRF模型,以进一步提升新词发现的准确性和效率。与传统的新词发现技术相比,在新词的准确识别和整体效率上均有显著提升,将其于能源领域政策文本数据集,准确率、召回率和F₁分别为95.71%、95.56%、95.63%。实验结果表明,该方法能够准确地在能源领域的大量文本数据中识别新词,有效识别出能源领域特有的词汇和表达方式,显著提高了中文分词任务中对能源领域专业术语的识别能力。

为解决工控行业中大量非标准协议带来的传统协议识别方法不适用性问题,通过基于边缘分布式深度学习的方法研究了工控协议识别技术。提出了一种基于卷积神经网络技术的工控协议识别方法:获取网络中真实工控协议数据并进行预处理,根据协议特性选择合适的卷积神经网络模型,隐式提取协议本质特征,实现对7种工控协议的识别分类,准确率可达99.92%。此外,将工控协议识别模型部署至网络边缘,采用数据并行分布式策略,在边缘服务器计算集群中开展协同训练,模型训练效率提高1.87~2.81倍,同时保持高准确率。结果表明: 该方法有效提高了工控协议识别准确率;显著提升了模型训练效率;适合部署于边缘计算环境。可见,该方法在工控协议识别性能优化方面具有重要意义。

作为与人体运动密切相关的生理信号,表面肌电(surface electromyography, sEMG)信号的解析在人机交互领域具有重要的作用。针对肌电信号分类效率和精度难以兼顾的问题,提出了一种特征筛选与分类器超参数优化相结合的上肢sEMG分类方法,该方法采用二进制粒子群优化(binary particle swarm optimization, BPSO)算法对特征进行筛选后,进一步采用粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法调整最小二乘支持向量机(least squares support vector machine, LSSVM)的超参数。通过采集人上体4个部位的表面肌电信号并提取其中48维特征,对上肢常见的4种动作进行分类实验,结果表明,BPSO-PSO-LSSVM算法仅保留肌电数据的21维特征,得到的平均分类准确率达到97.54%,证明该方法可以有效筛选出用于上肢动作分类的最佳特征组合,并且提高运动分类的准确率。

针对异常行为识别中人体动态骨架特征表达能力不充分的问题,提出了一种基于改进时空图归一化流的无监督异常行为识别方法,利用Transformer和卷积块注意力模块,在全局域和时空域中提高模型的特征表达能力,提升异常行为识别算法性能。首先,将Transformer模块引入归一化流的仿射层,在全局层面增强动态骨架特征信息的有效性;然后,分别在空间与时间图卷积模块中引入卷积注意力,有效地提升动态骨架特征的空间和时间表达能力;最后,在ShanghaiTech数据集和UBnormal数据集上进行仿真验证,识别精确度分别达到86.4%和70.2%,证明了方法的有效性。

传统的全脑动力学模型反演技术采用静态的单一特征来约束,忽略了脑网络的动态波动,缺少对相应特征的定性分析,导致建模精度不高、解释性不够。针对这一问题,在基于分岔分析的基础上提出了一种多目标期望最大化算法。该方法利用动态平均场模型,结合基于多模态影像数据提取的脑结构功能特征进行建模。进一步利用分岔理论对模型的多个约束特征定性分析,选取其中的功能连接、动态功能连接和亚稳态特征联合约束模型反演。通过分岔分析确定初始参数值,使用期望最大化算法迭代优化参数组合,定量分析的结果证明了该方法的准确性和稳定性。

近半个世纪以来,受全球气候暖湿化影响,中国冰川消融速度逐渐加剧,加强对冰川分布状况的监测日益重要,如何快速且准确地提取冰川信息,对实现冰川常态化监测工作尤为关键。针对目前冰川自动化提取方法存在的不足,采用面向对象自动分类技术,以青海省门源县为试验区,利用Sentinel-2影像与DEM数据,分析总结了冰川在多维度特征下的表现规律,并针对冰川提取中存在的边界破碎、山体阴影处的漏提、云误提等现象,利用决策树C5.0模型构建了多特征组合的冰川提取规则集与邻域特征的提取规则集,解决了单阶段面向对象自动化提取算法存在的主要问题,形成了基于面向对象的两阶段冰川提取方法,实现了冰川信息的高效自动化提取。试验结果表明:区内冰川在光谱均值、光谱标准差、归一化雪盖指数NDSI、DEM、邻接度、坡向等特征下具有响应规律,构建的两阶段提取方法能够较好地实现冰川的自动化提取,并在云盖区域和山体阴影区域内具有良好的识别效果,识别精度达98.50%。

裂缝检测对维护建筑物结构安全至关重要,近年来,基于深度学习的卷积神经网络为裂缝检测提供了新的解决方案。但这是以巨大的计算资源为代价的,因此在实际应用中存在实时性差、检测效率低的问题。针对此问题,提出了一种基于U-Net架构的轻量化多尺度动态融合卷积模块(multi-scale dynamic fusion convolution, MSFC),以提高裂缝分割的效率。为验证所提方法的有效性,构建了一个包含2 045张裂缝图像的数据集Crack2045,并在该数据集上进行了实验。实验结果表明:与原始U-Net模型相比,采用MSFC模块的模型在保持准确率不下降的情况下减少了78.51%的参数量和63.75%的计算量。同时,MSFC模块具有一定的泛化性,能够无缝集成到不同的语义分割模型中。研究结果不仅为裂缝检测提供了一种高效的深度学习方法,也为资源受限环境下的模型部署提供了新的可能性。

为分析不同配筋混凝土梁受弯破坏过程裂缝发展特征,探讨梁体破坏声发射特性及抗弯性能退化规律,采用四点弯曲试验,结合声发射技术,建立三种不同配筋混凝土梁受弯破坏过程与声发射信号的联系。实验结果表明,不同配筋混凝土梁损伤演化过程中的上升角(rise time/maximum amplitude, RA)、平均频率(average frequency, AF)信号具有明显差异,适筋梁、少筋梁、超筋梁剪切裂缝信号RA占比77.6%、80.9%、78.95%远高于斜拉裂缝信号AF占比,混凝土梁破坏以剪切破坏为主。不同配筋梁弯曲损伤各阶段振幅分布的共同特征主要由频率区间4~6 kHz、13.5~16 kHz以及53~57 kHz的振幅峰值体现,梁体达到特殊荷载阶段时均会产生高频区间的振幅峰值突起,预示梁体内部钢筋屈服、结构进入破坏失稳阶段,以此可作为声发射信号时频转换监测结构内部损伤程度的重要依据。

为评估多源固废固化湖泊底泥在冻融循环条件下的微结构劣化特征以及强度衰减规律,针对粒化高炉矿渣、脱硫石膏、建筑垃圾协同固化底泥试样,通过多次反复冻融循环试验,观察固化底泥材料在冻融循环条件下的无侧限抗压强度、体积变形、渗透系数等宏观工程特征的演变规律。结合X射线衍射试验、傅里叶红外光谱、扫描电镜和能谱分析等微观测试手段,系统地分析了冻融循环过程中固化底泥材料的矿物组构、官能团、表面形貌和元素构成,揭示了冻融循环作用下固化底泥结构劣化微观机理。结果表明,随冻融循环次数的增多,纤维状的钙矾石和柱状石膏等胶凝产物发生断裂,且相互交叠成网络状,内部孔隙增多,这可能是造成固化底泥强度减少、渗透系数增大的原因。获取的固化底泥在冻融循环过程中的力学特征及劣化规律,可为该种材料在西北、东北等具有显著冻融循环特征地区的应用与推广提供基础数据。

为探究降雨作用下改性糯米基重构土层持水机理及入渗规律,首先开展了土柱入渗试验,通过改变改性糯米基材料的掺入量,分析其对重构土体垂直方向宏观渗透规律的影响,并采用核磁共振与电镜扫描技术,探究不同材料掺量下重构土微观孔隙结构特征与持水特性,在此基础上选取持水性能最优重构土(12.5%掺量)开展降雨边坡模型试验,探明重构土层水分运移规律及降雨后水分再分布特征。结果表明: 随着改性糯米基材料掺量增加,有效孔(中孔)数量先增加后减少,小孔数量逐渐增加,大孔数量逐渐减少,且在掺量为12.5%时,土体持水能力最佳。改性糯米基材料通过包裹、吸附与土颗粒、砾石结合形成团聚体,从而改变土体孔隙结构,增强土体持水性,提高土体水分有效性。在25 mm/h雨强条件下,边坡坡度增大导致各截面入渗深度减小,入渗部位由坡顶向坡脚迁移,整个降雨期间边坡入渗深度随坡度增大而降低,降雨结束后坡内水分重新分布,35°、55°与75°边坡平均入渗深度分别为10、8、5 cm。该研究对完善边坡生态修复技术体系,指导生态修复边坡养护管理具有重要意义。

为研究水平循环荷载下环翼单桩基础的桩顶累积位移发展规律,通过ABAQUS进行二次开发建立了环翼单桩-饱和黏土相互作用三维数值模型,同时实现了土体刚度衰减过程模拟。研究表明:在传统单桩基础泥面位置处安装重力式环翼,能够增强环翼单桩基础的整体水平抵抗力,从而减小循环荷载下环翼单桩的累积位移;桩顶位移均会随着重力式环翼高度及环翼直径的增加而减小,但增加重力式环翼的直径对减小桩顶水平位移具有更明显的效果;增加桩身入土深度,可以显著降低循环荷载下环翼单桩基础的桩顶累积位移。

强烈的水流脉动是造成消力池等水工结构损伤的重要原因之一,因此明晰水工结构中的水流脉动特性对保障工程安全运行至关重要。基于DES模型及VOF方法建立了亭子口水电站消力池水工模型的精细数值模型,模拟结果与实验结果一致性较好。基于数值模拟结果分析了消力池中压力波动、脉动流速、涡量、以及紊动能的分布变化情况。结果表明消力池中压力波动沿水流方向表现出双峰分布特点,且在水流冲击区脉动量占比超过10%;展向和流向脉动流速在消力池中占主导地位,垂向脉动较弱,在水舌碰撞区域底板中心线处的展向脉动流速迅速减小;底板中心线和表孔中心线上流向和垂向的涡量具有小时均值、大脉动值的特点,跌坎引起的横轴旋涡对展向涡量分布有较大影响。紊动能能谱分析的结果显示消力池中水流脉动主要由大量1Hz以下的低频脉动组成,表明消力池中的紊流波动主要由大尺度和低频的涡流控制。研究结果有助于加深对消力池等泄洪消能结构水流特性的认知,为其设计及安全评估提供了一定参考。

为解决生态维护与农业生产需水量之间的矛盾,厘定干旱区生态修复最小需水量。以塔里木河下游为典型研究区,通过潜在自然植被(potential natural vegetation, PNV)模拟的方法,得出植被生长适宜区域,并对乔木、灌木和草地的适宜生长区域和面积进行了分析,结合AET数据集的多年蒸散发结果,对塔里木河下游的最小需水量进行了计算,结果表明:塔河下游得出的PNV结果以灌木为主,林地和草地对水资源的依赖程度较高,主要分布在河道周边;研究区内的林地和草地均表现出较高的生长潜力,而距离河道较远的灌木分布区域表现出退化趋势;根据PNV模拟结果计算出的塔里木河下游生态需水量约为11 279.23×10⁴ m³,其中灌木占比最大,而林地和草地由于面积较小,需水量占比分别为7.4%和5.36%。研究结果为干旱区流域生态修复及输水量的确定提供了新的方法,能够明确流域的生态修复范围和植被种类,并有助于区域水资源的管理和优化配置。

钢轨内部损伤危害严重,但无损探伤B显检测图像杂波噪声多、不同损伤时空分布特征不明显,难以有效识别。针对这一情况,提出了一种基于改进YOLOv8的钢轨螺孔裂纹B显图识别算法,从提高钢轨损伤智能识别精确率。首先,为减少小伤损目标漏检,采用RepHGNetv2网络优化YOLOv8主干网络,提高检测召回率;然后,为提升模型对不同类型损伤检测的适应性,将YOLOv8的检测头替换为Effcientnet,提高模型检测精度;最后,在SPPF模块中引入LSKA注意力机制,提升模型对噪声信号的抗干扰能力,提高模型精确率。经实际线路检测结果验证,上述模型检测精确率达到95.1%,召回率达到93.8%,平均精度达到97.6%,对比其他常用算法均有所提高。

针对坑槽和裂缝两种路面病害检测实时性差、准确率低、易误检漏检等问题,提出了一种改进YOLOv9的路面混合病害算法,实现路面裂缝的自动化检测和识别。首先,在骨干网络中引入AKConv(alterable kernel convolution)替换RepNCSPELAN4中的卷积模块,提高网络对不同病害的特征提取能力,有效解决路面病害与背景环境特征难以区分的问题;其次,在检测头中引入了SimAM注意力机制(selective image attention mechanism)和DySample上采样模块,提高网络聚焦特性并增强提取关键特征信息的能力;最后,采用inner-IoU函数优化模型的权重参数,提升对混合样本的学习能力。实验结果表明,改进后的模型与YOLOv9-c相比较,性能有了显著提升,平均精度提升40.17%、召回率提高了15.99%、mAP模型精度提高了20.95%,该优化算法能够更加精准高效的对路面混合病害进行检测,提高了路面病害检测的准确率和泛用性。

在特大断面隧道施工通过层状岩层时,由于此类地层的特殊构造特性,必须采取相应的控制对策来减小此类地层带来的不良影响。依托穿过层状岩层的重庆东环线国博中心站特大断面隧道工程,采用数值模拟和现场监测方法,对比研究了均衡和非均衡锚索支护在隧道穿越层状岩层的支护力学差异。结果表明: 相比均衡锚索支护,非均衡锚索支护对围岩位移与塑性区的控制差异影响并不显著。但是非均衡锚索支护会显著影响支护结构拱顶弯矩分布范围,而对弯矩峰值和轴力分布及大小影响很小,二者差值分别为8%和11.2%。非均衡锚索支护下的支护结构安全冗余度削减较少,仍能保持层状岩体隧道的稳定性,从经济和施工便捷性来看,能节省51%的锚索用量,经济优势更突出,在特大断面层状岩层隧道的施工中更具优越性。现场监测也表明非均衡锚索支护的应用效果良好。数值模拟结果和现场监测差值仅为2 mm,二者吻合度较高,验证了本文计算结果的合理性。本文研究成果可为今后类似层状岩体隧道支护的设计和施工提供重要参考。

汽车轮胎的侧偏刚度与汽车的操纵特性紧密联系,实时准确地估计轮胎侧偏刚度对提高车辆操控稳定性具有重要意义。针对侧偏刚度难以直接测量的难题,提出了一种基于轮胎侧向力和侧偏角估计的侧偏刚度实时辨识方法。首先,考虑前轮纵向力对侧向力的影响,基于横摆动力学模型及滑模观测算法设计了轮胎侧向力估计器,基于侧向力估计误差设计侧偏角反馈估计器;其次,建立了可描述轮胎侧向力、侧偏角、侧偏刚度三者关系的非线性轮胎力模型,以实时估计的侧向力、侧偏角为输入,设计限定记忆的递推最小二乘侧偏刚度在线辨识算法,解决算法因“数据饱和”存在估计误差的问题,提高辨识精度。最后,进行了Simulink与CarSim的联合仿真实验,实验结果表明:轮胎侧向力的估计误差平均约为4.153 9%,轮胎侧偏角的估计误差平均为3.285 2%;基于递推最小二乘法的侧偏刚度辨识模型对道路条件变化具有鲁棒性,在高、低附着条件下均具有较好的跟踪精度和稳定性,轮胎侧偏刚度估计精度平均约为98.379 3%。

针对自动驾驶汽车在双向单车道下的掉头场景,采用模糊推理提出了一种安全决策方法并基于车辆空间分布关系建立掉头数学模型,确定7个关键控制点,改进粒子群算法的搜索策略,并提出一种高效舒适的掉头轨迹规划方法。安全决策方法首先将掉头时本车道和目标车道上的车辆与自车的相对距离和转向时最小安全距离的差值建立隶属关系,选择安全性更高的时刻进行掉头;轨迹规划方法结合车辆空间分布特征,改进粒子群算法的约束,提出一种新的搜索策略,使其能够快速收敛到最优极值,规划出掉头的最优路径。研究表明:所提出的决策与轨迹规划方法可以安全、高效地完成掉头。

为探究社区建成环境对老年人步行时间的影响,考虑到老年群体的性别差异,构建CatBoost模型并结合SHAP解释方法(Shapley additive explanations,SHAP),对比分析社区建成环境与不同性别老年人步行时间的特征相对重要度及非线性关系。研究结果表明:相较于个人社会经济属性变量,社区建成环境变量对老年人步行时间影响更显著,但对不同性别老年人的影响效应有所差异。其中,相较于老年男性,老年女性更关注与社交需求密切的建成环境变量,如归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、人口密度等。而老年男性的步行时间与个人社会经济属性联系更加紧密,步行时间多与交通便捷性、出行效率相关。

风扇叶片作为航空发动机遭遇鸟撞后的首要响应部件,其应力变化导致的动态损伤会直接影响飞机的飞行安全。根据“斑头雁”外形的结构特点建立了近真实鸟体三维模型,针对飞机在起飞-爬升、进近-着陆两个最易发生鸟撞事故阶段的飞行工况,进行了不同撞击速度、不同风扇叶片转速以及不同鸟体撞击姿态对叶片动态损伤影响规律的研究。研究结果表明:当航空发动机转速和鸟体撞击叶片的相对速度增大时,风扇叶片的轴向损伤变形程度呈现出单调增加趋势;随着风扇叶片转速的增加,鸟撞后叶片的应力峰值呈V字形趋势,在航空发动机叶片转速为2 005 r/min时,应力峰值最小;当鸟体以不同姿态与风扇叶片碰撞的初始时刻接触面积增大时,叶片受到的应力大小和损伤程度也逐步增大,当鸟体呈现90°撞击姿态时,叶片在轴向上的损伤变形达到60.887 mm。研究结果对航空发动机风扇叶片抗鸟撞设计具有一定参考价值。

跨声速风洞不同参数开孔壁对实验段流场品质影响很大,孔壁参数特性的研究对于设计跨声速风洞实验段极其重要。在不同实验段壁压差系数下,对FL-3风洞单直孔壁在二维与三维模型下得到了质量流量与速度分量线性关系。因此提出了在满足壁压差系数和边界层位移厚度等条件下,二维孔壁流动特性可通过系数变换等效为三维孔壁的流动特征参数。在二维与三维孔壁特征参数对应的基础上,对实验段多孔壁进一步研究了在二维简化模型下孔壁参数及来流马赫数对实验段内流场及壁面附近流动特征的影响规律。在l/d=1时增大孔尺寸d=1、2、4,ΔC_p从0.001增大到0.004 5,S/d从4%减小到2.5%。增大孔长径比l/d=1、2、3、4,ΔC_p在l/d>2时趋于不变,在l/d=3时m' 和S/d为最大值。m'与Ma呈正相关变化,在Ma=0.8 ~ 0.9,提高来流马赫数对壁压差系数影响很小。二维与三维模型流动特征参数转换及孔壁参数研究对于深入理解孔壁流动和计算实验段多孔壁具有一定意义。

水上飞机运动极短期预报可以提供未来数秒的摇荡运动姿态,对确保大风浪条件下的起飞与降落阶段的安全有重要意义。目前已有相关水上飞机运动极短期预报方法研究,但是对不同方法适用性差异分析的研究较少。针对该情况,以NACA TN 2929飞机为例,基于势流理论计算其在典型工况下三自由度运动仿真数据,通过构建AR(auto regressive)、LSTM(long short term memory)和TCN(temporal convolutional network)三种典型运动极短期预报模型,对比三种模型在不同预报条件下的预报性能。结果表明: 与AR模型相比,以LSTM、TCN为代表的神经网络模型在预报时长较长时具有更好的预报精度,可较好地实现对水上飞机的垂荡、横摇和纵摇运动十秒级的准确预报,为水上飞机运动预报算法的选取提供较好的理论参考价值。

为了解地表水环境中广泛存在的自然水体生物膜表面巯基基团的存在情况和它们对典型重金属的吸附特征,建立了基于特异性巯基掩蔽剂的适用于自然水体生物膜中巯基掩蔽的方法,并利用该方法研究了生物膜中巯基的表面浓度,以及不同pH下生物膜巯基对典型重金属Cu、Pb和Cd的吸附特征。研究结果表明:所建立的巯基掩蔽方法能有效掩蔽巯基且对生物膜中微生物的影响很小。自然水体生物膜表面存在相对较低浓度的巯基基团,浓度为(5.8 ± 0.6) μmol/g,占生物膜表面总位点浓度的5.7%。尽管巯基浓度较低,但由于其具有更强的重金属结合能力,使其在重金属浓度较低时(吸附体系中生物膜对重金属的理论负载量 < 1.0 μmol/g时)对生物膜吸附重金属有重要贡献,显著影响生物膜吸附重金属的特征;且这种规律基本不受体系pH和重金属种类的影响。研究结果证明生物膜中巯基对天然水环境中重金属的环境行为和效应也有重要影响,进一步体现了自然水体生物膜的重要环境意义。

赤水河流域是长江上游重要的生态安全屏障,研究未来不同发展情境下赤水河流域的生态系统服务价值,对赤水河流域生态环境保护政策制定和环保措施布局具有重要意义。以赤水河流域为研究区域,利用FLUS(future land use simulation)模型和InVEST(integrated valuation of ecosystem services and trade-offs)模型,预测2040年赤水河流域在自然发展、环境保护和经济发展三种情景下,产水、土壤保持和水质净化等生态系统服务功能,并识别赤水河流域生态系统服务功能重点保护区。结果表明,农田和城镇在不同情景下变化较大,其中经济发展情景较自然发展和环境保护情景分别增加510.55 km²和1 475.76 km²;环境保护情景下高产水功能(>700 mm)和高土壤保持(>2 000 t/hm²)的区域分别约占赤水河流域面积的36.81%和47.15%;遵义市辖区内的生态系统服务功能重点保护区占比最高达62.65%。研究结果以期为赤水河流域明确重点保护区域,推动实现空间精细化保护和管理提供一定的支持。