MCSEM勘探发射电流扰动实验仿真研究与设计

海洋可控源电磁法(MCSEM)勘探中发射电流质量是影响接收信号质量和勘探效率的重要因素。基于COMSOL Multiphysics虚拟仿真平台,研究了MCSEM勘探发射电流强度和形态参数对电场响应强度的影响。结果表明,发射电流强度的不稳定波动会降低接收信号的基波和谐波分量电场响应强度,主要影响中远偏移距电场值;发射电流波形的上升和下降沿的增加对接收信号基波和低次谐波分量影响较小,但会显著降低高次谐波分量的电场响应强度,主要影响中近偏移距电场值。通过仿真分析,MCSEM勘探中发射电流变化对接收信号的影响,可为实际勘探中发射波形异常时振幅随偏移距变化曲线的解释提供帮助。

一种MCSEM数据噪声压制方法

针对海洋可控源电磁(MCSEM)信号在勘探中极易受各种噪声干扰,影响后期反演以及数据处理准确性的问题,提出一种注意力机制引导的卷积自编码器海洋可控源电磁数据消噪方法.首先基于自编码器,构建基于卷积自编码器的海洋可控源电磁数据消噪网络,然后根据数据中存在噪声的特点对其进行优化,加深网络深度、引入注意力机制,使网络能更关注数据中的有效信号特征,增强特征提取能力,构建网络模型,实现对海洋可控源电磁数据噪声的压制.实验结果表明,在对海洋可控源电磁数据噪声压制中,该方法比db8小波消噪方法和变分模态分解消噪方法信噪比更高、均方误差更低,同时应用到实测数据中仍能较完整地保留信号特征并增加偏移距的可解释范围,证明了该方法在海洋可控源电磁数据噪声压制中的有效性.

基于国产化平台的三轴姿态检测系统设计

目前缺芯、版权、系统禁令等问题加剧,为保障高校工科实践教学的可持续性,以大学生创新实验项目为例,设计一种基于国产化平台的三轴姿态检测系统。该系统由硬件检测装置和软件系统组成。硬件检测装置通过国产微处理器检测传感器三轴姿态信息,并将检测结果发送至软件系统,完成三轴姿态信息的解析与数据可视化。实验结果表明:相比国外平台,基于国产化软、硬件平台设计的三维姿态检测系统虽然在曲线渲染任务中,内存占用略高5.5%,但基本满足实验设计过程要求。该系统设计不仅有助于锻炼学生自主创新、思考和动手能力,也在其他专业的课程实验、实践等环节中具有一定借鉴作用。

基于谱聚类与单细胞拉曼光谱的细胞生长分析方法研究

单细胞拉曼光谱(SCRS)技术具有快速、灵敏和无标记的优势,可以从单细胞水平上研究细胞结构,本文为实时监测单细胞微生物生长代谢变化,提出了基于谱聚类和SCRS的细胞生长检测方法,并采集600个同步培养的发酵工程菌-大肠杆菌SCRS数据作为实验数据,采集300个发酵益生菌-枯草芽孢杆菌SCRS数据验证方法适用性。首先,对同步培养的菌落测量OD 600生长曲线作为微生物群体水平上生长时期标签;其次,应用t-SNE对群体细胞SCRS数据进行可视化分析,指导谱聚类对高维SCRS数据聚类分析,并应用轮廓系数和CH index评估最佳聚类簇,赋予每个SCRS数据簇标签;最后,应用三次样条插值拟合统计SCRS数据簇标签和生长时期标签交集,精准识别群体中共存的生长时期异质数据,实现对单细胞微生物生长时期精准鉴定。结果表明,基于谱聚类与SCRS的细胞生长分析方法根据同步培养的群体细胞生长曲线,设置2维嵌入空间维度和基于最近邻的谱聚类相似度计算方法,有效检测三个生长时期最佳聚类簇中9%和4.3%异质数据。提出的无监督检测单细胞生长的方法,借助谱聚类无需标记就可以直接根据SCRS数据特征进行建模,并能够对任意形状的高维SCRS数据聚类且快速收敛的优势,实现了对两种发酵工程菌和发酵益生菌细胞滞后期、对数期和稳定期的精准识别,真正意义上实现从单细胞水平上检测细胞生长,为发酵工程提供更加精准、实时的调控指导,具有重要的工程应用价值。

电性源时域地空电磁数据小波去噪方法研究

基于飞艇的时间域地空电磁探测系统,具有勘探深度大、效率高、空间分辨率高、飞行控制容易等优势.但在低空飞行测量过程中,飞艇飞行高度、航迹、姿态等受风向、大气气流、地形、地面局部温度场变化等影响而发生变化,导致固定在艇囊前端的接收线圈发生运动,切割大地磁场,产生了电磁噪声、运动噪声、基线漂移等,从而影响电磁数据的电阻率成像质量.因此,研究地空电磁信号中多种噪声的去除方法,对数据的反演解释非常重要.由于地空电磁信号中有效信号频带与部分噪声频带相重叠,使用传统滤波或消噪方法具有一定局限性.因此,本文提出一种综合小波去噪法:根据地空电磁信号的特点,采用sym8小波基;基于小波多分辨率分析原理,利用小波高尺度近似分量估计基线漂移,以校正电磁数据中的基线;基于小波阈值收缩原理,采用5层小波分解、极小极大阈值配合硬收缩函数的消噪方法,来压制数据中的其余噪声.最后,通过异常环模型的理论响应和实测数据进行算法的验证,结果表明这种综合消噪法对多种噪声均有很好的抑制作用,是一种实用有效的时间域地空电磁数据消噪方法.

基于拉曼技术的单细胞生长检测方法

目的单细胞生长检测可以更加科学地揭示微生物代谢变化的规律,为后期微生物工程应用提供指导。针对微生物生长应用于食品安全期和最佳食用期的精准检测问题,本文提出一种基于拉曼技术的单细胞生长检测方法。方法首先,通过同步培养实验采集了枯草芽孢杆菌两个批次共900个单细胞拉曼光谱(SCRS)数据,其中600个用于训练和测试,另一批次300个用于模型验证。其次,基于主成分分析的特征关系矩阵,提出CP-SP特征评估方法以筛选SCRS特征用于模型检测。再基于XGBoost构建检测模型,并应用网格搜索和交叉验证对检测模型进行调优。最后,应用混淆矩阵、ROC曲线评估模型对细胞滞后期、对数期和稳定期的检测准确率、敏感性和特异性。结果选用CP-SP筛选的第一、第二和第四主成分较特征贡献率前3个主成分的分类性能提高了3.1%,调优后的细胞生长检测模型测试准确率为96.0%,验证准确率为92.3%。结论基于拉曼技术的单细胞生长检测方法能准确识别单细胞生长状态且具有较高的泛化能力,可为食品安全和保鲜制定精准调控机制提供科学指导。

小波变换与神经网络融合法在油页岩近红外光谱分析中的应用

便携式近红外光谱分析技术可实现油页岩含油率的原位检测,在油页岩资源现场勘查中发挥着重要作用。但是,由于其测得的原始光谱数据量大、冗余信息多,直接建模会影响速度与精度。因此提出一种小波变换与神经网络融合法,先将油页岩全谱数据进行db8小波3级分解,提取其近似系数形成输入矩阵,然后再进行神经网络建模。为了验证有效性,利用30个油页岩合成样品,从中随机选择20个用于训练,另外10个用于预测,并分别使用全谱数据与小波特征数据进行了10次神经网络建模。结果表明,全谱数据建模速度均值为570.33s,预测残差平方和及相关系数均值分别为0.006 012及0.843 75;而小波神经网络法对应的以上均值为3.15s,0.002 048及0.953 19。由此说明小波神经网络法优于全谱数据建模法,为油页岩含油率的快速、高精度检测提供了一种新方法。

一种综合小波变换的心电信号消噪算法

针对心电信号中混有的基线漂移、工频干扰、肌电干扰等噪声,比较了适于心电信号的4种基于小波变换的心电信号消噪算法,结合消噪后的信噪比和信号失真度,提出一种综合小波变换的心电信号消噪算法。该算法先使用小波分解法消除心电信号中的基线漂移,再利用模极大值法消除工频干扰、肌电干扰等噪声。并且运用该算法对MIT-BIH心律失常数据库中的含有多种噪声的心电数据进行了仿真与实验,结果表明噪声被有效地消除并且失真度较小,可满足临床分析与诊断对心电波形的要求。

海洋可控源电磁数据中海水扰动噪声的小波校正方法研究

海洋可控源电磁法(Marine controlled-source electectromagnetic method,MCSEM)采集的信号极易受多种噪声的干扰,其中由海浪、暗流运动引起的海水扰动噪声是影响信号质量与后期处理解释的主要噪声之一。针对海水扰动噪声,提出了一种基于小波多分辨率分析的校正方法:根据水平电偶极源发射波形与小波基特点,选取最优小波基并研究其最佳分解层数,利用最高分解层数所对应的近似序列估计出海水扰动噪声并从原始信号中去除,达到消除海水扰动噪声的目的。对比校正前、后MCSEM信号的振幅随偏移距变化(Magnitude versus offset,MVO)曲线,表明方法有效。

海洋可控源电磁数据的新型小波基消噪方法

海洋可控源电磁(MCSEM)信号极易受到多种噪声的干扰,从而影响后期数据的反演解释精度。基于小波技术的降噪理论和方法已被广泛应用于MCSEM信号的消噪领域,但小波基均为通用小波基,消噪效果有待提升,提出了构造专用于MCSEM信号的新型小波基。首先,通过粒子群优化算法(PSO),以新型小波函数与MCSEM信号的平均相似度作为约束条件,迭代求解滤波器组的最优系数;然后利用得到的系数构造新型小波基。其次,针对深海勘探中的海水扰动噪声,设计了基于新型小波基消噪方法,并利用仿真的含噪数据与传统小波基消噪方法进行了对比实验;通过信噪比(SNR)及均方误差(MSE)进行消噪效果评价,表明新型小波基消噪方法优于传统小波基消噪方法。最后,将新型小波基消噪方法应用到了实测MCSEM数据中;通过消噪前后的时域信号及振幅随偏移距变化(MVO)曲线对比分析,结果表明,该方法不仅可以去除海水扰动类噪声,还可以扩大MVO曲线偏移距的解释范围,证明了基于新型小波基消噪方法的有效性和实用性。

在JSP中使用JavaBeans连接数据库

针对动态网站频繁地从数据库中取得数据、与数据库建立连接时耗费服务器资源与时间的问题 ,给出了在 JSP(Java serverpages)中使用 Java Beans连接数据库的方法。该方法利用 Bean建立数据库连接 ,并将Bean对象存入 session中 ,响应 Http Session Binding Event事件 ,且利用 value Unbound方法 ,在 session对象中止时 ,执行关闭数据库连接对象的善后工作。讨论了将对象分别存入 page、 session、 appliction中的差异 ,证明了在 JSP中使用 Bean既可以简化 JSP网页结构 ,又可以保证系统的安全性和提高系统的执行效率。

无线遥控视频监控小车的设计

为解决远距离无线视频传输依赖于移动通信网络以致使用环境受限的问题,在没有移动通信网络的地区,研发了基于无线电技术的车载无线视频监控系统。系统以小车为载体,通过控制车体移动及车上摄像头的转动获得最大监控视角,使用FPGA(Field-Programmable Gate Array)驱动OV7670摄像头对周围环境的图像信息进行采集缓存,采用无线电技术在1.2 GHz频段将视频信号传输至接收端,接收端连接上位机显示回传图像。实验测试表明,车体运行稳定,可进入狭小空间进行视频监控且监控范围无死角;利用无线电技术可实现视频信号传输,画面清晰、稳定,室内及室外传输距离可达25 m和80 m左右。

一种光电容积脉搏信号的峰值点自动识别方法

光电容积脉搏信号的峰值点自动识别直接关系到无创血氧饱和度测量与脉搏波峰-峰间期提取的准确率。提出一种小波联合识别方法:基于小波多分辨率分析原理校正影响脉搏波峰值点幅值的基线干扰,再利用二次样条小波模极大算法自动识别峰值点。将该方法应用到自行研制的光电容积脉搏波测量系统中,对采集的信号进行了校正与峰值点识别,通过在信号中增加随机噪声以评价方法的稳定性与可靠性,然后利用10组实测数据,对比本方法与传统差分阈值法的峰值点识别准确率,进一步评价方法的有效性。结果表明:本方法在较好地消除了基线干扰的基础上,在染噪的信号中仍然会较精确地检测出脉搏波主波峰,具有较好的抗干扰能力,有利于提高血氧饱和度检测及峰-峰间期提取的准确性,从而有助于后期人体呼吸功能评价与心率变异性分析。

光电容积脉搏波的睡眠呼吸暂停综合征筛查方法

睡眠呼吸暂停综合征(SAS)素有“睡眠杀手”之称。由于其诊断金标准多导睡眠监测仪(PSG)的限制,诊断率一直偏低。由于呼吸暂停发生时会引发心率节奏的变化,因此利用心电图(ECG)通过心率变异性(HRV)分析可以实现SAS的自动筛查。但是,ECG-SAS方法所用电极穿戴繁琐、材质致敏性较高,影响睡眠安适度。鉴于脉率变异性(PRV)分析与HRV分析高度相关,并且光电容积脉搏波(PPG)信号相对ECG信号获取方式更加简单,不仅电极不易致敏,而且更易于穿戴,对睡眠干扰小。由此,提出利用同步采集的PPG信号和ECG信号,应用相同的建模方法,比较二者的疾病识别能力。应用反向传播(BP)神经网络,分别建立PPG-SAS与ECG-SAS自动筛查模型,并采用十折交叉验证法及受试者工作特征(ROC)曲线对模型进行对比与评估。实验数据来源于MIT-BIH Polysomnographic Database,共8 248个样本,其中正常样本6 227例。首先采用三层BP神经网络,默认参数下建立PPG-SAS与ECG-SAS模型,使用十折交叉验证法及ROC曲线进行模型分类准确性的对比;然后依次改变影响分类性能的隐层节点数、训练函数以及传递函数,建立多个PPG-SAS与ECG-SAS模型,从中选取各自的最优模型再进行对比。通过比较识别率、预测率以及ROC曲线面积,采用默认参数的PPG-SAS模型优于ECG-SAS模型。通过比较平均分类准确率,隐层节点数为50、训练函数为一步正割算法、隐含层传递函数为双曲正切S型函数时,PPG-SAS模型得到的最高识别率与预测率分别为80.30%和80.13%;隐层节点数为50、训练函数为一步正割算法、隐含层传递函数为径向基时,ECG-SAS模型的最高识别率与预测率分别为77.60%和77.67%。以上实验结果均表明PPG信号的SAS分类能力较ECG信号更具优越性,由此证明了PPG信号筛查SAS的可行性及可靠性,为临床SAS病症的早期发现及诊断率提升奠定理论基础。

基于ZigBee的无导联线动态心电监测系统设计

为克服传统的有导联线动态心电监测装置导线连接复杂,影响心电信号采集的质量,使患者受限、产生束缚感等不足,设计了一种基于ZigBee的无导联线动态心电监测样机。该系统主要由信号采集模块和无线传输模块组成,采集到的心电信号通过CC2530自带的A/D转换成数字信号并通过无线模块发送,经ZigBee无线传输后,由接收模块接收心电数据并通过串口上传至PC机实时显示。给出了硬件电路的设计方案及软件程序流程图,并在实验室环境下对该样机进行了测试,实现了心电信号的无导联线监测和心电波形的实时显示。该样机具有功耗低、成本低、重量轻和体积小等特点,心电波形失真度较小,可满足临床分析与诊断的要求。

一种基于移动通信的血糖监护系统设计

为了方便患者检测血糖值、长期存储检测数据并及时得到医生的诊断结论,设计了一种移动血糖监护系统。系统由多个基于Java手机的血糖检测仪与糖尿病监护中心组成,可实现远程会诊和远程监护。基于MSP430单片机的血糖测试仪通过串口与Java手机连接,不仅完成了检测功能,还可利用手机的短信功能发送检测值和接收专家的诊断,由于体积只有3cm2,所以可以很好地与手机整合;糖尿病监护中心的硬件系统主要由一台服务器与MC35无线通信模块组成,软件系统主要负责完成控制MC35接收短信以及数据的存储、管理、维护等功能。通过测试,该设计较好地满足了预定要求。

海洋可控源电磁信号噪声压制综述

海洋可控源电磁法(Marine Controlled Source ElectroMagnetic,MCSEM)是探测海底石油、天然气储层等矿产资源的一种新兴的海洋地球物理勘探方法。由于海洋环境复杂,电磁信号极易受到各种噪声的干扰,影响反演和解释效果。首先介绍MCSEM方法的原理及关键的数据预处理方法,然后总结了目前常见的随机噪声、空气波噪声和海水扰动噪声压制方法;最后分析了MCSEM数据去噪的发展方向。

嵌入式心音信号采集系统实验设计与实现

文章介绍了一个嵌入式心音信号采集系统实验项目的设计过程。首先对心音信号采集系统进行了需求分析和功能建模,然后重点介绍了心音传感、调理电路、控制电路以及上位机信号显示与存储等功能的设计与实现过程。该实验项目的设计与实现旨在促进对学生自学能力、逻辑思维能力以及创新实践能力的培养。

基于光纤通信的水下信息采集系统实验设计

创新创业教育是深化实施国家创新驱动发展战略的有力支撑。基于国家级大创项目,围绕现代海洋信息观测的实时性需求,创新性地提出基于光纤通信的水下信息采集方式,通过研究和攻克多路传感器接口、全链路协同通信等关键技术,完成系统样机开发,成功设计水下信息观测实验。通过此项目锻炼,从理念引领、思维培养等方面提升大学生的工程实践、项目管理、团队协作能力,为将来从事海洋信息获取、传输、处理等工程应用奠定坚实基础。

概率主成分分析联合支持向量机的前列腺SELDI-TOF质谱数据分析方法研究

基于前列腺癌检测中获取的表面增强激光解吸/离子化飞行时间质谱(SELDI-TOF-MS)数据,提出一种概率主成分分析(PPCA)联合支持向量机(SVM)的分类方法。对临床322例血清样本的质谱数据进行特征提取,以随机选取训练样本集(225例)构造SVM判别模型,对剩余样本集(97例)进行测试。采用均方根误差、识别率与预测率指标,将所构造的PPCA-SVM模型分别与偏最小二乘(Partial least squares,PLS)和PCA-SVM模型进行比较,发现PLS模型的识别率和预测率分别为90.92%和76.38%,PCA-SVM模型分别为99.23%和84.63%,而PPCA-SVM模型分别为99.01%和90.41%。因此SELDI-TOF-MS技术结合PPCA-SVM在样品分类中具有准确、重复性好等优点,为前列腺癌早期诊断提供了一种新方法。