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基于ARIMA-IPOA-CNN-LSTM的太湖水体溶解氧浓度预测模型
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作者 杨焕峥 崔业梅 +1 位作者 徐玲 薛洪惠 《水电能源科学》 北大核心 2024年第10期55-59,共5页
为了提高太湖水体中溶解氧浓度(DOC)参数的预测准确性,设计了一种基于ARIMA-IPOA-CNN-LSTM的预测模型。首先,采用差分自回归移动平均模型(ARIMA)捕捉数据的时间序列趋势和季节性特征;其次,引入卷积神经网络(CNN)和长短期记忆网络(LSTM)... 为了提高太湖水体中溶解氧浓度(DOC)参数的预测准确性,设计了一种基于ARIMA-IPOA-CNN-LSTM的预测模型。首先,采用差分自回归移动平均模型(ARIMA)捕捉数据的时间序列趋势和季节性特征;其次,引入卷积神经网络(CNN)和长短期记忆网络(LSTM)模型,分别从数据中学习空间和时间特征;再次,提出了一种改进的鹈鹕优化算法(IPOA)来优化模型参数,算法增加了Logistic混沌映射种群初始化、反向差分进化、萤火虫扰动的方法,CEC2005函数的测试结果显著优于传统鹈鹕优化算法;最后,将“剪枝”模型部署于STM32嵌入式设备。试验结果表明,在溶解氧浓度预测方面,该模型具有高的准确性和鲁棒性,为水环境保护提供了一种高效、可靠的解决方案。 展开更多
关键词 差分自回归移动平均 鹈鹕优化算法 卷积神经网络 水体 溶解氧浓度
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基于超声RF信号熵分析的声空化时空监测方法 被引量:2
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作者 宋人杰 袁紫燕 +4 位作者 张琪 于洁 薛洪惠 屠娟 章东 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第17期227-236,共10页
高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中剧烈的空化效应可能损伤靶区周围健康组织,因此,亟需开发可对生物组织内部声空化效应进行高精度时空定量监测的新型技术手段,方能确保临床安全和有效.相对于传统的商用超声灰度值信号,超声射频(RF)信号... 高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中剧烈的空化效应可能损伤靶区周围健康组织,因此,亟需开发可对生物组织内部声空化效应进行高精度时空定量监测的新型技术手段,方能确保临床安全和有效.相对于传统的商用超声灰度值信号,超声射频(RF)信号可以更好地保留声波散射信号更多的细节信息.而信息熵作为非基于数学函数模型的统计参数,可以表征由声空化效应引发的组织内部散射体无序度演变状态.因此,本文提出了一种基于超声RF信号熵分析的声空化实时监测成像系统,在此基础上实时评估HIFU引发的超声空化区域时空演化行为.首先,通过改制后的B超系统获取凝胶生物仿体内部由HIFU引发的空化泡群产生的散射回波原始RF信号,利用二维均值滤波方法抑制HIFU强声束对声空化监测成像回波信号的干扰后,通过数据标准化处理扩展RF信号的动态变化范围,再基于滑动窗信息熵分析重建熵值图像,经过二值化处理后即可实现对HIFU作用下组织内部声空化区域的时空监测.实验结果表明,相比于传统B超灰度成像法,基于RF信号熵分析的声空化监测成像算法可以更灵敏且精确地确定空化发生的起始时间和空间位置,有助于更好地保障HIFU临床治疗的安全性和有效性.本文的工作为HIFU治疗过程中组织内部声空化区域的时空监测提供一种具有极大应用前景的技术手段,为声空化生物效应量-效评估体系的建立奠定了良好的理论和实验基础. 展开更多
关键词 空化效应 高强度聚焦超声 超声射频信号 信息熵
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Cavitation Bubble Collapse near a Curved Wall by the Multiple-Relaxation-Time Shan-Chen Lattice Boltzmann Model 被引量:1
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作者 薛洪惠 单锋 +2 位作者 郭霞生 屠娟 章东 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2017年第8期83-87,共5页
The cavitation bubble collapse near a cell can cause damage to the cell wall. This effect has received increasing attention in biomedical supersonics. Based on the lattice Boltzmann method, a multiple-relaxation-time ... The cavitation bubble collapse near a cell can cause damage to the cell wall. This effect has received increasing attention in biomedical supersonics. Based on the lattice Boltzmann method, a multiple-relaxation-time Shan–Chen model is built to study the cavitation bubble collapse. Using this model, the cavitation phenomena induced by density perturbation are simulated to obtain the coexistence densities at certain temperature and to demonstrate the Young–Laplace equation. Then, the cavitation bubble collapse near a curved rigid wall and the consequent high-speed jet towards the wall are simulated. Moreover, the influences of initial pressure difference and bubble-wall distance on the cavitation bubble collapse are investigated. 展开更多
关键词 Cavitation Bubble Collapse near a Curved Wall by the Multiple-Relaxation-Time Shan-Chen Lattice Boltzmann Model
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随机相控高强度聚焦超声换能器的栅瓣抑制
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作者 杨可欣 薛洪惠 +1 位作者 郭霞生 章东 《声学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期759-766,共8页
采用3种随机排列策略形成相控阵元线性排列结构抑制高强度聚焦超声(HIFU)相控阵栅瓣.第1种和第2种策略中阵元基于规则排列随机移动,而第3种策略中阵元则直接进行随机移动,阵元可移动范围依次为:第1种<第2种<第3种。采用瑞利积分... 采用3种随机排列策略形成相控阵元线性排列结构抑制高强度聚焦超声(HIFU)相控阵栅瓣.第1种和第2种策略中阵元基于规则排列随机移动,而第3种策略中阵元则直接进行随机移动,阵元可移动范围依次为:第1种<第2种<第3种。采用瑞利积分和非线性Westervelt方程分别计算了3种策略对应随机相控阵产生的线性和非线性声场,并通过归一化栅瓣最大声压、归一化栅瓣平均声强和归一化旁瓣平均声强3个参量,对栅瓣抑制效果进行评价.结果表明:线性声场中,阵元可移动范围的增加有利于栅瓣抑制,3种随机策略的归一化栅瓣最大声压相比规则排列分别降低30.7%,53.8%和55.8%;非线性声场中对于同一种随机排列策略,随机度的增加可以改善栅瓣抑制效果。例如,第3种随机策略在随机度为0.9时正负压的归一化栅瓣最大声压相比规则排列分别降低55.6%和54.8%.进一步讨论了焦点偏移时随机相控阵的非线性声场,以-8 dB作为栅瓣的安全标准,第2种和第3种随机策略可以满足要求,横向偏移分别为6 mm和10 mm。本文的工作为抑制栅瓣提供了新思路,有利于随机HIFU相控阵的设计优化。 展开更多
关键词 栅瓣抑制 随机移动 相控阵 最大声压 声换能器 随机排列 移动范围 声强
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聚焦超声波在层状生物媒质中的二次谐波声场的理论与实验研究 被引量:17
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作者 薛洪惠 刘晓宙 +1 位作者 龚秀芬 章东 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第11期5233-5238,共6页
基于Khokhlov-Zabolotkaya-Kuznetsov(KZK)方程,在频域提出了聚焦超声波在层状生物媒质中传播的理论模型,该模型计及生物媒质的吸收、非线性和边界,同时考虑声源的衍射对声传播的影响.数值研究了聚焦超声波的基波和二次谐波在层状生物... 基于Khokhlov-Zabolotkaya-Kuznetsov(KZK)方程,在频域提出了聚焦超声波在层状生物媒质中传播的理论模型,该模型计及生物媒质的吸收、非线性和边界,同时考虑声源的衍射对声传播的影响.数值研究了聚焦超声波的基波和二次谐波在层状生物媒质中的声传播,并与实验结果相比较.研究结果表明,此方法可以有效地描述聚焦超声波在层状生物媒质中的二次谐波声场. 展开更多
关键词 聚焦超声波 层状生物媒质 二次谐波 生物媒质 二次谐波 超声波 层状 聚焦 实验 声场 理论模型 声传播
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格子Boltzmann方法及其在高强度聚焦超声声场建模的应用
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作者 单锋 薛洪惠 +2 位作者 郭霞生 屠娟 章东 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第28期3335-3345,共11页
格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method,LBM)是一种新型的流体力学模拟工具.基于介观动力学理论,LBM具有物理意义清晰、程序易于实施、边界易于处理和并行性能好等优势,因而在许多传统方法难以胜任的复杂流动领域得到了广泛应用.... 格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method,LBM)是一种新型的流体力学模拟工具.基于介观动力学理论,LBM具有物理意义清晰、程序易于实施、边界易于处理和并行性能好等优势,因而在许多传统方法难以胜任的复杂流动领域得到了广泛应用.本文首先综述了LBM的诞生、发展以及现况,并阐述了LBM的理论和基本模型;随后,介绍了LBM在高强度聚焦超声(high-intensity focused ultrasound,HIFU)领域中的相关应用.基于LBM基本模型,构建了一种轴对称多弛豫时间(axisymmetric multiple-relaxation-time,AMRT)模型,并在模型中采用了具有二阶精度的Bouzidi-Firdaouss-Lallemand(BFL)边界处理格式.利用AMRT模拟了常见球面聚焦换能器产生的行波聚焦声场,并与传统声学方法进行了对比,验证了AMRT模型的有效性;随后又模拟了一种新型的球腔聚焦换能器产生的驻波聚焦声场,探讨了该类型换能器在HIFU治疗中的应用价值.本文结果旨在推动LBM成为一种全新的有效的声学仿真手段. 展开更多
关键词 格子BOLTZMANN方法 高强度聚焦超声 声场仿真 亚波长焦域
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