D-S理论和Markov链组合的桥梁性能退化预测研究

为准确预测桥梁性能退化,考虑到数据随机性和微小扰动发生状态跳跃,提出了一种D-S(Dempster-Shafer)证据理论和Markov链组合的桥梁性能退化组合预测模型和性能退化率的概念.该模型基于指数平滑(exponential smoothing,ES)方法获得新的预测数据序列,并利用Markov链和D-S理论不断进行优化,从而实现桥梁性能退化的组合预测.实际工程的应用结果表明:性能退化率可以直观地表征在梁性能退化的速度.其次,该模型的平均相对误差为1.54%,较于回归、灰色和模糊加权Markov链模型,精度分别提高了1.11%,0.88%和2.8%,而后验差比值为0.242,小于0.35;模型的标准差为9.021,相比其他模型分别减小了3.978,3.405和7.500,而变异系数为0.109,均小于其他模型,验证了组合预测模型在精度和稳定性方面的优越性,可为在役桥梁结构性能退化预测与维护提供理论基础.

基于动态稳定性验证和CA-Markov预测的耕地时空演变特征--以赣榆区为例

为阐明耕地变化动态稳定性验证的重要性,预测“十四五”目标年(2025年)与远景目标年(2035年)的耕地变化,本研究运用耕地面积变异系数、地理集中指数、不平衡指数及趋势分析法,从耕地数量、空间分布与空间发展趋势三个方面,对江苏省连云港市赣榆区耕地变化的动态稳定性进行验证,并运用CA-Markov模型对未来不同政策情境下的耕地变化情况进行模拟。结果表明,2009-2016年赣榆区耕地总量持续下降,未存在较大反复与波动,耕地空间分布较为均衡,耕地占用与补充的空间发展趋势较为连续,总体上具有较高的动态稳定性,符合运用CA-Markov模型的前提条件。预测在各种政策情境下,2025年之前赣榆区将经历快速的耕地非农化过程,至2035年耕地减少的速率有所放缓,具有区位优势的赣榆北部地区将是未来耕地非农化的重点区域,耕地将逐渐向南部内陆地区转移。研究表明,对耕地变化的动态稳定性进行验证可以有效保证CA-Markov模型的模拟精度,赣榆区未来的耕地保护形势不容乐观,应合理协调经济发展与耕地保护之间的关系,保障社会、生态与粮食安全。

非线性广义时滞Markov跳变系统的H_(∞)滑模控制

研究了一类转移速率部分未知的广义时滞Markov跳变系统的H_(∞)滑模控制问题.首先,对广义时滞Markov跳变系统设计了积分型滑模面,并求出对应的等效控制器.之后,构建Lyapunov泛函,通过线性矩阵不等式方法得到闭环系统随机容许且满足H_(∞)性能γ的充分条件,运用加减项方法以及引入自由权矩阵,使得到的结果降低了保守性;对滑模力学分析,设计了滑模控制器,使得系统能在有限时间内到达滑模面上.最后,通过数值算例与仿真验证了理论的可行性.

转移概率部分未知的离散时间Markov跳变系统Nash微分博弈

考虑到转移概率矩阵元素无法完全获悉,如何在转移概率部分未知的情境下研究离散时间Markov跳变系统Nash微分博弈是有待解决的问题之一,这一问题可以为转移概率部分未知的Markov跳变系统Nash微分博弈理论在管理问题上的应用提供理论支撑。基于此,本文首先研究单人博弈情形,即ε-次优控制问题,借助自由连接权矩阵和配方法,得到了ε-次优控制策略存在的充分性条件,并给出了成本函数上界的显式表达;然后延伸至双人博弈进行分析,得到了ε-次优Nash均衡策略存在的条件等价于求解双线性矩阵不等式和矩阵不等式的优化问题,并通过启发式算法求解优化问题得到ε-次优Nash均衡策略;最后通过数值算例证明了主要结论的有效性。

自适应事件触发机制下分布时滞Markov跳变网络化系统H_(∞)故障检测

传统事件触发机制中阈值的选择会对信号传输效率产生很大影响。针对此问题,研究了自适应事件触发机制下具有分布时滞的Markov网络化系统的故障检测问题。设计了一种模态相关的自适应事件触发机制,通过动态调整阈值,提高了网络资源利用率。考虑网络时延和数据丢包现象,同步设计触发器和故障检测滤波器。构造模态相关的Lyapunov泛数,根据积分不等式技术推导出使系统随机稳定且具有H_(∞)性能的充分条件。利用解耦方法和LMI技术求解出了故障检测滤波器参数。最后通过数值仿真验证了方案在节省网络资源上的优势。

采样控制下的Markov跳变系统稳定性与安全性分析

研究针对连续Markov跳变系统的稳定性和安全性问题通过状态采样控制器保证了其稳定性和安全性。首先,与通常只考虑Markov系统的稳定性不同的是,系统的安全性问题也被考虑了。其次,系统的安全性通过引入控制障碍函数的方法得到解决。因此,系统分析及计算变得极其复杂。最后,通过设计采样控制器保证了系统的稳定性和安全性,并提供了一个有效的数值例子验证了提出方法的有效性。

基于Markov链的上海市枫林社区骨质疏松全人群防治工作的成本效果分析

背景随着社区卫生服务综合改革的逐步深化,社区对全人群的单病种防治工作也在不断优化,但目前仍缺乏合适的方法来评价社区防治的成效。目的通过分析2016—2022年度上海市徐汇区枫林街道社区卫生服务中心现有骨质疏松全人群防治措施的成本效果,探究社区单病种全人群防治的初步成效及可能存在的问题。方法本研究以4293例枫林社区2016—2022年度接受骨质疏松防治的社区居民为研究对象进行成本-效果分析。根据骨密度值将研究对象划分为三种状态:健康、低骨量、骨质疏松,以此构建Markov模型,分析不同状态转移的影响因素,并依据Markov模型预测值结合质量调整生命年(QALY)计算QALY增量,统计2016—2022年防治工作投入的所有成本,以成本/QALY增量比来评价防治效果,通过文献检索确定的健康效用值和期望寿命计算求得QALY。结果枫林社区骨质疏松防治总成本为33814102.15元。第一次诊断时社区骨质疏松防治人群的总QALY为77098.2889,人均均值为17.959,标准差为9.34;第二次诊断时防治人群的总QALY为79616.9361,人均均值为18.546,标准差为9.342,两次诊断QALY的差值为2518.6472。增量成本效果比(ICER)为2132.9070元/QALY,ICER值小于1倍(66965.10元)人均GDP,表明干预方案完全具有成本效果。结论本研究结合Markov模型及QALY对枫林社区持续接受骨质疏松随访管理的人群的防治效果进行了初步评价,结果显示枫林社区的骨质疏松防治干预方案是值得投入的,为后续骨质疏松的精准防治决策提供了一定的依据。

基于改进Markov算法的电力线载波通信网络安全态势感知仿真研究

针对电力线载波通信网络安全态势感知单位运算时间较长且误差较大等问题,基于改进Markov算法研究一种新型通信网络安全态势感知方法。采用分区采集与降维运算数据预处理,去除电力线载波信号干扰因素。利用隶属关联矩阵挖掘网络安全要素特征,构建层次化Markov网络安全态势感知模型。利用BW算法寻找目标参数最优解,来确定感知目标点位置,缩短挖掘时间,提高感知精准度。经过试验验证,所提方法单位感知时间只有60~90 ms,多组并行感知均方误差不超过2%,表明所提方法能够满足电力线载波通信网络安全态势感知应用需求。

基于Markov模型的肺结节低剂量螺旋CT筛查卫生经济学评价

目的基于Markov模型评价肺结节低剂量螺旋CT(LDCT)筛查的卫生经济学。方法利用2021年—2023年北京市某三甲医院的肺结节LDCT筛查数据和部分国外临床研究数据,采用成本效用分析方法,通过增量成本效用比(ICUR)确定优势筛查策略;使用R语言获得转移概率参数,利用TreeAge Pro 2011软件构建Markov模型。假设以我国10万名55岁及以上人群为肺结节筛查对象,模拟其疾病发展情况,并通过敏感性分析评价该模型的稳定性。结果成本效用分析显示,该模型经20次循环后,LDCT筛查策略的总成本为3543088618元,相较于不筛查策略的总成本增加了784130651元,额外获得了7996个质量调整生命年(QALY),每获得一个QALY需多花费98059.77元。采用WHO卫生经济学评价标准,LDCT筛查策略的ICUR大于1倍人均国内生产总值(GDP)但小于3倍人均GDP,为优势策略。敏感性分析显示,各变量在其敏感性分析范围内无论如何变化,都不会对ICUR产生较大影响,表明该模型具有较好的稳定性。结论在55岁及以上人群中开展每年一次肺结节LDCT筛查的ICUR小于3倍人均GDP,具有一定的经济学效用,该筛查策略有利于肺癌的“早发现、早诊断、早治疗”。

东北地区土地覆被格局变化模拟:基于CLUE-S和Markov-CA模型的对比分析

研究以遥感解译的东北地区2000年、2010年、2015年的土地覆被变化为基础,充分考虑自然和社会因素对土地覆被变化的影响,分别通过CLUE-S模型和Markov-CA模型对东北地区2015年和2030年土地覆被格局进行模拟,研究结果表明:通过与遥感解译的2015年实际土地覆被类型数据对比验证,CLUE-S模型和Markov-CA模型模拟结果的总体Kappa指数分别为0.9700和0.9649,结果表明2种模型的模拟结果较为理想,CLUE-S模型的模拟精度较Markov-CA模型更高。2015—2030年东北地区草地、耕地、湿地、其他用地和水体面积呈现下降趋势,林地、人工表面面积呈现增加趋势,人地关系越发紧张。东北地区作为生态环境相对脆弱的区域需警惕不可持续的土地覆被变化,需权衡生态保护、粮食增加与基础设施建设的用地需求和协调发展。

基于Markov-PLUS模型的长株潭城市群建设用地扩张模拟及碳排放响应分析

在双碳目标和新型城镇化背景下,保证经济平稳增长的同时减少碳排放是实现城市高质量发展的重要任务之一,更是长沙、株洲、湘潭等国家低碳试点城市重点建设目标之一。因此以长株潭城市群中用地变化和碳排放最为剧烈的中心城区作为研究区域,在现状分析的基础上运用Markov-PLUS耦合模型和碳排放响应模型,模拟了自然状态发展情景、耕地保护发展情景、生态保护发展情景和绿色低碳发展情景下建设用地扩张及碳排放响应情况。结果表明:①2000—2020长株潭城市群建设用地面积呈现阶段性的波动增长趋势,耕地和林地是其主要来源,扩张强度在2010—2015年最大,主要集中在城市群中心区域;碳排放量呈现倒“V”型曲线,可以划分为碳排放量快速上升阶段(2000—2005年)和碳排放量下降阶段(2005—2020年),以2010年为节点,下降幅度先增加后减缓;二者之间存在较为密切的正相关关系,整体表现为建设用地面积增加(减少)碳排放随之增加(减少)的较强扩张与较高排放模式。②Markov-PLUS模拟结果显示,长株潭城市群建设用地在自然状态发展情景下扩张面积最大(235.9503km^(2)),在生态保护发展情景下扩张面积最小(200.6354km^(2));绿色低碳发展情景下建设用地扩张所占用的生态碳汇面积相对较少(169.78km^(2)),占未利用地相比其他情景较多(1.20km^(2)),扩张分布较为合理,带来的生态环境压力和碳排放压力较小,既有利于生态环境保护也有利于社会经济发展。③碳排放响应结果显示,在不同情景下长株潭城市群各区县的碳排放对建设用地扩张均表现出一定的敏感性,综合建设用地扩张与碳排放响应结果,绿色低碳发展情景是长株潭城市群未来的较优发展模式。

基于最优化残差划分Markov修正的城市用电量预测模型

对湖州城市居民用电量进行预测过程中,历史用电量数据显示出较强的波动性与季节性,导致原始模型预测效果不理想,文章引入并改进Markov修正组合模型,将Markov修正残差划分部分改进为不同算子残差划分,并用来修正新陈代谢GM(1,1)、SARIMA、Holt-Winters、LSTM等原始模型。使用DC-Markov、MC-Markov、SC-Markov修正后的组合模型预测湖州市的未来月份城市居民用电数据。结果表明,文章提出的最优化残差划分Markov修正模型预测精度较原始模型有一定程度提高,DC-Markov-Holt-Winters模型在湖州市城市居民用电数据的预测上具有较高的精度。

改进CA-Markov模型的城市土地空间结构演变预测

城市土地空间结构演变预测需要大量的数据支持,现阶段预测手段存在预测精度不佳的问题,为此提出GIS技术下城市土地空间结构演变预测方法。通过GIS技术获取城市土地空间结构数据,并对其进行结构演变分析;通过人工神经网络模型、轮盘竞争机制和惯性系数对CA模型实行优化处理;将改进CA模型与Markov结构结合,建立改进CA-Markov模型,根据城市土地空间结构演变分析结果实现城市土地空间结构演变预测。实验结果表明,所提方法的城市土地空间结构演变预测精度更高,整体应用效果更好。

基于FLUS-Markov模型的玉溪市生态系统服务价值时空演变与预测

基于玉溪市2010年、2020年2期生态景观类型数据和粮食产量经济价值修正生态系统服务价值系数,分析玉溪市生态景观类型及生态系统服务价值分布特征,采用FLUS-Markov模型预测玉溪市2030年生态系统服务价值及其分布。结果表明,该模型预测结果的Kappa系数提高至0.8969,整体精度为0.9393,精度较高;2010—2020年玉溪市林地、草地的面积呈减少趋势,以林地、草地、水域为主的生态系统仍然面临威胁;2030年玉溪市生态系统服务价值为535.0471亿元,变化率为-0.1297%,玉溪市应加强对林地、草地的保护,加强退耕还林、退耕还草政策的实施,合理控制草地、林地向耕地的转化;2030年玉溪市生态系统服务价值依然表现为西部>中部>东部;2030年玉溪市各县市区生态系统服务价值贡献率由高到低依次为新平县、元江县、峨山县、易门县、华宁县、红塔区、江川区、澄江市、通海县。

基于Markov模型的血塞通软胶囊治疗 缺血性中风的成本效果分析

目的:基于中国卫生服务体系角度评价血塞通软胶囊对比安慰剂治疗缺血性中风患者的经济性。方法:基于血塞通软胶囊的Ⅲ期对照试验和已发表的文献数据构建markov模型,模拟患者终身的质量调整生命年(quality-adjusted life year,QALY)和增量成本效果比(Incremental cost-effectiveness ratio ICER),并进行单因素敏感性分析和概率敏感性分析检验模型的不确定性。结果:基础分析结果显示,与安慰剂组相比,血塞通软胶囊在获得0.32个QALY且节约医疗成本,具有绝对优势,单因素敏感性分析和概率敏感性分析验证了模型的稳健性。单因素敏感性分析显示对模型结果影响程度最大的4个因素分别是mRS3-5首次住院成本、mRS0-2首次住院成本、mRS0-2的状态效用值及贴现率;概率敏感性分析显示在我国的意愿支付值之下血塞通软胶囊具有经济性的概率为100%。结论:与安慰剂相比,血塞通软胶囊在提升QALY的同时降低了相应的成本,对治疗我国缺血性中风患者具有经济性。

基于CA-Markov和InVEST模型的昆明市土地利用与生境质量时空变化及预测

基于2000年、2010年和2020年3期GlobeLand30土地利用数据,采用CA-Markov和InVEST模型,通过预测2030年土地利用以及生境变化特征,揭示昆明市土地利用变化趋势及对其生境质量时空演变的影响,为生态环境可持续性发展提供参考。结果表明:①研究区以耕地、林地和草地为主,2000—2020年由于退耕还林还草政策的实施和社会经济快速发展,耕地面积比例持续降低,人造地表面积比例增加,其他类型变化不大。②预计2030年人造地表扩张速度加快,主要是来自耕地、林地和草地的转换,除人造地表和草地外,其他用地类型面积均为下降趋势。③研究区于2010年景观破碎化程度达到最高,2020—2030年破碎化程度持续降低,各类型景观趋于简单化和规则化。④研究区平均生境质量逐渐降低,低生境质量区域与高生境质量区域面积逐渐增加,两极分化态势逐渐明显。

基于Markov-PLUS模型的乐山市土地覆被多情景模拟研究

针对如何通过预测未来土地利用结构的变化,以解决不合理的土地覆被类型造成的人地矛盾逐渐尖锐,以及生态、经济、社会发展失衡等问题,通过马尔可夫-斑块生成土地利用模拟(Markov-patch-generating land use simulation,Markov-PLUS)模型,以2000、2010、2020年乐山市土地覆被数据为基础,模拟2030年在自然惯性发展、生态保护、耕地保护3种不同情景下土地覆被的数量以及空间格局的变化,并对其转化情况进行分析。结果表明,Markov-PLUS模型模拟精度较高,可以较好地预测未来乐山市不同发展情景下土地覆被的数量以及空间格局的变化。土地覆被在3种情景中都有变化,耕地、草地、灌木地以及湿地面积在3种情景中均下降,水体、人造地表面积均上升,林地在生态保护情景下上升,其余2种情景下降。3种发展情景对比发现:生态保护情景下能较好保护乐山市生态环境;耕地保护情景下需要更严格的政策干预来保护耕地。该研究通过模拟预测不同情景下乐山市未来土地覆被变化,从而为该地区土地利用规划提供可能的参考。

基于Markov-PLUS模型的福州市土地利用变化及情景模拟

为探究福州市土地利用变化规律,基于2000、2010和2020年GlobeLand30数据集,运用土地利用动态度和转移矩阵对2000—2020年土地利用演变进行剖析,采用Markov-PLUS模型对2030年土地利用的多情景变化趋势进行模拟。结果表明:2000—2020年,建设用地和水域面积增加,建设用地主要由耕地转入,其他用地面积减少。Markov-PLUS模型模拟总体精度为0.89,Kappa值为0.80,模拟效果较好。自然发展情景延续历史发展趋势,建设用地持续增长,以市辖区和闽侯县扩张最为突出,其他区(县、市)建设用地侵占周边耕地且集聚特征明显;城镇发展情景下,耕地、林地和草地均大面积减少,建设用地大幅增加,耕地和建设用地重心分别向东南和东北方向偏移,空间集聚特性进一步增强;耕地保护情景下,耕地主要向林地和建设用地转化,面积缩减的态势得到有效控制,重心迁移幅度较小;生态保护情景下,林地、草地和水域面积显著增加,建设用地增速得到有效控制,此情景更符合研究区区域发展和生态保护的双重诉求。研究可为福州市未来土地利用规划编制和土地可持续利用情景预测提供科学参考。

基于超椭球Markov的列车控制中心剩余使用寿命预测

为研究设备可用度对列车控制中心(TCC,Train Control Center)的影响和预测TCC的剩余使用寿命(RUL,Remaining Useful Life),降低TCC的故障发生率,确保车辆安全运行,构建TCC动态故障树模型。通过引入Markov理论,将其转化为Markov模型,设计了TCC可用度评估与RUL预测方法;考虑了TCC的失效率和共因失效,利用D-S(Dempster-Shafer)证据理论对失效数据作数据融合处理,得到TCC设备初始故障区间概率;在此基础上,采用超椭球模型约束设备初始故障区间概率,得到更加精确的底事件故障区间概率;画出Markov状态转移图,用矩阵推导出TCC可用度和RUL的函数关系式,且对可用度的计算还考虑了维修因素。以兰州—乌鲁木齐客运专线某TCC数据作为分析案例,用该方法计算TCC及其各设备的可用度,并预测TCC的RUL。结果表明:与通用方法相比,评估结果相同,但评估信息更丰富。

基于Markov模型的胰高血糖素样肽1受体激动剂联合二甲双胍治疗2型糖尿病药物经济学评价

目的 对胰高血糖素样肽1受体激动剂(GLP-1RA)联合二甲双胍治疗2型糖尿病(T2DM)进行经济学评价。方法 从我国卫生体系角度出发,基于7项GLP-1RA联合二甲双胍治疗T2DM的随机对照试验(RCT),构建二甲双胍单药或联合GLP-1RA治疗T2DM的Markov模型,模拟治疗期间T2DM无并发症、T2DM伴并发症以及死亡3种状态的动态变化。模型以质量调整生命年(QALYs)为健康产出指标、以3倍我国2023年人均国内生产总值(GDP)为意愿支付(WTP)阈值。模型循环周期设定为1年,共计模拟20年,采用Markov模型进行队列模拟,以增量成本-效用比(ICUR)为评价指标,从而获得每种治疗策略的长期成本、效用及其经济性。通过对成本、效用及贴现的敏感性分析,检验研究结果的稳定性。结果 与二甲双胍单药治疗相比,5种GLP-1RA类药物(利拉鲁肽、度拉糖肽、艾塞那肽、聚乙二醇洛塞那肽、司美格鲁肽)联合二甲双胍治疗方案的ICUR均小于3倍我国2023年人均GDP,增加的成本可接受。敏感性分析中各参数在设定的范围内变化,或将模拟时间延长至30年或50年,对研究结论无显著影响;概率敏感性分析结果表明,WTP阈值为3倍我国2023年人均GDP值(268 074元)时,二甲双胍联合司美格鲁肽0.5 mg方案具有成本-效用优势的概率最高,约为99.7%。结论 对于T2DM患者,相比于二甲双胍单药治疗,利拉鲁肽、度拉糖肽、艾塞那肽、聚乙二醇洛塞那肽、司美格鲁肽以说明书推荐剂量联合二甲双胍治疗方案均属于优势方案,具有经济性。