基于交叉验证法优化参数的Morlet小波消噪方法

针对机械监测故障信号的非平稳性特点,提出一种基于交叉验证法优化参数的Morlet小波消噪方法。选择与机械冲击振动波形相似的Morlet小波,对Morlet母小波进行改进,增加了波形调整参数。通过交叉验证方法设计了改进Morlet小波的波形参数和变换尺度。对信号进行连续小波变换(CWT),实现对含噪信号的滤波消噪。将该方法应用于齿轮故障检测中,对比2种传统的小波消噪方法,验证该方法能够提取出强噪声背景下的有效信号特征成分,具有较好的滤波消噪效果。

基于最优Morlet小波和自项窗的混合时频分析方法研究

提出一种基于最优Morlet小波和自项窗的混合时频分析方法。对和机械冲击信号波形相似度较高的Morlet小波进行改进,采用交叉验证法和Shannon熵方法设计了改进Morlet小波参数和小波变换尺度,对信号进行连续小波变换(CWT)以实现滤波消噪;然后,设计了自适应自项窗函数,对Wigner-Ville分布(WVD)交叉项进行移除,消除WVD交叉项的干扰。仿真和实验验证了所提出的方法可以有效地对含噪信号进行滤波消噪、并去除WVD中干扰项的影响,提高时频分析的分辨率和能量聚集性。

基于Morlet小波的船舶机舱监控系统研究

当船舶机舱设备异常或故障时,传感器采集到的数据序列中往往存在着突变信号,通过分析这些突变信号可对设备的运行状况进行有效预警。将Morlet小波应用于机舱数据分析中,能够准确识别异常数据中的突变信号,并运用Mann-kendall检验法提取其突变点。建立了预警分析处理模型,结合实际机舱样本数据验证了预警实现的可行性,结果表明基于Morlet小波的船舶机舱监控系统提取的突变点精确、可靠,预警精度高。

融合Morlet小波与GA优化多模态核的轴承故障检测算法

针对轴承故障检测算法特征分辨性较低、准确度较低等问题,提出一种融合Morlet小波和遗传算法优化的多模态核方法轴承故障检测算法.该算法首先针对原始轴承故障信号提取多个尺度和多个位移条件下的Morlet小波变换特征,然后设计一个多模态核方法,包含线性核函数与径向基(RBF)核函数,最后在支持向量机(SVM)训练过程中采用遗传算法(GA)优化多模态核的参数,使用最优化多模态核进行轴承故障检测.在UoCn的智能维护中心数据集上分别测试了滚珠故障、内圈裂纹故障和外圈裂纹故障的检测,并对单一核与多模态核间的错误率与效率进行对比.实验结果表明,改进算法能获得鲁棒的轴承故障检测特征,且多模态核在GA的优化下能快速收敛,获得最优化结果,通过牺牲少量的时间效率而极大提升了轴承故障检测准确率.

基于Morlet小波分析的凤滩水库径流特性分析

为减少水库防洪和发电间矛盾,提高水能利用率,采用Morlet小波对凤滩电厂1951—2010年50年的年均入库径流序列进行多时间尺度分析。结果表明,凤滩水库年平均径流存在3年、5年、7年、16年和25年左右的周期,其变化主要受酉水流域降水量丰缺的影响,同时在一定程度上还受ENSO事件和太阳活动的影响。

复Morlet小波方法遥感反演海浪波长和水深的仿真分析

利用海浪造成的遥感影像波纹状特征,可以基于小波方法反演海浪波长,进而利用海浪波长随水深变浅而变短的特点反演浅海水深.选择复Morlet小波方法,采用理想波面数据和FUNWAVE模式数值模拟的波面数据代替遥感资料进行仿真研究,讨论资料分辨率和子图分割对波长及水深反演的影响.理想波面数据反演波长的结果表明,在波长空间无变化的情况下,子图长度大于波长、子图内均匀分布的资料点数在9个以上时,资料分辨率对海浪波长反演结果基本无影响,可以用波长能量谱解释其原因;在波长空间变化的情况下,子图长度大于2倍波长、每个波长内资料点数在4个以上,可以得到较好的波长反演效果.数值模拟波面数据反演波长对子图长度和资料点数也有类似的要求,水深反演误差在子图尺度太大时略有增大,随资料分辨率降低也略有增大.

大沽河流域水文情势变化研究

[目的]探究大沽河流域长时间序列下径流的变化趋势和周期特征,为大沽河流域的水资源管理和可持续发展提供理论参考。[方法]基于大沽河流域南村水文站1956—2020年和闸子水文站1956—2016年的实测径流资料,采用Mann-Kendall检验法、滑动t检验法分析多年径流量变化趋势和突变时间,采用Morlet连续复小波法分析了流域多年径流量的周期特征。[结果]大沽河流域多年径流量整体呈下降趋势,且呈现出汛期(6—9月)流量多、非汛期流量少的特点,流量峰值一般出现在8月。南村站径流于1976年发生突变,闸子站径流于1979年发生突变。大沽河流域径流量在多个时间尺度下均出现明显的周期变化,第一主周期在20 a左右,且在20世纪80年代之前周期震荡显著。[结论]大沽河流域长时间序列径流量呈现出显著下降的变化趋势,流域径流量在20世纪70年代发生突变,且存在不同时间尺度周期变化的特征,未来应加强径流变化机理研究。

基于索周法的辽宁省干旱周期演变特征研究

为探究辽宁省不同气候特征区域年、季干旱周期性规律,基于辽宁省22个国家地面气象观测站1961~2020年逐日降水数据,首先采用旋转经验正交函数对研究区进行降水分区,再计算不同时间尺度的标准化降水指数,利用索周法分析各分区不同尺度标准化降水指数周期特征,并与Morlet小波周期分析的结果进行对比。研究表明,索周法可以很好地应用于干旱周期分析。年尺度上,Ⅰ、Ⅱ区存在7年左右的显著周期规律,Ⅲ区周期规律以5年为主。季尺度上,Ⅰ、Ⅱ区各季节的周期规律以4~7年为主,而Ⅲ区周期尺度稍长,各季节主要表现为6~9年,各分区不同时间尺度周期演变特征存在一定的差异。

基于极点对称模态分解的石羊河流域出山径流特征分析

随着全球气候变化加剧,石羊河流域水资源紧缺日益严重,利用合理方法研究径流的变化规律对水资源规划管理尤为重要。基于石羊河流域1956—2018年出山径流量时间序列,利用极点对称模态分解(ESMD)方法,分析石羊河出山径流序列的周期变化、突变特征和变化趋势,并利用Morlet小波分析、Mann-Kendall检验法及R/S分析法进行对比验证分析。结果表明:ESMD方法能够高效地分析处理径流数据;石羊河出山径流序列存在3.0、7.3、12.6 a的周期变化,不同时间尺度发生突变的时间不同;预测短期内石羊河出山径流量仍将持续增加,但是长期必然呈现减少趋势。

额尔齐斯河流域降水变化特征

选择额尔齐斯河流域4个气象水文测站（斋桑泊、塞米巴拉金斯克、鄂木斯克和塔帕）近70a（1936—2005年）的降水系列资料,采用5a滑动平均法、Mann-Kendall法、复Morlet小波分析法和R/S分析法分析这4个气象水文测站的降水变化特征。结果表明：这4个气象水文测站的年降水量呈现不同程度的上升趋势,其中鄂木斯克和塔帕存在显著的上升趋势;4个气象水文测站的年降水存在11~13a时间尺度的交替,表现出明显的周期特征,其次7~9a以及4a左右时间尺度的周期性也相对比较明显;Hurst值表明未来斋桑泊气象水文测站年降水量总体上将呈减少趋势,但反持续程度很弱,其余3个气象水文测站的降水量仍将呈上升趋势。

基于混合优化算法的地震数据匹配追踪分解

以5个参数(幅度、频率、相位移、尺度因子、时移)控制的Morlet小波作为匹配子波原子,在确定控制参数的过程中,提出应用具有全局优化能力的粒子群优化算法与具有局部优化能力的BFGS算法的混合优化算法,能够使得匹配追踪算法不再依赖于复数道分析确定子波原子的振幅、频率和相位的初值。控制子波时间延续长度的尺度因子是一个重要的参数。匹配追踪分解后,消除较小和较大的尺度因子和分解终止时的剩余信号能够有效地压制地震数据噪声。利用局部函数解析表达式和残差信号能量进行有效地控制算法的迭代次数可以提高计算效率。数值试验和实际资料的应用均表明:利用本文方法能够压制地震数据噪声,对地震信号快速地、精确地进行时频谱分析,为烃类检测和储层描述提供有效的手段。

白洋淀流域气温、降水和径流变化特征及其相互响应关系

运用Mann-Kendall趋势检验、突变检验和小波分析法,对白洋淀流域1957—2012年7个气象站点气温、降水和3个典型水文站点径流量的变化趋势、突变点及周期性变化进行了分析,并探讨了径流与降水和气温的响应关系,以期为该地区生态环境保护和水资源合理利用提供基础数据支持。结果表明,研究区年均气温呈上升的趋势,并在1988年后上升趋势增大,其中,冬季和春季的气温增幅对气温升高贡献较大;降水量变化相对复杂,整体呈波动下降的趋势,其中,夏季降水量减少幅度最大,达1.72 mm·a^(-1)。受气温升高和降水量的直接影响,典型站点径流量呈明显下降趋势,并在年际尺度上与气温呈负相关,与降水变化呈显著正相关;在年内尺度上,则与气温和降水变化呈显著正相关。夏季径流量减少幅度最大,阜平、倒马关和紫荆关站分别下降0.85 m^3·s^(-1)·a^(-1)、0.72 m^3·s^(-1)·a^(-1)和0.66 m^3·s^(-1)·a^(-1)。3个指标的周期性变化都比较明显,其中径流和降水的波动变化基本一致,表明径流对降水的响应比较突出。径流变化不仅受气温和降水的影响,还受到水利工程建设、各类农业措施等多种因素的影响。

海口市近60a气候变化研究

利用1951-2010年海口市国家基准气候站逐月平均气温、降水量、日照时数等数据,采用线性倾向率、Mann-Kendall非参数检验、滑动T检验、累积距平法和Morlet小波分析等数理统计方法 ,分析了海口市1951-2010年的气候变化特征。结果表明：海口市近60a气候变化表现为气温显著上升、日照时数显著减少,但降水量变化不明显。20世纪90年代是气温升高、降水量增多、日照时数减少的显著变化稳定期,2000年以后气候变化波动最强烈。旱季气温增幅明显大于雨季,但降水量变化较小。此外,旱季气候要素波动大于雨季。气候突变和小波分析得出,1986年是气温由低到高的突变点,1967-1978、1998-2010年分别是冷期和暖期;1976年是降水量发生由多到少的突变点,1993年是日照时数发生由多到少的突变点。海口市气温和降水量变化均存在5-10a左右的周期,日照时数存在5-8a、25-28a左右的周期。

广西极端连续降水变化趋势及周期性研究

为分析广西极端连续降水时空变化特征,选取1958~2015年广西23个气象站点逐日降水资料,综合运用改进的百分位法、Mann-Kendall检验法及复Morlet小波分析法,分析广西1~5d极端连续降水的降水量和降水频次。结果表明,近58年广西极端连续降水量存在桂东北、桂南两个高值区和桂西北、桂东两个低值区;随着持续天数的增加,极端连续降水频次的高值中心由桂东北逐渐向中部蒙山地区移动,且低值区与高值区的差值逐渐缩小,说明极端连续降水的区域持续性随着持续天数的增加而增强;极端连续降水总体呈增加趋势,且随着持续天数的增加有两极分化的极端化趋势;1~5d极端连续降水26~28年周期最为显著,并嵌套几个长度不等的小周期,其中4~6、11~12、16~18年周期震荡较为强烈,目前广西正处于各天数极端连续降水的增加时期。

基于小波和M-K方法的商丘气温时间序列分析

利用1955—2011年商丘气象站地面逐日气象数据,集成Morlet小波分析法、Mann-Kendall分析法、回归分析法、变异系数等方法,分析近57 a商丘气温序列的年、季周期变化特征、突变特征、变化趋势及年际变率特征。结果表明:根据回归分析、5 a滑动平均分析,商丘年平均气温呈增温趋势,年际变化倾向率为0.17℃/10 a;各季节气温变化趋势差异明显,夏季气温呈下降趋势,年际变化倾向率为-0.08℃/10 a,冬春秋季气温呈增加趋势,冬季增温最显著,冬季气温年际变化倾向率为0.35℃/10 a。根据Mann-Kendall分析,年平均气温突变点为1992年,夏季气温不存在明显突变,冬季气温突变点为1986年。根据小波分析,20世纪50—80年代商丘年平均气温存在准17 a周期信号,之后该周期信号消失,80年代和90年代出现准32 a周期信号,在本研究的整个时间序列上存在准5 a和准2 a周期信号,周期信号显示未来几年可能会出现低温年。商丘年平均气温的年际变异系数为0.04,年际变率较小,年际变化较平稳。商丘作为重要的粮食生产基地,集成多种方法的气温变化特征和趋势预测分析,对该区域的农业种植活动具有重要的指导意义。

祖厉河流域1957~2016年水沙变化特征及影响因素分析

【目的】对祖厉河流域的水沙及周期变化进行研究,以期为当地水资源管理、流域生态保护和水土流失治理提供科学依据.【方法】采用M-K检验、Morlet小波及回归分析,对祖厉河流域1957~2016年降水量、径流量和输沙量变化进行研究.【结果】1957~2016年祖厉河流域降水量、径流量和输沙量均呈现波动减少趋势,且年际存在明显的丰-枯周期性变化.径流量、输沙量分别在2002、2004年以后呈显著减少趋势(P<0.05);年降水量存在5 a,9 a,14 a和22 a四个变化周期,径流量和输沙量变化周期一致,均为4 a,8 a和22 a.在15 a的平均周期下,降水量对径流量的决定系数R2逐渐减小,人为活动对径流量和输沙量的R2逐渐增大;降水和水土保持措施对径流量减少的贡献率为26.76%和73.24%,对输沙量减少的贡献率为12.17%和87.83%.【结论】祖厉河流域1957~2016年降水量对径流量、输沙量的影响由强逐渐减弱,水土保持措施的影响逐渐增强,且成为影响水沙变化的主要因素.

长江南京潮水位站近百年高潮位变化特征及成因分析

为研究南京站多年来年最高潮位的变化特征,根据水文变异综合诊断方法,分析检验了长江南京站近百年高潮潮位变化的整体趋势;利用db N系列小波变换分析了年高潮潮位变化的局部趋势;利用复数Morlet小波分析了年最高潮位的周期变化规律。分析结果表明,南京站年最高潮位序列总体上无明显趋势变化,局部变化趋势明显;年最高潮位存在5a、11a、42a和63a时间尺度四个主要变化周期。分析结果为认识南京站年最高潮位变化、做好水安全工作以及水资源的开发利用提供相关依据。

基于小波分析的河北平原四季降水变化特征分析

利用1960~2004年河北平原6个站点的降水量资料,采用线性拟合、Mann-Kendall（M-K）法及Morlet小波分析方法,对河北平原45年四季降水量进行了倾向、突变和周期特性的分析。结果表明：（1）45年间春季和冬季降水呈增加趋势,夏季和秋季降水则呈减少的趋势。四季降水距平百分率的倾向率分别为1.39%/10a、5.132%/10a、6.332%/10a和5.516%/10a。（2）45年间的四季降水量呈现出阶段性变化的特点,其中春季和冬季降水变化不显著,没有突变。而夏季和秋季降水在20世纪70年代中期后呈现较明显的减少。（3）在95%的置信度下,45年间的四季降水量均呈现出3~4年的周期性变化,此外,春季降水还存在着6年左右的周期振荡。

白龙江流域近40a气候变化特征分析

根据甘肃南部白龙江流域气象资料,采用Mann-Kendall突变检测法和小波分析法对白龙江流域近40 a来气候变化特征进行分析,结果表明:①20世纪80年代之前气温变化趋势不明显,80—90年代波动显著,并呈下降趋势,至90年代中后期气温变化呈显著上升趋势;②降水量变化在90年代中期之前趋势不显著,之后呈下降趋势,流域趋于暖干化;③气温变化主要周期上游地区为7 a、27 a和4 a,中下游地区为17 a;④降水变化主要周期上游地区为7 a和4 a,中下游为25 a、9 a和4 a。

金沙江流域近47年降水特征分析

为了解金沙江流域降水变化特征,基于对金沙江流域的区划,利用1960~2006年金沙江流域28个站点的月平均降水观测资料,运用线性倾向估计方法和Morlet小波分析进行资料分析。结果表明：近47 a金沙江流域上游,中游年降水量有增加趋势,但上游和中游降水增加趋势有减弱迹象;下游降水量呈减少趋势,且减少趋势增加。通过对各区域历史曲线和降水序列的小波分析发现,金沙江流域整个区域降水序列都具有一个15 a左右的周期。研究结果可以为金沙江流域水资源规划管理提供合理的依据。