基于EPPM理论胃癌患者一级亲属胃癌筛查行为干预方案构建

目的构建基于拓展平行过程理论(extended parallel process model,EPPM)的胃癌患者一级亲属胃癌筛查行为干预方案。方法2023年3—11月,在文献回顾和小组讨论的基础上形成基于EPPM理论的胃癌患者一级亲属胃癌筛查行为干预方案初稿,采用德尔菲专家函询法对18名专家进行2轮函询,形成干预方案终稿。结果2轮专家函询共构建2个一级指标、4个二级指标和27个三级指标的筛查干预方案。专家权威系数分别为0.822、0.884;2轮函询的肯德尔协调系数分别为0.176、0.373,差异有统计学意义(P<0.001)。结论构建的基于EPPM理论的胃癌患者一级亲属胃癌筛查行为干预方案具有可靠性和实用性,以期为胃癌患者一级亲属胃癌筛查行为干预提供借鉴依据。

区块链分片技术研究综述

区块链技术以去中心化、防篡改等功能为特色,具有广泛的应用前景。然而,区块链系统难以支撑大规模海量的分布式数据管理和交易,所以区块链的性能和可扩展性问题成为重要的研究方向。目前,研究人员分别从修改链上的数据结构和共识算法,到添加链下操作技术,提出了一些解决方案,以提高区块链的性能和可扩展性。而其中,随着网络规模的增加,实现水平扩展性的最实用的方法就是分片技术。作为一种链上扩容方式,分片技术是一种将整个区块链网络划分成多个片段的方法,便于同时处理多个交易或合约。每个分片都可以独立运行,拥有自己的交易历史和状态,在不牺牲中心化程度的同时提高了区块链的性能和可扩展性。以往的大量区块链分片技术研究着重介绍了分片中的交易共识,而忽略了分片策略机制与分片架构。为此,首先对现有的分片区块链进行系统分析,将分片区块链的设计过程分为架构设置、节点选择、节点分配、交易分发、交易处理和分片重构等部分,并分析了分片区块链的设计过程的各部分的功能、属性;其次,对分片架构进行了分类和总结,重点研究了各种分片策略与机制,分析了它们的优缺点;之后,对主流的分片区块链系统做了比较,并分析了它们的可扩展性和可靠性,包括系统吞吐量、时延、通信开销、节点随机性、分片安全性和跨片智能合约等;最后,提出未来可能的研究方向。

基于AMP架构的青霉素结晶与发酵检测系统设计

目前,在青霉素工业生产中,人工检测是青霉素结晶状态以及发酵液高度检测的主要方式,这种方式成本高、自动化水平低且易造成误判,对青霉素产量和品质有很大影响。针对此种情况,文中设计了一种基于AMP架构的青霉素结晶状态与发酵液高度检测系统。该系统以ZYNQ-7000作为可重构嵌入式平台。在PL部分,利用Vivado HLS工具实现结晶状态、发酵液高度检测的图像预处理算法IP核设计,并搭建出视觉传感系统的硬件平台。在PS部分,系统采用双核AMP(非对称多处理)运行模式,完成结晶状态检测、发酵液高度检测算法处理与以太网视频传输、图像存储功能的并行处理。实验结果表明:该系统支持2种检测模式的切换,可实现对工业生产中青霉素结晶状态与发酵液高度的精确检测与视频数据的实时传输。

煤矿智能快速掘进关键技术研究现状及展望

针对煤矿巷道掘进智能化建设情况,探讨了现阶段分别以连采机、掘锚一体机、全断面掘进系统、掘锚机为核心的四大类智能快速掘进成套装备发展现状,分析了四大类智能快掘装备与地质条件适用性,提出了实现煤矿智能化掘进需要解决的关键技术的问题,探讨了以信息传输与智能分析技术、智能感知技术、精确定位导航技术,自主定型定向截割技术、掘进机远程自主截割控制技术以及多级多工序智能协同控制技术为基础的智能化掘进实现途径;基于复杂地质条件下煤矿巷道掘进亟待解决的关键问题,提出了以掘进作业功能需求、掘进工艺要求为依据的系统化分析、模块化设计、功能优化组合的设计方法;研究了以虚控实、虚实结合的多级数字孪生构架,基于掘进巷道设备、环境、地质构造多维信息再现实现掘进机远程控制;提出了单机智能化、系统协同化、井下智控与地面远程监控相协同的控制方法。开发了新型的无重复碾压柔性超前支护技术、截割部多级伸缩截割技术、智能锚固机组多钻机并行作业等技术,研制了具有掘、支、锚、运、探多工序并行作业的新型快速掘进作业联合机组,提出了掘进机器人、超前支护机器人、锚固机器人、辅助运输机器人组柔性并行作业技术;提出了基于数据驱动的多机多工序协同控制行为规划决策方法。提出构建完整的煤矿井下跨系统全时空信息数字感知体系,构建集井下现场生产状态、掘进巷道空间信息、掘进装备状态、风险信息等多参量、多尺度、全时空特性的数据感知智能化监控平台,实现虚拟系统与实际掘进系统实时通信,通过数据驱动规划分析实现智能化、少人化掘进。

颗粒度动态控制的负载均衡算法的大数据分析

本文提出了一种创新的动态颗粒度控制算法,此算法融合了延迟进程生成与负载内联的特点,通过构建数学模型、优化算法,解决了传统负载均衡方法在动态环境下处理并行任务的难题。旨在最大化并行处理效率并削减不必要的开销。为大数据分析和并行处理提供了一种高效、灵活的负载均衡方案,对提升系统性能与降低成本有一定的参考价值。

基于多种群遗传算法的航天复杂系统测试任务调度

针对航天复杂系统型号较多,传统测试流程与调度设计只能人工定制化排布,效率较低且未有效优化,同时,考虑到航天复杂系统快速测试的迫切需求,提出一种基于多目标遗传算法的航天测试流程自动生成方法。该方法在测试项集合明确的前提下,将测试项抽象为离散事件,以测试总时间和测试资源均衡度为优化目标,充分考虑航天器测试的诸多约束,将其作为遗传算法执行过程中交叉或变异的禁忌项。在初始种群确定后,对测试流程和调度方案进行自动生成和优化。对算例的仿真结果表明,该方法相对于同实验条件下的传统半串行测试方法和单目标优化方法,测试总时间或资源均衡度得到了较大提升。在进一步扩展优化目标和约束项后,该方法可有效提高航天复杂系统测试过程的快速响应能力和可靠性。

云计算中心的高效地震处理解释能力体系建设与工业化应用

随着云计算中心硬件环境的建立,如何充分利用云中心的计算、存储和网络基础设施环境建立高效的地震处理解释能力体系,从而实现地震处理解释新技术的大规模推广与工业化应用成为必须解决的问题。文章将重点介绍如何利用云计算中心的基础设施环境,建设高效地震处理解释能力体系。

超大规模数据处理中并行计算技术的应用研究

随着人工智能和大数据时代的到来,超大规模数据处理成了一个重要的研究领域。该文主要探讨并行计算技术在超大规模数据处理中的应用,首先详细阐述并行计算和超大规模数据处理的基本理论与概念,特别是并行计算的编程模型与工具,最后通过分析并行计算在搜索引擎、气象预报和金融分析等中的实际案例,阐述并行计算技术在超大规模数据处理中的实际应用。

基于国产异构FPGA的空中红外目标检测跟踪系统

随着国产器件在各领域的大力推广及应用,针对高帧频、强实时性光电系统空中红外目标捕获引导问题,介绍了一种基于国产异构FPGA的空中红外目标检测跟踪系统架构及其实现方法。基于AXI4总线协议,采用模块化设计及软硬件协同处理方法,构建系统架构和视频流水线;并行流水处理实现中值滤波,通过加权二维空间滤波流水处理实现基于背景抑制的快速空中目标检测,与中值滤波一起部署于FPGA逻辑资源(PL);检测结果实时传输到部署于FPGA处理器端(PS)的空中目标跟踪模块,完成目标跟踪,PS完成系统所有功能模块的控制;跟据各功能模块串/并行实现方式,统筹部署完成整个异构系统设计。实验结果表明,该系统能够实现1 280×1 024@100 Hz红外视频空中目标的实时检测及稳定跟踪,系统资源占用率小于25%,时延小于2帧,可满足高帧频、强实时性光电系统要求。该系统的实现是国产自主可控异构FPGA核心芯片工程应用的一次重要探索。

基于源码分析的自动化外部函数接口生成方法

外部函数接口(FFI)是解决一种编程语言调用其他语言函数库的主要方法。针对使用FFI技术时需要大量人工编码的问题,提出自动化外部函数接口生成(AFIG)方法。该方法利用基于抽象语法树的源码逆向分析技术,从被封装的库文件中精准提取出用于描述函数接口信息的多语言融合的统一表示。基于此统一表示,不同平台的代码生成器可利用多语言转换规则矩阵,全自动化地生成不同平台的FFI相关代码。为解决FFI代码生成中的效率低下问题,设计了一种基于依赖分析的任务聚合策略,通过把存在依赖的任务聚合为新的任务,有效消除了FFI代码任务在并行下的阻塞与死锁,从而实现任务在多核系统下的可扩展与负载均衡。实验结果表明:与人工编码相比,AFIG方法减少了FFI开发中98.14%的开发编码量以及41.95%的测试编码量;与现有的SWIG(Simplified Wrapper and Interface Generator)方法相比,在同等任务下可减少61.27%的开发成本;且生成效率随着计算资源的增加呈线性增长。

考虑局部密度的电力通信大数据并行聚类算法

由于电力通信大数据分布广、数量庞大且无规律可循,难以取得理想的并行聚类效果,为此,提出考虑局部密度的电力通信大数据并行聚类算法。利用欧式距离计算数据之间的相似度,获取数据局部密度,根据相似度得到并行聚类质心的准确位置;对并行处理过程提出约束条件,并加权处理数据距离,完成高效率的大数据并行聚类。将所提方法与其它方法展开实验对比,结果表明,所提方法有着高于另外两种算法的聚类准确度和纯度,对于无序且数量庞大的典型电力数据也实现了精准聚类,有效降低了漏聚类和误聚类现象的发生概率。

光学电流传感消抖卡尔曼本征信号高精度提取方法研究

本征信号是光学电流传感长期运行稳定性和高精度测量的重要性能参数。目前,传统方法如双光路法并不能消除本征信号的抖动,对光学电流传感高测量精度产生消极影响。为此,提出了光学电流传感消抖卡尔曼本征信号高精度提取方法来对本征信号进行消噪处理。首先对光学电流传感的噪声特性以及光路结构进行分析,建立了光学电流传感本征信号模型。引入消抖函数修正卡尔曼增益K,提出了消抖卡尔曼(Debouncing Kalman,DBK)算法,解决了标准卡尔曼增益K对初始状态依赖性强以及测量过程不确定性非常敏感带来的状态估计值严重抖动问题。并且引入了噪声方差递推估计,来保证在滤波过程中可以实时对噪声方差进行修正。在MATLAB进行了消抖卡尔曼滤波算法的验证并与标准卡尔曼算法进行了滤波效果的对比分析,验证了该算法的可行性,并结合李雅普诺夫稳定性分析法推导验证了该算法的稳定性。最后,搭建光学电流传感实验平台,将所提算法在LabVIEW FPGA硬件平台并行实现,验证了该算法的实时性,且能够满足实际工程需求。

基于FPGA的大动态范围数据采集系统设计

针对传统数据采集系统受动态范围限制,进行测量时对大信号易过载、小信号易丢失等问题,设计了一种基于FPGA的大动态范围多通道数据采集系统,讨论了噪声相关性与放大器增益对动态范围的影响。该系统采用一种分立式架构的双ADC同步采集单元,结合FPGA高速并行处理的特点进行数据融合,对前端可变增益放大电路实时控制,实现多通道数据采集系统对微小信号采集时的高分辨率以及对大信号采集时的高容差。对采用动态范围最大为108 dB的AD7768芯片研制的实验样机进行测试,结果表明其在64 kHz的采样频率下可达到160 dB以上的动态范围,系统采样精度达到0.1%,线性度优于0.005%,通道间相位精度达到±0.05°。

基于临时支护新装置的工序优化与支护性能分析

针对掘进工作面存在的掘支平行作业难、用时比重失调问题,为实现平行作业、快速支护,设计了新的临时支护装置,具有尺寸可调、快速响应、及时支护的特点。采用理论分析加数值模拟的方法进行研究;介绍了装置的结构设计;以新巨龙煤矿综掘施工技术为例进行工艺优化,从理论上提出一种分区平行作业的施工技术;通过顶板两端简支岩梁力学模型,展开装置临时支护作用机理分析;并对装置的支护性能进行结构静力学分析。结果表明:在巷道顶板松动范围0~3.30 m时,装置支护所需承受的载荷为158.40 kN;仿真得到最大等效应力为57.37 MPa,在装置顶梁下端与耳座位置交接处,最大位移量出现在中间梁上端中部,为0.30 mm,装置的结构设计能满足支护要求。此研究可为实现快速掘进的平行作业,高效支护和安全生产,提供有益参考。

具有平行批处理机的多目标FJSP问题研究

针对具有平行批处理机的多目标柔性作业车间调度问题,建立以最大完工时间、最大机器负荷和能耗为优化目标的数学模型,并提出了一种多种群MOEAD算法进行求解。算法结合了多种群策略的优势,三个子种群分别采用了WS、TE和BI三种聚合函数进行协同搜索,保持种群多样性的同时扩展了算法的搜索广度。设计了符合问题特性的进化算子和局部搜索策略,提高算法整体搜索性能。通过标准的FJSP算例和符合问题特性的实际数据,验证了所提算法的可行性与有效性。

微球透镜阵列并行制造表面增强拉曼衬底及其光谱增强研究

SERS作为一种高灵敏物质指纹谱分析技术,在生物传感、化学分析等领域具有广泛的应用。具有规整纳米结构的SERS衬底是保证拉曼光谱痕量检测可靠性和稳定性的前提,实现高精度、大尺度和高效率的微纳结构制造是SERS衬底目前亟需突破的技术瓶颈。本工作提出了介质微球透镜—金纳米孔(ML/AuNHs)阵列复合SERS衬底新结构与制造新方法。首先,利用介质微球透镜光子纳米射流,在沉积于微球底部的金膜上制备纳米孔结构,形成ML/AuNHs复合结构。系统研究了532 nm纳秒脉冲激光能量、微球透镜直径、金膜厚度等工艺参数对金纳米孔的成形规律,通过优化加工工艺,实现了微球透镜阵列底部直径215 nm金纳米孔的超分辨并行加工。之后,理论分析了微球透镜的SERS“热点”自对准聚焦、光学回音壁共振模式以及定向天线等光场调控过程,揭示了ML/AuNHs复合衬底的拉曼增强机制。最后,展示了ML/AuNHs复合衬底检出灵敏度10-10 M(硝基苯硫酚,4-NBT)的SERS检测能力,较单独使用金属纳米孔降低2个数量级。本工作提供了一种简易高效且具有高灵敏度的SERS衬底结构及其制备方法,拓宽了SERS的实际应用潜力。

高分三号数据分布式负载均衡并行转换算法

针对PolSARpro软件原有高分三号数据转换模块无法适应分布式环境及数据转换效率相对较低的问题,提出一种基于MPI、MapReduce和OpenMP并按照该软件的数据格式要求进行分布式负载均衡的并行转换算法。该算法外层采用MPI按任务分布式计算,中间层采用MapReduce按景并行处理,内层采用OpenMP按极化方式并行计算,并采用“Z”字形数据负载均衡策略,将高分三号不同成像模式下的多极化数据快速精确定标及格式转换,以抗数据偏斜。实际数据的测试结果表明,该算法的整体性能提升了约50%,验证了算法的可行性、高效性和正确性。

基于四配流轴向柱塞马达的制动能回收方法

针对大惯性回转机构在制动时,动能都以热能的方式损失的问题,提出一种四配流轴向柱塞马达和蓄能器结合的制动能回收方法。不同体积、初始压力的蓄能器对惯性负载的回转制动能的回收和再利用的效果不同,为寻求较合理的蓄能器参数以达到较高的能量回收效果,手动调整仿真参数较为繁琐,提出采用基于多核CPU的快速并行优化方法用于蓄能器参数优化。首先,大惯性负载的驱动机构采用四配流轴向柱塞马达,其能量系统回收模型在Simulation X搭建,进而导出成具有CVODE求解加速的可执行程序,脱离仿真软件平台,在Windows操作系统独立运行;然后,利用导出的可执行程序与VC++进行二次开发,以微粒群算法解决特定工况下蓄能器选型的问题,充分利用多核CPU实现并行优化以提高仿真速度。仿真结果表明,在特定负载下得到优化后的蓄能器的参数,蓄能器回收并释放的能量占惯性动能的24.5%,回收油液全部得到释放。采用基于多核CPU的并行优化方法,仿真效率提高了10倍以上,该方法对系列化液压产品的快速开发具有一定的借鉴价值。

半隐式延迟解耦的开关动作高效处理方法

传统电磁暂态仿真采用详细模型建模电压源型换流器(voltage source converter,VSC)并采用双插值法(double interpolation method,DIM)处理步长内的开关事件,由于详细模型的导纳阵时变,DIM算法流程复杂,在进行大电网仿真时严重影响计算效率。针对这一问题,应用半隐式延时解耦原理建模VSC,并对步长内开关事件的处理方法进行研究,通过对开关函数在步长内的占空比进行等值代替DIM,提高仿真效率。首先,从VSC状态方程出发,得到VSC解耦模型,实现换流器的并行计算,提高计算效率;其次,分析了不处理开关事件时累计误差的产生机理,并给出了计算时序和开关函数等值占空比的计算方法,保证仿真精度;最后,以PSCAD的仿真波形为基准,验证了所提方法的精度和有效性,讨论了所提方法的方法特点。

聚类和NSGA-Ⅱ联合算法在混合流水车间的应用研究

为了改善某高端装备制造企业总装车间混流生产调度困难、批处理阶段产品组批困难的问题,以及实现车间多个目标的同步联合优化,研究了含批处理机的混合流水车间多目标优化问题。首先根据车间运行情况建立了多目标优化模型,之后提出了基于K-means聚类算法和非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的联合方法,设计了能够对不相容产品进行分组的聚类流程,以及基于产品组编号和组内产品编号的双层编码方式,为批处理工序设计了完整的组批流程。最后,使用车间生产案例进行测试,并将测试结果同仅使用NSGA-Ⅱ得到的结果进行对比,验证了所提方法的有效性。