基于区间不确定性水资源复杂系统的协调演化研究

水资源系统是具有不确定性的复杂系统。本文通过分析水资源系统的复杂性与不确定性,构建了基于区间不确定条件下的水资源复杂系统协调演化分析方法。在利用主成分分析法得到子系统综合发展水平的基础上,采用系统的协调性指数模型来揭示系统间的相互关系,然后根据系统的信息熵得到其协调有序度,以此来反映水资源复杂系统的演化规律。以大连市为例的应用研究表明,基于区间不确定性的水资源复杂系统协调演化,能够客观真实地揭示水资源复杂系统的演化区间及其发展趋势,对于实现区域水资源和社会经济的可持续发展具有重要指导意义。

基于响应面与灵敏度分析的区间不确定性参数识别方法

针对工程结构中普遍存在的不确定性,需开展考虑不确定性的有限元建模与模型参数识别。提出了具有区间不确定性参数识别的分步实施方法:①通过Box-Behnken矩阵设计方法进行响应面的样本点设计,并代入有限元模型计算获得结构的关心固有频率;基于二次多项式建立固有频率与待识别参数间的响应面模型;基于优化方法与自适应响应面思想对区间参数中值进行识别;②基于响应面模型并结合灵敏度分析,实现迭代区间参数半径的识别。通过某个质量—弹簧系统的数值算例和一组镜架系统工程实例的区间不确定性参数识别,验证了所提出方法的可行性和可靠性;参数识别结果表明所提出的方法具有较高的计算效率且可有效地避免区间优化导致的收敛问题。

含概率与区间混合不确定性的系统可靠性分析方法

系统可靠性问题中通常存在大量的不确定参数,传统方法一般是基于概率模型对系统进行可靠性分析,但是实际工程中由于数据缺乏或试验条件的限制往往难以得到参数的精确概率分布.本文将结构体系一部分样本信息充足的不确定变量用随机变量进行描述,而另一部分样本缺乏的用区间表示,并提出了一种新的含概率与区间混合不确定性的系统可靠性分析方法.首先,基于一个高效求解方法获得单失效模式下结构的最小可靠度指标;再针对多失效模式下含概率与区间混合不确定性问题建立了系统可靠性分析模型;考虑各失效模式之间的相关性,通过线性相关度计算方法求得相关系数矩阵;最后提出了串联体系和并联体系可靠度求解方法.3个数值算例表明,该方法可以实现含概率与区间混合的多个非线性失效模式下系统可靠度的计算.通过对比传统的概率可靠性分析方法,本文方法只需要少量的不确定信息便可确保系统更加安全,更适合复杂结构系统可靠性的分析和设计.

一种区间不确定性参数的敏感度与可靠性分析方法

针对机械零部件可靠性分析时存在区间不确定性参数盲目性选择问题,提出一种基于偏弹性理论的全局敏感度与可靠性分析方法。通过用响应面法获取未知或高度非线性的极限状态函数,构建了包括区间不确定性参数的二阶多项式极限状态函数代理模型。以该函数关系为基础,结合偏弹性理论,建立了相应的加法法则和乘法法则来辨识参数间交互作用的来源,并推导了敏感度指数的计算方法。根据敏感度指数确定出区间不确定性参数的改变对可靠性影响较小的方向,进而指导参数选择时的可靠域取值范围。以滚动轴承的可靠性敏感度分析为例,验证了该方法的可行性和实用性。

对区间不确定性问题的可靠性度量的探讨

实际工程中大量存在不确定性因素,处理不确定性因素的可靠性逐渐成为科学和工程中一个非常重要的概念。区间不确定性是继随机性和模糊性之后被人们研究的又一种不确定性。区间不确定性一般可由区间变量或凸集合模型来描述。近年来,有些文献针对区间不确定性提出了计算非概率可靠性的方法。本文对这些方法进行比较和讨论,并和假定各区间不确定参量在允许取值区间内为具有熵最大的矩形分布,采用概率可靠度的理论来处理问题得到的结果进行了比较。

含概率与区间混合不确定性的重力坝可靠性分析

针对重力坝可靠度分析中由于数据缺乏或监测条件限制难以得到各变量精确的概率分布的情况,提出了含概率与区间混合不确定性的结构可靠性分析方法,对于可得到精确概率分布的变量用随机变量进行考虑,对于无精确概率分布的变量用区间表示,并结合响应面法计算了广西红水河龙滩重力坝坝踵抗拉可靠度。结果表明,该方法只需少量的不确定信息就可对结构进行可靠性分析,更适合结构复杂、不确定性较高的水工建筑物结构。

基于IC卡数据的公交下车站点区间不确定性客流推导方法

在交通大数据背景下,针对现有公交客流推导研究中站点客流皆为固定单一值与实际波动区间值不符的问题,利用区间不确定性理论,以及公交IC卡数据与GPS数据相结合,得到上车站点的公交区间客流。对公交刷卡行为进行分析,考虑乘客个体出行特征和乘客出行距离于站点吸引权重中,得到下车站点客流推导概率模型,结合区间不确定性理论,得到下车站点客流区间值。以深圳市的21路公交IC卡数据和GPS数据为例进行实例分析。通过对推导结果的合理性分析,表明得到的公交区间不确定性客流,更符合实际,算法流程清晰,具有更好的可靠性。

基于区间不确定性的多学科过程分解方法

为了减少基于区间不确定性的多学科设计优化的计算成本,提出了一种面向多学科设计优化的分解方法。建立考虑同一学科多次执行的耗时差异性的过程分解优化模型;基于对学科间的耦合度和各学科复杂度的定义,构造耦合强度设计结构矩阵和学科计算成本矩阵,以评价系统的耦合强度和计算成本;进而构建基于遗传算法的寻求整体计算成本最小分解方案的流程;以飞行器的不确定性多学科设计优化为算例对上述方法进行了验证。通过四个分解方案的对比,说明该方法能够显著减少整体计算成本,且更具普遍性和易操作性。

含概率-区间混合不确定性的汽车正面碰撞可靠性优化设计

针对汽车正面碰撞中某些参数的概率分布函数中包含不确定的区间变量的问题,构建了一种汽车正面碰撞混合不确定可靠性优化模型,将基于误差比例选择技术的最优多项式模型引入整车碰撞分析中。由于存在区间参数,内层通过限制可靠度的区间下界建立概率约束,从而保证车身结构的安全性。采用了一种基于漂移向量的高效解耦算法,将嵌套优化问题转换为确定性优化和混合可靠性分析的序列迭代过程,避免了内外层嵌套寻优,实现了汽车正面碰撞可靠性优化的高效性。结果表明:优化后防撞梁、吸能盒和前纵梁的总质量减轻了2.35%,所有约束可靠度指标均得到满足,实现了保证车身轻量化要求下的车身和乘员安全性可靠性优化的目标。

基于区间不确定性的涡轮盘强度可靠性优化设计

针对涡轮盘在初期设计过程中可利用试验数据少的问题,采用区间模型描述不确定性,以非概率可靠性模型描述可靠性,提出了基于区间不确定性的涡轮盘强度可靠性优化设计方法。同时,为了提高该方法的计算效率,提出两级分阶段构造法,建立非概率可靠性指标关于设计变量的响应面函数,并以此响应面函数表征可靠性约束,从而将可靠性优化设计的双重优化过程转化为单重优化过程,简化了算法结构。典型涡轮盘强度可靠性优化设计算例结果表明,所提方法降低了对试验数据量的需求,且计算成本较低,计算效果较好,能够较好适用于涡轮盘的初期设计。

基于改进朴素贝叶斯的区间不确定性数据分类方法

基于Parzen窗的朴素贝叶斯在区间不确定性数据分类中存在计算复杂度高、空间需求大的不足。针对该问题,提出一种改进的区间不确定性数据分类方法 IU-PNBC。首先采用Parzen窗估计区间样本的类条件概率密度函数(CCPDF);然后通过代数插值得到类条件概率密度函数的近似函数;最后利用近似代数插值函数计算样本的后验概率,并用于预测。通过人工生成的仿真数据和UCI标准数据集验证了算法假设的合理性以及插值点数对IUPNBC算法分类精度的影响。实验结果表明,当插值点数大于15时,IU-PNBC算法的分类精度趋于稳定,且插值点数越多,算法分类精度越高;该算法可以避免原Parzen窗估计对训练样本的依赖,并有效降低计算复杂度;同时由于该算法具有远低于基于Parzen窗的朴素贝叶斯的运行时间和空间需求,因此适合解决数据量较大的区间不确定性数据分类问题。

基于区间不确定性的多学科可靠性设计

针对随机可靠性设计和多学科设计直接结合中存在的随机可靠性无法解决不确定性信息量较少及直接结合的嵌套结构计算效率较低的问题,采用区间描述有限信息的不确定性,以非概率可靠性指标衡量多学科系统的可靠性,建立了基于区间不确定性的多学科可靠性设计模型.同时,为了提高计算效率,采用性能测量法来减少可靠性分析的计算量,并引入序列优化与可靠性评估方法将三层嵌套的多学科可靠性设计结构解耦为顺序执行的确定性多学科设计优化和多学科可靠性分析过程,降低了计算复杂性.通过一个算例验证了该方法的可行性和有效性.结果表明,相比多学科可行法,单学科可行法的计算效率较高.

计及源荷区间不确定性的电力系统日前优化调度

由于数据缺乏或统计规律复杂,现有调度决策难以准确获知新能源及负荷的概率分布,为此文中提出计及源荷区间不确定性的电力系统日前优化调度方法。首先,基于预测误差建立风电、光伏及各类负荷的区间数模型;其次,以日综合运行费用为目标函数,考虑发电机、储能以及正负备用等约束条件,构建区间优化调度数学模型;然后,应用区间优化理论,在一定的区间可能度下将区间优化问题转化为确定性问题进行求解,获取区间优化调度方案;最后,基于修改后的IEEE 10机39节点系统,对区间优化调度方法的有效性进行验证。结果表明,所提方法决策灵活,通过调节区间可能度,可较好地平衡调度方案的经济性与安全性,且计算量小,特别适用于解决仅掌握变量变化范围的优化调度问题。

计及不确定性的电力系统区间分析研究综述

电力系统的不确定性逐步增强,如何合理表征不确定性因素并分析其对电力系统带来的影响是目前和未来研究的突出问题。对比常见不确定性分析方法,以不确定性区间分析方法为重点,将系统分析问题分为不确定性稳态区间分析和不确定性动态区间分析2个方面。首先,对电力系统不确定性因素的区间预测框架和方法进行了阐述;其次,针对不确定性稳态区间问题,从区间潮流和区间不确定性决策2个方面进行概括,并讨论了现有的不确定性稳态区间分析方法;然后,针对不确定性动态区间问题,从动态波动区间分析和稳定区间分析2个方面进行概括,并讨论了现有的不确定性动态区间分析方法;最后,对计及不确定性的电力系统区间分析研究进行展望。

盾构隧道管片衬砌力学行为区间不确定性分析

以琼州海峡盾构隧道为研究背景,基于梁-弹簧有限元模型,考虑初始设计阶段中相关参数的不确定性,将侧向土压力系数、地层抗力系数、接头等效抗弯刚度考虑为区间不确定性变量,建立了管片衬砌结构区间不确定性问题的数值求解模型,推导了影响度计算公式,可估计轴力、弯矩、安全系数的上下界.通过数值分析,探讨了各区间变量不确定性对管片衬砌结构力学行为的影响.数值结果表明:所取参数的不确定性对轴力影响较小,但对变形和弯矩影响较为明显;两种荷载模式对应的管片安全系数区间相差较大,在设计中应妥善考虑.研究结果有望为管片衬砌鲁棒优化设计提供参考.

基于灵敏度分析的区间不确定性稳健设计

针对机电产品优化设计中存在的大量不确定性因素,在灵敏度分析的基础上提出了区间不确定性稳健设计方法。首先探讨了灵敏度分析理论,借用Sobol法筛选出对系统影响较大的因素并将不灵敏项进行固化;然后根据区间不确定性因素的特性,分析了不确定因素在某一区间变化时对系统整体的影响;最后给出了基于灵敏度分析的区间不确定性稳健设计优化模型。工程实例证明了该方法的有效性。

考虑网络约束和区间不确定性的综合能源微电网鲁棒优化调度方法

针对微电网调度目标函数鲁棒性较低、转换功率效率较差的问题,为了保证综合能源的最大化以及高质量利用,本文提出考虑网络约束和区间不确定性的综合能源微电网鲁棒优化调度方法。在电转气模型、燃气轮机模型的基础上,提出电气互联平衡模型,分析综合能源之间的转换关系,构建[火用]效率目标函数;结合网络相关约束以及置信间隙决策函数对目标函数进行鲁棒优化,处理调度过程中的不确定性参数;利用改进布谷鸟算法进行求解,获取鲁棒优化调度结果。测试结果表明:显著性水平取值为0.05时,可实现综合能源微电网的调度,保证各能源的损耗最小,且能够最大程度地利用综合能源之间的协同作用,使电转气装置的处理结果最大程度地接近最大转换功率500MW,实现了鲁棒优化调度。

含同类构件的多构件结构区间不确定性优化

在土木工程领域,工程结构往往为含同类构件的多构件结构。针对该类结构的区间不确定性优化模型无法直接转换为数值模型且计算量巨大的问题,本文提出了一种含同类构件的多构件结构区间不确定性优化方法,该方法结合基于数值转换的二阶区间泰勒展开公式与不确定目标函数与约束的转换方法,将区间不确定性优化模型转换为确定性优化模型,最后通过遗传算法求解。研究结果表明:六杆桁架内力计算误差由0.047~0.08减少到0.001~0.005,计算精度显著提高,在十杆桁架优化中,本文的方法与2层嵌套优化方法结果一致,且其遗传算法迭代时间仅为2层嵌套优化方法的1/30左右,证明对于小不确定性问题,该方法不存在区间扩张与缩减问题,同时计算精度高,计算量小。

一种新的研究区间不确定性传播方法

不确定性及其传播问题存在于许多实际问题中,但传统的优化方法在准确性和效率方面具有一定的局限性,据此,提出一种新的研究区间不确定性传播机制的方法.利用D-S(dempster shafer)证据理论研究认知不确定性的表达方式,应用混沌多项式展开技术量化随机变量函数响应的不确定性,再将混沌多项式转换为Bernstein形式,从而利用Bernstein多项式系数找到响应的取值范围.实例研究了闭区间上D-S结构通过非线性函数的传播问题,通过与传统优化方法的对比分析,展示了新方法在研究区间不确定性传播问题上的优势,验证了该方法的有效性.

多元数据下的公交站点客流不确定性分析

利用长期收集的公交站点IC卡刷卡数据,基于区间不确定性理论,提出公交上下车站点区间不确定性客流推导方法.首先,将公交IC卡数据和GPS数据与公交站点信息相融合,确定IC卡刷卡的上车站点及其区间不确定性客流;然后,对公交刷卡行为进行分析,考虑乘客个体出行特征、乘客出行距离和站点吸引权重,提出下车站点客流推导概率模型及相应算法,通过区间数处理方法,得到下车站点客流区间值.最后,以2015年11月13日~12月25日深圳市21路公交为期6周的IC卡刷卡数据和GPS数据为例进行实例分析.