基于深度置信网络效能拟合的火控系统精度全局敏感性分析

针对当前航空火控系统的精度研究对数据完备性要求较高,且仅能分析系统内单误差源影响因素的问题,提出一种全新的基于深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)效能拟合的火控系统精度全局敏感性分析(Global Sensitivity Analysis via Deep Belief Network,GSADBN)算法。从全局敏感性分析算法的优劣点出发,分析传统的全局敏感性分析算法在不完备数据下存在的局限性。利用DBN优异的特征提取能力,并采用无监督训练和有监督微调相结合的算法,搭建并训练火控系统效能拟合模型。研究结果表明:与传统Sobol算法、经典傅里叶振幅敏感性检验(Fourier Amplitude Sensitivity Test,FAST)算法以及最新的基于贝叶斯网络的Sobol(Bayesian Neural Sobol,BNSobol)算法相比,GSADBN算法不仅可以满足精度要求,同时还可以在不完备数据下达到传统算法在完备数据下精度分析的效果;该算法可以在火控系统不完备数据下取得较好的精度分析结果,同时在设计火控系统各模块时,给出精度方面的合理方案,从而为火控系统的设计及作战效能的提高提供参考和理论支撑。

大沽河流域海水入侵数值模拟及其全局敏感性分析

基于SEAWAT建立三维海水入侵数值模型对胶州湾附近大沽河流域滨海含水层的非稳定海水入侵过程进行了模拟,并利用2010年1月1日至2018年6月1日的地下水位和Cl-质量浓度观测数据对海水入侵数值模型中的水文地质参数进行校准和验证,同时利用全局敏感性分析评估含水层渗透系数和给水度等水文地质参数以及由降水入渗补给和地下水开采组成的源汇项对海水入侵数值模型的影响。结果表明:海水入侵的发展对降水入渗补给和地下水开采最为敏感,而渗透系数的影响则相对次要;增加降水补给量和减少地下水开采量可以有效地降低未来海水入侵的范围。

层级制全局敏感性分析方法及其在地下水模型中的应用

在地下水建模中,为了更好地利用有限的资金和资源去最优化地降低预测结果的不确定性,需要使用敏感性分析来测算各个模型输入因素的重要性。提出了改进的层级制全局敏感性分析方法来量化不同类型的输入不确定性对输出结果不确定性的贡献,并以此评估地下水模型中各个不确定性过程对输出结果的影响程度;使用一个理想的地下水污染运移模拟模型作为算例对该新方法进行了测试和展示。结果表明,模型的不确定性是该案例预测结果不确定性的主要来源,而且地质模型的不确定性相较于其他模型更为重要。该方法能够为地下水模型提供更加全面的敏感性分析,相较于传统的参数敏感性分析,新方法能够考虑的不确定性输入因素更多,计算效率明显提升,可为模型使用者和管理者提供更有用的敏感性信息。

一种基于全局敏感性分析的气井产能测试制度优化设计方法

利用全局敏感性分析方法设计气井产能测试方案时,首先选取所有不确定的储层参数作为敏感参数,并设定其可能性范围;利用Sobol序列实现各敏感参数的随机取值和组合,并生成所有组合的井底流入动态样本曲线;然后针对样本曲线中每个流压位置的产量与敏感参数的对应关系,计算所有敏感参数对产量的全局影响指数,最终得到不同流压下各参数对产能的影响权重和变化趋势。计算结果显示:地层压力p_(r)、非达西流系数D、测试开井时间t等参数的影响指数在特定流压范围明显占优。对目标区气井井底流入动态的全局敏感性分析,可定量化判断某个参数在不同工作制度下对产量的影响程度,指导气井产能测试制度设计和优化。

波浪作用下半潜式网箱浮架结构的参数敏感性分析

为了探究半潜式网箱在波浪作用下的力学性能,针对该网箱构件的外径进行参数敏感性分析,采用边界元方法建立了一种半潜式网箱的水动力数值计算模型,在验证模型准确性后,引入有限元方法计算了网箱的应力分布。随后基于拉丁超立方抽样法抽取样本方案并计算了各个设计参数的Spearman系数,依据该系数对各设计参数的敏感性进行了整体分析。随后进一步单独分析了参数的敏感性,给出了这些参数在结构优化时的推荐取值范围。结果显示,半潜式网箱的各设计参数在其取值范围内与网箱最大应力呈负相关关系。其中:下支撑管外径的敏感性最高,而其他参数的敏感性较接近。上弧管和下弧管外径推荐的取值范围较大,分别为36~56 cm和46~76 cm;中弧管、斜管和细立柱外径推荐的取值范围较小,分别为23~28 cm、38~40 cm和50~60 cm;下支撑管和上支撑管外径的取值不得低于70 cm和50 cm。研究结果可为半潜式网箱在波浪作用下的结构优化提供参考。

半潜漂浮式风机载荷及运动响应敏感性分析

为研究漂浮式风机在海洋环境作用下载荷及运动响应的参数敏感性,对OC4-5MW半潜漂浮式风机模型进行了气动-水动-系泊一体化时域动态仿真,对比分析了风机位移、倾角、加速度及塔筒载荷在关键极限停机工况下受到风、浪、流载荷及偏航等多个因素影响的响应规律。结果表明:采用中心式风机设计的机头朝向变化对结构不平衡影响可忽略,但基础安装方位应避开纵荡与风浪主频方向夹角60°~120°范围,开启偏航对风或背风控制有利于降低整体倾角、机舱加速度和塔底载荷;风浪方向夹角的影响缺乏明显规律性,设计时应充分考虑0°~90°夹角范围。波浪高度对所有观察变量的影响均较明显,风机上部对波浪高频区更敏感,但基础对低频区更敏感。机舱加速度受浪流影响较大,受风载影响较小;基础加速度对参数相对不敏感。

局部饱和层地下水重力效应的水文地质参数全局敏感性分析

为了分析局部水文重力效应对哪些参数敏感,基于虚拟仿真抽水试验模拟具有解析解的局部水文模型,进行水文地质参数的全局敏感性分析,可定量研究各个参数对模拟水文重力效应的直接影响及参数间相互耦合作用的间接影响。研究使用Sobol法,针对特定水文场景对局部饱和层地下水重力效应的水文地质参数进行全局敏感性分析,结果表明:1)研究案例中,储水系数对于局部饱和层地下水重力效应影响最大,渗透率次之,仪器距离初始水平面的距离影响最小。各参数间交互敏感度较低,“异参同效”性较低。2)参数的变化区间选择应根据现实情况选取适当的范围,选择不当的变化范围对敏感性分析具有较大影响。3)当样本达到一定数量时,样本量的增加对其全局敏感性分析结果并无较大影响,应选择合适的样本量以提高工作效率。研究结果为后续挑选重力敏感参数组,进行基于合成重力观测约束下的水文地质多参数反演以及模拟不同多参数组合的反演结果提供了基础。

活性污泥3号模型全局敏感性分析

全局敏感性分析可用于确定影响活性污泥3号模型(ASM3)预测结果的关键参数,从而提高参数校准的精度和效率。为了获得ASM3全局敏感性分析结果,利用Sobol’s法对ASM3进行全局敏感性分析,确定了影响SNH4、CODT等关键预测结果的重要参数。同时,通过比较使用Morris筛选法和Sobol’s法获得的全局敏感性分析结果,发现当重复次数足够大时,Morris筛选法也是一种可用于ASM3参数优先级排序和参数固定化的可靠方法。

基于APSIM模型的旱地小麦叶面积指数相关参数敏感性分析及优化

为解决作物模型参数率定过程中参数众多导致的敏感参数定位迟缓和调参效率低的问题,本研究运用敏感性分析和智能优化算法相结合的方法对作物模型参数进行调整,以甘肃省定西市安定区李家堡镇麻子川村(2002—2004年)和凤翔镇安家沟村(2015—2017年)大田旱地小麦试验数据(叶面积指数)为参照,利用扩展傅里叶幅度检验法(EFAST),对APSIM-Wheat旱地小麦叶片生长子模型的23个参数进行敏感性分析,得到对模型结果较敏感的部分参数,然后利用粒子群优化算法对部分敏感参数进行优化。结果表明:1)影响旱地小麦叶片生长最敏感的参数依次为叶面积指数为0时最大比叶面积、叶片生长的氮限制因子、出苗到拔节积温、消光系数、拔节到开花积温、蒸腾效率系数;2)旱地小麦叶片生长子模型的参数优化结果:叶面积指数为0时最大比叶面积为26652 mm^(2)∙g^(−1),叶片生长的氮限制因子为0.96,出苗到拔节积温为382℃·d,消光系数为0.44,拔节到开花积温为542℃·d,蒸腾效率系数为0.0056;3)上述参数优化后的叶面积指数实测值与模拟值之间的均方根误差平均值从参数优化前的0.080减小到0.042,归一化均方根误差平均值从11.54%减小到6.11%,模型有效性指数平均值从0.962增加到0.988,优化后叶面积指数的模拟更好。该方法相对于传统的手工试错法,避免了优化参数的不确定性,实现参数自动率定,提高模型参数的率定效率,有利于模型快速地本地化应用,并指导农业生产。本研究方法也对APSIMWheat模型中其他作物模块的参数调整优化具有指导意义。

基于全局敏感性的超网络杀伤网精度映射方法

为解决作战体系的任务成功率研究面临的装备体系融合困难、任务间及其他不确定因素影响作用的问题,提出一种作战体系精度映射方法。通过结合超网络的概念构建作战体系基础模型,映射得到杀伤网模型,引入影响网络的方法,考虑装备特性及其他因素,实现杀伤网到精度网的转换,完成任务成功率的修正,利用全局敏感性分析的方法,开展节点重要度研究。面向打击高价值目标的作战场景,搭建作战体系精度网模型,修正作战任务成功率,实现重要节点筛选。仿真结果表明该方法在作战体系任务成功率研究中具有一定的应用价值。

基于初等效应的全局敏感性量化方法优化及应用

最佳估计加不确定性(BEPU)分析方法已广泛应用于核电系统安全评价,敏感性分析对重要现象和参数进行识别和排序,是BEPU方法中的重要环节。由于通常采用的局部敏感性分析方法对多维非线性系统适用性有限,而全局敏感性分析方法运算成本较高,因此本文在对比了方差分解、矩独立和初等效应的全局敏感性分析方法后,选择基于初等效应的方法通过变化百分比的欧式距离和轨迹法对其进行优化,并通过数值算例验证了优化方法的准确性。最后将方法应用于大破口事故完整性试验台架(LOFT),结果表明优化方法可以在抽样次数大大降低的情况下准确识别重要参数,并得到与原始方法相似的重要度排序结果。

基于改进响应面的邓肯-张E-B模型参数全局敏感性分析

为研究邓肯-张E-B模型参数及参数之间的交互作用对大坝变形的影响,以某均质黄土坝为研究对象,利用改进的响应面方法分析了邓肯-张E-B模型参数的全局敏感性。通过部分因子设计筛选出对土坝变形影响较为显著的5个参数为R_(f)、γ、φ_(0)、K_(b)、K,再利用响应面方法中的中心复合设计对筛选结果做进一步的全局响应面分析,考察参数及参数之间的交互作用对土坝变形的影响。结果表明,R_(f)、γ、φ_(0)是对大坝位移敏感性最强的3个参数,这3个参数之间的交互作用对于大坝变形的敏感性同样重要,且高于单个因素的敏感性,在类似工程计算中应考虑参数之间的交互作用。

基于组分半全局敏感性的燃烧反应动力学模型简化方法

针对目前缺乏对燃烧反应动力学机理中组分重要性判别的诊断方法,本文提出可准确量化组分重要性的半全局敏感性分析方法,并应用此方法简化USCMechII、JetSurF和DME机理,得到的简化机理可分别精确预测乙烯、正庚烷和二甲醚的点火延迟时间.基于组分半全局敏感性方法不仅可以精确评价组分的重要性程度,还可以分辨组分的正负贡献;采用此方法消除不重要的组分,最终得到32组分的乙烯燃烧机理、56组分的正庚烷燃烧机理和32组分的二甲醚氧化机理,并且这3个简化机理也比通过DRG和DRGEP方法得到的简化机理更加紧凑.

基于全局敏感性分析的农村住宅性能优化方法

为了提升农村住宅的采光、能耗和热舒适性等性能,借助Grasshopper平台,选用Honeybee、Ladybug、Octopus插件,提出一种基于树状高斯过程全局敏感性分析的农村住宅性能优化方法;通过构建基准建筑模型,综合分析设计参数对农村住宅性能的影响,并进行多目标优化。结果表明:农村住宅的建筑朝向与建筑高度为影响建筑采光、能耗和热舒适性的关键因素;与基准建筑模型相比,利用所提出方法优化后农村住宅的建筑全年平均有效天然光照度为35.62%,略有增大,建筑冬季采暖能源使用强度为25.30 kW·h/m 2,减小了10%,客厅冬季平均热舒适预计不满意百分比为14.28%,减小了5%。

超深盾构工作井变形影响因素的全局敏感性分析

全局敏感性的分析方法涵盖参数的空间变异性特征。该方法更接近实际情况,近年来在实际工程中越来越受到重视。本文基于某盾构隧道工作井超深基坑工程,通过Plaxis建立三维有限元模型,并与现场实测对比验证,确定模拟计算的准确性。选取地连墙嵌固比、地连墙厚度、砼支撑水平间距、钢支撑水平间距为参数,地连墙最大水平位移和地表最大沉降量为输出响应。采用拉丁超立方采样方法在参数实际值的±20%范围内抽取20个样本点。将样本点输入输出的数据通过MATLAB软件拟合,得到4个输入参数与2个输出响应之间的多元非线性关系式,进而采用Sobol指数法进行基于地连墙水平位移和地表沉降的敏感性分析。得到4种支护参数中敏感性最高的为地连墙嵌固比和地连墙厚度。

基于可控域的定点返回轨道全局敏感性分析

针对载人月球探测定点返回轨道在多变量、多约束的复杂参数空间内参数之间影响关系不确定的问题,对载人探月定点返回轨道的参数敏感性问题进行了研究。基于近月点伪参数,建立了定点返回轨道的可控域计算模型,并提出了一种基于可控域的全局参数敏感性分析方法,以计算得到的可控域集合点构建敏感性分析矩阵,通过基于方差的方法对各参数的敏感性进行求解。在仿真分析中,得到了在给定约束条件下定点返回轨道可控域范围的一般分布规律,并给出了可控域范围内近月点伪参数对终端参数的敏感性指标。相关研究结论可为未来的载人月球探测轨道任务分析与设计提供重要参考。

基于正交试验的半潜式风力机基础参数敏感性分析

针对OO-Star型式的半潜式风力机基础,采用正交试验设计方法来分析吃水、浮筒高度、浮筒宽度、立柱间距和立柱直径5个设计参数的敏感性。基于频域短期预报方法,选用我国南海某海域50年一遇极端条件,从稳性和运动响应两方面评估5个参数的敏感程度。分析结果表明,浮筒宽度是对排水量、垂荡运动和横摇运动最敏感的参数;立柱直径是对初稳性高、面积比和机舱加速度最敏感的参数,对垂荡运动和横摇运动较敏感;立柱间距对横摇运动和机舱加速度最敏感的另一个参数,对初稳性高和面积比较敏感;吃水对所有性能都较敏感。总体来看,基础参数对稳性和运动响应的影响是相对的,参数取值需要综合判断。

基于全局敏感性分析的二沉池一维模型比较研究

二沉池一维模型被广泛用于二沉池设计、管理和优化控制。本文基于全局敏感性分析结果,对四种二沉池一维模型进行了全面比较。研究发现对于四种模型,区域沉降相关参数是影响污泥层高度、底流污泥浓度等模型预测结果的重要参数。对于区域-压缩沉淀模型和Bürger-Diehl模型,在雨天、污泥膨胀等二沉池极端运行条件下,压缩沉降相关参数对二沉池模型预测结果有较大影响。与区域沉降和压缩沉降参数相比,水力弥散相关参数对模型预测结果影响相对较小。

高速列车曲线通过性能分析及脱轨影响因素研究

列车往往会因为线路不平顺或自身运行状态问题发生脱轨事故,由于实际运行情况下列车以编组形式出现,因此对编组列车脱轨评价对象的筛选以及在此基础上的影响因素分析是至关重要的。在SIMPACK中建立编组列车动力学仿真模型,针对脱轨系数和轮重减载率这2种评价指标,采用数值仿真分析方法筛选典型运行状态下8编组列车在不同评价体系下的评价对象,比较轨道不平顺性、轨底坡、运行速度、曲线半径以及曲线超高这5种脱轨影响因素的变化规律,并采用全因子采样的方法对影响因素进行均匀采样,应用Sobol全局敏感性分析方法对影响列车脱轨的影响因素进行权重分析。研究结果表明:在编组列车26种不同工况下,第1节车的相同位置脱轨系数较其他车辆最大,该车前转向架前轮对的轮重减载率及其弯道内侧车轮的脱轨系数最大的情况分别占85%和81%,两者可以作为编组列车脱轨影响因素分析的目标。轨道不平顺性系数和轨底坡对于高速列车脱轨的影响较小,其变化趋势接近线性。运行速度对于高速列车运行安全性的影响最大,其次是曲线半径,然后则是曲线超高。运行速度对于列车运行产生的影响相对较大,即最容易导致列车曲线通过脱轨事故的发生,在实际运行环节中应当予以重视。

基于EPIC模型的冬小麦生长模拟参数全局敏感性分析

模型参数的敏感性分析是模型本地化、区域化过程中不可或缺的重要环节。局部敏感性分析忽略了参数间的相互耦合作用对模型结果的间接影响,从而导致敏感参数选取具有一定的片面性。该研究以河北衡水冬小麦试验区为研究区,使用全局敏感性分析方法分析EPIC模型在冬小麦产量模拟中的敏感参数。研究表明:收获指数(HI)、生长季峰值点(DLAI)、潜在热量单位(PHU)、最大作物高度(HMX)是影响模型本地化最为关键的参数(总敏感指数>0.1);作物的播种日期、收获日期及种植密度是影响区域尺度的作物产量估计最为敏感参数(总敏感指数>0.1)。研究同时表明全局敏感性分析方法可用于作物生长模型本地化、区域化研究,且优于传统局部敏感性分析方法。