基于希尔伯特-黄变换与小波分析的降雨序列多时间尺度研究

[目的]对比分析不同方法在多尺度周期计算性能方面的差异,为区域水文周期分析方法的选择提供更多参考。[方法]利用2组已知周期和趋势特征的人工序列,对基于多元经验模态分解(Multivariate Empirical Mode Decomposition,MEMD)改进的希尔伯特—黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)与小波分析在多尺度周期计算性能差异上进行了测试、对比与分析;并在此基础上,使用改进的HHT(后称HHT)进一步分析了毛乌素沙地11个站点39年降雨序列的多时间尺度特征。[结果]对于人工序列,小波分析(对称延拓)结果偏大,与预设周期存在显著差异(Sig.=0.003<0.05);而HHT和小波分析(周期延拓)的周期结果与预设周期没有显著差异,且HHT精度(Sig.=0.142>0.05)要略高于周期延拓小波(Sig.=0.109>0.05)。对于实测降雨序列,HHT显示毛乌素沙地的降雨主周期存在明显区域差异:腹地站点降雨主周期为5.5 a,而边缘站点为2.7~3.3 a;分解后的残差分量表明了沙地降雨在时间上呈上升趋势,而空间上呈现由东到西逐渐减少的分布状态。[结论]HHT因其自适应性,无需考虑众多参数的选取,在保持精度的同时可以提取更多水文信息,在区域降雨序列多尺度分析上更具优势,因此具有重要的实际应用价值。

基于小波分析的空心电抗器匝间短路磁场探测方法研究

为了解决目前干式空心电抗器匝间短路检测方法灵敏度和准确度不足的问题,根据故障发展期探测线圈感应电压的异常变化,提出一种新的基于小波分析的空心电抗器匝间短路磁场探测方法。首先,对电抗器故障发展期探测线圈电压信号进行仿真分析,得到电抗器不同位置匝间短路时探测线圈信号变化特征。再基于信号分解小波系数中有用信号与噪声相对比值最大的原则,逐层自适应选取最优小波基函数,利用小波变换对信号进行阈值去噪,提取故障特征量从而实现对电抗器匝间短路发展期及时准确地判断,避免故障进一步发展。通过搭建电抗器匝间短路故障检测系统实验平台,验证了基于小波分析磁场探测法的灵敏度和可靠性,为电抗器的安全稳定运行提供有效保障。

超声造影联合剪切波弹性成像技术对肝脏良恶性肿瘤诊断价值的Meta分析

目的 研究超声造影(CEUS)联合剪切波弹性成像(SWE)对肝脏肿瘤的诊断价值。方法 本研究根据PRISMA指南完成,PROSPERO注册号:CRD42023491288。检索Pub Med、Embase、Cochrane Library、中国知网、维普、万方数据库关于CEUS联合SWE诊断肝脏肿瘤的文献,检索时限为2000年1月—2023年10月,经筛选共纳入12篇文献,包含1 328例患者。以QUADAS-2工具对纳入的文献进行质量评估。采用Stata 15.0软件计算合并灵敏度、特异度、阳性似然比、阴性似然比、诊断比值比及异质性,绘制综合受试者工作特征曲线(SROC)并计算曲线下面积(AUC)。结果 纳入病例中,包含病灶1 457个,其中恶性病灶764个,良性病灶693个,阳性率为52.44%,阴性率为47.56%,计算得到合并灵敏度、特异度、阳性似然比、阴性似然比、诊断比值比分别为0.94(95%CI:0.91~0.96)、0.92(95%CI:0.87~0.95)、12.00(95%CI:7.40~19.40)、0.06(95%CI:0.04~0.10)、191(95%CI:87~417),异质性检验结果为Q=54.78,df=11.00,P<0.001,I2=79.92%,95%CI:69.18%~90.66%,AUC为0.98。结论 CEUS联合SWE技术对于肝脏良恶性肿瘤具有较高的诊断价值,值得临床推广使用。

起伏地形多道面波分析方法

传统多道面波分析方法不适用于起伏地形条件,限制了其的应用场景.首先,基于聚束分析原理,提出了一种适用于地表起伏、地层界面水平的地质模型的多道面波频散曲线正演方法.数值分析结果表明,相对基于水平地形假设的传统频散曲线正演方法,本文方法正演的频散曲线与模拟地震记录提取的频散曲线吻合度更高.其次,提出以地层横波速度和地层界面高程为反演参数的反演策略,实现起伏地形多道面波频散曲线反演.通过起伏地形下模拟地震记录反演结果可知,相比传统多道面波分析方法,利用本文建立的起伏地形多道面波分析方法获得的横波速度剖面与地质模型一致性更好,验证了方法的有效性.

基于振动信号和同步压缩小波变换的电动机测速方法及实验分析

针对部分工业现场电动机无法安装测速传感器,提出一种基于振动信号和同步压缩小波变换的电动机测速方法。对电动机振动信号进行Hilbert变换得到包络信号,解调出其中与转速相关的振动分量;利用同步压缩小波变换分析计算出包络信号的时频图;引入脊线的四分位距和方差对代价函数法进行改进,并利用该方法提取基频振动分量的时频脊线,得到电动机的转速曲线,达到无转速计测速的目的。实验与仿真分析表明,所提方法无论在稳态还是在非稳态工况下都能准确检测出电动机转速,且误差不超过5%。该方法的研究与实践过程可加深学生对调制解调、时频分析等理论知识的理解,提高理论联系实际的能力。

早期高血压弦脉脉象特点及其瞬时波强技术参数特征分析

目的:应用瞬时波强(WI)技术探测早期高血压弦脉患者颈总动脉各参数,分析早期高血压弦脉的脉象特点;提取弦脉脉象判别的特征参数,探讨早期高血压弦脉患者颈总动脉WI参数的特点,以期为弦脉的精准分型及信息解读提供客观依据。方法:选择52例早期原发性高血压弦脉、50例生理性弦脉、50例平脉受试者,分析其颈总动脉的WI参数,总结早期高血压弦脉的脉象特点,并运用SIMCA14.1统计软件提取脉象分型的主参数。结果:早期高血压弦脉组与平脉组及生理性弦脉组比较,瞬时加速度波强(W1)、负向波面积(NA)值增高,W1-W2间期降低(均P<0.01);而平脉组与生理性弦脉组W1、NA、W1-W2间期比较,差异均无统计学意义(均P>0.05)。平脉组、生理性弦脉组、早期高血压弦脉组的血管压力应变弹性模量(EP)、脉搏波传导速度(PWV)、血管硬化参数(β)数值均逐渐增高(均P<0.01)。平脉组血管顺应性(AC)高于其他2组(均P<0.01),生理性弦脉组AC高于早期高血压弦脉组(P<0.05)。3组R-W1间期比较差异无统计学意义(P>0.05)。基于主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA),生理性弦脉组与平脉组样本区分明显,表明2组WI各参数比较差异均有统计学意义(均P<0.05),特征性的WI参数[投影重要性(VIP值)>1]为EP、PWV、β、AC,其中贡献率为EP>PWV>β>AC。基于PCA和OPLS-DA,生理性弦脉组与早期高血压弦脉组样本区分明显,表明2组WI各参数差异均有统计学意义(均P<0.05),特征性的WI参数(VIP值>1)为EP、PWV、NA、W1、β,其中贡献率为EP>PWV>NA>W1>β。结论:区分早期高血压弦脉组与生理性弦脉组的WI特征性参数为EP、PWV、β、NA、W1。区分平脉组与生理性弦脉组特征性参数为EP、PWV、β、AC。WI技术可为脉象的精准分型和信息解读提供客观依据,值得进一步推广应用。

气候政策不确定性与传统国际能源价格的影响关系研究——基于TVP-VAR模型和小波相干性分析

基于2010年1月到2022年12月3种国际代表性传统能源煤炭、原油和天然气期货价格,以及反映气候转型风险的气候政策不确定性指数月度数据,运用TVP-VAR模型和小波相干性分析法研究了气候政策不确定性与3种传统国际能源产品价格之间的影响关系。结果表明:(1)3种代表性能源品价格与气候政策不确定性指数之间存在着相互影响的时变关系,并呈现出显著的正、负交替的差异性特征,且原油和天然气分别与另两种能源品在不同滞后期和不同时点上的表现存在差异;(2)能源品价格与气候政策不确定性指数之间相互的冲击效果均在短期和中期效果不明显,在长期效果最为明显,并且在重要气候事件节点上,冲击效果更加明显;(3)能源品价格与气候政策不确定性指数在不同时域上,中期和后期较为明显;在不同频域内,低频和中频区相干性较为明显,总体表现为能源品价格引导气候政策不确定性指数变化。

基于小波多尺度分析大气边界层高度提取方法研究

大气边界层物理演变特征及复杂边界层结构对大气污染过程的影响机制研究中,迫切需要边界层精细化结构的探测手段。通常使用梯度法和小波协方差变换法的方式进行边界层高度提取,但由于该方式容易受到噪声和气溶胶层结构的影响,实验误差较大。提出使用小波多尺度分析方法细化边界层特征结构,从而筛选出有效的细节信息,提高对探索边界层高度的准确性。此外,基于GBQ L-01激光雷达设备实测合肥地区全天气溶胶分布情况,使用小波多尺度分析方法分析对应的平行分量距离平方矫正信号、垂直分量距离平方矫正信号和退偏振比全天分布情况。实验结果表明,该方法准确性高,与梯度法、小波协方差法相比具有更高的稳定性与连续性。对特殊时间点进行数据分析,明确主要影响边界层高度的主要因素,并确定各个时间段的大气边界层高度值。

黄河源区汛期降水径流序列多尺度小波分析

基于黄河源区15个地面站点日降水数据、唐乃亥水文站逐日径流数据以及小波分析方法,分析了黄河源区1961—2020年汛期降水和径流的周期规律、变化趋势及相关关系。结果表明,1)黄河源区近60 a汛期降水、径流均存在多时间尺度的变化特征,且不同时间尺度汛期降水、径流丰枯变化趋势均不同;2)汛期降水、径流序列均具有63 a左右、35 a左右特征时间尺度的主周期,两个时间尺度下的平均周期分别为41、25 a左右,汛期降水、汛期径流具有一定的正相关性;3)在63 a特征时间尺度可预测2020年之后未来5~10 a内黄河源区汛期降水、径流整体均呈减小趋势。

脉动热管温度信号的小波分析及流型识别

脉动热管中的温度波动信号具有较复杂的瞬态波动特征,采用连续小波变换方法可以较好地分析此类信号特征。采用全玻璃脉动热管,在可视化实验基础上,应用小波分析方法,重点研究PHP温度振荡信号及流型识别。结果表明,采集频率、管壁材料以及热通量等会影响温度信号的主频值。当热通量较高(q=2.65~3.18 W/cm^(2))时,1 Hz的采集频率容易导致信号失真,应采用10 Hz及以上的采集频率。玻璃管的热惰性会导致温度信号失真,尤其在高热通量(q=2.65~3.18 W/cm^(2))时不可忽略。总体来看,随着热通量的增加,蒸发温度波动幅度减小、频率增加。当热通量从0.35 W/cm^(2)增加到3.18 W/cm^(2),流体温度信号的主频值从0.02 Hz增加到3.88 Hz。相应地,管内流型由弹状流逐渐向环状流转变,并出现单向大循环流。由管内流体温度信号求得的主频值可推广至铜管或其他金属材料的脉动热管,有助于识别其内部流型及流态变化,更好地理解其传热特性。

轻骨料水泥基多功能吸波材料的制备及有限元分析

为分析轻骨料种类及粒径对吸波材料性能的影响,采用五种从微米级至毫米级粒径的轻骨料制备了轻质水泥基吸波材料,测试其电磁参数和反射损耗(RL),采用有限元分析方法构建了二维截面模型,模拟吸波材料内部电磁场分布情况,并测试了吸波材料的力学性能和导热系数。结果表明,增加轻骨料掺量和增大粒径可改善水泥基材料的阻抗匹配性能,提升平均RL,拓宽有效吸波频宽,吸收峰向高频移动。20 mm厚度时,吸波材料在低频1.2 GHz处最优RL为-29.1 dB,在较高频5.9 GHz处最优RL为-20.9 dB,有效吸波频宽最宽可达14.49 GHz。有限元模拟结果表明,轻骨料可改变电磁波传输方向,增加电磁波损耗途径,相邻骨料之间可产生较强损耗,其次是在骨料内部产生损耗,这为骨料种类、粒径选择与轻质吸波材料设计提供理论基础。增大轻骨料粒径会降低吸波材料的密度、力学强度与导热系数,使其吸波效能更好,保温效果更优。

基于PW-Maankenall和小波分析法的山东黄河段水沙变化

分析黄河水沙特征变化,对中下游农业灌溉、耕地资源管理配置等具有指导意义。文章基于黄河山东段逐年径流量、输沙量数据,运用PW-MaanKendall、Morlet小波分析方法,对1961—2020年间水沙变化规律进行解析。结果表明:近年来黄河山东段径流量、输沙量均呈现显著减少趋势,径流量与输沙量变化周期同步,以2~4a短周期为主,次周期为8~12a。研究结果为河道治理及防洪提供参考。

基于小波分析的输电线路故障识别检测

在输电线路故障识别的过程中,容易受到高频干扰信号影响,导致降低识别检测结果的准确性。因此,该文提出了基于小波分析的输电线路故障识别检测方法。分析输电线路故障信号奇异性,计算故障暂态信号的小波包能量,构建小波窗函数,以突变特性信号下的过电流为识别判据,检测输电线路故障情况,识别冗余信号,避免检测结果受到高频干扰信号影响。实验结果表明,该方法检测的输出电流波动范围与实际电流波动范围一致,说明识别检测精准度较高。

基于小波分析的输电线路单端故障定位方法

为精准判别输电线路单端故障的位置,提出基于小波分析的输电线路单端故障定位方法。联合零序电压与故障绕组系数,求解输电转矩指标的取值范围,完成对单端故障暂态特征量的计算。分别从连续小波变换、离散小波变换两方面来完善小波分析理论,获取故障暂态特征量指标的实际取值范围,并以此为基础,确定暂态定位参数的具体取值结果,实现对输电线路单端故障行为的全局定位。实验结果表明,小波分析理论作用下,单端故障节点处最大电压检测差值为5 V、最大电流检测差值为0.1 A,误差较小,符合精准判别输电线路故障的应用需求。

地震面波和P—导波正演模拟与波场分析

面波和P—导波是两种与边界有关的波动现象,是近地表地震波场的重要组成部分。为研究面波和P—导波的产生机制和传播规律,本文采用高阶交错网格有限差分算法,在把数值模拟中遇到的数值频散、边界条件等问题解决的基础上,设计不同厚度和不同弹性参数的介质模型进行正演模拟,并在正演结果的基础上提取频散剖面、振幅随炮检距变化曲线等进一步分析。当地表存在低速薄层,且来自同一震源的P波和SV波的相速度大于下伏高速层S波速度小于其P波速度时,会产生P—导波。在高泊松比(大于0.4)介质中,面波和P—导波的相速度分别对S波和P波速度敏感,两者通常携带了不能从折射波和反射波中获得的近地表信息,通过适当的采集、分析和反演能够建立高分辨率近地表模型。本文总结了在同一震源下激发生成面波和P—导波的产生条件和波场特征,加深对面波和P—导波传播规律的认识,为反演和去噪研究奠定基础。

周期性堆载体Rayleigh波减振特性分析及试验研究

为了揭示周期性堆载体Rayleigh波的振动作用波特性,实现对低频表面波的有效衰减,研究了衰减域内的减振机理及效果。首先,构建传输模型,确定了合适的堆载几何尺寸。其次,基于复频散曲线和频域曲线,分析了堆载高度和弹性模量影响下振动波的作用规律及其衰减效果。最后,开展缩尺扫频试验,调取X、Z方向的加速度数据绘制频域曲线,并与复频散曲线做进一步对比分析,研究了各衰减域减振机理。结果表明:扫频试验结果出现了X、Z方向衰减域不一致的现象,不同方向的衰减域恰好与复频散曲线中的衰减域内作用波型一致,X方向会出现一个低频段衰减域,Z方向会在第2衰减域终止频率时出现衰减减弱趋势;进一步说明周期性堆载体可以激发出水平极化共振衰减域和Bragg散射衰减域;而高度是影响伪表面波的重要因素,表现为高度高,容易在第1衰减域内产生伪表面波,高度低,容易在第2衰减域内产生伪表面波;弹性模量是影响高速伪表面波的重要因素,表现为当其达到混凝土弹性模量单位数量级(10 GPa)时,第3衰减域可能会出现高速伪表面波作用范围,否则,将直接进入SV波和P波耦合作用的凋落波模态。研究结果将进一步启发环境隔振领域利用表面波阻块开展减振工作。

基于小波分析的智能电能表动态测试信号模型与误差分析

针对电能表动态误差测试问题,文章采用小波分析对采集到的加热炉负载等三种实际工况信号进行了分解,提取了时域及时频域的特征,从幅值和频率两个维度总结提取了包括幅值变化、低频稳态、高频稳态、高频暂态在内的四类测试信号,能够全面表征多种动态信号的特性,并且采用薄板样条插值建立了包络信号,幅值上升、下降、中断、谐波、间谐波、冲击的七种单一测试信号模型,在搭建好的动态信号测试平台上实验并分析了单一测试信号的参数对误差的影响,结果表明幅值变化和包络、间谐波对电能表计量误差影响较大。通过单一测试信号的参数调整以及多种信号的复合进一步建立了复合测试信号模型,可逼近现实工况信号,遍历各种工作模态,对采集到的激光切割机负荷进行误差预测与补偿,模型预测误差的结果验证了复合测试信号模型的正确性,可为电能表动态误差研究提供依据。

小波分析方法在金融股票数据预测中的运用分析

随着时代的不断发展以及经济发展水平的不断提高,我国金融证券市场愈发成熟,规模不断扩大,对金融证券市场趋势与走向进行科学的预测分析是保障市场经济效益的关键所在。本文运用小波分析方法对金融股票数据进行预测,从样本选择与数据预处理入手,结合实际给出了小波分析指标设计方案以及神经网络参数构建要求,同时从模型反馈情况以及分析误差比对两方面进行了结果分析与探讨,以期为有关从业者提供参考。

利用调频连续波雷达测距讲解频谱分析

分析模拟信号的频谱是离散傅里叶变换(DFT)的一个重要应用,也是本科“数字信号处理”课程的重要知识点。以调频连续波雷达测距为例,结合具体参数讲解“数字信号处理”课程中频率估计、频率分辨率和栅栏效应等知识点,探索如何结合工程案例提升专业课程的教学效果,不仅促进了学生对相关知识的理解,还让学生深刻体会到理论结合实际的重要性。

基于小波分析的智能轮胎磨损和载荷的检测方法

为了获取轮胎运行状态下的状态信息,提出了一种基于小波变换的智能轮胎磨损和载荷检测方法,用于实时检测轮胎的载荷和磨损状态。为研究轮胎在运行时胎面的震动情况,通过贴装于轮胎内壁中央的三轴加速度传感器获取加速度波形,再通过莫尔斯小波多尺度分析轮胎接地点处的胎面震动情况,提取特征,输入BP神经网络,获取检测结果。结果表明:所提出的算法可以较为精确地监测轮胎的磨损和载荷状态;在90%以上的情况下,可以实现磨损绝对误差在0.3 mm以内,载荷绝对误差在12 kg以内。为车辆提供关键轮胎信息,助力安全驾驶,有广泛的应用前景。