小波-ARIMA模型在贵广高铁隧道沉降预测中的应用

针对高铁隧道断面沉降状态的预测问题,提出了一种基于小波分析与自回归移动平均模型(ARIMA)组合的隧道断面沉降预测方法。分别采用ARIMA模型和基于小波分析的ARIMA模型对贵广高铁桂林-恭城路段隧道的沉降数据进行预测实验并对比,结果表明,基于小波分析的ARIMA模型对于高铁隧道断面沉降预测精度提高较大,且稳定性强,可以满足工程需要,是一种有效可行的隧道沉降预测方法。

基于小波分解和ARIMA-GARCH-GRU组合模型的制造业PMI预测

制造业采购经理人指数(PMI)是反映国家经济运行情况的重要指标,而传统预测模型对该类时序数据预测精度不高。针对制造业PMI指数的非线性、波动性和数据量少的特点,提出一种基于一维离散小波变换进行数据预处理的组合模型。时序数据经过小波变换,由整合移动平均自回归–广义自回归条件异方差模型(ARIMA-GARCH)处理稳态低频数据,门控循环单元(GRU)处理波动性强的高频数据,将各频段预测结果进行融合得到最终预测结果。为验证模型有效性,选取一定数据量的PMI指数进行实验。结果表明,与其他常见模型对比,本文构建的组合模型具有较好的预测精度与性能,平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)分别达到0.00329、0.004162、0.65%。

浅水波方程模型与奇非线性行波方程解的动力学行为及精确的参数表示:动力系统方法

首先,介绍在重力作用下,无旋、无黏性和不可压缩的流体的表面波传播的一维(或两维单向)浅水波运动的各种不同模型(PDE),这些模型对应的行波系统一般是奇平面动力系统.其次,用著名的广义Camassa-Holm方程作为例子,通过对应的行波系统的精确解来研究该方程的尖孤子、周期尖波、伪尖孤子、伪周期尖波及有界破缺波解的存在性.第三,应用动力系统分支理论和奇摄动几何理论相结合的方法,建立了奇非线性行波方程研究的理论和方法,介绍奇非线性行波动力学行为的2个主要定理,完整地解决了波的光滑性与非光滑性、完整性和破缺性的判定问题.第四,介绍当伴随正则系统直线解上的奇点是结点时,如何用相轨道识别对应的波形,并研究一个非线性水波方程,获得该系统的各型光滑的孤立波和周期波在不同参数条件下的存在性和精确的参数表示.

面向内流的激波/边界层湍流模型数据同化及应用

为研究压缩拐角激波/边界层干扰问题和机器学习方法在湍流模型参数辨识中的有效性,提出一种面向内流的激波/边界层湍流模型数据同化方法,以Kriging代理模型传播参数不确定量化过程,基于贝叶斯框架构建似然函数作为评判标准,最后利用粒子群优化算法近似获取参数的最大似然估计并进行参数验证。结果表明,通过校准大角度(24°)压缩拐角获取的湍流模型参数,可以应用到相同条件下相对较小的小角度(20°,16°和8°)压缩拐角,获取的壁面压力、摩阻系数和速度剖面均与试验值基本吻合。在Ma=2.85下校准的壁面压力,均方根误差由60.29%下降到16.56%。将大角度下获取的参数应用到Ma=2.9和不同的入射边界层厚度的条件下,获取的壁面压力和速度剖面仍与试验值基本吻合,验证了小范围马赫数内湍流模型参数的适用性。

基于自回归模型的RBCC隔离段激波串位置识别与压力值预估

为了清楚客观地判断火箭基组合循环发动机(Rocket-based combined-cycle,RBCC)隔离段激波串位置,将Ma=6,4,3.5工况下直连试验中实测得到的RBCC隔离段测压点压力数据按照时间的先后顺序排列形成一时间序列,建立自回归(Auto-Regressive,AR)模型并计算赤池信息准则(Akaike information criterion,AIC)值,完成了不同工况下激波串前缘位置的识别。研究表明:当隔离段测压点没有受到激波串影响时,实时压力值仅存在微弱波动,模型AIC值变化较为平稳;当激波串运动至测压点处时,该点压力升高,振荡幅度明显增加,AIC值随之瞬时增大。取同一时间段内发动机沿程测压点中首个AIC值增加500以上,并在不改变工况的情况下始终保持较大值的测点位置为激波串前缘位置。与压比法相比,时间序列分析法能敏感监测到实时压力值的升高和振荡,激波串前缘位置识别更为准确。通过建立自回归模型还可以实现激波串内部压力值预估,记录连续160 ms内Ma=6,4,3.5工况下测压点压力数据,采样频率1 kHz,使用前80 ms数据建立自回归模型,完成后80 ms压力值预估及准确性检验,得到三个工况下预估平均误差分别为3.21%,7.68%,6.49%。

基于复剪切波变换与VGG19模型的医学图像融合方法

针对传统医学图像融合方法存在的细节信息不够清晰、边缘信息易丢失和图像失真等缺点,以及深度学习网络缺乏足够的训练数据集等问题,提出了一种基于复剪切波变换和预训练网络模型VGG19的多模态医学图像融合方法。首先,利用复剪切波变换提取医学图像边缘和纹理信息,并得到多尺度、多方向的子带系数。然后,使用加权局部能量和修正的拉普拉斯算子对低频子带系数进行融合;引入预训练的VGG19提取多层特征图,结合加权评估规则来获取高频子带的融合结果。最后,对融合的高频和低频子带,施加复剪切波逆变换重构融合图像。实验表明,该方法得到的融合图像,不仅可以清晰地显示图像的细节信息和边缘信息,而且能够有效抑制伪影和失真现象的产生,在主观视觉比较和6种客观评价指标下能够达到更佳融合效果。

两种波形分析模型与术中患者血流动力学变化的相关性

目的储存压力波模型巧妙地将动脉系统的功能分为导管功能和储集功能,从而引入更多变量以解释血流动力学的变化。本研究旨在对比储存压力波模型与“金标准”波分离模型在反映患者血流动力学变化的优劣,探究储存压力波模型是否比其他同类型波形分析技术更具价值。方法选取30例进行全身麻醉膝关节置换手术的患者,围绕患者因术中干预而产生血流动力学变化的时间节点,进行动脉压力波形采集,对信号进行预处理后使用上述两种波形分析模型进行分析,引入储存波上升斜率(P_(r)/t_(r))、储波幅值与脉压比值(P_(r)/P_(P))、储存波波峰在心动周期的位置(t_(r)/T)、反向波上升斜率(P_(b)/t_(b))等波形特征参量。使用配对样本t检验对诱导前后和给药前后的生命体征参数、波形参量分别进行比较,并对术中5个时间点的波形参量变化与生命体征参数变化进行Spearman相关性分析。结果诱导前后和给药前后的生命体征参数、波形特征参量的变化具有较高的统计学显著性。波分离模型中仅有P_(b)/t_(b)与心输出量(cardiac output,CO)呈负相关(r=-0.312,P<0.05),其他参量均与术中生命体征参数相关性不高。而储存压力波模型的波形参量中P_(r)/t_(r)与CO、静脉-动脉二氧化碳分压(Pcv-aCO_(2))相关系数分别为-0.766、0.616(P<0.01),t_(r)/T与CO相关系数为0.483(P<0.01)。储存压力波模型特征参量与生命体征参数的相关更加密切。结论储存压力波模型在反映高血压患者血流动力学变化中,比同类型的波形分析技术更具价值。

深海超低频WKB反转简正波模型

提出了一种基于抛物柱函数的深海超低频WKB反转简正波模型。采用比较方程法,选择形式解为抛物柱函数的映射方程,给出了典型深海声速剖面情况下简正波方程的抛物柱函数WKB近似解和近似条件。数值分析了Epstein声速剖面环境下简正波本征函数的全局近似误差,求解了Munk声速剖面环境下的简正波声场。结果表明,所提方法与经典WKB近似方法和Langer变换方法相比全局近似误差更小,并且可将海水层看成一个整体,适用于求解深海超低频声传播问题。

基于空间连续小波变换和电路模型的宁夏沿黄河城市带生态安全格局构建

生态安全格局的构建有助于减缓生态系统退化和生物多样性丧失,对生物多样性保护具有重要意义。现有研究中生态源地识别的主观性较强且源地边界破碎,生态廊道对景观连通性的贡献程度也有待明确。因此,以宁夏沿黄河城市带为例,首先利用空间连续小波变换识别综合生态系统服务突变点,获取生态源地,进而基于电路模型评估功能连通性以提取生态廊道,最后量化生态廊道的连通贡献。结果显示,生态源地占研究区总面积的41.51%,其中草地占比83.27%。相比于直接提取综合生态系统服务高值区,基于空间连续小波变换识别的生态源地能较好的反映局地生态系统特征,并将景观形状指数和分形维数分别降低67.20%和8.06%,减少生态源地边缘长度从而受到外界干扰的可能性更小。生态廊道占研究区总面积的7.42%,是物种迁徙等生态过程的关键通道,有效地增强了区域景观连通性,将等效可能连通性指数和等效整体连通性指数分别提升41.76%和68.68%。生态安全格局主要位于研究区边界地段,整体呈两带分布,为宁夏沿黄河城市带阻挡周围的沙漠,保障中部的城市发展和粮食安全。然而,研究区范围内自然保护区仍存在较为严重的生态系统服务和功能连通的保护缺口。各区域的生态安全格局具备不同的生态功能,需要有针对性的差异化保护、修复与管理。

基于内聚力模型的气波机振荡管304对接钎焊接头拉伸强度研究

气波机核心部件振荡管采用钎焊连接,钎焊接头拉伸性能对气波机结构强度具有重要影响。为了对钎焊接头界面裂纹扩展过程进行探究,笔者针对气波机振荡管钎焊结构,制备304对接钎焊接头试样进行拉伸试验,并对拉伸断口进行形貌分析,断口处表现为韧性断裂;基于内聚力模型,开发了VUMAT子程序,进行了有限元模拟分析。模拟断裂载荷为5 039 N,试验值为5 242 N,2者误差为3.9%,验证了模拟的准确性,结果表明内聚力模型可以较好地模拟气波机振荡管钎焊接头的裂纹萌生与扩展过程。在此基础上研究焊缝缺陷对钎焊接头断裂载荷的影响,发现缺陷处内聚力单元损伤速率加快,引起断裂载荷显著下降。

考虑路径关系的干线多路径绿波优化模型

针对协调路径数目增加后绿波带宽变窄问题,本文提出一种考虑路径关系的多路径协调控制优化模型。分析路径的相关关系,构建上下行分区和路径分解模型;引入子区划分参数,改进经典多路径模型,构建子区内部协调约束;分析路径在相邻子区之间的衔接特征,构建子区间连接性约束条件;综合考虑子路径长度和流量构建权重系数,以各子路径绿波带宽加权和最大为优化目标,建立多路径协调控制优化模型。为验证模型的有效性,选取南京市典型干道为研究对象开展案例分析。实验结果表明,本文提出的模型可以有效增大绿波带宽,相较于对比模型,加权绿波带宽和提高49.44%。利用VISSIM验证了方案的应用效果,仿真结果表明,本文模型方案可以获得更高的通行效益。相较于对比方案,关键路径车均延误和车均停车次数明显降低,干道车均延误和车均停车次数分别降低了20%和27%,车辆平均速度提高了17%。本文模型可为城市道路干线协调控制提供理论基础。

基于同步挤压小波变换和Transformer的轴承故障诊断模型

针对采用神经网络对滚动轴承进行故障诊断时,故障信息利用不充分,特征提取困难的问题,提出了一种基于同步挤压小波变换(SST)-Transformer的滚动轴承智能故障诊断方法。首先,以同步挤压小波变换作为信号处理模块,将一维振动信号转为时频图;接着,设计了一种最大程度保留故障信息的时频图分割方式,将时频图分割为一系列图像块序列;然后,将序列输入到具有强大的处理序列数据能力的Transformer模型中,进行了特征提取;最后,将特征数据输入分类器进行了分类,对比了不同的时频图分割方式的诊断效果,并将SST-Transformer模型与基准算法相比较。研究结果表明:相较于其他分割方式,基于SST-Transformer的滚动轴承智能故障诊断方法的诊断准确率提升了3.45%,并大幅提升了模型训练的收敛速度;相比于其他基准算法,该方法的平均准确率至少提升了1.05%。该方法有较高的诊断准确率和较好的稳定性。

高斯曲率与波域LMS算法相结合的图像去噪扩散模型

本文在充分研究传统PM模型的基础上,针对传统模型在模糊边缘细节等信息的不足,先利用图像的几何属性将高斯曲率作为检测算子引入到扩散模型中,将它作为扩散系数来保护边缘控制扩散,从而建立基于高斯曲率的图像去噪模型。考虑到噪声和图像的重要特征都集中在图像的高频部分,再采用小波变换进行小波分解,提取图像的高频部分,在小波域中运用最小均方误差(LMS)算法设计自适应阈值,进一步控制上述新扩散模型的扩散强度,提升去噪效果,建立基于高斯曲率与最小均方误差法的波域PM改进模型,最后将低频部分和经过新模型处理的高频部分进行小波重构,得到最终的去噪图像。实验结果表明,本文方法不仅能够有效去除图像噪声,同时也提升了对重要信息的保护。

空气波压力治疗仪联合基于应激系统模型的护理在颅脑外伤手术患者中的应用

目的:探讨空气波压力治疗仪联合基于应激系统模型的护理在颅脑外伤手术患者中的应用效果。方法:选取我院2021年7月—2023年7月收治的74例颅脑外伤手术患者,按随机数字法分为对照组与观察组,每组37例。对照组给予常规治疗及护理,观察组在对照组基础上给予空气波压力治疗仪联合基于应激系统模型的护理,比较两组的心理弹性水平、凝血指标、下肢肿胀及下肢深静脉血栓(DVT)发生情况。结果:干预后,观察组患者心理弹性评分高于对照组(P<0.05);干预1周,观察组患者术后PT、APTT值大于对照组,FIB值小于对照组(P<0.05);观察组患者术后下肢肿胀、下肢DVT发生率低于对照组(P<0.05)。结论:空气波压力治疗仪联合基于应激系统模型的护理能够提高颅脑外伤手术患者的心理弹性水平,改善其凝血指标,防止其下肢肿胀及血栓的形成。

柯坪块体最小一维P波速度模型联合反演

利用2018年6月至2020年5月柯坪块体及其周边数字地震台站(38.0°—42.5°N,75.0°—80.5°E)记录的1 002个M_(L)≥2.0天然地震的8 858条P波到时数据,基于Velest算法反演柯坪块体最小一维P波速度模型,同时获得定位结果和台站走时校正。结果表明,重新定位后3种初始模型走时均方根残差均明显减小,台站校正基本呈现出正校正,且以普昌断裂为界,普昌断裂西侧的台站校正程度均大于普昌断裂东侧;重新定位后,震中位置在空间上更加收敛,震源深度趋于正态分布,定位结果有显著改善。

小波分析的自适应卡尔曼滤波模型在地铁隧道变形监测中的应用

为了加强地铁安全保护机制,基于测量机器人智能化、自动化的特点,对某试验区的地铁隧道进行变形监测,选择Trimble S9 HP测量机器人进行数据采集,通过云平台进行数据处理及变形分析,最后利用小波分析的自适应卡尔曼滤波模型对后期形变量进行预测。结果表明,自动测量机器人的测量精度满足隧道监测要求,完成了地铁隧道变形监测的预设目标,分析隧道结构的变形特征并通过小波分析的自适应卡尔曼滤波模型进行变形预测,所得预测数据精度较高,可以为今后工程建设和地铁维护提供参考。

基于模型建构的高中物理教学模式探讨——以“波的干涉”为例

模型建构是物理学科核心素养的重要组成要素,高中阶段学生的科学思维处于不断发展之中,如何通过教学培养学生的模型建构能力是我国科学教育研究者关注的问题.本研究基于建模教学理论,提出强调学生主体、教师主导的“基于模型建构的教学模式”,并以“波的干涉”为例探讨了高中物理模型构建的具体教学流程,尝试为一线教师提供教学参考.

基于Schavemaker模型和小波分析的航空EWIS故障电弧检测技术

针对航空线路系统故障电弧检测问题,在分析故障电弧的成因和基本特征的基础上,设计一种基于小波分析的故障电弧检测算法。分析基于Schavemaker电弧模型的交流串联故障电弧发生电路,采用sym5小波对故障电弧电流数据进行分解,提取出电流的高频部分,并提出基于高频分量d_3标准差的故障电弧检测方法,基于Simulink对该算法进行仿真验证。仿真结果表明:该方法比传统的小波分解后直接设定阈值检测故障电弧方法区分度高,能快速准确地确定故障电弧的存在,为工程实践提供有益参考。

内孤立波速度-高斯函数模型构建与评估

内孤立波一维理论模型已广泛应用在内孤立波的预警预报中,但一方面由于理论模型在计算波函数时高度依赖温、盐数据,需要搭载全水深温、盐观测仪器,经济成本较高;另一方面,理论模型对复杂流场环境的预警预报误差较大,如计算的内孤立波的非线性相速度以及波函数的准确度偏低。本文提出一种速度-高斯函数模型,它根据南海某单个潜标的上层海水实测流速反向推演得到内孤立波的振幅和波函数,再进一步结合一维理论模型计算波致流和非线性相速度等关键参数。对比实测数据与速度-高斯函数模型结果,发现该模型可仅通过海洋上层150 m实测流速实现对全水深波致流的模拟,并且模拟的非线性相速度与实测值相比,误差控制在10%以内。应用速度-高斯函数模型可在复杂的南海实现对内孤立波的准确预警预报,同时无需潜标搭载温、盐观测仪器,大大降低了内孤立波观测成本。

基于缩尺模型试验的波磨形成机制及发展特性

针对铁路系统中广泛存在的波磨现象,采用自行设计的缩尺双盘试验装置,研究了波磨的形成机制和发展特性.首先,描述了缩尺双盘试验装置的组成及功能,校核了其稳定性,并开展了基准试验以验证试验装置用于磨耗分析的可靠性;然后,通过设置荷载及边界条件,利用缩尺试验模型,分析了波磨的形成机制;最后,在初始波磨的基础上,探究了波磨的发展特性及演化规律.结果表明,基准试验中的粗糙度演化趋势与相关文献试验中的粗糙度演化趋势相似,从而表明所建立的试验装置是可靠的,能够用于磨耗演化分析.当不存在轨面凹坑缺陷时,轨轮接触区域随着运行时间的增加会逐渐出现明显接触光带;当施加轨面凹坑缺陷后,轨轮表面接触光带随着运行时间的增加会逐渐消失,且粗糙度呈现近似线性增加.当存在轨面凹坑缺陷时,随着运行时间的增加,轨轮表面会逐渐演化出不均匀磨耗,且不均匀磨耗波长逐渐增大并在后期表现出固定波长特性,这表明轨轮表面形成了初始波磨.波磨形成试验表明,在轨面固定缺陷激励下,轮轨接触区域发生的非均匀材料磨耗导致了波磨的生成.波磨发展试验表明,随着运行时间的增加,轨轮表面波磨波长会逐渐增大并最终趋于稳定,波磨粗糙程度也会逐渐变大并最终趋于恒定.