基于改进CSM模型的硬岩掘进机刀盘危险点应力分析方法

TBM刀盘受载后的危险点应力获取缺少直接的测量方法,工况复杂的情况下也难以测量,这就制约了刀盘载荷分析在刀盘寿命分析及其再制造方向上的应用问题,为此本文提出了一种基于改进CSM模型的TBM刀盘危险点应力分析方法.在CSM模型基本压力假设的基础上,提出了滚刀刀刃侧面基本压力的概念,推导计算了滚刀刀刃侧面受到的压力和摩擦力,并将二者逐个引入CSM模型中的三向力的计算,建立了改进的CSM模型;通过与公开的滚刀载荷实验数据对比,计算得到的三向力误差均在5%以内,弥补了CSM模型不能预测侧向力的不足.基于改进的CSM模型,通过分析滚刀载荷三向力的差值关系,建立了滚刀载荷差值与滚刀刀间距离的指数关系,得到了计算刀盘滚刀载荷的理论模型,使用ABAQUS的实体耦合功能,加载上各滚刀的载荷,分析整个刀盘的载荷分布,进一步获得刀盘危险点的位置.由此建立了一套刀盘滚刀群载荷获取及危险点应力分布计算的方法.通过与辽宁大伙房水库引水隧道工程中公开的实验数据及危险点统计数据对比,验证了基于改进CSM模型的TBM刀盘危险点应力计算方式的有效性.该研究对经典的CSM模型进行了改进,所提出的刀盘危险点的应力分析方法可为刀盘再制造寿命预测提供可靠的载荷分析依据,并指导刀盘服役阶段的操控参数设置.

基于改进N-K模型的地铁盾构掘进安全风险耦合研究

为预防和控制地铁盾构掘进施工过程中的关键安全风险,并精准判断哪些风险耦合情境是导致事故发生的显著情境,提出改进N-K模型研究地铁盾构掘进安全风险耦合;综合运用文献研究、事故案例、专家访谈等方法,辨识地铁盾构掘进的关键安全风险因素;基于N-K模型提出新的地铁盾构掘进安全风险耦合评估模型,并选用安全事故案例验证该模型的适用性。结果表明:辨识得到地铁盾构掘进关键安全风险因素清单,包括4类一级风险因素,21个二级风险因素;地铁盾构掘进施工安全风险随着耦合因素种类的增加而变大,4因素风险耦合值最高,3因素风险耦合值次之,双因素风险耦合值最低,作业人员安全意识薄弱和机械故障参与作用的耦合情境更容易发生安全事故。

基于统计损伤修正的冻结砂—黏混合土改进Duncan-Chang模型

为描述冻结砂—黏混合土的偏应力—应变关系,进行不同含砂量冻结砂—黏混合土的冻土三轴压缩试验。基于改进的Duncan-Chang模型(D-C模型),引入统计损伤理论,拟合三轴压缩试验结果,分别建立以Mises强度准则和应变发展为微元强度变量的统计损伤修正模型,对比计算结果与试验数据。结果表明:冻结砂—黏混合土偏应力峰值随含砂量的增加而增加,偏应力—应变曲线由应变硬化型逐渐过渡到应变软化型的临界含砂量为50%。当含砂量介于20%~60%时,基于统计损伤理论的修正改进D-C模型能有效拟合应变硬化型曲线和具有轻微应变软化现象的偏应力—应变曲线。当含砂量为90%时,基于应变发展的统计损伤修正模型的偏应力峰值与试验结果相差3%,具有较强适用性。该结果为不同微元强度变量的统计损伤修正模型提供参考。

基于Sentinel-1/2改进极化指数和纹理特征的土壤含盐量反演模型

目前Sentinel-1/2协同反演植被土壤含盐量的研究大多是基于Sentinel-2光谱信息和Sentinel-1后向散射系数,没有考虑Sentinel-2光谱信息容易受土壤亮度等信息影响,Sentinel-1后向散射系数容易受土壤粗糙度和水分影响。为进一步提高Sentinel-1/2协同反演植被土壤含盐量的精度,用水云模型对雷达卫星后向散射系数进行校正,消除植被影响;然后协同Sentinel-2纹理特征,基于VIP、OOB、PCA 3种变量筛选和RF、ELM、Cubist 3种机器学习回归模型构建植被土壤含盐量反演模型。研究结果表明:经过水云模型去除植被影响后的雷达后向散射系数及其极化组合指数与土壤含盐量的相关性有一定程度的提高。不同变量选择方法与不同机器学习方法耦合模型在反演土壤含盐量中,OOB变量筛选方法与RF、ELM和Cubist 3种机器学习方法的耦合模型精度最佳,建模集和验证集的R2都在0.750以上,且验证集的RMSE和MAE均最小;其中OOB-Cubist耦合模型精度最高,且R_(v)^(2)/R_(c)^(2)为0.955,具有良好的鲁棒性。研究可为机器学习协同物理模型、光学卫星协同雷达卫星在土壤含盐量反演中的进一步应用提供思路。

基于改进潜能模型的城市公园绿地可达性评价与优化布局研究——以重庆市江津区为例

城市公园绿地空间布局因城市的自然条件和社会经济条件不同而具有差异性.当前国内外研究多聚焦发达地区和大城市,而小城市和典型城市的公园绿地可达性研究鲜见,且在案例代表性和数据精度方面还有一定的局限性.选择西南山地类型的重庆市江津区中心城区为案例,以居民小区出入口与公园绿地出入口为研究主体,构建改进潜能模型和网络分析方法,揭示其空间特征和存在问题,参考位置分配模型与调研结果,得出优化布局方案并检验.结果表明,江津区中心城区城市公园绿地布局与服务水平空间差异明显.提出拟新建7个游园与5个社区公园,并将部分公园绿地进行合并扩建或新增出入口.

基于改进A*算法的高速公路选线决策辅助模型

为提高山区高速公路选线的智能化水平,基于改进A*算法对高速公路选线决策辅助模型进行了分析。提出了高速公路选线的平面约束指标和纵断面约束指标;根据山区高速公路选线实际情况,从估价函数、搜索范围、搜索方向、数据结构、优化方法等方面对传统A*算法进行了改进,建立高速公路选线决策辅助模型;并通过实际案例验证了该模型的有效性。研究结果表明:与传统A*算法相比,改进A*算法在搜索时间、搜索次数、搜索节点数方面分别降低了约75%、48%、44%;路线优化后的总转折角度和长度分别降低了约83%和17%;高速公路选线决策辅助模型能有效地处理自然环境复杂条件下的选线问题,具有较高的实用价值。

基于改进麻雀搜索算法的水质模型多参数反演

水质模型参数取值对模型的模拟精度影响很大,为提高BOD-DO水质模型参数反演精度,首先在DobbinsCamp BOD-DO水质模型的基础上,以BOD和DO浓度计算值与实测值之差的加权平方和最小为目标函数,构建了Dobbins-Camp BOD-DO水质多参数反演模型;然后针对麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)求解精度低、稳定性不足和易陷入局部最优等问题,引入Sine混沌映射和对立学习、转移概率以及差分变异3个策略,分别从提高初始种群多样性、扩大搜索空间以及增强种群跳出局部最优的能力三方面对SSA算法进行改进,提出了一种多策略改进的麻雀搜索算法(Multi-strategy Improved Sparrow Search Algorithm,MISSA),并将其应用于Dobbins-Camp BOD-DO水质多参数反演模型的求解;最后通过数值实验将得到的反演结果与SSA算法、模拟退火算法、粒子群算法、遗传算法四种优化算法进行对比,并探讨了参数初值选取和观测噪声水平对反演结果的影响。结果表明:MISSA算法的计算性能明显优于对照组中的4种算法,且能显著降低初值选取对BOD-DO水质模型参数反演结果的影响,当观测数据的噪声水平不超过5%时,MISSA算法可有效提高反演结果的稳定性。该结果验证了MISSA算法在反演Dobbins-Camp BOD-DO水质模型参数的有效性,为水质模型参数求解提供有益参考。

改进的容量约束设施区划模型的算法及应用

针对经典的容量约束设施区位模型(CFLP)缺少考虑公平、效率与服务质量三方面的因素,以及平衡三者关系的问题,文章提出了引入覆盖半径ϕ、最低覆盖率μ、设施建设成本CAP对模型进行改进,算法的求解实质是求解线性规划问题的最优解。根据以上方法进行案例区的计算验证,实验结果表明,与传统模型算法相比,改进的CFLP模型通过灵活选择设施的服务半径和覆盖率参数求解计算,能较好地兼顾服务成本、服务质量和空间公平性三者之间的关系,并可于5s内得出最优解,相比传统算法150s的平均计算时间,有显著的提升,对城市公共服务设施的布局优化具有较高的实用价值。

基于改进Yolov5模型的纱筒余纱量检测方法

为实现针织圆纬机纱架上纱筒余纱量的实时检测,提出一种深度学习与传统图像处理相结合的检测方法。通过优化Yolov5的主干网络并加入Shuffle-Attention注意力机制,利用改进后模型在图像中检测并框出纱筒位置;然后利用透视变换、均值偏移、canny轮廓检测、闭操作等处理获取纱筒内外圆轮廓,设计基于梯度下降的圆拟合算法,拟合纱筒内外圆的轮廓,得到纱筒的内外圆半径;最后结合小孔成像的原理完成纱筒余纱量的测量。结果表明:改进后的Yolov5模型在纱筒检测精度上达到99.5%,检测速度可达20帧/s,同时模型参数减少至3.255×106可检测的最小纱筒余纱量为3 mm,当纱筒余纱量小于3 mm后,将其视为空筒,进行延时更换。本文算法拟合圆所花费时间是传统霍夫圆检测算法的1/4左右,因此可满足针织车间的实际应用需求。

基于有限时间干扰观测器的改进模型水下机器人自适应鲁棒容错控制

针对无人水下机器人(unmanned underwater vehicle,UUV)工作中存在的执行器故障,在系统不确定性与外界干扰下,提出一种基于有限时间扰动观测器(finite time disturbance observer,FTDO),并结合改进模型的自适应鲁棒容错控制方法。一方面,FTDO能在有限时间内对外界环境干扰进行估计;另一方面利用滑模控制加上径向基神经网络(radial basis function neyral network,RBF)的万能逼近特性,建立带有执行器故障的输入补偿;其中改进模型的引入解决了系统不确定性导致的输入饱和,提高了稳定性与鲁棒性;其次采用一种新型的双幂趋近律使滑模量在更短时间收敛到稳态误差界内;仿真与水池实验结果表明了所提方法相对于滑模控制有着更好的容错效果。

基于非线性干扰观测器的IPMSM改进无模型滑模控制

针对内置式永磁同步电机参数摄动导致模型不确定而影响系统控制性能的问题,提出一种基于非线性干扰观测器的内置式永磁同步电机改进无模型滑模控制方法。首先,建立考虑参数摄动的内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)新型超局部模型;其次,利用改进滑模趋近律设计滑模控制器作为无模型控制中的反馈控制器;然后,设计非线性干扰观测器来观测估计无模型控制中的未知复杂项;最后,与传统无模型滑模控制方法进行仿真实验对比。仿真实验结果证明所提方法能有效解决系统参数摄动影响电机控制性能等问题,验证了所提方法的有效性及优越性。

压缩空气储能地下储气库热力学改进模型研究

【目的】明晰地下储气库的热力学过程是压缩空气储能(compressed air energy storage,CAES)电站安全设计与运行调度的重要基础。【方法】现有地下储气库热力学模型在计算热量交换时,存在高压储气阶段热损失偏大和低压储气库阶段补热过多的不足。本文在全面分析地下储气库热力学模型理论基础合理性的前提下,先分析储气库热量计算偏差的形成根源;再提出改进模型。【结果】研究结果表明:现有的热力学计算解析模型忽略了CAES地下储气库在运行过程中温度分布的不均匀性,这种温度分布的不均匀导致储气室洞壁与压缩空气之间的对流换热模型失真,导致温度计算结果偏差大。考虑混合对流换热的改进模型二可以较好地解决储气阶段温度计算结果与真实结果之间偏差过大的问题。算例分析证明了改进模型二的合理性。【结论】本文的改进模型二可为CAES地下储气库容积优化设计与效率分析提供计算依据。

基于扩张状态观测器的永磁直线同步电机改进模型预测电流控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)模型预测电流控制(MPCC)中存在的电流脉动过大、在线计算复杂的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的改进MPCC策略。利用最优电压矢量相角和重新划分后的电压矢量扇区,改进第一电压矢量的选取方式,减小第二电压矢量选择范围,以实现电压矢量的快速选取,进而降低电流脉动。同时,为了提高PMLSM抗负载扰动能力,通过ESO对扰动进行观测,将观测到的扰动转换为电流进行补偿,提高系统的鲁棒性,且补偿电流可起到进一步减小电流脉动的作用。仿真结果表明,所提出的控制方法切实可行,与MPCC相比,基于ESO的改进MPCC系统具有更好的控制性能、更小的电流脉动和较强的鲁棒性能。

基于改进潜能模型的南康家具物流园区空间可达性分析

潜能模型作为测度空间可达性的重要模型,广泛应用于医疗教育、公园绿地等公共设施可达性分析中。以家具物流园为切入点,在物流园区占地面积影响因素的基础上加入物流企业数量因子,构建改进潜能模型测度其空间可达性。同时结合地理信息系统(GIS)插值方法进行可达性等级划分,并在出行时间测算中引入货车限行影响因子。以南康区为例进行家具物流园空间可达性验证分析。结果表明:南康家具物流园区潜能分布较为平衡,中部物流商贸城和红土地物流园作为成熟的物流园其潜能值最大,物流园区空间可达性分布差异不明显,大致呈现出中东部高、周边低的分布格局。

基于改进ATSS模型的水稻叶片病害检测

针对传统水稻病害诊断方法依赖人工、容易误判等缺点,提出一种基于ATSS的水稻叶片病害检测模型。首先收集白叶枯病、胡麻斑病、叶瘟病这三种病害图像,构建水稻叶片病害图像数据集。然后在原ATSS模型的基础上,网络Neck部分采用FPN-CARAFE模块代替特征金字塔网络FPN,以减少上采样过程中的信息损失。同时,为提升模型的检测效果,回归分支的损失函数采用CIoU损失函数代替GIoU。改进ATSS模型的平均精度均值可达74.0%,相比于原ATSS模型提升了3.5%。与模型Retinanet、Faster R-CNN、Cascade R-CNN、FCOS、TOOD相比,改进ATSS模型取得了最高的检测精度,且在检测精度和速度上取得了最高的权衡。实验结果表明,改进后的模型能对水稻叶片病害有效检测。

基于Energetic和改进Jiles-Atherton-Sablik模型的电工钢片动态磁致伸缩特性模拟

准确模拟电工钢片的动态磁致伸缩特性是电工装备铁心振动和噪声分析的关键步骤。该文提出一种基于Energetic磁滞模型和改进Jiles-Atherton-Sablik(J-A-S)模型的电工钢片动态磁致伸缩特性模拟方法。首先,基于静态Energetic磁滞模型和损耗分离理论,考虑由励磁频率引起的动态损耗密度分量,并采用场分离技术建立动态Energetic磁滞模型。其次,将动态Energetic磁滞模型求解的动态磁场强度作为改进J-A-S模型的已知量,从而根据铁磁材料的非线性本构关系,建立以磁感应强度为输入量的动态磁致伸缩逆模型。在此基础上,设计电工钢片动态磁致伸缩曲线的模拟流程。最后,将所提方法的模拟结果与实测结果和现有方法模拟结果进行对比,可知所提方法的模拟结果与实测结果吻合更好,从而验证所提模拟方法的准确性。

基于改进GM(1,1)模型的生活用水量预测

生活用水量预测是城市给水规划的关键,其核心是提高预测的精准度。由于传统GM(1,1)模型误差主要来源于背景值和初始值,文章采取引入幂函数改进背景值和初始值2种改进方法。引入幂函数改进背景值权重构造,使新数据占改进模型主导地位;引入幂函数减少原始数据振荡,优化原始序列。将改进后的2种模型应用于河南省生活用水量预测中,并与传统GM(1,1)模型进行比较。结果表明改进模型各个检验均满足要求,可进行中长期用水量预测,预测可得2025年河南省生活用水量为48.31×10^(8)m^(3)。优化原始值改进的GM(1,1)模型预测效果好、精度高,可为当地水资源保护、管理提供参考。

基于改进云模型的隧道爆破效果综合评价研究

针对隧道爆破效果综合评价的不确定性问题,提出基于改进云模型与组合赋权的评价方法。结合现场工程经验与相关研究,选择平均线性超挖量、平均线性欠挖量、炮孔利用率、周边孔半孔痕率、大块率以及炸药单耗为评价指标,结合序关系分析(G1)法与基于指标相关性(CRITIC)法对各指标赋权,借助改进云模型对爆破效果数值及等级区间进行同向化处理,从而构建爆破效果综合评价模型。以某隧道为实例进行验证,模型分析结果表明在当前的爆破设计方案和生产水平下该隧道爆破效果的综合评价等级为“较好”,指明了影响爆破效果的主要因素,为进一步优化爆破设计参数提供了方向。

基于改进的王正非模型结合元胞自动机的林火蔓延预测

【目的】针对当前我国林火蔓延预测仍存在预测精度不高、普适性差等问题,基于王正非速度模型结合多维元胞自动机的林火蔓延预测模型进行改进,研究了不同区域和分辨率下该模型的有效性,增强了该模型对于不同分辨率数据的适应能力,从而更好地对森林火灾蔓延进行预测,并为林区的火灾蔓延预测和管理提供一种科学合理的技术手段。【方法】使用黑龙江省大兴安岭地区2011年10月28日发生的森林火灾(分辨率500 m)与四川省凉山地区2022年3月29日发生的森林火灾(分辨率30 m)作为数据源,提取发生火灾时刻以及蔓延过程的火线。引入归一化植被指数(NDVI)对王正非模型进行改进,并利用反卷积算法对元胞自动机算法进行改进,将改进后模型输出的结果与实际结果进行精度对比,并比较不同分辨率下的模型精度表现。【结果】改进后的模型精度有明显的提升,其中,黑龙江省大兴安岭试验改进后模型的kappa系数提高了0.0297,面积误差率降低了21.33%,火场预测火点170个,平均过火速度0.75 m/min。四川省木里县试验改进后模型的kappa系数提高了0.1165,面积误差率降低了37.08%,火场预测火点1795个,平均过火速度为4.00 m/min。【结论】改进后的林火蔓延预测模型可以更有效地预测火灾蔓延并计算出最可能过火的火点位置,其预测结果具有高度的一致性和准确性,提高了林火蔓延模拟预测的实用性。与原始模型相比,改进后的模型很好地提高了在不同分辨率数据下的预测精度,能为林火预防和管理提供科学依据。

历史文化遗产的灾害综合风险评估——基于改进PSR模型的实证研究

历史文化遗产作为灾害系统中的一类承灾体,也会面临环境突变带来的破坏风险。在明确历史文化遗产灾害风险特征及内涵的基础上,首先以致灾因子、承灾体、孕灾环境、减灾措施为依据,以经典PSR模型为基础,通过引入驱动力、投入和产出3个维度,探索性地提出历史文化遗产的灾害综合风险评估指标体系,并应用层次分析法对指标体系中各项指标的相对权重进行确定;然后运用基于风险标准的多层级模糊综合评价方法对历史文化遗产的灾害综合风险进行评估;最后将所提方法应用于桂林靖江王府历史文化遗产的灾害综合风险评估,从而验证了所提方法的可行性。