基于逐级优化策略的特征退化场景下自动驾驶车辆自主定位方法

多传感器融合定位是解决卫星遮挡、通信中断等组合导航失效场景下车辆自主定位的有效手段。然而,在环境信息稀疏及相似等场景下,特征退化严重,多传感器融合定位面临巨大挑战。基于此,设计了一种基于逐级优化策略的多传感器融合定位算法,以提高特征退化场景下车辆自主定位精度。首先,为解决实时动态测量技术(Real Time Kinematic,RTK)信号丢失情况下全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)定位精度过低导致初始定位失败的问题,设计融合运动模型和GNSS位置的初始定位算法,提高初始定位精度,实现一级位姿优化;其次,针对特征退化场景中特征点稀疏问题,设计基于平面配准和点云配准融合的位姿优化算法,通过提高稀疏特征点权重以提高定位精度;最后,通过采用误差状态卡尔曼滤波的方式融合惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)数据,输出最终的高精度定位信息。为验证算法有效性,在典型特征退化场景下进行试验测试,试验选取了内蒙古自治区鄂尔多斯市多个矿区场景,分析GNSS定位、LIO-SAM里程计定位、Fast-LIO里程计定位、CT-ICP里程计定位和本文算法定位结果,并与RTK定位结果进行对比。试验结果表明:所提出的改进算法均能对最终结果产生积极影响,算法能够实现较鲁棒的定位。在典型特征退化场景下平均定位误差0.31 m,平均翻滚角误差0.21°,平均俯仰角误差0.52°,平均航向角误差2.93°,相比于其他定位结果,定位误差由米级降低到分米级别,具备明显优势。

基于构建退化特征和PSO-PF的滚动轴承寿命预测

针对使用常规粒子滤波(PF)解决轴承寿命预测的方法中存在预测结果准确度不高的问题,提出了一种基于构建退化特征和粒子群优化粒子滤波算法(PSO-PF)的滚动轴承寿命预测方法。首先,将轴承振动信号经CEEMDAN-小波包联合去噪后提取多种时、频域特征;其次,经过综合指标评价与弗雷歇距离分析得到优秀退化特征集,用加权拟合的方法构建出新的退化特征;然后,通过特征的梯度变化来自适应检测轴承退化起始时间;最后,用PSO-PF算法对寿命预测模型进行更新来完成寿命预测。将构建的退化特征和PSO-PF算法预测结果分别与原始特征和PF算法预测结果进行对比,结果表明该方法更适用于轴承的寿命预测。

部分浸泡再生混凝土Mg^(2+)-SO_(4)^(2-)-Cl^(-)复合盐侵蚀耐久性损伤特征与机制

为系统研究与揭示西北地区部分掩埋再生混凝土(RAC)结构耐久性损伤特征与机制,以浓度为20%的复合盐溶液为侵蚀介质,开展了14种掺辅助胶凝材料RAC部分浸泡于复合盐溶液的耐久性试验,综合分析RAC动弹性模量、宏观与微观形貌、侵蚀产物物相组成与相对含量的经时变化规律。部分浸泡RAC沿纵向高度分为饱和区、气-液两相界面区、水分传输区及干燥区。侵蚀初期气-液两相界面区损伤程度高于饱和区;侵蚀中后期饱和区的损伤持平或超过气-液两相界面区,水分传输区损伤初现。饱和区侵蚀状态由初期的化学侵蚀转变为中后期的化学-物理双重侵蚀,气-液两相界面区在侵蚀期间均呈现出化学-物理双重侵蚀。化学侵蚀产物为水镁石、硬石膏/石膏、钙矾石、Friedel盐及碱式氯化镁;物理结晶盐包含氯镁石、白钠镁矾、氯化钠、水合硫酸镁、Na_(2)SO_(4)及芒硝,各侵蚀产物与结晶盐的相对含量均随浸泡时间延长而改变。侵蚀后期,Na_(2)SO_(4)和芒硝相互转化使RAC物理力学性能急速退化。粉煤灰-矿渣复掺RAC抗侵蚀性能整体较好,粉煤灰-硅灰复掺最差,后者在浸泡时间180 d时抗压强度损失率高于60%。矿渣-硅灰-偏高岭土三掺RAC耐久性显著高于粉煤灰-矿渣-偏高岭土三掺,后者在侵蚀180 d时已经溃散。四掺辅助胶凝材料RAC性能衰减速度均匀,但抗侵蚀性能仍处于较低水平,相同浸泡时间下,其耐久性指标均与粉煤灰-矿渣复掺RAC差距较大。

基于协整理论的滚动轴承一致性退化特征提取

通过对多个实验室不同工况下的轴承全寿命数据进行特征提取,分析一阶差分绝对和与0.1分位数之间存在的协整关系,提出基于协整理论的滚动轴承一致性退化特征提取方法。该方法可将不同的滚动轴承全寿命数据统一起来,得到不同工况下、不同轴承的一致性退化特征。对多个实验室不同工况下的全寿命数据进行实验,分析所提特征具有一致性的原因,进一步通过动态时间规整(DTW)方法计算特征序列之间的相似度,验证了该方法所提特征在一致性方面的优势。计算结果表明,根据相似度均值来衡量,所提协整特征的一致性为一阶差分绝对和的2.024倍,为0.1分位数的3.799倍。通过对比协整融合与其他常见的多种融合算法,结果表明,所提特征可有效减少来自工况等因素的影响,具有较好的两段性。

基于等分符号化序列熵的滚动轴承退化特征提取方法

为深入探究岸边集装箱起重机滚动轴承的退化特征,提出一种基于等分符号化序列熵的退化特征提取方法。考虑符号化标准的统一性,该方法以正常状态信号的均方根作为基础,建立统一的基本尺度,同时结合信息熵理论,定量衡量信号符号序列的复杂程度大小。实例分析表明,等分符号序列熵可以准确地衡量非线性时间序列的实际复杂水平,能够敏感地刻画滚动轴承性能退化的全过程,且计算速度快、抗噪能力强,适用于设备在线状态监测与特征分析。

基于ACNN—LSTM网络的轴承状态退化预测

为了便于大型机组的维护和检修,确定机组齿轮箱轴承的更换时间,需要预知轴承的工作状态。根据轴承数据特点,提出卷积神经网络(CNN)的改进算法ACNN-LSTM网络。ACNN-LSTM是结合融入注意力机制的卷积神经网络与长短期记忆网络(LSTM),实现对轴承的退化预测。选取轴承退化敏感特征,利用主成分法建立退化指标。ACNN的注意力模块(CBAM)能够准确提取退化特征,经五点三次平滑法处理突出退化状态。为验证ACNN-LSTM网络的有效性,搭建风机齿轮箱平台。实验结果显示,预测退化曲线和实际退化曲线基本重合,到达失效阈值的时间接近,表明该改进算法能够准确预测轴承状态退化趋势,为评估轴承的运行状态提供依据。

放牧胁迫下若尔盖高原沼泽退化特征及其影响因子

根据原生和退化沼泽水体、植被与土壤信息,将放牧胁迫下若尔盖高原沼泽划分为5个等级,即原始沼泽、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化沼泽,系统地研究了若尔盖高原沼泽的退化特征及其影响因子。沼泽退化特征表现为:退化沼泽水体总氮含量较高,硝态氮、总磷含量以及碱度、矿化度随沼泽退化程度加剧而上升。退化沼泽物种丰富度增加,群落组成和结构趋于多样化;群落水分生态型结构变化明显,中生植物逐渐取代沼生植物优势地位;沿沼泽退化梯度,植被演替速率降低。沼泽退化序列上,土壤含水率、毛管孔隙度、全氮含量降低,土壤容重、全磷和全钾含量上升;土壤垂直剖面上,退化沼泽较原始沼泽和轻度退化沼泽全量养分含量变化大,并且,全氮和全磷含量具有表聚性。退化沼泽环境指标PCA分析显示,沼泽退化受土壤养分和水分含量的影响较大。

海南东寨港红树林急速退化的空间分布特征及影响因素分析

【目的】对我国一些红树林湿地生态系统近期出现的急速退化现象作相关分析.【方法】以海南东寨港整个港湾红树林区为研究典型区域,应用3S技术,分析近30年间东寨港红树林湿地景观格局的演变过程;同时采用高分辨率影像数据,聚焦分析了演丰东河沿岸、塔市及三江3个片区红树林群落退化特征及空间分布规律;结合大量野外样方调查数据,系统分析了近海岸红树林生态系统退化的主要影响因素.【结果和结论】从1999—2013年,东寨港红树林面积由1 709.4 hm2减少至1 679.5 hm2,年均减少2.1 hm2.而沿海岸线2 km缓冲区范围内,周边养殖塘面积则由1987年的59.1 hm2增至2013年的1 986.9 hm2.截止2013年,东寨港红树林枯死面积约为4 hm2.从空间分布上来看,红树林枯死群落主要分布于地形低洼积水处或污染物传输通道两侧.东寨港河流型红树林群落退化最为严重,集中分布于演丰东河中下游河段;同时,近海湾的前沿地段也有退化群落零星分布.处于地带性演替后期的红树林群落,退化程度较高.陆源污染物输入强度是影响红树林退化群落分布的重要因素.

基于时频图像融合的轴承性能退化特征提取方法

基于数据驱动的轴承寿命预测方法主要采用轴承信号的滤波系数、时域和频域的统计量等作为反映轴承性能退化的特征量。进一步研究发现,这些指标要么对轴承早期缺陷敏感度不够,要么缺乏寿命预测所需要的上升或下降的性能退化特征。由于轴承在制造和工作过程中存在较多随机因素,即使同一种轴承在同一种工况下的工作寿命也会存在差异。因此,寻找一种稳定有效的特征值来刻画轴承的退化状态是十分重要的。提出基于时频图像融合的轴承性能退化特征提取方法。采用平滑伪威格纳-维尔分布(Smoothed pseudo Wigner-Ville distribution,SPWVD)表征轴承振动信号的时频能量分布特征,并利用灰度共生矩阵的统计特征作为轴承的性能退化特征;同时利用图像融合方法将同一轴不同方向的振动信号加以综合利用,消除一些随机因素对性能退化特征的影响。采用2012 PHM Competition的轴承数据集,验证了该方法在轴承的性能退化特征提取中的有效性。

民勤绿洲人工梭梭林退化现状、特征与恢复对策

民勤全县共有人工梭梭林近3.5万hm2,占人工林总面积的51.5%,在民勤固沙林中占主导地位.但目前除水库与环河周围外,人工梭梭林均出现不同程度的退化现象,并表现为建群种梭梭光合强度减弱、群落盖度降低、梭梭种群优势度下降、林地土壤含水率下降、组成群落的物种多样性减少、地表土壤结皮破坏、风蚀作用增强等特征.梭梭林的退化,直接威胁到民勤绿洲的生存与发展,其恢复与重建成为当前一项十分重要而紧迫的任务,为此提出控制梭梭林密度、人工集雨、布设粘土或新型材料沙障、引进与培育抗旱新品种、特殊区域应用喷灌技术补水、补充水源不断恢复民勤地区的地下水位等措施,以期达到恢复与维持梭梭群落稳定发展的目的.

我国南方马尾松林生态系统的退化特征和改造对策研究

在阐明马尾松林的形成过程和群落结构的基础上，从森林生态系统的结构与功能角度，揭示了我国南 方马尾松林生态系统的退化特征，主要表现在：（１）物种多样性丧失，（２）调节小气候效能低，（３）蓄持水分功 能，（４）地力衰退严重，（５）群落结构不稳定。同时，也充分反映了马尾松林退化生态系统的脆弱性。为促进马 尾松在我国南方能够持续稳定地发展，必须予以科学地改造。文中就优化群落结构、树种选择配置和栽种配 套技术３个层次的改造分别进行了较详细的阐述。

桂林会仙湿地生态退化特征研究

综合评价湿地的退化特征,可以为湿地的保护和修复提供参考依据。对桂林会仙湿地的地表水、地下水、土壤和生物等特征进行了调查和监测,并通过相关方法进行了比较分析。研究结果表明,会仙湿地的地表水污染严重,地下水水质较好;湿地土壤退化指数很低,退化程度严重;湿地植物资源丰富,大量动物已灭绝。研究成果为会仙湿地的治理修复方向提供了一定的理论依据。

辽东山区天然次生林退化特征及数量分类

退化的天然林生态系统恢复与再建是区域生态环境建设的重要内容,科学的认识和评价森林退化是指导退化天然林生态恢复和质量精准提升的基础。以区域地带性顶级群落为参照,分析了辽东山区典型天然次生林的群落和土壤养分特征,并利用森林群落特征和土壤养分指标对区域天然林进行了数量分类。结果表明:与区域顶级群落原始阔叶红松林相比,次生林在林分生产力、群落树种组成和生物多样性等方面已发生明显的变化,次生林的林分蓄积量显著降低(P<0.05),尤其是林分中大径级林木蓄积量占比不到原始阔叶红松林的50%;次生林珍贵树种数量显著降低,原始阔叶红松林中红松、水曲柳、黄檗、胡桃楸等珍贵树种比例是次生林珍贵树种的14倍;次生林乔木层生物多样性指数和均匀度指数均低于原始阔叶红松林混交林,中度和重度干扰后形成的次生林乔木层生物多样性显著低于原始阔叶红松林(P<0.05);次生林0-20 cm土壤的全氮和速磷含量显著降低(P<0.05),而不同地区次生林土壤的有机质、全氮和速磷含量无显著差异(P>0.05);以区域地带性顶级群落为参照,将辽东山区天然次生林划分为轻度退化的次生阔叶混交林、中度退化的次生杂木林和重度退化的封育柞蚕林3种次生林类型,并提出区域次生林退化特征指标。研究结果可为辽东山区天然次生林的生态恢复和分类经营提供技术支撑。

基于敏感分量融合的液压泵退化特征提取方法

液压泵退化特征提取是实现故障预测的关键环节。在液压泵性能退化过程中,其振动信号复杂度高、非线性强,难以有效地提取退化特征,为此,本文提出一种基于敏感分量融合的退化特征提取方法。采用改进局部特征尺度分解(ILCD)方法对振动信号进行分解,并利用贝叶斯信息准则与所构建的敏感因子,对内禀尺度分量进行筛选,以减少干扰分量的影响,得到敏感分量,有效抓取特征信息;在此基础上,引入离散余弦变换代替传统复合谱分析中的傅里叶变换,提出离散余弦变换-复合谱(DCS)算法,以解决信息遗漏问题,并利用DCS对敏感分量进行融合,提取复合谱熵作为退化特征,以提高对退化过程的表征能力;最后,通过对液压泵性能退化试验实测振动信号的应用分析,验证了该方法的有效性。

基于局部特征尺度分解和JRD距离的液压泵性能退化状态识别方法

针对液压泵振动信号通常具有非线性强与信噪比低的特点,提出了基于局部特征尺度分解(Local Characteristic-Scale Decomposition,LCD)与JRD(Jensen-Renyi Divergence)距离的液压泵性能退化状态识别方法。该方法首先对原始振动信号进行局部特征尺度分解,得到不同特征尺度下的内禀尺度分量(Intrinsic Scale Component,ISC);然后,提取包含主要退化特征信息的ISC分量的Renyi熵,以此作为退化特征量;最后,通过计算不同特征量之间的JRD距离来判断液压泵的退化状态。将该方法应用于液压泵实测数据,结果表明,基于局部特征尺度分解和JRD距离的退化状态识别方法能够有效识别液压泵的性能退化状态。

基于多维退化特征与GG模糊聚类的滚动轴承退化状态识别

考虑滚动轴承性能退化状态在时间尺度上的连续性,将时间参数映射到指数函数中,形成更符合性能退化过程的弯曲时间(curved time,CT)参数,同时将C0复杂度和有效值(root mean square,RMS)分别作为复杂性维度和能量维度的退化特征,构建描述滚动轴承性能退化过程的三维特征向量[C0,RMS,CT]。在此基础上,采用GG(Gath-Geva)模糊聚类方法对滚动轴承性能退化状态进行阶段划分,识别不同的退化状态,选用分类系数、平均模糊熵以及序列离散度对聚类效果进行综合评价。采用来自IMS(intelligent maintenance system)的轴承全寿命试验数据进行实例分析,结果表明,提出的三维特征向量既能够反映滚动轴承性能退化趋势,又能体现同一状态在时间尺度上的连续性。

基于改进MF-DFA的液压泵退化特征提取方法

针对液压泵振动信号通常具有非线性强和信噪比低的特点,提出了一种基于改进多重分形去趋势波动分析(multi-fractal detrended fluctuation analysis,简称MF-DFA)的液压泵性能退化特征提取方法。首先,引入滑动窗口技术改进传统MF-DFA方法在时间序列数据分割过程中存在的不足,提高了MF-DFA方法的计算精度;然后,利用改进的MF-DFA方法计算液压泵多重分形谱参数,分析了不同分形谱参数对液压泵退化状态的反映能力,选取奇异指数α0和多重分形谱宽度Δα作为退化特征量;最后,以液压泵不同退化状态下的实测数据为例验证了该算法的有效性。试验结果表明,该方法能够准确提取液压泵退化特征,提高了退化状态识别的准确率。

基于形态非抽样融合与DCT高阶奇异熵的液压泵退化特征提取

针对轴向柱塞式液压泵性能退化中振动信号非线性强、退化特征提取困难等问题,提出基于形态非抽样融合与DCT(Discrete Cosine Transform)高阶奇异熵的退化特征提取方法。在一般框架下提出形态非抽样小波融合方法,通过构建特征能量因子筛选各分解层近似信号,据融合规则实现双通道振动信号融合重构、改善重构信号的特征信息;并利用DCT高阶谱分析法对融合信号进一步处理,通过奇异值分解分别计算Shannon、Tsallis奇异熵作为液压泵性能退化特征向量;用仿真信号及液压泵实测振动信号验证该方法的有效性。

山西湿地生态环境退化特征及恢复对策

山西湿地主要分布于各河流流域、湖泊和水库及周围地区,具有分布广泛、类型多样以及生物多样性丰富等特征,主要类型有河口(内陆)湿地、河流湿地、湖泊湿地、水库湿地和沼泽及草甸湿地等,总面积约2146km2。由于人类的不合理利用和自然的原因,导致湿地生态环境退化现象严重,主要表现为:(1)污染严重导致湿地生态环境功能丧失,特别是河流尤为突出;(2)河漫滩和湖泊的过度围垦,加速湿地面积不断萎缩,湿地植被遭到严重破坏;(3)不合理利用和过度捕猎导致生物多样性急剧下降;(4)许多水库的修建使湿地丧失速度加剧;(5)连续多年的干旱导致许多河流成为名副其实的"季节性河流"。最后,提出了山西湿地生态环境恢复的科学对策。

长江中游黄壤低丘区植被的退化特征研究——以浠水县为例

以湖北省浠水县为例,采用以空间系列替代时间系列的方法,选取长江中游黄壤低丘区不同程度退化植被类型如天然林(石栎)、人工林(杉木、马尾松、毛竹)、灌丛次生林等,以荒裸地为对照,开展植物群落结构、生产力及功能退化特征对比研究。结果表明:(1)退化植被的群落外貌特征为群落层次减少,荒裸地和灌草地都缺乏乔木层,群落内多是阳性喜光植物;林分郁闭度降低,植被覆盖率降低。(2)随着植被退化程度的加深,生物多样性Shannon-Wiener指数的变化趋势为由小到大再变小,均匀度指数Simpson的变化趋势为由大变小再变大。(3)就土壤容重而言,石栎林<杉木林<灌草地<荒裸地,土壤孔隙度状况为马尾松林>灌草林>石栎林>荒裸地,不同退化程度森林类型土壤含水量、最大持水量、最小持水量变化趋势均为马尾松林土壤水分状况最好,其次是灌草林,然后石栎林、杉木林、毛竹林差别不大,荒裸地最差。(4)植被的退化影响土壤养分含量变化,本次调查中,荒裸地的土壤有机质含量为0.97%、全氮含量为0.06%,均明显低于其他森林生态系统,而全钾和全磷含量较为稳定。