一种基于蒙特卡洛方法的配电网概率可靠性快速计算方法

配电网的概率可靠性能够弥补传统可靠性指标的期望值仅从均值角度衡量系统可靠性的不足,但随着配电网规模扩大以及数据量的剧增,能够同时兼顾计算准确性与计算速度的概率可靠性计算方法是亟待研究的。为此,提出一种基于蒙特卡洛方法的配电网概率可靠性快速计算方法,利用改进三点估计法以及三阶多项式正态变换,在保留输入变量相关性的同时有效缩减输入样本点规模,并采用级数展开得到概率可靠性。首先采用改进三点估计法,在独立标准正态空间内选取样本点,再通过三阶多项式正态变换将其转换为原始变量空间的样本点;接着采用序贯蒙特卡洛方法,在考虑孤岛划分的情况下对样本点进行可靠性计算;最后通过Edgeworth级数展开,得到可靠性指标的概率分布。对改进的IEEE-RBTS Bus6的F4馈线进行算例分析,结果表明:该文所提方法与传统蒙特卡洛方法的配电网系统可靠性计算结果之间仅存在2.195%的最大偏差,而该文所提方法计算时间仅为传统蒙特卡洛方法的1.05%,证明该文所提方法在保证较高精度的同时可以显著提升计算速度。

基于蒙特卡洛模拟的甘曲湿地重金属风险评价

甘曲湿地是拉萨河流域代表性的河谷湿地,为了解该湿地重金属分布特征和环境风险,作者共采集22个沉积物样品,对8种重金属(Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn)含量进行分析,采用地累积指数、Hakanson潜在生态风险指数法进行风险评价,并与蒙特卡洛模拟(Monte-Carlo)相耦合对研究区生态风险进行定量评估,进一步利用绝对主成分得分-多元线性回归模型(APCS-MLR)对重金属来源进行解析。结果表明:湿地沉积物中Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn元素含量分别为0.15、0.04、15.05、33.49、47.36、22.00、19.18和76.41 mg/kg,其中As、Ni和Cr元素含量低于西藏背景值,而Cd、Hg、Pb、Cu和Zn元素分别是背景值的1.88、1.54、1.16、1.00、1.04倍;地累积指数显示,Cd(0.54)为轻度污染,其他元素均为无污染;综合生态风险指数为141.74,研究区整体为低生态危害,但潜在生态危害指数结果显示,Cd和Hg分别存在78.49%、67.64%的概率为中等生态危害,是引起生态风险的主要因子。APCS-MLR模型源解析可知,自然源对Cu、Cr、Ni、Zn和Pb的贡献率分别为86.09%、97.08%、86.36%、74.97%、75.42%,农业源对Cd、As和Hg的贡献率分别为72.07%、67.30%和50.34%,同时Hg还受到49.66%自然源贡献,表明Hg元素受到2个来源的共同影响。

基于蒙特卡洛仿真的航空用测控装置可靠性预计

文章研究了某面向航空应用的高可靠性测控装置的可靠性预计问题。根据测控装置设计原理图建立了可靠性框图,基于GJB/Z299C手册和应力分析法得到了元器件可靠性数据,建立了基于蒙特卡洛仿真方法的系统可靠性预计数学模型,预计了测控装置的可靠性指标,并通过分析查找可靠性薄弱环节,改进了设计方案,提高了可靠性,最终达到设计要求。文章研究表明,蒙特卡洛仿真方法对于混连复杂电子系统的可靠性预计具有较好的实用性。

应用蒙特卡洛模拟优化中国癫痫患者卡马西平给药方案

目的根据药动/药效理论应用蒙特卡洛模拟(Monte Carlo simulation,MCS)优化中国癫痫患者卡马西平(Carbamazepine,CBZ)的维持给药方案。方法基于已发表的中国癫痫患者CBZ的群体药动学参数,通过MCS模拟10000例次,比较CBZ的22种给药方案可能达到的稳态血药浓度(Css)及落在不同目标浓度范围的概率(Probability of target attainment,PTA)。结果当目标浓度范围为4~8 mg·L^(-1),对于年龄<65岁患者,CBZ 100 mg,tid的给药方案下PTA最大;年龄>65岁患者,100 mg,bid的给药方案下PTA最大。当目标浓度范围为8~12 mg·L^(-1),对于年龄<65岁患者,CBZ 300 mg,tid的给药方案下PTA最大,年龄>65岁患者,200 mg,tid的给药方案下PTA最大。结论MCS可预测中国癫痫患者予不同CBZ给药方案下Css分布于不同目标浓度范围的达标概率,为CBZ给药方案优化提供参考。

基于蒙特卡洛法的Euler-Bernoulli梁基频和振型求解方法

将Rayleigh法和蒙特卡洛法相结合,在Euler-Bernoulli梁理论假设下求解了均匀梁、变截面梁和附带集中质量的变截面梁自由振动问题.对原本连续的梁结构模型进行离散化处理,利用蒙特卡洛法给出梁结构的假设振型.将假设得到的梁结构振型函数代入Rayleigh法,多次计算过程中,将历次基频所得值与计算所得最小值进行比较,根据其相对误差判断是否满足收敛条件,进而求得基频及对应的振型.结果表明,不同计算模型中基频最大误差不超过10%,能够满足工程需求,且精度和时间的控制参数调整灵活,使用者可根据自身需要自行调节.该方法理论简明,适用范围广泛,能够快速准确地求解诸多类型的梁结构基频和振型.

基于混合蒙特卡洛/多项式混沌展开方法的多参数随机等离子体不确定性分析

多项式混沌展开(polynomial chaos expansion, PCE)方法对于分析随机等离子体电磁传播不确定性已经展示出了相当大的潜力。然而,由于构建多项式混沌模型的计算量随着不确定性输入维数的增加呈指数增长,数值模拟耗时长,导致“维数灾难”问题。因此,本文基于非侵入式多项式混沌(non-intrusive polynomial chaos,NIPC)方法,采用混合蒙特卡洛(Monte Carlo, MC)/PCE方法研究了多层等离子体平板电子密度不确定性对透射系数的影响,并验证了所提出方法的实用性。与MC方法相比,本文方法可以大大加快仿真的速度,有效缓解了多项式展开项的数量随着随机变量维数的增加而快速增加的缺点,同时大大降低了MC方法的仿真次数,有利于电磁模型的多参数不确定性分析。

冻结钙质黏土双曲线蠕变模型蒙特卡洛法评价

目的准确计算冻土蠕变对人工冻结壁设计至为重要。为能更好地掌握冻结钙质黏土蠕变发展规律的目的。方法对取自淮南某矿井筒检查孔深部原状钙质黏土进行单轴抗压试验与蠕变试验,建立了能反应冻结温度和应力加载等级影响的冻结钙质黏土双曲线蠕变本构模型。将蠕变试验时的瞬时应变、蠕变加载应力值以及应变-时间曲线代入蠕变模型公式并求解参数,构建出可以分别描述冻结钙质黏土瞬时应变和蠕变应变两部分的蠕变模型,并进行验证。鉴于冻结温度场不均匀性,采用蒙特卡洛法考虑温度参数的空间变异性对蠕变模型进行可靠性分析,表明所建模型能更好地预测低温下高应力水平冻结钙质黏土蠕变特性。结果所建模型计算结果表明,理论值与试验值拟合优度较高,便于实际工程应用,结论可为钙质黏土冻结壁稳定性研究提供参考。

蒙特卡洛法在培养学生计算思维中的实践探索

介绍了蒙特卡洛法在初中信息科技课堂教学中的探索和应用,旨在培养学生的计算思维能力,提高其信息技术水平。首先介绍了蒙特卡洛法的基本原理和步骤;其次以三个实际问题为例,详细讲解了如何使用其进行模拟和计算,展示了动态过程和实际结果,讨论了蒙特卡洛法与计算思维的关系,指出其是培养计算思维的有效途径之一;最后提出将蒙特卡洛法与人工智能技术相结合,可以实现个性化学习、智能答疑、课堂辅助和学习评估,进一步提高教学效果和学生的学习体验。

基于蒙特卡洛法的发电厂特高压一级与二级升压电气主接线可靠性研究

电气主接线的可靠性分析在电力系统的设计与评估中具有重要的意义。通过对不同主接线方案的可靠性指标进行综合比较,可以为选择最优方案提供科学依据。特高压送出电厂在电网中发挥着至关重要的作用,然而,针对一级升压与两级升压方案的可靠性评估计算的研究相对较少。本文采用蒙特卡洛法作为可靠性计算的主要方法,结合电厂机组数量与出线规模,深入对比分析了一级升压与两级升压电气主接线的不同型式。通过大量的随机模拟实验,评估了各方案在不同运行条件下的可靠性表现。最终,本文选择出在可靠性高、技术经济性良好的特高压电气主接线方案,为电力系统的安全稳定运行提供了有力支持。这一研究不仅为电气主接线的设计提供了理论依据,也为实际工程应用提供了参考,具有重要的现实意义。

基于深度蒙特卡洛树搜索的拱坝仓面排序研究

合理的仓面排序方案对于加快工程进度和优化资源配置有着重要影响。然而,现有仓面排序方法将这一序贯决策问题简化,多数采用多属性决策方法,存在仅对大坝实时施工状态进行分析以及未考虑未来仓面浇筑方案对当前排序策略影响的问题;部分采用多目标优化方法进行仓面排序多目标优化问题分析,但主要是采用静态权重,存在忽略了仓面排序策略随环境动态变化的不足。针对以上问题,本文提出基于深度蒙特卡洛树搜索的拱坝仓面排序方法。首先,分析仓面排序问题的约束条件和目标函数,建立仓面排序强化学习模型;其次,针对仓面排序强化学习模型具有复杂且庞大的离散状态空间,为提高搜索效率,提出融合深度学习的蒙特卡洛树搜索方法,分别利用深度神经网络进行先验动作概率分布预测和策略函数评估;最后,以乌东德拱坝工程为例进行研究,结果表明本文方法可以有效地分析拱坝仓面排序问题,且相比于粒子群方法、证据理论方法,本文方法分析的施工工期可分别提前6天、14天,平均机械利用率分别提高1.19%、1.35%。本研究为拱坝仓面排序分析与优化提供了新思路。

基于稀疏环结构PET的蒙特卡洛模拟

正电子发射断层显像(positron emission tomography,简称PET)能利用放射性核素标记特定元素.基于NEMA NU 2-2012标准,以Biograph Vision PET/CT为模型,使用蒙特卡洛方法研究不同稀疏环间隙对PET散射分数和灵敏度的影响.研究结果表明:该文稀疏环PET散射分数和灵敏度的模拟值均与其实验值接近.因此,该文的稀疏环PET模拟具有可靠性.

蒙特卡洛(Monte-Carlo)法解尺寸链正面问题

本文提出并讨论了用蒙特卡洛(Monte-Carlo)法解尺寸链正面问题的新方法,通过用电子计算机计算活塞部件活塞行程的极限尺寸证明,用该法计算的结果较概率法的计算结果精度高、速度快,在电子计算机普及的今天,有积极的推广价值。

非球面人工晶状体成像质量的蒙特卡洛分析

目的模型眼中植入球面人工晶状体(intraocular lens,IOL),0μm非球面IOL、-0.1μm非球面IOL、-0.26μm非球面IOL,四种不同球差的IOL,通过蒙特卡洛分析的方法比较每种IOL分别在瞳孔直径3 mm、4 mm和5 mm时较好10%和较差10%的调制传递函数(modulation transfer function,MTF)值,比较4种IOL成像质量及抗偏心性能的研究。方法实验研究中,分别在瞳孔直径3 mm、4 mm、5 mm条件下,在模型眼中插入4种不同球差的IOL。在计算机光学模拟系统中,通过蒙特卡洛分析的方法设计4种IOL随机0~0.5 mm偏心,分别进行1000次随机模拟。比较四种IOL最好10%和最差10%成像质量的实验研究。结果随机偏心的情况下,在3 mm瞳孔直径条件下,最好10%时-0.1μm非球面IOL与-0.26μm非球面IOL、0μm非球面IOL的MTF值均较高,且明显优于球面IOL,最差10%时-0.1μm非球面IOL的MTF值较-0.26μm非球面IOL和球面IOL高。在4 mm瞳孔直径条件下,最好10%时-0.1μm非球面IOL与-0.26μm非球面的MTF值较-0μm非球面IOL和球面IOL高,最差10%时-0.1μm的非球面IOL的MTF值较-0.26μm非球面IOL和球面IOL高。在5 mm瞳孔直径条件下,最好10%时-0.1μm非球面IOL的MTF值较0μm非球面IOL和球面IOL高,最差10%时-0.1μm非球面IOL的MTF较其他三种IOL高。结论-0.1μm非球面IOL对偏心有较好的耐受性,成像质量的稳定性较高。

头孢哌酮/舒巴坦(2:1)治疗革兰阴性菌血流感染给药方案评估:基于全国血流感染细菌耐药监测联盟的蒙特卡洛模拟研究

目的通过蒙特卡洛模拟评价头孢哌酮/舒巴坦(CSL,2:1)对不同肾功能患者革兰阴性菌血流感染给药方案的合理性。方法应用琼脂稀释法测定CSL对革兰阴性菌的最低抑制浓度(MIC),并通过蒙特卡洛模拟(MCS)计算不同肾功能患者CSL不同给药方案对不同敏感性细菌的达标概率(PTA)和累积反应分数(CFR),评估给药方案的合理性。结果CSL对血流感染来源肠杆菌、鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌的MIC_(90)分别为32/16、128/64和64/32 mg/L。对MIC>16 mg/L的肠杆菌,对不同肾功能患者即使CSL以4.5 g q6 h 15 min输注,获得的PTA仍低于90%,CFR最高为77.82%,对产ESBL肠杆菌血流感染CFR仍低于80%。对ESBL阴性肠杆菌感染患者,CLCR>60 mL/min时,CSL 3.0 g q6 h(说明书最大剂量)、3.0 g q8 h、4.5 g q6 h和4.5 g q8 h 4种给药方案获得的CFR分别为90.2%、83.15%、91.4%和87.09%;CLCR≤60 mL/min时,所有给药方案均可使CFR大于80%。对鲍曼不动杆菌感染患者,当CLCR>60 mL/min,CSL各给药方案所获CFR均低于40%;CLCR为31~60 mL/min,CSL 4.5 g q6 h给药获得CFR为85.27%;CLCR为10~30 mL/min,3.0 g q6 h、4.5 g q6 h和4.5 g q8 h获得的CFR分别为88.05%、91.86%和82.61%;CLCR<10 mL/min时(非透析患者),各给药方案所获得CFR均大于80%。对铜绿假单胞菌感染患者,当患者CLCR在10~30或≤10 mL/min时,CSL以4.5 g q6h给药所获得的CFR分别为80.09%和81.68%。结论CSL治疗革兰阴性菌血流感染时,需要根据细菌敏感性和患者肾功能等情况制定个体化给药方案,目前推荐的给药方案可能存在剂量不足情况。针对鲍曼不动杆菌敏感性折点可能需要进一步调整。

基于土体刚度和蒙特卡洛法的基坑开挖对既有市政道路沉降影响分析

随着城市建设工程的持续增加,城市地下空间开发和市政设施建设产生的交叉也越来越多,许多基坑工程会在周边市政道路已经建成的条件下进行施工,基坑施工对既有市政道路产生一定的沉降影响,市政道路产生附加变形和附加应力降低了沥青路面的疲劳寿命.针对宁波市某基坑工程施工对近接市政道路的影响为工程背景,基于Plaxis数值模拟平台采用考虑小刚度的土体硬化本构模型,分析基坑的施工和简化的交通荷载对市政道路的受力变形的影响.在此基础上,采用蒙特卡洛法和数值模拟结果对道路结构层厚度进行随机选取,以沉降量为控制指标计算出疲劳寿命对该市政道路结构层给出了优化结果.

基于蒙特卡洛法的喷管中强非均匀性介质辐射换热问题求解加速策略

固体火箭发动机喷管内的辐射换热不可忽视,使用传统蒙特卡洛法模拟效率低下,而现有蒙特卡洛法加速策略研究多局限于辐射物性跨越1个数量级的情况,这与实际喷管中的强非均匀性特点不符。因此,辐射物性跨越2~3个数量级时,以零碰撞蒙特卡洛法为基准,对加权零碰撞蒙特卡洛法和分解蒙特卡洛法两种加速策略进行比较探究,分别考察了灰介质立方体、非灰介质圆柱体算例。结果表明:加权零碰撞蒙特卡洛法在零碰撞衰减系数取全局最大值的60%以上、分解蒙特卡洛法在控制介质辐射物性取全局最大值的3%以内时,二者均可在保证计算精度的前提下缩减计算用时;相较分解蒙特卡洛法,加权零碰撞蒙特卡洛法的加速性能更好,其在非灰算例中的效率提升最高可达14%。此外,还提出了一种改进的轴对称网格定位方法,在几种典型路径中计算用时可缩减43%以上。

基于蒙特卡洛随机采样方法与牛顿-拉夫逊迭代方法的钻锚机器人机械臂逆运动学求解方法

钻锚机器人机械臂逆运动学精确求解是实现煤矿巷道自动支护的关键,针对钻锚机器人机械臂这种非传统结构机械臂逆运动学求解方法存在精度低、实时性差和容易陷入局部最优难以收敛的难题,提出了一种融合蒙特卡洛随机采样方法和牛顿-拉夫逊迭代方法的非传统结构机械臂逆运动学求解方法。首先,根据钻锚机器人机械臂结构构建运动学模型,建立各个关节坐标系,利用坐标系转换关系实现机械臂正运动学求解;其次,基于蒙特卡洛随机采样方法计算机械臂运动空间,设定步长将运动空间轮廓外接立方体分割为若干个小立方体,构建小立方体内空间点的三维坐标和对应关节变量与小立方体的映射关系,根据给定的目标空间点对应的转换矩阵,通过索引函数确定其对应的小立方体,计算立方体内与目标空间点误差最小的点,将它对应的关节变量值作为初始值;最后,引入牛顿-拉夫逊迭代方法,利用多元函数迭代公式确定各关节变量的变化量,循环往复实现非传统结构机械臂逆运动学的求解。仿真实验结果表明,与基于随机初始值的牛顿-拉夫逊迭代方法和粒子群优化算法相比,所提方法计算结果对应的平均角度误差分别降低了64.98%和57.34%,平均耗时分别降低了35.90%和22.33%,求解精度和时效性均有所改善,验证了所提融合蒙特卡洛随机采样方法与牛顿-拉夫逊迭代方法针对非传统结构机械臂逆运动学求解的可行性和有效性。

共同富裕视域下遗产税制度设计研究——基于蒙特卡洛模拟的测算

遗产税作为直接税体系的组成部分,可以有效调节社会收入和财富分配,设计合理的遗产税制度方案对推进共同富裕具有重要的理论价值和现实意义。本文基于2019年中国家庭金融调查数据,利用蒙特卡洛模型模拟了10年间的遗产继承,以及不同遗产税方案设计对财富基尼系数的影响。研究结果显示,从长期来看,遗产税可以有效缩小贫富差距,且征税时间越长,效果越明显。在共同富裕目标下,中国遗产税免征额不应低于400万元,采用超额累进税率、提高税率标准和细化税率级次也有助于降低财富基尼系数。同时,遗产税制度设计还要统筹考虑保护实体经济和中等收入群体等问题,充分思索其对促进第三次分配的作用。

基于蒙特卡洛算法的大规模电动汽车充电负荷预测

电动汽车充电负荷的有效预测对配电网的安全稳定运行有重大意义。以某地区不同类型电动汽车的保有量预测结果为基础,将用户出行习惯、电动汽车的充电功率、充电时长等因素作为模型参数,利用蒙特卡洛模拟算法建立了考虑电动汽车类型的充电负荷预测模型,对该地区电动汽车的充电负荷进行预测。结果表明,未来电动汽车充电负荷增长较快,2025年较2022年充电负荷增长近70%,且不同类型充电负荷有不同的特征。该方法能提升电网负荷预测精确度,为配电网的调度与规划提供技术支撑。

典型有机化工厂污染地块氯代烃分布特征及基于蒙特卡洛模拟的风险评估

以长三角某典型有机化工地块为研究对象,采集651个土壤样品和30个地下水样品,研究氯代烃(CAHs)在环境中的污染程度及其空间分布特征,结合蒙特卡洛模拟方法分析土壤和地下水中CAHs的健康风险概率。结果表明:大部分CAHs浓度呈偏正态分布,浓度随着深度增加整体逐渐降低,土壤和地下水中三氯乙烯的污染程度最严重,污染羽主要集中在地块西南部和西北部。三氯乙烯和氯仿是造成健康风险的主要污染物,土壤中三氯乙烯致癌风险大于10^(-6)的概率为87.2%,危害商大于1的概率为71.76%,氯仿危害商大于1的概率为81.28%。每日土壤摄入量对土壤致癌风险的敏感性最大(31.9%),皮肤表面黏性系数对地下水致癌风险和危害商的敏感度最大,分别为16.9和23%。吸入室内空气中来自下层土壤的气态污染物是造成土壤致癌和非致癌风险的主要暴露途径,吸入室内来自地下的气态污染物途径是造成地下水致癌和非致癌风险的主要暴露途径。