基于GPR-LSTM的地震热红外背景场的构建方法

地震监测是一项非常重要且具有挑战性的任务,遥感技术的不断发展加强了在宏观尺度上对地球表面的监测能力。研究表明,地震前通常都会出现地表温度异常升高的现象,因此各种异常提取算法被应用于地震热异常研究中。其中,基于背景场的提取方法由于具有较强的机理解释性而受到广泛应用。然而,以往基于背景场的异常提取方法更多将背景场限定于某一固定阈值,忽略了受外界因素(非震)影响导致的地表温度的小范围正常波动。据此,文中提出了一种基于GPR-LSTM的地震热红外背景场的构建方法。该方法包括两大部分:震期年变基准场的建立、实际LST的残差波动范围计算及背景场的构建。基于MODIS地表温度产品,以2008年四川汶川和新疆于田地震为研究对象,使用所述方法对地震前兆热异常信息进行提取与分析,经过实验得出以下结论:1)地震热异常通常沿青藏高原的断层分布,这不仅证明了文中方法能够减弱地表温度数据中噪声的干扰,同时也证明该方法在热异常信息提取方面的有效性;2)地震年份的构造活动比非地震年份更加活跃,导致地表温度的异常增温更加明显;3)不同地震案例震前的热异常时空特征各不相同。

GPR信号去噪的变分模态分解

为了进一步提高探地雷达(ground penetrating radar,GPR)数据的信噪比,压制由随机扰动引起的随机绕射能量,将二维变分模态分解(two-dimensional variational mode decomposition,2D-VMD)引入二维GPR数据的噪声压制处理中。首先,对GPR数据进行2D-VMD处理,并分析各阶本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量及其对应的频率-波数域谱来确定雷达剖面中的各回波类型。然后,计算IMF分量与原始数据的互相关系数来确定信号模态和噪声模态,并对信号模态进行重构得到降噪后的数据。理论数据和实测数据测试表明,相比于传统的1D-VMD法,2D-VMD滤波后的含噪正演记录峰值信噪比由6.44 dB增加到7.72 dB;经2D-VMD降噪处理后的雷达剖面在保留有效信号的基础上,可以有效压制随机扰动带来的噪声,并且得到的雷达剖面同相轴连续性更好。

基于GPR探测的长江源地区冰川与冻土厚度研究

长江源地区的冰川变化揭示了青藏高原气候变化趋势。冰下地形探测作为冰川发育和运动过程研究的基础,对长江地区水土保持和淡水资源储量研究具有指导意义。长江科学院在长达10 a的江源科考基础上,分别于2022年、2023年采用探地雷达(GPR)技术对长江正源沱沱河发源地格拉丹东主峰的冰川厚度进行精准探测,并对查旦湿地冻土厚度上限进行了探测研究。结合多种冰川和冻土地质模型的GPR波场模拟结果,提高了GPR技术在长江源地区冰川和冻土探测的有效性和精准度。探测结果表明,格拉丹东主峰冰川厚度和查旦湿地冻土厚度上限均有不同程度降低,冰川厚度和冻土厚度上限观测是一个常年积累的结果,后续仍需持续进行观测,积累更多数据,分析变化趋势,以估算探测区域内冰储量,研究气候变化对冰川的影响效果。

GPR绕射波与反射波分离的变分模态分解方法研究

针对传统绕射波与反射波分离方法易造成有效信号丢失的问题,本文利用二维变分模态分解(2D-VMD)进行探地雷达(GPR)数据的绕射波与反射波分离。对二维GPR数据进行2D-VMD分解后,可得到包含从低频低波数到高频高波数的各阶模态分量及各阶模态分量的F-K谱。通过分析绕射波与反射波在频率-波数域的差异,分别重构绕射波与反射波对应的模态分量,得到分离后的绕射波与反射波数据。数值模拟与实测数据处理结果表明,相比于传统方法,该方法可以有效分离绕射波与反射波,并且不损失任何有效信号。

水泥路面脱空区域GPR信号的时频域分析

水泥路面脱空是导致路面板块断裂的主要因素,若能及早确定脱空区域的范围,则可为水泥路面结构安全性的力学分析提供依据。以水泥路面脱空病害为研究对象,采用正演模拟方法研究了不同脱空形状以及不同填充物质对GPR(探地雷达)响应信号的影响;采用编程软件设计了探地雷达(GPR)信号处理模块,使用连续小波变换(CWT)提取脱空区域的信号特征,对病害区域进行了3D重构;并将上述方法在构建的室内脱空模型上进行了验证。结果表明,设计的后处理软件可实现GPR信号的后处理功能,为正演和反演数据的信号分析提供有效工具;经过CWT处理后的脱空与正常路面的GPR信号在时频域差异明显,CWT图谱能量集中区域可表征脱空的深度和范围,CWT结果还可用于3D可视化分析,为解译脱空区域范围以及判断是否含水提供参考,这为GPR信号解译提供了新的处理手段。

基于数据预处理和计算机VMD-LSTM-GPR的储能系统离子电池剩余寿命预测

离子电池剩余寿命影响储能系统运行能力,准确预测电池寿命,有助于判断系统的实时运行状态,为获得较为可靠的预测结果,提出基于数据预处理和计算机VMD-LSTM-GPR的储能系统离子电池剩余寿命预测方法。针对储能系统离子电池剩余寿命预测的相关理论问题进行研究,并联合储能数据预处理标准与计算机VMDLSTM-GPR模型,计算锂离子电池的容量退化能力,从而评估剩余电池寿命,实现基于数据预处理和计算机VMD-LSTM-GPR的储能系统离子电池剩余寿命预测。

基于曲波域凸集投影算法的缺失GPR信号高精度重建

受采集环境和仪器性能的影响,实测探地雷达(GPR)剖面中不可避免会出现部分信号缺失和坏道现象,易造成目标体产生的反射波和绕射波同相轴不连续,严重降低后续处理与成像精度和分辨率。为此,将图像处理中广泛应用的凸集投影(POCS)算法与具有良好稀疏特性的曲波变换相结合,提出了一种基于曲波域POCS算法的缺失GPR信号高精度重建方法。从压缩感知理论出发,建立了离散曲波变换基下缺失信号重建的目标函数,并采用POCS算法详细推导了缺失GPR信号重建的时间域迭代公式。其中,线性和指数迭代阈值模型用于更新曲波变换系数,从而高精度重建时间域缺失信号;平均绝对误差、信噪比、峰值信噪比用于定量评价GPR信号重建精度。模拟与实测GPR信号的重建试验表明:POCS算法可有效重建GPR剖面中的缺失信号;与线性阈值模型的POCS算法相比,指数阈值模型的POCS算法重建精度更高;与指数阈值模型的频率域POCS算法相比,指数阈值模型的曲波域POCS算法用于重建GPR剖面中连续多道缺失信号的误差更小、纵向伪影能量更弱,且对复杂GPR结构模型的缺失信号重建具有较强的适用性;与线性和指数阈值模型的频率域POCS算法、线性阈值模型的曲波域POCS算法相比,指数阈值模型的曲波域POCS重建方法的重建精度更高、平均绝对误差下降45%~99%、信噪比和峰值信噪比提高1~20 dB,其重建结果可为后续处理与解释提供高质量GPR信号。

PIVKA-Ⅱ、GGT、GPR、GLR、PLR对乙型肝炎相关性原发性肝癌的诊断价值研究

目的:探讨维生素K缺乏或拮抗剂-Ⅱ诱导蛋白(PIVKA-Ⅱ)、γ-谷氨酰转肽酶(GGT)、γ谷氨酰转肽酶与血小板计数比值(GPR)、γ-谷氨酰转肽酶与淋巴细胞计数比值(GLR)、血小板患者与淋巴细胞计数比值(PLR)在乙型肝炎病毒(HBV)感染后所致不同肝脏疾病患者中的变化情况以及单独和联合检测对乙型肝炎相关性原发性肝癌的诊断价值。方法:回顾性分析2020年1月至2022年12月收治的241例HBV相关性肝病患者的临床资料,其中慢性乙型肝炎(CHB)患者83例,乙型肝炎相关性肝硬化(HBV-LC)患者82例,乙型肝炎相关性原发性肝癌(HBV-HCC)患者76例,另选取同期健康体检人员81例为正常对照组(NC)。统计分析4组患者的PIVKA-Ⅱ、GGT、GPR、GLR、PLR表达差异以及血清PIVKA-Ⅱ、GGT的阳性率情况;Pearman线性相关分析HBV-HCC组患者的GLR、GPR、PLR指标与血清PIVKA-Ⅱ、GGT的相关性;采用ROC曲线分析PIVKA-Ⅱ、GGT、GLR、GPR、PLR单独与联合检测对HBV-HCC的诊断价值。结果:CHB组、HBV-LC组、HBV-HCC组患者的PIVKA-Ⅱ、GGT、GLR、GPR水平依次增加,其中两两组比较,GGT、GLR、GPR水平均差异有统计学意义(P<0.05),HBV-HCC组的PIVKA-Ⅱ表达水平高于CHB组、HBV-LC组(P<0.05)。CHB组、HBV-LC组的PIVKA-Ⅱ、PLR水平均低于NC组(P<0.05)。HBV-HCC组血清PIVKA-Ⅱ、GGT阳性率都大于50%。HBV-HCC组患者的GLR、GPR、PLR与血清PIVKA-Ⅱ、GGT均呈正相关。PIVKA-Ⅱ、GGT、GLR、GPR联合检测的诊断敏感度曲线下面积(AUC)以及约登(Youden)指数均高于PIVKA-Ⅱ、GGT、GLR、GPR、PLR单独检测,GGT、GLR、GPR三者联合检测的特异度达到95.06%。结论:PIVKA-Ⅱ、GGT、GPR、GLR、PLR在HBV感染所致不同肝脏疾病患者中具有一定的差异,PIVKA-Ⅱ、GGT、GPR、GLR联合检测有助于HBV-HCC的早期诊断。

基于SSA-GPR模型的风电机组运行状态监测

为提高风电机组发电效率,增加经济收益,实现风电机组运行状态的在线监测,提出一种基于麻雀搜索算法优化高斯过程回归(SSA-GPR)模型的风电机组状态监测新方法。首先对数据采集与监视控制(SCADA)系统采集到的数据进行预处理分析,利用相关性分析完成模型的输入量选择;然后利用机组正常运行状态下的参数建立常态回归模型,实时计算重构误差,通过实时监测功率残差值是否超过动态故障阈值来判断机组状态。实例结果表明,所提方法的预测误差更小,并可以提前120 min实现机组异常运行状态预警。

基于GprMax的道路空洞探地雷达正演模拟

三维探地雷达作为一种新兴检测技术,具有快速、高效、无损检测等特点,广泛应用于道路病害体检测中。为快速掌握道路内部空洞在探地雷达下的电磁响应特征,给准确查明道路的空洞检测提供技术指导,本文使用基于时域有限差分方法原理的GprMax软件,针对不同形状、不同大小及不同填充物的空洞进行正演模拟。通过正演模拟结果,得到不同类型的雷达数据体,并分析不同类型空洞病害的雷达波场响应特征。

基于GPRS的带式输送机无线监测系统设计研究

文章以GPRS技术为基础,设计了一款具有远程监测功能的带式输送机无线监测系统,首先介绍了系统软件设计框架,分析了传感器节点、路由节点、网关节点、数据中心四个软件程序设计方法。然后从传感器节点、路由节点与网关节点几方面介绍了硬件总体设计方案,并对传感器节点监测电路、无线射频模块接口电路、存储模块电路等几个关键模块电路设计展开了分析,经验证所设计的无线监测系统可以满足带式输送机的故障监测需求。

GPRS水情遥测中心接收装置的设计研发

提出一种GPRS水情遥测中心一体化标准化接收装置,采用模块化设计,实现了设备的标准化和集成化,具有外观标准简洁、模块布置规范合理、安装方便等优点,其双电源模块和电源切换模块的设计以及运行状态在线监测和实时状态显示功能的应用,解决了传统技术中接收装置各模块连接不规范、单一电源设计容易造成启动故障以及无法网络监测设备运行状态的问题,提高了装置的安全性和稳定性。

基于GPR代理模型和GA-APSO混合优化算法的软基水闸底板脱空反演

软基水闸底板脱空是水闸在长期服役期间受水流侵蚀等环境因素影响所产生的一种危害极大且难以察觉的病害。由于其病害部位于水下,传统方法难以检测,该研究提出一种基于高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)代理模型和遗传-自适应惯性权重粒子群(genetic algorithm-adaptive particle swarm optimization,GA-APSO)混合优化算法的水闸底板脱空动力学反演方法,用于检测软基水闸底板脱空。首先,构建表征软基水闸底板脱空参数和水闸结构模态参数之间非线性关系的GPR代理模型;其次,基于GPR代理模型与水闸实测模态参数建立脱空反演的最优化数学模型,将反演问题转化为目标函数最优化求解问题;最后,为提高算法寻优计算的精度,提出一种GA-APSO混合优化算法对目标函数进行脱空反演计算,并提出一种更合理判断反演脱空区域面积和实际脱空区域面积相对误差的指标—面积不重合度。为验证所提方法性能,以一室内软基水闸物理模型为例,对两种不同脱空工况开展研究分析,结果表明,反演脱空区域面积和模型实际设置脱空区域面积的相对误差分别为8.47%和10.77%,相对误差值较小,证明所提方法能有效反演出水闸底板脱空情况,可成为软基水闸底板脱空反演检测的一种新方法。

基于二维变分模态分解的GPR噪声自动抑制方法

探地雷达(GPR)回波信号经常被各种随机噪声所干扰,引起后续目标解译的困难。近年来,模态分解方法被广泛地应用于GPR数据噪声压制,然而,现有应用基于一维信号的模态分解需要对B-scan的每一道分别进行处理,忽略了道之间的相关性。除此之外,在复杂场景下的去噪效果也有待提升。为此,文中提出了一种基于二维变分模态分解的GPR噪声自动抑制方法,可以有效识别多个二维模态及其对应的中心频率。通过应用这种自适应方法,将图像分解为不同的信号模态和噪声模态,最终以带限方式准确再现输入的B扫描图像。此外,为了进一步完善信号提取过程,采用频谱分析技术自动选择最相关的信号模态。仿真和实测数据验证表明,所提方法可以较好地实现对低信噪比GPR数据的噪声去除,提高后续目标检测与识别等解译工作的精度。

基于低秩稀疏分解的GPR杂波抑制方法

针对探地雷达应用于地雷探测时的强杂波干扰问题,提出一种基于低秩稀疏分解的杂波抑制方法。该方法将加权核范数(weighted nuclear norm,WNN)引入稳健主成分分析(robust principle component analysis,RPCA)方法,结合随机奇异值分解(randomized singular value decomposition,RSVD)与交替方向乘子(alternating direction method of multipliers,ADMM)法来求解表征杂波的低秩矩阵及表征目标的稀疏成分,提高了算法的精度与效率。从实验结果来看,所提方法能够有效改善成像结果的信杂比,且运算效率优于RPCA方法5倍以上,表明该方法能精确划分目标与杂波,有效实现杂波抑制。

基于非分裂CFS-PML边界条件的频散介质GPR时域有限元模拟

通过数值模拟研究探地雷达(GPR)高频电磁波在频散介质中的传播规律,对提高实测资料的解释精度具有重要意义.复频移完全匹配层边界条件(CFS-PML)以其优越的吸收特性被广泛用于一阶电磁波动方程的GPR时域有限差分数值模拟中,其实现过程大都涉及电磁场的卷积计算,辅助变量较多,降低计算效率.为此,本文从复拉伸坐标系下的Debye频散介质电磁波动方程出发,通过合理构造辅助微分方程,推导了二阶Debye频散介质电磁波动方程的非分裂CFS-PML边界条件实现公式,避免了电磁波场的分裂和卷积计算.在此基础上,利用Galerkin法和Newmark-β差分法推导了基于非分裂CFS-PML边界条件的GPR有限元方程及其时域差分离散格式.两个GPR模型的模拟结果表明:本文提出的基于辅助微分方程的非分裂CFS-PML边界条件实现方法可有效地吸收大角度入射的低频虚假反射波,提高模拟精度;相比于非频散介质,高频电磁波在频散介质中传播衰减更强、子波持续时间增大、分辨率和传播速度降低、直达波和反射波的主频更小,分析结果有助于提高实测GPR资料的解译精度.

基于GPRS和PIC18F85J90单片机的药品仓库环境监测系统设计

基于通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service,GPRS)和PIC18F85J90单片机的药品仓库环境监测系统,实现了对药品仓库环境信息的采集、数据的传输与存储、报警和远程GPRS监控,具有较强的实际意义与广泛的应用前景。

基于VMD和DAIPSO-GPR解决容量再生现象的锂离子电池寿命预测研究

锂离子电池应用时表现出的时变、动态、非线性等特征,以及容量再生现象,导致传统模型对锂离子电池剩余使用寿命(RUL)预测的准确性低,该文将变分模态分解(VMD)和高斯过程回归(GPR)以及动态自适应免疫粒子群(DAIPSO)结合,建立RUL预测模型。首先利用等压降放电时间分析法,提取健康因子,利用VMD对其进行分解处理,挖掘数据内在信息,降低数据复杂度,并针对不同分量,利用不同协方差函数建立GPR预测模型,有效捕获了数据的长期下降趋势和短期再生波动。利用DAIPSO算法优化GPR模型,实现核函数超参数的优化,建立了更准确的退化关系模型,最终实现剩余使用寿命的准确预测,以及不确定性表征。最后利用NASA电池数据进行验证,离线预测结果表明所提方法具有较高预测精度和泛化适应能力。

山羊GPR35基因表达特性分析及对皮下脂肪细胞分化作用的研究

旨在克隆山羊GPR35基因序列,探究其表达特性并初步阐明该基因对山羊皮下前体脂肪细胞分化的影响以及可能的作用机制。本研究以1周岁的健康雄性(n=4)简州大耳羊为试验对象,利用RT-PCR技术(reverse transcription-polymerase chain reaction, RT-PCR)克隆山羊GPR35基因完整的蛋白质编码区(sequence coding for amino acids in protein, CDS)序列,并对其进行生物信息学分析;利用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR, qRT-PCR)技术检测GPR35基因在山羊各组织及不同分化阶段皮下脂肪细胞中的表达情况;随后将GPR35过表达载体(pEGFP-N1-GPR35)及其干扰序列(Si-GPR35)分别转染至山羊皮下前体脂肪细胞中并使用油酸诱导分化,通过油红O和Bodipy染色对其脂滴的变化进行形态学观察并对其甘油三酯含量变化进行检测,最后通过qRT-PCR技术来检测脂肪细胞分化、甘油三酯合成和分解相关标志基因的表达量变化(所有样本均设置3个生物学样本重复和3个技术重复)。结果表明,克隆获得的山羊GPR35基因序列全长为1 167 bp,开放阅读框长906 bp,共编码301个氨基酸残基。GPR35基因在山羊背最长肌中的表达量显著高于其它肌肉组织(P<0.01);在皮下脂肪中的表达量显著高于其它脂肪组织(P<0.01);在脾脏中显著高于山羊的其它内脏组织(P<0.01),此外该基因在诱导分化120 h后的皮下脂肪细胞中表达量最高(P<0.01)。过表达和干扰GPR35后分别抑制和促进皮下脂肪细胞中的脂滴含量和聚集程度,甘油三酯相对含量分别显著下降和上升;过表达该基因后C/EBPα、C/EBPβ、PPARγ、AP2、SREBP1基因的表达量极显著下调(P<0.01),HSL极显著上调(P<0.01);而干扰该基因后C/EBPα、C/EBPβ、AP2、SREBP1、DGAT1基因的表达量极显著上调(P<0.01),FASN极显著下调(P<0.01)。综合以上结果表明,GPR35基因可能是山羊皮下前体脂肪细胞分化过程中的一个负向的调控因子,这种作用可能是通过调控C/EBPα、C/EBPβ、AP2、SREBP1的表达或与CXCL17蛋白相互作用来实现的。

隧道超前预报GPR正演模拟与应用研究

穿越长距离、大埋深、地质条件复杂的隧道工程在开挖过程中易发生涌水、突泥和塌方等地质灾害问题,为确保隧道施工安全有序进行,采用一种分辨率高、抗干扰能力强、高效直观的探地雷达GPR及其正演模拟技术对掌子面前方不良地质体进行超前预报。为提高对探地雷达探测不良地质体图像特征的解译,采用时域有限差分法FDTD模拟充水、充泥和充气溶洞模型,充水和充泥的软弱夹层模型,裂隙破碎带及断层模型下的GPR电磁波响应特征,并建立超前地质预报GPR正演模拟特征图库,为实际雷达探测图像解译提供理论基础。以常德市炉慈高速公路维新镇2号隧道和郴州市良回镇花岭公路隧道探测为例,结合后期开挖结果,验证了该技术可准确预测掌子面前方溶洞、富水、软弱夹层发育、裂隙和断层等不良地质体。