基于Bertalanffy时间函数的地表动态沉陷预测模型

常规地表沉陷预计是对工作面回采结束、地表沉陷稳定后最终的静态移动变形预计;当涉及建(构)筑物下保护性开采与地面建(构)筑物加固及动态纠偏治理时,需要掌握该地质采矿条件下的地表动态移动变形规律,同时能够解决区域性变采高条件下的地表动态沉陷预计问题。首先对常见Knothe,Logistic,Weibull、分段Knothe、幂函数-Knothe与双曲线等时间函数的曲线形态、各时间段的地表动态下沉、下沉速度与下沉加速度进行了优缺点和适用性分析;其次基于东坡煤矿地表移动变形实测数据,针对特厚煤层综放开采条件下地表移动变形的特殊性,引入Bertalanffy时间函数,并基于此函数改进Bertalanffy三参时间函数;分析了各参数对改进Bertalanffy三参时间函数的影响规律,研究了各参数的物理意义以及与地质采矿条件的内在联系规律;最后将该函数用于平朔井工一矿特厚煤层综放开采条件下的地表动态下沉预计,并进行了拟合优度分析和现场应用效果检验。结果表明:基于改进Bertalanffy三参时间函数的各参数物理意义与地质采矿条件具有内在联系;该地表动态沉陷预计模型可塑性强、有着较好地预测精度和应用广度,能够较好地应用于煤矿地表动态变形的预计工作中;提出基于改进Bertalanffy三参时间函数结合影响函数法,该方法可有效地解决特厚煤层区域性限厚开采,如特厚煤层只采不放、煤层厚度赋存不稳定等区域性变采高条件下的地表动态沉陷预计问题。

基于时间感知主导资源公平的边缘函数计算负载调度算法

针对边缘函数计算服务FaaS中不同负载之间资源抢占导致的资源分配不公平、利用率不高的问题,提出一种时间感知的主导资源公平调度算法。首先,分析了现有主导资源公平调度算法在应用到边缘函数计算服务时的不足;其次,提出加入函数实例运行时间权重,并通过时间感知队列和主导资源公平队列协同实现对函数运行所需要的资源进行公平分配和集群资源充分利用;最后,基于主流开源函数计算服务平台的调度器对算法进行了实现。采用公开负载运行数据集的测试结果表明,该算法最多提升了18.1%的CPU利用率和21.8%的内存利用率,并且执行时间最多降低了26.1%,能够有效提升边缘函数计算服务的资源分配公平性,且提高了资源利用率。

半无限介质多自由度频响函数离散时间有理近似的稳定参数识别

离散时间有理近似函数是将半无限土频响函数转化为时域模型的重要工具,离散时间有理近似函数和时域模型具有相同的稳定性和精度。目前关于离散时间有理近似函数的研究只针对于单自由度系统。该文基于线性控制理论,给出了多自由度有理近似系统的稳定条件。将稳定性条件与遗传-序列二次算法相结合,开发了多自由度频响函数参数辨识方法,保证了多自由度系统的稳定性和精度。不同维度的多自由度有理近似系统的数值仿真验证了该文方法可以保证多自由度有理近似系统的稳定性和精度。

飞行时间和点扩散函数对18F-FDGPET/CT肺癌纵隔淋巴结转移的增益价值

目的探讨飞行时间(TOF)和点扩散函数(PSF)重建对18F-FDGPET/CT显像肺癌纵隔淋巴结转移的增益价值。资料与方法回顾性分析2020年3月9日—2021年7月23日在佛山市第一人民医院行PET/CT检查的肺癌纵隔淋巴结转移患者68例。分别采用有序子集最大期望值迭代法(OSEM)、OSEM+TOF、OSEM+PSF、OSEM+TOF+PSF重建图像,比较不同重建算法对肺癌纵隔淋巴结转移病灶的分辨能力,以及病灶信噪比(SNR)和标准化摄取值(SUV)的差异。结果使用OSEM+TOF+PSF重建可获得病灶SUVmax、SUVmean和SNR的最高值,与常规OSEM比较分别增加了21.99%、22.86%和60.14%(t=28.321、19.11、11.059,P均<0.01);其差异百分比在直径≤22 mm的较小病灶中明显大于直径>22 mm的较大病灶(24.1%比21.1%、25.3%比19.3%、70.6%比63.3%;Z=-3.658、-4.313、-2.154,P均<0.05),在SNR≤15.31的低对比度病灶中明显大于SNR>15.31的高对比度病灶(23.6%比21.4%、25.3%比21.1%、85.7%比46.0%;Z=-3.519、-2.336、-5.106,P均<0.05);在不同重建算法的病灶可检测性评价结果中,OSEM+TOF+PSF图像对纵隔淋巴结转移病灶的显示最清晰,其中87.4%的病灶为明确存在,显著高于OSEM图像的73.1%(χ^(2)=11.704,P=0.001),但OSEM+PSF图像中病灶明确存在的比例与OSEM比较并未显著增加(73.1%比75.8%;χ^(2)=0.361,P=0.548)。结论TOF和PSF结合能显著提高肺癌纵隔淋巴结转移病灶的探测能力,以及病灶SNR和SUV,尤其在小病灶和低对比度病灶中更为显著。

基于改进函数投影同步的PMSM有限时间混沌控制

研究了均匀气隙永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)在参数确定,以及空载且定子绕组只有直轴输入电压供电的情况下,对在一定的输入电压范围内发生的混沌振荡进行控制.针对PMSM中直轴、交轴电流和电机角速度的混沌振荡,提出一种基于改进函数投影同步和有限时间稳定的控制方法.设计了改进函数投影同步控制器,并基于Lyapunov稳定性定理,从理论上证明所设计的控制器的有效性.仿真结果表明,系统在施加的控制器的作用下,原运行于混沌状态的系统能够在很短时间内收敛于稳定的状态,且具有对外部扰动的强鲁棒性.与施加输入–状态线性化方法设计的控制器的效果相比,系统状态变量能够更快达到预期控制设定值,并维持在平衡状态运行,具有良好的动态品质.

基于非线性目标函数的时间卷积网络RUL预测

机械设备剩余使用寿命(RUL)预测是系统维护策略的重要组成部分。在建立深度学习预测方法的目标函数的过程中,退化模型通常以分段线性函数的形式建立,异常值对预测结果的影响很容易被放大。提出了一种基于分段非线性退化的时间卷积网络回归模型。非线性函数能较好地描述传感器的退化趋势,减少线性模型预测引起的系统偏差。在美国航天局公布的涡扇发动机(C-MAPSS)数据集上验证了该模型的有效性,实验表明该模型比目标函数为分段线性函数的模型具有更低的误差,优于现有的一些预测方法。

基于分段Knothe时间函数的开采沉陷预计模型优化及应用

淮南矿区煤层埋深达800~1200 m,开采影响传播时间长,在使用原始分段Knothe时间函数模型预计该地区地表沉陷动态过程时,存在的不足为:预计的地表沉陷无启动阶段,下沉速度达到最大时对应的地表沉陷值并不等于最大下沉值的1/2,时间因素影响系数(c)以及地面点最大下沉速度对应的时刻(τ)无法实现自适应取值。通过理论研究以及资料分析,应用地表沉陷启动时间t_(0)以及修正模型对Knothe时间函数模型进行优化,并结合淮南矿区地质特征以及概率积分模型相关理论构建了c、τ求解模型,提出了适合淮南厚冲积层矿区的分段Knothe时间函数优化模型。以淮南某矿1613(3)工作面为例,采用所提优化Knothe时间函数模型、原始分段Knothe时间函数模型、分段Knothe时间函数模型分别进行了地表沉陷预测。结果表明:以地表点的实测值作为参考,所提出的优化模型在预计地表形变时,预计标准差为295.8 mm,总体精度较原始分段Knothe时间函数提高了49%,较分段Knothe时间函数提高了53%,证明了所提优化模型的优异性。

基于改进Knothe时间函数的地表动态移动变形预测模型研究

目的为进一步探究地表动态移动变形特征,加深认识矿山开采沉陷基本规律,更好地服务于矿山安全绿色生产,方法针对原Knothe时间函数模型表达地表下沉及其速度变化规律的缺陷,基于矿山开采过程中地表下沉盆地动态形成机理,分析时间函数参数c对地表下沉量、下沉速度和下沉加速度影响规律;以地表下沉速度达到最大值时刻,将地表动态移动变形分为两个阶段,进一步改进Knothe时间函数模型,在此基础上,建立地表动态下沉、倾斜、曲率移动变形预测模型,并以某矿2201开采工作面为例,进行地表动态移动变形预测和精度分析。结果结果表明:改进后的Knothe时间函数形态与矿山开采沉陷地表动态移动变形一致,可以较好地描述采动地表“稳定→变化→稳定”全过程动态演化特征;参数c是该函数模型的重要参数,与覆岩力学性质、开采条件和开采速度等地质采矿条件有关,对描述地表动态移动变形量较敏感,随着参数c增大,地表下沉量和下沉速度显著增大;运用改进的Knothe地表动态移动变形预测模型计算,得到的地表下沉量误差为厘米级精度,倾斜值误差在5 mm/m以内,曲率误差在0.7 mm/m2以内,其相对误差均在6.0%以内,预测结果与实测结果较吻合。结论提出的预测模型具有一定可靠性与实用性,可较准确分析地表动态移动变形全过程的规律,从而为“三下”采煤及保护煤柱留设提供参考。

结合改进Weibull时间函数的开采沉陷动态预测模型

煤炭开采引起的地表沉陷是一个多维动态变化过程,动态预测可以获取采空区上方任意位置、时刻的形变大小,对保护地面基础设施和人民生命安全具有重要意义。为实现地表沉陷的动态预测,针对Weibull时间函数模型结构复杂、参数较多等不足,基于开采沉陷相关理论,建立了仅含一个模型参数,且可以准确描述地表点下沉量、下沉速度、下沉加速度的改进Weibull时间函数模型。在此基础上,结合已有的地表沉陷盆地模型,建立了一种新的开采沉陷动态预测模型,详细阐述了模型参数的确定方法及其对沉陷盆地形态的影响,并结合某矿313工作面和3214工作面实测数据验证了模型的预测精度和适用性。结果表明:改进的Weibull时间函数模型最大均方根误差为52 mm,最大相对误差为2.1%,较改进前分别提高了60.3%和64.4%;开采沉陷动态预测模型预测的下沉曲线形态和实测下沉曲线形态一致,最大均方根误差为17 mm,最大相对误差为1.76%,表明该模型可以预测地表沉陷过程,具有较好的适用性和可靠性。该研究结果可为矿区地表沉陷动态预测提供参考。

开采沉陷动态预测时间函数参数变化规律研究——以Weibull为例

针对开采沉陷动态预测模型中时间函数参数主要以最大下沉点的下沉时间序列为基础反演获取,在工作面上方空间位置变化规律研究不足的问题;依据工作面推进过程中覆岩受力、垮落情况,在平面方向上将采空区分为竖向整体受压区、中间区、动态完全区3个区间;以Weibull时间函数为例,分析了动态预测m、k 2个参数的含义、空间分布规律及特点,并构建2个参数的分区数学模型及选取准则;分别以实测最终值、概率积分法预测值为基准,通过实例验证了其正确性,丰富了开采沉陷动态预测参数研究。

循环噪声作用下周期调制双稳系统的驻留时间分布函数

提出了一种计算循环噪声作用下周期调制双稳系统驻留时间分布函数的理论方法。基于具有分段逃逸速率的两态模型理论,建立粒子逃逸的瞬时速率方程,推导得出驻留时间分布函数的递归表达式。基于此,分别计算信号振幅与循环噪声强度比值较大和较小2种不同情形下驻留时间分布函数的解析表达式。并且,从理论和数值模拟两方面分别阐明了循环噪声对驻留时间分布函数结构的影响。研究结果表明:驻留时间分布函数呈现指数衰减且在循环滞后时间处出现骤然下降趋势,且随着噪声强度和相关强度的增大驻留时间分布函数衰减速度变快,说明循环噪声能够加速粒子在势阱间的跃迁。此外,在周期信号的调制下,驻留时间分布函数在信号半周期的奇数倍处出现一系列峰值,这预示着系统发生了随机共振现象。

基于时间函数的高寒矿区地表动态下沉规律研究

高寒地区因为其冻土的特殊性质导致其经历开采后随着季节变化易导致上覆岩层破坏,因此,为准确预测高寒地区矿区上覆岩层的动态沉降的发展趋势,选取高寒矿区地表富水区作为研究对象,基于Weibull时间函数与分段函数的思路,结合矿区地表干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)监测数据建立高寒矿区地表动态沉降模型,讨论该函数模型的适用性。结果表明:高寒矿区冻胀地表沉降的3个阶段沉降量与时间的关系曲线与Weibull时间函数模型对应曲线相符。对Weibull时间函数的双参数取值进行探讨并优化,最终确定当初始、加速阶段的沉降运动参数λ取值2.5,沉降时间参数η取值0.068,稳定阶段λ取值2.3,η取值0.048时误差处于限差范围内,能较为准确地模拟预测地表的动态沉降过程。研究成果可为高寒矿区的防灾减灾及治理工程提供参考。

基于Weibull时间函数的采煤沉陷区地表动态沉陷预测模型

煤矿地表开采沉陷是一个复杂的时空过程,是矿山开采沉陷重点解决的问题。本文将时间参数引入到地表移动变形的动态预计中,分析了Weibull模型及其描述地表动态沉陷规律的适用性,并进行了参数分析,建立了地表动态沉陷预测模型。进行了实例分析。研究结果表明,参数n和k是该函数模型的重要参数,对描述地表动态移动变形量较为敏感;通过运用本文提出的地表动态移动变形预计模型,计算得到的地表下沉值相对误差均在7.0%以内,预计结果与实测结果较为吻合,预测模型可靠,预测结果可为相关减损措施的制定提供参考。

基于电磁时间反演P范数判据的配电网故障定位

目前电磁时间反演(electromagnetic time reversal,EMTR)多应用在单一线路故障定位,且现有判据在高阻抗接地情况下效果不理想。针对上述问题,基于EMTR故障定位原理和均匀传输线理论推导了传播过程中线路故障信号与测量信号的传递函数,根据传递函数的相关性提出了P范数判据。利用ATP-EMTP搭建10 kV配电网线路,对比了2范数与P范数判据在复杂配电网中的定位性能,并验证了所提判据在混合配电网线路的适用性。最后,分析了配电网发生低阻抗及高阻抗接地故障下P范数判据的鲁棒性。仿真结果表明,该方法在过渡电阻高达3 kΩ的情况下能准确定位,且定位精度高,受噪声、故障类型和采样频率的影响小。

矿井随掘地震震源时间函数及其模拟数据脉冲化处理研究

随掘地震技术是巷道智能化快速掘进发展急需的地质保障技术之一,由于随掘震源与炸药等主动震源差别较大,常规的认知与数据处理技术已经无法取得效果。针对目前随掘震源认知不足,缺乏有效随掘地震数据正演模拟方法的问题,开展了随掘震源产生机制分析与震源时间函数构建研究。研究发现:随掘地震数据是具有一定延续时间的复杂、变频、连续信号,其相对低频信号主要与综掘机的自身机械动作、随机落煤以及转载机、带式输送机运作等有关,相对高频强能量信号由截割破煤决定,总体表现为一种多源叠加的伪随机信号特征;其次,在线性排列数据采集模式下,随掘震源可近似为不同时延下连续激发的多源叠加而成的综合虚拟点震源,该震源由综掘机械截割煤层时的震动以及煤体破裂、随机落煤、转载、打钻、输送带运输等联合作用而成,其中截割煤层起主要作用。基于震源产生机制分析,构建了随掘地震震源时间函数,并以该时间函数作为震源加载项,开展了随掘地震数值模型试验,得到的随掘地震模拟数据与实测数据具有相同的时间域、频率域以及时频域特征,表明了构建出的随掘地震震源时间函数可有效进行随掘地震数据正演模拟,提升了随掘震源的认知程度。另外,为验证基于脉冲反褶积与互相关的脉冲化算法在随掘地震数据处理中的有效性,以2种常用地震干涉技术为对比,利用随掘地震模拟数据进行了脉冲化处理实验。试验结果表明:基于脉冲反褶积与互相关的脉冲化处理结果与相同模拟条件下采用常规Ricker子波模拟得到的地震记录波场特征更为相近,验证了脉冲化算法的有效性,为随掘地震技术的深入研究与应用提供了基础。

导引头稳定平台离散时间预设性能控制

针对现有离散时间预设性能控制方法对滑模趋近律依赖度高、抖振缺陷明显的难题,通过创建一种摆脱了滑模控制的设计新框架,为拦截弹导引头稳定平台提出了一种离散时间预设性能控制新方法。首先,设计一种离散时间性能函数对跟踪误差的收敛轨迹进行包络约束;然后,定义一种离散时间转换误差并将其用于构造一种新颖的反馈函数;设计离散时间控制律对新开发的反馈函数而不是转换误差进行镇定,不仅保证了所有跟踪误差均具有期望的预设性能,还摆脱了控制算法对滑模趋近律的依赖性,从根本上解决了控制抖振难题;最后,通过数值对比仿真验证了所提方法的有效性与优势。

基于电磁时间反演的VSC-HVDC系统架空线-电缆混合线路故障定位方法

针对传统故障定位方法无法应用于架空线-电缆混合直流线路的问题,提出了一种架空线-电缆混合直流线路的故障定位方法,该方法采用先确定故障点所在区段、后在区段中定位的原理。利用故障附加网络的直流分量定义了故障区段判别函数,通过该判别函数在不同区段发生故障时数值不同实现故障区段的判定。然后,分析了电磁时间反演理论在故障定位中的可行性,分析确定了故障特征谐波。利用线路两端特征谐波的电流行进波作为时间反演电路的电流源,设置与原线路拓扑结构镜像的线路,利用时间反演电流源与镜像线路构建时间反演电路。在此基础上,根据时间反演的能量聚焦特性列写故障区段内的故障定位方程并实现区段内故障定位。利用PSCAD/EMTDC搭建的电压源型换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统仿真证明了所提方法能实现线缆混合直流输电线路的故障定位。

曲线拟合与分段函数组合法在瓦斯抽采量预测中的研究与应用

为减少矿井煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故的发生,将井下瓦斯及时抽出是必要的,因此对瓦斯抽采量进行准确地预测愈发重要。在神经网络法、多元线性回归法等预测方法的基础上,根据瓦斯抽采量在时间效应下变化波动大的特性,提出了曲线拟合与分段函数组合法。此方法以瓦斯抽采量衰减为界将瓦斯抽采分为前、后2个阶段,根据实测数据作抽采纯量随时间变化曲线并对变化曲线进行拟合,根据拟合曲线列出预测瓦斯抽采量的计算公式,用于对抽采量进行预测。分别对九里山矿、古汉山矿进行后段抽采量预测与实际的比较,其中九里山矿得到后段预测值的最小相对误差为0.63%,最大相对误差为2.34%,古汉山矿得到后段预测值的最小相对误差为0.09%,最大相对误差为3.23%。表明曲线拟合与分段函数组合法对井下瓦斯抽采量预测是可行的,对井下瓦斯治理具有重要的意义。

基于AIC准则的煤矿区单点动态沉降时间函数优化选取

时间函数法是最常用的煤矿区地表动态形变预测方法之一。其中,描述地表单点“S”型沉降过程的数学模型选取直接影响时间函数法的形变预测精度和可靠性。现有研究大都以拟合残差最小化为目标,通过修正或引入“S”型增长数学模型提高时间函数法的预测精度。然而,该方式容易导致“过拟合”现象,增加模型复杂度和参数反演难度。为克服该问题,引入了拟合残差和模型复杂度2个关键的优化选取指标,以来自7个不同地质采矿条件矿区的103个观测点时序沉降值为样本,采用理论分析与赤池信息量准则探讨了12种常见“S”型增长模型在煤矿区地表单点沉降过程描述中的优化选取。结果表明:①12种模型中,5个四参数模型的平均拟合残差为3.51 cm,明显优于二参数Knothe模型(14.10 cm),但仅略优于6个三参数模型(4.78 cm);②在兼顾拟合残差和模型复杂度的准则下,三参数模型普遍优于四参数和二参数,说明三参数模型比较适合描述矿区地表单点动态沉降过程,而四参数和二参数模型则分别存在“过拟合”(过度参数化)和“欠拟合”现象;③在6个三参数模型中,模型的优化选取与覆岩岩性有关。其中,软和中硬覆岩条件下,目前尚未被引入时间函数法的三参数Hossfeld模型能够较好地兼顾拟合残差小和模型复杂度低2个关键指标,但在坚硬覆岩条件下,Weibull模型表现则优于Hossfeld模型。

飞行时间、点扩散函数和高斯滤波对18F-FDG PET/CT肺结节SUV和SNR的影响

目的:探讨飞行时间(TOF)、点扩展函数(PSF)和高斯滤波(GF)对肺结节的标准化摄取值(SUV)和信噪比(SNR)的影响,为肺结节患者提供最佳的PET重建算法.方法:回顾性分析2020年12月至2022年3月在安徽医科大学第一附属医院行全身18F-FDGPET/CT检查的38例肺结节患者的PET/CT图像.采用滤波反投影(FBP)、有序子集最大期望值(OSEM)、OSEM+TOF、OSEM+PSF、OSEM+TOF+PSF和OSEM+TOF+PSF+GF[GF的半高宽(FWHM)分别为2、4、6、8和10 mm]重建算法进行图像重建,通过视觉评估PET图像质量和半定量方法分析肺结节的SNR和SUV.分别采用Holm-Sidak检验和Friedman检验分析不同重建算法间SUV和SNR的差异.结果:相比于FBP组,OSEM+TOF+PSF组SUVmax、SUVpeak、SUVmean 和 SNR 分别提高 8.02%(P>0.05)、10.72%(P<0.000 1)、19.05%(P<0.000 1)和 688.89%(P<0.000 1);相比于OSEM组,OSEM+TOF+PSF组SUVmax、SUVpeak、SUVmean和SNR分别提高 13.89%、25.60%、38.56%和 101.07%(均P<0.01);相比于OSEM+TOF组,OSEM+TOF+PSF组SUVpeak、SUVmean和SNR分别提高8.42%、12.76%和67.98%(均P<0.000 1),SUVmax降低2.76%(P>0.05);相比于OSEM+PSF组,OSEM+TOF+PSF组 SUVmax、SUVpeak、SUVmean 和 SNR分别提高 28.17%、19.19%、33.83%和12.15%(均 P<0.01).与 OSEM+TOF+PSF 组相比,OSEM+TOF+PSF+GF(2 mm FWHM)组 SUVmax、SUVpeak和SUVmean分别降低 12.12%、52.05%和9.24%,SNR提高3.42%(均P<0.05);OSEM+TOF+PSF+GF(4 mm FWHM)组 SUVmax、SUVpeak 和 SUVmean 分别降低 56.67%、69.79%和 34.75%,SNR 提高10.10%(均P<0.05);OSEM+TOF+PSF+GF(6 mm FWHM)组SUVmax、SUVpeak、SUVmean和SNR分别降低 115.91%、99.10%、73.63%和 1.75%(均P<0.05);OSEM+TOF+PSF+GF(8 mm FWHM)组 SUVmax、SUVpeak、SUVmean 和 SNR 分别降低 198.38%、140.65%、126.04%和 18.68%(均P<0.05);OSEM+TOF+PSF+GF(10 mm FWHM)组 SUVmax、SUVpeak、SUVmean和 SNR分别降低 311.94%、198.99%、201.85%和60.47%(均P<0.05).2名医师对FBP、OSEM、OSEM+TOF、OSEM+PSF和OSEM+TOF+PSF重建算法肺结节PET图像视觉评分优秀率均值分别为0、11.63%、25.58%、18.60%和50.00%;OSEM+TOF+PSF+GF(GF的FWHM分别为2、4、6、8和10mm)重建算法肺结节PET图像视觉评分优秀率均值分别为51.16%、54.65%、54.65%、33.72%和 10.47%.结论:在所有重建算法中,OSEM+TOF+PSF+GF(4 mm FWHM)重建算法可以获得最佳的肺结节PET图像视觉评分和SNR,但降低了肺结节的SUV.