面向大规模海量数据的数据挖掘隐私保护方法研究

物联网环境产生大量数据,数据隐私保护问题已经成为热点研究领域之一。通过阐述物联网大数据的特点和隐私威胁,分析了现有的数据挖掘隐私保护方法的不足,针对性地提供了一种基于混合高斯分布的数据扰动隐私保护方法。该方法通过生成并公开一组与原始数据独立同分布的新数据的手段来达到对原始数据进行扰动的目的,不仅有效地保护了原始数据隐私,并且保持了原始数据的统计特点,与原始数据上生成的挖掘模型具有相近的准确性。

小尺度物体内部多磁源反演技术

为解决对小尺度物体内部多个磁场源反演能力差的问题,提出了小尺度物体内部多磁源反演技术。利用原子磁强计采集磁源信号,基于弱磁理论反演磁源分布,引入分布源模型、高斯-赛德尔迭代算法优化求解过程,开展正反演模型验证。同时,采用点源模型去卷积操作提升磁源的空间分辨率,去卷积前系统空间分辨率约为10 mm,去卷积后小于4 mm。结果显示磁源反演的空间位置分布大致接近真实,验证了反演技术的正确性,可用于精密仪器内部磁源的识别应用。该研究开辟了部分精密仪器内部多磁源探测的新途径。

一种抗畸变的增强型八节点等参元

为了提高平面问题的求解精度,基于勒让德正交函数族引入泡状函数来增强映射关系的思想,构造Q8_Legendre单元。针对单元的位移场中含有泡状函数导致单元刚度矩阵规模变大的问题,在得到单元刚度矩阵后附加自由度凝聚,以减小整体刚度矩阵规模、节省计算机内存空间。算例表明,随着泡状函数项数的不断增加,Q8_Legendre单元能够通过分片试验,使得单元的位移精度得到改善,而应力精度保持相当。当出现畸变网格时,Q8_Legendre单元表现出抗畸变的性能,且不会出现闭锁现象。

带有偏正态误差的众数回归模型最大似然估计的EM算法

经典的多元线性回归模型要求残差满足高斯-马尔柯夫假设(G-M),在实际生活中由于数据的随机性往往很难满足这个条件.利用Sahu等在2003年提出的偏正态分布来拓展经典的回归模型,给出了偏正态分布众数的近似表达式,建立了偏正态分布下均值和众数多元线性回归模型.在求解模型的参数估计时使用偏正态分布的分层表示构造EM算法.在M步统一给出两点步长梯度下降算法,同时也对均值模型给出显示迭代表达式.最后通过模拟分析以及实例来讨论两种回归模型的可行性.

基于图像处理的端子压接截面质量分析方法

端子压接截面质量对新能源汽车的使用安全有着巨大的影响,因此提高端子压接截面质量的分析水平显得尤为重要。由于端子和线芯材料多为铜,在端子压接截面上很难从颜色上将两者分开,因而鲜少将图像工程技术应用到端子压接截面质量分析中。对此,利用图像处理技术,提出了一个基于分割的端子压接截面质量分析方法,首先通过色彩空间和高斯混合模型(GMM)分割开端子压接截面图像的前景和背景,然后通过多次金字塔聚类算法分割线芯区域和端子区域,最后通过形态学运算对线芯内的细铜线进行定位和分析。该方法解决了颜色和纹理相近的端子和线芯难以分割的问题,并实现了对线芯中细铜线的准确定位。

基于高斯增强模块的相机模型辨别

在多媒体取证中,高通滤波器是卷积神经网络常用的预处理层之一,用于抑制图像内容的影响,只强调高频特征。但与此同时,其他一些包含取证痕迹的有用信息也将被不加区别地剔除。为了解决这一问题,文中提出了一个简单而高效的高斯增强模块(Gaussian Enhancement Module,GEM)来提取“扩展的”高频特征,即在维持原有特征强度的基础上增强高频细节信息。GEM由两个连续的一维低通高斯滤波器组成,以获得一个模糊版本的特征图,并进一步得到相应的扩展高频残差。通过以高频残差作为空间掩膜,它可以自适应地强化脆弱和细微的低级取证特征,并防止在特征传递过程中出现衰减现象。在相机模型辨别数据集上进行实验,通过将该模块插入多个主流骨干网络,GEM仅仅带来非常轻微的模型复杂度的增加,网络性能和鲁棒性却显著提高,表明该模块支持“即插即用”,与特定的网络架构无关。

基于广义EIV模型的矿区高程异常的无缝推估算法

本文基于广义EIV(Generalized Error-In-Variables,GEIV)模型,提出一种矿区高程异常拟合的无缝推估算法。该方法可以顾及观测值之间的相关性,实现求解二次多项式系数的同时并推估出未知高程异常的一步法。通过实验表明,相比较于GEIV模型和Gauss-Markov(GM)的两步法,本文提出的方法求解多项式系数的均方根误差与广义EIV模型的精度一致,且优于GM模型,推估未知高程异常的精度分别提升50%和10%。

基于小波包分解与高斯云模型的故障诊断方法

人工智能技术作为有效手段广泛用于机械系统故障诊断,但故障样本的缺乏严重制约人工智能模型走向高精度诊断的工程应用。针对故障样本不足的问题,提出一种基于小波包分解与高斯云模型的故障诊断方法,通过对小样本的故障信号做小波包分解并计算每个子频带的能量以建立故障特征向量,对特征向量建立高斯云模型并正向云计算生成大量云滴以扩充故障样本。基于凯斯西储大学的轴承数据和支持向量机的故障分类实验结果表明,所提方法能有效扩充故障样本,提高故障诊断精度。

川南页岩气峰值产量预测

中国页岩气资源主要分布在四川盆地及邻区,四川是中国最早进行页岩气勘探开发的盆地,发展潜力巨大。产量峰值预测研究是指导页岩气发展的重要依据,以研究四川盆地南部地区页岩气的勘探开发潜力为基础,通过对国内外预测模型的筛选和适用性分析,采用Gauss与Hubbert模型预测川南页岩气产量增长趋势。综合考虑影响页岩气产量预测的关键因素,以期实现储量发现与产量增长预测的有效联动。将最终可采储量(URR)作为影响产量变化趋势的综合表征指标,创新建立以最终可采储量为约束条件的储—产量耦合预测模型,并在不同最终可采储量情景下,对川南页岩气未来产量峰值进行较高精度的量化预测。研究结果表明:①在未来一段时期,川南页岩气具有广阔的勘探开发前景,峰值产量与最终可采储量呈正相关关系;②研判达到峰值时间,从历史拟合出发,预测产量达到峰值时间在2042年左右;③对于峰值产量区间,峰值产量预测结果证实,两种模型预测不同情景最终可采储量下的峰值产量接近,川南页岩气产量高峰区间中值在350×10^(8)~400×10^(8) m^(3),相对稳产期10年以上。

基于长期监测的开口截面组合梁斜拉桥温度场分析

通过灌河大桥长期监测数据对组合梁斜拉桥的温度场分布进行研究.首先,分析了温度变化规律、相关系数以及统计特征;之后,采用高斯混合模型描述温度概率分布,并通过赤池信息量准则(AIC)和贝叶斯信息准则(BIC)判别最优的高斯分布数量;接着,借助广义极值分布获取正、负温差的极值分布;在此基础上,通过外推方法计算了不同设计基准期、超越概率下的温差标准值,并得到灌河大桥的温度分布模型.结果表明,当高斯分布数量为3时,通过高斯混合模型能够准确描述温度的概率分布;竖向与横向温差的极值服从广义极值分布;基于监测数据的竖向正温差标准值为16.0℃,与现行公路桥梁规范的标准值相当,而负温差标准值仅为-5.3℃,其数值小于现行规范;实测的横向正温差标准值可达14.6℃,而负温差标准值为-12.3℃.

一种顾及随机误差的地面三维激光扫描仪自检校方法

系统误差作为点云数据中的非随机项,使得扫描结果具有累积作用,对结果质量的影响尤为显著。因此,提出一种地面三维激光扫描仪系统误差自检校方法,该方法同时考虑了系统误差和随机误差对扫描结果的影响。在随机模型方面,基于测角和测距精度对观测值进行加权,并利用方差分量估计理论实现不同类型观测值的后验估计。仿真实验和实测数据验证表明,该方法能有效提高未知参数的解算精度,且经过系统误差和随机误差改正后,可获得更接近真实值的目标坐标,相较于常规自检校方法具有更高的准确性和精度。

利用时空物种分布模型研究海州湾大泷六线鱼的时空分布

为了解海州湾大泷六线鱼时空分布特征及其影响因素,根据2013—2019年秋季在海州湾开展的底拖网渔业资源调查和环境观测数据,构建了时空物种分布模型(spatio-temporal species distribution models),分析其分布与环境因子的关系,通过残差分析比较其与广义加性模型的残差独立性和异质性,运用交叉验证检验模型预测性能,最终结合delta方法对其分布进行预测并计算栖息地适宜性指数(habitat suitability index,HSI)和资源分布重心。时空模型的偏差解释率为65.50%,模型分析表明,影响大泷六线鱼资源分布最主要的环境因子为水深(22.11%),其次为底层水温(12.98%),底层盐度(0.09%)的影响较小,水深与其分布存在正向相关性,底层水温与其分布存在负向相关性,底层盐度与其分布存在弱正向线性关系。时空模型的残差独立性和异质性较GAM更强,其交叉验证回归线斜率为0.90±0.38。模型预测结果表明,大泷六线鱼主要分布在34.5°N以北,120.0°E以东的海域,其栖息地适宜性指数的高值区域呈现逐年收缩的趋势,资源分布重心呈现向东北海域转移的趋势,这可能是气候变迁以及捕捞压力共同作用的结果。本研究解析了大泷六线鱼在海州湾的时空分布,对于深入了解大泷六线鱼的分布动态和科学的渔业管理具有重要意义。

超高阶全球地形球谐系数模型的构建方法与实现

针对10800阶地形球谐系数模型构建的计算精度、计算稳定性及超大规模运算量等问题,本文首先通过比较分析矩形离散积分方法、Gauss-Legendre积分方法和Driscoll/Healy积分方法,验证了Driscoll/Healy积分方法具有更高的计算精度。然后,给出了改进的Belikov公式,将完全正常化缔和勒让德函数在全球范围内以优于10^(-12)精度高效、稳定递推至10800阶;提出了联合FFT和基于OpenMP的多核并行方法求解超高阶球谐系数的优化策略,显著提高了球谐系数模型构建的计算效率。最后,利用Earth2014_TBI与全球海底地形模型STO_IEU2020格网数据建立了全球10800阶地形球谐系数模型sph.10800_IEU,总体精度与Earth2014_TBI2014.shc相当,在试验海域的相对精度略优于模型Earth2014_TBI2014.shc。

基于Kriging模型的双变量降维方法

双变量降维是一种具有较高精度的统计矩计算方法,但对于复杂工程结构其计算效率较低。为提高计算效率,提出一种基于Kriging模型的双变量降维方法。首先,对多维响应函数实施双变量降维,分别建立输入变量为高斯积分点的二维响应函数和一维响应函数的初始Kriging模型;其次,引入U学习函数依次选择对响应函数值影响最大的高斯积分点,并使用挑选的高斯积分点更新已建立的二维响应函数和一维响应函数的初始Kriging模型;接着,在已建立Kriging模型的基础上计算响应函数统计矩;最后,通过2个数值算例和1个SCARA机器人实例,将提出的方法与传统双变量降维方法进行对比。结果表明,与传统双变量降维方法相比,提出方法在保证精度的前提下可减少功能函数调用次数,从而达到提高统计矩计算效率的目的。

针对岩性储层的定量地震波成像

油气地震勘探目标越来越复杂。碎屑岩储层、火山岩储层、碳酸盐岩储层、非常规储层都已成为油气勘探的目标。地震波成像技术由定性的、带限反射系数为成像目标转为定量的、宽带波阻抗为成像目标,这是面对复杂储层勘探时的必然选择。带限反射系数定性地刻画深度域三维空间地下介质几何结构;宽带波阻抗定量地描述深度域三维空间地下介质岩性变化。后者更适于复杂岩性储层的描述。无论是定性的带限反射系数为目标的地震波成像还是定量的宽带波阻抗为目标的地震波成像都是信息不足情形下的参数估计问题。无论叠前地震数据或是与待估计参数有关的先验信息,在复杂构造和(或)复杂岩性变化情形下,都不满足高精度成像的要求。在大数据和机器学习技术已经普及的情况下,定量的、信息融合理念下的地震波成像技术路线也是不可回避的。为此提出了一条针对岩性储层的定量地震波成像技术路线:特征波反演成像(characteristic wave inversion,CWI)+信息融合宽带波阻抗建模(wide band impedance modeling,WBIM)方法技术系列。本质上,它是将FWI宽带波阻抗反演分解成背景速度建模、背景密度建模、线性化的宽带反射系数估计这三个凸性更好的反问题进行求解。关键是我们并没有将宽带波阻抗估计提成一个非线性的反演问题来求解,而是转化成一个信息融合问题,把已有的、认为最好的背景速度建模、背景密度建模、线性化的宽带反射系数估计结果,通过提出和求解一个约束非线性优化问题,重构出宽带波阻抗模型。这样做完全避开了反演求解宽带波阻抗时的不稳定、不收敛问题,同时在此过程中还可以进一步引入其他先验信息,通过将这些先验信息合理地融入到当前已有的反演成像算法中,在信息融合这一步继续提升宽带阻抗建模的精度。这是不同于目前常规波阻抗反演的一种新的宽带波阻抗建模方法技术,建模结果稳定,地质含义更清楚。宽带波阻抗模型各波数带的信息来源清楚,低频(低波数)来自背景波阻抗,高频(高波数)来自高分辨带限反射系数成像。中频成分的补充依赖于背景速度建模和构造成像精度的提高,也依赖于带限反射系数成像包含更充分的低中频信息(期望的带限反射系数是Gauss型的反射系数)。首先分析了定量地震波成像的理论基础;在此基础上,针对面向岩性油藏的定量地震波成像问题提出了定量地震波成像的技术路线(CWI+WBIM);把宽带波阻抗分为低波数带、中波数段、高波数带和超高波数带,分析了不同波数带波阻抗成分(包括背景阻抗和四种类型的带限反射系数(脉冲型反射系数、Gauss型反射系数、期望子波型反射系数、Ricker子波型反射系数)对宽带波阻抗建模的影响,形成了宽带波阻抗建模的技术流程。指出了定量地震波成像的核心不在于低波数背景阻抗建模结果的定量化,而是宽带反射系数成像结果的定量化。实际数据情况下,定量的宽带反射系数的获取首先依赖于保真的地震成像,然后是保真成像结果的频带展宽,最后是用测井反射系数标定地震反射系数的量级。理论数据和实际数据的测试结果证明了所提出的针对岩性储层的定量地震波成像技术的可行性、有效性和实用性。

1000 MW燃煤机组排放SO_(2)浓度扩散模拟研究

1000 MW燃煤机组火电厂排放污染气体中二氧化硫(SO_(2))浓度是我国火电厂排放污染的重点控制目标,为了研究SO_(2)浓度扩散对周围环境及人们身体健康造成的影响,对SO_(2)浓度扩散进行了模拟研究。首先,根据电厂的实际排放数据建立了高斯羽流扩散模型,利用该模型模拟在大气稳定度相同的情况下模拟不同的风速对SO_(2)浓度扩散分布规律的影响,并且分析SO_(2)浓度扩散的距离及范围。结果表明,SO_(2)浓度扩散与风速及大气稳定度有着密切的关系,风速越大,越有利于SO_(2)浓度扩散及气体的稀释,并证明了利用高斯烟羽模型模拟有害气体扩散具有较好的实际参考意义。

基于结构化变形驱动的非局部宏-微观损伤模型的真Ⅱ型裂纹模拟

Ⅱ型载荷作用下裂纹变形模式也为Ⅱ型的破坏问题称为真Ⅱ型破坏.准确定量地把握真Ⅱ型破坏的全过程是具有挑战性的问题.本文采用结构化变形驱动的非局部宏-微观损伤模型对真Ⅱ型破坏问题进行了模拟.根据结构化变形理论将点偶的非局部应变分解为弹性应变与结构化应变两部分,进而利用Cauchy-Born准则与结构化应变计算点偶的结构化正伸长量.在本文中,结构化应变取为非局部应变的偏量部分.当点偶的结构化正伸长量超过临界伸长量时,微细观损伤开始在点偶层次发展.将微细观损伤在作用域中进行加权求和得到拓扑损伤,并通过能量退化函数将其嵌入到连续介质-损伤力学框架中进行数值求解.进一步地,本文采用Gauss-Lobatto积分格式计算点偶的非局部应变,将积分点数目降低到4个,显著降低了前处理和非线性分析的计算成本.通过对Ⅱ型加载下裂尖应变场的分析揭示了采用偏应变作为结构化应变的原因.对两个典型真Ⅱ型破坏问题的模拟结果表明,本文方法不仅可以把握Ⅱ型加载下的真Ⅱ型裂纹扩展模式,同时可以定量刻画加载过程中的载荷-变形曲线,且不具有网格敏感性.最后指出了需要进一步研究的问题.

基于Gauss伪谱法的高空飞行器再入段轨迹优化对传热效应的影响分析

基于Gauss伪谱法和二阶有限差分(Gauss Pseudospectral Method,GPM),研究了再入过程中高速飞行器的传热问题,并依据最内温层升温最小的目的进行飞行轨迹的数值优化。主要思路:构造传热分析模型,并依据传热方程构造每一温层的传热微分方程;将各温层微分方程以及动力学微分方程作为伪谱法中的微分方程约束条件代入,进行轨迹数值优化设计;利用少量LG点构造拉格朗日多项式,再通过一维插值获得大量LG点的值,获得更高精度的拟合结果曲线。以某高超声速飞行器为对象用本方法进行数值计算,结果验证了方法具有一定的可行性。

局部方差与小波域LoG算子相结合的自适应图像去噪算法

本文针对传统PM模型存在模糊边缘细节的不足,提出一种基于局部方差与波域拉普拉斯高斯(LoG)算子相结合的自适应图像去噪算法,首先通过小波变换进行分解提取图像的高频部分,突出图像边缘纹理等细节信息,然后在PM模型的增强控制函数中引入LoG算子进行边缘纹理检测,最后将局部方差和图像梯度结合控制扩散强度,根据控制参数自适应地选择扩散模型进行扩散去噪。仿真结果表明,本文所提算法能够自适应扩散去噪,不但能有效地去除图像中的噪声,且边缘纹理等细节信息保留的较完整,有利于图像特征信息的获取。

基于ZigBee的RSSI测距研究

基于RSSI的测距技术是一项低成本和低复杂度的距离测量技术,被广泛的应用于无线传感器网络基于距离的定位技术中。本文在对RSSI测距的原理以及环境对RSSI的影响进行详细分析和研究的基础上,提出了三种实验数据处理方式,并在基于ZigBee的硬件平台上进行实验,得到了三种数据处理方式的测距精度。实验结果表明,在消除环境因素的影响后,高斯模型数据处理方式的测距精度最高——在20m的近距离测距时,精度在2m以内。