基于ML-PCA的锅炉给水系统模态划分

锅炉给水系统是火电机组汽水循环的重要组成部分,对给水系统的运行健康状态进行有效监测是保障机组稳定、可靠运行的重点内容。但是,给水系统的故障存在故障征兆弱、故障动态特性被掩盖、故障变量受“残差污染”和故障后果危害大等特点。给水系统的功能性强,结构复杂,运行参数间具有强时滞、高耦合、非线性的特点,这使得运行健康状态的监测和预测体系很难实现高准确性和高可靠性。因此,如何建立有效的、能够反映给水系统运行特性的健康评估方法和体系将是保障给水系统稳定运行所亟待解决的问题。本文阐述了火电机组给水系统的结构和运行特性。然后,对给水系统的运行数据进行了基于形态学滤波方法的预处理。最终提出了基于局部主成分分析(Multi-Mode Local Principal Component Analysis, ML-PCA)方法的运行模态划分策略,并进行了应用验证。

一种新颖的探地雷达快速正演模拟及埋地目标探测机器学习方法

探地雷达正演模拟在真实雷达数据解译及全波形反演中扮演着重要的角色,针对传统探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)正演模拟计算量巨大、耗时、不利于实时探测等问题,提出一种基于机器学习框架的近实时GPR正演模拟方法.以混凝土中的钢筋探测作为GPR应用场景,混凝土的含水量、钢筋半径及埋地深度作为模型参数,利用时域有限差分数值模拟散射回波信号;运用主成分分析对回波数据进行降维处理得到相应的主成分权值系数,并以此作为机器学习网络的输出;设计了一种基于随机森林的多层循环网络架构和学习策略,不仅充分挖掘学习模型参数和主成分权值系数之间的内在因果关系,也共享主成分间的相互联系,并具有对每个预测主成分完善和修正的功能,以此实现基于机器学习的探地雷达快速正演模拟,与传统机器学习相比,有效提高了正演模拟的精度.在此基础上将两个深度神经网络与随机森林相结合,以回波数据主成分系数为输入,建立了基于机器学习的场景参数预测模型,实现了近实时的埋地目标探测,预测的混凝土含水量最大误差为2%,钢筋埋地深度最大误差为6.7%.

基于相似时段和PCA-ELM的超短期风电功率预测

为提高风电场输出功率的预测精度,提出一种采用相似时段选取原则和基于主成分分析(principal component analysis,PCA)与多层自编码极限学习机(multi-layer auto encoder extreme learning machine,ML-AE-ELM)组合算法(PCA-ELM)的预测模型。通过关联度分析明确待测时段的相似时段范围,结合天气数据、机组状态和历史功率构建训练和测试样本,利用预测算法完成样本的训练和测试,得到输出功率预测结果并验证。实验结果表明:与常见的算法模型相比,该预测模型在不同装机容量和不同工作状态的风电场中均具有较高的预测精度,表现出良好的预测稳定性和泛化能力。

基于PCA-ML-RBF模型的资源环境承载能力监测与空间规划实施情景模拟研究

资源环境承载能力是区域可持续发展蓝图的本底基础与重要支撑,空间规划的实施也将驱动资源环境承载能力的演进。为科学监测区域资源环境承载能力,分析规划实施情景下资源环境承载能力状况,从压力—支撑、破坏—修复、消退—提升6个维度构建区域资源环境承载能力监测体系,并集成主成分分析(PCA)和多标签径向基(ML-RBF)神经网络模型,开展北京市2010-2018年资源环境承载能力监测与空间规划实施情景下的资源环境承载能力演进模拟。结果显示:1)北京市2010-2018年的资源环境承载能力在0.951~1.221之间,承载支撑因素、修复因素与提升因素的贡献逐年上升,在2018年达到0.552,表征环境与生态状态的破坏因素和消退因素自2010年的0.472减少至2018年的0.452;2)在国土空间规划实施情景下,北京市2035年的资源环境承载能力可达1.447,压力—支撑、破坏—修复、消退—提升6个维度的承载状态结构进一步优化,分别为0.188与0.296、0.131与0.122、0.090与0.174。研究表明:PCA-ML-RBF模型能够科学监测区域资源环境承载能力,定量计算指标贡献,并对空间规划实施情景下的资源环境承载能力演进状况进行模拟,可为区域资源环境承载能力监测与国土空间规划实施情景模拟提供方法体系借鉴。

长江经济带生态全要素生产率评价及协调性分析

采用基于PCA-DEA组合模型的Malmquist-Luenberger指数法,选取多指标作为投入变量,同时将环境因素纳入到非期望产出,利用2003—2012年长江经济带11个省市的相关数据,考察长江经济带生态全要素生产率,并对长江经济带生态发展协调性进行测度分析。实证研究结果显示:在研究期间内,不考虑环境因素,长江经济带生态全要素生产率年均增长率为1.67%,而环境约束下的生态全要素生产率年均仅增加0.36%;长江经济带上、中、下游区域生态全要素生产率差异显著;长江经济带总体生态发展协调性有所改善,区域间生态协调性表现不一致。"新常态"下要加强长江经济带高新技术产业发展,推进长江经济带生态文明建设,改善长江经济带生态现状。

湿式球磨机筒体振动信号分析及负荷软测量

针对磨矿过程的磨机负荷(ML)难以有效检测,球磨机常运行在欠负荷状态,造成该过程难以实现优化控制和节能降耗的难题,通过综合分析球磨机筒体振动的产生机理、不同研磨条件下振动信号的功率谱密度(PSD)及ML参数与PSD各频段的相关性,提出了采用料球比、浓度及充填率三个负荷参数对ML进行软测量建模的方法.该方法首先将振动加速度的时域信号通过傅立叶变换至频域,然后采用主元分析法(PCA)对振动频谱数据的低、中、高三个频段分别进行降维和特征谱变量的提取,最后利用最小二乘支持向量机(LSSVM)实现特征谱变量与ML参数间的非线性映射.实验结果表明,该算法能够有效地提取频谱变量的谱特征,并具有较高的估计精度.

移动LiDAR点云下的高速公路横断面和标线信息提取研究

扫描车获取的LiDAR点云对摸清道路现状提供了重要的数据源,基于现有研究成果,本文提出了一套提取高速公路单侧车道横断面,并对道路标线进行编码和聚类的点云数据处理程序,主要包括:①建立点云空间索引,对场景中的点云阈值处理并采用合适的滤波算法来提取路面点;②采用PCA主成分分析法对点云数据进行降维,确定数据的二维主方向,根据主方向提取出高速公路单侧车道横断面;③根据点反射强度差异提取道路标线点,基于DBSCAN算法对道路标线进行编码聚类。相关成果可应用于道路资产管理和无人驾驶导航等领域。