基于鱼类上溯行为的导鱼堰设计与效果评估

河道内鱼类上溯路径不唯一,聚集位置更是难以预测,对鱼类上溯行为进行有效引导有助于提升过鱼设施进口的效率。为此,该研究提出了一种导鱼堰的概念和设计方法,结合姚家坪水电站的过鱼设施,利用流场三维数值模拟、鱼类洄游(active fish migration,AFM)模型和实鱼试验对导鱼堰的效果进行评估。结果表明:姚家平水利枢纽工程的导鱼堰上下游水面落差为0.36~0.40 m,过堰水流流速可达1.5~2.8 m/s,形成阻鱼的屏障,并在导鱼堰下游侧形成了诱导鱼类向集鱼渠进鱼口游动的唯一低流速上溯通道,鱼类聚集点趋于唯一,验证了导鱼堰方案的合理性。利用鱼类洄游模型对导鱼堰的导鱼效果进行预测,结果表明,下游高水位和低水位2种工况下,90%以上的鱼类游动路径均表现出相似的规律,鱼类沿河道右岸和导鱼堰下游侧的低流速通道上溯,并最终聚集在集鱼渠的进鱼口处。放鱼试验中试验个体全部进入集鱼渠,结果进一步证实导鱼堰可以有效引导鱼类游动路线,并在集鱼渠进鱼口处形成唯一的聚集区。本文提出的导鱼堰丰富了生态水工建筑物的形式,可为过鱼设施进口的水力设计及下游河道的局部整治提供参考。

航空发动机叶片微束等离子堆焊转角焊缝模型研究

航空发动机叶片修复时,将受损部位切除后在新平面上进行多层多道焊接,在焊缝转角区域特别是转角点,因焊接工艺难以匹配导致过多熔滴进入熔池增加了焊缝熔高与熔宽,造成焊缝凸起,影响焊接质量。针对微束等离子焊接叶片转角区域焊缝的这种特征,建立了转角区域焊缝模型。首先利用抛物线曲线拟合建立了单道焊缝模型,并通过实验验证该模型能准确地表征单缝外形轮廓。然后提出了一种双焊缝转角重叠的焊缝成型模型。实验表明,采用该转角焊缝模型能够极大地降低转角区域焊缝的凸起,能满足航空发动机叶片修复精度的要求。

基于RFieldbus的Token-Passing协议实时性能建模

RFieldbus 无线现场总线的 MAC 协议 Token Passing 可看成是一个多台多队列排队系统。在分析了 TTR(令牌目的循环时间)对 RFieldbus 中 3 个优先级队列的服务时间的动态限制后,多台单队列排队模型 RF-P 被提出。对从站的轮巡交换数据任务被转化为RF-P 中的令牌内走步时间,原有的高、低级别两个队列则化成了两个具有不同 Poisson 到达率的 M/G/1/∞服务台。利用排队论中的准守恒 PCL 定律,在将服务时间限制转换为数量限制后,求出了等待响应时间的数学解析式。与试验结果的比较表明,在负载不大于 60%时其偏差度约在 10-20%间。

基于消息传递的机载雷达组网航迹融合

机载雷达组网航迹融合需要解决目标跟踪、数据关联与航迹管理3个子问题,然而这3个子问题相互耦合,采用开环序贯估计算法会导致性能下降.本文提出了一种基于消息传递的机载雷达组网航迹融合方法,该方法在联合优化框架下解决目标跟踪、数据关联与航迹管理3个子问题.首先,建立机载雷达组网航迹融合的联合概率密度函数,并将其转换为因子图.其次,将因子图分解为置信传播区域与平均场近似区域.目标运动状态的统计模型服从共轭指数模型,因此采用平均场近似以获得简单的消息传递更新公式.数据关联包含一对一约束,因此采用置信传播.目标存在状态同样采用置信传播,以获得更好的近似结果.最后,可以通过闭环迭代框架近似估计后验分布,从而有效处理目标跟踪、数据关联与航迹管理之间的耦合问题.仿真结果表明,所提算法的性能优于多假设跟踪算法和联合概率密度关联算法.

一种基于Message Passing的并行程序设计技术

本文首先分析介绍构造并行计算机系统的两种方法：Ｍｕｌｔｉｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ和Ｍｕｌｔｉｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，然后介绍一种Ｍｕｌｔｉｃｏｍｐｕｔｅｒｓ并行计算机系统中基于ｍｅｓｓａｇｅｐａｓｓｉｎｇ的并行程序设计环境以及并行程序设计方法，它具有程序设计简单、直观等特点，易于构造程序模型，并能获得较好的加速比。

基于末端触觉传感器的智能机器人压力补偿

末端触觉是智能机器人实现对外部环境做出直接反应的必需媒介。触觉传感器的弹性层易导致表面接触压力测量结果出现偏差,降低机械手的抓取力度的合理性。提出智能机器人末端触觉传感器压力误差补偿方法。建立触觉传感器三维力学模型,分析表面接触应力与弹性层之间的关系,得到传感器压力特征;计算弹性层的低通效应值,通过传感器测量值推理得到表面压力值,利用线性迭代反卷积算法对压力误差补偿。实验结果表明,研究方法应用下,压力误差补偿的均方误差接近于10-3,精度与理想效果更接近,上述方法获取的传感器对不同大小作用力的电学响应结果与实际数据具有较高一致性。

应用消息传递和卡尔曼模型的无线传感网定位跟踪算法

针对无线传感网系统中传感节点的定位跟踪问题,提出了一种基于消息传递和卡尔曼模型的定位跟踪算法。将目标物与多个锚节点之间的测距整理为线性混合模型,通过贝叶斯公式进行因式分解,建立因子图。假定目标物位置随时间连续移动,相邻的定位坐标之间存在潜在的缓变关系,并利用卡尔曼模型挖掘该关系,即将测距、定位和卡尔曼模型整体进行优化。在因子图中选择合适的消息更新规则,对每条边上的消息进行更新计算,形成定位跟踪算法。最后,建立虚拟和实测环境对所提算法进行数值验证。由于将测距、跟踪和卡尔曼模型融合为一个整体进行优化,相比文献中已有方法,所提定位跟踪算法在仿真环境中表现出超过2 dB的性能优势,在实测场景下也具有接近1 dB的性能增益,证明了其有效性。

AMPLE智力模型——PASS智力模型的扩展

本文根据实验事实,对PASS智力模型进行扩展,并提出一个简称AMPLE的智力模型。这个模型基于脑的四个功能系统学说,包括注意(attention)、操纵(manipulation)、计划(planning)、学习(learning)和评估(evaluation)等过程。它是一个囊括觉、知、情、意诸成分在内的全面的智力模型。

基于一体化电磁骚扰传导模型的开关柜微机保护装置电磁干扰滤波器设计

为解决高压开关柜断路器在海上风电场等场景下频繁操作产生的电磁干扰问题,分析其电磁骚扰传导过程,并设计合理的抗干扰措施以提高微机保护装置的电磁兼容水平,该文提出一种高压开关柜一体化电磁骚扰传导仿真模型,针对断路器开断电磁骚扰设计了电磁干扰(EMI)滤波器并验证其性能。首先以KYN61—40.5型开关柜真空断路器为例,建立其电磁骚扰一体化仿真模型,通过试验与仿真获得断路器开断电磁骚扰的特征;然后根据该特征设计了基于定K型和m推演的EMI滤波器并验证其性能。研究结果表明,微机保护装置电流测量端口的骚扰电压主导频率约为312 kHz,一体化电磁骚扰传导仿真模型仿真结果与试验结果最大相对误差为9.8%,表明该模型可用于电磁骚扰传导过程的仿真;该文设计的EMI滤波器的陷波频率与理论设计值的最大相对误差为-8.8%,接入EMI滤波器后骚扰电压下降93.94%,持续时间下降71.42%。研究成果可为高压开关柜微机保护装置的电磁骚扰传导过程分析和电磁兼容水平提升提供参考。

基于BIM技术的城市道路施工保通方案设计

为降低道路施工对城市车辆通行造成的影响,引进BIM技术,以济南市舜泰北路道路工程项目为例,对施工保通方案的设计展开研究。使用BIM技术中的PowerCivil等软件,设计城市道路建筑物的三维建模;增设道路保通临时隔离墩,对施工段与道路车辆通行段进行合理隔离处理;根据城市道路工程施工的实际需求,进行保通方案的动态调整。设计对比实验,实验结果证明:设计的施工保通方案可以在提高车辆通行能力的基础上,降低道路施工与车辆通行的安全冲突行为发生次数,提高施工中车辆行驶的安全性。

基于CEEMD的露天深孔爆破振动信号降噪光滑模型

由于爆破区域地形地质条件的复杂、监测仪器的误差、振动传播介质的反射以及磁场的干扰等原因,采集的原始爆破振动信号常常会掺杂大量的噪声,针对此问题提出了基于互补集合经验模态分解(CEEMD)的信号降噪光滑模型。此模型将爆破振动信号进行CEEMD,基于分解所得到的IMF分量建立低通滤波算法。根据滤波算法的相似度与光滑度,构造目标函数并计算最优解,其对应的滤波算法模型即为爆破振动信号的最优降噪光滑模型。通过构造仿真信号验证了降噪光滑模型算法的可行性,并将模型应用了实际露天深孔爆破振动信号的研究。采用信噪比和均方根误差两种指标对比经验模态分解(EMD)方法、小波阈值法、CEEMD-小波阈值法与滤波算法模型BP3的降噪效果,验证了降噪光滑模型在对露天矿山爆破振动信号降噪方面的有效性,并通过频谱分析进一步验证了降噪光滑模型较CEEMD-小波阈值法的优越性。结果表明:基于CEEMD的露天深孔爆破振动信号降噪光滑模型具有良好的降噪能力,能够在保留原始爆破振动信号真实特征信息的前提下对信号进行降噪,且降噪效果优于EMD方法、小波阈值法和CEEMD-小波阈值法。

砂土层中类矩形盾构施工对邻近既有隧道造成影响的模型试验研究

为探究砂土层中考虑新建类矩形盾构隧道施工过程中土体的损失和新建隧道与既有盾构隧道不同位置时,新建类矩形盾构隧道对既有隧道的围压、隧道拱底应变和拱顶位移的影响,采用室内模型试验的方法,进行新建类矩形隧道重叠下穿、夹穿和不同隧道间距下正交90°下穿的试验。研究结果表明:1)各种工况下新建类矩形盾构隧道在夹穿既有隧道时对上线既有隧道的影响最大;2)夹穿工况下,新建类矩形盾构隧道开挖到既有隧道下方时,上线既有隧道拱底围压发生突变且数值极大;3)隧道的间距是新建类矩形盾构隧道施工时引起既有盾构隧道围压、拱底应变、拱顶位移等发生改变的重要影响因素,实际施工时应尽可能保持新建隧道与原有盾构隧道的间距足够大;4)新建类矩形盾构隧道下穿既有隧道过程中,既有隧道拱顶存在快速变形的阶段,在实际工程中需要重视这一过程中对隧道拱顶变形速率的控制。

HSEGRL:一种分层可自解释的图表示学习模型

近年来,随着图神经网络(graph neural network,GNN)技术在社交、信息、化学、生物等领域的广泛应用,GNN可解释性也受到广泛的关注.然而,现有的解释方法无法捕获层次化的解释信息,同时,这些层次信息未能被充分利用以提升图分类任务的准确率.基于这一问题,提出了一种层次化自解释的图表示学习(hierarchical self-explanation graph representation learning,HSEGRL)模型,该模型通过发现图结构中的层次信息进行图分类预测的同时,输出层次化的模型自解释结果.具体而言,针对图层次信息的发现设计了提取信息的基本单元——解释子,该解释子由提取节点特征的编码器获取层次化解释感知子图的池化层和抽取高阶解释信息的解码器组成.其中,为了准确提取层次化的解释子图,针对该模型的池化操作进行了解释感知优化设计,该设计通过评估模型的拓扑及特征重要性,层次化地筛选解释子图,实现分层自解释的同时完成图分类任务.HSEGRL是一个功能完备且便于迁移的图表示学习自解释模型,可以层次化综合考虑模型的拓扑信息与节点特征信息.在模型有效性验证层面,分别在分子、蛋白质和社交数据集上进行大量实验,实验结果表明所提模型在图分类任务中的分类准确率高于已有的先进的GNN自解释模型和GNN模型,并通过可视化分层解释结果的信息证明了该解释方法可信.

“船闸+升船机”协同控制下的船舶调度优化

为提高“船闸+升船机”协同控制模式下的内河水运枢纽通航设施工作效率,分析该模式下通航设施和船舶过坝特点,提出一种用于“船闸+升船机”协同控制的基于滑动时间窗的船舶调度两阶段双目标整数规划优化模型。第一阶段采用滑动时间窗和先到先服务规则,设计不同船型的船舶过闸编队方案;第二阶段仍采用滑动时间窗,建立以船舶平均延误时间最短和最大泊位占用数最小为目标的双目标整数规划优化模型。使用带精英策略的非支配排序遗传算法(elitist non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-Ⅱ)进行求解,分别对船舶稀疏过坝、船舶密集过坝、船舶部分时段集中过坝3种情形进行仿真分析,并与不采用滑动时间窗的排队论模型进行比较。结果表明,3种情形下船舶平均延误时间均缩短了15%以上。

基于残差生成器的Buck双向变换器改进模型预测控制

在以光伏储能装置为主体的直流微网中,外部扰动容易引起直流母线电压波动,导致系统输出电能质量下降。为提升系统动态响应性能,针对直流微网中常用的Buck型双向DC-DC变换器,提出一种基于残差生成器的改进电流补偿模型预测控制策略。首先,对模型预测控制(MPC)环节进行线性等效,证明采用校正前PI+MPC控制时,系统在0 rad/s时存在失稳风险。然后,由此设计负低-高通滤波器校正环节,并从调节系数变化和模型参数不确定性等角度进行分析,验证改进后系统的稳定性和动态性能得到明显改善。仿真与实验结果表明,基于残差生成器的电流补偿能有效平抑外界扰动引起的母线电压波动,负低-高通校正环节在改善系统性能的同时又进一步抑制电感电流噪声,进而平滑母线电压曲线。最终,证明提出的改进策略可显著提升直流微网的动态响应性能。

天基信息传输高效低复杂度LDPC译码算法研究

军事卫星通信由于需满足信息实时性、传输速率高、通信容量大以及符合星间链路信道的时变特性等要求,通常采用高编码增益、高吞吐量的信道编码方案。低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check,LDPC)码由于具备接近Shannon极限的优异纠错性能和可并行计算的特性成为卫星通信主导信道编码标准之一。目前卫星通信接收机的译码器模块设计仍存在诸如无法实时在线判断迭代停止、系统吞吐量受限、大量判决电路影响核心译码电路的低功耗和实时性等问题。考虑上述问题,以因子图模型为基础,针对空间数据系统咨询委员会(Consultative Committee for Space Data Systems,CCSDS)标准深空通信码型,将校验节点归一化满足概率进化图案与LDPC译码器状态紧密耦合,给出可实时在线判断迭代停止的最优停止准则,实现高性能、低复杂度的停止准则译码算法设计。当优先考虑高吞吐量时,误码率(Bit Error Rate,BER)性能退化0.13 dB,中低信噪比平均迭代次数(Average Number of Iteration,ANI)降低50%以上;当优先考虑纠错性能时,BER性能仅退化0.02 dB,同时大幅降低ANI。该译码算法为高效低复杂度LDPC译码器设计提供有效解决方案。

中厚板轧制道次模型的研究

随着制造业的发展,中厚板生产对自动化和信息化技术的需求日益增长。本文针对中厚板生产过程的特点及要求,设计了一套二级轧制道次控制模型。该模型包括材料、物理、温度、再结晶、轧制策略、自适应6个子模型,可实现生产数据的实时处理,确保生产过程的高效运行和产品质量的稳定。通过在某中厚板生产线的应用,该系统表现出良好的稳定性和高效性,显著提高了生产效率与产品质量,降低了生产成本和资源消耗。

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。

一种基于Message Passing的并行程序设计环境

并行处理技术的发展使得高性能的并行计算机系统不断地推出，而方便、灵活的并行程序设计环境在并行计算机系统的推广应用中起着重要的作用。如何编写有效的并行程序代码以及如何将现有的串行应用程序并行化已成为并行处理的重要研究课题。

基于数学建模和仿真分析的车辆上下台阶通过性研究

通过性是车辆的重要性能之一,台阶是一种常见的通过性考察地形,《汽车通过性试验方法》(GB/T 12541-2023)推荐M类车辆进行上下台阶通过性试验。文章采用理论数学建模和基于ADAMS的仿真分析两种方法进行车辆上下台阶通过性研究,分析了车辆通过目标台阶时各系统的最小离地间隙,计算表明下台阶时挡泥板二和排气系统发生磕碰,需进行结构优化。文章研究方法可以推广至其它地形,在车型设计阶段完成地形通过性能力计算评估可以提前识别并规避动态磕碰风险、节省试验资源、压缩开发周期。