滤波辨识(10):多变量Box-Jenkins系统的滤波辅助模型递阶广义增广参数辨识

针对多变量Box-Jenkins模型,即多变量输出误差自回归滑动平均(M-OEARMA)系统,利用滤波辨识理念和辅助模型辨识思想,研究和提出了滤波辅助模型递阶广义增广随机梯度辨识方法、滤波辅助模型递阶多新息广义增广随机梯度辨识方法、滤波辅助模型递阶广义增广递推梯度辨识方法、滤波辅助模型递阶多新息广义增广递推梯度辨识方法、滤波辅助模型递阶广义增广最小二乘辨识方法、滤波辅助模型递阶多新息广义增广最小二乘辨识方法。这些滤波辅助模型递阶广义增广辨识方法可以推广到其他有色噪声干扰下的线性和非线性多变量随机系统中。

基于特征变量扩展的含气饱和度随机森林预测方法

采用数据驱动的方式,提出了一种基于随机森林机器学习算法训练出含气饱和度地震预测方法,并将该方法应用于中国西部复杂天然气藏中,分别对单井资料和二维地震资料进行了含气饱和度预测与分析。研究结果表明:(1)抽取井旁道纵波速度、横波速度和密度3个弹性参数叠前地震反演结果作为基本特征变量样本,引入边界合成少数类过采样技术对基本特征变量样本和对应的含气饱和度样本进行平衡化处理;利用扩展弹性阻抗结合数学变换自动生成一系列的扩展变量;再利用随机森林对特征变量进行含气饱和度预测重要性排名,并优选重要性较高的特征变量进行含气饱和度随机森林训练。(2)该方法大幅减少了特征变量提取和优选的人工工作量,且有效减少了信息冗余以及因含气饱和度样本不平衡导致的训练偏倚问题,有效增强了随机森林算法在含气饱和度地震预测方面的能力。(3)实际单井应用中预测的含气饱和度与测井解释的含气饱和度的相关系数可达0.9855;在二维地震资料应用中,该方法比基于常规未平衡化的11个弹性参数作为随机森林输入预测出的含气饱和度精度更高。

滤波辨识(11):多变量CARARMA系统的滤波递阶广义增广迭代参数辨识

针对多变量受控自回归自回归滑动平均(M-CARARMA)系统,利用滤波辨识理念和递阶辨识原理,研究和提出了滤波递阶广义增广梯度迭代辨识方法、滤波递阶多新息广义增广梯度迭代辨识方法、滤波递阶递推广义增广最小二乘迭代辨识方法、滤波递阶多新息广义增广最小二乘迭代辨识方法等。这些滤波递阶广义增广迭代辨识方法可以推广到其它有色噪声干扰下的线性和非线性多变量随机系统中。

CMA-MESO千米尺度变分同化系统中极小化控制变量的重构

重构GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球、区域一体化变分同化系统中的极小化控制变量,提升中、小尺度同化分析能力,为中国气象局业务区域数值预报系统CMA-MESO提供千米尺度适用的同化方案。新方案用纬向风速(u)和经向风速(v)替代原有流函数和势函数作为新的风场控制变量,采用温度和地面气压(T,ps)替代原有非平衡无量纲气压作为新的质量场控制变量,同时不再考虑准地转平衡约束,而是采用连续方程弱约束保证分析平衡。背景误差参数统计和数值试验结果表明,采用重构后的极小化控制变量,观测信息传播更加局地,分析结构更加合理,避免了原方案在中、小尺度应用时存在的虚假相关问题。连续方程弱约束的引入,限制了同化分析中辐合、辐散的不合理增长,帮助新方案在分析更加局地的同时保证分析平衡。为期1个月的连续同化循环和预报试验结果表明,新方案可以减小风场和质量场分析误差,CMAMESO系统地面降水和10 m风场的预报评分显著提升。

基于变量灌溉动态分区管理的冬小麦产量与节水效果

喷灌机机载式红外温度传感器系统是动态监测农田作物水分亏缺状况、构建变量灌溉(variable rate irrigation,VRI)决策支持系统的重要工具。为了评估圆形喷灌机机载式红外温度传感器系统在变量灌溉动态分区管理中的应用效果,该研究以气象参数和土壤水分传感器网络构建的均一灌溉(uniform rate irrigation, URI)决策方法为对照,评估了基于气象参数、土壤水分传感器网络和作物冠层温度的变量灌溉决策方法对华北平原冬小麦灌溉制度、土壤含水率空间分布均匀性和节水增产效果的影响。在河北省邢台市大曹庄中国水利水电科学研究院智慧灌溉技术与装备创新示范推广基地开展试验,试验区为三跨加悬臂圆形喷灌机控制灌溉面积7.07 hm^(2),2021年试验区等分为2个子区,布置URI和VRI处理,2022年试验区等分为4个子区,布置URI处理、基于等间隔法进行管理区聚类划分的VRI(T1)处理、基于“Jenks”自然断点法进行管理区聚类划分的VRI(T2)处理和基于几何间隔断点法进行管理区聚类划分的VRI(T3)处理。结果表明,在冬小麦生育期内,URI和VRI处理灌水7~10次,2 a平均灌水量分别为201和173 mm。开展VRI管理后,冬小麦主根区的土壤含水率空间分布均匀性和产量均匀性提高。2021年URI和VRI处理的冬小麦产量分别为9 470和9 574 kg/hm^(2),2022年的冬小麦产量较2021年分别降低6.7%和6.0%。变量灌溉处理的管理区聚类划分方法未对灌溉制度和产量产生显著影响。与URI处理相比,VRI处理能够减少灌溉水量,且对产量和水分利用效率无显著影响。研究结果可为基于喷灌机机载式红外温度传感器系统的变量灌溉动态分区管理方法的建立提供指导,为变量灌溉决策支持系统的开发升级提供技术支持。

基于双向稀疏Transformer的多变量时序分类模型

针对多变量时序(Multivariate Time Series,MTS)分类中长序列数据难以捕捉时序特征的问题,提出一种基于双向稀疏Transformer的时序分类模型BST(Bidirectional Sparse Transformer),提高了MTS分类任务的准确度.BST模型使用Transformer框架,构建了一种基于活跃度得分的双向稀疏注意力机制.基于KL散度构建活跃度评价函数,并将评价函数的非对称问题转变为对称权重问题.据此,对原有查询矩阵、键值矩阵进行双向稀疏化,从而降低原Transformer模型中自注意力机制运算的时间复杂度.实验结果显示,BST模型在9个长序列数据集上取得最高平均排名,在临界差异图中领先第2名35.7%,对于具有强时序性的乙醇浓度数据集(Ethanol Concentration,EC),分类准确率提高30.9%.

(3+1)维Jimbo-Miwa方程的分离变量解与相互作用

构造(3+1)维Jimbo-Miwa(J-M)方程由任意函数组成的分离变量解,并分析解的相互作用。通过一种函数变换,将(3+1)维Jimbo-Miwa(J-M)方程的求解问题转化为常微分方程和非线性代数方程组的求解问题。借助符号计算系统Mathematica求出非线性代数方程组的解。用常微分方程的解与非线性代数方程组的解,构造(3+1)维Jimbo-Miwa(J-M)方程由任意函数组成的分离变量解。根据函数的任意性,通过图像分析了解其相互作用。

水冷式集中空调冷源系统多变量耦合物理模型

水冷式集中空调系统是一个多变量耦合的非线性系统,运行数据稀疏程度大,导致基于数据驱动的机器学习模型泛化能力差,全面反映水力与传热机理的物理模型成为当前研究的关键。然而,系统变量耦合复杂,迭代嵌套导致整体计算量消耗巨大,设备启停又导致管路水力结构变化而不得不频繁重构模型等技术难点亟待解决。利用离散变量连续化及模式搜索法,以阻力系数关联支路开度与设备启停,以水泵运行频率关联水泵启停与运行状态,实现将离散变量整合至连续变量,减少迭代嵌套,可实现流量动态分配、水力热力全局耦合计算。该研究构建了冷负荷、冷冻水流量、冷冻水供水温度、冷冻水供回水压差及环境温湿度为外部约束的水冷式集中空调冷源系统多变量耦合物理模型,实现对冷水机组台数、冷冻水泵台数与频率、冷却水泵台数与频率、冷却塔台数与频率等多个独立变量的异步调节。通过综合实验平台验证模型的可靠性,探究了不同工况下的机塔泵运行特性与群控策略。研究表明,冷源系统物理模型仿真结果平均相对误差小于10%,少部分在15%内,单次迭代计算耗时约0.32 s,多变量组合调节可综合权衡各子系统的能效,系统全局优化可最大限度挖掘节能空间,解决传统主观经验控制难以维持稳定节能效果的缺陷,为智能诊断提供理论基础。

一种基于多变量卡诺图的自启动方法

在时序逻辑电路的分析或设计过程中,都存在自启动的确认环节。以扭环形计数器的自启动电路设计为例,提出一种基于自定义多变量卡诺图的自启动研究方法,分析了电路没有自启动功能的原因所在,并利用卡诺图具有的化简能力,精简优化自启动电路设计。5变量以上的多变量卡诺图应用,使此方法具有更强的工程实用性。同时,此方法可推广到其他类型时序逻辑电路自启动功能的分析、设计工作中。

滤波辨识(12):多变量OEARMA系统的滤波辅助模型递阶广义增广迭代参数辨识

针对多变量输出误差自回归滑动平均(M-OEARMA)系统,即多变量Box-Jenkins系统,利用滤波辨识理念和辅助模型辨识思想,研究和提出了滤波辅助模型递阶广义增广梯度迭代辨识方法、滤波辅助模型递阶多新息广义增广梯度迭代辨识方法、滤波辅助模型递阶递推广义增广最小二乘迭代辨识方法、滤波辅助模型递阶多新息广义增广最小二乘迭代辨识方法等。这些滤波辅助模型递阶广义增广迭代辨识方法可以推广到其它有色噪声干扰下的线性和非线性多变量随机系统中。

一种电学控制特性下的变量施肥装置研究

以单片机为基础,设计一种电学控制的变量施肥控制系统装置。工作时,通过系统通信总线接收上位机指令信息和地理环境数据,单片机生成实时指令,对变量施肥装置电液比例系统执行机构进行控制,并对农田中不同位置进行变量施肥控制。系统试验表明:装置进行变量施肥过程中,能够对施肥量进行精准可靠控制,施肥作业过程具有较高的可靠性,施肥控制精度误差小于4%。

交通基础设施建设与数字产业发展——基于再中心化工具变量的识别策略

数字产业发展是“十四五”规划的重要内容,也是中国从粗放型经济增长模式迈向高质量发展的重要一环。数字产业的发展不仅需要信息基础建设的支撑,也需要便捷的交通为高技术人力资本流动提供通道,为产业发展提供内生动力。实证上,以高铁开通的时间作为外生冲击,分析了交通基础设施建设对数字产业的发展作用,并通过反事实模拟方法构建再中心化工具变量并以此处理内生变量问题,消除遗漏变量带来的估计偏差。具体而言,以2008—2019年城市面板数据作为研究样本,市场可达性作为地方交通便利程度的关键代理变量,探讨城市新增数字产业相关企业数量与市场可达性的关系。研究发现,交通基础设施建设对数字产业发展具有较强的促进作用。进一步的机制分析表明,以客运为主的高铁开通促进了人力资本特别是高技能人才的流动,是促进数字产业发展的关键因素。文中模型参数识别机制为相似问题处理内生性提供了参考,实证结果也为发展数字产业提供了一定的政策启示。

基于松弛变量法的目标散布区计算方法

计算目标散布区大小是反舰导弹战术决策和目标捕获概率计算的前提条件,在研究反舰导弹对目标追击捕获模型的基础上,基于松弛变量法,建立了目标散布区计算方程,并给出了充要条件证明,获得了目标散布区的解析模型,在目标运动方向任意机动的假设下,得到了目标机动不受限条件下运动方向的最优值,给出了一般条件下的计算公式,通过仿真算例,对比了不同仿真参数条件下散布区域的变化情况,可为作战指挥人员决策使用提供直观参考和估算依据。

基于红外光谱技术与变量选择算法的柴油纯度检测

为实现柴油纯度的快速检测,采用RS法、KS法和SPXY法对利用红外光谱技术所采集的柴油样本数据进行样本集划分,之后利用蒙特卡洛交叉验证法(MCCV)剔除异常样本,并采用无信息变量消除法(UVE)、竞争性自适应重加权采样法(CARS)、遗传算法(GA)和自举柔性收缩算法(BOSS)对全光谱变量进行优选,根据所选变量建立偏最小二乘(PLS)模型。结果表明:SPXY法划分样本后所建立的模型效果最好,其预测均方根误差RMSEP为0.0412,预测相关系数R_(P)为0.9921;经MCCV法剔除异常样本后,模型的RMSEP降低了4.85%,R_(P)提高了0.50%;经UVE法选择的变量所建立的PLS模型性能最好,其RMSEP可达0.0239,R_(P)可达0.9977,与全谱模型相比,RMSEP降低了39.03%,R_(P)提高了0.06%,变量减少率可达67.27%。

烟草精准变量排肥机构研制及试验

为提高烟草精准变量施肥机施肥性能,改善变量施肥控制精度,设计了螺旋槽轮式排肥器,研究了不同排肥器结构对施肥稳定性的影响,对螺旋升角为45°、槽轮转速为25 r/min的不同凹槽半径的螺旋排肥器施肥量进行试验,结果显示,凹槽半径超过10 mm之后,变异系数较小且趋于稳定,排肥均匀性好,并通过台架试验验证螺旋式槽轮的可靠性。试验表明:优化后的排肥器施肥量变异性系数明显减小,标准差减小15.13%,变异系数降低12.74%。所设计改进的排种器能够提高施肥机排肥稳定性,满足烟草精准变量施肥要求。

“隐变量理论”是特设性假说吗——兼论“可检验性”标准

从EPR佯谬理论的提出到贝尔不等式的实验检验,“隐变量理论”实现了从形而上学之争到可检验的科学理论的转变。“隐变量理论”的历史嬗变表明,假说的“可检验性”并非一成不变,而是随着历史条件的改变而发生变化。这意味着把“可检验性”当成一个纯粹的分析性概念是有问题的,“可检验性”也是一个兼具分析性和综合性的范畴。为了使“可检验性”标准能够更好地解释真实的科学历史,需要摆脱传统的分析性理解,以一种历史的眼光重新理解“可检验性”。

控制变量法探究烷烃取代反应的实验条件

取代反应是典型的有机化学反应类型,烷烃取代反应实验效果的影响因素较多,通过控制变量法探究烷烃与氯气光照发生取代反应的优选条件,单一改变反应物、反应容器、光照条件等变量以获取烷烃取代反应的演示实验的较佳效果,能帮助学生更充分地理解取代反应的概念,更好地服务于化学课堂教学。

多失效模式与变量相关的管道失效概率预测

针对腐蚀管道多失效模式相互竞争、变量非独立的特点以及小失效概率预测效率低的问题,提出一种基于子集模拟法(SS)的腐蚀管道时变失效概率预测方法。基于泄漏与爆裂失效的极限状态函数,考虑泄漏与爆裂失效的竞争关系,构建管道竞争失效概率预测模型;使用Nataf转换方法描述模拟样本中缺陷深度与长度的相关性,提出考虑失效模式竞争性、变量相关性的腐蚀管道失效概率求解方法,并采用蒙特卡罗模拟(MCS)验证该方法;应用上述方法,探究缺陷深度和长度的弱相关性(相关系数0~0.3)对管道服役15年内失效概率的影响。结果表明:失效概率大于10-6时,使用该方法的计算结果与MCS计算结果基本相同,计算效率高于MCS,且可预测概率水平为10-12的极小概率事件;管道服役15年内,缺陷变量相关系数越大,管道爆裂失效概率越大,越早到达爆裂失效概率阈值年限;而随着相关系数的增大,泄漏失效概率越小,越晚达到泄漏失效概率阈值年限;在预测后期,相关系数增大对2种失效概率的影响均减弱。

基于气力驱动的多喷头组合快速变量喷药系统设计

以提高喷雾喷药精准喷洒为目的,研究变量喷药机构及其自动控制系统,研制了一种利用气动喷雾喷头为核心部件的高速开关的单独喷药,平均开关响应时间低于1s;设计了配套气、液供给管路系统;使用MCU控制器主芯片选用STC8F2K64S4超高速8051单片机设计隔离驱动控制板,可将上位机的控制信号快速的转化为喷头的执行动作,上位机通过485通讯协议,对变量喷洒系统样机进行了性能试验,取得了较为满意的喷洒功能需求。

不可忽略的无响应缺失下的协变量选择

本文旨在建立一个存在不可忽略的无响应缺失时高维协变量向量的协变量选择方法.由于有不可忽略的缺失响应数据,必须建立一种新的协变量选择方法来删除既与响应变量也与缺失机制无关的协变量.一旦冗余协变量被删除,现有的缺失机制估计和其他基于逆缺失机制加权的分析方法可以被应用.我们提供了一些模拟结果来展示我们方法的有效性.