基于时空优化模型的PM_(2.5)遥感估测研究

为了获得连续的PM_(2.5)浓度时空分布并提高估算精度,提出了一种新的基于时空因子优化的PM_(2.5)估测模型(SFRF).SFRF模型是时空因子通过卷积特征融合到随机森林算法(RF)体系中,通过集成高分辨率(1km)卫星反演的气溶胶光学厚度(AOD)产品以及气象数据、夜间灯光数据和植被数据构建SFRF模型来进行对2019年的山东省地区PM_(2.5)浓度的准确预测,生成山东省高空间分辨率(1km)的PM_(2.5)浓度.采用十折交叉验证法,评估了SFRF模型的性能,并与BPNN、SVM、XGBoost、RF、PCA-RF模型进行对比.结果表明:SFRF模型验证的决定系数和均方根误差(RMSE)值分别为0.85和8.10µg/m^(3),优于其他模型.SFRF模型可以在日、季、年尺度上以较高的空间分辨率来估测山东省PM_(2.5)浓度.

基于Stacking模型融合的AOD终点碳温预测

为提高AOD不锈钢冶炼终点碳温预测的准确性和可靠性,提出一种基于多个机器学习算法(RF、XGBoost、AdaBoost、KNN、SVR和岭回归)嵌入的Stacking模型融合的AOD终点碳温预测方法。基于理论基础和相关性分析确定了模型的输入特征变量,利用箱线图法对历史数据进行预处理,结合5折交叉验证和贝叶斯优化算法确定了模型的最优参数,通过对上述6种机器学习算法的逐层筛选,构建了RF+XGBoost+KNN—RF二层Stacking多模型融合的终点碳含量预测模型、RF+AdaBoost+KNN—RF+XGBoost+KNN—XGBoost三层Stacking多模型融合的终点温度预测模型。预测结果表明,RF+XGBoost+KNN—RF二层Stacking模型在终点碳质量分数误差为±0.01%的命中率为87.86%,RF+AdaBoost+KNN—RF+XGBoost+KNN—XGBoost三层Stacking模型在终点温度误差为±15℃的命中率为94.22%,相较于单一的机器学习模型,预测精度显著提高。

基于改进AOD-Net网络模型的车载图像去雾方法

基于现有去雾算法存在去雾效果不佳和去雾效率低等问题,提出了一种改进AOD-Net网络模型。首先对输入图像进行随机噪声添加,提高图像模型去雾鲁棒性。接着对不同尺度的卷积核进行多线程处理,同时将图像中的特征信息提取,然后利用注意力机制进行权重分配,采集图像中的纹理信息和细腻化特征信息,提升图像的质量。最后对提取的特征信息利用AOD-Net模型的前两层卷积进行二次特征提取,估计出联合参数,输出去雾后的图像。实验结果表明,采用本算法得到的第一组和第二组图像峰值信噪比分别为20.05和16.92,结构相似性分别为0.85和0.83,IE熵值分别为7.48和7.75,各项数值均有提升,图像去雾效果更好,证明了本算法的有效性。

贝叶斯层次时空模型在甘肃省AOD时空分布中的应用

探究甘肃省大气气溶胶分布及变化特征,准确了解甘肃省气溶胶光学特性对研究大气环境污染、应对气候变化是非常重要的。基于MODIS MAIAC高分辨率数据,利用贝叶斯层次时空模型(Bayesian Hierarchical Spatio-Temporal Model,BHM)从时间趋势、空间格局和局部变化3个方面分析甘肃省气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)时空特征,结果表明:(1)从年际尺度上看,2001—2020年AOD年际变化趋势整体维持在0.4左右,2010—2013年变化趋势呈“V”形,起伏变动较大;从季节尺度上看,AOD季节变化呈现出春季整体高,夏季、秋季局部中心高,冬季水平低的变化特征。(2)从空间上看,AOD分布的空间格局为“东高西低、中部过渡”的趋势,冷、热点区域空间分布差异明显,热点区域集中分布在陇中、甘南和陇南地区。(3)局部AOD分布整体呈现以陇中、河西西部地区为中心向四周降低的趋势。

不锈钢AOD转炉吹炼过程中熔池混合特性初探

利用水力学模拟,对不锈钢AOD转炉吹炼过程中熔池混合特性作了初步研究。模型和原型(包括喷枪)间的几何相似比为1/4。依据喷枪内气流特性参数的理论计算确定模型吹气量,并考察了侧枪数及枪位和侧、顶吹气量对混合特性的影响。结果表明,吹炼过程中液体循环运动活跃,熔池中不存在明显的“死区”,混合效果良好。侧吹主枪气量对熔池内液体的混合起决定性的作用,适当增大侧吹副枪气量也可使混合效率提高,而顶枪气流使混合时间延长。对应于工艺规定的顶吹氧量,对于侧枪,5枪-22·5°或27°夹角,6枪-27°夹角都能达到大体相当的良好的混合效果。得到了混合时间与主、副侧枪及顶枪气量、两相邻侧枪间夹角和侧枪数的关系。

福建三大城市群气溶胶遥感监测及时空变化分析

气溶胶对城市环境质量的影响越来越受到人们的关注。利用2001—2007年MODIS卫星数据,借助6S辐射传输模式,采用目前较为成熟的暗像元方法,在分析MODIS红光、蓝光和近红外波段对气溶胶敏感性的基础上,反演福建三大城市群福州、厦门和泉州的气溶胶光学厚度,将反演结果与大气环境观测数据进行对比,并分析了三大城市群气溶胶光学厚度的时空分布与变化特征。结果表明:MODIS红光和蓝光波段均对气溶胶敏感,只是在不同季节表现出不同的敏感程度;遥感反演的气溶胶光学厚度与现场观测的PM_(10)数据相关系数为0.604;在时空分布上气溶胶光学厚度高值区与城区分布相一致,秋冬季气溶胶光学厚度明显大于其他季节。基于MODIS数据反演得到的福建三大城市群气溶胶光学厚度产品精度是可靠的,能客观反映该区域气溶胶光学厚度的时空分布与变化特征。

上海市PM(10)浓度四季遥感模型研究

通过分析2001—2012年上海市PM_(10)浓度(由API(Air Pollution Index)转化得到)的变化规律,构建了上海市PM_(10)浓度的遥感反演模型。结果表明:1)上海市PM_(10)浓度存在季节性变化,应分别建立遥感反演模型。2)分析MODIS气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)产品与PM_(10)浓度之间的相关性发现,AOD须经过垂直和湿度订正才可与PM_(10)建立较好的关系。3)结合垂直和湿度订正分别建立的上海市PM_(10)浓度春夏秋冬四季的遥感反演模型均通过了拟合度检验,其中春季模型采用指数函数、夏季和秋季模型采用二次多项式函数、冬季采用幂函数、全年采用二次多项式函数,利用此四季模型反演上海市PM_(10)浓度具有较高的可信度。

基于Agent的轨道交通ATS系统仿真方法研究

针对前人轨道交通列车自动监控(ATS)系统仿真方法的不足和ATS自身的特点,提出采用Agent技术研制ATS仿真系统。建立了基于Agent的ATS仿真系统结构,系统中的SCC-Agent的结构模型,并研究了它的形式化定义,行为模式,语义描述,控制流程和内部决策机理。介绍了系统的功能和监控界面。其研究方法降低了ATS仿真系统设计的复杂程度,使系统具有更好的分布性,灵活性,可重用性和可扩展性。目前,系统运行良好,在轨道交通自动控制(ATC)系统设备国产化研究中起到了重要作用。

AOD冶炼不锈钢工艺模型的研究

以45t AOD-L冶炼304不锈钢的实际生产数据为依据,根据系统模化、质量、能量守恒及热力学原理,建立了AOD冶炼奥氏体不锈钢的工艺模型(AOD M&H),包含操作、化学反应、冶金计量和热化学计量4个层次,共涉及469个变量。使用该模型进行模拟,由139项输入变量,包括各物料的用量、成分和温度,可方便地求出39项输出变量,如钢液成分、温度等。应用结果表明,冶炼过程中各阶段的钢液碳含量与温度的预报值和实测值的相对误差≤11.1%。

AOD冶炼不锈钢氮合金化控制模型的研究和应用

根据氮在钢中的溶解热力学和脱除动力学理论,建立了AOD精炼氮合金化的控制模型。经45 t AOD装置精炼0Cr19Ni9N不锈钢(%:≤0.08C、18～20Cr、8～11Ni、0.10～0.16N)的应用结果表明,模型计算值与实测值吻合良好,可通过AOD氮气溶解和氩气脱除,精确控制不锈钢的N含量。

利用GNSS PWV的AOD自适应预测方法

气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)是气溶胶总含量的基本参数,对研究大气空气质量变化具有重要作用。为了探究不同类型AOD对空气质量的影响,本文提出两种基于GNSS PWV的AOD自适应预测方法。提出的方法考虑了相邻历元间AOD的时间自相关性,且模型系数能够自适应更新。一种方法是直接基于GNSS PWV对550 nm的AOD进行建模,简称TAF(total AOD forecast)模型。另一种AOD建模方法顾及了5种不同类型AOD对PWV的敏感性,简称FTAF(five type-based AOD forecast,FTAF)模型。该模型首先建立PWV与5种类型AOD的函数关系。其次,依据550 nm AOD与5种类型AOD之间的关系,确定不同类型AOD在550 nm AOD中所占的权重。最后,利用PWV预测5种类型的AOD,并通过加权平均获取最终的550 nm AOD。选取京津冀地区16个GNSS测站数据对提出模型的精度进行验证,结果发现提出的两种550 nm AOD预测模型均具有较高的精度,且FTAF模型优于TAF模型。本文提出的AOD预测模型能有效地将GNSS反演的对流层参数应用于大气环境遥感监测,为大气环境质量研究提供了一种新思路。

包头市细颗粒物遥感监测混合线性模型

以PM_(2.5)为主的颗粒物污染是影响我国城市空气质量的首要因素之一。针对城市尺度,高时间分辨率的MODIS气溶胶产品空间分辨率不足,且气溶胶光学厚度(AOD)与PM_(2.5)回归精度受到季节因素的影响而精度不足的问题,以Landsat-8OLI为数据源,选取季节因子为影响AOD变化的随机效应,以风速、地表温度、AOD等为固定效应,提出AOD与实测PM_(2.5)关系的混合线性模型。结果表明,与线性模型相比,该模型有较好的回归精度;包头市PM_(2.5)浓度时空差别明显,PM_(2.5)浓度冬季浓度水平最高,春季最低;从空间分布来看昆都仑区污染较高,青山区北部次之,东河区和九原区最低。

AOD精炼304不锈钢渗氮、脱氮的计算模型与应用

研究了AOD精炼304不锈钢过程中的渗氮和脱氮行为,建立了渗氮和脱氮计算模型。AOD渗氮模型在120 t AOD装置的验证结果显示,剔除异常数据后,氧化3期氮含量计算值与实测值之间的绝对误差在±100×10^(-4)%之间的约占总炉数的85%;还原期和脱硫期AOD脱氮模型计算结果与实测值之间的绝对误差在±100×10^(-4)%之间的约达到80%以上,AOD脱硫期的氮含量命中精度约为90%。

不锈钢AOD精炼过程数学模拟的研究:模型的应用

以文献 [1]中提出的数学模型处理了奥氏体型不锈钢的AOD精炼过程 ,并以在 18tAOD炉中生产 1Cr18Ni9型钢得到的 32炉数据作了检验 模型估计结果与实测值相符

AOD炉铁合金冶炼终点预报模型

AOD炉冶炼终点成分和温度是冶炼的控制目标,与多个变量存在非线性关系且无法在线连续测量。利用RBF神经网络建立终点温度和碳含量的预报模型,以冷却剂加入量最少和终点温度与碳含量同时到达为目标,克服传统终点控制借助经验来判断并不准确的缺点,提高终点的命中率,缩短冶炼时间。

基于优化神经网络的AOD与PM_(2.5)关系模型研究

为了克服BP神经网络反演PM_(2.5)精度较低的问题,基于2017-2019年河南省MODIS气溶胶光学厚度(AOD)与PM_(2.5)浓度数据,使用量化共轭梯度算法代替传统BP神经网络使用的LM(Levenberg-Marquardt)算法,收敛速度快,且不需要其他参数。为了验证优化算法,将研究数据按照季节分类,使用日均PM_(2.5)近地面值与AOD构建关系模型。对于MODIS AOD在时空上的缺失,使用暗像元算法反演MODIS遥感图像作为补充。其中70%数据建立训练集,20%的数据建立验证集,10%的数据建立测试集。实验结果表明:PM_(2.5)与AOD存在正相关性,其中春季相关性0.7,夏季0.84,秋季0.68,冬季0.56。优化的模型相比BP神经网络模型,R值四季均有提高,春季0.54提升到0.62,夏季0.82提升到0.86,秋季0.72提升到0.79,冬季0.53提升到0.64;RMSE四季均有降低。从结果可以看出,PM_(2.5)与AOD存在显著的相关性,可以用AOD来反演PM_(2.5)。优化的神经网络模型在精度上有明显提高,可以用于估算高精度的PM_(2.5)浓度。

基于BRDF订正的兰州地区春季气溶胶光学厚度反演实验

利用6S模式反演并分析兰州地区春季气溶胶光学厚度(AOD)分布情况,探讨了双向反射分布(BRDF)对气溶胶光学厚度反演结果的影响.结果表明:兰州地区2010年春季气溶胶光学厚度高值中心位于西工业区和城关区,最大值分别为0.46和0.31.不考虑BRDF时水面上空气溶胶光学厚度反演结果存在明显误差,经Walthall BRDF订正后,水面上空误差明显减小,说明经过Walthall BRDF订正后的6S模式适用于水面上空的气溶胶光学厚度反演.兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)站点(35.57°N,104.08°E)反演值和实测值比较表明,在无云晴天条件下,选用Walthall BRDF模式可以提高AOD反演精度.

长江三角洲地区大气污染过程分析

针对2015年和2016年12月2个月的4次污染过程,利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)Terra卫星的气溶胶光学厚度(AOD),Angstrom波长指数(AE)气溶胶数据,并结合PM_(2.5)和PM_(10)的浓度以及比值变化分析,发现以PM_(2.5)为代表的人为因素产生的细颗粒物是造成研究地区污染发生的重要因素.并且利用MODIS火点数据以及美国海军气溶胶分析与预测系统(NAAPS)模拟分析污染物成分,发现2015年12月12~16日和19~27日2次污染都以人为因素产生的细粒子污染物为主,沙尘以及生物质燃烧产生的烟粒对研究地区影响较小.2016年12月6~10日和15~18日2次污染过程产生的原因不同,利用潜在源贡献因子分析法(PSCF)分析发现6~10日污染天气的产生主要是由西北方向含有大量沙尘粒子气流以及南方生物质燃烧产生的大量烟粒共同输送到研究地区,加之研究地区大量人为污染细粒子的产生,导致了此次混合型污染天气发生.15~18日污染过程与2015年2次污染过程相似,主要原因都在于人为因素产生的细颗粒污染物的影响,沙尘以及烟粒对污染过程起到了加剧的作用.

不锈钢AOD精炼过程物理模拟研究进展

综合评述了关于不锈钢AOD精炼过程的物理模型研究和取得的进展 ,阐明了AOD过程的一些重要特征 ,认为过去一些模拟研究因考虑运动相似性不够 ,影响了模拟结果的准确性 ,魏季和等的工作充分考虑了运动相似性 ,所得模拟结果与实际更为吻合。

侧顶复吹AOD精炼过程的数学模拟

对不锈钢侧顶复吹AOD精炼过程的数学模拟作了进一步研究,提出了一个新的数学模型.该模型大体仍基于预研究中对该过程所作的分析和假设,但按二维复合壁的瞬态导热分析了炉体的传热,对体系作了更全面和精确的热量衡算;按实际工艺更贴切地考虑了整个精炼过程中各操作因素的影响.应用该模型于120 t AOD炉内28炉304型不锈钢的精炼,结果表明,该模型可精确估计整个吹炼过程中钢液成分和温度随时间的变化.氧化精炼期各元素间的竞争性氧化和氧的分配比,氩气搅拌和还原精炼期各氧化物的竞争性还原及其供氧率,均可用各反应的Gibbs自由能来表征和确定.对本工作条件下304型不锈钢的精炼,顶吹、侧吹和复吹脱碳过程的临界碳的质量分数(在该质量分数后,脱碳变为主要由钢液内碳的传质控制)分别在0.895%～0.942%,0.078%～0.224%,0.144%～0.255%范围内.由该模型的估计考察了一些因素对精炼效果的影响和吹炼工艺的优化.该模型可为不锈钢侧顶复吹AOD精炼过程工艺的制定和优化及实时在线控制提供有用的信息和可靠的依据.