基于CEEMDAN-VMD-TCN-lightGBM模型的水质预测研究

针对目前水质预测模型中因为数据本身的复杂性、在信号处理过程中存在的噪声干扰以及分解深度不够导致单一分解难以全面捕捉信号非线性特征的问题,提出了一种基于二次分解的水质预测模型。该模型采用完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)对原始数据进行分解,再利用变分模态分解(VMD)对熵值最高的模态分量进行二次分解,最终将处理后的时间序列输入到TCN-lightGBM多特征预测模型中。同时,采用麻雀算法(SSA)对预测模型进行优化。以山东省玉符河水质为例,本模型的均方根误差(RMSE)是0.1053,平均绝对误差(MAE)是0.0815,决定系数(R2)是0.9471,与GRU、LSTM、LightGBM、TCN等当下较为流行的模型的预测指标进行比较。结果显示,在R2上本模型提升了53.04%、70.41%、66.07%、65.20%等,在RMSE上减少了62.76%、65.50%、64.93%、64.80%等,在MAE上降低了62.76%、66.24%、63.80%、65.24%等。由此可知,基于CEEMDAN-VMD-TCN-lightGBM的模型具有更好的预测性能、泛化能力和捕捉信号非线性特征的能力。

SEGMENTATION ALGORITHM BASED ON EDGE-SEARCHING FOR MULTI-LINEAR STRUCTURED LIGHT IMAGES

Aiming at the problem that the existence of disturbances on the edges of light-stripe makes the segmentation of the light-stripes images difficult, a new segmentation algorithm based on edge-searching is presented. It firstly calculates every edge pixel＇s horizontal coordinate grads to produce the corresponding grads-edge, then uses a designed length-variable l D template to scan the light-stripes＇ grads-edges. The template is able to find the disturbances with different width utilizing the distributing character of the edge disturbances. The found disturbances are eliminated finally. The algorithm not only can smoothly segment the light-stripes images, but also eliminate most disturbances on the light-stripes＇ edges without damaging the light-stripes images＇ 3D information. A practical example of using the proposed algorithm is given in the end. It is proved that the efficiency of the algorithm has been improved obviously by comparison.

基于LIF对水包油型轻质油乳化液的分类识别

海面溢油是海洋污染的重要形式之一,溢油在风化迁移过程中,形成如水包油,油包水,水包油包水等乳化液,其中水包油类型的乳化液受水分子的影响较大,荧光特性不突出,导致轻质油乳化液分类的困难,因此如何进行高效识别,对污染治理有重要意义。选取常见的几种轻质油分别与海水、乳化剂按照不同配比混合配置水包油类型的轻质油乳化液。采用实验室搭建的便捷激光诱导荧光(LIF)系统探测轻质油乳化液的荧光光谱。构建麻雀搜索算法(SSA)优化支持向量机(SVM)的分类模型(以下简称SSA-SVM),实现乳化阶段溢油的分类识别。采用主成分分析法(PCA)对荧光光谱进行降维,选取累计贡献率为99%的前三个主成分作为输入,轻质油的种类作为输出;采用SSA迭代得到SVM的最优参数,并构建SSA-SVM分类模型;最后将测试集样本代入到模型中进行分类识别,识别准确率为100%。该研究同时构建了粒子群算法(PSO)优化支持向量机模型(简称PSO-SVM)和遗传算法(GA)优化支持向量机模型(简称GA-SVM)作为对照,实验结果表明,SSA-SVM相比PSO-SVM和GA-SVM,测试集的轻质油乳化液分类识别准确率同比提升1.77%和3.04%;并且适应度曲线在第2代就达到最高,优于PSO的第4代和GA的第36代,收敛速度更快。采用激光诱导荧光技术实现了水包油类型的轻质油乳化液的分类识别,推进了海面溢油区域分类探测机理的发展;提出的SSA-SVM模型,为轻质油乳化液的分类识别研究提供了新思路。

不同光谱对东亚小花蝽捕食西花蓟马的影响

设施补光可能会影响天敌昆虫的应用效率,为探索提升天敌应用效果的补光光谱,促进补光与天敌释放技术的有机结合,本研究在相同光强和光周期的条件下,比较了红(R)、蓝(B)、红蓝组合(RB)和白(W,对照)光处理下东亚小花蝽对西花蓟马捕食能力的差异。结果表明,相比于W光,B光显著降低东亚小花蝽雌成虫的存活率,R和RB光未影响其雌成虫的存活。R和RB光显著增加东亚小花蝽在高密度猎物下对西花蓟马的捕食量。不同光谱处理下东亚小花蝽雌成虫对西花蓟马雌成虫的捕食能力均符合HollingⅡ型功能反应模型,且搜寻效应随猎物密度增加逐渐降低。RB光处理下,东亚小花蝽捕食西花蓟马的效果最好,理论日最大捕食量最高,为43.10头/d,单头猎物处理时间最短,为0.0232d;B光的理论日最大捕食量也较高,为42.90头/d,单头猎物处理时间为0.0233d;R光下东亚小花蝽捕食西花蓟马的瞬时攻击率最高为1.0837。东亚小花蝽对西花蓟马的搜寻效率最高的是RB光处理,其次是R或B光,最低的是W光。以上结果表明,相比于W光,R、B和RB光均增加东亚小花蝽对西花蓟马的捕食能力和搜寻效率,但B光会降低东亚小花蝽的存活率。因此,与设施补充R和RB光相结合,可潜在提升东亚小花蝽对西花蓟马的捕食效果。本文基于捕食功能差异评价了三种常用补光光谱对东亚小花蝽捕食西花蓟马的影响,为设施补光兼顾天敌应用提供了基础数据。

3种诱捕方式对河南漯河亚洲玉米螟的诱捕效果

为探索农业主要害虫亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis(Guenée)的有效监测方法,于2022年和2023年利用测报灯、探照灯和性诱剂诱捕器对河南漯河亚洲玉米螟田间种群进行了监测及种群动态分析。结果表明:测报灯、探照灯和性诱剂诱捕器均能诱捕到亚洲玉米螟成虫。2022年和2023年测报灯诱捕虫量分别为6767头和3854头,探照灯诱捕虫量分别为6019头和9666头,两种灯下亚洲玉米螟成虫种群消长动态均出现2个明显的高峰期,且均在5月中旬至6月上旬和8月上旬至9月中旬,其中,第1个高峰期虫量占当年诱虫总量的6.60%~26.60%;第2个高峰期诱虫数量较多,虫量占当年诱虫总量的64.22%~90.58%,该时期内均出现多个峰值,单日最高诱虫量出现在9月上旬。2023年1个性诱剂诱捕器诱捕虫量为252.67头,明显低于同期灯诱虫量,但在5月中旬至6月上旬可见明显的诱虫高峰。2023年3种诱捕方式下亚洲玉米螟的始见日均在4月中旬,性诱终见日(9月下旬)比灯诱终见日(10月中下旬)早。该研究结果可为亚洲玉米螟的预测预报和绿色防控提供参考。

越冬代二化螟的扑灯节律

二化螟是水稻上的主要害虫,为明确越冬代二化螟的扑灯节律,采用4台智能测报灯(分别安装在崇福镇、石门镇、乌镇镇和屠甸镇4个测报站点),在4月1日至5月31日把每晚分成19:00—20:00、20:00—21:00、21:00—22:00、22:00—23:00、23:00—0:00、0:00—1:00、1:00—2:00、2:00—3:00、3:00—4:00、4:00—5:00和5:00—6:00等11个时间点,调查每个时间点的二化螟数量来看越冬代二化螟的扑灯节律。越冬代不同时间段蛾峰按照时间先后顺序出现的第1、2、3和4峰差异较大。第1峰仅在崇福站点出现明显峰值,二化螟的扑灯高峰在20:00—21:00,诱蛾量占第1峰总数的19.48%;第2峰为越冬代诱蛾量最大的蛾峰,第2峰二化螟的扑灯高峰也在20:00—21:00,崇福、石门和屠甸3个站点的诱蛾量占第2峰总数分别为19.67%、20.42%和19.31%;第3峰和第4峰在崇福、石门和屠甸3个站点扑灯高峰分别在22:00—23:00、23:00—0:00、1:00—2:00和1:00—3:00、1:00—2:00、21:00—22:00。乌镇站点没有监测到明显蛾峰。越冬代二化螟总体扑灯最高峰在20:00—21:00,上半夜扑灯数量接近60%。越冬代二化螟第1峰和第2峰的扑灯节律相似,与第3峰和第4峰差异较大。不同越冬场所的二化螟扑灯节律不同。文章明确了越冬代二化螟的扑灯节律,可为当地开展二化螟的绿色防控和生态治理提供理论依据。

计及工况预测误差的主动配电网日前无功优化调度策略

为解决工况预测误差较大时,日前无功优化调度方案优化效果不佳的问题,提出了计及工况预测误差的主动配电网日前无功优化调度策略。首先,使用轻量级梯度提升机算法建立日前工况功率预测模型;其次,考虑大规模高比例分布式电源接入主动配电网,以调度时段内所有时间断面的多目标加权累加和为目标函数建立日前无功优化调度模型;最后,设计了一种变寻优粒子空间的改进引力搜索算法对日前无功优化调度模型进行求解,该算法根据历史工况预测误差评价指标调整寻优粒子空间各维度的上下限矩阵,从而抑制了当无功区域内工况预测误差较大时可控设备调度异常的缺陷。最后采用拓展的IEEE 33节点系统算例进行有效性验证。

一种基于SSA-DBN的室内可见光指纹定位算法

室内可见光定位在精度方面有着较高的要求,针对这一问题,文中提出了一种麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)优化深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)的室内可见光指纹定位算法。首先,采用信号强度特征值与位置坐标建立离线指纹库;其次,利用麻雀搜索算法较好的全局探索和局部开发的能力,对深度置信网络的初始权阈值进行优化,建立网络训练模型,对待定位目标的位置进行预测,避免了DBN陷入局部最优以及收敛速度较慢的问题。最后,利用已建立的离线指纹库数据,计算定位误差并分析。在4 m×4 m×2.5 m的空间中进行实验,结果表明:文中算法的平均定位误差为3.51 cm,定位误差在6 cm以内的概率为89.9%,与DBN定位算法相比,平均定位误差下降了约22.5%。

基于Gnutella协议的P2P网络路由搜索算法:Light-Flooding

通过对Gnutella协议搜索算法的分析,结合Gossip分布式向前搜索算法和生成树算法的优点,实现了一种高效的路由搜索算法:Light-Flooding。实验结果表明:与Gossip算法相比,Light-Flooding算法提高搜索效率63.4%,减少冗余消息60%,平均延迟为2.6s,使网络的整体综合性能维持在一个优良状态。

适用于光场相机的最优人脸自动搜索算法

为了提高基于光场相机的人脸识别性能,设计一个高效且无需人工干预的自动化算法是十分重要的。本文提出了一种基于焦点度量函数和投票方法的优化人脸搜索算法,并应用于光场相机进行人脸识别。测试的结果表明,本文算法与光场相机相结合,可以取得比传统相机更好的效果,并且整个系统不需要额外的人工操作。

基于LightGBM-SSA-ELM的新疆羊舍CO_(2)浓度预测

为减少肉羊集约化养殖过程中因环境恶化产生的应激反应,精准调控CO_(2)质量浓度,提出了基于分布式梯度提升框架(LightGBM)、麻雀搜索算法(SSA)融合极限学习机(ELM)的CO_(2)质量浓度预测模型。首先利用LightGBM筛选出与CO_(2)质量浓度相关的重要特征,降低预测模型的输入维度;然后选择Sigmoid为激活函数,使用具有较强非线性处理能力的单隐含层ELM神经网络算法构建CO_(2)质量浓度预测模型;最后通过麻雀智能优化算法对ELM模型中所需要的超参数进行优化,并将优化后模型应用于新疆玛纳斯集约化肉羊养殖基地。试验结果表明,该模型预测均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和决定系数(R^(2))分别为0.0213 mg/L、0.0136 mg/L和0.9886,综合性能指标优于支持向量回归(SVR)、反向传播神经网络(BPNN)、长短记忆神经网络(LSTM)、门限循环单元(GRU)和LightGBM等;CO_(2)质量浓度预测曲线贴近真实曲线,具有良好的预测效果,能有效满足集约化肉羊养殖过程中CO_(2)质量浓度精准预测及调控要求。

基于Silverlight网页游戏的寻径优化算法

为了解决A*路径搜索算法在Silverlight网页游戏中的搜索费时和路径曲折等问题,在结合光线跨越算法和引入父结点指针的二叉堆存储开启列表的A*算法的基础上,提出了一种基于Silverlight网页游戏的寻径优化算法。该算法在现有研究的基础上使用光线跨越算法减小A*算法搜索规模,同时将动态关键点技术与光线跨越算法结合来优化算法返回的路径。将该算法在游戏所使用的网格地图中进行实验,实验结果表明,该算法能够有效地根据系统设定的通行条件寻找出一条最优的实际可行的路径,同时缩短寻路的时间消耗和所寻的路径长度,提高游戏的可玩性。

基于改进麻雀搜索算法的照明控制优化

针对当前照明环境存在能耗浪费严重的问题,提出一种基于改进麻雀搜索算法(P-SSA)的照明控制优化方法。首先为增加初始种群的多样性、避免早熟收敛和增强寻优能力,对SSA引入Logistic混沌初始化、柯西变异及历史最优位置的记忆功能;然后综合考虑光环境中人员存在状态、天然光分布及多灯具之间的耦合作用建立适应度函数,并使用DIALux evo专业照明仿真软件获取人工光照度传递矩阵和天然光照度分布;最后对改进的SSA进行性能验证,并使用多个优化算法进行调光系数组合寻优的实验。实验结果表明,相较于粒子群优化算法(PSO)、算术优化算法(AOA)等,基于P-SSA的照明控制优化方法可以快速并精确地找到最优调光系数的组合,并实现满足舒适性为前提下的最大化节能性要求。

轻量化FPGA布线路径搜索算法

针对FPGA布线耗时较长的问题,提出一种基于最优节点预测的轻量化FPGA布线路径搜索算法.该算法通过预测最优布线资源节点,在搜索最优布线路径时只对最优节点进行详细计算、分析,无须搜索其他节点,从而提高搜索速度;当轻量化搜索失败时,以全局最优节点为源点重新进行轻量化搜索,提高全局搜索能力;在寻找全局最优节点时,只对可能出现在最优路径上的次优节点进行详细计算分析,减少无效计算.使用VTR标准电路对所提算法和VPR 8.0进行测试,并从布线所需时间和结果质量2个方面进行比较.实验结果表明,与VPR 8.0中布线路径搜索算法相比,所提算法在保证布线结果质量基本不变的情况下,将搜索的布线资源节点数量减少41.8%,可节省31.3%的运行时间.

大视场空间目标搜索相机鬼像抑制及试验验证

大视场空间目标搜索相机光学系统由多片透镜组合而成,杂散光进入视场时在像平面上产生鬼像,对目标提取产生影响,须对鬼像进行抑制。首先,分析了实际搜索相机地面观星试验时月光进视场图片及星点质心数据,确定鬼像区域存在杂点被误提取;然后,根据大视场光学系统特点,结合光学设计软件ZEMAX仿真确定了产生鬼像的原因;最后,提出了在探测器玻璃保护盖上增加光学截止膜的方法来抑制非正常鬼像并进行了观星试验验证。结果表明:增加光学截止膜后搜索相机鬼像区域平均灰度值由78(@8bit)降低到64,能量下降了17.95%;鬼像边缘与中心灰度差由22降低到13,可有效避免鬼像区域杂点被误提取。

网格搜索法优化的支持向量机室内可见光定位

采用信号强度特征建立指纹库,通过网格搜索法对支持向量机参数进行优化,利用SVM回归算法建模位置坐标和信号强度特征的映射关系,实现对待定位点位置坐标的预测。在待定位点误差范围内建立子集指纹库,根据欧式距离的远近分配权值,对预测到的坐标进一步优化,实现误差最小化。将没有优化的支持向量机与用网格搜索法、蚁群算法、粒子群算法优化后进行对比,实验结果表明,使用网格搜索法优化后的SVM回归算法可以实现良好的定位效果,最终平均定位误差可达到0.042 m,且算法所需时间优于蚁群算法,寻找全局最优解优于粒子群算法。

融合大功率点追踪和寻光感知技术的太阳能智能跟踪系统设计

针对目前跟踪式太阳能光伏电池发电系统跟踪误差较大、抗干扰性较差、系统耗能较高等问题,融合大功率点追踪(maximum power point tracking,MPPT)和智能寻光感知技术设计了套太阳能光伏电池跟踪系统,实现了光电转化效率的大化。运用投影原理研制了寻光传感器,加入光强感测单元构成智能寻光感知模块,消除气候条件影响实现系统全天候的运行工作。为降低系统功耗,将跟踪方式设计为离散式,系统空闲时断电待机。对实现大功率点跟踪的扰动观察法进行优化改进,提出差别化扰动方式避免了扰动观察法在大功率点附近产生震荡及光强变化时的误动作。经实验验证,该系统跟踪分辨力可达到0.344?,系统误差小于2.5°,系统充电效率提高40%以上。

能力风暴机器人在实践中传感器的灵活应用

对于由广茂达公司开发的能力风暴机器人在具体应用中如走直线、走圆、避让、寻光源和跟踪等所遇到的多传感器的使用问题以及相互之间的协调问题进行了研究,通过分别采用比值补偿、差值补偿、去噪策略、裕量控制等方案对机器人的各种行为进行合理的校正和控制,达到了比较好的控制效果。对于想利用该机器人锻炼实际动手和开发能力具有实际的指导意义。

不均匀光照光伏单元串联电路快速MPPT方法

在不均匀光照条件下,并联旁路二极管使得光伏单元串联电路的功率–电流输出特性曲线可能呈现多峰值的特点。通过分析串联电路工作原理,发现峰值点数跟各互相串联的光伏单元被遮挡的程度有关,由所有串联单元的短路电流与峰值点电流决定。在峰值点数和各峰值点电流已知的基础上,通过判断各峰值点功率的大小,即可近似找到电路的全局最大功率点所在区域,然后在所在区域运用常用方法如电导增量法将能够准确跟踪到全局最大功率点。该方法利用较少计算和小区域搜索代替全局搜索,具有速度快、准确度高的特点。通过实验验证方法的正确性,利用该方法,可快速跟踪到准确的全局最大功率点,且串联单元越多,该方法的快速跟踪优势越明显。

贴近学生生活 改革“光的知识”教材

国家新制定的《物理课程标准》,其基本理念之一是从生活走向物理 ,从物理走向社会 ,要求物理课程应贴近学生生活 ,适应学生认知特点。因此 ,光学启蒙教育课程教材的编写以及教学实施都应当以学生的生活积累或已熟悉的知识为基础 ,以此为出发点 ,依据学生的年龄特征、心理和生理特点 ,循序渐进地逐步深化、扩展。运用实验、画图、模拟、多媒体等各种手段 ,以真实光束的形象描述光的反射、折射、平面镜成像、凸透镜成像等光现象 ,并在后续的教学中以真实光束的行为为背景进行抽象概括 ,提出光线概念并用几何方法描述光的行为。