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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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国防科技领域两阶段开放信息抽取方法  收藏
胡明昊, 王芳, 徐先涛, 罗威, 刘晓鹏, 罗准辰, 谭玉珊
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1309-1316.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.010
Abstract  (0) PDF (1224KB) (378)
互联网开源渠道蕴含大量国防科技信息资源, 是获取高价值军事情报的重要数据来源。 国防科技领域开放信息抽取(open information extraction, OpenIE)旨在从海量信息资源中进行主谓宾-宾补(SAO-C)结构元组抽取, 其对于国防科技领域本体归纳、 知识图谱构建等具有重要意义。 然而, 相比其他领域的信息抽取, 国防科技领域开放信息抽取面临元组重叠嵌套、 实体跨度长且难识别、 领域标注数据缺乏等问题。 本文提出一种国防科技领域两阶段开放信息抽取方法, 首先利用基于预训练语言模型的序列标注算法抽取谓语, 然后引入多头注意力机制来学习预测要素边界。 结合领域专家知识, 利用基于实体边界的标注策略构建了国防科技领域标注数据集, 并在该数据集上进行了实验, 结果显示该方法的F1值在两阶段上比长短期记忆结合条件随机场(LSTM+CRF)方法分别提高了3.92%和16.67百分点。
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面向大规模交通网络的时空关联挖掘方法  收藏
范晓亮, 彭朝鹏, 郑传潘, 王程
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1317-1325.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.029
Abstract  (0) PDF (6859KB) (218)
时空关联挖掘是智能交通领域的关键技术之一。 大规模交通网络中的交通流量数据具有高度非线性和复杂特征, 故精准地预测交通流量面临巨大挑战。 现有方法大多设计2个独立模块来分别捕获交通流量的时间和空间相关性, 故无法精准地对流量数据中的复杂时空相关性建模。 该文提出一种时空组合图卷积神经网络(STCGCN), 以更好地预测交通流量。 STCGCN通过构建自适应时空组合图, 并提出时空组合图卷积, 来有效揭示交通流量数据动态和复杂的时空相关性。 在美国加利福尼亚州高速公路流量公开数据集上进行了实验, 结果表明STCGCN的预测效果优于11个现有方法。
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面向中文的字词组合序列实体识别方法  收藏
王庆人, 王银子, 仲红, 张以文
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1326-1338.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.009
Abstract  (0) PDF (5316KB) (144)
作为信息抽取的核心任务, 命名实体识别能够从文本中识别不同类型命名实体。 得益于深度学习在字词表示、 特征提取方面的应用, 中文命名实体识别任务取得了丰富研究成果。 然而, 中文命名实体识别任务依旧面临词汇信息缺乏的挑战, 主要表现为: 1) 词汇边界信息和上下文语义信息未充分利用; 2) 字和自匹配词汇间语义信息未能有效捕获; 3) 图注意力网络输出信息中不同交互图信息的重要性未被考虑。 该文提出一种面向中文的字词组合序列实体识别方法。 采用字词组合序列嵌入结构, 实现词汇边界信息以及字符与词汇间语义信息的充分捕捉; 采用多图注意力融合架构, 实现不同图神经网络提取特征重要性的区分。 实验表明, 相比已有经典方法, 该方法在Weibo、 Resume、 OntoNotes4.0及MSRA四个数据集上的F1明显提升, 在中文命名实体识别任务上具有可行性。
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异质图神经网络协同过滤模型  收藏
杨波, 邱雷, 吴书
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1339-1349.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.030
Abstract  (0) PDF (2455KB) (361)
协同过滤算法被广泛运用于各类大数据的推荐系统中, 能够向用户推荐与该用户类似的用户感兴趣的信息。 随着深度学习, 尤其是图神经网络的发展, 基于图神经网络的协同过滤算法受到了越来越多的关注。 基于图结构的协同过滤模型通常将用户与条目的交互信息建模为二部图, 然后利用二部图的高阶连通性建模捕获用户与条目之间的隐藏关系。 但是, 这种二部图模型没有将用户之间的相似关系和条目之间的相似关系明确建模。 此外, 二部图的稀疏性会产生图中高阶连通性依赖问题。 为此, 该文提出了一种基于异质图卷积神经网络的协同过滤模型, 将用户之间的相似度和条目之间的相似度显式地编码到图结构中, 使得用户与条目的交互关系被建模成异质图。 异质图结构使用户之间的相似度与条目之间的相似度能被直接捕获, 降低了对高阶连通性的依赖, 同时缓解了二部图过于稀疏的问题。 该文在4个典型的数据集上进行了实验, 并与4种经典模型进行了对比, 结果表明所提出的模型效果较好。
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深度人脸伪造与检测技术综述  收藏
谢天, 于灵云, 罗常伟, 谢洪涛, 张勇东
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1350-1365.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.002
Abstract  (0) PDF (5408KB) (756)
由于现有深度人脸伪造软件通常是开源的或者被封装为APP免费分发, 导致了虚假视频的泛滥。 因此开展针对深度人脸伪造检测技术的研究就显得尤为重要。 目前, 深度人脸伪造及检测技术正处在快速发展时期, 各种相应的算法也在不断更新迭代。 本文首先介绍了深度人脸伪造和其检测技术的代表性算法并给出简要分析, 其中深度人脸伪造技术包括身份替换、 面部重演、 属性编辑、 人脸生成等, 检测技术包括图像级伪造检测技术和视频级伪造检测技术。 然后归纳总结了常用的深度人脸伪造与检测数据集及不同算法的评估结果, 最后讨论了伪造技术及其检测技术目前面临的主要问题及发展方向。
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基于区块链技术的去中心化互联网号码资源管理系统  收藏
李江, 徐明伟, 曹家浩, 孟子立, 张国强
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1366-1379.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.016
Abstract  (0) PDF (4583KB) (214)
作为互联网唯一的域间路由协议, 边界网关协议(border gateway protocol, BGP)当前面临着互联网号码资源误用的威胁。 现有安全方案——资源公钥基础设施(resource public key infrastructure, RPKI)通过中心化的基础设施维护互联网号码资源信息, 然而该方案面临着中心化导致的单点失效风险、 收敛时间长和开销高的问题。 该文提出了基于区块链技术的去中心化互联网号码资源管理系统(decentralized internet number resource management system, DINRMS)。 为提高系统的可扩展性, 在结构上对全球自治系统(autonomous system, AS)分组分层, 并针对此结构设计了相应的工作流程。 此外, 基于上述分组分层结构提出了一种基于互联网号码资源所有权信息和映射信息产生情况的启发式数据推送机制, 缩短AS获得这些信息的收敛时间, 同时减少交互开销。 实验表明, DINRMS为域间路由提供了安全可信的互联网号码资源信息; 相比RPKI, DINRMS的中心化程度降低了60%以上, 收敛时间缩短了50%以上, 交互开销减少了50%以上。
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基于句法结构迁移和领域融合的跨领域情感分类  收藏
赵传君, 武美龄, 申利华, 上官学奎, 王彦婕, 李杰, 王素格, 李德玉
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1380-1389.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.012
Abstract  (0) PDF (3117KB) (310)
用于文本情感分析的深度学习模型如递归神经网络等参数较多, 因此需要大量高质量标记训练数据对模型进行训练和优化。 在实际应用中, 特定领域难以获取高质量带情感标签评论数据。 在跨领域文本情感分类任务中, 针对不同领域数据分布差异性, 提出了基于句法结构迁移和领域融合的跨领域文本情感分类方法, 可以解决特定领域对带标签数据依赖问题。 句法结构迁移方面, 将依存语法特征加入到递归神经网络中, 设计了一种可迁移的依存句法递归神经网络模型, 通过句法结构迁移有效地迁移跨领域结构信息, 为情感迁移提供支撑。 领域融合方面, 在传统的最大均值差异领域度量方法上细化了跨领域同类别距离度量信息。 通过约束源领域和目标领域的分布, 可以保证2个领域距离在学习过程中尽可能减小, 有效地提取领域通用特征。 实验结果表明, 该方法比已有方法有效提高了跨领域情感分类准确率。
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基于句法树节点嵌入的作者识别方法  收藏
张洋, 江铭虎
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1390-1398.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.013
Abstract  (0) PDF (1270KB) (336)
作者识别是通过分析未知文本的写作风格推断作者归属的交叉学科。 现有的研究多基于字符和词汇特征, 而句法关联信息在研究中鲜有涉及。 该文提出了基于句法树节点嵌入的作者识别方法, 将句法树的节点表示成其所有依存弧对应的嵌入之和, 把依存关系信息引入深度学习模型中。 然后构建句法注意力网络, 并通过该网络得到句法感知向量。 该向量同时融合了依存关系、 词性以及单词等信息。 接着通过句子注意力网络得到句子的表示, 最后通过分类器进行分类。 在3个英文数据集的实验中, 该文方法的性能位列第2或3位。 更重要的是, 依存句法组合的引入为模型的解释提供了更多的方向。
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基于相似性的多用户漏洞推荐算法  收藏
贾凡, 康舒雅, 江为强, 王光涛
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1399-1407.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.007
Abstract  (0) PDF (1450KB) (326)
近年来, 公开披露的漏洞数量越来越多, 推荐算法可以帮助软件安全人员和漏洞爱好者找到自己真正需求和感兴趣的漏洞信息。 但是用户与漏洞的交互矩阵比经典协同过滤推荐算法所分析的交互矩阵有更强的稀疏性, 严重影响了协同过滤推荐算法的使用效果。 这也是将漏洞直接作为推荐项目所必须面对的主要挑战。 为了解决这一问题, 该文引入漏洞相似性计算方法, 在基于内容的推荐算法中强调漏洞之间的普遍联系, 从而解决推荐算法的交互矩阵高稀疏性、 冷启动等问题。 同时, 充分考虑多类型用户的特点, 最终形成了基于相似性的多用户漏洞推荐算法。 通过在公开数据上的实验表明, 该算法能够实现比传统协同过滤算法更佳的准确性和有效性。
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地铁线路储能装置与牵引装置联合优化配置方法  收藏
刘安邦, 陈曦, 赵千川, 李博睿
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1408-1414.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.018
Abstract  (0) PDF (2388KB) (192)
在城市轨道交通系统中, 列车牵引用电的费用在总运营费用中占比较高。 在直流供电系统中接入储能装置(例如超级电容)吸收利用列车的再生制动能量, 能够减少牵引用电的开销。 储能装置和牵引装置的配置方案(位置与容量)会显著影响能量的吸收与利用效率。 为了在有限储能与牵引资源约束下最大化再生制动能量的吸收利用效率, 该文提出一种地铁线路储能装置与牵引装置的联合优化配置方法, 将优化配置问题建模为仿真优化问题, 开发了基于序优化的问题求解方法以获得问题足够好的解。 在青岛地铁某线路上的测试结果显示: 相比于依经验配置, 优化配置方案可以减少6.1%的牵引能耗。 该方法不仅能有效配置储能牵引资源, 还能应用于解决地铁线路中的其他复杂优化问题。
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基于不安全控制行为分析的商用车AEB决策系统优化  收藏
周涂强, 刘伟, 李浩然, 许述财, 孙川
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1415-1427.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.014
Abstract  (0) PDF (9243KB) (142)
现有的基于车载传感器的商用车自动紧急制动(AEB)系统存在视野盲区等原因, 功能受到了很大的限制。 为了提高商用车AEB系统的安全性和可靠性, 该文提出了基于不安全控制行为分析的商用车AEB决策系统优化方法。 首先, 通过实车测试获取车车通信在不同工况下的通信时延规律, 使用该时延规律对环境车的速度、 位移和坐标等参数进行补偿修正, 弥补通信时延对系统决策造成的影响。 然后, 制定交叉口路段处的商用车自动紧急制动策略, 在两车即将碰撞时控制本车的制动系统以最大的制动减速度自动紧急制动, 避免碰撞的发生, 并基于不安全控制行为分析, 对AEB决策系统进行优化。 最后对提出的优化方法进行了仿真和实车测试, 结果表明, 该方法能够有效地防止两车在交叉口处相撞, 具有较高的安全性和可靠性。
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基于暖体假人的消防员降温背心热传递及降温性能分析  收藏
操凯, 李亚运, 付明, 郭贤, 刘小勇, 宋舆涵
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (10): 1548-1557.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.044
Abstract  (0) HTML   PDF (9226KB) (89)
为降低消防员热应激水平,该文开展降温背心综合性能评价,研究降温背心传热规律以及高温辐射环境、不同劳动强度对降温背心性能的影响。通过环境舱和暖体假人系统评估3个型号的消防员降温背心的降温性能,分别在不同温度(35、40和45℃)、不同定向热辐射(1.5和2.5 kW/m2)和不同劳动强度(低、中等和高)下开展实验。实验结果表明:降温背心可以有效降低消防服内部微环境温度,在200 min后消防服内外层温差仍有6.6℃,辐射直射部位中降温背心对腹部冷却作用最明显;3个型号的降温背心均有不同程度的降温效果,其中降温背心1的降温性能最佳,散热降温功率为4.097 W,散热降温时间超过2 h,降温背心3的降温性能相对最差,散热降温功率为0.753 W,散热降温时间为90 min;随着劳动强度的增大,降温背心的冷却效果下降,其中假人腹部在劳动强度65、110和165 W/m2时温度变化曲线线性拟合直线斜率分别为0.106 8、0.273 4和0.508 6;降温背心的降温性能随环境温度升高而衰减,在环境温度45℃时,假人胸部、肩部、腹部和背部的温度上升梯度与35℃时相比分别增大50.0%、40.6%、60.0%和50.0%;定向热辐射对降温背心的降温性能影响明显,2.5 kW/m2时假人胸部位置仅7 min温度就达到35.69℃。
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城市轨道交通车站客流特征影响程度分析  收藏
马壮林, 杨兴, 胡大伟, 谭晓伟
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1428-1439.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.21.044
Abstract  (0) PDF (13070KB) (102)
城市轨道交通车站客流特征与其周边建成环境和社会经济因素密切相关, 且不同影响因素对客流特征的影响也存在时间和空间异质性。 以车站工作日日均客流量、 工作日特殊时段(如早高峰进站、 早高峰出站、 晚高峰进站和晚高峰出站)客流量为因变量, 从车站属性、 连接性和建成环境3个方面选择23个自变量, 采用多尺度地理加权回归(MGWR)模型构建客流特征分析模型, 分析不同时间尺度下轨道交通车站客流量的影响因素及其相互作用, 并以南京市轨道交通系统进行实例分析。 结果表明: 与普通最小二乘法(OLS)回归模型和地理加权回归(GWR)模型相比, MGWR模型更为可靠; 忽略早晚高峰客流影响的全天客流量预测模型拥有的显著自变量最多, 到市中心的距离对客流量有显著的负影响, 证明距离市中心越近的车站的客流量集聚性越明显; 周边居住、 生活类设施占比较高的车站对早高峰进站和晚高峰出站客流有很强的吸引作用, 而周边居住、 生活类设施占比不高的车站对早高峰出站和晚高峰进站客流有很强的吸引作用。 研究结果可以为城市规划部门促进城市轨道交通与城市建设的协同发展提供理论支撑。
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全固态薄膜锂电池倍率性能  收藏
戚俊毅, 方儒卿, 吴勇民, 汤卫平, 李哲
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1440-1451.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.008
Abstract  (0) PDF (5776KB) (154)
全固态薄膜锂电池具有固态电解质层薄、 固固界面致密等特点, 可作为微小型设备的储能元件。 与传统锂离子电池相比, 全固态薄膜锂电池内部不含液态电解液, 反应与传质过程皆在固相中进行, 导致全固态薄膜锂电池的倍率性能一般较差。 为解决该问题, 该文基于磁控溅射和真空蒸镀技术制备了正极为钴酸锂、 固态电解质为锂磷氧氮(LiPON)、 负极为金属锂(Li)的全固态薄膜锂电池。 采用时频域配合和实验与仿真相结合的方法, 系统解析了影响全电池倍率性能的关键因素。 运用基于全电池倍率实验电压曲线的曲线平移分析方法及基于一维阻抗模型和阻抗谱的动力学参数辨识方法, 分析了电池内部不同部件、 不同物理过程对电池倍率性能的影响, 结合一维时域模型仿真结果得出如下结论: 电池中影响大倍率下放电总容量的主要限制因素为正极材料中的锂离子扩散过程, 放电末期正极扩散系数低是大倍率下放电容量衰减的主因; 影响瞬态放电功率的主要限制因素为固态电解质中锂离子的电迁移过程, 高固态电解质固相过电势是放电功率损失的主因。 基于上述结论, 该文提出了适当降低固态电解质薄膜厚度和缩短正极离子扩散路径等改进电池倍率性能的初步设计思路, 研究了一种全固态薄膜锂电池倍率性能的分析方法并得出了初步结论, 可用于进一步指导改进制备工艺。
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财务困境与创新—来自《破产法》的证据  收藏
杨伽伦, 王茵田
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1452-1466.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.21.045
Abstract  (0) PDF (1274KB) (260)
该文探讨《中华人民共和国企业破产法》实施对企业创新的影响。 选取2007年《破产法》实施作为准自然实验以构建双重差分模型, 采用多期动态回归、 倾向得分匹配等办法, 并引入三因子模型特质波动率等指标衡量企业风险承担。 在《破产法》实施后, 实验组比控制组专利申请的数量增加了18.77%, 发明专利申请的数量增加了25.86%。 《破产法》的实施加强了债权人保护并提高企业风险承担水平, 使财务困境中企业的创新产出、 创新质量显著增加。 进一步分析表明, 《破产法》主要在企业治理水平高的企业、 在法治水平或知识产权保护水平高的地区更为显著。 《破产法》的推出提高了中国债权人的合法权益, 为债权人获得潜在清偿提供了强有力的保证, 进而提高企业风险容忍度, 激励了企业创新。
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回归金融原理: 企业财务危机预警研究述评与展望  收藏
朱武祥, 廖静秋, 詹子良, 谭智佳
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1467-1482.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.008
Abstract  (0) PDF (2501KB) (354)
财务危机预警一直受到企业、 投资者和政府的关注, 但已有预警模型方法的预警能力不能满足市场期许, 甚至引发争议, 政府部门、 市场主体对优化债券违约风险识别与预警方法的需求强烈。 该文系统梳理了1932至2020年间256篇财务危机预警文献, 从财务危机的概念基础、 预警模型的原理及迭代、 预警指标选取、 预警效率评估等维度进行了述评, 指出了现有财务危机预警模型研究的3个现象、 方法论特征及局限性。 提出了一个跨模型可比的财务危机预警模型评价框架和“一个原则、 三个方向”研究改进展望, 主张回归金融原理, 从而更加精确地进行企业财务危机绝对风险的评估、 预警与治理。
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面向不同需求的未来社区海绵源头设施布局方法  收藏
张潇月, 李玥, 王晨杨, 陈正侠, 贾海峰
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (9): 1483-1492.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.001
Abstract  (0) PDF (5013KB) (115)
未来社区是一种追求可持续发展目标的生态低碳新型城市功能单元。 为了探究融合海绵城市建设理念的未来社区海绵源头设施布局方法, 提出采用容积法、 模型法及多目标优化法以满足不同数据和技术需求, 构建未来社区海绵源头设施布局多方法体系。 选择一典型以未来社区为目标的待建社区为例开展研究。 结果表明, 容积法数据及技术需求低, 可生成满足研究区年径流总量控制率的海绵源头设施布局方案; 然而, 如需进一步评估方案的减污降碳效果则需借助模型法, 但模型构建和运行需进一步获得研究区管网及降雨等数据。 为了实现未来社区建设的多目标综合环境效益和成本效益, 则可采用多目标优化法, 该方法需运用智能优化算法和模型耦合技术。 不同方法下得到的未来社区减污降碳效果表明, 容积法方案峰值流量由传统方案(无源头设施)5.65 m3·s-1降至2.17 m3·s-1, 典型年平均径流总量控制率由51.87%提高到79.43%, 年均降碳量增加284.87 t·a-1(假设传统方案降碳量为0), 污染物峰值浓度降低21.69%~30.52%, 显著提高了减污降碳效果。 相比容积法方案, 耦合NSGA-II和SWMM的多目标优化方案总建设成本减少了18.67%, 且径流流量峰值削减率、 浓度峰值削减率、 雨水回用率和年均降碳量分别提高21.20%、 6.32%~16.67%、 1.17%~2.65%和29. 36 t·a-1。 总体而言, 容积法简单易操作, 可满足未来社区海绵源头设施布局要求和年径流总量控制率目标; 多目标优化法数据和技术需求较高, 但可实现最佳综合环境效益及成本效益。
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高闪点液体燃料浸润多孔介质砂床火蔓延行为实验研究  收藏
陈长坤, 石朗, 鲍益朋, 张宇伦
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (10): 1493-1501.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.043
Abstract  (0) HTML   PDF (16569KB) (202)
为探究液体燃料(煤油和0#柴油)浸润多孔介质砂床(石英砂)表面火蔓延特征行为,开展了一系列不同颗粒粒径(0.428~4.500 mm)工况的燃烧测试,实验测量了燃料质量损失速率、砂床内部温度分布、砂床表面火蔓延速率等特征参数,分析了颗粒粒径对浸润燃烧场景下燃烧蔓延特性的影响机制。实验结果表明:在当前实验中,毛细管作用影响了燃烧反应进程的传热速率,较细颗粒砂床(直径0.428 mm)的传热速率快于较粗颗粒砂床(直径2.180 mm)。不同颗粒粒径工况下的质量损失速率的增长快慢存在差异,准稳定燃烧阶段质量损失速率的增长速率随颗粒粒径的增大而先减小后增大。在准稳定燃烧阶段中,随着颗粒粒径增大,煤油和0#柴油浸润石英砂床表面的平均火蔓延速率呈现出先减小后增大的趋势。在相同颗粒粒径条件下,0#柴油的平均火蔓延速率低于煤油。
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正向风作用下的对开口腔室火灾行为  收藏
段君瑞, 何明铭, 胡皓玮, 纪杰
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (10): 1502-1511.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.040
Abstract  (0) HTML   PDF (9957KB) (104)
为了系统揭示正向风作用下对开口腔室火灾行为的演化机理,该文建立了更符合实际的腔室火灾场景,开展了相应的数值模拟和理论分析,研究了正向风风速对迎风侧、背风侧的火溢流行为、腔室内部温度以及腔室气体流动方式的影响。结果表明:随着风速的增加,通风控制下腔室迎风侧的火溢流会逐渐消失。之后,背风侧的火溢流也会逐渐消失。火溢流发生的临界判据为全局当量比等于0.645。当全局当量比小于等于0.645时,燃烧只发生在腔室内部;当全局当量比大于0.645时,腔室外部开始出现火溢流。在燃料控制状态下,腔室内部的平均温度随着风速的增大不断降低。结合腔室内外的能量守恒方程,通过量纲分析,建立了正向风作用下燃料控制状态腔室内平均温升模型。基于迎风侧和背风侧与腔室内的压差,建立了腔室气体由双向流动转化为单向流动的临界风速表达式。当风速小于临界风速时,腔室两侧开口气流存在双向流动;当风速大于等于临界风速时,腔室两侧开口气流为单向流动。
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不同侧壁高度油池火实验分析与模型建立  收藏
朱华诚, 胡振启, 赵至善, 陈诚, 赵金龙, 杨锐
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (10): 1512-1519.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.041
Abstract  (0) HTML   PDF (4352KB) (104)
近年来中国兴建了很多浮顶油品储罐。当浮顶储罐内部液位较低时,罐体内部易积聚蒸气,火灾风险增大。一旦发生火灾易形成侧壁约束下的油池火,给油品储运安全造成严重威胁。该文采用石英玻璃材质的油盘,开展了不同侧壁高度(油盘侧壁上边缘到油品表面的垂直距离,h=3~50 cm)的正庚烷油池火实验,研究了侧壁高度对灾变过程和关键火灾参数(燃烧速率、火焰高度)的影响。实验结果表明:侧壁高度对整个燃烧过程影响明显,尤其是对初始阶段和稳定阶段。对于初始阶段,低侧壁油池火燃烧速率快速增加,但高侧壁油池火燃烧速率呈现先快速增加随后逐渐减小的趋势,这主要是由于火焰根部不断抬升进而远离油品表面造成的。对于稳定阶段,随侧壁高度的增加,燃烧速率呈现先减小后增大随后再减小的趋势。其中的先减小后增大趋势是由于火焰根部逐渐从油盘外进入油盘内造成的,而随后的再减小趋势主要是由于火焰根部不断抬升造成的。基于高侧壁稳定阶段的火焰形态,可将火焰划分为外部火焰和内部火焰。随侧壁高度的增加,外部火焰高度逐渐降低,内部火焰高度逐渐增加。基于量纲归一化分析,考虑侧壁高度和空气卷吸因素,引入油盘特征直径,建立了不同侧壁高度下的无量纲内部火焰高度模型。该研究结果可增强对不同侧壁高度油池火火焰行为的理解,为储罐区浮顶储罐火灾的定量风险评估提供参考。
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低压环境下玻璃纤维/酚醛树脂燃烧特性  收藏
张晓宇, 贾旭宏, 代尚沛, 汤婧, 马俊豪
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (10): 1520-1528.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.032
Abstract  (0) HTML   PDF (4265KB) (99)
火灾事故严重威胁飞机的安全运行。航空运输环境为低压环境,低气压会对火灾的发生发展产生重大影响。民用运输飞机的壁板材料均为复合材料,美国联邦航空管理局和中国民航局均要求实验验证其防火特性。该文选取空客某型飞机夹芯结构壁板材料(A壁板)和层压型壁板材料(B壁板)作为研究对象。A壁板由上下层树脂基面板、中间层芳纶蜂窝芯和胶黏剂组成,B壁板为树脂基玻璃纤维增强层压板。分别在四川康定(61 kPa)和广汉(96 kPa)研究其隔热性能、点燃时间、质量损失和烟气特性。结果表明: A壁板隔热性能在低压下下降约26.0%,B壁板隔热性能几乎不受压强影响,A壁板隔热性能明显优于B壁板;压强通过影响对流热损失和临界质量通量影响点燃时间,A壁板点燃时间在低压下缩短16%,B壁板点燃时间受压强影响较小;压强影响燃烧速率,A、B壁板质量损失率和质量损失速率在低压下均有降低;在不同气压环境下2种壁板O2最大消耗量、CO和CO2产生量峰值对应时间基本一致,低压环境下O2消耗量、CO和CO2产生量峰值均高于常压环境。该文初步研究了气压对壁板材料燃烧特性的影响,可为机舱防火救援等提供理论参考。
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送风环境下地铁车厢火灾温度分布  收藏
刘智远, 李行, 周汛
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (10): 1529-1536.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.042
Abstract  (0) HTML   PDF (10890KB) (69)
该文建立了全尺寸地铁车厢仿真模型,分析了无火源情况下的车厢内部风速分布情况,并对比研究了有无送风以及不同火源位置对车厢内部温度场分布的影响。结果表明:车厢送风时内部会形成气流涡旋,涡旋的产生位置与车厢内座椅有关。车厢内风速分布呈现出较为明显的与送风口位置相关的特征。在设置工况下,车厢内有无送风对车厢顶棚最大温升影响不大。这主要是由于火源附近的温度很高,热浮力较大,送风口的送风较小,对火羽流影响较小。车厢送风时,内部烟气仍能产生稳定分层,但烟气层的沉降高度明显大于自然通风时。车厢送风时,顶棚烟气温度与送风口位置呈现出较强的相关性,每个送风口下方存在低温区域,并且车厢两端的顶棚烟气温度明显低于自然通风时。有无送风情况下车厢火灾顶棚烟气温度均呈指数衰减。该研究结果可为地铁车厢的火灾防治提供参考。
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城镇燃气管网事故应急救援特征分析及救援能力评估  收藏
李聪, 鲁一霏, 陈辰, 徐子烜, 杨锐
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (10): 1537-1547.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.026
Abstract  (0) HTML   PDF (4138KB) (95)
为深入认识城镇燃气管网事故应急救援过程中的不足之处,该文总结了城镇燃气管网事故应急救援特征,并对救援能力进行评估。在对现有应急预案及事故案例深入分析的基础上,明确应急救援过程中的问题特征,构建全面体现应急救援能力的指标体系,利用层次分析法与基于准则间相关性的准则重要性评价(CRITIC)法相结合的主客观组合赋权方法计算各指标权重,利用模糊综合评价法建立城镇燃气管网事故应急救援能力评估模型。将该模型应用于湖北省十堰市张湾区,结果表明: “救援人数供需比”等指标权重占比较大,需重点关注;“救援人员的合作协调能力”等指标是该地区燃气管网事故应急救援过程中的薄弱环节。该研究结果可为燃气管网事故应急措施的制定、改进和评估提供理论依据和可行方法。
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抽水蓄能电站应急排水多目标优化方法及算例分析  收藏
代鑫, 陈举师, 陈涛, 黄弘, 李志鹏, 余水平
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (10): 1558-1565.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.031
Abstract  (0) HTML   PDF (4027KB) (112)
随着抽水蓄能电站布局范围和建设规模的扩大,地下厂房水患威胁日益严重。针对水淹厂房事故场景下无法快速有效排水的问题,该文提出了一种抽水蓄能电站应急排水多目标优化方法。结合电站工程特点,建立了分阶段串并联综合应急排水方法。以最小化排水时间和装备运行成本为目标建立多目标优化模型,采用非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)对各阶段排水流量求取最优解。以某抽水蓄能电站为例开展研究,得到了有凸的Pareto最优前沿,应急排水时间最短约为52 h,装备运行成本最少约为138万元,同时给出了最优解对应的各阶段排水流量。结果表明,该方法能够合理推荐抽水蓄能电站应急排水方案,提高电站水淹厂房事故的应急处置水平。
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考虑融合权重优化与冲突信息来源的大坝安全综合评价方法  收藏
王雷, 王晓玲, 张君, 余佳, 王佳俊
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (10): 1566-1575.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.039
Abstract  (0) HTML   PDF (7894KB) (91)
证据理论基于各监测项目及监测点数据进行大坝安全综合评价。然而,已有研究多采用Euclid距离等传统距离度量方法确定证据体的融合权重,且未考虑冲突信息来源,存在综合评价结果准确性较差的问题。针对以上问题,该文提出考虑融合权重优化与冲突信息来源的大坝安全综合评价方法。基于监测点-监测项目-监测类型的大坝安全评价信息融合层次结构,提出基于卡方散度与Shannon熵的证据体距离度量方法,获取监测点和监测项目层级的客观融合权重,克服已有方法未充分考虑证据体离散程度和不确定性的不足,提高了评价结果的可靠性。在监测类型层级采用乘积标度法计算主观融合权重,充分考虑专家经验,避免基于距离度量方法产生不合理权重(例如变形的权重小于环境量的权重);鉴于数据粗差是冲突信息的主要来源,提出基于鲁棒加权回归的季节趋势分解(STL)-孤立森林(iForest)算法作为数据粗差剔除方法,以消除冲突信息对评价结果的影响。工程应用结果表明:与基于Euclid距离度量、未考虑粗差剔除的证据理论方法相比,所提方法可靠性更高。
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基于风险容忍度的城市供水与供电网络关联性  收藏
史政一, 黄弘, 周诗伟
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (10): 1576-1583.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.015
Abstract  (0) HTML   PDF (5133KB) (88)
许多事故和灾害事件表明,城市基础设施系统之间的关联性可能会逐级放大事故或灾害的初始影响,对城市、地区乃至国家产生非常大的危害,因此研究在外界影响下城市基础设施系统之间关联性的表现和特征非常重要。该文以风险容忍度框架为基础,对某城市区域的供水和供电网络的关联性开展研究,根据若干网络参数的演化和分布特点,分析了供水和供电网络面临外界随机冲击下的风险容忍度。随后对供水和供电网络间的地理关联性进行分析,识别出了断电场景下供水网络中的关键组分。该研究为城市基础设施防护、规划、应急处置和韧性提升提供了支撑和参考。
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电气化交通路网的脆弱性分析  收藏
王洪苹, 胡燕祝, 庄育锋, 王松
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (10): 1584-1597.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.036
Abstract  (0) HTML   PDF (2151KB) (278)
分析交通路网的脆弱性一直是应急管理领域中重要的研究课题。然而,随着电动汽车在交通流中的滲透率不断提高,传统的评估路网脆弱性的方法,由于缺乏考虑电动汽车的特征,因此不再能很好适用于多电动汽车场景。对此,该文提出一个双层攻击者-防御者模型来研究电气化交通路网的脆弱性。在模型外层的攻击者通过破坏网络中的关键道路,使系统性能的下降最大化;在模型内层的防御者通过动态地分配混合电动汽车和非电动汽车的交通流,使用户总旅行时间最小化。该文进一步通过对内层问题取对偶以及采用大M法,将原始的双层混合整数线性规划问题转换为一个等价的单层混合整数线性规划问题。将提出的模型应用于美国北卡罗来纳州的部分高速路网,实验结果展示了在评估电气化路网的脆弱性时,把电动汽车考虑在内的必要性,以及攻击资源等级和系统性能下降存在临界点和相变现象。该文提出的模型可以识别出系统中最关键的道路集合,为改善电气化路网的脆弱性提供理论支撑。
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CGE模型在低碳交通政策领域的应用及前景  收藏
王妍, 欧国立
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (11): 1693-1706.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.033
Abstract  (0) HTML   PDF (4756KB) (373)
气候变化问题十分复杂,涉及环境、经济和社会等诸多层面因素,交通排放是影响气候变化的重要因素。该文聚焦可计算一般均衡(computable general equilibrium,CGE)模型在交通政策研究中的应用,共采集涵盖科学引文数据库、科学指南、中国知网等主要数据库的78篇实证研究文献,其中超过50%的文献关注了低碳交通政策的影响。通过梳理文献发现:目前低碳交通政策评估领域的CGE模型实证研究尚处于起步阶段,未来低碳交通CGE模型建模可从政策研究、模型构建和协同效益3个方面进行深入研究。该文提出了将“避免型/转换型/改善型-规划/制度/经济/信息/技术(avoid/shift/improve-planning/regulatory/economic/information/technological,ASI-PREIT)”结构的低碳交通政策矩阵纳入可达性因素的空间可计算一般均衡(spatial computable general equilibrium,SCGE)模型的建模思路,并进行了协同环境—经济—社会效益的低碳交通广义协同效益研究,为拓展低碳交通问题的研究提供参考思路。
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犯罪侦查决策支持模型  收藏
王佳, 王维曦, 王李韬, 申世飞
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (10): 1598-1607.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.029
Abstract  (0) HTML   PDF (3616KB) (161)
人工智能和大数据技术已成功应用于众多科学问题的分析,其中也包括犯罪分析领域。犯罪案件侦查一直是犯罪分析工作的重点和难点。犯罪案件在侦查阶段主要包括证据收集和证据推理等工作,证据的全面高效收集对案件推理和快速侦破具有重要意义;与此同时,不同证据在案件中的重要程度不同,具有高重要度的证据如果在侦查早期阶段被收集,可提高案件侦破效率。然而,现有的人工智能方法应用于犯罪侦查决策支持的研究较少。鉴于此,该文提出了一种基于加权信息熵的证据重要度的计算方法,并在此基础上构建了基于Bayes网络的犯罪侦查决策支持模型,然后应用420例犯罪案例对模型的准确率进行验证,并用1例实际案例的分析过程对模型应用进行了阐述。分析结果表明:提出的模型能够输出有效的侦查建议,为侦查阶段的证据收集和推理工作提供决策支持。
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面向大型结构件爬行机器人智能焊接技术  收藏
冯消冰, 王建军, 王永科, 陈苏云, 刘爱平
清华大学学报(自然科学版)    2023, 63 (10): 1608-1625.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.057
Abstract  (0) HTML   PDF (14146KB) (155)
大型结构件的焊接在船舶制造、油气化工、核电工程、能源电力、建筑钢构和轨道交通等高端制造领域中应用广泛,传统手工焊以及轨道小车、龙门吊等半自动焊已无法满足高效、高质量的焊接要求。大型结构件智能化焊接成为发展趋势,以无轨导全位置爬行焊接机器人为代表的智能化装备正逐步推动解决大型结构件的自动化焊接问题。该文首先系统介绍了国内外面向大型结构件焊接的智能机器人研究现状,并对有轨和无轨机器人的应用场景及优缺点进行比较,分析认为无轨爬行机器人的灵活性好、适应性强,更适用于大型结构件的焊接。其次,针对大型结构件多层多道焊接时因机械加工、装配、热变形、焊道过多、焊缝堆叠等导致的焊接精度及焊接质量难以保证等问题进行分析,认为自动打底和多层多道自动排道技术还存在多项难点亟待突破。最后,从自动打底、焊缝跟踪、多层多道自动排道方面对相关技术的探索进行归纳,预测了多模态深度学习和多传感器融合技术将成为引领焊接机器人发展的关键技术,为大型结构件的智能化焊接提供方向性指导。
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