在石油化工智能化发展过程中, 精确的分子重构技术是理解和优化复杂油品组成至关重要的基础性方法。该技术基于油品宏观物性, 通过优化模型计算油品分子或结构组成。通常认为, 天然油品组成在碳数、结构特征等维度服从伽马分布。传统分子重构方法采用伽马分布的形状和尺度参数作为优化变量, 优化过程中2个参数对分布形状的耦合影响效应, 降低了优化过程可解释性, 影响了优化效率和精度。本文提出了形状解耦伽马分布参数油品分子重构方法, 提出将伽马分布的峰值位置和分布宽度作为优化参数, 提升优化过程中伽马分布形状变化的可解释性; 同时基于历史数据, 利用多元线性回归模型预测优化参数初值, 有效提高分子重构的精确度。实验结果表明, 该方法在分子重构的精确度和优化效率方面均优于传统分子重构方法, 在处理分布规律较极端的分子组成时, 表现出更高的鲁棒性和稳定性。
在化工生产过程中, 由于不同变量的采样频率不同, 产生了大量无标签数据, 难以有效利用, 造成了数据浪费。此外, 分散式控制系统(DCS)在数据采集过程中, 受环境干扰和测量仪器老化等因素的影响, 会产生大量噪声数据, 增加了软测量建模的难度, 为了解决这些问题, 获知关键产品的质量, 提高企业的效率, 该文提出了一种基于梯形网络的半监督建模及化工产品组分软测量方法, 在利用有标签数据的同时, 充分利用了大量的无标签数据提高软测量模型的预测精度和泛化能力, 针对数据中存在的噪声, 梯形网络在编码器中逐层加入噪声, 然后利用解码器和跳跃连接逐层协同去噪, 重建无噪声的特征表示和输入, 以达到去除噪声的目的。将该方法应用于甲醇制烯烃过程对产品乙烯组分进行软测量, R2达到0.899, 预测效果比常见的有监督学习方法和半监督学习方法更准确。
由于氢气易泄漏燃爆的物化特性, 氢气集中存储设施如大规模电解水制储氢罐区和分布式加氢站等面临较高的多米诺事故风险。针对高压储氢罐区和加氢站多米诺事故传播模式, 该文提出一种Bayes网络(BN)分析方法。首先建立面向涉氢装置的泄漏燃爆场景事件树, 然后基于氢气专用事故后果评估模型, 枚举区域内的所有潜在多米诺事故场景。随后, 对每一潜在初始事故设备自动构建描述多米诺事故传播的BN模型, 模拟获得整个储氢系统内的综合风险分布, 并给定多样证据, 开展因果推理和诊断推理。模型分析显示：储氢罐区存储压强在2~15 MPa时, 多米诺风险占罐区总风险的25%以上, 爆炸是导致多米诺事故的主要事故类型; 加氢站综合事故风险主要包括压缩机自失效风险和储氢瓶多米诺事故风险, 后者主要由喷射火导致。研究结果为建立储氢系统先进定量风险评估方法提供了重要参考。
基于ID的推荐是一种依赖用户或物品的唯一标识符进行推荐的经典推荐方法, 经常面临用户物品交互数据稀疏、符号ID缺失语义信息等问题。该文假设不同领域的用户-物品交互行为之间存在潜在的模式关联, 提出了一种基于交互行为语义模式增强的ID推荐方法。在目标域推荐任务中引入辅助域信息, 基于图神经网络对辅助域和目标域信息进行联合编码表示, 通过引入交互行为语义模式, 将辅助域的用户-物品交互信息及物品描述信息迁移至目标域, 从而实现目标域ID推荐中的交互行为语义增强。使用9个公共数据集的实验结果表明, 在8个目标域上本文方法比目前的SOTA (state-of-the-art)方法XSimGCL具有更好的推荐效果, 前20个推荐结果中的召回率和归一化折损累计增益分别提升3%~30%和1%~40%。
社交媒体事件检测是指从各类社交媒体的内容中挖掘热点事件。在实际情况中, 由于数据稀缺, 社交媒体事件检测在低资源的情况下表现较差。现有的方法主要是通过跨语言知识迁移等方式来缓解低资源问题, 但忽略了数据隐私问题。该文提出了基于联邦知识蒸馏的跨语言社交媒体事件检测方法FedEvent, 旨在将富资源客户端知识蒸馏到低资源客户端。该框架通过结合参数高效微调技术和三组对比损失, 实现非英文语义空间到英文语义空间的有效映射, 并采用联邦蒸馏策略, 在保障数据隐私的前提下实现知识的迁移。此外, 还设计了一套四阶段生命周期机制以适应增量场景。在真实数据集上进行实验证明了该框架的有效性。
精准的焊缝识别与自动跟踪控制是保证机器人焊接质量及作业效率的基础。为实现大型结构件弧面焊缝的高效自动化跟踪焊接, 该文提出一种基于单激光传感器的爬行机器人双向自动跟踪技术和自适应权重的焊枪级联控制方法。针对爬行机器人建立运动学模型, 分析了激光系统与焊缝的距离偏差预估方法和机器人与焊缝夹角修正方法, 通过动态调整爬行机器人本体与焊缝的位置关系实现爬行机器人沿焊缝双向自动跟踪。基于焊接工艺参数和焊缝位置信息确定焊枪姿态和末端位置, 通过执行机构的逆运动学模型求解得到焊枪传动关节的运动位移值, 并基于运动位移值调整关节电机对焊枪位置进行实时校正。仿真分析了激光系统与机器人本体中心距离对直线焊缝路径跟踪的影响, 发现该距离在0.35~0.5 m之间能够兼顾激光系统和机器人本体中心快速跟踪焊缝。初始距离偏差对激光系统与焊缝的距离偏差影响较小, 但对机器人与焊缝的夹角偏差影响较大。分析了后退控制的系统稳定条件, 并在5G和6G焊接位置开展机器人沿焊缝的双向跟踪性能测试, 得到跟踪过程的激光系统与焊缝距离偏差值曲线以及机器人与焊缝夹角曲线, 证明了控制系统的有效性。通过对执行机构进行运动学仿真, 验证了焊枪定位的准确性。
焊接过程智能化是提高长输油气管道现场铺设过程中管口对接外焊效率和接头合格率的有效途径。该文提出了基于多源传感的管道空间全位置焊枪位姿检测与控制算法。基于设计的组合激光结构光视觉传感与双轴倾角传感的多源传感器, 提出了应用于管道空间全位置焊接的焊枪位姿检测和控制算法, 实现了管道不同空间姿态下管段环形对接口任意位置处的焊接坡口尺寸、焊枪相对位姿及局部工件表面空间姿态的集成检测, 构建了基于多源传感的五自由度管道智能化焊接系统, 完成了焊枪位姿的智能化调控。试验结果表明, 焊枪的姿态角反馈控制误差不超过0.8°, 在管道全位置焊接过程中的焊枪横向位置跟踪偏差不超过0.25 mm, 高度跟踪偏差不超过0.63 mm。该算法可以实现任意管道空间全位置焊接过程中焊枪位姿的准确调控, 有效提高了管道外焊装备的智能化水平, 并为焊接未知姿态曲面工件时焊枪的位姿调控提供了技术支撑。
多叶光栅是医用直线加速器的核心部件, 采用两相圆筒形永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous tubular linear motor, PMSTLM)作为驱动器时, 电机能耗对部件运行性能有重要影响。该文提出一种基于速度规划的多叶光栅直线电机能耗优化方法。首先, 针对运动学约束不能充分利用电机推力这一问题, 引入动摩擦系数得到电机推力的力矩边界, 基于该力矩边界提出改进指数型加减速速度规划(IESP); 然后, 引入加速距离、减速特性系数作为自变量, 通过分析全行程能耗、电机行程中间位移段切换时间和加速距离、减速特性系数之间的映射关系, 建立能耗—切换时间速度规划优化模型, 使用二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行能耗、切换时间的多目标优化, 得到切换时间不变、全行程能耗相对较小的加减速规划结果。实验结果表明, 本文提出的能耗优化方法相比梯形加减速规划(TSP), 在同样切换时间内能耗降低了21.5%。该方法能够降低PMSTLM运行时的能耗, 满足多叶光栅的正常使用要求。
剩余使用寿命(RUL)预测对于确保工业设备的安全运行和减少定期预防性维护的成本具有重大意义。然而, 对于典型的边缘设备, 其计算能力和数据存储能力有限, 较难实现设备的RUL预测, 且云和边缘之间的数据传输速率有限, 传输所有训练数据会带来较高的延迟。此外, 由于可能的利益冲突, 通常情况下很难实现所有边缘设备之间的数据共享。为此, 该文提出了一种基于联邦学习的云边协同框架。多个边缘设备和云服务器被用来训练一个基于变分自编码器(VAE)的特征提取模块和一个RUL预测模块, 无需数据共享。在每个训练周期中, 首先在所有边缘设备上使用各自的本地训练数据集训练VAE, 再将所有本地VAE上传到云端, 并根据本地训练数据的规模为所有边缘分配权重, 聚合成一个全局特征提取模块, 再发送回所有边缘设备, 以从它们的数据集中提取隐藏特征, 并将这些特征上传到云端以训练全局RUL预测器。实验结果表明：该方法可以在资源受限的条件下执行边缘设备RUL预测, 减少了数据传输延迟并能够保护数据隐私。
方形双气室漂浮振荡水柱(oscillating water column, OWC)波能模型主要利用波能模型的垂荡运动俘获波能, 通过双气室输出气流能驱动透平发电机组转换能量。为探究双气室波能模型的初级能量转换特性, 采用数值计算和实验测试相结合的方法研究了模型的俘获性能。数值计算结果表明双气室波能模型在浮体垂荡固有周期附近运动响应最大, 且俘获性能可达到最高水平; 入射波方向与模型的夹角对其俘获性能影响较大, 夹角为0°即双气室前后布置时, 模型的俘获性能最佳。实验表明, 在规则波下, 前后布置的双气室波能模型的俘获性能优于左右布置的双气室模型, 且2种模型的最佳俘获性能对应的波周期不同。前、后气室的最佳俘获性能对应的周期不一致, 故双气室前后布置能拓宽模型总俘获性能的最佳响应周期范围。在不规则波下, 前后双气室波能模型的最大俘获宽度比达到41.84%, 接近规则波下的84%。
配水环作为冲击式水轮机的给水机构, 主要起着调节流量、诱导分流的作用, 其特殊的结合结构使流体在管内流动时会产生流动分离、Dean涡等不良现象, 从而诱发水力损失。针对这一问题, 该文研究了配水环管流道内部流动的水力损失特性, 采用SST k-ω湍流模型, 基于熵产理论, 得到了不同入口速度下流场的熵产分布, 重点分析了主流道和分岔口2内产生水力损失的原因。结果表明, 在整个配水环中, 管内总熵产随着入口速度增加而增加, 从210.999 W/K增加至4 614.980 W/K; 而流体流经弯折处所产生的内外侧流动分离, 在高速流动下更加明显。流场损失以脉动熵产占优, 占比超过50%;水力损失主要发生在环管主流区及分岔口2处, 约占总损失90%, 而分岔口1、3位置损失较小; 在分岔口2处, 高速流体分流后向外侧挤压导致内侧形成低压而产生涡流, 从而诱发了较为显著的水力损失; 在弯管位置, 因流动惯性而产生的流动分离是造成水力损失的主要原因。这些不良流动现象会在环管内外侧形成较大的压力梯度, 使得流场出现较大幅度的压力脉动, 进而影响流动稳定性。
轮毂电机驱动凭借诸多优势成为电动汽车理想的驱动形式, 然而簧下质量增加带来的负效应阻碍了其推广应用。该文基于前期研究揭示的轮毂电机驱动车辆簧下质量负效应的演化规律, 选择电机吸振和两级悬架这2种含电机悬置的轮毂驱动构型, 分别建立半车模型, 开展车辆悬架与电机悬置参数优化以抑制簧下质量增加引发的负效应。为此, 提出了中速段以质心垂向加速度和高速段以俯仰角加速度为主要目标、以悬架偏频和动挠度为约束条件的优化策略, 采用NSGA-Ⅱ算法与熵权法, 对车辆悬架和电机悬置参数开展了多目标联合优化。基于优化得到的车辆悬架与电机悬置参数开展车辆动力学仿真计算与对比分析。结果表明, 相比轮毂电机固定连接构型, 2种含电机悬置的构型均能明显改善车辆的平顺性以及电机振动。其中, 电机吸振构型对车身垂向、俯仰振动和轮胎接地性能改善比较显著, 而两级悬架构型在改善电机垂向振动方面更具优势。
制动力矩准确的预测控制是实现重型卡车无人驾驶的基础。液力缓速器是一种在重型卡车上广泛应用的辅助制动设备, 其工作腔充液率的测量表征是预测和控制液力缓速器输出制动力矩的关键。但液力缓速器工作腔是一个开放容腔系统, 制动过程中其内部充液率动态变化难以测量表征。该文分析了液力缓速器工作腔充液率动态变化对其储油腔气压的影响, 设计了考虑允许偏差的液力缓速器储油腔气压的前馈比例积分控制算法。建立了一种无需流量传感器, 通过监测液力缓速器储油腔气压随转子转速的波动变化, 对工作腔充液率实施测量的方法, 并通过台架实验验证了该方法的有效性。该方法可以为液力缓速器的设计优化提供关键核心参数支撑。
当前自动驾驶技术在决策和规划层面较少考虑驾驶员之间的个体差异, 这在实际道路交通中是一个显著的缺陷。该文针对常见的换道驾驶场景, 提出了一种考虑驾驶员差异的自动驾驶车辆换道规划方法。首先, 基于自然驾驶实验数据, 采用统计学的样本检验方法分析了换道场景下不同驾驶员在各项关键变量指标上的差异, 并提取出最能体现驾驶员个性化风格的特征指标。之后, 根据换道场景的特性, 构建了人工势场模型, 并利用这些个性化指标对模型参数进行差异化标定。采用二次方程和线性平滑方法对原始路径点进行拟合与平滑, 实现了个性化的换道路径规划。最后, 鉴于不同驾驶员在车速控制上的差异, 提出了一种基于五次多项式的换道车速规划策略。仿真实验结果显示, 该规划方法能够生成满足驾驶员个性化需求的路径和车速, 有助于推动自动驾驶技术的进一步发展。
出行即服务(mobility as a service, MaaS)是基于通信技术的城市交通网络系统的重要组成部分, 为推进城市交通向可持续发展转型提供综合出行信息支持。该文基于旅游出行网络问卷调查数据, 构建嵌套Logit模型, 研究旅行者出行方式及MaaS方案选择行为及其影响因素。为进一步揭示影响因素与MaaS方案选择间的非线性关系, 建立轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine, LightGBM), 并结合SHAP (shapley additive explanations)机器学习模型解释方法, 剖析主要影响因素之间的协同效应及其对MaaS方案选择的作用。结果表明, 收入、职业、家庭生命周期、平日交通出行习惯、景点类型等显著影响旅行者对MaaS方案的选择, 其中低收入群体、游览商业文娱和文化遗迹景点的旅行者更偏好含不限次公交或地铁的MaaS方案等, 因此可以为特定群体个性化制定相关优惠措施, 丰富MaaS在旅游交通中的相关实践。研究结论对于促进公共交通的使用、提升多式联运城市交通网络的运行效率及旅游交通吸引力具有借鉴意义。
该文以锚索式悬浮隧道为研究对象, 开展规则波和不规则波物理模型试验, 基于悬浮隧道系统运动响应和各缆绳系泊张力的时间历程, 考察不同系泊方式的优劣性, 进而确定悬浮隧道最优系泊方式。研究结果表明：相比于悬浮隧道系统运动量和系缆力的最大值, 从运动量最大值和频谱面积、系缆力最大值及其分配均匀性、波列作用时缆绳松弛次数3个因素综合考察悬浮隧道系泊方式优劣性更加全面、严谨; “两两平行交叉的4根斜向缆绳”系泊方式下, 悬浮隧道管体纵荡、垂荡和纵摇3个运动分量固有周期均显著小于“斜缆+垂缆”方式, 能够更好地避免与波浪频率共振, 保证系统安全; 两两平行交叉的4根斜向缆绳系泊方式下, 悬浮隧道系统运动量和系缆力最大值、频谱面积(0阶矩)均显著小于斜缆+垂缆的约束结果, 且缆绳受力均匀性以及缆绳处于或接近松弛状态的次数也显著优于斜缆+垂缆约束方式的结果。
青铜法Nb3Sn导线热处理后的尺寸膨胀对高场强超导磁体, 特别是14 T及以上的超高场强磁共振成像(MRI)磁体的设计和制作提出了挑战。针对一个14 T动物MRI磁体, 为获得其中NbTi-CuNi加强型青铜法Nb3Sn导线热处理后的尺寸变化规律, 该文根据NbTi-CuNi加强型青铜法Nb3Sn导线在热处理升降温阶段的膨胀率差异, 计算了其热处理后的长度变化率, 并基于热处理过程中Nb3Sn导线相变膨胀的机理, 预测了其热处理后的导线横截面积变化范围。计算了结果表明, 热处理后Nb3Sn导线的长度变化率为0.5%, 横截面积变化范围为0~4.7%。设计并制作了测量Nb3Sn单层螺线管线圈周长变化率的实验装置, 测量了使用NbTi-CuNi加强型青铜法Nb3Sn导线绕制的单层螺线管线圈和直导线在热处理后的尺寸变化率。测量结果表明, 单层线圈和直导线热处理后的长度变化率分别为0.55%和0.52%, 导线的横截面积变化率分别为1.98%和2.22%。平均之后得到NbTi-CuNi加强型青铜法Nb3Sn导线热处理后的长度和横截面积的变化率, 并据此讨论了14 T动物MRI磁体中Nb3Sn线圈热处理后尺寸膨胀对磁体电磁性能的影响。
建立高效准确的自然通风换气量的仿真计算方法是开展住宅自然通风研究的关键。然而, 住宅的自然通风呈现强随机性、高动态性和多区域性的特点, 增加了获取住宅自然通风换气状况的难度。该文建立了一种住宅多区域动态自然通风换气量的仿真计算方法, 以人体释放CO2作为示踪气体, 基于各态遍历的思路和空气质量守恒原则, 建立多区域空气流动模型, 对每个区域的CO2瞬态质量守恒方程实施Kalman滤波法, 进而判断获取各时刻的空气流动模型和自然通风换气量。通过在可控风量和气流方向的实验环境中的实测分析, 验证了该方法对住宅多区域动态自然通风换气量预测的可靠性; 针对实际住宅计算了多区域动态自然通风换气量, 评价了该方法在工程实际中的适用性。该研究将有助于住宅室内环境的准确预测和室内环境健康状况的合理评价。
针对清醒无约束的小鼠在核医学成像时头部运动造成伪影的问题, 设计了一种基于YOLO v5算法的运动追踪系统来实时监测小鼠头部的位置和姿态。该系统使用YOLO v5算法对小鼠头部特征点进行识别与定位, 以获取每个特征点的像素坐标。通过视差效应对双目相机所获得的像素坐标进行三维重建, 以求解特征点在世界坐标系下的三维坐标。利用小鼠头部特征点的对称性来计算头部的Euler角, 并使用帧间位姿差分法计算相邻两帧图像小鼠头部位姿变化的平移和旋转参数。为了验证该运动追踪系统的性能, 将小鼠假体静止放置并检测其头部位置和姿态角的变化值。实验结果表明：该系统测量的小鼠假体头部在X、Y、Z轴上的平移参数均方根误差分别为0.04、0.19、0.03 mm, 旋转参数均方根误差分别为0.58°、0.34°、2.03°。所设计的系统能在核医学成像时较为精确地追踪小鼠头部位姿变化, 可用于运动伪影矫正并提高核医学图像质量。
