针对复杂情况下列车轮对踏面缺陷检测效果差、计算量、参数量与精度不匹配的问题,提出一种基于改进YOLOv9s的检测方法。用稀疏性网络结构Ghost-Inception替代YOLOv9s骨干网络中的RepNCSPELAN4,降低模型参数量与计算量,提升检测精度和效率;在Neck网络引入iEMA和SEAM注意力机制,新建PagAM特征拼接模块,增强复杂情况下的特征提取能力;构建RepNCSPELAN4-DCNv3特征提取-融合模块,加强对不同尺度缺陷的检测。试验结果表明,改进的YOLOv9s网络参数量减少8.9%,计算量降低11.4%,平均精度均值提升5.0%。该方法在算法轻量化前提下实现检测精度提升。

经典粗糙集理论在处理日益复杂的不确定性决策问题时存在不足。为更好处理不确定性信息、服务知识获取与决策分析,基于单、双论域粗糙集理论,拓展至三论域,提出三论域粗糙集模型。定义元素的前继、后继邻域及集合的共有邻域和可能邻域等概念,并在此基础上定义下近似、上近似、近似精度和粗糙度等概念;归纳总结上述概念满足的相关性质定理并严格推导,辅以算例验证。为粗糙集理论完善提供新思路。

针对云工作流调度领域中数据中心计算量日益增长造成的高能耗问题,提出一种列表调度和人工蜂群相结合的工作流调度方法(artificial bee colony algorithm based on list scheduling, LisABC),满足期限约束并降低执行能耗。考虑任务调度序列对工作流执行能耗的影响,设计一种新的蜜源(调度解)编码;利用工作流结构特性分层,提出基于工作流分层的有效任务调度序列生成方法;提出兼顾任务子期限约束和任务执行能耗最小化的调度规则,结合列表调度思想将蜜源解码为调度方案。试验结果表明,相比已有方法,LisABC在满足期限约束的同时能有效降低工作流能耗,且对不同规模的科学工作流适应性良好。

为科学分析特大城市高速公路通勤流特征,从“客流特征-用地结构”双维度出发,利用高速公路ETC收费数据及收费站周边5 km用地数据开展分析:用区位熵和模糊C-均值法划分收费站点类型;结合车辆工作日通行特点,用改进Canopy-K-means算法识别通勤流;以济南市高速公路通勤流为例进行验证并分析其时空分布特征。结果表明:收费站点分就业主导型、错位偏就业型等6类;通勤流分早晚高峰时段均选择高速公路通行的常规型和仅早高峰时段选择高速公路通勤的特殊型2类;通勤流以“县城-中心城区”车流为主。此研究为高速公路道路规划、差异化收费等提供数据与理论支撑。

标记分布学习(label distribution learning, LDL)是一种新颖的机器学习范式,重点关注特定实例的标签描述度。现有的LDL模型都建立在一个简单的特征空间上,其中所有特征都由所有类标签共享。然而,这种传统的数据表示策略倾向于选择对所有标签都可区分的特征,而忽略对每个类标签相关和有区别的标签特定特征。本研究提出基于标签特定特征和共同特征的标记分布学习方法。首先,通过计算标签相关性矩阵对标签组对,针对每一组标签对,按照描述度划分所有实例,在每个类别上进行聚类,构建每个标签对的特定特征;其次,通过对所有实例聚类分析,构建标签的共同特征。最后,通过查询聚类结果进行训练和测试。在多个真实标记分布数据集上进行的综合试验验证本研究方法的优越性以及标签特定特征的有效性。

在数字服务领域,用户面对古建筑等富含文化信息的图像时,有时难以正确把握深层语义。为有效反映古建筑图像语义信息,提出利用视觉线索引导多模态大模型生成古建图像描述的方法。首先使用S²-wrapper机制对图像进行多尺度特征提取,引入设定标签状态的标签掩膜训练策略,构建基于Transformer多标签识别网络,建立图像与标签间、标签之间的深层次联系;将生成的多个标签转化为结构化的文本提示,并定义为视觉线索;最后将视觉线索和图像一同输入至多模态大模型中,生成一系列关于古建筑知识的解读,并且无需任何额外的跨模态训练。通过对比不同方法的识别效果,并结合定性分析来评估生成描述的质量。结果表明,所提方法在自建古建筑图像数据集上平均精度、类别平均F₁分数和总体F₁分数分别达到82.7%、72.7%和85.7%,消融试验也进一步验证各个模块的有效性。

随着大模型在人工智能领域的快速发展,多模态大语言模型(multimodal large language model, MLLM)对文本和视觉输入展现出强大的理解能力,同时还具有相当丰富的常识和推理特性。受此启发,本研究利用多模态大语言模型(large language and vision assistant, LLaVA)生成辅助知识,并在此基础上设计一种基于辅助知识和对比学习策略的多任务框架(based on auxiliary knowledge and contrastive learning strategy, BAK-CLS),通过文本+文本范式在预训练语言模型上实现多模态情感分析任务。该多任务框架包括掩码语言建模任务和对比学习任务,通过掩码语言建模学习数据样本情感知识提升模型表现,同时在模型训练过程中引入对比学习任务,提升模型在图文语义不一致场景下的情感识别能力,增强模型的鲁棒性。试验结果表明,相较于传统的图文特征融合网络,得益于大模型所学习的常识以及强大的推理能力,本研究提出的方法在MVSA-Single和MVSA-Multiple两个公开数据集上得到的情感分类结果在多个指标上有明显提升。

针对在图数据快速增长背景下,现有图采样方法难以获取支持下游任务的高质量采样图的问题,提出一种基于Motif的图模式感知采样(Motif-based graph pattern-aware sampling, MGPA)方法。设计基于Motif信息的加权采样(Motif-informed weighted sampling, MIWS)策略,通过节点权重引导游走过程优先访问高价值区域,实现对富含频繁模式区域的针对性采样;构建基于邻域匹配的节点权重预测模型EchoModel,联合学习节点属性、局部结构与外部Motif模式集合,为每个节点输出引导游走权重,准确反映节点重要性;设计邻域匹配引导下的节点特征生成算法DomainMatching,通过量化节点邻域与预定义Motif模式集合的匹配程度,为每个节点生成富含邻域信息的目标向量,向EchoModel提供可靠的训练监督信息。由MIWS依据节点权重进行带偏好的随机游走,优先探索富含频繁模式的区域。试验结果表明,在多种评价指标下,MGPA均展现出优异性能,在采样率仅为20%的条件下,top-k(k=100)频繁模式的挖掘准确率最高可达96%。

为实现磨细粒化高炉矿渣(ground granulated blast-furnace slag, GGBS)、电石渣(carbide slag, CS)和脱硫灰(desulfurization ash, DA)的高效资源化利用,基于极端顶点法设计并优化三元固废胶凝材料的配比,研究原材料组分对抗压强度的影响规律。采用X射线衍射、热重分析和压汞法表征材料的水化产物及孔结构特征。结果表明,GGBS、CS和DA的最佳质量配比为70.0∶19.4∶10.6; GGBS的质量分数与各龄期抗压强度呈负相关,DA有利于提高后期抗压强度;GGBS和DA的交互作用贡献最低,CS和DA的交互作用贡献最高;在GGBS-CS-DA三元体系中,DA中的CaSO₃在CS提供的碱性环境中持续与GGBS反应,生成钙矾石和水化硅酸钙凝胶,这些水化产物通过胶结和填充作用使三元体系胶凝材料结构更密实,同时提高抗压强度。

钻爆法隧道施工中,现有基于凿岩台车随钻参数的岩石单轴饱和抗压强度快速获取方法存在不足,较少考虑冲击频率影响且预测准确性不足。为解决这一问题,基于凿岩台车整机试验,将冲击频率、冲击压力等作为特征参数,构建基于多层感知机与随钻参数的岩石单轴饱和抗压强度预测模型,并依据随钻参数与岩石强度的相关性系数,在模型中为各参数赋予权重,提升模型准确率,实现岩石单轴饱和抗压强度实时预测。所建立的感知模型基于凿岩台车现场易于采集的随钻参数,测试验证数据集表明,在设置容许误差为±3 MPa时,模型预测的整体准确率为86.67%,具有较高的预测精度。

为分析冻融循环对饱和盐渍土孔隙结构、强度及变形特性的影响,对不同含盐量的饱和粉土试样开展冻融循环试验,并进行核磁共振测试与固结不排水三轴试验。结果表明,冻融循环损伤饱和土体结构导致中、大孔隙生成,而固结令其压密效果更好,对结构损伤有一定修复作用;经历6次“损伤-修复”循环后,饱和土体强度略有降低,其模量在1次冻融循环后即显著下降;含盐量对土体孔隙分布具有显著影响,阳离子影响土体双电层,促进大孔隙生成,同时增强固结效果;在盐致结构损伤与固结修复双重作用下,含盐土体强度随着含盐量增加而降低,且在较高应力时尤为明显;而冻融循环可使盐分胶结起到修复作用,经历1次冻融循环后含盐土体强度提升。本研究可为季冻区沟渠护坡、岸边工程及低渗透性地基中基础稳定性分析参数确定提供依据。

以峰峰矿区某矿相邻小煤窑局部采空开采形成采空区易造成奥灰突水事故为研究对象,旨在揭示深井多煤层局部采空开采底板奥灰突水规律,同时提出相应的针对性探查治理技术。通过理论计算、数值模拟与工程实践相结合的方法,构建采场走向底板应力计算模型,分析不同局部采空开采组合(仅局部采空开采4#煤、局部采空开采4#煤和9#煤、局部采空开采4#煤、6#煤及9#煤)下底板破坏特征与突水规律。研究结果表明,采空区直接底板以张拉破坏为主,深部岩层与超前支承应力区以剪切破坏为主。理论计算结果显示,4#煤、6#煤及9#煤底板破坏深度分别为31.8、32.2及32.7 m,与规范公式和数值模拟结果高度吻合。进一步研究表明,当局部采空开采4#煤或局部采空开采4#煤和9#煤时,理论计算、规范计算和数值模拟所得的突水系数(0.012 5~0.047 0 MPa/m)均低于临界阈值0.06 MPa/m,无突水风险;而局部采空开采4#煤、6#煤及9#煤将导致隔水层厚度锐减至4 m以下,突水系数升至临界阈值的5.88~7.12倍(0.352 5~0.427 3 MPa/m),形成贯通性破坏通道,奥灰突水风险极高。基于研究成果,提出“区域定位-靶向锁定-精准封堵”三级探查治理技术体系,通过物探圈定异常区、立孔水平孔网络三维探查及灌注封堵工艺,成功将突水涌水量降至安全范围。本研究成果可为深部矿井奥灰水害防治提供理论价值和技术借鉴。

为了解决电缆沟道发生火灾时火源点位置难以迅速预测和定位的难题,提出引入校正参量的单指数函数火源定位与最大温升预测方法。基于全尺寸试验平台和有限元仿真分析,得到顶棚温升与火源位置关系,有效实现火源定位和最大温升预测。试验结果表明,顶棚温度纵向呈现指数函数变化规律。火源定位最大偏差为0.098 m,平均偏差为0.044 m,平均准确率达98.67%;顶棚最大温升预测的最大误差为30 ℃,平均偏差为23.33 ℃,平均准确率为96.8%。相比于传统火灾预测方法,所提方法精度更高,为早期电缆沟道火灾防治提供理论依据。对于不同尺寸的电缆沟道,所提方法的横向普适性较好,纵向普适性存在一定限制,可以通过每10 m设置一个测温点解决,保证精确预测。

针对Jiles-Atherton(J-A)磁滞模型参数辨识中进化算法迭代评估代价过高的问题,提出一种特征驱动代理加速的参数辨识方法。以六维物理特征向量替代数百维磁滞回线采样点作为辨识目标,消除样本间信息冗余;引入基于无量纲比值输入工程化的径向基函数(radial basis function, RBF)代理模型,将单次评估压缩至微秒级前向推理;提出特征驱动差分进化(feature-directed differential evolution, FD-DE)算法,以RBF解析梯度的加权多特征方向引导变异,采用反向退火策略,即搜索早期以随机探索为主,后期逐步引入梯度引导。试验采用基于取向硅钢典型参数区间构造的J-A仿真数据集验证,结果表明RBF代理模型六特征决定系数R2>0.99,输入工程化将R2从0.983 0提升至0.997 3,FD-DE较标准差分进化(differential evolution, DE)收敛加速42%,各特征辨识误差均满足磁滞回线重建精度要求。所提方法可适应不完备数据,代理模型经一次训练后可执行多种识别任务。

切削颤振是高速、高精密机械加工和制造系统中常见的一种复杂物理现象,具有高维数、非光滑、强非线性、多变参数和时滞效应等特征,属于机械系统动力学研究的重点与难点。非线性是切削系统基本元素,是引发非线性颤振的直接原因,认知非线性动力学有助于揭示切削过程不稳定现象本质,为解决颤振问题提供思路。概述切削系统主要非线性因素,包括切削力和结构、刀具和工件/切屑间摩擦、刀具-工件分离等;归纳非线性模型求解主要方法;以切削过程典型非线性动力学响应为主线,简要介绍有关切削系统周期响应、概周期响应、分岔与混沌研究实例;针对存在问题及未来可能研究方向给出建议和展望。

为避免首台300 MW级F级重型燃气轮机润滑油回油过程中发生气塞,防止管道内不稳定流动导致管线变形,对回油管线的两相流动及结构响应特性进行深入研究。基于剪切应力传输(shear stress transport, SST)k-ω湍流模型和流体体积(volume of fluid, VOF)模型,建立完整回油管线的气液两相流模型,分析不同回油温度及液相率下的管内流动模式、两相流流态及气液分布情况;基于流场仿真数据,建立回油管线流固耦合动力学模型,研究不同流动情况下的管线结构响应特性。结果表明,在回油过程中,管内润滑油的流动形态主要呈现分层流与周向绕流两种流型。在周向绕流作用管段,最大液相率出现在管段终点截面,绕流管段中心区域截面的液相率与回油口液相率均呈正相关。随着润滑油温度升高,管路整体平均液相率降低。当回油口液相率低于0.50时,系统平均液相率与回油口液相率呈正相关关系。经结构力学验证,管道系统及支吊架的结构设计符合应力规范要求。本研究为重型燃气轮机润滑油回油管道的优化设计与安全评估提供理论依据,有效提高燃气轮机运行的可靠性与稳定性。

基于板翅式换热器翅片通道单相流动换热数值模拟分析,研究平直和锯齿两种翅片类型以及不同结构参数锯齿翅片内的速度分布、平均表面传热系数和压降特性。采用CFD软件,以剪切应力传输(shear stress transport, SST) k-ω湍流模型对50%浓度乙二醇水溶液在翅片通道的单相换热进行数值模拟,并试验验证。结果表明:翅片类型及结构参数对流动换热影响显著,锯齿翅片流动换热特性优于平直翅片;改变锯齿翅片结构参数,发现流速增大则换热与压降均上升;减小翅片高度、间距、间断长度或增大翅片厚度均利于换热,但压降也随之增大。

提出一种太阳能驱动的多联供系统,以满足机场等大型公共建筑综合能源高效供给需求,利用抛物槽式太阳能集热器(parabolic trough solar collector, PTSC)吸收太阳能并驱动跨临界CO₂循环(transcritical carbon dioxide cycle, TRCC),同时耦合液化天然气冷能利用模块以提升系统整体性能。通过多能耦合与能量梯级利用,可实现电能、冷能与热能的协同生产。从能量、及经济学角度对系统进行综合评估,并采用反向传播神经网络-非支配排序遗传算法-II-优劣解距离法协同方法开展多目标优化研究。结果表明,在设计工况下,系统发电效率、能量效率和效率分别为9.015%、35.56%和11.22%,投资回收期为2.923 a,PTSC子系统是损与成本的主要来源。参数分析表明,TRCC循环参数、导热油流量及太阳辐射强度对系统性能和经济性具有显著影响。多目标优化后,系统能量效率和效率分别提高至38.10%和13.30%,投资回收期缩短至2.645 a。该研究可为机场等大型公共建筑清洁、高效综合能源供应提供理论依据与技术参考。

为揭示碳酸盐在UV/H₂O₂降解甲氧苄啶(trimethoprim, TMP)过程中的调控机制及pH依赖性,采用理论计算方法研究TMP与CO^·-₃初始反应机理和TMP与HO^·初始反应机理的差异性,以及碳酸盐对其反应机理的影响机制。结果表明,CO^·-₃对不同解离形式的分子(中性、双质子化形式、单质子化形式的TMP)具有较强的选择性,仅与中性态TMP发生单电子转移(single electron transfer, SET)反应;较HO^·体系,其SET活化能降低30.98%。因此,相较于HO^·对苯环、亚氨基及嘧啶环的多位点羟基化特性,CO^·-₃虽无法直接实现TMP的完全矿化,但通过生成自由基阳离子中间体可显著降低HO^·后续反应的活化能。碳酸盐浓度存在阈值效应,在低浓度时碳酸盐作为HO^·与TMP之间的电子转移介质,可加速TMP的降解;而高浓度则表现为对HO^·的淬灭作用,抑制降解。中间产物毒性评估显示,除P12外,多数羟基化和羰基化中间产物的毒性低于母体化合物。碳酸盐在UV/H₂O₂降解TMP过程中具有浓度依赖的双重调控作用,低浓度时通过CO^·-₃介导电子转移并促进后续HO^·反应,高浓度时则因淬灭HO^·而抑制TMP降解。