当期目录

2023年 第53卷 第5期 刊出日期：2023-10-20

  

机器学习与数据挖掘

基于云模型的老旧小区韧性评价体系

樊禹江,黄欢欢,丁佳雄,廖凯,余滨杉

2023, 53(5):  1-9, 19.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.357

摘要 ( 437 )   HTML ( 16 )   PDF (3861KB) ( 430 )   收藏

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为精准、高效改善城市老旧小区居住环境品质, 提高其防灾、减灾能力, 提出一种基于云模型的老旧小区韧性评价体系。基于韧性理论, 对所选老旧小区按照不同年代进行分组, 通过实地调研, 获得陕西省西安市30组具有代表性的老旧小区特征数据, 参考相关文献及相关专家建议, 确定建筑韧性、设施韧性、环境韧性、人员韧性共计4个一级指标、9个二级指标、30个三级指标, 构成老旧小区的评价指标体系。采用层次分析法(analytic hierarchy process, AHP)确定各指标的主观权重, 采用熵权法(entropy weight method, EWN)和准则去除效果法(method based on the removal effects of criteria, MEREC)确定客观权重, 采用组合赋权法确定最终权重, 运用MATLAB构建了基于云模型的老旧小区韧性评价体系。基于此评价体系, 选取西安市一老旧小区——万庆巷小区进行韧性评价, 所得结果能够较准确地反映该小区韧性薄弱环节, 表明所建评价体系具有一定的适用性与有效性。

多源信号融合往复式压缩机故障诊断方法

唐洋,肖枭,关绵涛,倪申童,雷波,杨鑫

2023, 53(5):  10-19.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.275

摘要 ( 392 )   PDF (4129KB) ( 276 )   收藏

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针对页岩气开采中部分往复式压缩机的故障诊断仅为基于单信号的故障诊断,造成故障诊断结果的鲁棒性较低、不适用于全面监测往复式压缩机的问题,提出一种多源信号融合往复式压缩机故障诊断方法。建立多源信号融合模型,对往复式压缩机多振动信号进行有效处理;利用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)自适应优化核极限学习机(kernel extreme learning machine, KELM),建立基于SSA优化KELM的往复式页岩气压缩机故障诊断模型,使用往复式压缩机模拟故障试验数据对该方法进行验证并与不同优化算法比较分析。分析结果表明,经SSA优化的KELM故障诊断方法能够有效提高KELM在往复式压缩机故障诊断中的分类精度,证明了该方法在往复式压缩机故障检测方面的优越性和有效性,为多信号融合情况下复杂的动设备实现精确故障诊断提供了参考。

改进果蝇算法优化BP神经网络预测汽油辛烷值

韦修喜,陶道,黄华娟

2023, 53(5):  20-28.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.162

摘要 ( 385 )   PDF (1737KB) ( 101 )   收藏

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针对BP神经网络存在预测精度不佳、预测结果不稳定的问题,提出改进果蝇算法优化BP神经网络(back propagation neural network)预测模型。将混沌映射、判别因子与变步长机制引入果蝇优化算法(fruit fly optimization algorithm, FOA)中,得到改进后的自适应混沌果蝇优化算法(fruit fly optimization algorithm with chaos and discriminant factors, CDFOA),并利用测试函数对算法进行性能验证。利用CDFOA优化BP神经网络的初始权值与阈值,构建基于CDFOA优化BP神经网络对于汽油辛烷值的预测模型CDFOA-BP。将采集到的60组汽油数据输入预测模型进行测试分析。预测结果表明,与FOA-BP模型、PSO-BP模型、SSA-BP模型和BP神经网络模型相比,CDFOA-BP模型在预测精度与预测稳定性上均优于其他4种模型,验证该模型的有效性与可行性。

交通流量预测的时间异质性图注意力网络

陈雷,赵耀帅,林彦,郭晟楠,万怀宇,林友芳

2023, 53(5):  29-36.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.073

摘要 ( 366 )   PDF (1978KB) ( 409 )   收藏

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采用注意力模型研究交通流量预测问题,提出并设计一种基于时间异质性结合噪声滤除的交通流量预测方法,有效预测美国加州高速公路未来1 h的交通流量。在构建预测方案过程中,分析交通流量数据特性,分别针对相对时间间隔和绝对时间进行建模,挖掘时间异质性;使用基于节点固有属性的动态噪声滤除方法,解决空间中噪声干扰问题;对预测模型的工作性能和结果进行详细分析,并结合基线模型进行对比评价。试验结果表明,挖掘时间异质性并动态滤除噪声的改进注意力机制预测模型具有一定的预测精度。

基于图像的道路语义分割检测方法

王碧瑶,韩毅,崔航滨,刘毅超,任铭然,高维勇,陈姝廷,刘嘉巍,崔洋

2023, 53(5):  37-47.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.365

摘要 ( 528 )   PDF (14849KB) ( 158 )   收藏

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针对现有语义分割网络模型在道路语义分割方面检测精度低、计算量大等问题,基于BiSeNet V2网络模型进行优化改进,引入一种高效的通道注意力(efficient channel attention, ECA)模块,在BiSeNet V2的语义分支和细节分支的每个阶段末端分别加入ECA,得到ECA-Semantic-BiSeNet V2网络。使用实车采集道路图像数据进行标注并构建自采数据集,在Cityscapes数据集、KITTI数据集及自采数据集上分别对改进前后的网络模型进行试验验证。试验结果表明,与BiSeNet V2模型方法相比,本研究方法在Cityscapes数据集上M_IoU提高14.01%,在KITTI数据集上M_IoU提高1.86%,同时在BiSeNet V2的语义分支加入ECA后运算量增加0.02 GFlops的条件下,模型推理速度提高了7.82帧/s。

基于ODCG的网约车需求预测模型

那绪博,张莹,李沐阳,陈元畅,华云鹏

2023, 53(5):  48-56.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.121

摘要 ( 395 )   PDF (3489KB) ( 260 )   收藏

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为提高网约车需求预测的准确率,提出结合卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)和卷积门控循环单元(convolutional gate recurrent unit, ConvGRU)的出发地-目的地需求预测分析(origin-destination demand prediction with CNN and ConvGRU, ODCG)模型。ODCG模型的网络结构分为局部空间特征(local spatial feature, LSF)提取模块、时间演化特征(time evolution feature, TEF)提取模块、全局关联模块(global association module, GCM)和输出层。LSF提取模块利用CNN分别处理出发地视图和目的地视图,得到网约车需求的局部空间依赖性;TEF提取模块将网约车需求的局部空间信息、天气信息和订单序列关联度信息整合到ConvGRU中,分析网约车的需求;GCM模块整合所有区域之间的相关性,通过将所有区域特征加权求和得到全局相关性,并将相应区域之间的相似度定义为权重。试验结果表明,ODCG模型在网约车需求预测中优于其他基线模型,同时提高了网约车需求预测的准确率。

土木工程

地下实验室开挖围岩损伤评价方法及应用

张强勇,燕志超,郭鑫

2023, 53(5):  57-64, 73.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.070

摘要 ( 367 )   HTML ( 15 )   PDF (8254KB) ( 350 )   收藏

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为揭示地下实验室施工开挖围岩损伤演化规律, 以甘肃北山埋深560 m的深部地下实验室为研究背景工程, 建立基于Hoek-Brown准则的深部围岩弹塑性损伤本构模型, 提出地下实验室施工开挖围岩损伤度的评价方法, 编制计算程序并对地下实验室施工开挖与超载过程进行数值模拟。研究结果表明: 洞室群施工开挖后围岩处于轻微弹性损伤状态, 并未出现塑性损伤, 洞室群整体安全稳定; 随着超载的增加, 围岩损伤区范围明显扩大, 当超载到2.5倍初始地应力时, 在洞室群交叉部位出现高度损伤区和开挖破裂区, 建议对洞群交叉部位加强支护, 并对中隔墙部位进行重点监控测量。研究成果为优化地下实验室建设方案提供理论指导。

土岩双元基坑数值分析方法与锚索回收方案

李连祥, 马学祥, 杜维, 李胜群, 陈家财, 苏日嘎拉图

2023, 53(5):  65-73.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.292

摘要 ( 309 )   PDF (207KB) ( 49 )   收藏

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基于济南某深基坑案例,建立数值模型,利用前期监测数据,进行位移反分析获得上部土的小应变硬化土(hardening soil-small, HSS)模型刚度参数,证明土、岩分别采用HSS模型和摩尔-库伦(Mohr-Coulomb, MC)模型的深基坑数值方法符合土岩双元基坑实际。对比土体与土岩基坑支护结构变形规律,明确基坑土体开挖深度18 m处存在“深度效应”。发现土体开挖深度决定土岩基坑最大变形,岩体开挖的深度对基坑最终变形影响有限,土、岩界面处岩体对土体约束明显。利用土、岩深基坑数值模型,选择支护结构位移控制范围内地下室外墙变形最小情况的锚索回收顺序,可有效缩短工期,保证基坑与主体结构安全。基坑支护采用回收式锚索时,锚索回收存在最佳方案。

考虑地下水与降雨影响的细粒土路基湿度场

蒋红光,黄贝贝,马川义,刘依依,王凯,姚占勇

2023, 53(5):  74-82.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.093

摘要 ( 354 )   PDF (7842KB) ( 51 )   收藏

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为掌握地下水与降雨综合作用下的路基湿度场分布情况,基于饱和-非饱和渗流理论,提出一种降雨入渗边界切换方程,建立非饱和细粒土路基渗流分析模型,并验证其可靠性。分析受地下水影响的粉质黏土路基湿度场分布,结果表明,基质吸力分布与现有设计规范计算结果相同,但基于土水特征曲线得到的饱和度分布要大于规范提供的参考值;选取5种典型降雨强度,计算高压实度粉质黏土路基降雨入渗规律,结果表明当降雨强度小于土体饱和渗透系数时,入渗边坡不会产生暂态饱和区,当降雨强度大于土体饱和渗透系数时,土体入渗区域为暂态饱和区;分析降雨结束20 d后的路基湿度场分布规律,结果表明,暂态饱和区消散后的入渗深度随降雨强度增大而增加,降雨强度为120 mm/d时,路床底部、上路堤底部两层位坡面饱和度分别为91.6%~95.0%、92.0%~96.7%,硬路肩范围的路床区饱和度近似呈线性分布,约2 m的入渗范围内饱和度提高22%,下路堤底部层位的入渗仅在坡面范围,并未入渗到硬路肩范围。

径向声子晶体地铁道床隔振性能

厉超,庄培芝,张思峰,陈诚,李林千

2023, 53(5):  83-91.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.072

摘要 ( 410 )   PDF (8599KB) ( 88 )   收藏

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为解决地铁振动问题,提出一种径向声子晶体(radial phononic crystal, RPC)地铁道床及其减振计算方法,并对其隔振性能进行探讨分析。将笛卡尔坐标系下弹性波波动方程转化为柱坐标系下波动方程,结合有限元法与Bloch定理,提出RPC地铁道床能带结构计算方法,探究道床尺寸及材料参数对带隙的影响,并根据济南地铁4号线盾构隧道建立隧道-衬砌-土体三维有限元仿真模型,分析了RPC地铁道床的实际隔振性能。结果表明:RPC地铁道床具有宽频带隙特性,其产生机理为2种材料的耦合共振作用,利用该特性可实现地铁隔振;晶格常数增大,带隙起始和截止频率均降低,带隙宽度减小;橡胶垫置换率增大,带隙起始和截止频率均降低,带隙宽度减小;橡胶垫弹性模量增大,带隙起始和截止频率均上升,且带隙宽度增大;RPC地铁道床在频率200 Hz以下范围内具有良好的隔振性能,地表处分频振级最大差值可达37 dB。

活动门试验中土体变形及破坏规律

李尧,董星,陈厚先,郭张龙,杜旭超

2023, 53(5):  92-102.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.083

摘要 ( 322 )   PDF (14774KB) ( 143 )   收藏

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为研究活动门试验中土体变形和破坏规律,采用黄土相似材料,开展不同埋深比(埋深与活动门宽度之比)下的活动门试验,监测不同埋深土体在活动门下降过程中的内部位移和地表位移,结合离散元模型分析土体变形及破坏规律的埋深分界线。试验监测数据表明,随埋深比增大,变形更集中于活动门上方更小范围,土体变形破坏规律存在显著差异;活动门下降过程中裂缝大致沿相对位移等值线发展,其发展模式与砂土活动门试验中剪切带发展规律存在一定差异。试验和离散元模拟结果表明:埋深比2.0~2.5为土体变形及破坏规律的埋深分界线;基于所得土体体积变化特征,提出活动门试验中松动区高度的计算方法。

基于有限差分的岩体破裂非连续变形及水力弱化效应表征方法

陈云娟,敬艺,贾润枝,王军,杨卓,罗平利

2023, 53(5):  103-111.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.261

摘要 ( 348 )   PDF (7174KB) ( 98 )   收藏

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针对有限差分方法在研究岩体非连续变形和水力弱化参数方面的弊端,将屈服状态的岩体单元设置为空单元,使其不再参与计算,实现非连续变形的表征特点。通过分析拟合得到岩体参数随水压增加的弱化关系,重新定义柔度张量,嵌入弱化参数,修正并开发了水力弱化本构模型、屈服函数以及流动法则。基于提出的改进方法,分析岩体压缩条件下的非连续表征特性、各阶段变形特性以及强度影响规律等,模拟结果与已有文献中试验结果吻合度较高,验证了方法的有效性。

海洋环境下注浆加固体的力学性能演化

潘旭东,李鸿钊,郭焱旭,刘人太,何万里

2023, 53(5):  112-120.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.240

摘要 ( 311 )   PDF (10909KB) ( 93 )   收藏

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为研究海水侵蚀作用对砂层注浆加固体的影响,采用自主研发的砂层渗透注浆模拟试验系统开展不同水灰比条件下的砂层渗透注浆试验。通过单轴压缩试验、直剪试验、渗透试验、扫描电镜试验等多种试验手段,研究试件在不同养护环境下的力学性能演化规律。试验结果表明,海水养护环境对于注浆加固体前期强度和抗渗性具有一定的促进作用,但随着养护时间的增长会抑制注浆加固体力学性能的提升,该过渡时间为50~90 d。试验中、后期海水环境下注浆加固体力学性能的衰减是海水中侵蚀性离子抑制注浆加固体力学性能的增长过程和促使注浆加固体力学性能劣化过程共同作用的结果。

裂隙位置对类岩体短柱单轴压缩破坏形态影响

宋洋,罗志恒,张波,张宇,朱敏

2023, 53(5):  121-131.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.163

摘要 ( 391 )   PDF (14562KB) ( 92 )   收藏

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以类岩石材料制作含不同位置和不同角度既有裂隙的棱柱体试件模拟岩体短柱,进行单轴压缩试验,利用GDEM软件进行相应数值模拟,分析裂隙位置对岩柱单轴压缩破坏形态及强度特征影响。研究结果表明:裂隙扩展受到边界的影响,导致中心含既有裂隙和边端含既有裂隙的岩柱在裂纹扩展及破坏模式上均有明显不同;当边端含有既有裂隙时,张拉翼裂纹首先出现在既有裂隙靠近边界一侧的尖端,距离试件边界较近的裂隙尖端的起裂强度小于距离试件中心较近一侧;而试件中心含有既有裂隙时,张拉翼裂纹在既有裂隙两侧尖端同时出现,且两侧尖端的起裂强度较接近。边端含有既有裂隙试件的起裂强度及峰值强度低于中心含有既有裂隙试件。

其他

碳达峰碳中和政策解析与对策建议

袁学良,杨月,盛雪柔,陈乐平,戴欣,王庆松,马乔

2023, 53(5):  132-141.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.406

摘要 ( 623 )   HTML ( 32 )   PDF (2999KB) ( 263 )   收藏

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为理清中国“双碳”目标的政策体系，对2011年至今中国“双碳”领域的多篇文献进行计量分析，系统梳理我国2020年9月22日首次提出“双碳”目标以来的多项国家政策和省级政策，解析碳达峰碳中和政策的发展脉络。在完善法律法规、优化碳排放交易权制度、做好标准化引领、实现科技创新驱动、促进区域协同减排和推动能源体系转型等方面提出政策建议。研究成果对于我国碳达峰碳中和政策的修订和完善，以及其他国家碳减排政策的制定均具有参考意义。

磨煤机前圆形一次风道均流设计和优化

张斌,李官鹏,程鹏,李元鲁,辛公明,季万祥

2023, 53(5):  142-148.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.241

摘要 ( 341 )   PDF (5099KB) ( 199 )   收藏

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采用计算流体力学方法,分析磨煤机前冷热一次风道的流动特性,包括风门开度对流场的影响、测量截面的均匀程度、常规均流措施的实际效果。针对冷热风混合后的速度不均问题和常规均流措施所造成的压降过大问题,提出一种对开风门的均流设计。结果表明:常规均流孔板虽然能够提升速度均匀度,但是部分开度时压降普遍超过4 kPa。对开式风门既有导流能力也有整流能力,部分开度时其速度相对标准差普遍小于0.4,压降普遍小于1.5 kPa,较常规均流孔板有明显优势。该结果可为电厂磨煤机前一次风道的均流设计提供参考。

基于改进TOPSIS方法的甚长波发信台最优选址问题

章原发,杨春辉,孙子正

2023, 53(5):  149-155.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.006

摘要 ( 240 )   PDF (508KB) ( 241 )   收藏

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为解决甚长波发信台新台选址问题,增强对水下潜艇指挥与信息的保障能力,构造一套符合工程实际的台址选择要素和模型体系,提出融合熵权法的改进优劣解距离法(technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS)。为验证选址模型和方法的科学性和有效性,对新台选址案例进行试验研究。通过对包含8个评价指标的8个备选地点进行综合排序,给出完整且具有实际指导意义的实施方法,为辅助甚长波发信台的选址决策提供理论和方法支撑。为探究不同的TOPSIS改进方法对甚长波发信台最优选址问题最终排序结果的影响,使用随机生成的案例进行分析。结果表明,合理选择距离计算方法对于候选点排序具有重要影响。

基于RS485的多主机对等通信系统的设计与实现

任瑶瑶,马金平

2023, 53(5):  156-164.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.122

摘要 ( 370 )   PDF (15910KB) ( 122 )   收藏

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针对主从模式带来的通信延迟、冗余通信等问题,设计一种基于RS485多主对等通信方式,实现RS485通信线路上多主机对等通信功能,不需要主机轮询通信。对通信线路进行设计,在原有RS485通信线路基础上增加一条控制线路,用于检测通信线路的工作情况。移植uC/OS-Ⅱ实时操作系统到STM32F103C8T6控制板上,利用uC/OS-Ⅱ的实时多任务特性,实现通信线路检测、数据接收、数据发送及其他任务的同时运行,提高通信系统的工作效率。采用数据缓冲、数据队列、循环冗余校核(cyclic redundancy check, CRC)校验等方式,提高数据接收与发送的稳定性和可靠性,解决数据量增加带来的数据混乱、传输不稳定等问题。通过搭建试验系统,实现预期的通信功能,验证多主对等通信的可行性,为联网设备通信提供一种新方法。