山东大学学报 (工学版)

水资源相对“资产负债表”研究

曹升乐,于翠松

2016, 46(6): 1-7. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.360

摘要 ( 1518 )

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为了全面反映区域水资源开发利用的“数量”、“质量”与“效率”,提出水资源相对“资产负债表”的概念,建立了考虑不同影响因素的水资源资产负债表评价指标体系,采用相对优势理论方法进行分析。并以2012年山东省17地市为例,计算了水资源相对“资产”“负债”及“净资产”,并给出了相应的排序。研究方法在水资源相对“资产负债表”编制方面具有开拓性的意义,对山东省水资源可持续利用和管理具有重要指导作用。

基于输入K-近邻的正则化路径上SVR贝叶斯组合

王梅,曾昭虎,孙莺萁,杨二龙,宋考平

2016, 46(6): 8-14. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.1.2016.294

摘要 ( 1339 )

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在ε-不敏感支持向量回归(ε-insensitive support vector regression, ε-SVR)正则化路径的基础上,提出基于输入K-近邻的三步式SVR模型组合方法。在整个样本集上进行训练,求得ε-SVR的正则化路径。由SVR正则化路径的分段线性性质确定初始模型集合,并应用平均贝叶斯信息准则(Bayesian Information Criterion, BIC)策略对初始模型集合进行修剪以获得候选模型集合。该修剪策略可减小候选模型集合的规模,提高模型组合的计算效率和预测性能。在预测或测试阶段,根据样本输入向量采用K-近邻法确定最终组合模型集合,并实现贝叶斯组合预测。证明了ε-SVR模型组合的L_ε-风险一致性,给出了SVR模型组合基于样本的合理性解释。试验结果验证了正则化路径上基于输入K-近邻的ε-SVR模型组合的有效性。

基于混合Hausdorff距离的多示例学习近邻分类器

陈泽华,尚晓慧,柴晶

2016, 46(6): 15-22. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.1.2016.019

摘要 ( 1442 )

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通过对最小和最大Hausdorff距离的分析,提出混合Hausdorff距离将它们融合在一起以弥补任意单一Hausdorff距离的缺陷,并基于混合Hausdorff距离设计多示例学习近邻分类器。采用近邻分量分析模型能够优化混合Hausdorff距离中的权系数,从而得到在近邻分类准则下最优的混合Hausdorff距离。结果表明:相对于任意单一Hausdorff距离,基于混合Hausdorff距离的多示例学习近邻分类器通常能够获得更高的识别精度。

基于MapReduce模型的分布式粒子群算法

范德斌,邓长寿,袁斯昊,谭旭杰,董小刚

2016, 46(6): 23-30. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.1.2016.161

摘要 ( 1546 )

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通过对传统的单种群粒子群算法的分析,提出一种基于MapReduce模型的分布式粒子群算法,解决粒子群算法在求解大规模优化问题时求解效率和精度明显下降等问题。在粒子群进化过程中,粒子速度和位置的更新采用惯性权重的方法,其权重值线性递减,并且利用多子群进化策略,提高算法的收敛精度。通过MapReduce模型实现算法的并行化,有效提高算法求解效率。选取目前比较流行的几种算法,并在13个500维、1 000维的标准测试函数上仿真试验,结果显示该算法具有良好的优化性能。

一种基于斜率差和方位角的矢量数据匹配算法

逯跃锋,张奎,刘硕,吴跃,赵硕,李强,冯晨

2016, 46(6): 31-39. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2015.430

摘要 ( 1502 )

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矢量空间数据同名特征点搜索和同名特征点匹配是对多时相、多尺度地理实体要素进行变化检测的关键技术。结合矢量空间数据的坐标特征和方位角,提出一种同名地理实体要素特征点搜索与匹配算法。该算法采用分步取点的思想,分别提取曲线X、Y方向上的极值点为初始特征点,利用各极值点斜率差的绝对值作为约束条件删除冗余极值点。在上述提取结果中,两个相邻特征点通常存在较大变形,需添加部分合理特征点。综合利用特征点坐标方位角和距离进行同名特征点相似度匹配,分别利用线实体和面实体进行试验验证。结果表明:本研究算法能够适用于线实体和面实体特征点的提取与匹配,并具有良好的精度和可行性。

基于集成深度学习的时间序列预测模型

何正义,曾宪华,曲省卫,吴治龙

2016, 46(6): 40-47. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.1.2016.213

摘要 ( 2380 )

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PDF (2496KB) ( 2005 )

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基于高斯过程的条件受限玻尔兹曼机(GCRBM)时序模型可以很好的预测单一种类时序数据,但是该模型难以预测多类别的真实高维数据。针对这个问题,提出基于集成深度学习的时间序列预测模型,对多类时序对应训练多个深可信网络(deep belief networks, DBN)模型来学习低维特征,利用低维特征对应训练多个GCRBM时序模型。预测时序时先通过训练出的一组DBN模型对目标数据进行降维并通过重建误差识别类别,然后通过识别到的类别所对应的GCRBM模型预测目标数据的后期时序。在CASIA-A步态数据集上的试验结果表明:本方法能够准确识别出步态序列,而且预测结果能够模拟出真实的步态序列,证实了本模型的有效性。

融合整体和局部信息的三维模型检索方法

牟春倩,唐雁

2016, 46(6): 48-53. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.127

摘要 ( 1395 )

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基于特征融合的三维模型检索方法能有效提高检索效率,提出一种融合整体和局部信息的三维模型检索方法。分别通过Canny算子提取边缘特征和基于尺度不变特征变换特征的词袋模型提取词频向量特征,边缘特征用于描述三维模型的整体信息,词频向量特征用于描述三维模型的局部信息,将这两种特征融合成为新的特征用于描述三维模型。试验表明,融合整体和局部信息的三维模型检索方法能够有效地提高检索结果的准确率。

基于多方面评分的景点协同推荐算法

王志强,文益民,李芳

2016, 46(6): 54-61. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.311

摘要 ( 1573 )

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针对传统的协同过滤(collaborative filtering, CF)推荐模型中利用单一的总体评分进行相似性计算,但总体评分不能准确反映用户对物品喜好的问题,提出基于多方面评分的景点协同推荐算法。该算法综合利用用户对景点在景色、趣味性、性价比三个方面的评分计算用户或景点之间的相似性,进而计算目标用户对目标景点的总体评分。试验结果表明:在相似性计算中引入景点在这三个方面的评分信息后,推荐结果的均方根误差、平均绝对误差、覆盖率、准确率和F-度量指标都得到了改善。

大规模动态系统的分布式状态估计算法

孙一冰,付敏跃,王炳昌,张焕水

2016, 46(6): 62-68. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.095

摘要 ( 1472 )

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主要研究离散时间大规模动态系统的分布式状态估计问题。首先,将系统划分为若干个子系统,基于区域内部量测信息和邻居传递的信息,各子系统利用该算法对本地状态进行估计,降低状态变量的维数、算法的计算复杂度和通信压力。该算法独立运行,并且平行运行该算法可以有效减少整体运行时间。通过减弱约束条件,利用数学归纳法证明由该算法得到的估计误差协方差和预测误差协方差矩阵正定。根据系统能观测性秩判据和不等式技巧,证明误差协方差矩阵有上界,并且上界是有界的,保证该算法在应用中的可行性。最后通过仿真研究,验证主要结论。

基于虚拟模型和加速度规划的腿部缓冲策略

刘斌,宋锐,柴汇

2016, 46(6): 69-75. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.369

摘要 ( 1416 )

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提出一种基于虚拟模型控制和加速度规划的腿部缓冲方法。通过建立机器人腿部的虚拟模型,设定落地过程中躯干加速度从而可减小地面对机器人的冲击力,保护机器人的机械结构。该方法将机器人的落地过程分为下落、缓冲、恢复3个阶段。在下落阶段,通过在足端与期望位置之间添加虚拟“弹簧—阻尼”系统来控制足端位置。在缓冲阶段和恢复阶段,通过规划躯干质心加速度,从而减小落地过程中躯干受到的冲击。该方法可避免在激烈的足地交互过程中调节系统的刚度和阻尼,控制过程更简单精确。基于Webots的仿真试验表明,该方法在机器人落地过程中的保护是有效的。

斜向和纵向紧凑微流化床设计及其性能

李晓飞,王雷,贾磊,蔡文剑

2016, 46(6): 76-82. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.016

摘要 ( 1299 )

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在利用固体吸附剂进行CO₂捕集系统中,为了降低反应器的压降和提高吸附剂利用率,提出两种新型的斜向紧凑微流化床(oblique compact micro fluidized beds, OCMFB)和纵向紧凑微流化床(vertical compact micro fluidized beds, VCMFB或CMFB)反应器。通过装载固体吸附剂,通过捕集体积分数为0.5%的CO₂对两种反应器的性能进行研究,并与传统径向流固定床(radial flow fixed bed, RFFB)反应器进行对比。试验结果表明:由于吸附剂在OCMFB和CMFB中处于流化态,在RFFB中处于静态,从而得到OCMFB反应器压降为CMFB反应器的82%,与RFFB反应器相比压降降幅为14%~323%;CMFB反应器的CO₂吸附穿透时间为OCMFB反应器的109%,与RFFB反应器相比增幅为44%。经过10次CO₂捕集循环,与RFFB反应器相比,OCMFB和CMFB反应器的吸附剂磨损相当,但CO₂吸附性能更稳定。

大型仪器设备在科研及教学中的共享应用机制

符晓玲,张奇,张承慧

2016, 46(6): 83-88. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.434

摘要 ( 1508 )

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以电动汽车综合测试平台为例,研究大型仪器设备在科研及教学中的共享应用机制。介绍电动汽车综合测试平台的设计思想及采用的先进技术、功能特点和基本构成;结合其在科学研究和实验教学的需求,分析大型仪器设备在科研及教学中的应用与定位;并进一步研究高校大型仪器设备的共享机制,提出具体可行的方法和措施,以期为发挥高校大型仪器设备的最大潜能和效益提供新思路,对实验教学方法的改革与创新具有一定的指导作用。

废旧橡胶粉对混合骨料混凝土力学特征的影响

王海龙,王培,王磊,张克

2016, 46(6): 89-96. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.091

摘要 ( 1376 )

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为拓展废旧轮胎、再生骨料及天然浮石的应用范围,研究了在1∶1(再生骨料和天然浮石体积比为1∶1)混合骨料中外掺不同粒径(粒径20目、60目、80目、100目、120目)和不同掺量(掺量3%、6%、9%)的废旧橡胶粉,分析混合骨料混凝土的早期力学性能和微观结构。试验结果表明:在粒径相同的条件下,废旧橡胶粉使混合骨料混凝土的抗压强度降低率增大;掺量相同时,80目抗压强度下降率最大;从环境扫描电镜中得出,橡胶粉、再生骨料、浮石与水泥界面是薄弱区域,是造成混合骨料混凝土强度降低的主要原因。

砂浆模拟裂隙岩体在动静组合荷载下的SHPB试验研究

张伟,李海涛,王剑,王莉

2016, 46(6): 97-104. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2015.206

摘要 ( 1426 )

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通过预制裂隙砂浆试件模拟工程实际裂隙岩体,以研究在不同裂隙情况下及有围压作用时裂隙岩体的动力学响应问题。在模具中安装预设裂隙塑料片模拟实际岩层的裂隙倾角及裂隙贯通率,在试验中围压简化为正常金属环固定。基于正交试验方法,利用分离式霍普金森压杆试验装置(split Hopkinson pressure bar, SHPB)研究了不同倾角(0°、30°、45°、60°、90°)、不同贯通率(100%、 75%、 50%、 25%、 0%)的砂浆试件在不同围压下的动力学响应。试验结果表明:当倾角小于45°时,试件稳定性随裂隙倾角增大而降低,当倾角大于45°时,稳定性随裂隙倾角增大而提高,倾角45°为稳定性临界点,稳定性与倾角并非线性关系;试件贯通率的增大明显降低动力学强度;施加围压后砂浆试件产生了伪塑性变形,能有效提高动力稳定性,对于高贯通率试件表现尤为明显。该结果为进行地下工程裂隙岩体的强度分析提供参考。

TBM掘进前方不良地质与岩体参数的综合获取方法

刘斌,李术才,李建斌,王玉杰,张建清,聂利超,王雪亮

2016, 46(6): 105-112. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.478

摘要 ( 1546 )

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TBM在穿越断层、破碎带、岩溶发育区等不良地质时有时出现突涌水、塌方、卡机等灾害事故,导致TBM掘进效率低下、工期延误甚至是TBM机械损坏和人员伤亡。出现上述问题的一个主要原因就是TBM工作环境极为复杂,难以提前获取前方不良地质与主要岩体参数。因此,提出了一套以地球物理超前地质预报和基于“岩-机关系”预测岩体主要参数的解决方法。在该方法中,采用三维地震超前预报技术远距离识别和预报断层、破碎带、大型溶洞等不良地质;采用三维激发极化获取掌子面前方含、导水地质构造;采用机器学习的手段挖掘TBM机械电液参数与主要岩体力学参数的关系,并初步实现了TBM前方岩体单轴抗压强度的预测。以上述三种方法为核心,提出了TBM前方不良地质与主要岩体参数的综合获取方法及其流程,在实际工程中得到了验证。实际案例表明,综合获取方法可为TBM安全、高效掘进提供前方不良地质和单轴抗压强度信息,并为TBM掘进方案决策提供依据。

北盘江新型空腹式连续刚构桥角隅节点模型试验研究

彭元诚,董旭,梁娜,邓振全

2016, 46(6): 113-119. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.137

摘要 ( 1620 )

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为研究空腹式连续刚构桥新型桥梁结构角隅节点的力学性能,设计了角隅节点1∶5缩尺模型试验梁。通过静力荷载试验,利用静态采集仪及挠度计,测试角隅节点模型梁悬臂加载状态下的应变和挠度。建立模型梁有限元空间数值模型,并将有限元数值计算结果与试验数据进行对比分析。研究结果表明:空腹式连续刚构桥角隅节点具有区别于传统斜腿刚构桥角隅节点的力学性能,其顶板顺桥向基本受压应力作用;角隅节点区域局部应力较高,应加强此部位设计;剪力滞效应也同样存在于角隅节点部位;数值模拟结果与试验结果基本一致。本研究进一步揭示了空腹式连续刚构桥角隅节点力学性能,验证了数值模拟的可行性,为今后此类该桥型角隅节点设计提供了借鉴。

斜拉桥塔梁同步施工过程的力学特性

张万志,刘华,张峰,高磊,姚晨,刘冠之

2016, 46(6): 120-126. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.117

摘要 ( 1666 )

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为了研究斜拉桥在满堂支架分段拆除的塔梁同步施工过程中主梁、主塔和斜拉索等结构力学性能的变化,通过Midas/Civil(multitier distributed applications services/Civil)有限元分析软件,实现了斜拉桥施工过程的结构力学性能计算分析。依托亚洲最大转体重量斜拉桥—邹城斜拉桥(主跨为110 m+110 m独塔双柱双跨双索面混凝土斜拉桥)为背景开展研究,采用弹性受压连接单元模拟满堂支架,空间梁单元模拟主梁、主塔,考虑现场实际施工过程,开展了邹城斜拉桥结构受力和变形的数值计算。对比分析了数值计算结果与现场实测数据分析结果。结果表明:拆除满堂支架前后,支架支反力计算值最大增加382 kN,斜拉索索力计算最大变化值占该索索力的0.96%,实测索力最大变化值占该索索力的1.67%,主梁线型实测最大变化值为-7 mm。斜拉桥主梁相应节段的斜拉索张拉完成,是满堂支架分段拆除的塔梁同步施工应用于现场的前提条件。

基于离散裂隙网络模型的隧道涌水量预测

包建业,王静

2016, 46(6): 127-134. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.144

摘要 ( 1393 )

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通过建立不同赋存水体深度、不同隧道直径和不同开挖距离等共96个复杂裂隙网络数值模型,计算通过隧道掌子面的涌水量,拟合预测隧道涌水量的多参数回归方程。结果表明,流体的主要流动路径由连接入口边界和出口边界的连通裂隙组成。组成主要流动路径的裂隙内的流速最大;离连接入口边界和出口边界的连通裂隙越远,裂隙内的流速越小;水体较浅时,涌水量与开挖距离具有幂函数关系;水体较深时,涌水量与开挖距离具有线性关系;对隧道涌水量影响程度由高到低的影响因素依次为隧道直径、水体深度、开挖距离。隧道涌水量的预测结果和数值计算结果能很好吻合,验证了该回归方程具有普适性,可对节理发育岩体内隧道涌水量进行动态预测。

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