山东大学学报 (工学版)

基于集成学习的O₃的质量浓度预测模型

彭岩,冯婷婷,王洁

2020, 50(4): 1-7. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.423

摘要 ( 1303 )

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为准确预测O₃的质量浓度及其发展趋势，分析其诱发因素，提出一种基于集成学习的O₃的质量浓度预测模型。以北京市2015—2016年O₃污染物的质量浓度及气象因素数据为基础，提出并建立面向O₃污染物的质量浓度预测的特征选择-集成学习多层预测模型，在对数据进行缺失值填补及异常值分析的基础上，利用Pearson相关分析和Lasso回归分析同时对清理后的气象资料数据进行特征选择，以消除数据冗余，提高预测精度;提出基于自组织映射神经网络self-organizing featuremap, SOFM和Elman神经网络Elman neural network, ENN的集成学习算法，利用SOFM对样本数据进行聚类以实现样本的合理分布后，使用ENN进行仿真训练来预测O₃的质量浓度。试验结果表明：采用Pearson-Lasso特征选择和SOFM样本聚类对数据做前期处理后，ENN的预测精度由74.6%提高到82.1%，能够改善基于ENN的O₃污染物的质量浓度的预测准确率。

基于空间注意力和卷积神经网络的视觉情感分析

蔡国永,贺歆灏,储阳阳

2020, 50(4): 8-13. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.422

摘要 ( 1565 )

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为了解决现有基于深度学习方法的视觉情感分析忽略了图像各局部区域情感呈现的强度差异问题,提出一种结合空间注意力的卷积神经网络spatial attention with CNN, SA-CNN用于提升视觉情感分析效果。设计一个情感区域探测神经网络用于发现图像中诱发情感的局部区域;通过空间注意力机制对情感映射中各个位置赋予注意力权重,恰当抽取各区域的情感特征表示,从而有助于利用局部区域情感信息进行分类;整合局部区域特征和整体图像特征形成情感判别性视觉特征,并用于训练视觉情感的神经网络分类器。该方法在3个真实数据集TwitterⅠ、TwitterⅡ和Flickr上的情感分类准确率分别达到82.56%、80.23%、79.17%,证明利用好图像局部区域情感表达的差异性,能提升视觉情感分类效果。

一种基于多目标的容器云任务调度算法

谢晓兰,王琦

2020, 50(4): 14-21. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.210

摘要 ( 1274 )

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为解决容器云调度模型面向同构任务、同构资源和单一目标造成的不实用、不公平、不高效、不均衡问题,提出带约束修复的树形调度目标模型,基于异构任务和异构资源,采用约束修复避免映射方案不可行,采用优先级综合多个子目标并将其归属于不同树形分支下的子空间,最终实现多个上层应用框架之间的公平、高效、节约、均衡调度模型。试验结果表明,带约束修复的树形调度目标模型在公平度上不比其它对比单目标模型差,可满足更多的任务的需求,并在此前提下拥有更高的资源利用率和负载均衡度,在实用性、公平性、高效与均衡上优于单目标模型,可有效保证公平分配资源,增加容器服务收益,降低物理资源成本,提高稳定性和可用性。

基于卷积神经网络的深度线段分类算法

赵宁宁,唐雪嵩,赵鸣博

2020, 50(4): 22-27. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.416

摘要 ( 1355 )

PDF (7208KB) ( 465 )

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为解决单目图像中冗余像素点不利于深度神经网络快速完成深度信息检测的问题,提出一种基于卷积神经网络的深度线段分类算法。对NYU-Depth数据集使用线段检测算法进行线段检测得到原始图像的线段特征图,通过数据预处理结合深度数据得到表征深度信息的线段集合及其标签,提出适用于线段特征的卷积神经网络,实现单目图像中深度线段的分类。通过在不同线段数目上进行多次多组对比试验,深度线段分类准确率达到73.50%。试验结果证明了利用卷积神经网络实现深度线段分类的可实施性,有助于更好的利用图像几何特征解决深度估计问题。

基于类激活映射-注意力机制的图像描述方法

廖南星,周世斌,张国鹏,程德强

2020, 50(4): 28-34. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.454

摘要 ( 1607 )

PDF (7422KB) ( 406 )

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基于软注意力机制的图像描述算法,提出类激活映射-注意力机制的图像描述方法。利用类激活映射算法得到卷积特征包含定位以及更丰富的语义信息,使得卷积特征与图像描述具有更好的对应关系,解决卷积特征与图像描述的对齐问题,生成的自然语言描述能够尽可能完整的描述图像内容。选择双层长短时记忆网络改进注意力机制结构,使得新的注意力机制适合当前全局和局部信息的特征表示,能够选取合适的特征表示生成图像描述。试验结果表明,改进模型在诸多评价指标上优于软注意力机制等模型,其中在MSCOCO数据集上Bleu-4的评价指标相较于软注意力模型提高了16.8%。类激活映射机制可以解决图像空间信息与描述语义对齐的问题,使得生成的自然语言减少丢失关键信息,提高图像描述的准确性。

基于Bi-LSTM的脑电情绪识别

刘帅,王磊,丁旭涛

2020, 50(4): 35-39. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.679

摘要 ( 2030 )

PDF (1303KB) ( 918 )

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为解决脑电(electroencephalogram, EEG)情绪识别这一项具有挑战性的任务,提出一种基于双向长短时记忆网络(bidirectional long short-term memory, Bi-LSTM)的脑电情绪分类模型并探索大脑情绪机制,唤醒度准确率最高为76.78%,效价度准确率最高为77.28%,与其他模型比较,Bi-LSTM模型在脑电情绪识别上有出色的表现。通过Bi-LSTM模型对比不同频段、脑区和特征疏密度的准确率来探索大脑情绪机制,表明大脑中情绪相关性最高的频段、脑区和特征疏密度分别为α和β、顶叶区与额叶区、50和15。

基于新型趋近律的参数未知分数阶Rucklidge系统的滑模同步

王春彦,邸金红,毛北行

2020, 50(4): 40-45. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.282

摘要 ( 1257 )

PDF (903KB) ( 286 )

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利用分数阶微积分理论,基于一种新型趋近律研究不确定分数阶Rucklidge混沌系统的自适应滑模同步问题,根据滑模同步方法给出驱动-响应系统获得滑模混沌同步的充分条件。研究表明:在选取适当的控制器以及滑模函数条件下,驱动-响应系统获得滑模同步,数值仿真表明该方法具有可行性和有效性。

分数阶Brussel系统混沌同步的三种控制方案

程春蕊

2020, 50(4): 46-51. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.475

摘要 ( 1325 )

PDF (1017KB) ( 385 )

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基于分数阶微积分理论,提出三种同步控制方案使分数阶Brussel系统的误差系统收敛到平衡点。第一种控制方案通过设计适当的控制器,利用Mittag-Leffler函数得到误差系统的收敛性。第二种控制方案引入了分数阶的滑模面,利用分数阶Lyapunov 稳定性理论和滑模控制方法,得到分数阶Brussel主从系统的混沌同步。第三种控制方案充分考虑系统的不确定性和外部扰动,设计一个新型趋近律,利用分数阶终端滑模控制方法使误差系统快速收敛到平衡点。研究表明,选取适当的控制器,分数阶主从Brussel系统可以达到混沌同步。通过数值算例说明所提出的三种控制策略的有效性和适用性,并验证了本研究的理论结果。

智慧公路关键技术发展综述

吴建清,宋修广

2020, 50(4): 52-69. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.149

摘要 ( 3323 )

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PDF (2579KB) ( 2533 )

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赋予公路工程以智慧，建立智慧公路等新一代“互联网+”设计、建造、管理、监测和运营五位一体系统，是当下土木工程、控制工程、机械工程、交通运输工程和计算机等交叉学科的研究热点问题。围绕智慧公路，针对交通“设、建、管、监、运”环节的关键技术，面向智慧公路全寿命周期，从多功能路面材料、智慧建造与智能监测、无人驾驶、车路协同、物联网技术等5个方面入手，系统阐述国内外相关的研究成果、关键共性技术及未来发展趋势。

双节理岩体TBM滚刀破岩过程数值模拟

施雪松,管清正,王文扬,许振浩,林鹏,王孝特,刘洁

2020, 50(4): 70-79. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.744

摘要 ( 1543 )

PDF (16856KB) ( 240 )

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为了研究节理特征对全断面掘进机(tunnel boring machine, TBM)盘形滚刀破岩的影响,采用颗粒流方法建立盘形滚刀与含平行双节理岩体的二维数值模型,进行不同节理倾角和间距的30组数值试验,根据数值试验结果研究岩体破裂模式、滚刀竖向接触力峰值随节理倾角和间距的变化规律、滚刀破岩过程中细观裂纹扩展规律。研究结果表明:不同的节理特征下,滚刀破岩可以分为4种基本的破裂模式;滚刀竖向接触力峰值随节理倾角的增大呈现先减小后增大的趋势,在节理倾角为30°或45°时最小,在节理倾角为90°时最大;滚刀竖向接触力峰值随节理间距的增大总体上呈现增大趋势;随滚刀的贯入,滚刀竖向接触力与细观裂纹个数有3个关联的变化阶段。通过研究TBM滚刀与节理岩体相互作用机制,揭示不同节理特征对滚刀破岩的影响规律,对TBM滚刀的合理设计和施工有一定的指导意义。

基于熵值法的水利施工企业绩效考核KPI设计方法

程森

2020, 50(4): 80-84. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.785

摘要 ( 1301 )

PDF (547KB) ( 230 )

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在考虑 “二八原则”和“SMART原则”的基础上,借助熵值能够反映系统信息有序程度的优势,对熵值法的权重计算方法进行改进,建立熵值法KPI指标权重计算方法,排除人为主观因素对指标权重的影响;基于水利施工企业统计数据和公司目标,结合因果分析法和改进熵值法,提出适用于水利施工企业的KPI指标选择和权重计算方法,并可将该方法应用于水利施工企业的绩效评价分析。

偏压大跨小净距公路隧道施工力学行为

王春国

2020, 50(4): 85-89. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.307

摘要 ( 1415 )

PDF (3123KB) ( 279 )

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为分析偏压大跨小净距隧道施工力学行为,采用FLAC3D有限差分数值模拟软件,针对偏压大跨小净距隧道在施工过程中的应力应变变化规律和施工方法比对、选择,开展现场监测数据对比论证与数值模拟计算分析。研究结果表明:由于偏压的影响,左线隧道的沉降、应力和受力均要大于右线隧道;开挖完成后左右线隧道拱顶和拱腰处的主应力会大幅度增加,造成隧道衬砌结构的剪应力也随之增大,同时也增大了两隧道间夹岩的主应力和剪应力,最终两隧道拱腰处应力集中明显;相比于左线隧道,右线隧道的开挖对左线隧道的弯矩影响更大,尤其是左线靠近右线隧道一侧拱腰的弯矩。其结果能够为偏压大跨小净距公路隧道的设计和施工提供了科学依据。

基于学习理论的含光储联合系统的输电网双层规划

孙东磊,赵龙,秦敬涛,韩学山,杨明,王明强

2020, 50(4): 90-97. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.341

摘要 ( 1193 )

PDF (2249KB) ( 234 )

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针对传统输电网规划中对光伏出力不确定性处理中存在的问题,提出一种基于学习理论的含光储联合系统的输电网双层规划模型。下层基于学习理论对光储联合系统进行优化,目标为光伏电站长期运行收益最大与计划功率不确定性最小。将下层优化求解得到的光储联合系统计划功率代入上层的输电网规划模型,以线路投资成本、运行成本和弃光成本最小为目标进行规划。最后用改进的IEEE118节点算例验证了光储联合系统可以减小计划功率的不确定性,提高规划结果的可信度。本研究建立的Q学习控制器具有良好的在线学习能力,通过大量数据的学习后能对光储联合系统的计划出力进行有效的指导。

考虑内部动态约束的MMC功率运行区间的确定及控制方法

张锋,杨桂兴,岳晨晶,郝全睿,李东

2020, 50(4): 98-107. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.776

摘要 ( 1418 )

PDF (3641KB) ( 269 )

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为了正确评估模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的内部动态约束对运行区间的影响,提出一种通过求解MMC状态空间方程来获取MMC内部动态进而确定其功率运行区间的功率扫描方法。建立基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current, MMC-HVDC)系统的稳态模型,通过求解状态方程得出各功率点对应的状态变量;提出一种系统非正弦周期电气量极值的计算方法求解各内部动态约束的幅值;通过逐点扫描得到满足MMC内部动态约束和常规约束时的功率运行区间。针对功率设置可能越限的情况,设计保证系统满足内部动态约束的边界控制策略。在PSCAD/EMTDC中进行仿真,仿真结果验证了MMC功率运行区间确定方法的正确性及边界控制策略的有效性。

新型Fe⁰/C复合材料的制备及处理丙烯腈废水的研究

肖方, 黄德毅, 岳钦艳, 许醒, 高宝玉, 王文刚

2020, 50(4): 108-113. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.175

摘要 ( 1322 )

PDF (3221KB) ( 254 )

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制备新型免烧型Fe⁰/C功能材料作为微电解反应器的填料处理丙烯腈废水。考察反应器进水丙烯腈废水的pH值、水力停留时间(hydraulic retention time, HRT)和曝气量等因素对丙烯腈降解效率的影响,并明确反应器的最佳运行参数;结合反应器的连续运行工况,考察制备的Fe⁰/C复合材料的稳定性及抗板结性能。结果表明,制备出的Fe⁰/C复合材料具有较好的强度,可以满足微电解填料应用于水处理的要求。最佳运行工况下,Fe⁰/C复合材料对化学需氧量COD_Cr和丙烯腈的去除效率可达65.8%和70.4%。反应器在连续运行过程中出水稳定;Fe⁰/C复合材料在反应器运行过程的稳定性良好,没有发生板结。

铅酸蓄电池全生命周期的水足迹

张瑞瑞,马逍天,洪静兰,常景彩

2020, 50(4): 114-118. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.670

摘要 ( 1312 )

PDF (2551KB) ( 362 )

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为量化铅酸蓄电池从原料开采到综合回收利用的全生命周期过程产生的水足迹影响,基于生命周期评价理论的水足迹分析方法对周期过程产生的水足迹进行综合分析。使用SimaPro 8.4 软件对铅酸蓄电池制备、运输、使用、所消耗电力的生产和废旧电池回收利用过程进行水足迹影响分析,结果表明铅酸蓄电池生产制备和消耗电力的生产是两个最主要的水足迹影响过程,电池生产制备对水体富营养化、致癌性影响、淡水生态毒性和水稀缺影响显著,电力生产对酸性化和非致癌性影响有显著贡献。铜、铬、排入水体的磷酸盐和排入大气的二氧化硫等关键物质也主要来自于这两个过程。优化这两个主要过程有助于有效地减少铅酸蓄电池全生产链条的水足迹。

山东农村和背景地区雾霾天与清洁天气溶胶光学特性

张婉,杨凌霄,张雄飞,严伟达,王新锋,文亮,赵彤,王文兴

2020, 50(4): 119-126. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.541

摘要 ( 901 )

PDF (4998KB) ( 387 )

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为了解山东省农村和背景地区的气溶胶光学特性, 2014年6月至8月先后在禹城和泰山进行气溶胶采集。利用浊度计、黑碳仪测得气溶胶散射系数和吸收系数,分析雾霾天和清洁天散射系数和吸收系数的日变化,并利用HYSPLIT模型分析了两地的气团来源。结果表明,禹城和泰山雾霾天的单次散射反照率均高于清洁天,这可能与雾霾天硫酸盐和硝酸盐气溶胶的大量形成有关。禹城的散射系数和吸收系数日变化均呈现双峰分布,这归因于当地的早、晚交通峰;而泰山散射系数和吸收系数日变化呈单峰模式,归因于大气边界层的日变化。后向气流轨迹分析结果显示,禹城雾霾时期的气团主要来自东南方向,途经济南等重污染城市,同时计算出气团穿过密集火点,表明生物质的燃烧影响了禹城的雾霾形成;在泰山雾霾期间,气团移动缓慢,可被认作本地源。

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