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考虑径流过程矢量化的机器学习洪水预报模型

水科学进展 2024年第3期35卷 420-429页

作者：刘成帅解添宁李文忠胡彩虹徐源浩牛超杰余其鹰郑州大学水利与交通学院河南郑州450001 中山大学土木工程学院广东广州510275

准确的超前洪水预报有利于开展防洪减灾工作和优化水资源调度。本文提出一种针对场次洪水的径流过程矢量化方法(Runoff Process Vectorization, RPV),并耦合3种机器学习(Machine Learning, ML)模型构建了RPV-ML洪水预报系列模型。以黄... 详细信息

准确的超前洪水预报有利于开展防洪减灾工作和优化水资源调度。本文提出一种针对场次洪水的径流过程矢量化方法(Runoff Process Vectorization, RPV),并耦合3种机器学习(Machine Learning, ML)模型构建了RPV-ML洪水预报系列模型。以黄河中上游孤山川、佳芦河和祖厉河3个典型流域为研究区,分别基于43、28、37场洪水的降雨径流数据,按照洪水场次7∶3的比例进行模型训练和验证。研究表明:(1)相同预见期条件下RPV-ML模型在孤山川、佳芦河和祖厉河流域洪水预报纳什效率系数更高、均方根误差和洪峰相对误差更低,RPV-ML模型比ML模型具有更好的预报性能,在预见期为4~6 h时优势更显著;(2) RPV-ML和ML模型预报精度会随着预见期增加逐渐下降,但RPV-ML预报精度呈现缓慢下降趋势,具有更好的鲁棒性;(3)基于RPV改进的时间卷积网络(Temporal Convolutional Network, TCN)可以更好地克服预报误差问题,RPV-TCN模型在3个流域预报性能最好。

关键词：洪水预报径流过程矢量化机器学习 RPV-ML模型黄河中上游

固定化脱氮菌及COD降解菌协同作用对养殖污水处理效果的分析

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东北农业科学 2024年第4期49卷 94-98页

作者：高星爱张頔王飞虎李明王鑫魏天娇闫秋良姜婷婷徐源浩王正臣赵爽李忠和张淑莹吉林省农业科学院长春130033 吉林省通化生态环境监测中心吉林通化134001 长春市九台区畜牧总站长春130500 长春市畜牧总站长春130022 吉林省松原市乾安县职业教育中心吉林松原131400 吉林省动物疫病预防控制中心长春130062

本研究利用从猪场污水中分离、筛选和鉴定的异养硝化细菌(Acinetobacter bereziniae Zhi77),通过氯化钙(CaCl_(2))和海藻酸钠(C6H7NaO6)固定后,获得固定化硝化细菌,分析培养温度、菌株添加量和菌株反应时间等因素对固定化菌株脱氮效果... 详细信息

本研究利用从猪场污水中分离、筛选和鉴定的异养硝化细菌(Acinetobacter bereziniae Zhi77),通过氯化钙(CaCl_(2))和海藻酸钠(C6H7NaO6)固定后,获得固定化硝化细菌,分析培养温度、菌株添加量和菌株反应时间等因素对固定化菌株脱氮效果的影响。结果表明,固定化硝化细菌在30℃,菌株添加量2 mL,反应培养时间12 d条件下,氨氮去除率达到95.73%,总氮去除率达到80.43%。在COD降解菌和固定化异养硝化细菌的协同作用下,投加微生物且曝气的处理组,污水中化学需氧量(COD)、氨氮(NH4-N)、总氮(TN)、悬浮物(SS)和总磷(TP)去除率明显升高,分别达到87.90%、96.08%、94.50%、82.70%和23.64%。猪场污水中各项污染物浓度明显下降,该研究结果在畜禽养殖场污水处理领域具有良好的应用前景。

关键词：污水固定化微生物 COD降解菌包埋法

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中国城镇化对城乡收入差距影响研究

中国城镇化对城乡收入差距影响研究

作者：徐源浩云南大学

学位级别：硕士

刘易斯的二元城乡结构理论描述了城乡发展会经历农业支持工业、工业反哺农业,最后两部门协调发展的过程,库兹涅茨的“倒U”型曲线提出城乡收入差距会随着城镇化的推进经历先扩大后缩小的过程。但自改革开放以来,我国城乡收入差距也经历... 详细信息

刘易斯的二元城乡结构理论描述了城乡发展会经历农业支持工业、工业反哺农业,最后两部门协调发展的过程,库兹涅茨的“倒U”型曲线提出城乡收入差距会随着城镇化的推进经历先扩大后缩小的过程。但自改革开放以来,我国城乡收入差距也经历了急剧增大的过程,若照此趋势发展下去,不仅会激发社会矛盾,影响社会的稳定,同时也会造成限制农村消费活力,制约产业升级,限制中国经济增长的后果。因此,研究城镇化对城乡收入差距的影响、以及刘易斯的二元城乡结构理论和库兹涅茨的“倒U”型曲线模型是否适合用于解释中国改革开放以来城镇化对城乡收入差距产生的影响,具有理论和现实的意义。首先,论文从理论层面梳理了我国城乡收入差距的发展现状以及城乡收入差距扩大会产生的影响;其次,讨论了造成我国城乡收入差距扩大的影响因素;再次,分析了我国城镇化过程对城乡收入差距产生的影响,并得出结论：刘易斯二元城乡结构理论不适合用于解释中国的城镇化过程;然后,论文利用1978-2013年数据,对我国城镇化程度和城乡收入差距两个变量建立向量自回归模型,证明了中国城镇化与城乡收入差距的发展过程不符合库兹涅茨“倒U”型曲线;最后,综合定性、定量分析结果,提出我国应逐步破除户籍制度、适当进行政策倾斜、注重农业发展、征收财富税的思路。

关键词：城镇化城乡收入差距向量自回归模型

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多尺度融合理论的研究与应用

多尺度融合理论的研究与应用

作者：徐源浩西安电子科技大学

学位级别：硕士

20世纪80年代图像的数据融合方法和小波分析理论几乎同时得到了快速的发展。如今,它们已经被广泛的应用于图像处理领域。图像的融合技术的一个很重要的作用就是用于图像的消噪和图像的增强。随着小波理论的发展与完善,多尺度小波域上的... 详细信息

20世纪80年代图像的数据融合方法和小波分析理论几乎同时得到了快速的发展。如今,它们已经被广泛的应用于图像处理领域。图像的融合技术的一个很重要的作用就是用于图像的消噪和图像的增强。随着小波理论的发展与完善,多尺度小波域上的图像融合技术也在不断向前发展。目前,我们在图像去噪和融合方面主要应用的是离散的实小波变换和复小波变换,四元数小波作为一种具有良好的近似平移不变特性同时可以为图像处理提供不同尺度的一个幅值和三个相位信息的新的多尺度分析工具,相比较于传统的小波在图像处理方面有很大的优势。本文主要研究了四元数小波变换的相关理论和其在图像去噪方面的应用以及与非局部平均去噪相结合进行图像融合的应用。基于二维信号的希尔伯特变换﹑四元数相关理论和性质以及多尺度小波分析理论和方法﹑希尔伯特变换﹑四元数代数以及小波理论方法,我们研究了四元数小波变换在2 2L（R）空间中的一些性质,并且通过研究四元数小波变换的结构性质,构造了四元数小波变换的分析和合成滤波器,从而实现了对二维图像的四元数小波分解与重构。本文在传统小波阈值去噪模型的基础上,提出了一种改进的贝叶斯阈值。我们首先对图像的四元数小波系数的模值进行阈值去噪的应用,通过对四元数小波系数的模值进行选择与处理,我们可以通过模值信息和相位信息得到估计的四元数小波系数,从而得到恢复图像。在我们应用四元数小波变换阈值去噪的结果中,可以看到恢复的图像很少再出现人工的痕迹,图像的视觉效果和图像质量得到了很大的改善,噪声也得到了有效的抑制。又通过对四元数小波阈值算法与非局部平均去噪算法特点的分析与研究,提出了基于非局部平均和四元数小波阈值的图像融合去噪算法。在四元数小波域中对非局部平均去噪的图像与四元数小波阈值去噪的图像进行融合处理,通过一定的融合规则,从而得到了融合图像。实验结果表明,本文方法得到的融合图像与前两者去噪方法相比,图像质量得到了明显改善,图像边缘部分也得到了增强。在PSNR上本文方法与四元数阈值去噪算法相比提高了1.0~1.3,与非局部平均去噪算法相比提高了0.7~1.0,图像的视觉效果也得到了很大的提高。

关键词：四元数小波变换图像融合小波图像去噪

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高速光传输系统时钟恢复算法设计与实现

高速光传输系统时钟恢复算法设计与实现

作者：徐源浩武汉邮电科学研究院

学位级别：硕士

灵活光网络(FlexO)是一种用于信号互联的接囗技术,通过绑定多个标准速率接口来实现超100Gbps业务的传输,满足了5G承载网超大带宽的应用需求。但在具体实施过程中,仍有许多技术问题需要解决。在400Gbps光传输网中,从线路侧OTUC4业务中恢... 详细信息

灵活光网络(FlexO)是一种用于信号互联的接囗技术,通过绑定多个标准速率接口来实现超100Gbps业务的传输,满足了5G承载网超大带宽的应用需求。但在具体实施过程中,仍有许多技术问题需要解决。在400Gbps光传输网中,从线路侧OTUC4业务中恢复出OTU4业务数据的过程中,需要通过业务码流恢复客户时钟,并通过相应接口将恢复出来的OTU4业务送入客户侧光模块。在基于FlexO技术实现高速光传输的系统中,本文设计了一种新型的OTUCn到n个OTUC1全数字时钟数据恢复方案。它利用时钟恢复算法输出控制量,控制锁相环频率合成器生成所需频率的方式来完成时钟恢复的任务,并通过恢复的时钟来实现OTUCn到n个OTUC1信号数据流的重定时。该方案的核心是算法的设计,本文在改进比例积分(PID)算法后,将其应用在时钟恢复算法的设计中,通过FIFO水位与待恢复时钟的约束关系生成调控量,实时控制频率合成器生成待恢复的时钟。经过仿真和实测证明:该方案可以有效满足FlexO中的时钟恢复需求,在客户侧的带宽发生-12020ppm频偏时,仍能完成对OTU4业务数据的实时恢复,使FlexO高速光传输系统长期稳定工作,该方案对于时钟数据恢复电路结构的改进具有一定的借鉴意义。文章主要论述了:(1)阐述了锁相环的基本原理,介绍了锁相环的基本结构;概述时钟数据恢复电路的基本原理,对常见的多种时钟数据恢复技术和锁相环频率合成技术进行介绍。(2)阐述基于FlexO技术实现高速光传输的基本原理,对其时钟数据恢复需求进行需求分析,并对本文CDR待实现的功能进行划分,形成本文的CDR设计概要。(3)建立基于FIFO数据传输系统的模型和输入模型,确立FIFO水位与读取端时钟的约束关系,将时钟恢复算法的设计转换为对FIFO水位控制算法的设计。(4)阐述了比例积分(PID)控制算法的基本原理,将改进后的数字PID控制算法应用在FIFO水位控制算法的设计中,通过Matlab对算法功能进行验证。(5)完成基于FIFO水位控制算法的CDR数字设计,并基于现场可编辑门阵列(FPGA)板级实现,搭建400G光传输网的测试环境,对本文设计的CDR模块性能进行测试。

关键词：灵活光传输网时钟数据恢复电路锁相环比例积分算法

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基于深度学习的洪水过程模拟及预报应用研究

基于深度学习的洪水过程模拟及预报应用研究

作者：徐源浩郑州大学

学位级别：硕士

洪水灾害历来是我国最严重的自然灾害之一。其危胁人民生命财产安全,阻碍社会经济可持续发展,而精确洪水预报是重要的防洪减灾非工程措施。尤其近四十年来,黄河中游下垫面性质发生重大变化,因此在变化条件下的黄河中游洪水预报问题显得... 详细信息

洪水灾害历来是我国最严重的自然灾害之一。其危胁人民生命财产安全,阻碍社会经济可持续发展,而精确洪水预报是重要的防洪减灾非工程措施。尤其近四十年来,黄河中游下垫面性质发生重大变化,因此在变化条件下的黄河中游洪水预报问题显得至关重要。同时,随着大数据时代的到来使得人们可以从大量的水文气象数据中挖掘更具深度的信息,利用计算机领域深度学习的神经网络解决洪水预报难题成为人们所关注的焦点。本研究在国家自然科学基金“密集式数据驱动下黄河中游洪水预报关键技术研究(编号:51979250)”的支撑下,选择黄河中游静乐流域为研究对象,构建基于长短时记忆神经网络(LSTM)和时间卷积神经网络(TCN)的深度学习洪水预报模型,并结合粒子群优化算法(PSO)对深度学习超参数进行寻优,并与传统机器学习模型和物理模型进行模拟结果的对比。研究内容和成果如下:(1)深度学习洪水预报模型建模。从输入数据到模型结构系统阐释了深度学习模型的建模和深度学习模型提取降雨径流特征的过程,构建LSTM和TCN洪水预报模型进行模拟,并对其模拟效果进行对比。研究发现:两深度学习模型的模拟效果均随预见期的增加而下降,在短预见期时两模型均表现出较好的性能,NSE均在0.98以上,在长预见期下NSE均在0.7以上。TCN在总体模拟精度上相较LSTM更高。(2)基于超参数优化的深度学习洪水预报模型构建。通过设立多组不同超参数组合的深度学习模型,得到LSTM和TCN各项超参数对其洪水模拟的影响,并结合粒子群算法构建基于超参数优化的深度学习洪水预报模型,利用粒子群算法对超参数进行在设定范围内的寻优,最终找到合适的超参数组合。在长预见期下PSO-LSTM和PSO-TCN分别相较优化前提高0.015和0.03以上,优化后模拟值较为贴近实测值,优化效果较为明显。(3)与传统机器学习和物理模型对比。结合不同预见期下深度学习模型、传统机器学习模型(ANN)和物理模型(EIESM)模拟结果,对各模型在洪水过程模拟的效果进行对比。结果表明所有模型模拟精度都随预见期的增加而逐渐降低。在短预见期下,深度学习模型相对其他模型能够达到较高的模拟精度,ANN模型相对精度较低,EIESM模型能够反映洪水过程趋势,但精度不及神经网络模型。在长预见期下,深度学习模型存在一定的精度损失,此时PSO-TCN更具有更好的模拟效果。ANN模型则模拟精度下降较为严重。EIESM相较精度较低的ANN模型具有一定优势。

关键词：降雨径流模拟洪水预报超参数优化时间卷积神经网络长短时记忆神经网络

基于人工智能的滚刀磨损寿命预测及刀群布局优化研究

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基于人工智能的滚刀磨损寿命预测及刀群布局优化研究

作者：徐源浩河北工业大学

学位级别：硕士

滚刀位于隧道掘进机(TBM)最前端,是掘进的关键部件和整机设计的基础。由于滚刀工况复杂、恶劣,为避免损伤其他构件,施工中不得不频繁地开舱检查和更换磨损失效的滚刀,这严重地影响了工程的造价和工期。因此,可靠的滚刀磨损预测模型对确... 详细信息

滚刀位于隧道掘进机(TBM)最前端,是掘进的关键部件和整机设计的基础。由于滚刀工况复杂、恶劣,为避免损伤其他构件,施工中不得不频繁地开舱检查和更换磨损失效的滚刀,这严重地影响了工程的造价和工期。因此,可靠的滚刀磨损预测模型对确定换刀周期、调节掘进参数、评估破岩能力和控制成本至关重要。针对滚刀消耗严重且磨损量难以预测的问题,本论文在国内外相关研究的基础上,开展了滚刀磨损寿命预测模型、刀盘滚刀多目标布局优化及有限元仿真研究,主要内容如下:(1)在分析滚刀工作过程中的受力状态、滚刀磨损原因及主要影响因素的基础上,将基于K-means聚类的自适应神经网络模糊推理系统、人工神经网络,遗传规划算法建立滚刀磨损寿命预测模型。通过某输水隧道工程滚刀磨损量变化的数据对各模型进行训练,并以检验数据对各算法的适用性进行检验与综合评价,最终得出遗传规划更适用于建立滚刀磨损寿命预测模型的结论。(2)基于摩擦耗能理论及滚刀破岩力模型推导出滚刀摩擦耗能预测公式,通过对六个可优化因素的显著性分析,得出对滚刀摩擦耗能的可调节能力分别是安装半径为-96%～100%、贯入度为-95.7%～95.7%、刀盘转速为-50%～50%、同安装半径的滚刀数量为-630%～0、刀盘推进速度为-11.1%～44.4%、盘形滚刀半径为-128.8%～16.1%。(3)根据滚刀倾角将刀盘划分为中心区域和边缘区域,在保持原刀盘区域大小及滚刀数量的基础上,采用遗传算法,分别以均衡滚刀摩擦耗能为原则建立了滚刀极径布置的多目标非线性数学模型;以径向总荷载和倾覆力矩最小为原则建立了极角布置的多目标非线性数学模型。以TB880E刀盘为工程实例进行实验验证,发现各指标均优于原始刀盘布局,有效证明了模型准确性。(4)使用有限元软件建立单滚刀破岩模型,通过研究摩擦耗能的历程输出指出主动滚动破岩和被动滚动破岩导致的磨损量区别,滚刀主动旋转的情况下,摩擦耗能可以减少32.4%,为日后的建模和刀盘设计工作提供了有益指导。建立双滚刀协同破岩的有限元模型,通过改变两把滚刀间的距离研究刀间距对于滚刀破岩能力的影响,寻求最优刀间距,为刀盘滚刀布局提供帮助。

关键词：隧道掘进机复杂地层寿命预测滚刀布局有限元建模

财政政策对宏观经济波动的影响研究——基于金融加速器模型的分析

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国际金融研究 2016年第10期 15-27页

作者：薛立国杜亚斌张润驰徐源浩南京大学商学院

本文将金融加速器机制嵌入财政DSGE模型,旨在分析当忽视金融加速器时,研究财政政策对宏观经济波动的影响存在哪些不足之处,并进一步探讨了财政政策对资本市场的乘数效应。研究发现,缺乏对金融加速器的考虑,会错估财政政策对经济造成的... 详细信息

本文将金融加速器机制嵌入财政DSGE模型,旨在分析当忽视金融加速器时,研究财政政策对宏观经济波动的影响存在哪些不足之处,并进一步探讨了财政政策对资本市场的乘数效应。研究发现,缺乏对金融加速器的考虑,会错估财政政策对经济造成的波动。一方面,会低估劳动收入税、资本收入税以及消费税对经济造成的波动;另一方面,会高估政府支出对经济造成的波动。进一步的乘数效应分析表明,政府支出的乘数效应最大,资本收入税次之,且乘数效应随着金融加速器效应的加强而增大,但增量不明显;另外,政府支出对资产净值具有"挤出效应"。这意味着政府在制定财政政策时,应充分考虑资本市场的金融加速器效应。

关键词：财政政策金融加速器经济波动

中国超大规模的M2为什么没有引发高通胀——基于内生视角的中国之谜剖析

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经济学家 2018年第4期 54-62页

作者：徐源浩杜亚斌张润驰薛立国南京大学商学院南京大学商学院金融系

“中国之谜”的存在是由于将西方货币外生理论套用到中国所致，该理论的前提假设不符合中国国情，从内生货币视角来观察货币供给过程更适合我国实际。本文从货币内生角度出发，构建了货币内生需求函数，并通过实证研究发现：固定资产投... 详细信息

“中国之谜”的存在是由于将西方货币外生理论套用到中国所致，该理论的前提假设不符合中国国情，从内生货币视角来观察货币供给过程更适合我国实际。本文从货币内生角度出发，构建了货币内生需求函数，并通过实证研究发现：固定资产投资是造成中国货币供应量与通货膨胀背离的最重要原因，货币没有进入消费领域进而引发通货膨胀；M2与CPI之间出现背离关系不仅仅是由于货币政策的滞后效应，更多地是由于投资对消费产生了“挤出”效应；我国货币供应更多地表现为内生而非外生。

关键词：货币供应量通货膨胀中国之谜固定资产投资