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多信道LoRa无线监测系统同步组网方法研究

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多信道LoRa无线监测系统同步组网方法研究

作者：李良昊武汉理工大学

学位级别：硕士

随着物联网技术的发展,LoRa作为一种新兴的无线调制技术能够实现低功耗远距离传输,被广泛应用于对能耗和监测范围有要求的无线监测系统中。对无线通信的设备进行组网可以有效地扩展信息感知的范围,提升监测系统的性能。本文针对现有的L... 详细信息

随着物联网技术的发展,LoRa作为一种新兴的无线调制技术能够实现低功耗远距离传输,被广泛应用于对能耗和监测范围有要求的无线监测系统中。对无线通信的设备进行组网可以有效地扩展信息感知的范围,提升监测系统的性能。本文针对现有的LoRa组网应用中单一信道网络容量不足、面对干扰时网络鲁棒性低以及随机竞争时信道利用率不高等问题,提出多信道同步组网方法,对LoRa网络的多级时间同步包括一级网关同步和二级子网同步,以及组网方法进行研究,使无线监测系统能够实现大规模的传感器节点接入和稳定可靠通信。主要研究工作包括:(1)基于SX1276模块的8路独立信道网关及其网络系统架构设计。针对LoRa WAN网络独立物理信道不足、并行接入能力受限等问题,设计私有组网协议的多信道网关,采用多块SX1276射频芯片构成8个互不干扰的独立物理信道,包括一个控制信道和七个业务信道,为规模传感器节点的并行接入提供更多选择,提高网络容量和数据传输效率。在此基础上设计多信道同步组网协议,架构易于扩展的基于SX1276模块多信道LoRa网关及其树型网络拓扑结构。(2)多级时间同步方法研究。针对网络内设备同步的需求,提出多级时间同步方法,包括一级网关同步和二级子网同步。在一级网关同步中,通过GPS接收机引入外部高精度的GPS时间,利用串口输出和PPS秒脉冲完成GPS授时,在接收不到GPS信号的情况下启动备用的基于网络时间的同步方案。在二级子网同步中,节点通过与网关的消息交互完成本地时钟的调整;通过最小二乘法线性拟合得到时钟频率偏差的修正参数,代入到实时时钟(Real Time Clock,RTC)的相关寄存器进行频率微调,实现节点时钟频率偏差的修正。通过与其他LoRa网络时间同步方法的对比实验,证明本文方法的可行性和实用性。(3)多信道同步组网方法研究。针对随机竞争时信道利用率低和网络面对干扰时鲁棒性不足的问题,提出多信道CSMA和TDMA混合接入机制和基于丢包率(Packet Loss Rate,PLR)的自适应速率(Adaptive Data Rate,ADR)调节机制。节点通过CSMA的方式接入控制信道,获得网关的信道资源分配和时间同步信息,然后以TDMA的方式接入相应的业务信道进行周期性的业务数据上报,避免数据冲突。本文以无线通信的丢包率、信噪比和接收信号强度作为LoRa网络链路质量的评估指标。根据周期性的链路预算估计作出相应调节,提高网络的鲁棒性,从而实现稳定可靠通信。使用MATLAB软件仿真,分析本文多信道CSMA和TDMA混合接入机制的网络吞吐量和平均通信时延,之后通过对比实验证明多信道同步组网的有效性。

关键词： LoRa 多信道网关多级时间同步同步组网

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复杂多目标优化问题的演化算法研究

复杂多目标优化问题的演化算法研究

作者：李良昊华中科技大学

学位级别：硕士

多目标优化问题是指同时优化多个目标的优化问题,广泛存在于现实生活和工业应用中,因此快速而有效地求解多目标优化问题在工业自动化和管理决策等领域有着重要的应用价值。随着工业的发展,多目标优化问题的复杂度也迅速增大,现有的各类... 详细信息

多目标优化问题是指同时优化多个目标的优化问题,广泛存在于现实生活和工业应用中,因此快速而有效地求解多目标优化问题在工业自动化和管理决策等领域有着重要的应用价值。随着工业的发展,多目标优化问题的复杂度也迅速增大,现有的各类算法难以满足实际需求,本文针对复杂多目标优化问题进行了研究。作为一种启发式随机搜索方法,演化算法近20多年来广泛应用于多目标优化问题。但是在处理一些复杂度相对较高的多目标优化问题时,现有的多目标演化算法难以达到令人满意的效果。如在处理高维多目标优化问题时,现有算法难以平衡种群多样性和收敛性,无法获得较好地逼近整个帕累托前沿面的解集;在处理大规模多目标优化问题时现有算法难以收敛,同时计算代价高昂以至于难以承受;在处理具有复杂帕累托解集的多目标优化问题时现有算法在迭代中容易产生大量冗余解,最终无法逼近整个帕累托前沿面。因此,针对这三类复杂度较高的多目标优化问题,本文对这些问题的难点进行了分析并提出了相应的基于演化算法的解决方案。主要研究成果和内容如下设计了一种基于子空间划分的演化算法来解决高维多目标优化问题。在分析高维多目标优化问题的难点和现有算法的局限性之后,使用了基于参考向量的子空间划分方式来平衡算法的收敛能力和多样性维持能力,并在其中采用了一种新的基于区域划分的繁殖池选择策略来保持种群的多样性。在测例集问题上的对比实验表明提出的算法相对于当前具有代表性的高维多目标优化算法有着显著优势。提出了一种基于问题重构的框架来加速大规模多目标优化。在综合分析几类大规模单目标和多目标优化方法的基础上,我们在该框架中使用两个方向向量来引导算法的搜索过程并舍弃了对决策变量进行分组。数据实验表明提出的框架能够显著提高各类算法在大规模多目标优化问题上的搜索效率并缩短计算时间。对于具有复杂帕累托解集的多目标优化问题,提出了一种基于流形学习的杂交限制策略来提升多目标演化算法的性能。基于机器学习中流形学习的思想,提出了一种利用目标空间中解集的结构信息的流形距离计算方法,并在此基础上设计了杂交限制策略。在标准测例问题上的实验证明,提出的方法能够显著减少演化算法中冗余子代解的产生,提高算法效率和性能。

关键词：多目标优化演化算法高维多目标优化大规模优化帕累托解集决策空间

基于MOEA/D的光伏最大功率点追踪问题研究

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信息技术与信息化 2018年第11期 229-233页

作者：李良昊华中科技大学自动化学院华中科技大学图像信息处理与智能控制教育部重点实验室湖北武汉430074

在光伏发电系统中,光伏电池的输出功率随着光照强度和温度会呈强烈的非线性变化,而光照强度和温度则会随着时间随机地发生变化,对于不同的光照强度和温度,光伏系统总存在着一个唯一的最大功率点。为了充分利用太阳能获取最大功率输出,... 详细信息

在光伏发电系统中,光伏电池的输出功率随着光照强度和温度会呈强烈的非线性变化,而光照强度和温度则会随着时间随机地发生变化,对于不同的光照强度和温度,光伏系统总存在着一个唯一的最大功率点。为了充分利用太阳能获取最大功率输出,最大功率点追踪(MPPT)在光伏发电系统中是很重要的一环。自光伏发电系统出现以来各种最大功率点追踪方法陆续出现,分别都有着各自的优点和不足。而近年来演化算法逐渐出现在人们的视野中并成为了关注的焦点,其中多目标演化算法由于具有隐含的并行特征,能够在一次模拟计算中得到多个解,因而成为了能够有效解决多目标优化问题的方法之一,在近年来得到了广泛的关注和研究。在本文中,利用基于分解的多目标进化算法(MOEA/D),提出了一种新型的最大功率点追踪算法,并通过数据试验和与当前常用的两种算法进行对比并对结果进行分析,验证了该算法的有效性和优越性。

关键词：多目标演化算法最大功率点追踪差分进化光伏发电多目标优化

典型工程中基于PPP模式的水环境综合治理分析与优化策略

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中阿科技论坛（中英文） 2021年第5期 29-31页

作者：段凤君李良昊李琦武汉三镇实业控股股份有限公司湖北武汉430000 武汉水资源发展投资有限公司湖北武汉430000

目前,PPP模式推广运用于城市生态环境建设已成为水环境综合整治发展的趋势。本文以黄孝河、机场河水环境整治二期为例,分析了国内水环境治理中运用PPP模式的可行性,并就提高运营能力、强化管理水平、强化绩效考核等提出了优化策略。

关键词： PPP模式水环境治理运营优化

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多变量时滞阻尼累加灰色模型及其应用

控制与决策 2024年第8期39卷 2703-2710页

作者：罗党李良帅华北水利水电大学数学与统计学院郑州450046 华北水利水电大学水利学院郑州450046

基于现实行为系统中存在的时滞效应和多变量灰色预测系统中需区分新旧信息及预测趋势不可控的情况,通过引入改进的阻尼累加生成算子与时滞系数,提出多变量时滞阻尼累加灰色模型(TLDAGM(1,N))及其扩展形式,模型理论上可达到与传统多变量... 详细信息

基于现实行为系统中存在的时滞效应和多变量灰色预测系统中需区分新旧信息及预测趋势不可控的情况,通过引入改进的阻尼累加生成算子与时滞系数,提出多变量时滞阻尼累加灰色模型(TLDAGM(1,N))及其扩展形式,模型理论上可达到与传统多变量灰色预测模型的兼容性;讨论模型的参数估计方式及求解方法,给出模型的参数优化方法及具体的建模步骤;将该模型应用于我国高新技术企业产值及河南省粮食产量预测问题中,并与传统多变量灰色预测模型进行比较.结果表明:所提模型的模拟精度和预测精度均显著优于传统多变量灰色预测模型,新模型能够较好地识别多变量行为系统数据中包含的时滞性、重要性及时间序列的趋势因素.实例分析的结果验证了所提模型的合理性、适用性和有效性.

关键词：时滞效应灰色预测系统新旧信息阻尼累加生成算子粮食产量预测

CORC电缆中超导带材在缠绕、弯曲和扭曲变形下的应变分析

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Acta Mechanica Sinica 2024年第4期40卷 38-48页

作者：彭昱昊苟晓凡 College of Mechanics and Materials Hohai UniversityNanjing211000China

CORC(conductor on round core)超导电缆是一种基于REBCO(rare-earth barium copper oxide)导体的高温超导电缆,已经成为迄今为止最灵活的高温超导(HTS)导体之一.然而,由于超导REBCO陶瓷材料的脆性,临界电流表现出敏感的应变依赖性,即... 详细信息

CORC(conductor on round core)超导电缆是一种基于REBCO(rare-earth barium copper oxide)导体的高温超导电缆,已经成为迄今为止最灵活的高温超导(HTS)导体之一.然而,由于超导REBCO陶瓷材料的脆性,临界电流表现出敏感的应变依赖性,即临界电流与应变密切相关.该材料的应变一旦超过临界值,就会引发明显的衰减.除此之外,由于带材缠绕和电缆绞合后的复杂变形,切实存在一个实际性的挑战,即如何准确预测电缆超导带材在各种变形下的轴向应变.在本文中,我们建立了分析模型,可以用来准确计算CORC电缆的超导带材在电缆内芯上缠绕、电缆弯曲和扭曲变形等实际条件下的轴向应变.并且通过比较分析结果与有限元数值结果和实验数据,验证了分析模型,即超导带的临界电流随CORC电缆的核心直径而变化.在轴向应变结果的基础上,进一步确定了临界参数,即超导层的轴向应变恰好达到临界应变时的参数,如临界核心直径、临界弯曲直径和临界绞距等.对CORC电缆中REBCO超导带材的应变分析研究将有助于CORC电缆的加工和进一步设计高水平的超导线圈和磁体.

关键词：临界电流高温超导电缆超导带材扭曲变形应变分析轴向应变超导线圈临界参数

盾构下穿桥梁桩基地层参数优化反演研究与应用

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水利水电技术(中英文) 2024年

作者：李良广州地铁集团有限公司

复杂地质条件下盾构下穿桥梁桩基施工时，地层关键参数的准确测定对于施工安全至关重要。已有方法存在环境扰动大、现场参数难以获取以及测定效率低、精度不足等局限性，针对这一问题，依托广州地铁12号线东湖岛-二沙桥段区间双线盾构... 详细信息

复杂地质条件下盾构下穿桥梁桩基施工时，地层关键参数的准确测定对于施工安全至关重要。已有方法存在环境扰动大、现场参数难以获取以及测定效率低、精度不足等局限性，针对这一问题，依托广州地铁12号线东湖岛-二沙桥段区间双线盾构隧道下穿桥梁桩基实际工程，提出了一种基于登山队优化算法（MTBO）的无损反演地层参数的智能优化方法。该方法采用FLAC3D数值模拟软件计算盾构下穿施工过程中的地表沉降，将模拟计算结果与实际监测得到的地表沉降数据进行对比，以对比误差构建MTBO算法中的目标函数。通过将地层参数设为优化变量，利用MTBO算法的高效全局计算能力，对目标函数进行迭代优化，直至找到使误差最小化的地层参数值，并将该方法成功应用于工程实例，结果表明，该智能优化方法在计算效率和计算精度上都有较大优势，能为复杂的岩体优化反演问题提供帮助；对于地质构造复杂的广州轨道交通12号线，在盾构隧道下穿桥梁桩基后，该方法反演出的弹性模量、粘聚力和内摩擦角值等关键地层参数与真实值较为接近，相对误差均小于14%，说明了该方法的工程适用性；该方法在工程实例中的计算耗时为22197s，极大缩减了工作耗时。本研究提出的无损反演地层参数的智能优化方法，有效提高了地层参数测定的效率和精度，为复杂地质条件下盾构隧道下穿桥梁桩基施工安全提供了保障，同时也为类似工程施工提供技术支撑和借鉴。

关键词：盾构隧道桥梁桩基参数反演登山队优化

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乡建与艺术设计的互动生成机制

中国农业资源与区划 2024年第7期045卷 86-86,98页

作者：李良箫大连工业大学

在乡村振兴的大背景下，深入探讨艺术设计如何更紧密地结合地域特色、体现当代审美，并通过创新手法重新诠释和塑造乡村风貌，已成为乡建与艺术设计互动生成亟待攻克的新课题。但审视当前乡建与艺术设计的互动现状，我们不难发现其中存...

在乡村振兴的大背景下，深入探讨艺术设计如何更紧密地结合地域特色、体现当代审美，并通过创新手法重新诠释和塑造乡村风貌，已成为乡建与艺术设计互动生成亟待攻克的新课题。但审视当前乡建与艺术设计的互动现状，我们不难发现其中存在几个显著问题。首先，艺术设计在融入乡村建设的过程中往往局限于美化村容村貌等外在层面，未能深入挖掘乡村文化资源的深层内涵和艺术价值，从而导致了“千村一面”的同质化现象。

关键词：

融合全局与局部细粒度特征的图相似度度量算法

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：车翔玖李良吉林大学计算机科学与技术学院

图相似度计算不仅是图相似度搜索的一个基本操作，而且在许多应用领域中发挥着重要作用，包括药物设计、程序分析和社会群体识别等。由于计算两个图之间的精确距离或相似度通常是一个非确定性多项式时间难解（NP-hard）问题，需要解决... 详细信息

图相似度计算不仅是图相似度搜索的一个基本操作，而且在许多应用领域中发挥着重要作用，包括药物设计、程序分析和社会群体识别等。由于计算两个图之间的精确距离或相似度通常是一个非确定性多项式时间难解（NP-hard）问题，需要解决精度和速度的权衡问题。本文提出了一种基于池化的图神经网络方法，有效地融合了两个图数据全局的粗粒度交互特征以及子图间节点的细粒度交互特征，在保证精度的前提下进一步降低计算量。实验结果表明，本文的方法在真实的图数据集上表现出良好的性能，相较于先前提出的方法，既提高了准确性，又提升了计算效率。

关键词：计算机应用技术图神经网络图相似度计算图池化图编辑距离