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面向轮轨参数测量的点云轮廓提取方法研究

面向轮轨参数测量的点云轮廓提取方法研究

作者：梁宏伟北京交通大学

学位级别：硕士

随着我国高速铁路迅速发展,高速铁路总里程已位居世界第一,我国已从大规模的铁路建设转变为长期安全运营阶段,因此,对列车运行状态进行监测从而保障铁路运行安全具有十分重要的意义。随着立体视觉研究的不断深入,点云数据的获取越来越... 详细信息

随着我国高速铁路迅速发展,高速铁路总里程已位居世界第一,我国已从大规模的铁路建设转变为长期安全运营阶段,因此,对列车运行状态进行监测从而保障铁路运行安全具有十分重要的意义。随着立体视觉研究的不断深入,点云数据的获取越来越准确高效,基于点云数据进行目标检测与测量成为研究热点。通过对目标点云轮廓信息的提取可以实现目标几何姿态的测量,但轮廓信息提取的精度对测量精度具有很大影响,因此本文主要对点云轮廓提取方法进行研究,并基于轮轨点云的轮廓信息实现参数测量,具体研究内容如下:(1)针对轮轨点云边缘点和非边缘点数量上的不平衡性以及边缘特征提取对邻域点的选取敏感的问题,提出了一种基于UNet++和注意力机制的点云边缘检测算法。该算法首次将图像领域UNet++网络应用于点云领域,增强了对细节特征的捕获能力;加入混合注意力机制,包括空间注意力和通道注意力,分别从空间位置的角度和特征通道的角度加强对边缘信息的感知能力;通过加权交叉熵损失函数加大边缘点对总损失的影响从而加强模型对边缘信息的学习能力。定性实验和对比实验结果表明,本文提出的模型在各个指标上都优于其他方法,并且对于稀疏点云和噪声点云的鲁棒性也更强。此外,通过消融实验证明了所提出各个模块的有效性。(2)针对多条边缘线交汇区域的轮廓信息检测不准确的问题,提出了一种基于局部邻域统计信息的点云边缘和角点联合检测算法。该算法首次对边缘检测和角点检测的联合任务进行研究,提出了一种基于点云局部邻域统计信息的轮廓特征表示方式,可以有效的对非轮廓区域、边缘区域和角点区域进行区分,并通过控制邻域点个数获得多尺度特征,将多尺度特征输入到一个简单紧凑的网络获得边缘和角点粗提取结果,最后将粗提取结果送入边缘-角点联合细化模块对两个任务的结果进行联合优化。定性实验和对比实验结果表明,本文提出的模型可以提取到更精确的边缘和角点。此外,消融实验也证明了所提出各个模块的有效性和参数设置的合理性。(3)针对铁路运行实时安全检测所要求的精度和速度问题,提出了一种轮轨关键结构检测及几何参数测量方法。首先针对缺乏有标注数据集的问题,构建了具有边缘标注和接触姿态参数标注的轮轨数据集,然后通过点云的轮廓提取算法对轮轨点云提取轮廓信息并基于轮廓信息获取关键结构,最后根据关键结构计算轮轨接触姿态参数实现参数测量任务。

关键词：点云轮廓提取轮轨接触姿态参数测量边缘检测角点检测

基于WA-PBM耦合模型的鼓泡塔内气液流动与传质过程的数值模拟研究

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基于WA-PBM耦合模型的鼓泡塔内气液流动与传质过程的数值模拟研究

作者：梁宏伟北京化工大学

学位级别：硕士

多年来,鼓泡塔由于其设备成本低,传质和传热效率高等特点,被广泛应用于石油、生物、冶金、环境等工业过程。但其内部气液两相流体力学行为及传递特性复杂,使鼓泡塔反应器的设计、放大与优化存在难点。因此构建高精度、高效率的数值模型... 详细信息

多年来,鼓泡塔由于其设备成本低,传质和传热效率高等特点,被广泛应用于石油、生物、冶金、环境等工业过程。但其内部气液两相流体力学行为及传递特性复杂,使鼓泡塔反应器的设计、放大与优化存在难点。因此构建高精度、高效率的数值模型,准确描述鼓泡塔内气泡与液体的流动及传质行为具有重要意义。本文首次采用Wray-Agarwal(WA)单方程湍流模型耦合群体平衡模型(Population Balance Model,PBM),考虑气液相间交互作用,构建鼓泡塔内气液流动及传质过程的三维计算流体力学模型(Computational Fluid Dynamics,CFD)对鼓泡塔内气液两相的流动与传质进行三维数值模拟,进而考察了出口边界条件、相间作用力模型、气液传质模型、操作条件等对气液流动与传质过程的影响规律,主要研究结果如下:(1)以鼓泡塔为研究对象,构建WA-PBM耦合模型,对其内部气液两相流动行为进行三维CFD模拟,通过18组数值试验研究了不同相间作用力模型对气液轴向速度的影响,并确定了最优相间作用力模型组合以及出口边界条件。在此基础上,对壁面润滑力模型系数进行优化,获得的液体轴向速度、湍动能、平均气泡直径和气泡羽摆动周期的CFD模拟值与实验结果吻合良好,平均偏差在20%以内。(2)将优化后的鼓泡塔内气液两相CFD模型,拓展至不同的鼓泡塔气液体系中,对不同操作条件下气液流动进行数值模拟,模拟所得的液体轴向速度与实验值吻合良好,误差在20%以内,表明该WA-PBM-相间作用力模型组合在鼓泡塔气液体系中的有效性。随表观气速增加,气液轴向速度增大,湍动能增大,气泡尺寸分布变宽,气泡的平均直径增大。(3)为探究鼓泡塔内气液流动传质耦合机理,在实验测量的基础上,进一步构建鼓泡塔内二氧化碳物理吸收过程的三维CFD模型,对比了不同传质模型下液相中CO质量分数的预测值与实验数据。研究结果表明,与其他两种模型相比,修正小涡传质模型的模拟值与实验值吻合最好,误差在±10%以内。在传质过程初期,体系的气含率及气泡直径低于无传质过程的50%。随着气量的增加,气含率、平均气泡直径、气液界面面积及传质系数均逐渐增大,但传质系数的增长幅度较小。随塔内液体初始高度的增大,气含率、气液界面面积、传质系数逐渐减小,当液面高度从0.4 m增大到1.2 m时,气液界面面积减小28%,体积传质系数减小43%。

关键词：鼓泡塔 WA-PBM耦合模型气液两相流相间作用力传质系数

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用复杂系统科学的“涌现”原理研究中医药学

中国科学基金 2024年

作者：梁宏伟曾科张辰宇南京大学人工智能生物医学研究院南京大学生命科学学院医药生物技术全国重点实验室中国药科大学生命科学与技术学院

中医药学将人体作为一个整体来考虑,在疾病治疗上展现了强大的疗效。然而,人作为一种复杂特性的生命体,是一个开放的复杂巨系统,体内各种不同层次的分子、细胞、组织、器官与系统相互作用,保持稳态,还与外部环境有着物质、能量、信息的... 详细信息

中医药学将人体作为一个整体来考虑,在疾病治疗上展现了强大的疗效。然而,人作为一种复杂特性的生命体,是一个开放的复杂巨系统,体内各种不同层次的分子、细胞、组织、器官与系统相互作用,保持稳态,还与外部环境有着物质、能量、信息的实时交换。现代医学尚无法系统地研究与认识其中不同层次相互作用,如何导致人整体变化与适应的规律,因此也不足以解释中医理论与概念。“涌现”是复杂巨系统的一个重要特征。高级别的层次或整体具备着低级别层次或组分所不具备的新属性,而且无法从低级别层次或组分的属性推断出更高级别层次或整体的属性。“涌现”原理在解决物理、化学等多个方面的复杂巨系统问题中,已经取得了斐然的成就。本论文旨在探讨应用“涌现”原理促进中医药研究的全过程,包括对象、方法、作用原理,这不仅能对中医药原理、理论的理解有促进作用,解决长期困扰学界的问题,更重要的是能够把中医药学体系的思维、方法和理念,与当代实验科学发现的人体不同层次组分相互作用的现象规律融合,发现生命现象与疾病的本质规律。

关键词：复杂系统科学涌现原理中医药学整体观念

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DCE-MRI对肝细胞癌的诊断价值

中文科技期刊数据库（引文版）医药卫生 2022年第11期 0269-0271页

作者：梁宏伟南通市第三人民医院江苏南通226006

分析DCE-MRI对肝细胞癌诊断的价值。方法按照对比诊断观察的方式开展探究,纳入2015年7月至2020年10月本院确诊肝细胞癌患者50例为作为观察组,选择同期本院接诊的肝良性肿瘤患者40例为对照组。两组患者均进行DCE-MRI检测,包括容积转移常... 详细信息

分析DCE-MRI对肝细胞癌诊断的价值。方法按照对比诊断观察的方式开展探究,纳入2015年7月至2020年10月本院确诊肝细胞癌患者50例为作为观察组,选择同期本院接诊的肝良性肿瘤患者40例为对照组。两组患者均进行DCE-MRI检测,包括容积转移常数(Ktrans)、速率常数(kep)、血管外细胞外间隙容积分数(ve)、增强曲线下初始面积(IAUC)。分析两组患者检测结果间差异。结果对比两组患者组内,病灶组织与正常组织在Ktrans、kep、ve、IAUC60,病灶组织与正常组织均存在有显著差异,P<0.05。对比观察组与对照组Ktrans、kep、ve、IAUC60,两组差异显著,P<0.05。结论在使用DCE-MRI技术对肝细胞癌患者进行诊断的过程中,与良性病灶相比,在Ktrans、kep、ve、IAUC60指标上存在有显著差异,可以为临床诊断提供重要依据,对于帮助患者迅速确诊存在有极为重要的作用,可以将DCE-MRI技术作为诊断肝细胞癌的方式之一。

关键词： DCE-MRI 肝细胞癌肝良性肿瘤

地下开采煤矿区新增补充耕地与煤矿开采相互影响分析:以龙岩市某地下开采煤矿为例

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中国矿业 2023年第12期32卷 65-72页

作者：梁宏伟福建省121地质大队福建龙岩364021

为了科学利用土地资源、平衡土地利用结构,有效保障粮食安全和能源资源安全,拟在某地下开采煤矿区地表适宜位置开展土地整治项目,新增数量和质量有保证的补充耕地。从两个方面对补充耕地开发利用与煤矿开采生产之间的相互影响关系进行分... 详细信息

为了科学利用土地资源、平衡土地利用结构,有效保障粮食安全和能源资源安全,拟在某地下开采煤矿区地表适宜位置开展土地整治项目,新增数量和质量有保证的补充耕地。从两个方面对补充耕地开发利用与煤矿开采生产之间的相互影响关系进行分析,并对补充耕地内农用地土壤污染风险进行评价,以此来论证在该地下开采煤矿局部地表区域新增补充耕地的可行性。研究结果表明:补充耕地范围在矿区资源储量开采范围之外,补充耕地下无煤矿巷道、无采空区,对矿区水文地质条件影响有限,且按照相关政策,煤矿企业仍可在原采矿权范围内办理延续变更等登记手续;煤矿企业按照有关规定和方案要求规范开采,一般不会发生地表塌陷现象,不会使周边土地利用格局发生明显改变,不会对灌溉水源造成影响;补充耕地内土壤样经化验测试,无超标现象,农用地土壤污染风险低。由此可知,在该地下开采煤矿区内地表适宜位置进行土地整治、新增补充耕地,有利于优化土地资源配置,可以为矿产资源开采利用与耕地开发保护协调发展提供借鉴。

关键词：土地整治土地资源配置资源安全土地利用结构

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双站纯方位空时软约束无迹粒子滤波算法

系统工程与电子技术 2023年第5期45卷 1261-1269页

作者：张宏伟中山大学航空航天学院广东深圳518107

针对双站纯方位机动目标跟踪中由信息不完全和非结构化测量环境导致的有界混合似然问题,提出空时软约束无迹粒子滤波算法。针对目标先验未知,利用光电经纬仪对极几何约束测量空间点,预测空间曲面中心计算转弯率;为覆盖多域似然,采用无... 详细信息

针对双站纯方位机动目标跟踪中由信息不完全和非结构化测量环境导致的有界混合似然问题,提出空时软约束无迹粒子滤波算法。针对目标先验未知,利用光电经纬仪对极几何约束测量空间点,预测空间曲面中心计算转弯率;为覆盖多域似然,采用无迹变换技术更新目标状态,引入模糊测度调制重要性函数;为保持估计方差维数不变性,根据狄拉克后验采样提取目标状态。仿真结果表明,对于典型的双站经纬仪跟踪空域点目标,相比于Rao-Blackwell多模型粒子滤波,提出算法的计算复杂度与单模型粒子滤波量级相当;相比约束辅助粒子滤波算法,提出算法的滤波精度提高了27%~41%。

关键词：双站纯方位跟踪机动目标有界混合似然空时软约束无迹粒子滤波

腹腔镜腹股沟疝修补术中应用不同补片治疗成人腹股沟疝的临床比较

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航空航天医学杂志 2022年第7期33卷 799-802页

作者：梁宏伟李青军渑池县人民医院河南三门峡472400

目的探讨腹腔镜腹股沟疝修补术(Laparoscopic Inguinal hernia repair,LIHR)中应用不同补片治疗成人腹股沟疝的临床效果。方法选择于2018年3月-2021年3月入院行LIHR术的成人腹股沟疝80例患者为研究对象,根据其补片材料的不同进行分组,其... 详细信息

目的探讨腹腔镜腹股沟疝修补术(Laparoscopic Inguinal hernia repair,LIHR)中应用不同补片治疗成人腹股沟疝的临床效果。方法选择于2018年3月-2021年3月入院行LIHR术的成人腹股沟疝80例患者为研究对象,根据其补片材料的不同进行分组,其中37例患者采用自固定聚丙烯/聚乳酸复合补片纳入复合组,43例患者采用聚丙烯补片纳入聚丙烯组。所有患者术后随访12个月。比较两组患者临床相关指标(手术时间、术中出血量、住院时间及下床时间)、术后各时间段疼痛水平,并发症发生情况、异物感及近远期复发情况。结果与聚丙烯组对比,复合组患者手术时间、住院时间及恢复活动时间更短,术中出血量更少(P0.05);与聚丙烯组对比,复合组患者出现异物感发生率更低(P<0.05)。结论LIHR术中使用自固定聚丙烯/聚乳酸复合补片有利于患者术后恢复,且相较于聚丙烯补片,疼痛更轻、并发症发生率更低。

关键词：腹腔镜腹股沟疝修补术补片腹股沟疝

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注塑机注射速度的模型预测控制及其仿真

合成树脂及塑料 2020年第1期37卷 77-80页

作者：梁宏伟刘海燕郑州铁路职业技术学院河南省郑州市450000

注塑过程具有随机性、非线性以及时变性等特点,常规比例积分微分控制方法很难使注射速度控制达到理想的效果,为此提出了一种基于模型预测的注射速度控制方法。首先介绍了注塑机注塑工作原理,分析了注射速度控制系统,并通过模型预测算法... 详细信息

注塑过程具有随机性、非线性以及时变性等特点,常规比例积分微分控制方法很难使注射速度控制达到理想的效果,为此提出了一种基于模型预测的注射速度控制方法。首先介绍了注塑机注塑工作原理,分析了注射速度控制系统,并通过模型预测算法得到当前采样时刻控制量以及下一时刻的控制量。仿真结果表明,基于模型预测的注射速度控制能够很好地跟踪快速变化的速度设定曲线,拥有较好的稳定性和抗干扰性。

关键词：注射速度比例积分微分模型预测仿真

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往复运动Y形密封圈温度场的研究

往复运动Y形密封圈温度场的研究

作者：梁宏伟内蒙古科技大学

学位级别：硕士

液压技术已成为各种机械传动和自动化控制系统的重要组成部分，广泛应用于工农业、国防等多个领域，其中密封圈作为液压系统中的重要元件，自身性能的好坏决定着整个机械系统能否正常运转，所以密封技术的发展能够推动机械行业的更好发... 详细信息

液压技术已成为各种机械传动和自动化控制系统的重要组成部分，广泛应用于工农业、国防等多个领域，其中密封圈作为液压系统中的重要元件，自身性能的好坏决定着整个机械系统能否正常运转，所以密封技术的发展能够推动机械行业的更好发展。本文基于实际钢厂举升液压缸Y形密封圈的失效，以及密封圈在各行业中的重要作用，分别从密封圈的密封原理、摩擦理论、实际工况、失效形式以及生热机理进行了分析，采用ANSYS有限元分析软件研究了密封圈温度场的分布。本文确立Y形密封圈为研究对象，介绍了液压密封圈的失效形式，并且给出了密封圈失效的两种判据，详细介绍了橡胶材料的超弹性理论和橡胶材料有限元本构模型，同时研究了有限元分析理论在传热学中的应用，为后续密封圈温度场的研究奠定了基础。根据有限元分析理论建立了密封圈在往复运动时的生热模型、传热模型以及热边界模型，研究了密封圈的生热问题，其生热的实质在于往复工作时密封材料分子间产生内摩擦以及密封圈面上的摩擦生热;其传热问题主要是考虑三大基本的传热方式进行了分析，同时研究了密封圈工作时其温度场的热边界条件。并且通过数学推导和分析，预测了密封圈在工作中的温度场可能出现的分布情况。采用有限元分析软件ANSYS12.0对橡胶密封圈做温度场研究，建立了密封圈的有限元模型，确定了密封圈温度场仿真的各个参数，且分别以内热源的形式对密封圈往复运动顺逆行程进行热分析，得到密封圈顺逆行程的温度场分布，通过分析确定了逆行程对密封圈的损耗比顺行程更大;同时采用控制单变量法分析了影响密封圈温升的因素（如速度、工作压力、损耗因子等）对其温度场的影响，即密封圈温度场随各影响因素的变化情况，得到密封圈在往复运动过程中其温度随着工作压力、往复运动速度的增大而增加，同时在密封圈设计选材时要尽可能选择损耗因子较小的橡胶材料。为降低密封圈往复运动过程中的温升，本文对Y形密封圈做了增加散热孔的结构优化，同时分析了结构优化的可行性;且使用ANSYS12.0有限元软件进行模型建立、温度场仿真分析，验证了结构优化的效果，从理论上可以降低密封圈的温升，改善其密封性能。

关键词：往复运动密封圈温度场