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基于MIKE21和SARIMA模型对巢湖不同水动力条件下水质时空分布研究

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基于MIKE21和SARIMA模型对巢湖不同水动力条件下水质时空分布研究

作者：马飞虎安徽建筑大学

学位级别：硕士

随着城市化进程和经济的快速发展,全球湖泊水环境面临的富营养化挑战日益严峻。而我国巢湖,太湖等大型湖泊也存在着不同程度的富营养化问题。秉持着绿色和可持续发展理念,保护巢湖水生态环境,改善巢湖富营养化问题并降低蓝藻爆发频率刻... 详细信息

随着城市化进程和经济的快速发展,全球湖泊水环境面临的富营养化挑战日益严峻。而我国巢湖,太湖等大型湖泊也存在着不同程度的富营养化问题。秉持着绿色和可持续发展理念,保护巢湖水生态环境,改善巢湖富营养化问题并降低蓝藻爆发频率刻不容缓。在改善巢湖水体富营养化问题中,控制污染源输入和实施水质改善工程措施双管齐下,才能尽早实现改善巢湖富营养化问题的目标。生态补水是一种常见改善湖泊水质的工程措施,本研究利用MIKE21软件建立巢湖水动力水质耦合模型,使用经验证后的模型探究不同典型年中生态补水对巢湖水动力和水质时空分布的影响。分析比较不同生态补水的效果与影响补水效果的因素,为确定最优的生态补水方案提供科学参考。针对MIKE21这类机理模型数据需求多,计算时间久的不足,结合MIKE21软件和季节性差分自回归移动平均模型(SARIMA)进行水质预测。使用云模型和模糊综合评价法对MIKE21水质模拟结果进行评价,客观地展示生态补水前后巢湖水环境质量情况,并比较不同评价方法的可靠性。主要研究内容和结果如下:1.利用MIKE21模型建立巢湖水动力模型探究生态补水对巢湖水动力的影响。结果表明,在三种典型年中,生态补水方案一和方案三增加了枯水年和平水年的入湖流量,提高了巢湖东半湖和巢湖闸上游区域的水流流速,这一现象在枯水年更显著。而方案二提高了白石天河入湖口区域和兆河补水流向白石天河这一路径区域的水流流速,但大幅降低了巢湖闸区域的流速。在丰水年中,入湖流量较大,方案一由白石天河与兆河双线补水能提高东半湖区域和巢湖闸上游的流速,而在方案三中,兆河单线补水且白石天河不再进水降低了东半湖区域和巢湖闸上游的流速。方案二中白石天河区域流速提升范围减小,且兆河补水流向白石天河路径区域流速变化小。2.使用MIKE21中的ECO-lab模块构建巢湖水动力水质耦合模型,研究不同生态补水方案对巢湖水质的时空分布影响。模拟结果显示,在方案一和方案三中,补水增加了巢湖闸的出湖水量,提高了巢湖闸上游区域水动力条件,降低了巢湖闸上游区域的污染物浓度,这一现象在枯水年表现最显著,丰水年表现最弱。在方案二中,巢湖经由白石天河出流,改善了白石天河入湖口区域的水动力,但降低了巢湖闸上游水动力条件,因此,白石天河入湖口区域污染物浓度会呈现降低趋势,而巢湖闸上游区域污染物浓度会呈现上升趋势。方案一和方案三对巢湖东半湖水质改善效果更显著,而方案二对巢湖中部和部分西半湖区域水质改善效果更佳。而在巢湖四个敏感区域中,不同生态补水方案对南淝河入湖口区域污染物浓度基本无影响,方案二对峔山岛和忠庙区域水质改善效果最显著,但会增加巢湖闸上游区域污染物浓度,方案一和方案三对饮用水水源地水质改善效果最佳且接近。3.通过结合MIKE21和SARIMA模型建立巢湖水质预测模型,实现快速预测生态补水后巢湖水质的目标。在对峔山岛区域的水质预测结果中,平均相对误差均小于20%且多数结果小于10%,表明MIKE21与SARIMA耦合模型的预测精度较高。4.使用云模型和模糊综合评价法对峔山岛区域水质进行水质评价,客观地描述生态补水前和生态补水后峔山岛区域的水质情况并比较不同水质评价方法的可靠性。结果显示,2017和2019年生态补水前巢湖水质评价等级均为Ⅴ类水,而在2020年中水质评价等级为Ⅳ类,表明巢湖水质呈现好转趋势。生态补水后巢湖水质评价结果与生态补水前相同,水质评价等级无明显变化,仅在2019年方案一中,水质评价等级呈现上升趋势。由云模型和模糊综合评价法的水质评价结果可知,云模型在不同典型年中的评价结果更加准确可靠,而模糊综合评价法会出现极端值。图 [46] 表 [25] 参 [85]

关键词：巢湖生态补水 MIKE21 SARIMA 云模型模糊综合评价

基于RFE-OPTUNA-XGBoost模型的高速公路逃费模式识别

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应用科学学报 2024年第5期42卷 857-870页

作者：马飞虎雷皓安孙翠羽罗佳洁华东交通大学交通运输工程学院江西南昌330013 江西省智能交通基础设施工程研究中心江西南昌330013

受经济利益驱动,中国高速公路逃费行为频繁发生。为此,该文选取了2020年某研究区域的脱敏通行数据,通过数据挖掘分析逃费车辆的行为特征,提出一种基于递归特征消除算法和OPTUNA优化框架的极限梯度提升树(recursive feature elimination-... 详细信息

受经济利益驱动,中国高速公路逃费行为频繁发生。为此,该文选取了2020年某研究区域的脱敏通行数据,通过数据挖掘分析逃费车辆的行为特征,提出一种基于递归特征消除算法和OPTUNA优化框架的极限梯度提升树(recursive feature elimination-OPTINAextreme gradient boosting,RFE-OPTUNA-XGBoost)的逃费模式识别模型,该识别模型准确率达到了0.945,各逃费方式的平均接受者操作特性曲线下面积值(area under curve,AUC)分别为:大车小标0.997、U/J型0.980、假绿通0.969、冲岗0.924。结果证明,基于RFE-OPTUNA-XGBoost的模型对于逃费模式识别的准确程度及各逃费模式的AUC值都更高。综上所述,提出的基于RFE-OPTUNA-XGBoost的高速公路逃费车辆逃费的识别模型能精准识别逃费模式。在实际应用中,对于高速公路管理部门展开稽查工作具有重大现实意义。

关键词：高速公路逃费模式识别数据挖掘机器学习

基于MIKE21研究生态补水对巢湖水质时空分布的影响

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环境污染与防治 2024年第4期46卷 463-470,477页

作者：黄明马飞虎匡武孙亚敏安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601 安徽建筑大学遥感与地理信息系统研究所安徽合肥230601 安徽省生态环境科学研究院安徽合肥230061 安徽省生态环境监测中心安徽合肥230061

选取引江济淮工程中引江济巢段的2条生态补水路线,设计3种生态补水方案:方案一为西兆线、菜巢线双线引入巢湖,经裕溪河巢湖闸流出;方案二为兆河单线引入巢湖,由白石天河的白山节制枢纽流出;方案三为生态补水经兆河单线进入巢湖,经裕溪... 详细信息

选取引江济淮工程中引江济巢段的2条生态补水路线,设计3种生态补水方案:方案一为西兆线、菜巢线双线引入巢湖,经裕溪河巢湖闸流出;方案二为兆河单线引入巢湖,由白石天河的白山节制枢纽流出;方案三为生态补水经兆河单线进入巢湖,经裕溪河巢湖闸流出。利用MIKE21软件建立巢湖水动力水质耦合模型,模拟巢湖水动力和水质时空变化过程及4个敏感区域(南淝河入湖口、峔山岛、忠庙和饮用水水源地)的水质改善效果。总体看来,方案二对南淝河入湖口、峔山岛、忠庙水质改善效果最优,而方案三使饮用水水源地总磷(TP)浓度降幅最大。方案二降低了峔山岛、忠庙区域蓝藻暴发的潜在风险,使总氮(TN)/TP分别从14.7、13.4降至7.4、4.0;方案三使饮用水水源地的TN/TP从10.0降至4.8,降低了饮用水水源地蓝藻暴发的潜在风险,但3个生态补水方案中南淝河入湖口区域的TN/TP均在15~20,表明蓝藻暴发风险依然较高。引江济巢工程对巢湖水环境改善有积极的效果,可以保证巢湖市饮用水水源地的水质安全,但由于西半湖的水动力环境未得到改善,蓝藻暴发的潜在风险依然较高,因此,要优化生态补水方案,并有效控制入湖河流流域的地表径流污染、农业面源污染及城市合流制系统的溢流污染。

关键词： MIKE21 生态补水水动力水质耦合模型

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碳还原制备氮化钒铁的成型工艺研究

铁合金 2024年第5期55卷 37-38,43页

作者：李强马飞虎胡晓宇中色(宁夏)东方集团有限公司宁夏石嘴山753099

介绍了通过正交试验,确定了五氧化二钒、石墨粉、还原铁粉混料后的成型工艺,混合物料成型率达到94%以上,成型料球经氮化烧结,产品组分含量满足FeV55N-B要求。

关键词：五氧化二钒石墨粉混料时间高压压球机

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基于“两化”融合钒氮合金生产增效节能降碳

铁合金 2024年第2期55卷 24-31页

作者：杨波陈国荣李强马飞虎中色(宁夏)东方集团有限公司宁夏石嘴山753000

为了解决钒氮合金生产中配混料系统不精准,产量低、能耗高,五氧化二钒单耗高,产品中钒含量不稳定,配碳比高及如何降低碳排放等问题,分析了物料配混料系统生产设备在系统中的执行能力,研究了推板窑砌筑技术、钒氮合金生产机理及推板窑设... 详细信息

为了解决钒氮合金生产中配混料系统不精准,产量低、能耗高,五氧化二钒单耗高,产品中钒含量不稳定,配碳比高及如何降低碳排放等问题,分析了物料配混料系统生产设备在系统中的执行能力,研究了推板窑砌筑技术、钒氮合金生产机理及推板窑设备还原氮化工艺曲线。结合物料特性及推板窑能耗,通过对原系统进行优化和生产系统过程控制,结合MES系统建设实现各生产工序间的横向及纵向信息集成以及实践验证确立推板窑参数的最佳运行区间,实现了生产过程精准控制,配碳比稳定控制在下限值,钒含量稳定在77.5%±0.1%,合理降低CO_(2)排放量,将推板窑能耗降幅53%,实现增效节能降碳。

关键词：钒氮合金五氧化二钒配混料系统工艺曲线 MES系统节能降碳

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接驳地铁的共享单车时空特征及影响因素研究

交通工程 2024年第8期24卷 75-82,94页

作者：孙翠羽肖婷王照康马飞虎谢天长华东交通大学交通运输工程学院南昌330013 江西通慧科技集团股份有限公司南昌330011

针对共享单车供需失衡、乱停乱放等问题,以深圳市为研究案例,结合POI、交通路网等多源大数据,从OD流量分布及时空模式分布两方面揭示地铁站区域共享单车的骑行时空特征,并构建多尺度地理加权回归模型探究城市不同建成环境对共享单车接... 详细信息

针对共享单车供需失衡、乱停乱放等问题,以深圳市为研究案例,结合POI、交通路网等多源大数据,从OD流量分布及时空模式分布两方面揭示地铁站区域共享单车的骑行时空特征,并构建多尺度地理加权回归模型探究城市不同建成环境对共享单车接驳量的影响机理。结果表明:OD流量分布与周边用地性质有关,且热点与冷点模式分别集中在市中心和郊区;公司企业、住宅小区、购物消费、休闲娱乐、医院、主干路、交叉口及公交站在各时段均对共享单车接驳量产生显著影响;各显著变量之间的空间尺度存在差异,具有不同的空间异质性。

关键词：共享单车接驳出行时空特征影响因素

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基于XGBoost改进模型的高速公路事故多发点鉴别及预测

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交通运输研究 2024年第3期10卷 66-74页

作者：马飞虎张玉玲宁玮谢天长王海玲华东交通大学交通运输工程学院江西南昌330013 江西通慧科技集团股份有限公司江西南昌330101

为准确、快速地预测高速公路事故多发路段,获得事故时空数据的特征样本,明确事故的时空演化规律及关联机制,根据时空热点分析结果鉴别事故多发点的位置和时空演变模式,构建了GA-XGBoost事故多发点预测组合模型。首先,依据样本数据分别... 详细信息

为准确、快速地预测高速公路事故多发路段,获得事故时空数据的特征样本,明确事故的时空演化规律及关联机制,根据时空热点分析结果鉴别事故多发点的位置和时空演变模式,构建了GA-XGBoost事故多发点预测组合模型。首先,依据样本数据分别构建年尺度、日尺度下的时空立方体,并进行热点分析,根据分析结果得到样本高速的事故多发点位置及其时空演化模式;经过比较分析和相关性检验,选取事故发生时间、里程、事件类型、处理时长、影响车道数、是否处于汇入口附近、是否节假日7项特征预测事故是否处于事故多发点。然后,分别使用CNN-LSTM、CNN-LSTM-ATT、随机森林、XGBoost模型4种算法对事故多发点进行预测,结果显示:相比其他3种,XGBoost模型的预测准确率最高。接着,采用遗传算法对XGBoost模型进行优化,构建了GA-XGBoost组合模型,使预测准确率提高0.06,F1分数提高0.07,精确率提高0.08。这表明,相比既有算法,GA-XGBoost模型能够较准确地预测出路段是否处于事故多发点,明确事故多发点事故的时空特征。最后,通过SHAP分析对预测结果进行解释,发现处于汇入口附近、事件类型为侧翻、故障、处于国庆假期和影响车道数为2的样本处于事故多发点的概率相比不处于汇入口附近和其他事故类型更大。据此,在交通安全和应急管理中可采取预防性措施,提升交通管理的效率和应急响应能力,营造安全、高效的交通环境。

关键词：事故多发点时空特征事故鉴别与预测 XGBoost 遗传算法时空立方体模型 SHAP解释