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基于卷积自编码神经网络的桥梁损伤识别研究

基于卷积自编码神经网络的桥梁损伤识别研究

作者：付茂森石家庄铁道大学

学位级别：硕士

桥梁是交通运输工程中的关键组成部分,对社会发展有着重大作用。但由于环境荷载的作用桥梁结构在运营阶段将会出现不同程度的损伤,进而影响使用,因此开展桥梁损伤研究对于维护桥梁运营安全具有重要意义。深度学习理论由于其深层网络结... 详细信息

桥梁是交通运输工程中的关键组成部分,对社会发展有着重大作用。但由于环境荷载的作用桥梁结构在运营阶段将会出现不同程度的损伤,进而影响使用,因此开展桥梁损伤研究对于维护桥梁运营安全具有重要意义。深度学习理论由于其深层网络结构对复杂问题的特征学习能力突出,因此成为了损伤识别领域的研究热点之一。近年来,深度学习方法在结构损伤识别领域已取得了成功的应用。本文基于深度学习领域中卷积自编码神经网络的方法,针对桥梁结构的损伤识别,主要研究内容如下:根据卷积自编码神经网络和桥梁损伤的特点,提出了一种基于卷积自编码神经网络的桥梁损伤识别方法,该方法利用Pycharm编辑器及深度学习框架Tensorflow将卷积神经网络与自编码神经网络相结合,以桥梁在外界激励作用下的加速度时程数据作为输入信息,以桥梁损伤位置和损伤深度为网络输出,通过卷积自编码神经网络逐层学习实现桥梁损伤特征提取与识别。在实验室环境下进行了桥梁损伤模型试验,利用割裂模型梁表面的方式来模拟桥梁不同程度的损伤工况,测试并提取了60种不同损伤工况的模型梁的加速度响应信号;并对模型桥梁的损伤工况进行了有限元数值仿真。结果表明:经归一化处理后,试验结果与有限元仿真结果吻合良好,可以作为卷积自编码神经网络模型输入的模型试验数据集和仿真数据集。开展了基于卷积自编码神经网络的桥梁损伤识别方法的研究,使用获取的损伤数据集作为卷积自编码神经网络的输入,以桥梁的损伤位置和损伤深度作为网络输出,通过对网络模型进行训练与测试,实现了对桥梁损伤工况的分类、单损伤和多损伤程度的预测,在此基础上探讨了激励位置、大小对识别结果的影响;结果表明:基于卷积自编码神经网络的损伤识别方法可以较好地识别桥梁各类损伤,特别是桥梁小损伤,具有更好的识别效果;该方法对激励位置和大小不敏感,对损伤结果的影响较小。综上所述,本文所提方法在识别桥梁小损伤、多损伤方面具有其他算法不可比拟的优势,可以为运营管理部门发现桥梁早期损伤进而有效制定维护、管养措施提供一定的参考,具有一定的应用前景。

关键词：桥梁损伤识别深度学习卷积自编码神经网络模型试验

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液体树脂版在平台机上的应用

印刷技术 1993年第10期 6-7页

作者：刘福义付茂森

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特征扩展的随机向量函数链神经网络

软件学报 2024年第6期35卷 2903-2922页

作者：龙茂森王士同江南大学人工智能与计算机学院江苏无锡214122

基于宽度学习的动态模糊推理系统(broad-learning-based dynamic fuzzy inference system,BL-DFIS)能自动构建出精简的模糊规则并获得良好的分类性能.然而,当遇到大型复杂的数据集时,BL-DFIS因会使用较多模糊规则来试图达到令人满意的... 详细信息

基于宽度学习的动态模糊推理系统(broad-learning-based dynamic fuzzy inference system,BL-DFIS)能自动构建出精简的模糊规则并获得良好的分类性能.然而,当遇到大型复杂的数据集时,BL-DFIS因会使用较多模糊规则来试图达到令人满意的识别精度,从而对其可解释性造成了不利影响.对此,提出一种兼顾分类性能和可解释性的模糊神经网络,将其称为特征扩展的随机向量函数链神经网络(FA-RVFLNN).在该网络中,一个以原始数据为输入的RVFLNN被作为主体结构,BL-DFIS则用作性能补充,这意味着FA-RVFLNN包含具有性能增强作用的直接链接.由于主体结构的增强节点使用Sigmoid激活函数,因此,其推理过程可借助一种模糊逻辑算子(I-OR)来解释.而且,具有明确含义的原始输入数据也有助于解释主体结构的推理规则.在直接链接的支撑下,FA-RVFLNN可利用增强节点、特征节点和模糊节点学到更丰富的有用信息.实验表明:FA-RVFLNN既减缓了主体结构RVFLNN中过多增强节点带来的“规则爆炸”问题,也提高了性能补充结构BL-DFIS的可解释性(平均模糊规则数降低了50%左右),在泛化性能和网络规模上仍具有竞争力.

关键词：宽度学习系统模糊推理系统特征扩展随机向量函数链神经网络(RVFLNN) Sigmoid激活函数可解释

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查旦湿地高寒草地牧草营养品质空间格局研究

长江科学院院报 2024年

作者：程学军廖茂昕付重庆张双印徐坚长江科学院空间信息技术研究所武汉市智慧流域工程技术研究中心

牧草产量和营养品质是合理载畜量的基础，对于畜牧业生产意义重大。本文基于当曲流域查旦湿地天然高寒草甸的野外调查数据和空间信息，结合实验室化验的牧草粗蛋白、中（酸）性洗涤纤维含量，分析牧草营养品质指标的空间分布，探究其在... 详细信息

牧草产量和营养品质是合理载畜量的基础，对于畜牧业生产意义重大。本文基于当曲流域查旦湿地天然高寒草甸的野外调查数据和空间信息，结合实验室化验的牧草粗蛋白、中（酸）性洗涤纤维含量，分析牧草营养品质指标的空间分布，探究其在土壤类型变化下的空间异质性。结果表明：粗蛋白含量在雏形土牧草中自南向北先递减后递增，最小值出现在32.90° N左右；中性洗涤纤维含量在高活性淋溶土牧草中自南向北先递增后递减，最大值出现在32.85° N左右；酸性洗涤纤维含量在雏形土牧草中自南向北先递增后递减，最大值出现在32.90° N左右。在高程4650～4850m之间，雏形土牧草中的粗蛋白含量与高程有着极其显著的正相关性(R2=0.61，p<0.01)；雏形土牧草中的酸性洗涤纤维含量与高程有着显著的负相关性(R2=0.43，p<0.05)。优质高寒牧草主要以32.90° N左右为最低点，自南向北呈U形分布；在高程4650～4850m之间，牧草营养品质与高程呈正相关。研究成果可以加深对于长江源高寒草地营养品质的认知，提高长江源高寒草地的合理利用水平，为畜牧业集约化、规模化、生态化、数字化发展提供辅助建议。

关键词：牧草营养品质高寒草甸粗蛋白中(酸)性洗涤纤维查旦湿地

基于分解和频域特征提取的多变量长时间序列预测模型

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计算机应用 2024年

作者：范艺扬张洋曾尚曾渝付茂栗中国科学院成都计算机应用研究所深圳市中钞科信金融科技有限公司中国科学院大学计算机科学与技术学院

针对现有基于Transformer的多变量长时预测模型主要从时域中提取特征，难以直接从长时间序列分散的时间点中找出可靠依赖关系的问题，提出了一种新的基于分解和频域特征提取的模型。首先提出了基于频域的周期项-趋势项分解的方法，降低... 详细信息

针对现有基于Transformer的多变量长时预测模型主要从时域中提取特征，难以直接从长时间序列分散的时间点中找出可靠依赖关系的问题，提出了一种新的基于分解和频域特征提取的模型。首先提出了基于频域的周期项-趋势项分解的方法，降低了分解过程的时间复杂度；其次在利用周期项-趋势项分解提取序列趋势性特征的基础上，利用基于Gabor变换进行频域特征提取的Transformer网络捕捉周期性的依赖，提高了预测的稳定性和鲁棒性。在5个基准数据集上进行了实验，结果显示，与现有先进的方法相比，所提出的模型在多变量长时间序列预测上的均方误差(MSE)平均减少7.4%，最高减少18.9%，表明所提模型有效提升了预测精度。

关键词：多变量长时间序列预测频域特征提取 Gabor变换 Transformer 时间序列深度学习

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三峡库区河流水体碳变化驱动力分析

长江科学院院报 2024年

作者：程学军付重庆肖潇张双印徐坚郑航廖茂昕武汉市智慧流域工程技术研究中心长江科学院空间信息技术应用研究所长江勘测规划设计研究有限责任公司

为探究流域景观特征对河流碳循环过程的影响，综合运用景观指数法、冗余分析(RDA)和Pearson相关性分析，分析长江三峡库区段景观因子对河流碳循环的影响。结果表明：长江三峡库区段土地利用和景观格局对水体溶解性碳浓度和水-气界面CO2... 详细信息

为探究流域景观特征对河流碳循环过程的影响，综合运用景观指数法、冗余分析(RDA)和Pearson相关性分析，分析长江三峡库区段景观因子对河流碳循环的影响。结果表明：长江三峡库区段土地利用和景观格局对水体溶解性碳浓度和水-气界面CO2、CH4通量影响最大的缓冲区尺度为1500m；1500m缓冲区内影响水体溶解性碳的关键变量有建筑用地和林地，影响水-气界面CO2和CH4通量的关键变量有建筑用地、林地、草地、耕地、裸地、香农多样性指数(SHDI)和斑块丰富度(PRD)。

关键词：土地利用景观指数温室气体溶解性无机碳溶解性有机碳缓冲区

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矿物微胶囊对水泥砂浆自修复性能的影响

复合材料学报 2024年

作者：易松戴茂森兰元姮任书霞孙国文石家庄铁道大学材料科学与工程学院

水泥基复合材料受多种物化因素的影响易开裂，从而影响其耐久性能。提升水泥基复合材料的裂缝自修复性能，是提高其耐久性和降低整个生命周期维护成本的关键。因此，基于结晶膨胀、储水释水、助剂补强三种功能特性，本文以复合膨胀剂、... 详细信息

水泥基复合材料受多种物化因素的影响易开裂，从而影响其耐久性能。提升水泥基复合材料的裂缝自修复性能，是提高其耐久性和降低整个生命周期维护成本的关键。因此，基于结晶膨胀、储水释水、助剂补强三种功能特性，本文以复合膨胀剂、Na-膨润土和滑石粉三种矿物为芯材，碱激发材料（水玻璃激发偏高岭土）为壁材，研发了一种集修复补强一体的全无机微胶囊型水泥基裂缝自修复材料。基于本征力学性能研究，以强度恢复率、裂缝宽度愈合率、裂缝面积修复率为评价指标，探究了微胶囊对水泥砂浆试件裂缝自修复效果的影响规律，通过微观测试分析了修复机理。结果表明，随着微胶囊掺量的增加，砂浆强度呈现先增加后减小的趋势；当其掺量为10%时，砂浆28d抗折和抗压强度最高，较空白组分别提高了6.17%和4.39%。同掺量下，二次养护28d强度恢复率达到了115.5%，35d时30条裂缝的平均面积修复率和归一化裂缝面积修复率分别为100%和72.3%，远高于空白组的55.3%和37.7%。XRD和SEM分析表明，二次养护条件下裂缝处生成了大量的Ca（OH）2、AFt、CaCO3、Mg3Ca(CO3)4以及C-S-H凝胶等微膨胀、高强、胶凝性好的水化产物，从而实现快速填充、修复裂缝和补强。

关键词：矿物微胶囊力学性能强度恢复率裂缝宽度愈合率裂缝面积修复率

面向余热回收的超临界CO_(2)动力循环高级[火用]分析

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西安交通大学学报 2024年第2期58卷 43-55页

作者：姜悦茂王顺森吴杰鹏颜晓江宋立明西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

针对常规[火用]分析方法不能揭示部件总[火用]损中那部分是由自身不可逆性造成的以及有多少可以通过优化而避免的问题,对面向余热回收的超临界CO_(2)动力循环进行了高级[火用]分析,找出[火用]损来源,探究部件真实提升潜能。首先,从热力... 详细信息

针对常规[火用]分析方法不能揭示部件总[火用]损中那部分是由自身不可逆性造成的以及有多少可以通过优化而避免的问题,对面向余热回收的超临界CO_(2)动力循环进行了高级[火用]分析,找出[火用]损来源,探究部件真实提升潜能。首先,从热力学、经济与紧凑性3个角度对回热式循环余热回收系统进行了多目标优化,进行了热经济与常规[火用]分析;继而,将每个部件的[火用]损细分为内源可避免、内源不可避免、外源可避免与外源不可避免4部分,进行了高级[火用]分析;最后,比较了常规[火用]与高级[火用]分析结果,揭示了常规[火用]分析方法的局限性。结果表明,经优化后系统净发电量、平准化度电成本与单位功率面积分别为6.24 MW、4.48美分/(kW·h)与0.19 m^(2)/kW;回热器总[火用]损率最高,约为36.7%。由于关键设备技术限制,系统极限[火用]效率相比理想工况低约7%,系统总[火用]损主要由部件自身不可逆性产生,其中有42.9%可通过部件改进而减少。在不同燃机工况下,透平具有最高的内源可避免[火用]损率。

关键词：余热回收超临界CO_(2)动力循环多目标优化热经济分析高级[火用]分析

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某商用车驾驶员区域H点舒适域评价分析

机械设计与制造 2024年

作者：胡明茂聂和愉付众铖洪波湖北汽车工业学院机械工程学院东风商用车技术中心

美国汽车工程师协会（SAE）所提出的适用于驾驶员座椅位置的布置并不能较好地适用于中国驾驶员。因此结合华中地区人体尺寸，拟合出适用于中国驾驶员的H点适意线，并结合视野范围对H点舒适范围进行了优化，利用JACK人机工程仿真软件得... 详细信息

美国汽车工程师协会（SAE）所提出的适用于驾驶员座椅位置的布置并不能较好地适用于中国驾驶员。因此结合华中地区人体尺寸，拟合出适用于中国驾驶员的H点适意线，并结合视野范围对H点舒适范围进行了优化，利用JACK人机工程仿真软件得出驾驶员在乘坐商用车座椅情况下的舒适性评分，结合G1赋权法分析和评价影响驾驶员乘驾舒适性因素。结果表明，优化后的H点舒适域对商用车驾驶员来说存在较好的乘驾体验，为后期驾驶室整体布置提供了一定理论基础。

关键词：人机工程学商用车 H点 JACK G1评价方法