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基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度识别方法研究

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基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度识别方法研究

作者：冯雪健太原理工大学

学位级别：硕士

为了实现煤裂隙多尺度分布特征的高精度,高效率识别,开展基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度分布特性识别方法研究。利用工业CT扫描系统收集大量煤原始CT数字岩心信息阵列,将CT数字岩心信息阵列低损转换成二维灰度图像,再分割成不同... 详细信息

为了实现煤裂隙多尺度分布特征的高精度,高效率识别,开展基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度分布特性识别方法研究。利用工业CT扫描系统收集大量煤原始CT数字岩心信息阵列,将CT数字岩心信息阵列低损转换成二维灰度图像,再分割成不同尺度的正方形图像并将其图像亮度增强为不同级别作为训练样本,然后通过MATLAB平台实现了用于含CT裂隙图像识别的Alex Net、Res Net-18、Goog Le Net、Inception-V3四种模型的构建与模型参数的优化。研究在不同数量训练样本下不同模型训练的识别准确率与验证准确率;研究在相同训练样本下不同模型对于不同尺度和亮度图像的准确率、计算效率和训练时间,获得适用于计算含裂隙的二维CT图像的分形维数的最优模型,再按照计盒维数的统计方法,计算每张裂隙图像的分形分布特性,并与传统二值化方法和人眼识别方法相对比,验证了基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度分布特性识别方法的适用性。并在此基础上通过深度学习原理对CT图像裂隙骨架进行提取,并与传统的直接对二值化图像进行裂隙提取方法进行对比,验证了基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙骨架提取技术的适用性。结果表明:在煤样是高度100mm直径50mm的圆柱体,CT扫描实验的放大倍数是2.37倍,每层原始图像的平面大小是2000×2000像素点时,(1)Res Net-18模型在图片样本为亮度4(像素平均值为33164),尺度为3.5mm到21mm时是适用于计算含裂隙的二维CT图像的分形维数的最优模型,该模型计算二维CT裂隙图像的分形维数精度高,训练时间短。(2)基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度识别方法与传统二值化方法相比,识别连通性裂隙的速度快、精度高、不易受煤中杂质的影响。(3)提出的基于卷积神经网络原理的骨架提取方法与二值化骨架提取方法作对比,该方法不易受噪音的影响,且裂隙骨架明显更清晰。(4)Res Net-18模型在步长2,卷积核32*32像素时是适用于提取含裂隙的二维CT图像煤裂隙骨架的最优模型。

关键词： CT数字岩心深度学习分形维数煤裂隙多尺度

果园采摘作业平台液压底盘传动系统设计与研究

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果园采摘作业平台液压底盘传动系统设计与研究

作者：冯雪健山东交通学院

学位级别：硕士

目前果园种植业呈快速发展态势,果园机械化采摘作业效率亟待提高,我国现有果园采摘作业平台普遍使用机械与液力传动,存在能量利用率低、价格昂贵、维护不便等问题。为解决上述问题,研发设计液压传动果园采摘作业平台具有重要意义。全液... 详细信息

目前果园种植业呈快速发展态势,果园机械化采摘作业效率亟待提高,我国现有果园采摘作业平台普遍使用机械与液力传动,存在能量利用率低、价格昂贵、维护不便等问题。为解决上述问题,研发设计液压传动果园采摘作业平台具有重要意义。全液压自走式果园采摘作业平台主要是针对果园中果实全方位采摘而设计的,可以较好的辅助果农完成采摘收集的工作。本文根据果园采摘作业平台的技术指标,设计出液压传动系统,建立出行走系统和转向系统的数学模型,搭建了仿真模型并验证其合理性,考虑到可能会遇到车轮打滑情况,设计出模糊自抗扰控制对马达排量进行调节,控制车轮转速,达到防滑效果,主要研究内容如下:(1)设计了果园采摘作业平台底盘液压传动系统。分别设计了行走回路、冷却回路和转向回路,并组成液压传动系统总回路;根据力学计算推算出液压泵、液压马达和转向液压缸参数,保证设计的合理性;设计单定量泵-四变量马达的行走液压传动方案,和闭式容积调速回路,以及两轮转向和四轮转向可切换的转向系统,并对整体传动系统进行布置。(2)搭建果园采摘作业平台底盘液压传动系统模型。对行走系统中的液压泵、液压马达、分流集流阀、冲洗阀和转向系统中的转向液压缸分别进行数学建模,然后基于AMESim搭建出完整的液压传动系统,对搭建的传动系统进行了验证,并对硬土路面与沙石路面的起步、爬坡、转向和直行工况进行仿真,得到了行走系统可以平稳的在这两种路面直行,两轮驱动时最大爬坡度为24°,四轮驱动时最大爬坡度为33°,转向系统在两轮转向时最大转向角度为36°,最小转弯半径为3.5m,在四轮转向时为43°,最小转弯半径为3m,可以辅助行走系统正常行驶过S形弯道。(3)设计了果园采摘作业平台车轮防滑模糊自抗扰控制策略。推导出定量泵-变量马达组成的行走液压系统传递函数,分析出其中的扰动量为变量马达的内部变量,设计出扩张状态观测器对马达转速、转速误差进行观测;设计出非线性反馈对系统的扰动量进行补偿;设计出微分跟踪器,来解决行走系统对马达转速调节过程中产生超调和快速响应的问题,将三个模块连接组成完整的自抗扰控制器,结合果园采摘作业平台在不同路面上的运行情况,分别对路面附着系数为0.4、0.2和车轮悬空状况进行联合仿真验证,以马达的转速和车轮的滑转率为评价指标,分析出自抗扰控制器在附着系数为0.2和车轮悬空状态下对马达转速控制效果较差,且在车轮悬空时控制后的滑转率依然在0.2,并不能进行有效的防滑控制,所以在原有控制器中加入模糊控制实现扩张状态观测器中β,β,β的动态调节,组成模糊自抗扰控制器,对0.2和车轮悬空状况再次进行仿真并与自抗扰控制器作对比,结果表明模糊自抗扰控制器可以提高控制速度,并将车轮的滑转率稳定控制在0.05以内。

关键词：果园采摘作业平台液压传动系统四轮驱动模糊自抗扰控制车轮防滑

煤的非均匀势阱分布及其对甲烷吸附/解吸的影响

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煤炭学报 2023年第10期48卷 3818-3830页

作者：王金鑫周动冯雪健王梦露冯增朝太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024

为了研究煤的非均匀势阱分布及其对甲烷吸附/解吸过程的影响,在吸附科学和分子动力学理论基础上建立了非均匀势阱模型。该模型可以表征煤的吸附/解吸性能以及精确计算出煤体内不同势阱所对应的势阱数量。为了验证非均匀势阱模型对煤的吸... 详细信息

为了研究煤的非均匀势阱分布及其对甲烷吸附/解吸过程的影响,在吸附科学和分子动力学理论基础上建立了非均匀势阱模型。该模型可以表征煤的吸附/解吸性能以及精确计算出煤体内不同势阱所对应的势阱数量。为了验证非均匀势阱模型对煤的吸附/解吸性能方面的表征能力的准确性,将其与Langmuir模型分别对甲烷吸附/解吸过程进行拟合,再将拟合数据和等温吸附线的相关系数分别进行比较。结果表明,非均匀势阱模型在表征煤体的吸附/解吸性能方面更优。在研究煤体内的势阱分布时,发现煤在不同温度压力下对甲烷的吸附/解吸过程中,煤体内的势阱分布出现明显差异。在分析煤的势阱规律时,发现在吸附阶段煤体内的势阱数量比解吸阶段多,但解吸过程中煤的平均势阱深度比吸附过程大。并且平均势阱深度随着煤阶的降低而降低。在吸附阶段势阱数量集中在某个势阱深度的范围内,但在解吸阶段势阱数量的分布相较而言就更分散。在同一温度下,势阱数量随着煤阶的降低而减少。从势阱分布来看,在相同温度下,高煤阶煤的势阱分布方差明显比低煤阶煤的势阱分布方差要大得多。温度上升会使得平均势阱深度随着温度的升高而下降。对于同一煤阶而言,温度的变化对5~15 kJ/mol内的势阱深度影响更大,且这种现象在低阶煤中更为明显。研究发现,势阱深度较大的势阱更能抵抗温度变化对其产生的影响。在煤体加热或加压过程中,甲烷吸附/解吸率的非线性变化是由势阱的不均匀性引起的。

关键词：非均匀势阱煤甲烷吸附/解吸过程吸附/解吸能力

基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙分布识别研究

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煤炭科学技术 2023年第8期51卷 97-104页

作者：冯雪健沈永星周动王金鑫王梦露太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024

为了实现煤裂隙多尺度分布特征的高精度,高效率识别,开展基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度分布特性识别方法研究。利用工业CT扫描系统收集大量煤原始CT数字岩心信息阵列,将CT数字岩心信息阵列低损转换成二维灰度图像,再分割成不同尺度的正方形图像并将其图像亮度增强为不同级别作为训练样本,然后通过Matlab平台实现了用于含CT裂隙图像识别的AlexNet,ResNet-18,GoogLeNet,Inception-V3四种模型的构建与模型参数的优化。研究在不同数量训练样本下不同模型训练的识别准确率与验证准确率;研究在相同训练样本下不同模型对于不同尺度和亮度图像的准确率、计算效率和训练时间,获得适用于计算含裂隙的二维CT图像的分形维数的最优模型,再按照盒计维数的统计方法,计算每张裂隙图像的分形分布特性,并与传统二值化方法和人眼识别方法相对比,验证了基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度分布特性识别方法的适用性,结果表明:①ResNet-18模型在图片样本为亮度4,尺度为3.5~21 mm时是适用于计算含裂隙的二维CT图像的分形维数的最优模型,该模型计算二维CT裂隙图像的分形维数精度高,且训练时间短。②基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度识别方法与传统二值化方法相比,识别连通性裂隙的速度快、精度高、不易受煤中杂质的影响。

关键词：煤裂隙 CT数字岩心图像识别裂隙识别 CT扫描

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浅析大学生生命教育研究的理论依据

快乐阅读 2023年第3期 54-56页

作者：冯雪健渤海大学

大学生是未来社会发展的主力军,肩负着国家和民族的希望。如何加强大学生生命观教育,使其意识到生命的宝贵,学会尊重生命、珍惜生命和热爱生命,是我国素质教育面临的重大问题。

关键词：大学生生命教育素质教育热爱生命大学生生命观教育学会尊重珍惜生命理论依据主力军

基于Kriging近似模型的果园作业机车架结构参数优化设计

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中国农机化学报 2023年第11期44卷 93-101页

作者：邱绪云刘佳奇高琦宋裕民冯雪健山东交通学院汽车工程学院济南市250357

针对果园作业机质量较重、强度富余的问题,对某果园作业机车架结构参数进行以减轻质量、改善结构静力特性与模态特性为目标的优化设计。建立车架有限元模型,分析其在典型作业工况下的结构静力特性与结构模态特性,通过灵敏度分析方法选... 详细信息

针对果园作业机质量较重、强度富余的问题,对某果园作业机车架结构参数进行以减轻质量、改善结构静力特性与模态特性为目标的优化设计。建立车架有限元模型,分析其在典型作业工况下的结构静力特性与结构模态特性,通过灵敏度分析方法选出对车架的质量、结构静力特性和模态特性影响较大的结构参数作为设计变量,采用最优拉丁超立方实验设计法设计样本点,运用Kriging方法构建车架质量、最大应力、低阶固有频率的多目标优化系统的近似模型,综合多目标遗传算法与层次分析法对近似模型进行优化,得到最优解。结果表明:优化后的车架在满足结构静强度的同时,质量减小11.6%,1阶固有频率和2阶固有频率分别提高12.3%和7.2%,有效减小果园作业机自重,改善车架结构模态特性。

关键词：果园作业机车架灵敏度分析 Kriging近似模型多目标优化层次分析法

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浅析大学生生命教育的主要内容及必要性

快乐阅读 2023年第1期 109-111页

作者：冯雪健孙树桐渤海大学

“生命教育”一词最早由美国学者杰·唐纳·华特士(*** Walters)于1968年提出,主要探讨人的生长发育与生命健康,在世界范围内产生了极大的影响。20世纪90年代初,我国开始实施素质教育,倡导以人为本。2010年,生命教育正式被教育部写入《... 详细信息

“生命教育”一词最早由美国学者杰·唐纳·华特士(*** Walters)于1968年提出,主要探讨人的生长发育与生命健康,在世界范围内产生了极大的影响。20世纪90年代初,我国开始实施素质教育,倡导以人为本。2010年,生命教育正式被教育部写入《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》。2012年,人力资源和社会保障部中国就业培训技术指导中心推出职业培训课程,生命教育导师成为专门的职业。直至今日,生命教育已被社会上大多数人知晓,但其具体内容、特性和意义并不为大众所熟知。

关键词：大学生生命教育

三维无条件稳定五步局部一维时域有限差分方法研究

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三维无条件稳定五步局部一维时域有限差分方法研究

作者：冯雪健江苏大学

学位级别：硕士

由于时域有限差分(FDTD)方法在电磁计算时可以对所计算的电磁问题进行直观的描述并且易于编程仿真,使其已经成为电磁仿真计算领域一种重要的数值方法。然而,随着科学技术的发展对计算效率和精度的要求越来越高,在实际电磁仿真应用时,传... 详细信息

由于时域有限差分(FDTD)方法在电磁计算时可以对所计算的电磁问题进行直观的描述并且易于编程仿真,使其已经成为电磁仿真计算领域一种重要的数值方法。然而,随着科学技术的发展对计算效率和精度的要求越来越高,在实际电磁仿真应用时,传统FDTD方法由于受到Courant-Friedrich-Lewy(CFL)稳定性条件的限制,严重影响了方法的计算效率。因此,为了提高计算效率突破CFL稳定性条件限制,本文结合局部一维时域有限差分(LOD)的特点,研究了三维的不受CFL稳定性条件限制的无条件稳定五步局部一维时域有限差分方法——LOD5-FDTD方法。本文首先回顾和总结了LOD5-FDTD方法的研究进展,并在原LOD5-FDTD方法基础上给出了该方法在一般介质情形下的详细的数理推导过程并且还具体给出了电场分量和磁场分量的迭代公式,并基于无介质填充谐振腔和有部分介质填充谐振腔的谐振频率计算验证并分析了该方法的准确性和计算精度。随后,本文给出了基于LOD5-FDTD方法的单轴各向异性完全匹配层(UPML)吸收边界条件的推导、LOD5-FDTD方法中引入UPML吸收边界时的各个电磁场分量的具体迭代公式和迭代流程图。通过电偶极子算例分析了三维LOD5-UPML的相干误差并且通过分析正弦场的空间相位图进一步验证吸收边界的有效性。数值结果表明,UPML吸收边界的引入保持了LOD5-FDTD方法的无条件稳定性并有较好的吸收效率。最后,为了将该方法应用到电磁散射计算中,研究了基于LOD5-FDTD方法的连接边界条件。详细研究了连接边界的具体引入方法以及各个电磁场分量的连接边界处修正后的具体迭代公式。通过正弦场的空间幅值分布的算例验证了基于该方法的连接边界引入入射源的可行性,并保持了该方法的无条件稳定的特点。然后仿真计算了金属平板及金属球等典型目标的雷达散射截面(RCS),进一步验证了基于该方法的连接边界可行性和无条件稳定性。

关键词：时域有限差分方法局部一维时域有限差分方法 UPML吸收边界条件连接边界条件

基于波数分析的激光Lamb波缺陷检测试验研究

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机械工程学报 2018年第18期54卷 23-32页

作者：刘增华冯雪健陈洪磊何存富吴斌北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 北京工业大学北京市精密测控与仪器工程技术研究中心北京100124

Lamb波的频散和多模态特性,使得利用Lamb波信号的时域或频域特征实现缺陷的定量检测具有一定的困难。基于全光学型激光超声检测系统,采用波数分析方法对铝板中缺陷开展定量检测研究。脉冲激光在固定位置激励,连续激光一维线扫描接收,获... 详细信息

Lamb波的频散和多模态特性,使得利用Lamb波信号的时域或频域特征实现缺陷的定量检测具有一定的困难。基于全光学型激光超声检测系统,采用波数分析方法对铝板中缺陷开展定量检测研究。脉冲激光在固定位置激励,连续激光一维线扫描接收,获得时间-空间波场信号,Lamb波信号的传播特征以及Lamb波与缺陷之间的作用规律被直观的展现。采用二维傅里叶变换将波场信号从时间-空间域转换到频率-波数域,信号中包含的各模态可很好的识别出来。为保留空间信息,借鉴短时傅里叶变换的思想,采用短空间二维傅里叶变换得到沿扫描路径上波数的分布,从中可直观看出缺陷的位置和尺寸。进一步根据波数和频厚积之间的关系,可计算得到缺陷处铝板的厚度。试验结果表明:该方法有效实现了缺陷位置、大小以及深度的评估。

关键词：激光Lamb波连续小波变换二维傅里叶变换短空二维傅里叶变换波数