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基于LSTM神经网络的岩质路堑边坡变形预测及预警研究

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基于LSTM神经网络的岩质路堑边坡变形预测及预警研究

作者：吕天乐重庆科技学院

学位级别：硕士

公路边坡稳定性受地层岩性、降雨、人类活动等多种因素影响,发生失稳破坏将直接危害交通安全,造成严重经济损失及不良社会影响。变形预测作为边坡失稳预报的基础环节,有着尤为重要的工程意义。本文以在建的山东济潍高速为依托工程,针对K... 详细信息

公路边坡稳定性受地层岩性、降雨、人类活动等多种因素影响,发生失稳破坏将直接危害交通安全,造成严重经济损失及不良社会影响。变形预测作为边坡失稳预报的基础环节,有着尤为重要的工程意义。本文以在建的山东济潍高速为依托工程,针对K55+150～K55+600岩质路堑边坡,采用数学建模和数值模拟方法,开展边坡变形监测系统设计、边坡变形预测和边坡失稳判据研究,构建岩质路堑边坡变形预测模型及监测预警系统。主要研究内容及取得成果如下:(1)设计公路边坡变形监测方案。首先,分析公路边坡失稳变形特征,详细阐述边坡变形监测系统设计原则和监测点布设原则;然后,根据边坡特征设计变形监测方案;最后,采用莱茵达准则处理原始变形监测数据,剔除奇异值,进行插值校正,为边坡变形预测模型提供更准确的数据集。(2)构建WD-IPSO-LSTM岩质路堑边坡变形组合预测模型。首先,依据时间序列特征选取3种神经网络模型和2种多步迭代策略,根据现场监测数据逐一分析各模型的预测效果;然后,引入改进粒子群算法(IPSO)对LSTM预测模型进行参数寻优,解决LSTM预测模型无法确定超参数的问题,通过测试函数验证了IPSO算法在寻优精度和寻优速度上的优越性;最后,在IPSO算法基础上引入小波分解构建组合预测模型。该模型融合小波分解(WD)的序列分解能力、粒子群算法(IPSO)的参数寻优能力和LSTM神经网络的非线性序列拟合能力。具体方法为:首先利用WD算法将边坡变形时间序列分解为近似序列和细节序列;然后利用IPSO算法对各子序列LSTM预测模型进行参数寻优;最后利用LSTM预测模型对各子序列进行建模,将各子序列预测值求和得到最终预测结果。(3)确定公路边坡变形预警分级标准并提出预警系统设计方案。利用ABAQUS软件进行仿真,基于强度折减法确定边坡安全系数,提取边坡各平台处折减系数与水平位移和垂直位移变化信息,确定边坡变形预警分级标准,提出边坡监测预警系统设计方案。(4)验证边坡变形预测模型。首先,通过依托工程边坡变形实测数据确定预测模型参数;然后,按照模型预测流程进行实验,验证WD-IPSO-LSTM组合预测模型在岩质路堑边坡变形预测中的效果和精度;最后,通过预测值和变形预警分级标准判断边坡预警级别。

关键词：公路边坡变形预测预警判据长短期记忆神经网络改进粒子群算法小波分解

基于电极位移的点焊飞溅量化评价与自适应控制研究

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中国机械工程 2022年第9期33卷 1025-1033页

作者：李欢吕天乐夏裕俊李永兵上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海200240

飞溅是电阻点焊过程中一种常见的缺陷,严重的飞溅会显著影响焊接质量。针对典型的异常工况,通过飞溅金属量化分析与飞溅骤停实验,发现电极位移信号突变量与飞溅金属总质量之间线性相关,且电极位移信号突变量与飞溅前后熔核厚度减少量基... 详细信息

飞溅是电阻点焊过程中一种常见的缺陷,严重的飞溅会显著影响焊接质量。针对典型的异常工况,通过飞溅金属量化分析与飞溅骤停实验,发现电极位移信号突变量与飞溅金属总质量之间线性相关,且电极位移信号突变量与飞溅前后熔核厚度减少量基本一致,因此电极位移信号突变量可以表征飞溅程度。在此基础上,提出了基于量化统计的点焊飞溅自适应控制策略,制定了以飞溅程度和飞溅概率为输入,以调幅系数、调幅时刻、调幅时长等电流调幅参数为输出的模糊控制策略,同时根据恒能量与恒功率补时策略确定了补时时长、补时电流等补时参数。使用两种强度的板材验证了该策略的效果。实验结果表明,与恒流焊接模式相比,该方法能有效抑制飞溅,减小压痕深度,增大熔核直径,与传统短时电流调幅策略相比,该方法减少了调幅次数和补时时间,有效提高了焊接效率。

关键词：电阻点焊位移信号异常工况自适应控制

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波动工况下点焊质量在线预测及模型解释

焊接学报 2022年第11期43卷 91-100,I0007,I0008页

作者：吕天乐齐苗苗闫德俊黎书华夏裕俊李永兵上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海航天设备制造总厂有限公司上海200245 中船黄埔文冲船舶有限公司广东省舰船先进焊接技术企业重点实验室广州510715

基于电阻点焊过程的多传感信号特征,面向多种板材组合建立焊点质量在线预测模型,研究了异常工况波动对四类机器学习回归模型的影响,分析了不同模型和输入变量对含异常工况试验数据集的适应性,并采用Shapley值、t-SNE等方法对波动工况下... 详细信息

基于电阻点焊过程的多传感信号特征,面向多种板材组合建立焊点质量在线预测模型,研究了异常工况波动对四类机器学习回归模型的影响,分析了不同模型和输入变量对含异常工况试验数据集的适应性,并采用Shapley值、t-SNE等方法对波动工况下的模型性能进行解释.结果表明,高斯过程回归模型和电阻+力信号具有最佳的熔核直径预测性能,焊接电流、热输入能量和电极位移峰值特征对于波动工况具有良好普适性.此外,异常工况引起的信号特征分布差异会显著影响回归预测模型的泛化性能,应尽量减少训练集与数据集差异以提高焊点质量预测的准确性.

关键词：电阻点焊波动工况多传感器融合质量在线检测机器学习

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面向个性化健康医疗的智能纺织品研究进展

纺织学报 2024年第1期45卷 240-249页

作者：董凯吕天梅盛非凡彭晓中国科学院北京纳米能源与系统研究所北京101400 中国科学院大学纳米科学与技术学院北京100049

为推进智能纺织品在个性化健康医疗体系中的深入研究和实际应用,推动当前以医院或诊所为中心的集中、被动式公共卫生医疗体系向未来以主动、预防、个性化、定制化和智能化为特征的新健康管理模式转变,首先介绍了智能纺织品的概念特征和... 详细信息

为推进智能纺织品在个性化健康医疗体系中的深入研究和实际应用,推动当前以医院或诊所为中心的集中、被动式公共卫生医疗体系向未来以主动、预防、个性化、定制化和智能化为特征的新健康管理模式转变,首先介绍了智能纺织品的概念特征和功能属性,然后针对主动传感机制,详述了常见智能纺织品的电响应原理及其制备方式和各自优缺点。其次,介绍了智能纺织品在个性化健康医疗系统中的潜在应用,主要涵盖了体征体态监测、智能化诊断、个性化治疗和辅助康复训练等健康管理方面。最后,针对个性化健康医疗智能纺织品迈向大规模应用道路中的关键性挑战,对其优先发展方向和潜在解决方案做出了展望。

关键词：智能纺织品健康医疗个性化应用监测与评估康复训练

1例脑梗死反复发作患者罕见血小板反应多样性的用药分析

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医药导报 2024年第6期43卷 982-986页

作者：吕天雅张怡韩勇武汉科技大学医学院武汉430065 武汉科技大学职业危害识别与控制湖北省重点实验室武汉430065 华中科技大学同济医学院附属协和医院药学部武汉430022 湖北省中医院武汉430061

目的通过分析1例脑梗死反复发作患者行规范抗血小板治疗后仍出现血小板反应多样性问题的治疗经过,为临床个体化制定抗血小板药物治疗方案提供借鉴。方法药师门诊结合病史回顾和事后随访,梳理患者疾病治疗过程和临床表现,依据最新的循证... 详细信息

目的通过分析1例脑梗死反复发作患者行规范抗血小板治疗后仍出现血小板反应多样性问题的治疗经过,为临床个体化制定抗血小板药物治疗方案提供借鉴。方法药师门诊结合病史回顾和事后随访,梳理患者疾病治疗过程和临床表现,依据最新的循证证据,结合血栓弹力图、血小板聚集试验、阿司匹林和氯吡格雷基因检测等分析判断其血小板反应多样性问题,对其实施个体化抗血小板药物治疗。结果通过药师门诊定期随访,评估该患者血小板反应性等指标良好,符合治疗预期。结论临床上为反复发作的缺血性脑卒中患者制定个体化抗血小板治疗方案时,应充分结合最新的循证证据对患者血小板反应多样性进行综合评估,依个体化原则制定治疗方案,并通过长期随访保障患者治疗全过程的有效性、安全性。

关键词：抗血小板治疗脑梗死血小板高反应性个体化治疗用药分析

飞秒激光仿生调控材料表面浸润性:当前进展与挑战(特邀)

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中国激光 2024年第1期51卷 161-241页

作者：雍佳乐吴东中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230026

特殊浸润性表面在众多应用领域都发挥着重要作用,因而它的制备不论是在基础科学研究领域还是在工程实际应用方面都具有重要意义。可加工材料广泛以及擅长微纳结构精细设计的优势使飞秒激光成为一种制备各种超浸润微结构表面的有效工具... 详细信息

特殊浸润性表面在众多应用领域都发挥着重要作用,因而它的制备不论是在基础科学研究领域还是在工程实际应用方面都具有重要意义。可加工材料广泛以及擅长微纳结构精细设计的优势使飞秒激光成为一种制备各种超浸润微结构表面的有效工具。本综述系统总结了飞秒激光微加工技术在调控材料表面浸润性方面的研究进展。基于飞秒激光对材料表面微纳结构的设计和改性,可以实现超亲水与超疏水性、超疏油性、水下超疏气与超亲气性、液体灌注超滑表面、水下超疏聚合物性、超疏液态金属性、可调黏滞性、各向异性浸润性、智能可调浸润性等一系列极端浸润性质。这些特殊的浸润性使得飞秒激光作用后的材料获得了一系列实际应用,如防水/防油/防气、自清洁、液滴操控、液体图案化、浮力增强、微小液滴/气泡释放、油水分离、水气分离、防结冰、防腐蚀、水下减阻、水雾收集、微流控、柔性电路/电子器件、细胞工程、生物医疗、海水淡化、表面增强拉曼散射等。最后,本文总结讨论了飞秒激光调控材料表面浸润性技术的突出优势以及当前所面临的挑战。

关键词：激光技术飞秒激光微纳加工浸润性超疏水

矿区生态监测的地理加权遥感生态指数构建及评价

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农业工程学报 2024年

作者：李子璇刘珺吕天王曼琦太原理工大学矿业工程学院

矿区生态是陆地生态系统的重要组成部分，准确监测矿区生态对保护生态环境、维持生态平衡具有重要意义。遥感技术为矿区生态监测提供了有效手段，针对遥感生态指数（remote sensing ecological index,RSEI）在矿区生态监测中存在监测精... 详细信息

矿区生态是陆地生态系统的重要组成部分，准确监测矿区生态对保护生态环境、维持生态平衡具有重要意义。遥感技术为矿区生态监测提供了有效手段，针对遥感生态指数（remote sensing ecological index,RSEI）在矿区生态监测中存在监测精度低、针对性弱和指标权重空间上均一化问题，该研究对RSEI进行了改进。首先，考虑矿区特殊的生态成因，在绿度、热度、湿度、干度的基础上加入煤尘污染因子构成矿区遥感生态指数；然后，利用地理加权主成分分析法确定各指标的空间权重，构建了地理加权遥感生态指数（geographically weighted-remote sensing ecological index,GWRSEI）；最后，以山西省大同煤田为例，基于多期遥感影像对GW-RSEI在矿区生态监测中的有效性、适用性进行了验证。结果表明：GW-RSEI能准确捕捉矿区大气中的煤尘污染，从整体和局部尺度实现了矿区生态的精准监测，有效提高了矿区生态监测的精度；地理加权主成分分析法能够明确表征矿区生态的空间异质性和生态环境变化的空间连续性；2000—2020年大同煤田的GW-RSEI均值分别为0.51、0.48、0.46、0.59、0.56，整体生态环境经历了先恶化后改善的过程，其东南部生态环境变化趋势与整体一致，而西北部生态环境呈现先改善后恶化的变化趋势。研究成果为准确监测矿区生态提供了一种更加科学、有效的方法。

关键词：生态监测遥感生态指数地理加权主成分分析矿区

植物重力感受:从淀粉体沉降到蛋白极性再定位

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科学通报 2024年第1期69卷 12-14页

作者：乐捷龙英强中国科学院植物研究所植物分子生理重点实验室北京100093 中国科学院大学北京100049

1880年Charles Darwin在The Power of Movement in Plants一书中曾详细记载对植物向性生长的观察结果,包括向重性、向光性、向水性等^([1]).重力是地球表面无时无刻不存在的一种环境因子,植物向重性生长是经过长期适应重力环境并演化形... 详细信息

1880年Charles Darwin在The Power of Movement in Plants一书中曾详细记载对植物向性生长的观察结果,包括向重性、向光性、向水性等^([1]).重力是地球表面无时无刻不存在的一种环境因子,植物向重性生长是经过长期适应重力环境并演化形成的植物生长和发育特性.

关键词：向光性向性重力感受地球表面环境因子向重性生长和发育

结合电子束辐照与压电压力波法空间电荷分布实时测量的空间电荷包迁移行为的研究

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物理学报 2024年第2期73卷 278-286页

作者：潘佳萍张冶文李俊吕天华郑飞虎同济大学电子与信息工程学院上海201804

空间电荷包现象是一种特殊的空间电荷现象,具体表现为空间电荷以包的形态沿着极化电场的方向进行迁移.目前针对空间电荷包现象的研究还存在一些不足,研究的对象通常集中在聚乙烯及其交联产物中的正极性空间电荷包.本文提出了一套用于负... 详细信息

空间电荷包现象是一种特殊的空间电荷现象,具体表现为空间电荷以包的形态沿着极化电场的方向进行迁移.目前针对空间电荷包现象的研究还存在一些不足,研究的对象通常集中在聚乙烯及其交联产物中的正极性空间电荷包.本文提出了一套用于负极性空间电荷包特性研究的一体化实验系统,可进行电子束辐照与压电压力波法空间电荷分布实时测量相结合的实验研究,并简要介绍了该系统的结构与功能.该系统适用于不同厚度范围的各类绝缘电介质样品在不同电场下的实验研究.本文使用该实验系统初步研究了在不同外加电场(15,20,2.5,30 kV/mm)下聚丙烯与聚甲基丙烯酸甲酯样品内负极性空间电荷包的迁移行为,并从实验结果中提取了负极性载流子;(电子)的迁移特性.聚丙烯与聚甲基丙烯酸甲酯样品中电子的迁移速率均存在随着电场的增加而减小的负微分迁移率现象,聚丙烯中该现象出现的阈值电场约为26.0 kV/mm,聚甲基丙烯酸甲酯中该现象出现的阈值电场约为19.5 kV/mm,消失的截止电场约为27.5 kV/mm.

关键词：绝缘聚合物空间电荷包电子束辐照载流子迁移率