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基于循环神经网络的雾霾浓度预测研究

基于循环神经网络的雾霾浓度预测研究

作者：孔维纹南京信息工程大学

学位级别：硕士

随着社会经济的发展,雾霾污染变的日益严重,对人们的生活造成了严重的影响。PM作为雾霾浓度数据中的主体,受到了学术界和工业界的广泛关注。目前已有大量的PM预测模型被提出。然而,PM的来源的多样性给准确的预测出其浓度值带来了挑战。... 详细信息

随着社会经济的发展,雾霾污染变的日益严重,对人们的生活造成了严重的影响。PM作为雾霾浓度数据中的主体,受到了学术界和工业界的广泛关注。目前已有大量的PM预测模型被提出。然而,PM的来源的多样性给准确的预测出其浓度值带来了挑战。不仅如此,雾霾污染数据具备线性化,差分化的特点,普通的预测方法无法兼顾这些特点,这也给雾霾预测带来了挑战。为此,本文从雾霾特征的角度出发,通过寻找各特征间的相关性和不同时刻下雾霾数据的差分性,建立可靠的预测网络。总而言之,本文主要工作如下:1.针对雾霾浓度数据具有高度相关性特征,本文提出了用于雾霾浓度预测的CDBGRU网络(Convent Dense Bidirectional Gate Recurrent Unit),提高了雾霾浓度预测的准确性。CDBGRU利用皮尔逊相关系数对原始雾霾浓度数据进行了相关系数计算,并挑选出与PM浓度最为相关的若干特征,减小了原始数据中冗余信息对预测精度的影响。其次,该网络利用1D卷积网络强大的特征提取能力,对筛选后的特征做了进一步的处理,不仅提升了模型的预测精度,同时还在一定程度上缩短了计算时间。最后,本文利用双向GRU的正向和反向预测能力,设计并完善本文网络。CDBGRU从特征处理入手,充分利用了特征之间的线性相关性,从而完成对PM更为精确的预测。实验通过与其他网络的预测精度对比,证明了CDBGRU在大多处场景中具有一定的预测准确性与稳定性。2.针对雾霾数据时序特征复杂的特点,本文提出了基于趋势变化的TSLSTM网络(Trend Supervised Long Short Time Memory),用于趋势监督下的雾霾浓度预测。在TSLSTM中,损失函数得到了足够的优化。其他方法仅局限于精度的预测,忽略了趋势变化带来的影响。而TSLSTM更注重于数据趋势的变化,并利用监测的趋势反监督于预测数据。不仅如此,本文还利用ARIMA的思想,将原始数据差分化,从而得到更为精确的趋势变化。随后,TSLSTM对LSTM单元进行了改进,使其透明化,更容易监督数据流向。同时,TSLSTM更改了LSTM的输入,使LSTM在训练过程中就可有意识的训练数据趋势,从而完成更为精准的预测。实验表明TSLSTM在不同时间间隔,不同地区雾霾数据的预测中都有良好的表现,证明了该网络的有效性与稳定性。本文将结合上述主要工作,从网络改进和趋势监督两个方向对当前的预测算法进行改进,提升预测精度,在雾霾浓度预测领域具有一定的实用价值和理论价值。

关键词：雾霾浓度预测时序预测长短期记忆网络趋势预测循环神经网络

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负泊松比内凹六边形蜂窝夹层板的吸声性能

复合材料学报 2024年第4期41卷 2157-2166页

作者：孔维凡付涛昆明理工大学机电工程学院昆明650500

为了改善传统蜂窝夹层板结构的吸声特性,提出了一种负泊松比内凹六边形蜂窝夹层板结构,该结构上面板为微穿孔板,夹芯层为负泊松比内凹六边形蜂窝,其由19个具有内延伸管的单元腔体谐振器构成。采用COMSOL仿真软件对负泊松比内凹六边形蜂... 详细信息

为了改善传统蜂窝夹层板结构的吸声特性,提出了一种负泊松比内凹六边形蜂窝夹层板结构,该结构上面板为微穿孔板,夹芯层为负泊松比内凹六边形蜂窝,其由19个具有内延伸管的单元腔体谐振器构成。采用COMSOL仿真软件对负泊松比内凹六边形蜂窝夹层板结构在500~950 Hz频率范围内进行吸声系数的计算,并运用B&K驻波管测量系统对仿真结果的有效性进行了验证。在保持负泊松比内凹六边形蜂窝胞元结构不变的前提下,研究了胞元参数对蜂窝夹层板结构吸声系数的影响,研究结果表明:当胞元倾角增大、内延伸管孔隙率减小、腔体壁厚减小时,结构的吸声性能增强;此外,腔体深度的增加和内延伸管管长的增加都会导致共振频率向更低频方向移动,其中腔体深度的改变更明显。在500~950 Hz频率范围内,该结构比传统蜂窝夹层板结构的平均吸声系数提升了5.64%,表明负泊松比内凹六边形蜂窝夹层板结构在低频范围内具有更优的吸声性能。

关键词：负泊松比吸声结构吸声系数夹层板腔体谐振器

仿蝴蝶弧形共振腔型声学超材料的低频宽带吸声性能

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复合材料学报 2024年第6期41卷 3290-3299页

作者：孔维凡付涛昆明理工大学机电工程学院昆明650500

针对目前亥姆霍兹共振器低频吸声效果不理想的问题,提出了一种仿蝴蝶弧形共振腔型声学超材料结构,将阶梯式圆孔引入亥姆霍兹共振器的颈管,同时改变传统的负泊松比内凹夹芯结构,使结构在不改变整体尺寸的前提下,有效地为吸声器提供低频... 详细信息

针对目前亥姆霍兹共振器低频吸声效果不理想的问题,提出了一种仿蝴蝶弧形共振腔型声学超材料结构,将阶梯式圆孔引入亥姆霍兹共振器的颈管,同时改变传统的负泊松比内凹夹芯结构,使结构在不改变整体尺寸的前提下,有效地为吸声器提供低频吸声所需的声阻抗,从而降低共振频率。利用有限元软件COMSOL 6.1对结构进行了仿真并通过驻波管吸声测试实验进行了验证,实验与仿真的结果具有较高的一致性。结果表明:仿蝴蝶弧形共振腔型声学超材料结构可以有效降低亥姆霍兹共振器的吸收峰值频率,使该结构在650~1050 Hz频率范围内有着优秀的吸声性能,平均吸声系数大于0.9,实现了对声波的准完美吸收。吸声结构在740 Hz共振吸收系数峰值为0.962509,此时结构的厚度仅为吸收峰频率对应波长的1/15,体现了其深亚波长尺寸的特征。当结构的高度为30 mm时,仍有一个较宽的吸声频带,带宽比为62%(吸声系数>0.5)。不同仿蝴蝶弧形负泊松比的胞元参数对吸声性能也有一定的影响,当弧形胞元的圆弧半径r为11.8 mm、阶梯式圆孔的阶梯数n为4及阶梯式圆孔管径da和管长la为试件尺寸时,可以使亥姆霍兹共振器在低频宽带条件下有着优秀的吸声性能。

关键词：阶梯式圆孔亥姆霍兹共振器仿蝴蝶弧形低频宽带吸声结构夹层板

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喷嘴结构细节对连续爆轰发动机掺混特性的影响

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航空动力学报 2024年第8期39卷 178-184页

作者：孔维鹏刘倩中国航天科技集团有限公司北京航天动力研究所北京100076 中国航天科技集团有限公司低温液体推进技术实验室北京100076

为研究不同喷嘴结构细节对气氢/气氧连续爆轰发动机冷态掺混特性的影响,采用商业软件Fluent对其冷态掺混流场进行了数值仿真研究。以环缝-喷孔式喷注结构为基础,设计了12种不同喷嘴结构的连续爆轰发动机,研究了在入口条件相同的情况下,... 详细信息

为研究不同喷嘴结构细节对气氢/气氧连续爆轰发动机冷态掺混特性的影响,采用商业软件Fluent对其冷态掺混流场进行了数值仿真研究。以环缝-喷孔式喷注结构为基础,设计了12种不同喷嘴结构的连续爆轰发动机,研究了在入口条件相同的情况下,不同气氧喷嘴出口扩张角、不同气氢喷注角度、不同气氢喷嘴出口扩张角以及单双侧喷注对掺混特性的影响。结果表明:气氧喷嘴出口扩张角在0°~20°范围内,掺混效果呈现先下降后上升的趋势,气氧喷嘴出口扩张角最佳值为20°;气氢喷注角度在30°~90°范围内,掺混效果呈现先上升后下降的趋势,气氢喷注角度最佳值为45°;在0°~10°范围内,增大气氢喷嘴出口扩张角使得掺混效果下降;气氢双侧喷注的掺混效果明显优于单侧喷注。

关键词：连续爆轰发动机气氢/气氧喷嘴结构冷态流场掺混特性数值仿真

Er:Sr_(5)(PO_(4))_(3)F透明陶瓷的制备和上转换光学性能

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硅酸盐学报 2024年第3期52卷 874-881页

作者：刘鑫纹梅炳初谭国龙武汉理工大学材料学院材料复合新技术国家重点实验室武汉430000

随着激光二极管朝着小型化和高度集成化目标的不断发展,包括Sr_(5)(PO_(4))_(3)F (S-FAP)在内的一些热管理性能一般的晶体材料开始重新进入研究者的视野。本研究采用共沉淀法合成了2%(摩尔分数) Er^(3+):S-FAP多晶纳米粉体,通过热压烧... 详细信息

随着激光二极管朝着小型化和高度集成化目标的不断发展,包括Sr_(5)(PO_(4))_(3)F (S-FAP)在内的一些热管理性能一般的晶体材料开始重新进入研究者的视野。本研究采用共沉淀法合成了2%(摩尔分数) Er^(3+):S-FAP多晶纳米粉体,通过热压烧结合成出光学性能优异的Er:S-FAP透明陶瓷,并对Er:S-FAP多晶纳米粉体和透明陶瓷进行了表征。结果表明:2%Er^(3+):S-FAP粉体和陶瓷的物相结构都符合六方晶系氟磷灰石结构,没有观察到异常杂质峰。2%Er^(3+):S-FAP粉体整体呈现出分散性优良的短棒状外观,其平均晶粒尺寸为(19.10±1.6) nm。对应陶瓷的平均晶粒尺寸为386.6±20.8 nm,断面和表面微观结构都呈现出均匀致密的特征。2%Er^(3+):S-FAP透明陶瓷在500 nm和1 000 nm波长处的线性光学透过率分别达到了66.14%和84.41%。Er^(3+)在S-FAP陶瓷中的主要的发射峰位于550 nm和661 nm,分别对应绿色光和红色光的发射,红绿光的上转换发光是由双光子吸收过程决定,最后陶瓷在550 nm波长位置的荧光寿命为2.1μs。

关键词：铒离子掺杂氟磷酸锶上转换性能光学性能透明陶瓷

王阳明“志”与“良知”关系新论——以“知与充与遇者,志也”为中心

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中国哲学史 2024年第4期 83-88页

作者：孔维鑫清华大学哲学系

阳明揭致良知前,“志”在地位和功能上类似于揭致良知后的“良知”。其中“知与充与遇者,志也,天聪明也”一句能够容许“志”具有分辨意念善恶的能力这种强解读,“天聪明”便是对“志能知意念善恶”能力的描述。弱一点的解读方式可以是... 详细信息

阳明揭致良知前,“志”在地位和功能上类似于揭致良知后的“良知”。其中“知与充与遇者,志也,天聪明也”一句能够容许“志”具有分辨意念善恶的能力这种强解读,“天聪明”便是对“志能知意念善恶”能力的描述。弱一点的解读方式可以是“志”结合着“是非之心”一并发挥了“自知”的功能,但认清私意的关键在于志切。其中的机制是“志”籍由其“指向至善性”来区分同已的和异已的意念,籍由其“持续实践性”不断地对于同己的意念便扩充之,对于异已的意念则遇制之。比拟一些学者将晚期“良知自知”解说为“情感主义”的,揭致良知前“志”的“自知”机制则可谓“意志主义”的。

关键词：王阳明志良知自知

从“兴观群怨”到“喜闻乐见” 道情文艺的历史功能与当代价值

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中国戏剧 2024年第7期 71-73页

作者：李佳纹北京语言大学首都国际文化研究基地

2023年7月到10月,我先后前往山西右玉、神池,甘肃环县,陕西延安、子长和清涧,考察道情在当地的保护和传承情况,并实地走访了道情演出的县剧团和民间艺术团,观摩演出,学习调研。道情作为国家级非物质文化遗产,是中华戏曲文化的有机组成... 详细信息

2023年7月到10月,我先后前往山西右玉、神池,甘肃环县,陕西延安、子长和清涧,考察道情在当地的保护和传承情况,并实地走访了道情演出的县剧团和民间艺术团,观摩演出,学习调研。道情作为国家级非物质文化遗产,是中华戏曲文化的有机组成部分。近年来,道情传承人和道情剧团坚持守正创新的原则,在传承古老道情剧目的同时,也在创排体现新时代价值观的新戏,受到当地人民群众的喜爱。但是,就目前的实际情况来看,道情仍存在着功能被矮化以及因受众群体年龄大、数量少导致的传播范围小等问题,道情艺术的传承和道情剧团的发展面临困境。

关键词：观摩演出兴观群怨道情中华戏曲传播范围受众群体陕西延安守正创新

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氢氧燃气发生器低频燃烧稳定性仿真分析

航空动力学报 2024年第8期39卷 145-153页

作者：张亚田原潘亮孔维鹏中国航天科技集团有限公司北京航天动力研究所北京100076 中国航天科技集团有限公司低温液体推进技术实验室北京100076

针对某氢氧火箭发动机燃气发生器热试车参数存在约200~230 Hz较明显脉动的现象,建立了低频燃烧稳定性仿真数学模型,来分析是否发生了燃烧时滞相关的极限循环低频不稳定燃烧。不同燃烧时滞、喷注器压降和燃烧室容积条件下的仿真结果显示... 详细信息

针对某氢氧火箭发动机燃气发生器热试车参数存在约200~230 Hz较明显脉动的现象,建立了低频燃烧稳定性仿真数学模型,来分析是否发生了燃烧时滞相关的极限循环低频不稳定燃烧。不同燃烧时滞、喷注器压降和燃烧室容积条件下的仿真结果显示:由燃烧时滞引起的低频不稳定燃烧频率显著低于试验结果,试验中低频脉动可能是受到了供应管路声学频率的扰动。进一步分析表明:决定燃烧系统稳定性的关键参数是燃烧时滞与燃气停留时间的比值,当该比值大于临界值时系统趋于不稳定,相反系统趋于稳定。基于仿真数据拟合形成了系统固有频率计算的半经验公式,系统固有频率随着燃烧时滞与燃气停留时间之和增大而降低。获取了在不同压降占比下的稳定边界,随着喷注器压降占比的增大,系统由稳定转为不稳定的燃烧时滞与燃气停留时间的临界比值越大。

关键词：液体火箭发动机低频燃烧稳定性燃气发生器固有频率稳定边界

基于自适应超螺旋观测器的空间机械臂鲁棒故障诊断

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系统工程与电子技术 2024年第4期46卷 1287-1296页

作者：高升张海龙张伟孔维国中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 航天器在轨故障诊断与维修重点实验室陕西西安710043

针对空间机械臂系统执行器鲁棒故障诊断问题,提出一种基于改进的自适应超螺旋观测器故障诊断方法。为抑制复杂空间环境引起的外部干扰对故障诊断结果的影响,在经典超螺旋观测器的基础上引入观测器参数自适应调整算法,同时解决观测器参... 详细信息

针对空间机械臂系统执行器鲁棒故障诊断问题,提出一种基于改进的自适应超螺旋观测器故障诊断方法。为抑制复杂空间环境引起的外部干扰对故障诊断结果的影响,在经典超螺旋观测器的基础上引入观测器参数自适应调整算法,同时解决观测器参数过估计问题与噪声扩展问题。此外,引入小于1的分数幂和线性比例项来提高观测器的平滑性和快速性,进一步改善故障诊断效果。基于Moreno-Lyapunov函数算法分析了观测器的有限时间稳定性,证明了观测器的估计误差可以在有限时间内收敛至包含原点的邻域内,提出残差生成方法并设计了基于自适应阈值的故障诊断策略。最后,结合小行星采样空间三连杆机械臂算例,通过仿真验证了所提方法的有效性。

关键词：空间机械臂执行器故障故障诊断残差信息自适应超螺旋观测器