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基于重点区域采样深度神经网络代理模型的可靠性分析方法

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工程力学 2024年

作者：李宁张孝航天津大学建筑工程学院滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学) 中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室(天津大学)

提出了一种自适应重点区域采样方法，通过建立深度神经网络代理模型，对结构可靠性进行评估。该自适应重点区域采样方法结合距离信息和概率分布信息，既可考虑极限状态面附近样本对结构可靠度存在较大影响，又可考虑样本空间全局概率分... 详细信息

提出了一种自适应重点区域采样方法，通过建立深度神经网络代理模型，对结构可靠性进行评估。该自适应重点区域采样方法结合距离信息和概率分布信息，既可考虑极限状态面附近样本对结构可靠度存在较大影响，又可考虑样本空间全局概率分布规律，从而协同局部搜索和全局探索的均衡。同时，为了避免采样点聚集导致的采样效率降低，提出了一种剔除候选点规则。最后，针对深度神经网络代理模型的特征，初始化采取均匀拉丁超立方实验设计，并给出可考虑深度神经网络预测结果有波动性的收敛准则，保证所提出算法收敛的鲁棒性。通过三个数值算例，验证本文方法在精度和效率方面均有较明显的优势。

关键词：结构可靠度自适应采样重点区域采样代理模型深度神经网络蒙特卡洛模拟

大模型辅助的大型海上风电场集电系统拓扑优化

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高电压技术 2024年第7期50卷 2894-2905页

作者：张孝顺李锦诚郭正勋东北大学信息科学与工程学院沈阳110819 东北大学佛山研究生创新学院佛山528311

集电系统拓扑优化是大型海上风电场规划建设的核心问题,本质上是一个涉及多约束、多目标的复杂混合整数优化问题。针对该问题,提出了一种基于大语言模型(large language model,LLM)辅助的大型海上风电场集电系统拓扑优化方法。首先,基... 详细信息

集电系统拓扑优化是大型海上风电场规划建设的核心问题,本质上是一个涉及多约束、多目标的复杂混合整数优化问题。针对该问题,提出了一种基于大语言模型(large language model,LLM)辅助的大型海上风电场集电系统拓扑优化方法。首先,基于大语言模型辅助对风电机组群进行聚类,通过链式提示法使LLM理解优化目标,并利用LLM将大型海上风电场分割为若干小型区域,以降低优化问题维度,提升求解速度和质量。然后,构建集电系统拓扑优化模型,基于混合整数线性规划求解器,获得海上风电场的最优集电系统拓扑设计方案。最后,利用1个含有75台风电机组的大型海上风电场系统进行方法性能验证,仿真结果表明:与传统优化技术相比,所提方法获得的聚类风机数量更加均衡,在考虑拓扑功率损耗的同时,生成的拓扑方案经济性最优。LLM在集电系统拓扑辅助优化中具有较高的有效性,为海上风电场集电系统拓扑设计优化提供了一种新思路。

关键词：大语言模型集电系统拓扑优化海上风电场混合整数线性规划聚类算法

高压电脉冲刺激对于热处理花岗岩影响的实验研究

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Journal of Central South University 2024年第5期31卷 1526-1541页

作者：尹土兵刘程辉庄登登李夕兵 School of Resources and Safety Engineering Central South UniversityChangsha 410083China Oulu Mining School University of OuluOulu FI-90014Finland

高压电脉冲技术作为一种环保、可控、高效的破碎坚硬岩石的方法,其潜在应用场景值得进一步深入发掘。本文研究了高压电脉冲诱导干热岩产生预损伤和劣化方法的效果。对热处理后花岗岩薄片试样施加了不同峰值电压的高压电脉冲刺激,探讨了... 详细信息

高压电脉冲技术作为一种环保、可控、高效的破碎坚硬岩石的方法,其潜在应用场景值得进一步深入发掘。本文研究了高压电脉冲诱导干热岩产生预损伤和劣化方法的效果。对热处理后花岗岩薄片试样施加了不同峰值电压的高压电脉冲刺激,探讨了高压电脉冲对于热处理花岗岩的影响。此外,还研究了初始温度对高压电脉冲刺激花岗岩的影响。结果表明:当外加峰值电压超过96 kV时,热处理花岗岩试样发生贯穿性的破裂,峰值电压越高,贯穿裂纹网络越复杂。当电压从96 kV增加到144kV时,花岗岩试样的微裂纹密度从8.63 mm/mm^(2)增加到13.26 mm/mm^(2)。随着热处理温度的升高,花岗岩发生电击穿的难度逐渐降低。在120 kV电脉冲放电刺激3次后,所有热处理温度高于400℃的花岗岩试样均能发生贯穿破裂。高压电脉冲刺激造成花岗岩产生的最大损伤发生在300~400℃的温度区间内。通过扫描电子显微镜观察到,随着试样处理温度的升高,内部孔隙和裂缝的发育情况逐渐加剧,孔隙大小、裂缝宽度和深度也随之增加。这项研究有望为建造干热岩人工储层提供新的见解。

关键词：干热岩高压电脉冲破岩技术温度断裂模式岩石结构

用于丙酮和苯系物检测的有机框架材料的合成及现场快速检测应用

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用于丙酮和苯系物检测的有机框架材料的合成及现场快速检测应用

作者：张孝琳东莞理工学院

学位级别：硕士

随着工业发展,汽车尾气、橡胶等工业副产品中的丙酮和苯系物作为常见的挥发性有机气体,会对环境和人体造成不可逆危害。目前,对于丙酮和苯系物的检测大多依赖于气相色谱等传统仪器,其具有精确度高等特点。然而,传统的仪器检测方式并不... 详细信息

随着工业发展,汽车尾气、橡胶等工业副产品中的丙酮和苯系物作为常见的挥发性有机气体,会对环境和人体造成不可逆危害。目前,对于丙酮和苯系物的检测大多依赖于气相色谱等传统仪器,其具有精确度高等特点。然而,传统的仪器检测方式并不适用于现场检测和实时检测。因此,便携式传感器的兴起解决了这些问题。其中,大多数基于电化学技术的便携式传感器被应用于现场检测丙酮和苯系物,这些电化学传感器虽然灵敏度高,但选择性却并不如意。为此,研究人员采用荧光检测技术解决现场检测过程中选择性差的问题,在众多荧光探针分子中,荧光有机框架材料因同时具备荧光材料高选择性、高灵敏度等的荧光特性和有机框架材料多孔、稳定以及易于吸附的优点在污染物检测方面具有一定潜力。因此,本文开发了基于荧光共价有机框架材料的便携式荧光检测装置实现对丙酮选择特异性检测和基于荧光金属有机框架材料的荧光传感阵列用于区分苯系物中的苯、甲苯以及间二甲苯。（1）合成了对丙酮有特异性响应的共价有机框架材料Dha Tab-COF-Eu IL,实验表明荧光探针分子在甲醇、乙醇、甲醛等常见的有机溶剂中对丙酮表现出来特异的荧光强度变化。选用了聚偏氟乙烯（PVDF）和聚乙烯醇（PVA）作为成膜粘合剂,采用物理包埋的方式掺杂荧光探针,通过在聚四氟乙烯的模板上采用溶液浇铸并烘干的方法得到荧光薄膜。对于荧光薄膜的现场检测结果分析,利用3D打印装置进行实时分析,装置采用记录荧光强度输出灰度值的方式采集数据,建立丙酮浓度与灰度值的线性关系。对于气态的丙酮含量的测定,PVA基荧光薄膜的检测浓度为6 ppm,即4.74 mg/m。对于溶液状态下丙酮含量的测定,PVDF基荧光薄膜检测浓度低至0.1%,并且检测时间仅有10 s。（2）合成了对苯、甲苯、二甲苯有特异性荧光响应的荧光染料@金属有机框架材料Rh B@MOF,通过调整掺杂的罗丹明B的浓度得到不同的Rh B@MOF。荧光光谱表明,Rh B@MOF同时具有主体镉基金属有机框架材料的荧光特性和客体染料罗丹明B的荧光特性。利用反应前后探针分子主客体荧光发射峰的相对荧光强度的变化,区别不同的苯、甲苯以及二甲苯。实验表明,五种Rh B@MOF中的三种在接触苯、甲苯、二甲苯后主客体荧光强度的比值表现出明显的差别,能够利用这种强度变化差异对苯、甲苯、间二甲苯进行检测和区分。实验表明,Rh B@MOF1、Rh B@MOF3、Rh B@MOF4三种Rh B@MOF材料可以构建荧光传感阵列,利用主成分分析可以用于区分苯、甲苯、间二甲苯的单一体系以及二元或三元的混合体系。

关键词：荧光检测有机框架材料丙酮苯系物便携式检测

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基于注汞法的液冷花岗岩微观特性实验研究

Journal of Central South University 2024年第1期31卷 169-181页

作者：尹土兵苏巨振庄登登李夕兵 School of Resources and Safety Engineering Central South UniversityChangsha 410083China Oulu Mining School University of OuluFI-90014 OuluFinland

在开采高温储层的过程中,微观特征变化重要影响深部热储层人工裂隙网络的建立。因此,研究该过程中微观特征的变化对深部地热能的安全高效开采具有重要意义。采用液体冷却(包括酸冷却和水冷却)处理高温花岗岩,模拟向高温储层注酸情况,以... 详细信息

在开采高温储层的过程中,微观特征变化重要影响深部热储层人工裂隙网络的建立。因此,研究该过程中微观特征的变化对深部地热能的安全高效开采具有重要意义。采用液体冷却(包括酸冷却和水冷却)处理高温花岗岩,模拟向高温储层注酸情况,以获取相应条件下的花岗岩试样。随后,使用扫描电子显微镜-能量散射谱(SEM-EDS)和高压注汞法对样品进行测试。SEM-EDS结果显示,水冷却几乎不会影响元素的组成,酸冷却导致氧、硅和金属元素减少。在两种情况下,都观察到了孔隙和裂缝的形成。此外,与水冷却相比,酸冷却的样品表面更加不平整、疏松和粗糙。注汞法测试结果显示,随着处理温度的升高,液冷花岗岩样品的孔隙率、孔隙体积和比表面积有增加,但分形维数呈相反的趋势。研究结果表明,与水冷却相比,酸冷却条件对花岗岩的腐蚀作用使各项参数的变化更加显著,在酸冷却过程中产生更多的孔隙,提供更好的运输空间,使孔隙结构的复杂性降低。在高温储层的地热能有效提取方面,酸冷却具有更大应用潜力。

关键词：孔隙结构微观结构液体冷却土酸溶液注汞法花岗岩分形理论

基于车载激光点云的高速公路边界提取方法研究

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基于车载激光点云的高速公路边界提取方法研究

作者：张孝恒重庆交通大学

学位级别：硕士

随着交通量的持续增长和交通运输对效率的不断追求,对现有高速公路进行改扩建已成为迫切需求。车载激光扫描技术凭借其高速、高精度的数据采集能力,在高速公路改扩建中显示出独特的优势。车载激光扫描系统收集的点云数据中包含了大量地... 详细信息

随着交通量的持续增长和交通运输对效率的不断追求,对现有高速公路进行改扩建已成为迫切需求。车载激光扫描技术凭借其高速、高精度的数据采集能力,在高速公路改扩建中显示出独特的优势。车载激光扫描系统收集的点云数据中包含了大量地面特征信息,这对数据的处理与分析构成了一定的挑战,从中高效、准确、完整地提取所需的道路边界信息具有跨领域应用的核心意义。本文致力于实现车载激光点云数据的高程精度优化与道路边界的自动化提取,主要研究内容如下:(1)本研究对车载激光点云数据进行预处理,以解决数据的复杂性、存在的噪声点以及后续处理效率低的问题。该预处理采用了高斯滤波、曲面拟合滤波、法向量滤波、形态学滤波等算法的结合去噪处理,同时利用八叉树的点云精简算法对车载激光点云进行了精简处理。实验结果表明在点云去噪处理中有效地去除了原始点云数据中的噪声,在对点云数据进行精简时既保留了点云的细节特征,又提高了后续高程校正与高速公路边界提取的效率和准确性。(2)本文在车载激光点云无靶标数据进行精度校正的情况下,提出一种车载激光点云高程精度优化方法,首先基于三次埃尔米特(Hemite)插值对控制测量得到的型值点进行插补处理,然后基于反距离权重(IDW)对插补后的型值点数据与车载点云数据的高程差值进行权重分配。实验结果显示,本文提出的高程校正算法,提高了车载激光点云数据的精度,达到高速公路改扩建精度要求的2cm,为后续高速公路边界提取的高程精度提供了保障。(3)针对当前在车载激光点云提取道路时普遍采用道路边沿点云高程差设定高差阈值提取的限制,本研究设计了一种针对无路沿情况下的车载激光点云高速公路边界提取算法。首先利用DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)密度聚类密度与反射强度滤波结合的方法对车载点云中的高速公路点云进行初步提取,接着利用Alpha Shape边缘检测算法对提取到的高速公路点云进行边界点提取,最后使用RANSAC(Random Sample Consensus)直线拟合的方法对高速公路边界点进行拟合,得到完整的高速公路边界。实验结果显示,本文提出的算法在高速公路边界提取方面的准确度、完整度和提取质量均高于95%。道路边界线的拟合平面距离均未超过3cm。

关键词：车载激光点云点云滤波高程校正高速公路边界提取

翻转课堂教学模式在中职学校《地理信息系统》课程中的应用研究

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翻转课堂教学模式在中职学校《地理信息系统》课程中的应用研究

作者：张孝琦山东师范大学

学位级别：硕士

在中国职业教育课程改革不断深入和移动互联网不断发展的背景下,让学习者掌握课堂主动权的翻转课堂教学模式受到来自教育界的持续关注。我国目前关于翻转课堂教学模式的研究已经较为全面,但是在中等职业教育中的研究还占比较少。在我国... 详细信息

在中国职业教育课程改革不断深入和移动互联网不断发展的背景下,让学习者掌握课堂主动权的翻转课堂教学模式受到来自教育界的持续关注。我国目前关于翻转课堂教学模式的研究已经较为全面,但是在中等职业教育中的研究还占比较少。在我国的职业教育体系中,中等职业教育承担着为制造业、现代农业和战略性新兴产业等发展提供技能型人才的作用,一直是职业教育中的重要一环。如何在职业教育课程改革的推动和教育信息化的发展下,提升学生的专业技术能力、学习能力和综合素质,已经成为目前中等职业教育学校的一项基础任务。因此,翻转课堂教学模式需要充分应用在中等职业院校的教学中。本研究基于文献研究法、问卷调查法、访谈调查法和行动研究法等方法展开。首先,对有关于翻转课堂教学模式的文献进行归纳整理,对国内外关于翻转课堂教学模式的进展进行总结,确定了研究思路;其次,采用问卷调查法对学生的基本情况、《地理信息系统》课程的教学现状以及学生对翻转课堂教学模式的接受度进行调查,用以发现该课程教学目前存在的问题以及实施翻转课堂模式的可行性,为后续研究提供现实依据。与此同时,对学校的教师进行了深度访谈,总结教学过程中存在的问题以及对实施翻转课堂教学模式的建议和态度。在以上研究的基础上,本研究设计了针对中职《地理信息系统》课程的翻转课堂教学模式,并应用在具体的教学实践中。通过将两个班级分为实验班和对照班的形式,在SPSS软件检验的基础上,对两个班的学期初和学期末的学生成绩进行差异性分析,并对实验班的学生开展第二次调查问卷研究,来验证翻转课堂教学模式的有效性。本研究通过对中职《地理信息系统》课程进行翻转课堂教学模式的设计和应用,发现翻转课堂教学模式不仅能够提高中职学生《地理信息系统》课程的学习成绩,而且对于学生学习兴趣的培养和提升也有显著帮助,并基于此提出了对中职《地理信息系统》课程翻转课堂教学模式的优化建议。最终得出以下结论:1.翻转课堂教学模式能够适应我国职业教育发展的需要以及职业学校中学生的发展需求;2.多类型的线上教学辅助平台对于翻转课堂教学模式在课堂中的应用起到了积极的促进作用;3.翻转课堂教学模式在中职《地理信息系统》课程中的应用效果良好。本研究对于促进教育信息化发展、优化中等职业学校教育教学路径、改进中职《地理信息系统》课程教学方法具有一定的参考意义。

关键词：翻转课堂教学模式中等职业教育地理信息系统