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基于CNN-BiGRU-Attention的短期电力负荷预测

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电气工程学报 2024年第1期19卷 344-350页

作者：任爽杨凯商继财祁继明魏翔宇蔡永根东北石油大学电气信息工程学院大庆163318

针对目前电力负荷数据随机性强,影响因素复杂,传统单一预测模型精度低的问题,结合卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)、双向门控循环单元(Bi-directional gated recurrent unit,BiGRU)以及注意力机制(Attention)在短期电... 详细信息

针对目前电力负荷数据随机性强,影响因素复杂,传统单一预测模型精度低的问题,结合卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)、双向门控循环单元(Bi-directional gated recurrent unit,BiGRU)以及注意力机制(Attention)在短期电力负荷预测上的不同优点,提出一种基于CNN-BiGRU-Attention的混合预测模型。该方法首先通过CNN对历史负荷和气象数据进行初步特征提取,然后利用BiGRU进一步挖掘特征数据间时序关联,再引入注意力机制,对BiGRU输出状态给与不同权重,强化关键特征,最后完成负荷预测。试验结果表明,该模型的平均绝对百分比误差(Mean absolute percentage error,MAPE)、均方根误差(Root mean square error,RMSE)、判定系数(R-square,R~2)分别为0.167%、0.057%、0.993,三项指标明显优于其他模型,具有更高的预测精度和稳定性,验证了模型在短期负荷预测中的优势。

关键词：卷积神经网络双向门控循环单元注意力机制短期电力负荷预测混合预测模型

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融合关系和结构编码的规则抽取与推理研究

华东师范大学学报(自然科学版) 2024年

作者：胡继米万卫兵程锋赵宇明上海工程技术大学电子电气工程学院上海交通大学自动化系

领域知识图谱拥有不完备性和语义复杂多样性的特点,从而导致其在规则抽取和选择问题上的不足,影响了其推理的能力.针对此问题,提出了一种融合关系和结构编码的规则抽取模型.通过提取目标子图中的关系和结构信息并进行特征编码,从而实现... 详细信息

领域知识图谱拥有不完备性和语义复杂多样性的特点,从而导致其在规则抽取和选择问题上的不足,影响了其推理的能力.针对此问题,提出了一种融合关系和结构编码的规则抽取模型.通过提取目标子图中的关系和结构信息并进行特征编码,从而实现了一种多维度的嵌入表达方法.设计了融合关系和结构信息的自注意力机制,使模型能够更好地捕捉输入序列中的依赖关系和局部结构信息,从而提升了模型对于上下文的理解和表达能力,进而解决了在语义复杂情况下规则的抽取和选择的问题.通过在真实汽车部件故障工业数据集和公共数据集的实验,表明了在链接预测与规则质量评估任务中,所提出的模型都有一定的提升(规则长度为3时, mean reciprocal rank (MRR)平均提升7.1个百分点, Hits@10平均提升了8.6个百分点;规则长度为2时, MRR平均提升了7.4个百分点, Hits@10平均提升了3.9个百分点),证实了关系和结构信息对于规则抽取与推理的有效性.

关键词：工业知识图谱规则抽取规则推理知识补全链接预测

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旋冲钻具凸轮-滚轮冲击机构工作特性分析

煤田地质与勘探 2024年第3期52卷 164-175页

作者：孙养清易先中万继方马健祺吴霁薇易军殷光品长江大学机械工程学院湖北荆州434023 湖北省智能油气钻采装备企校联合创新中心湖北荆州434000 中能建数字科技集团有限公司北京100044 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津300459 湖北佳业石油机械股份有限公司湖北荆州434000

旋冲钻具能有效提高深层、硬地层的破岩效率,具有广阔的应用前景。凸轮-滚轮是实现冲击动作的关键机构,但复杂多变的井下环境导致机构损伤严重,进而影响破岩效率。基于旋冲钻具多井次的试钻数据,建立凸轮-滚轮动力学模型,通过显式动力学... 详细信息

旋冲钻具能有效提高深层、硬地层的破岩效率,具有广阔的应用前景。凸轮-滚轮是实现冲击动作的关键机构,但复杂多变的井下环境导致机构损伤严重,进而影响破岩效率。基于旋冲钻具多井次的试钻数据,建立凸轮-滚轮动力学模型,通过显式动力学(Autodyn)分析不同冲程、转速、钻压下的工作特性,总结机构的形变特征提出优化方法。分析结果与试验数据和理论数值对比,验证了计算模型的准确性。结果表明:冲程增大可提高冲击效果,但高于10 mm冲程的滚子实际运动轨迹受钻速、滚轮尺寸、凸轮轮廓曲率影响其轨迹将变平缓。转速在9~18 rad/s时轴向加速度波动幅度较大,对钻具的稳定性具有一定影响。钻压增大凸轮内缘处形变特性明显,其形变量与钻压成正比,25 kN钻压下凸轮的形变量约是10 kN的2.6倍。凸轮齿顶、滚轮内缘处为易变形点,在齿顶处安装可换滚筒同时改变滚轮为鼓轮构型并对抛物线-直线-抛物线、2次多项式、摆线、7次多项式4类凸轮轮廓线型进行特性分析。选用摆线及7次多项式凸轮座轮廓和鼓轮可提高冲击效果,计算结果可为旋冲钻具设计提供参考依据。

关键词：旋冲破岩凸轮-滚轮动力学仿真冲击特性旋冲钻具

基于全阶模型的直驱风电机组多时间尺度等效惯量机理建模

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电力系统自动化 2024年第8期48卷 79-90页

作者：姜继恒鲁宗相乔颖李佳明程艳关逸飞汪挺电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学) 北京市100084 国网山东省电力公司电力科学研究院山东省济南市250003 国网山东省电力公司山东省济南市250000

构建风电机组的等效惯量模型是开展风电场暂态支撑定量分析与优化控制工作的关键基础,在转动惯量降低、频率特性劣化的高比例可再生能源电网场景下尤其关键。然而,现有模型研究往往结合分析目标侧重若干环节而未能建立全环节的完整模型... 详细信息

构建风电机组的等效惯量模型是开展风电场暂态支撑定量分析与优化控制工作的关键基础,在转动惯量降低、频率特性劣化的高比例可再生能源电网场景下尤其关键。然而,现有模型研究往往结合分析目标侧重若干环节而未能建立全环节的完整模型,也未能揭示不同时间尺度降阶模型与计算精度的关系。首先,以直驱风电机组为对象,在对比风电等效惯量与同步机惯量在机理和实现方式等方面差异的基础上,分析了机械、控制、电气等环节对风电等效惯量的动态影响,建立了风电机组的频率响应全阶模型。然后,基于奇异摄动理论推导了考虑不同时间尺度动态的等效惯量降阶模型,应用瓦西里耶娃理论推导了误差与模型时间尺度之间的关系。最后,采用电磁暂态仿真算例验证了全阶机理模型的有效性及不同降阶模型的精度水平。

关键词：风电机组等效惯量多时间尺度奇异摄动降阶模型瓦西里耶娃理论

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基于旋转光栅的超高分辨光谱仪集成设计

光学技术 2024年第3期50卷 309-314页

作者：傅伟杨照清薛萌郭汉明上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室上海200093

由于探测器具有像元数目的限制,宽波段和高分辨率难以同时满足。文章针对532nm激发波长,设计了一款同时具有宽波段、超高分辨的拉曼光谱仪。将整个光谱范围按照低波段最低分辨要求分成四个波段,并通过旋转光栅和旋转聚焦镜的方式,完成... 详细信息

由于探测器具有像元数目的限制,宽波段和高分辨率难以同时满足。文章针对532nm激发波长,设计了一款同时具有宽波段、超高分辨的拉曼光谱仪。将整个光谱范围按照低波段最低分辨要求分成四个波段,并通过旋转光栅和旋转聚焦镜的方式,完成了不同波段相互切换的集成化设计,实现了80~4000cm^(-1)宽波段范围,全波段1.2cm^(-1)超高分辨率的光学指标。考虑到探测器的较大体积尺寸,为避免元件发生干涉,该系统中元件之间具有足够的距离。相比于国内市场的同类产品,该光谱仪具有宽波段和超高分辨率的同时无需更换结构内部其他元件,在一定程度上节省了成本。

关键词：拉曼光谱仪旋转光栅波段切换高分辨率

滇中高原湖泊湖滨带土壤生态化学计量特征及影响因素研究

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环境科学与技术 2024年

作者：杨坤武尹鹏飞尹继清熊静贾雨欣张文翔云南省高校高原地表过程与环境变化重点实验室云南师范大学地理学部云南省高原地理过程与环境变化重点实验室

湖滨带是地球化学元素循环高度活跃且极易受环境变化与人类活动影响的敏感地带。通过对滇中湖泊杞麓湖湖滨带土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）含量的分析，结合冗余分析和结构方程模型等，研究了土壤生态化学计量的时空变化特征及其与土... 详细信息

湖滨带是地球化学元素循环高度活跃且极易受环境变化与人类活动影响的敏感地带。通过对滇中湖泊杞麓湖湖滨带土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）含量的分析，结合冗余分析和结构方程模型等，研究了土壤生态化学计量的时空变化特征及其与土壤理化性质间的耦合关系。结果表明，杞麓湖湖滨带土壤总有机碳（TOC）、总氮（TN）、总磷（TP）平均含量分别为31.97 g/kg、1.79 g/kg、1.01 g/kg。雨季土壤TOC、TN含量低于旱季，在湖滨带结构上均呈现水向带>消落带>陆向带的特征，且随土壤深度的增加而降低，TP时空差异不显著。土壤C:N、C:P和N:P平均值分别为23.08、41.38、2.10，表明湖滨带土壤有机质的分解速率较慢，释放有效磷的潜力大，植物生长易受到氮的限制，而磷的高含量将影响杞麓湖流域生态环境保护。土壤容重、含水率和黏土含量通过改变其C、N、P含量，进而影响土壤生态化学计量比。

关键词：生态化学计量湖滨带时空特征杞麓湖偏最小二乘法结构方程

采用样条曲面非轴对称端壁成型的高压涡轮动叶气动优化

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西安交通大学学报 2024年第3期58卷 38-48页

作者：王杰王政欧阳玉清陶志宋立明李军西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

为了提升高负荷涡轮级的气动效率,发展了基于样条曲面的非轴对称端壁造型方法。以该参数化造型方法为基础,结合高效智能优化算法和经过校核的数值仿真方法,建立了涡轮非轴对称端壁设计优化平台,并以某小展弦比高压涡轮级为研究对象,以... 详细信息

为了提升高负荷涡轮级的气动效率,发展了基于样条曲面的非轴对称端壁造型方法。以该参数化造型方法为基础,结合高效智能优化算法和经过校核的数值仿真方法,建立了涡轮非轴对称端壁设计优化平台,并以某小展弦比高压涡轮级为研究对象,以效率为优化目标,以流量为约束条件,在级环境和发动机工况下开展了非轴对称端壁优化设计。结果表明:优化设计后的涡轮动叶相对于参考设计,涡轮级的总总效率提升0.26%;非轴对称端壁造型改变了动叶下端壁附近的压力分布,动叶吸力面侧压力系数相对于参考设计显著提升,这降低了动叶叶片通道内的横向压力梯度,抑制了通道中的二次流动;非轴对称端壁造型改变了叶片通道中的涡系结构,相对于参考设计,非轴对称端壁造型使得马蹄涡压力面分支在叶片通道内部沿着叶片压力面迁移,在靠近通道出口的位置才汇入通道涡,这削弱了通道涡的强度,进而降低了气动损失,提高了涡轮级效率。

关键词：高压涡轮非轴对称端壁气动性能优化设计

基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 245-257页

作者：程继杰刘毅中国矿业大学(北京)人工智能学院北京100083

冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突... 详细信息

冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法:在煤矿井下巷道顶板、巷帮靠近顶板以及采掘工作面液压支架顶部或靠近顶部等位置多点布置带有补光灯的彩色双目摄像机,实时采集采掘工作面和巷道空间彩色图像和深度图像;以煤矿井下与灾害抛出煤岩有着鲜明颜色差别的生产设备作为背景,监测识别是否出现彩色图像颜色发生较大变化;如果掘进巷道端头、巷道中间、巷道入口,或回采工作面,或进风巷道入口、巷道中间,或回风巷道入口、巷道中间,或主运输、辅助运输大巷等位置彩色双目摄像机监测到图像颜色发生较大变化,则监测彩色图像平均亮度是否小于设定的亮度阈值;如果平均亮度小于设定的亮度阈值,则以与灾害抛出煤岩有鲜明颜色差别的生产设备为背景,监测深度图像是否发生较大变化;如果深度图像发生较大变化,那么监测导致深度图像发生较大变化物体的移动速度是否大于设定的速度阈值(v>13 m/s);当移动速度大于设定速度阈值时,利用多点布置的甲烷传感器监测监视区域内甲烷浓度,当采煤工作面、掘进工作面、进风巷道、回风巷道、总回风巷道等多个不同地点均监测到甲烷浓度大幅升高或达到报警值,那么进行煤与瓦斯突出报警,反之,则进行冲击地压报警。提出了彩色双目摄像机感知灾害最佳倾角的确定方法,以及导致深度图像发生较大变化物体移动速度的确定方法。在确保安全性的前提下,简化了灾害模拟试验,设计了一套煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出颜色和深度特征模拟试验装置:采用与煤岩颜色和比重相近的10 mm橡胶球替代灾害抛出煤岩;利用直径315 mmPVC管模拟煤矿井下巷道受限空间以及与抛出煤岩有着鲜明颜色差异的背景设备;利用轴流式高压鼓风机作为动力装置,进行模拟冲击地压和煤与瓦斯突出发生时大量煤岩抛出造成的采掘工作面和巷道空间颜色和深度异常特征;利用3.4 mm焦距、30FPS、71°×55°视场角的彩色双目摄像机,完成对整个灾害模拟过程的监视与彩色双目图像采集。研究分析表明,提出的方法可识别出灾害发生时颜色和深度特征,验证了基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法的可行性与有效性。

关键词：冲击地压煤与瓦斯突出颜色特征深度特征速度特征图像识别

基于时空路径匹配的城市轨道交通新型清分算法

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中国铁路 2024年第3期 118-124页

作者：马怀清杨德明深圳市地铁集团有限公司广东深圳518035 深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司广东深圳518057

大多城市选择传统的“分配型”模型对轨道客流进行清分,即按照既定固化比例进行清分,未充分考虑乘客和列车的实际运行状态,导致清分结果存在一定偏差。为进一步研究解决传统清分算法导致的偏差问题,提出基于时空路径匹配的客流清分模型... 详细信息

大多城市选择传统的“分配型”模型对轨道客流进行清分,即按照既定固化比例进行清分,未充分考虑乘客和列车的实际运行状态,导致清分结果存在一定偏差。为进一步研究解决传统清分算法导致的偏差问题,提出基于时空路径匹配的客流清分模型,基于乘客刷卡数据和列车实际运行ATS数据,对乘客个体OD出行过程进行全方案搜索,同时融合手机信令等多元大数据,实现乘客-列车的精准匹配。通过路网建模、乘车方案搜索与匹配,得出的客流清分结果,经采集手机信令数据进行分析验证,证明基于时空路径匹配的清分算法适用于轨道交通客流清分要求,可为轨道交通运营组织、客流调度、应急指挥等提供决策支持。

关键词：轨道交通清分模型时空路径匹配客流清分