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基于组合搜索方法的地下水DNAPLs污染溯源辨识研究

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基于组合搜索方法的地下水DNAPLs污染溯源辨识研究

作者：王梓博吉林大学

学位级别：硕士

石油类产品在生产和运输的过程中,由于意外事故或操作不当,常常发生泄漏,导致石油类有机污染物进入地下含水层中,对地下水造成污染。相比于轻非水相流体（Light non-aqueous phase liquids,LNAPLs）污染,重非水相流体（Dense non-aqueou... 详细信息

石油类产品在生产和运输的过程中,由于意外事故或操作不当,常常发生泄漏,导致石油类有机污染物进入地下含水层中,对地下水造成污染。相比于轻非水相流体（Light non-aqueous phase liquids,LNAPLs）污染,重非水相流体（Dense non-aqueous phase liquids,DNAPLs）污染常常更难修复,需要较长的修复时间和昂贵的修复费用,而且很难获得令人满意的修复效果。因此,制定合理高效的修复方案就显得尤为重要,而合理高效修复方案的设计则以了解和掌握地下水DNAPLs污染源的相关信息为前提。可见,地下水污染溯源辨识研究具有重要的实际意义。地下水污染溯源辨识,即为运用地下水水位和污染物浓度的现场实际监测数据,以及现场调查和专业经验等辅助信息,对地下水污染数学模拟模型进行反演求解,辨识确定出地下水污染源的相关信息,包括污染源的个数、位置和释放历史,其中释放历史即为污染物的释放强度随时间的变化过程。本次研究采取假想例子与实际例子相结合的方式开展研究。通过深度学习、集合卡尔曼滤波方法及优化方法等多种理论与方法的综合应用,对地下水DNAPLs污染溯源辨识研究前沿中尚待解决的科学问题开展创新性研究。先对假想例子开展研究,以验证本文所研究的理论和方法的有效性;然后再以吉林市某石油化工污染场地作为研究实例,开展实例研究,以考察本文所研究的理论和方法,应对和处理实际问题的能力。最终辨识确定出实际污染场地的地下水DNAPLs污染源信息和模拟模型中参数的取值。首先,根据污染场地的实际条件,对地质和水文地质条件进行概化处理,建立水文地质概念模型。在此基础上,建立实际污染场地的地下水DNAPLs污染多相流数值模拟模型。并对多相流数值模拟模型中的参数进行灵敏度分析,从中甄选出对模拟模型输出结果影响较为显著的参数,也就是灵敏度较高的模拟模型参数,连同污染源信息一起作为本次地下水DNAPLs污染溯源辨识研究的待识别变量。然后,分别采用两种浅层学习方法（克里格方法和核极限学习机方法）及两种深度学习方法（深度信念神经网络方法和深度残差神经网络方法）,建立多相流数值模拟模型的替代模型,并对四种替代模型的精度进行对比,以此分析出两种深度学习替代模型（深度信念神经网络替代模型和深度残差神经网络替代模型）的优势和适用性。然而,针对同一具体问题,不同替代模型的适用性和拟合能力常常有所不同。因此,为了取长补短,充分发挥不同单一深度学习替代模型各自的优势,本次研究探索应用集合卡尔曼滤波方法,将上述两种深度学习替代模型（深度信念神经网络替代模型和深度残差神经网络替代模型）进行加权组合,建立深度学习组合替代模型,并与各单一深度学习替代模型的精度进行对比,分析其优势和适用性。之后,分别单独采用集合卡尔曼滤波方法和优化方法,进行地下水DNAPLs污染溯源辨识。通过一个假想例子分析这两种方法各自的适用性及优缺点。其中,对于优化方法来说,本次研究探索对优化模型的求解算法加以改进,研究构建改进蝴蝶优化算法,以进一步提高优化模型的求解精度。在建立了地下水DNAPLs污染溯源辨识优化模型的基础上,为进一步提高优化模型的求解精度,本次研究对原有的蝴蝶优化算法加以改进,通过引入动态切换概率机制,构建改进蝴蝶优化算法,用于求解地下水DNAPLs污染溯源辨识的优化模型。通过一个假想例子分析改进蝴蝶优化算法的有效性。最后,根据集合卡尔曼滤波方法和优化方法各自的长处与不足,本次研究探索将二者相结合,取长补短,构建一种鲁棒性和实用性更强的组合搜索方法,进行地下水DNAPLs污染溯源辨识,以进一步提高辨识精度和成效。先采用集合卡尔曼滤波方法在各待识别变量的取值区间内进行快速地粗略搜索,以粗选出一组初步的待识别变量辨识结果,作为后续搜索过程的起步条件,为优化方法快速地提供一个更好的初始点。在此基础上,再采用优化方法进行精细化搜索,以优选出最终的待识别变量辨识结果。通过假想例子,将组合搜索方法与两种单一方法的辨识结果进行对比,分析其有效性。在验证了组合搜索方法的优势和成效的前提下,再将其应用于吉林市某石油化工污染场地,开展地下水DNAPLs污染溯源辨识的实例研究。最终辨识确定出实际污染场地的地下水DNAPLs污染源信息和模拟模型中参数的取值。基于以上研究,主要得出以下3点结论:（1）本次研究探索出了一种性能更好的组合替代模型建模方法——集合卡尔曼滤波方法。与两种浅层学习替代模型相比,两种深度学习替代模型对多相流数值模拟模型的逼近精度更高。而本次研究采用集合卡尔曼滤波方法对上述两种深度学习替代模型（深度信念神经网络替代模型和深度残差神经网络替代模型）进行组合,建立的深度学习组合替代模型,各项评价指标均优于单一的深度学习替代模型,整体上进一步提高了对复杂模拟模型的逼近精度和适用性。（2）本次研究通过对原有的蝴蝶优化算法加以改进,研究出了一种优化模型的有效解法——改进蝴蝶优化算

关键词： DNAPLs污染溯源辨识深度学习替代模型集合卡尔曼滤波改进蝴蝶优化算法组合搜索方法

狗枣猕猴桃果实发育过程中糖积累及相关酶活性的研究

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狗枣猕猴桃果实发育过程中糖积累及相关酶活性的研究

作者：王梓博延边大学

学位级别：硕士

果实中糖的种类、含量及其动态变化是果实品质形成的重要基础,也是研究的热点之一。狗枣猕猴桃深受人们喜爱,市场潜力很大,但目前基本处于野生状态,很少有规模化栽培,更谈不上对果实发育过程中糖积累方面的研究报道。为了探讨狗枣猕猴... 详细信息

果实中糖的种类、含量及其动态变化是果实品质形成的重要基础,也是研究的热点之一。狗枣猕猴桃深受人们喜爱,市场潜力很大,但目前基本处于野生状态,很少有规模化栽培,更谈不上对果实发育过程中糖积累方面的研究报道。为了探讨狗枣猕猴桃果实发育过程中糖积累机制,以长白山野生狗枣猕猴桃果实为试验材料,测定果实发育过程中糖含量变化、糖代谢相关酶活性变化及糖含量和相关酶活性的相互性进行了研究,试验结果如下:（1）成熟的狗枣猕猴桃果实以蔗糖积累为主,葡萄糖积累为辅,而果糖的积累较少。可见,狗枣猕猴桃果实属于蔗糖优势型果实。（2）蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合成酶在狗枣猕猴桃果实生长发育过程中,两者的活性变化明显,但变化的趋势有所不同。果实发育前期,蔗糖磷酸合成酶的活性较低,并且在7月31日下降达最低点,然后又迅速增加,在果实软化阶段增幅最明显。而蔗糖合成酶在果实发育初期活性较高且增加迅速,在7月17日达到峰值,然后迅速下降,在7月31日达活性最低点,然后又缓慢增加,在果实软化期活性增幅较大。酸性转化酶和中性转化酶在果实整个生长发育过程中活性较低且变化不大。随果实的生长发育,酸性转化酶的活性逐渐降低。在果实整个生长过程中,中性转化酶的活性一直较低,且变化幅度较小。（3）狗枣猕猴桃果实发育过程中,蔗糖磷酸合成酶与蔗糖之间表现为显著的正相关关系,并且蔗糖磷酸合成酶的增加点与蔗糖一致,且早于蔗糖。由此可知,果实蔗糖的积累与蔗糖磷酸合成酶的关系密切。在蔗糖累积过程中分解酶类物质,酸性转化酶和中性转化酶在果实整个生长发育过程中活性较低且变化不大,与蔗糖磷酸合成酶相比,其分解的作用较微弱,蔗糖的合成大于分解。通过本文的研究结果,不仅可以进一步了解狗枣猕猴桃果实中糖的积累机制,还可以调控、改善果实糖的积累过程,为提高果实品质和培育新品种提供科学依据。

关键词：狗枣猕猴桃果实糖组分蔗糖相关酶活性相关性

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地下水污染模拟模型的不确定性分析

中国环境科学 2022年第7期42卷 3224-3233页

作者：罗成明卢文喜王梓博常振波吉林大学地下水与资源环境教育部重点实验室吉林长春130012 吉林大学新能源与环境学院吉林长春130012

为同时分析源汇项和水文地质参数不确定性对地下水污染数值模拟模型输出结果的影响,以抚顺市某煤矸石堆放场为研究实例展开研究.首先以硫酸根离子作为模拟因子,建立该场地地下水污染数值模拟模型.然后,分别采用局部灵敏度分析和全局灵... 详细信息

为同时分析源汇项和水文地质参数不确定性对地下水污染数值模拟模型输出结果的影响,以抚顺市某煤矸石堆放场为研究实例展开研究.首先以硫酸根离子作为模拟因子,建立该场地地下水污染数值模拟模型.然后,分别采用局部灵敏度分析和全局灵敏度分析两种方法对模拟模型参数进行灵敏度分析并对比二者的结果,最终筛选出对模型输出结果影响较大的两个参数作为模型的随机参数.为减少反复调用模拟模型产生的计算负荷,分别对3口观测井应用克里格、核极限学习机、支持向量机和BP神经网络4种方法建立模拟模型的替代模型,根据这4种替代模型在不同井的拟合效果,为每口井优选出一个表现最好的替代模型,并利用优选出的替代模型完成蒙特卡洛随机模拟.最后,对随机模拟的结果进行统计分析与风险评估.结果表明,在置信度为80%时,1,2,3号三口井浓度的置信区间分别为:211.48~845.04mg/L,0~406.98mg/L,231.42~958.37mg/L.此外,依据《地下水质量标准》和各井的污染物浓度分布函数曲线得出:1号井和3号井的水质达标Ⅴ类水的概率分别为90.1%和93.1%,2号井达标Ⅲ类水的概率为80.7%,藉此为地下水资源管理和污染防治提供合理依据.

关键词：地下水污染随机模拟灵敏度分析替代模型不确定性分析风险评估

面向PyPI生态系统的漏洞影响范围细粒度评估方法

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软件学报 2023年

作者：王梓博贾相堃应凌云苏璞睿中国科学院软件研究所中国科学院大学奇安信技术研究院

Python语言的开放性和易用性使其成为最常用的编程语言之一.其形成的PyPI生态系统在为开发者提供便利的同时,也成为攻击者进行漏洞攻击的重要目标.在发现Python漏洞之后,如何准确、全面地评估漏洞影响范围是应对Python漏洞的关键.然而... 详细信息

Python语言的开放性和易用性使其成为最常用的编程语言之一.其形成的PyPI生态系统在为开发者提供便利的同时,也成为攻击者进行漏洞攻击的重要目标.在发现Python漏洞之后,如何准确、全面地评估漏洞影响范围是应对Python漏洞的关键.然而当前的Python漏洞影响范围评估方法主要依靠包粒度的依赖关系分析,会产生大量误报;现有的函数粒度的Python程序分析方法由于上下文不敏感等导致存在准确性问题,应用于实际的漏洞影响范围评估也会产生误报.提出一种基于静态分析的面向PyPI生态系统的漏洞影响范围评估方法 PyVul++.首先构建PyPI生态系统的索引,然后通过漏洞函数识别发现受漏洞影响的候选包,进一步通过漏洞触发条件验证漏洞包,实现函数粒度的漏洞影响范围评估. PyVul++改进了Python代码函数粒度的调用分析能力,在基于PyCG的测试集上的分析结果优于其他工具(精确率86.71%,召回率83.20%).通过PyVul++对10个Python CVE漏洞进行PyPI生态系统(385 855个包)影响范围评估,相比于pip-audit等工具发现了更多漏洞包且降低了误报.此外,在10个Python CVE漏洞影响范围评估实验中, PyVul++新发现了目前PyPI生态系统中仍有11个包存在引用未修复的漏洞函数的安全问题.

关键词： PyPI生态系统漏洞影响范围函数粒度评估静态分析

城市园区微网系统端对端能量交易技术研究现状与展望

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高电压技术 2022年第7期48卷 2453-2468页

作者：贾宏杰王梓博余晓丹穆云飞徐宪东王萧宇天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072

随着分布式能源(distributed energy resources,DERs)以及需求侧柔性资源的广泛应用,城市园区微网系统(urban community microgrid system,UCMS)的架构、形态和运行方式将发生根本性改变,终端用户在微网中的身份将从传统的消费者转变为... 详细信息

随着分布式能源(distributed energy resources,DERs)以及需求侧柔性资源的广泛应用,城市园区微网系统(urban community microgrid system,UCMS)的架构、形态和运行方式将发生根本性改变,终端用户在微网中的身份将从传统的消费者转变为兼具能量生产与消费能力的产消者。通过建立端对端(peer-to-peer,P2P)能量交易机制,各个产消者之间可以在市场的引导下实现能量资源的协调优化,有效提升经济效益、供需平衡以及可再生能源就地消纳等UCMS全局效用。为此,分别从交易机制、运营策略以及建模分析3个角度,对城市园区微网系统P2P能量交易技术的研究现状进行了分析,希望能够对未来UCMS市场化运营提供一定的思考和借鉴。

关键词：城市园区微网系统端对端能量交易交易机制运营策略市场建模

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GIS中盆式绝缘子表面放电特性研究

高压电器 2013年第8期49卷 56-59,67页

作者：王梓博华北电力大学保定071003

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)在电力系统中占有重要地位,盆式绝缘子是GIS内部重要的部件,文章主要对其表面的放电特性进行了研究和探索。主要采用紫外成像技术、超声波检测技术和脉冲电流法对其整个放电过程进行了检... 详细信息

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)在电力系统中占有重要地位,盆式绝缘子是GIS内部重要的部件,文章主要对其表面的放电特性进行了研究和探索。主要采用紫外成像技术、超声波检测技术和脉冲电流法对其整个放电过程进行了检测,通过对所得数据进行分析,得到了如下结论:①紫外光子数表现出了"饱和"特性,当电压增加到68 kV之后,继续增加电压,紫外光子数增加不明显;②在盆式绝缘子缺陷处,随着放电的加剧,带电粒子的碰撞更加激烈,发热增加,导致局部区域的体积急剧膨胀,压力增大导致超声信号不断增强。整个研究为后续GIS局部放电方面的研究提供了一定的参考。

关键词：气体绝缘组合电器盆式绝缘子局部放电紫外成像超声波

考虑参数和边界条件不确定性的地下水污染随机模拟

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中国环境科学 2022年第7期42卷 3244-3253页

作者：徐亚宁卢文喜王梓博贾顺卿王涵潘紫东吉林大学地下水与资源环境教育部重点实验室吉林长春130012 吉林大学新能源与环境学院吉林长春130012

为了分析模型参数的随机变化和边界条件的随机变化对地下水溶质运移模型输出结果的不确定性影响,采用蒙特卡洛模拟对一假想算例展开研究,并结合风险评估阐述不确定性分析结果.首先,建立研究区地下水溶质运移数值模拟模型,并综合利用局... 详细信息

为了分析模型参数的随机变化和边界条件的随机变化对地下水溶质运移模型输出结果的不确定性影响,采用蒙特卡洛模拟对一假想算例展开研究,并结合风险评估阐述不确定性分析结果.首先,建立研究区地下水溶质运移数值模拟模型,并综合利用局部灵敏度分析和全局灵敏度分析方法筛选出对模型输出结果影响较大的参数,连同模型的边界条件(第一类边界条件—水头值)一起作为随机变量.然后,利用优化超参数的高斯过程回归(GPR)方法建立模拟模型的替代模型,代替模拟模型完成蒙特卡洛随机模拟.最后,对随机模拟的结果进行统计分析和区间估计,并利用污染物浓度的概率分布函数对1、2、3号观测井进行地下水污染风险评价.结果表明:置信水平>80%时,1,2,3号观测井污染物浓度值的置信区间分别为34.77~35.03,57.74~58.04,100.07~100.69mg/L.此外,1,2,3号观测井为轻度污染的风险分别为6%,100%,100%;为中度污染的风险分别为0%,0%,99.6%;为重度污染的风险分别为0%,0%,0.5%,藉此为地下水污染修复防治和地下水的合理利用提供可靠参考依据.

关键词：边界条件不确定性灵敏度分析 GPR替代模型不确定性分析风险评价

基于替代模型和流向算法的地下水污染源反演识别

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中国环境科学 2023年第11期43卷 5823-5832页

作者：罗成明卢文喜潘紫东王梓博徐亚宁白玉堃吉林大学新能源与环境学院地下水与资源环境教育部重点实验室吉林长春130012

应用模拟-优化的理论和方法,对地下水污染源的相关信息、模拟模型的渗透系数以及抽水井的抽水量进行同步识别.首先,根据假想例子构建地下水污染数值模拟模型.然后,分别运用BP神经网络(BPNN)方法和核极限学习机(KELM)方法构建模拟模型的... 详细信息

应用模拟-优化的理论和方法,对地下水污染源的相关信息、模拟模型的渗透系数以及抽水井的抽水量进行同步识别.首先,根据假想例子构建地下水污染数值模拟模型.然后,分别运用BP神经网络(BPNN)方法和核极限学习机(KELM)方法构建模拟模型的替代模型,优选出拟合精度更高的替代模型嵌入到后续的优化模型中,以此减少计算负荷并提升替代模型对模拟模型的逼近精度.最后,采用流向算法(FDA)对优化模型进行求解,得到反演结果,同时,将其分别与麻雀搜索算法(SSA)和粒子群优化算法(PSO)得到的反演结果进行对比.结果表明:相比于KELM替代模型,BPNN替代模型的拟合精度较高,确定性系数、平均相对误差和均方根误差分别为0.9999、0.1723%和0.5625;与PSO和SSA相比,FDA的收敛速度更快,对优化模型的求解精度更高,其识别结果的平均相对误差小于7%,提升了地下水污染源反演识别的精度和效率,能够为地下水污染修复、风险评定和责任认定提供可靠的依据.

关键词：同步识别模拟-优化方法替代模型流向算法 BP神经网络

基于BP神经网络替代模型的地下水污染随机模拟

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中国农村水利水电 2022年第3期 107-113,119页

作者：葛渊博卢文喜王梓博王涵常振波吉林大学地下水与资源环境教育部重点实验室长春130012 吉林大学新能源与环境学院长春130012

为分析水文地质参数的不确定性对地下水数值模拟模型输出结果的影响,针对假想算例进行研究。首先建立地下水数值模拟模型。运用灵敏度分析法筛选出对模拟模型输出结果影响较大的参数作为随机变量,为减少反复调用模拟模型产生的计算负荷... 详细信息

为分析水文地质参数的不确定性对地下水数值模拟模型输出结果的影响,针对假想算例进行研究。首先建立地下水数值模拟模型。运用灵敏度分析法筛选出对模拟模型输出结果影响较大的参数作为随机变量,为减少反复调用模拟模型产生的计算负荷,分别采用克里格法和BP神经网络方法建立模拟模型的替代模型并比较二者的精度,并选择精度较高的BP神经网络替代模型进行蒙特卡罗模拟。其中,采用BP神经网络方法建立替代模型时,使用三分法算法快速地确定了使替代模型误差最小的隐含层节点数。最后,对随机模拟的结果进行统计分析与区间估计,评价了地下水污染风险。结果表明:在置信水平为90%时,三口观测井浓度的置信区间分别为367.48~415.67、205.12~230.33、118.85~132.82 mg/L。结合风险评估,计算出研究区内一号/二号/三号观测井地下水遭受污染的风险分别为0.66、0.60、0.58,籍此为地下水污染防治提供科学依据。

关键词：地下水污染随机模拟不确定性分析替代模型隐含层节点数风险评估