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基于动态图神经网络的臭氧时空混合预测模型研究

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基于动态图神经网络的臭氧时空混合预测模型研究

作者：王释一浙江大学

学位级别：硕士

近年来,PM2.5等空气污染物逐渐得到了有效控制,而作为主要空气污染物之一的O3浓度却始终居高不下,高浓度O3会给公众和生态环境带来严重的危害。为了有效开展O3污染防控工作,针对监测站点的高精度O3浓度预测至关重要。然而,当前的O3浓度... 详细信息

近年来,PM2.5等空气污染物逐渐得到了有效控制,而作为主要空气污染物之一的O3浓度却始终居高不下,高浓度O3会给公众和生态环境带来严重的危害。为了有效开展O3污染防控工作,针对监测站点的高精度O3浓度预测至关重要。然而,当前的O3浓度预测方法仍然存在一定的不足,造成不足的原因之一是模型未能充分考虑周边站点与目标站点之间实际的动态空间传递过程,忽略了空间依赖关系的动态性本质,仅对静态的空间依赖关系进行建模,导致模型实际预测效果不佳,难以充分支撑环保等相关决策的需要。因此,本文通过挖掘并利用气象、空间、时间信息,采用多模块设计的方法,构建了两种基于动态图神经网络的O3时空混合预测模型并进行了相应的参数优化。两种模型仅在空间特征提取模块中存在差别,在考虑了污染物产生、传播、扩散过程的基础上,分别利用了风向信息与污染物浓度的先验知识构建了两类动态图,并进一步提取了图中动态空间依赖关系。气象数据预测模块用于异步产生本区域的气象预测结果,时间特征提取模块用于捕捉数据中的时间依赖关系,预测聚合模块将其他模块的结果进行融合集成,得到最终的预测结果。本文以杭州市区的空气质量监测站点为研究对象,选择多个典型的深度学习模型作为对比模型,并从单步预测实验、多步预测实验、消融实验、IAQI预测准确率等方面多角度地评估了本文模型的预测性能。结果表明,两个模型在所有实验中均取得相近且最佳的结果。在单步预测中,两模型的MAE最低分别为6.69μg/m3、6.30μg/m3,相比于文献中性能最佳的深度学习模型降低了 17.3%与22.1%,R2最高分别可达0.958、0.962,在短期预测中表现出较好的拟合能力;在24h预测中,两模型的预测趋势与实际O3浓度变化趋势最为贴近,MAE最低分别为18.63μg/m3、18.50μg/m3,相比于基于静态图构建的对比模型分别降低了 6.6%、7.2%,RMSE最低分别为25.22μg/m3、25.00μg/m3,相比于基于静态图构建的对比模型分别降低了 4.2%、5.0%,在所有模型中表现出最佳的预测精度;在消融实验中,两模型在去除气象预测模块后MAE分别增大了 2.5%、3.8%,在去除时间处理模块后MAE分别增大了 2.9%、3.6%,在去除空间处理模块后MAE分别增大了2.9%、4.4%,印证了模型整体结构设计的合理性;两模型在24小时内每个时间步下的IAQI预测准确率均显著优于其他模型,其中前2小时预测准确率均可高于90%,24小时预测准确率最高分别可达81.7%、82.2%;两模型在所有站点下的召回率分别高于0.69、0.67,最高均可达0.77,误报率分别低于0.28、0.29,假正率均低于0.06。综上所述,本文构建的基于动态图神经网络的O3时空混合预测模型能够有效捕捉数据内部复杂的时空信息,对动态空间依赖关系进行了高效建模,表明充分考虑动态过程对于提升模型预测效果的重要性。此外,模型也将具有“因果性”的先验知识融入到利用数据“相关性”的数据驱动模型中,一定程度上促进了理论与数据驱动的结合,有望作为一种有效的数据驱动方法,为其他污染物的预测提供一定的参考与借鉴。

关键词： O3 污染物预测图神经网络动态图深度学习

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摩擦纳米发电机MOFs材料研究进展

化学教育（中英文） 2024年第8期45卷 16-23页

作者：王释慧周永娟熊加斌中原工学院材料与化工学院河南郑州450007

摩擦纳米发电机(TENG)可以有效地将环境中的机械能转换成电能,从而达到直接利用或者进行储能的目的。金属有机框架(MOFs)因其独特的可调结构特性,能够增加电极有效接触面积,在提高TENG性能方面得到了深入研究。介绍了基于MOFs的TENG的... 详细信息

摩擦纳米发电机(TENG)可以有效地将环境中的机械能转换成电能,从而达到直接利用或者进行储能的目的。金属有机框架(MOFs)因其独特的可调结构特性,能够增加电极有效接触面积,在提高TENG性能方面得到了深入研究。介绍了基于MOFs的TENG的结构设计优势,解释了MOFs微结构对增强TENG输出性能的影响。详细阐述了4种典型结构的MOFs材料,介绍了它们在摩擦发电方面增强输出性能的方法和应用。总结展望了MOF-TENG在商业化方面的优势以及可能应用,为落地实用化迈进一步。

关键词：摩擦纳米发电机 MOF结构电极材料输出性能

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水下激光修复研究现状与发展趋势

焊接学报 2024年第4期45卷 120-128,I0010页

作者：薛龙毛雪松黄继强张瑞英王瑃北京石油化工学院光机电装备技术北京市重点实验室北京102617

海洋装备的维修养护与事故抢修技术既是人类进行远洋探索与资源开发的重要保障,又是核电站、水利工程等重要基础设施在役运维的有力技术支撑,而水下激光修复正是这一领域中极具前景的解决方案之一.激光修复技术作为陆地上常规环境中的... 详细信息

海洋装备的维修养护与事故抢修技术既是人类进行远洋探索与资源开发的重要保障,又是核电站、水利工程等重要基础设施在役运维的有力技术支撑,而水下激光修复正是这一领域中极具前景的解决方案之一.激光修复技术作为陆地上常规环境中的优势技术,近年来也在水下环境中有了长足的发展,已在海洋油气资源的开采与运输、船舶应急维修、船坞港口装备、水利工程、核动力工程等领域得到了广泛的关注与研究.为了进一步总结并分析水下激光修复技术所面对的问题与现有解决方案,从水下激光修复技术的研究现状入手,综述了水下湿法、高压干法和局部干法激光修复技术的工艺问题及其产生机理,并分析对比了多种对应主流解决方案的改善效果与研究进展,最后对水下激光修复技术的发展趋势进行了总结与展望.

关键词：激光修复水下焊接湿法高压干法局部干法

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极地海冰动力过程的多面体离散元方法

计算力学学报 2024年第4期41卷 651-658页

作者：李继王嗣强王安良季顺迎大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024 国家海洋环境预报中心北京100081

极地海冰影响局部海域的通航条件乃至地质尺度上的气候预测,由于基于连续介质理论的海冰数值模式如网格方法难以应对浮冰尺度的模拟,近年来离散元方法越来越多用于海冰动力学领域。本文使用基于表面网格划分的多面体描述浮冰,通过使用GJ... 详细信息

极地海冰影响局部海域的通航条件乃至地质尺度上的气候预测,由于基于连续介质理论的海冰数值模式如网格方法难以应对浮冰尺度的模拟,近年来离散元方法越来越多用于海冰动力学领域。本文使用基于表面网格划分的多面体描述浮冰,通过使用GJK(Gilbert-Johnson-Keerthi)算法以进行初步接触判断并提高计算效率,采用基于能量守恒接触理论确定单元间接触力,由此建立了极地海冰多面体离散元方法。将该方法应用于极地海冰动力过程模拟,并考虑Hopkins提出的冰脊形成导致的海冰间塑性接触力。首先通过两个浮冰间碰撞模拟以验证接触力计算的正确性,再通过对单向均匀风场下浮冰挤压的模拟验证冰脊生成的模拟能力,最后研究冻结强度参数对剪切风场下冰盖断裂和冰脊生成的影响。结果表明,极地海冰多面体离散元方法能够合理地反映地质尺度海冰的动力过程,并且可有效地模拟冰盖线性运动引起的冰隙和冰脊等动力特征。

关键词：海冰动力学离散元方法冰脊模型海冰断裂

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大直径泥水盾构掘进参数智能预测研究

长江科学院院报 2024年

作者：李健陶博文蔡琦姚建强王赶中交隧道工程局有限公司地下空间科学研究院北京交通大学土木建筑工程学院

依托北京市东六环改造项目中京哈高速-潞苑北大街标段大直径泥水盾构隧道工程，结合地应力提取与掘进断面地层信息编码的地质数据处理方法，建立考虑地质条件的盾构参数智能预测模型，提出包含数据获取、数据预处理、数据分解、智能预... 详细信息

依托北京市东六环改造项目中京哈高速-潞苑北大街标段大直径泥水盾构隧道工程，结合地应力提取与掘进断面地层信息编码的地质数据处理方法，建立考虑地质条件的盾构参数智能预测模型，提出包含数据获取、数据预处理、数据分解、智能预测模型构建、模型训练与测试、结果评价与分析的一套智能预测分析方法，并对依托工程的盾构掘进参数进行了预测分析。结果发现在考虑地质条件后，盾构推力与刀盘扭矩的预测精度分别提高了38.53%与44.86%，保证了后续盾构掘进的施工安全。相关研究成果可为后续类似工程提供参考。

关键词：盾构隧道掘进参数智能预测地质编码盾构推力刀盘扭矩

基于金字塔网络的非侵入式负荷辨识及其隐私保护方案

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计算机工程 2024年第5期50卷 182-189页

作者：王以良周鹏叶卫戚伟强国网浙江省电力有限公司信息通信分公司浙江杭州310016

智能电网融合了信息系统,能够为能源供应提供更有效的解决方案。智能电表是智能电网的关键部分,对智能电表数据的深入研究有助于为智能电网的管理和决策提供有效支持。非侵入式负荷辨识(NILM)技术为需求侧管理提供了技术支撑,但现有方... 详细信息

智能电网融合了信息系统,能够为能源供应提供更有效的解决方案。智能电表是智能电网的关键部分,对智能电表数据的深入研究有助于为智能电网的管理和决策提供有效支持。非侵入式负荷辨识(NILM)技术为需求侧管理提供了技术支撑,但现有方式需要用户和NILM服务端进行数据交互,在这个过程中泄露了隐私信息。针对上述问题,设计了基于2D-卷积神经网络(2D-CNN)金字塔网络的NILM,并采用同态加密和安全多方计算技术进行隐私保护,针对金字塔网络的卷积、全连接、批标准化、平均池化、Re LU和上采样等算子设计隐私保护协议,组合隐私保护算子构建隐私保护的2D-CNN金字塔网络。整个过程没有还原数据和中间结果的原始信息,从而保护了双方隐私。在UK-DALE数据集上的实验结果表明,基于2D-CNN的金字塔网络能够表现出良好的效果,准确率达到95.81%,并且隐私保护的2D-CNN金字塔网络能够在保护客户端数据和服务端模型参数隐私性的情况下保持2D-CNN金字塔网络的推理效果,精确率、召回率和准确率等保持一致。同时,隐私保护的2DCNN金字塔网络在广域网中计算时间不到5 s,在局域网中不到0.5 s,并且通信量仅需4.79 MB,能够适用于NILM任务的现实场景。

关键词：智能电网非侵入式负荷辨识金字塔网络同态加密安全多方计算

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台儿庄:活着的运河

中国宗教 2024年第4期 27-30页

作者：释惟正山东省佛教协会枣庄市佛教协会

中国大运河由京杭大运河、隋唐大运河和浙东运河构成,从始建至今已有2500多年的历史,跨越北京、天津、河北、山东、江苏、浙江、河南和安徽8个省级行政区,沟通了海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系,约有3000多公里。2014年6月22日... 详细信息

中国大运河由京杭大运河、隋唐大运河和浙东运河构成,从始建至今已有2500多年的历史,跨越北京、天津、河北、山东、江苏、浙江、河南和安徽8个省级行政区,沟通了海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系,约有3000多公里。2014年6月22日,在卡塔尔多哈举行的联合国教科文组织第38届世界遗产委员会会议上,“中国大运河”被批准列入《世界遗产名录》,成为我国第32处世界文化遗产和第46处世界遗产。

关键词：世界遗产委员会省级行政区世界文化遗产隋唐大运河京杭大运河台儿庄中国大运河浙东运河

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深入推动鱼山梵呗中国化进程

中国宗教 2024年第6期 24-25页

作者：释永悟山东省非物质文化遗产教育实践基地聊城市鱼山梵呗非物质文化遗产保护传承中心山东鱼山梵呗寺

众多史料记载,三国曹魏太和三年(229),建安文学泰斗陈思王曹植徙封东阿,潜心儒佛典籍,深爱声律,属意经音,一日登临鱼山(今山东省东阿县境内),忽闻“空中梵响”,删改治理详定《太子瑞应本起经》,始创梵呗,史称“鱼山梵”或“鱼山呗”简... 详细信息

众多史料记载,三国曹魏太和三年(229),建安文学泰斗陈思王曹植徙封东阿,潜心儒佛典籍,深爱声律,属意经音,一日登临鱼山(今山东省东阿县境内),忽闻“空中梵响”,删改治理详定《太子瑞应本起经》,始创梵呗,史称“鱼山梵”或“鱼山呗”简称梵呗,即现在鱼山梵呗。中国梵呗文化从此形成,后经历代传承,广布天下,曹植因此被尊为梵呗创始人,鱼山梵呗也成为佛教正宗“丛林腔”标准的代名词。

关键词：陈思王曹植山东省东阿县梵呗文学泰斗史料记载太子瑞应本起经中国化进程

生物育种技术的国际法律法规框架与合规性分析

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分子植物育种 2024年第1期22卷 126-131页

作者：黄释谊广西民族大学相思湖学院南宁530000

随着生物技术的迅速进展,生物育种技术在全球范围内得到了广泛的应用。但同时,如何在多国之间建立一个统一和高效的法律框架,以确保技术的安全和有效应用,成了一个迫切的议题。本研究针对生物育种技术的国际法律法规框架与合规性进行了... 详细信息

随着生物技术的迅速进展,生物育种技术在全球范围内得到了广泛的应用。但同时,如何在多国之间建立一个统一和高效的法律框架,以确保技术的安全和有效应用,成了一个迫切的议题。本研究针对生物育种技术的国际法律法规框架与合规性进行了深入分析,回顾了生物育种技术的发展历程和当前的应用现状,详细探讨了国际法律法规的构建与特点。进一步分析了各国在应用生物育种技术时面临的主要法律和合规挑战,并为企业和研究者提供了一系列策略性建议。本研究认为建立一个公正、透明和高效的国际法律框架对于推进生物育种技术的全球发展至关重要。

关键词：生物育种技术国际法律框架合规性技术应用法律挑战