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基于随机森林模型识别浅层地下水TDS异常的方法研究

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地学前缘 2024年

作者：褚宴佳何宝南陈珍何江涛水利部地下水保护重点实验室(筹)中国地质大学(北京) 中国地质大学(北京)水资源与环境学院

准确识别人类活动引起的地下水水化学异常对于确定地下水化学组分的背景值，合理开展地下水污染评价至关重要。溶解性总固体（TDS）作为地下水水化学的综合指标，其值的高低直接反映了地下水水质的好坏。目前，水化学图法在地下水TDS的... 详细信息

准确识别人类活动引起的地下水水化学异常对于确定地下水化学组分的背景值，合理开展地下水污染评价至关重要。溶解性总固体（TDS）作为地下水水化学的综合指标，其值的高低直接反映了地下水水质的好坏。目前，水化学图法在地下水TDS的异常值识别中取得了较好的效果，但是，其基本原理是基于主要离子组分构成的水化学类型异常必然导致TDS异常的假设，而进行的反向异常识别，可能存在过度识别的情况。为此，本文以沙颍河流域浅层地下水为研究对象，从TDS成因机制出发，提出了采用随机森林模型结合数理统计的正向识别方法，对研究区内浅层地下水TDS的异常值进行识别，并开展了多种方法异常值识别效果的对比研究。结果表明，机器学习法能够有效地识别出地下水TDS异常值，其识别出的地下水TDS阈值与其他方法较为一致。但相比之下，机器学习法从TDS成因机制角度识别异常，能够有效避免水化学图存在的过度识别的问题，而且能够区分高、低异常，为TDS异常识别提供了另外一种有效的思路和方法，丰富了地下水环境背景值的研究思路。

关键词：地下水环境背景值 TDS 异常值机器学习法沙颍河流域

基于差动电流与分布电容电流比值的直流线路纵联保护方案

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电力系统自动化 2024年第9期48卷 162-170页

作者：褚倍钰李海锋彭光强梁远升王钢华南理工大学电力学院广东省广州市510641 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司电力科研院广东省广州市510663

分布电容电流会对直流线路纵联保护性能造成影响。文中以三端混合高压直流输电线路为对象,讨论分析了差动电流与分布电容电流比值的故障特征。由于差动电流和分布电容电流都会随着过渡电阻的增大而减小,采用差动电流与分布电容电流的比... 详细信息

分布电容电流会对直流线路纵联保护性能造成影响。文中以三端混合高压直流输电线路为对象,讨论分析了差动电流与分布电容电流比值的故障特征。由于差动电流和分布电容电流都会随着过渡电阻的增大而减小,采用差动电流与分布电容电流的比值作为判据,可以削弱过渡电阻对判据的影响,提高保护的灵敏性。基于此,提出了一种基于差动电流与分布电容电流比值的纵联保护方法。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证表明,所提保护判据整定简单且天然具有故障选极功能,能可靠识别区内外故障,耐过渡电阻能力强且具有较高的灵敏性和可靠性。

关键词：直流输电纵联保护电流差动保护分布电容电流

考虑水转化过程的干旱区内陆河流域适宜灌溉规模

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农业工程学报 2024年第6期40卷 228-236页

作者：胡雪雪粟晓玲朱兴宇褚江东张特吴海江西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100

农业适水发展是保障干旱区水土资源高效利用和生态健康的关键,其核心在于如何科学确定灌溉规模,进而控制农业灌溉用水量。该研究以石羊河流域为研究区,在明确非灌溉需水量的基础上,基于水均衡模型计算考虑水转化过程的不同水文年农业灌... 详细信息

农业适水发展是保障干旱区水土资源高效利用和生态健康的关键,其核心在于如何科学确定灌溉规模,进而控制农业灌溉用水量。该研究以石羊河流域为研究区,在明确非灌溉需水量的基础上,基于水均衡模型计算考虑水转化过程的不同水文年农业灌溉可用水量,并构建多目标种植结构优化模型对作物种植结构进行调整,最后改进水热平衡模型构建考虑水转化过程的旱区适宜灌溉规模计算模型,分析流域不同情景下的适宜灌溉规模。结果表明:地表水地下水联合调控下,石羊河流域丰、平、枯水年的灌溉可用水量分别为18.97亿~21.57亿、14.75亿~17.51亿、12.31亿~14.95亿m^(3);优化作物种植结构后能够以减少2.94%的经济效益实现14.13%的灌溉节水;构建的适宜灌溉规模计算模型在干旱区内陆河流域具有较好的适用性,采用该方法得到现状条件下石羊河流域丰、平、枯水年的适宜灌溉规模分别为27.73万~31.66万、21.55万~25.76万、18.01万~22.03万hm^(2),提高节水水平、调整种植结构后,流域的适宜灌溉规模有所增加。现状2020年(平水年)的实际灌溉面积高于当地水资源能够承载的临界适宜灌溉规模,需压减2.13万~6.34万hm^(2)。研究结果可在宏观层面上为决策者制定适水农业发展方案提供理论依据。

关键词：水资源灌溉模型水转化适宜规模种植结构优化石羊河流域

深度Q网络在月球着陆任务中的性能评估与改进

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西北工业大学学报 2024年第3期42卷 396-405页

作者：岳颀石伊凡褚晶黄勇西安邮电大学自动化学院陕西西安710121 西北工业大学航天学院陕西西安710072

基于深度Q网络(DQN)技术的强化学习方法得到越来越广泛的应用,但该类算法的性能深受多因素影响。文中以月球登陆器为例,探讨不同超参数对DQN性能的影响,在此基础上训练得到性能较优的模型。目前已知DQN模型在100个测试回合下平均奖励为2... 详细信息

基于深度Q网络(DQN)技术的强化学习方法得到越来越广泛的应用,但该类算法的性能深受多因素影响。文中以月球登陆器为例,探讨不同超参数对DQN性能的影响,在此基础上训练得到性能较优的模型。目前已知DQN模型在100个测试回合下平均奖励为280+,文中模型奖励值可达到290+,并且通过在原始问题中引入额外的不确定性测试验证了文中模型的鲁棒性。另外,引入模仿学习的思想,基于启发式函数的模型指导方法获取演示数据,加快训练速度并提升性能,仿真结果证明了该方法的有效性。

关键词：深度强化学习深度Q网络模仿学习

基于冗余关系分析的传感器自诊断设计方法研究

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仪器仪表学报 2024年第3期45卷 72-83页

作者：蒋栋年褚天锐高玉鑫兰州理工大学电气工程与信息工程学院兰州730050 兰州理工大学甘肃省工业过程先进控制重点实验室兰州730050 华南理工大学未来技术学院广州511442

工业过程中传感器数量众多且可靠性要求高,而传统定期检测评估其健康状况的方式不但费时费力且不能满足传感器智能化的发展需求。针对这一问题,提出了一种基于测量数据统计相关性的传感器自诊断设计方法。利用传感器测量数据建立其统计... 详细信息

工业过程中传感器数量众多且可靠性要求高,而传统定期检测评估其健康状况的方式不但费时费力且不能满足传感器智能化的发展需求。针对这一问题,提出了一种基于测量数据统计相关性的传感器自诊断设计方法。利用传感器测量数据建立其统计关系模型,借助自编码器提取传感器数据特征并将其编码为二进制形式。在同时考虑传感器测量数据统计独立和统计相关两种情况下,在有参考值时,通过引入故障检测概率和误检概率建立了独立统计模型实现传感器的故障自诊断;在无参考值情况下,借助高斯Copula函数建立多元统计依赖模型评估参数之间的相关性,并利用贝叶斯理论在不依赖参考值的情况下自学习获取传感器的健康状况。本研究以镍闪速炉系统为例,两种模式下测量系统中健康传感器的故障检测后验概率达到了0.92,即故障统计模型的参数与建模期望相符。实验结果表明,所提方法在两种模式下均能准确识别出测量系统中的故障传感器,验证了所提方法的有效性与可行性。

关键词：传感器自诊断无参考值自编码器

斜面多道熔覆涂层平整度的数值模拟与试验研究

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表面技术 2024年第5期53卷 126-136页

作者：练国富李益褚梦雅陈昌荣黄旭冯美艳福建理工大学机械与汽车工程学院福州350118 福建理工大学福建省智能加工技术及装备重点实验室福州350118

目的揭示扫描方式、基材倾角、搭接率对斜面熔池成形的影响规律,提高斜面多道搭接涂层的平整度。方法采用数值模拟探究激光扫描方式、基材倾斜角度、搭接率对倾斜基材表面熔覆涂层平整度的影响机理,并结合正交试验进行验证。结果模拟所... 详细信息

目的揭示扫描方式、基材倾角、搭接率对斜面熔池成形的影响规律,提高斜面多道搭接涂层的平整度。方法采用数值模拟探究激光扫描方式、基材倾斜角度、搭接率对倾斜基材表面熔覆涂层平整度的影响机理,并结合正交试验进行验证。结果模拟所得平整度随扫描方式、倾斜角度、搭接率变化规律与试验一致。激光扫描方式对水平基材的多道搭接平整度无明显影响,但对倾斜基材表面的多道平整度影响显著。相同扫描方式下,不同倾斜角度的基材适应的搭接率不同。结论相比其他扫描方式,扫描方式1(SM1)和扫描方式5(SM5)得到的熔覆层平整度和熔覆效率相对较高。平整度和熔覆效率随基材倾斜角度的增大而逐渐减小。以扫描方式5进行熔覆时,水平基材最佳搭接率为30%,基材倾斜40°时最合适的搭接率为15%~20%。显然,倾斜角度和搭接率的交互作用对平整度影响显著。

关键词：激光熔覆倾斜基材数值模拟扫描方式熔池演变平整度

遗传算法优化变分模态分解在轴承故障特征提取中的应用

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噪声与振动控制 2024年第1期44卷 148-153,204页

作者：单玉庭刘韬褚惟缪护昆明理工大学机电工程学院昆明650500 云南省科技厅云南省先进装备智能制造技术重点实验室昆明650500 昆明云内动力股份有限公司昆明650500

针对变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)过程中模态分量个数和惩罚参数大小依赖先验知识,单一或顺序优化单一参数可能导致局部最优的问题,提出以包络熵和包络峭度因子作为适应度函数,利用遗传算法全局寻优的特点,对VMD... 详细信息

针对变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)过程中模态分量个数和惩罚参数大小依赖先验知识,单一或顺序优化单一参数可能导致局部最优的问题,提出以包络熵和包络峭度因子作为适应度函数,利用遗传算法全局寻优的特点,对VMD的模态分量个数和惩罚参数组合进行优化。通过最优参数组合下的VMD对信号进行分解,可以获得多个本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF),选择适应度函数最小IMF分量作为有效IMF分量进行包络解调,从中提取轴承信号的故障特征频率。对多种轴承故障类型信号进行分析并与其他方法对比,结果表明所提方法能有效提取轴承故障特征,有助于实现微弱故障条件下轴承故障特征频率的准确提取。

关键词：故障诊断变分模态分解包络熵包络峭度因子遗传算法包络解调

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耐水不饱和聚酯树脂的改性研究

化工新型材料 2024年

作者：谢加强陈进褚绥红郭智锋周雯雯西安科技大学材料科学与工程学院陕西联塑科技实业有限公司

采用硅烷偶联剂，二氧化硅，有机硅憎水剂对不饱和聚酯树脂进行改性。采用红外光谱（FT-IR）对材料进行了表征，考察了改性剂对不饱和聚酯树脂力学性能和耐水性的影响。结果表明：添加二氧化硅综合性能最优，吸水率降低，耐磨性提升最... 详细信息

采用硅烷偶联剂，二氧化硅，有机硅憎水剂对不饱和聚酯树脂进行改性。采用红外光谱（FT-IR）对材料进行了表征，考察了改性剂对不饱和聚酯树脂力学性能和耐水性的影响。结果表明：添加二氧化硅综合性能最优，吸水率降低，耐磨性提升最为明显，磨损率降低了30%，拉伸弹性模量144MPa，断裂伸长率7.3%，拉伸应力55.45N，拉伸强度15.5kN。

关键词：耐水不饱和聚酯树脂改性

基于水循环和水代谢理论的水资源承载力评价研究

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水资源保护 2024年

作者：贾玉博杨宏伟粟晓玲褚江东徐吉海西北农林科技大学水利与建筑工程学院西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室甘肃省水利厅石羊河流域水资源利用中心

全面探究水资源承载力及其影响因素对流域水资源管理政策的改进与完善具有现实意义，本文基于水循环和水代谢理论，构建包含“输入—消耗—活力—调节—输出”五个子系统的水资源承载力评价指标体系，采用最小二乘法组合网络层次分析法... 详细信息

全面探究水资源承载力及其影响因素对流域水资源管理政策的改进与完善具有现实意义，本文基于水循环和水代谢理论，构建包含“输入—消耗—活力—调节—输出”五个子系统的水资源承载力评价指标体系，采用最小二乘法组合网络层次分析法和熵权法确定权重，基于可变模糊集模型综合评价水资源承载力，耦合高斯混合回归模型和三种可解释性机器学习方法量化各评价指标对承载力的影响以及从全局和局部尺度探究其与水资源承载力的关系。以石羊河流域为例，结果表明：2011—2020年流域水资源承载力总体上呈波动向好态势，但仍处于濒临超载的状态，评分值由2011年的3.79增长到2013年的4.18，之后下降到2020年的3.23；高斯混合回归模型能够较好地处理高维、小样本的水资源承载力指标数据；农业灌溉亩均用水量和污水处理回用率等指标是制约该流域水资源承载力的主要影响因素；从全局看，水资源承载力与主要影响因素呈非线性的关系并随其非单调变化，从局部看，2011—2015年主导因素多表现为对水资源承载力的抑制；而2016—2020年逐步转为促进作用。流域水资源承载力虽有提高，但在今后的发展中需加强水资源开发利用的管理并降低地下水开采率。

关键词：水资源承载力可变模糊集高斯混合回归模型水循环和水代谢理论石羊河流域