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基于数据挖掘的气象集成预报技术的研究与应用

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基于数据挖掘的气象集成预报技术的研究与应用

作者：郭尚坤重庆大学

学位级别：硕士

随着天气预报技术的发展,数值预报产品日益丰富,预报方法多种多样。在实际应用中,对每个具体的问题,各种预报方法得出的结果通常是不一致的,因而不知道如何将它们统一起来。因此需要采用一种较好的处理方法,把不同预报方法对同一要素的... 详细信息

随着天气预报技术的发展,数值预报产品日益丰富,预报方法多种多样。在实际应用中,对每个具体的问题,各种预报方法得出的结果通常是不一致的,因而不知道如何将它们统一起来。因此需要采用一种较好的处理方法,把不同预报方法对同一要素的多种预报结果综合在一起,从而得出一个优于单一预报方法的预报结论,这就是预报方法的集成问题。本文分析了传统的基于加权的集成预报方法及其在气象预测应用中存在的问题,在此基础上提出了一种新的基于数据挖掘的集成预报方法,该方法选用BP人工神经网络建立集成预报分类器,对文中BP人工神经网络、多元回归、均生函数、最优气候均态模型四种子预报方法的预报结果进行集成和综合。基于数据挖掘的集成预报方法利用从子预报方法中筛选的训练集进行训练,得到集成预报分类器;该集成预报分类器可以根据环流因子的输入,直接得到一种最优子预报方法,然后利用得到的最优子预报方法去预测,将最优子预报方法的预报结果作为集成预报的预报结果。结果对比显示,本文提出的基于数据挖掘的集成预报模型预测的可靠性和准确性不但高于集成之前的各种子预报方法,而且高于其它集成预报方法,解决了传统的基于加权的集成预报等方法在对不同对象进行预报时不能动态改变权值的问题。本文的主要内容和取得的成果如下:①对气象预报较常用的几种子预报方法:BP人工神经网络、多元回归、均生函数、最优气候均态模型进行了研究,并做了大量的对比实验。②从理论上分析了传统的基于加权的集成预报方法及其在气象预测应用中存在的问题,引入数据挖掘的方法,提出一种新的基于数据挖掘的集成预报方法,给出了算法的设计,并用BP人工神经网络实现了该算法;通过大量的实验,与文中的各种气象子预报方法和其它集成预报方法相比,在实验中证明了本文算法在可靠性和准确性有很大的提高。

关键词：气象预测集成预报数据挖掘 BP人工神经网络

面向无线传感器网络的区块链高效共识机制研究

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面向无线传感器网络的区块链高效共识机制研究

作者：郭尚坤中原工学院

学位级别：硕士

近年来,传感器技术飞速发展,备受关注。无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)作为传感器系统的组成部分,能够提供数据采集、处理和传输等服务。然而,WSN存在网络资源受限、节点数目庞大、拓扑变化快、易遭受安全攻击等诸多问题,... 详细信息

近年来,传感器技术飞速发展,备受关注。无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)作为传感器系统的组成部分,能够提供数据采集、处理和传输等服务。然而,WSN存在网络资源受限、节点数目庞大、拓扑变化快、易遭受安全攻击等诸多问题,给WSN的安全性与可扩展性带来了巨大挑战。区块链作为一个防篡改、可追溯的去中心化分布式数据库,能为WSN提供身份匿名、隐私保护和行为追溯等功能,增强WSN的容错性和可扩展性,因此,区块链技术能为WSN中存在的问题提供有效解决思路。但是,现有区块链共识算法与存储机制对节点的计算、通信和存储能力有较高要求,制约了区块链技术与WSN的融合应用。本文围绕适用于无线传感器网络的区块链高效共识机制和分簇存储机制展开研究,并得到以下研究成果:1.提出了一种基于节点状态评估和投票机制的PBFT共识优化算法,EPV-PBFT。基于融合超线性质押机制和节点剩余能量的状态评估模型进行恶意节点筛除、共识节点等级权限划分,从而提高节点作恶成本和通信效率;进一步结合可验证机制和投票机制提升算法容错性和一致性效率。仿真结果表明,对比经典PBFT算法,EPV-PBFT在通信开销方面平均可降低43.25%,当节点数量增加到22个以上时,本文算法吞吐量可达到PBFT的2倍,能有效支撑传感器节点对区块链网络的管理。2.提出了一种基于信誉模型和Pedersen承诺的新型分簇PBFT共识优化算法,CRC-PBFT。利用节点位置特征对共识节点进行聚类,将共识任务拆解到多个非空簇,在簇内和簇间分别共识,降低通信复杂度;进一步综合节点能量剩余和历史行为引入动态信誉模型,评估节点信任状态,减少验证可靠节点的交易数量,从而节省共识的通信和计算开销;同时,结合Pedersen承诺保证主节点选举的随机性,提高共识安全性。理论分析与实验结果表明,CRC-PBFT在通信开销、时延和吞吐量等方面都有更好的性能,更适用于大规模节点的WSN场景。3.提出了基于CRC-PBFT共识算法的分簇存储与卸载机制。通过设定共识分簇内存储约束和簇间时间约束,可以在保证数据时效性的情况下,将区块数据量限制在传感器节点可承受的存储容量范围内;进一步构建基于“端链、边、云链”的三层系统模型,将满足约束条件的历史区块数据卸载到云链中,保证了卸载数据的完整性和可追溯。理论分析与实验结果表明,该机制有效降低了区块数据的存储消耗,减轻了节点的存储压力,提高了区块链在WSN中的适用性。

关键词：区块链物联网无线传感器网络共识优化存储优化

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新的集成预报及其在短期气候预测中的应用

重庆大学学报（自然科学版） 2010年第12期33卷 119-126页

作者：李学明郭尚坤王剑柯高阳华重庆大学计算机学院重庆400044 重庆市气象科学研究所重庆401147

分析了传统的基于加权的集成预报等方法及其在气象预测应用中存在的问题,在此基础上提出了一种新的基于数据挖掘的集成预报方法,并选用BP人工神经网络建立集成预报分类器来对各种子预报方法的预报结果进行集成和综合;该方法可以根据不... 详细信息

分析了传统的基于加权的集成预报等方法及其在气象预测应用中存在的问题,在此基础上提出了一种新的基于数据挖掘的集成预报方法,并选用BP人工神经网络建立集成预报分类器来对各种子预报方法的预报结果进行集成和综合;该方法可以根据不同预报对象的特性,对集成预报权值进行动态改变,克服了传统的集成预报方法中权值一旦确定就不能改变的不足,也克服了现有的集成预报不能得到最优结果的不足。通过对2001～2007年重庆市城口县1月的降水和平均气温以及重庆市的春旱指数进行预报,实验结果显示,集成预报结果的可靠性和准确性不但高于集成之前的各种子预报方法,而且高于传统的其它集成预报方法,验证了方法的有效性。

关键词： BP人工神经网络数据挖掘集成预报气象预测环流特征

微台阶结合光面爆破技术在水平岩层隧道的研究与应用

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交通世界 2020年第16期 120-121,125页

作者：郭尚坤中铁二十局集团第二工程有限公司北京100042

针对蒙华铁路对隧道开挖掌子面与初支仰拱之间距离的强制性要求,需要对微台阶结合光面爆破技术进行深入研究。阳山隧道受高地应力影响,拱顶常出现大超挖,对阳山隧道1号斜井开展组合式多功能开挖台架和光面爆破设计,利用微台阶结合光面... 详细信息

针对蒙华铁路对隧道开挖掌子面与初支仰拱之间距离的强制性要求,需要对微台阶结合光面爆破技术进行深入研究。阳山隧道受高地应力影响,拱顶常出现大超挖,对阳山隧道1号斜井开展组合式多功能开挖台架和光面爆破设计,利用微台阶结合光面爆破的施工方法,取得了良好的施工效果。

关键词：组合式开挖台架微台阶光面爆破

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电气化铁路弓网故障的原因分析及应急处置

郑铁科技 2018年第2期 36-38页

作者：郭尚坤郑州局集团公司新乡供电段

电力机车运行时,如发生弓网故障,受电弓就不能平滑取流,影响列车运行,危害行车安全,扰乱运输秩序。为解决运营管理中,弓网故障查找不易的难题,本文主要针对弓网故障的特点,结合供电运营实际,从故障点查找、人员应急分工、处置措施等方... 详细信息

电力机车运行时,如发生弓网故障,受电弓就不能平滑取流,影响列车运行,危害行车安全,扰乱运输秩序。为解决运营管理中,弓网故障查找不易的难题,本文主要针对弓网故障的特点,结合供电运营实际,从故障点查找、人员应急分工、处置措施等方面对打弓故障的应急处置进行探讨。

关键词：弓网故障打弓原因分析应急处置

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面向复杂应用场景的联盟链多链协同方案

应用科学学报 2023年第4期41卷 601-613页

作者：张勇姚中原王超郭尚坤郭晓涵斯雪明中原工学院前沿信息技术研究院河南郑州450007 河南省网络密码技术重点实验室河南郑州450007 河南省区块链数据共享国际联合实验室河南郑州450007

针对联盟链在复杂应用场景下权限管理分散、业务扩展困难、读写集中和多合约间弱事务性的缺点,提出了一种面向复杂应用场景的联盟链多链协同方案。该方案利用区块链网关统一管理用户访问权限,避免了访问权限管理的分散;提出支持逻辑链... 详细信息

针对联盟链在复杂应用场景下权限管理分散、业务扩展困难、读写集中和多合约间弱事务性的缺点,提出了一种面向复杂应用场景的联盟链多链协同方案。该方案利用区块链网关统一管理用户访问权限,避免了访问权限管理的分散;提出支持逻辑链动态伸缩的链间路由机制,简化逻辑链的管理,降低业务扩展难度;设计读写分离机制,提升逻辑链的读写性能;构造基于TCC的事务方案,满足多业务合约之间的事务性操作。实验和分析结果表明,该方案有效提高了交易吞吐量,且在业务动态扩展和多合约间事务性方面有较好的支持。

关键词：协同方案多链区块链联盟链智能合约

浅谈基于PHM技术的高速铁路接触网设备维修策略

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电气化铁道 2019年第6期30卷 86-89页

作者：郭尚坤中国铁路郑州局集团有限公司新乡供电段

针对高速铁路接触网设备传统维修模式的不足,提出基于故障预测与健康管理(PHM)技术的维修策略。该维修策略结合高速铁路接触网设备运行特点及需求,利用网络技术、大数据分析技术、铁路供电安全检测监测系统(6C)等建立生产信息数据系统,... 详细信息

针对高速铁路接触网设备传统维修模式的不足,提出基于故障预测与健康管理(PHM)技术的维修策略。该维修策略结合高速铁路接触网设备运行特点及需求,利用网络技术、大数据分析技术、铁路供电安全检测监测系统(6C)等建立生产信息数据系统,通过对标准数据、历史数据和在线检测监测数据的对比、分析,实现故障预测预警、设备健康状态评估、全寿命周期可靠性分析,解决高速铁路接触网设备维修过度与维修不足的问题,提升检修的质量和效率。

关键词：高速铁路故障预测与健康管理接触网设备维修模式

阳山隧道高地应力近水平岩层变形控制关键技术研究

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铁道建筑技术 2020年第3期 91-95页

作者：郭尚坤中铁二十局集团第二工程有限公司北京100042

阳山隧道是蒙华铁路的重难点控制性工程,2号斜井正洞小里程方向穿越高地应力近水平岩层,在施工过程中出现初支变形、底板隆起,甚至出现垮塌,严重影响了隧道施工安全。针对阳山隧道2号斜井正洞小里程方向高地应力现场表现情况,确定了该... 详细信息

阳山隧道是蒙华铁路的重难点控制性工程,2号斜井正洞小里程方向穿越高地应力近水平岩层,在施工过程中出现初支变形、底板隆起,甚至出现垮塌,严重影响了隧道施工安全。针对阳山隧道2号斜井正洞小里程方向高地应力现场表现情况,确定了该段地应力测试结果,采用了微台阶与限阻器相结合的施工工法,通过对典型断面初支拱顶下沉、水平收敛情况监测分析,发现限阻器变形可以吸收来自围岩的构造应力,消除了高地应力引起的初支拱顶开裂剥落、格栅钢架扭曲变形等病害。研究结果表明,该工法是阳山隧道高地应力近水平岩层变形控制关键技术,为后期同类隧道施工提供了宝贵的施工经验。

关键词：高地应力近水平岩层微台阶限阻器设置监控量测

基于改进公证人机制的联盟链跨链隐私保护方案

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计算机应用 2023年第10期43卷 3028-3037页

作者：郭晓涵姚中原张勇郭尚坤王超斯雪明中原工学院前沿信息技术研究院郑州450007 河南省网络密码技术重点实验室(信息工程大学) 郑州450001 河南省区块链与数据共享国际联合实验室(中原工学院) 郑州450007

联盟链跨链交互既增强了联盟链应用的功能,又扩展了应用的使用范围,因此对促进联盟链应用推广和产业发展意义重大。然而,目前联盟链跨链交互依然存在着用户身份和资产交易信息隐私泄露的问题,进而阻碍了联盟链跨链交互技术的广泛应用。... 详细信息

联盟链跨链交互既增强了联盟链应用的功能,又扩展了应用的使用范围,因此对促进联盟链应用推广和产业发展意义重大。然而,目前联盟链跨链交互依然存在着用户身份和资产交易信息隐私泄露的问题,进而阻碍了联盟链跨链交互技术的广泛应用。针对以上问题,提出一个基于改进公证人机制的联盟链资产跨链隐私保护方案。首先,在合约层引入哈希锁定机制来改进传统的单签名公证人跨链方式,从而降低传统公证人机制中心化作恶的风险;其次,利用同态加密的特性在保证交易合法的前提下,实现对交易资产的可用不可见;同时,利用多密钥生成中心(KGC)模式的标识密码算法实现在网络层上的用户身份隐私保护。理论分析和实验结果表明,所提方案对联盟链跨链交互时交易中的用户身份信息和资产信息具有良好的隐私保护效果,且相较于其他同类方案在签名和验证方面的开销更低。

关键词：区块链公证人哈希锁定同态加密标识密码隐私保护