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隧道爆破振动信号畸变校正与混沌多重分形特征研究

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振动与冲击 2022年第6期41卷 76-85页

作者：付晓强俞缙刘纪峰杨仁树戴良玉三明学院建筑工程学院福建三明365004 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021 三明科飞产气新材料股份有限公司福建三明365500 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

受测试环境影响,隧道爆破监测信号中普遍包含噪声和趋势项干扰。针对爆破信号干扰项消除难题,选取典型地铁隧道工程监测到的畸变爆破信号为分析对象,采用稀疏化基线估计与去噪(baseline estimation and denoising with sparsity,BEADS)... 详细信息

受测试环境影响,隧道爆破监测信号中普遍包含噪声和趋势项干扰。针对爆破信号干扰项消除难题,选取典型地铁隧道工程监测到的畸变爆破信号为分析对象,采用稀疏化基线估计与去噪(baseline estimation and denoising with sparsity,BEADS)算法实现了噪声和趋势项成分的提取,得到反映真实爆破信息的校正信号。利用多重分形去趋势波动分析(multi-fractal detrended fluctuation analyses,MF-DFA)捕捉到三个分量信号的混沌分形特征,并根据小波相关性凝聚谱对三个分量信号与原始信号的时频域相关性进行了精确表征。结果表明:隧道爆破信号高频噪声、低频趋势项和校正信号三者的混沌分形特征具有显著差异。校正信号吸引子轨迹形态为反复周期性有序波动且具有持续性和反持续性分形谱特征,其递归图具有周期模式;低频趋势项吸引子形态表现为近似直线且具有持续性分形谱特征,其递归图具有对角线分布突变模式;高频噪声吸引子形态为杂乱无章的随机波动且具有反持续性分形谱特征,其递归图具有漂移模式。在置信度为95%的小波影响锥范围内,校正信号、趋势项和噪声分量与原始信号分别具有持续正相关、局部负相关和无相关性特征。三类信号的有效分离和混沌分形特征提取为爆破信号成分的准确辨识和归类提供了客观表征和量化指标。

关键词：爆破信号稀疏化基线估计与去噪(BEADS) 多重分形去趋势波动分析(MF-DFA) 混沌特征时频相关性

水轮机空化声发射信号降噪与混沌图像特征提取

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哈尔滨工程大学学报 2023年第8期44卷 1361-1367页

作者：刘忠李显伟邹淑云王文豪周泽华长沙理工大学能源与动力工程学院湖南长沙410114

针对水轮机空化声发射信号存在噪声影响信号特征有效提取的问题,本文建立了基于傅里叶分解与多分辨奇异值分解的降噪和混沌特征提取的水轮机空化声发射信号处理方法。采用傅里叶分解算法将水轮机空化声发射信号分解为若干个固有频带函数... 详细信息

针对水轮机空化声发射信号存在噪声影响信号特征有效提取的问题,本文建立了基于傅里叶分解与多分辨奇异值分解的降噪和混沌特征提取的水轮机空化声发射信号处理方法。采用傅里叶分解算法将水轮机空化声发射信号分解为若干个固有频带函数,计算其相关系数。利用多分辨奇异值分解算法对相关系数较小的固有频带函数进行降噪,再将降噪后的固有频带函数与相关系数较大的固有频带函数进行重构,完成信号降噪。结果表明:将相空间重构得到相轨迹图和Poincaré截面图作为信号特征,本文降噪方法可以更好实现水轮机空化声发射信号降噪;混沌特征图像可以反映空化状态变化规律。

关键词：水轮机空化声发射傅里叶分解多分辨奇异值分解相空间重构混沌特征

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径流序列相空间重构的水文学含义及应用

水资源保护 2024年第3期40卷 90-97,148页

作者：李建林贺奇王树威王心义张杰河南理工大学资源环境学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 中化地质矿山总局浙江地质勘查院浙江杭州310002

为确定径流序列相空间重构后的水文学含义并提高径流中长期预测精度,基于混沌理论进行径流序列相空间重构,并对径流影响因素与重构后相空间列向量进行相关性分析。在此基础上建立了混沌理论与人工神经网络耦合(Chaos-BPNN)的径流预测模... 详细信息

为确定径流序列相空间重构后的水文学含义并提高径流中长期预测精度,基于混沌理论进行径流序列相空间重构,并对径流影响因素与重构后相空间列向量进行相关性分析。在此基础上建立了混沌理论与人工神经网络耦合(Chaos-BPNN)的径流预测模型,并应用于黑河上游莺落峡水文站和正义峡水文站。结果表明:径流序列重构后相空间列向量具有明确的水文学含义;Chaos-BPNN径流预测模型仅需径流序列数据就可进行建模和预测,规避了径流预测过程中主控因素难以确定和不易量化的问题;黑河上游降水量、输沙量、水位和气温分别与重构后相空间的第1、3、6、7列具有较高的相关性,风速与任何一列都不相关,推测雪线高程、植被覆盖率以及土地利用类型等因素与第2、4、5列存在相关性;构建的Chaos-BPNN径流预测模型在黑河上游莺落峡水文站和正义峡水文站的径流预测精度均在86%以上。

关键词：径流序列相空间重构混沌特征径流影响因素 Chaos-BPNN径流预测模型

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混沌特征量识别切削颤振的试验研究

振动与冲击 2015年第16期34卷 99-103页

作者：毛汉颖刘畅刘永坚毛汉领广西科技大学汽车与交通学院广西柳州542506 广西大学机械工程学院南宁530004

针对切削颤振具有的非线性,传统信号处理方法不能全面揭示颤振特征及难以识别预报等问题,通过改变切削速度及深度的多组切削试验,获得从平稳切削到颤振状态完整过程的多组振动加速度信号,采用关联维数、最大Lyapunov指数及Kolmogorov熵... 详细信息

针对切削颤振具有的非线性,传统信号处理方法不能全面揭示颤振特征及难以识别预报等问题,通过改变切削速度及深度的多组切削试验,获得从平稳切削到颤振状态完整过程的多组振动加速度信号,采用关联维数、最大Lyapunov指数及Kolmogorov熵等分析测试信号的混沌特征。结果表明,三个混沌特征量均能从不同角度较好揭示切削过程从平稳到颤振的变化规律。多混沌特征可能将是识别预报颤振的新方向。

关键词：切削颤振混沌特征识别

基于混沌理论与蜉蝣优化K-means算法的变压器绕组松动故障特征分析方法

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高电压技术 2023年

作者：薛健侗马宏忠倪一铭万可力迮恒鹏河海大学能源与电气学院

为了更加准确有效地对变压器绕组状态进行分析，提出了一种基于混沌理论与蜉蝣优化K-means算法的变压器绕组松动故障特征分析方法。首先，运用C-C法重构变压器振动信号的相空间，分析变压器振动信号的混沌特性，得到关联维数、Kolmogoro... 详细信息

为了更加准确有效地对变压器绕组状态进行分析，提出了一种基于混沌理论与蜉蝣优化K-means算法的变压器绕组松动故障特征分析方法。首先，运用C-C法重构变压器振动信号的相空间，分析变压器振动信号的混沌特性，得到关联维数、Kolmogorov熵作为混沌特征。然后，将蜉蝣优化算法引入K-means聚类分析中，对高维相空间轨迹的簇中心选取进行优化，得到相轨迹的簇中心矩之和、矢径偏移，作为几何特征。实验结果表明：变压器振动信号的最大Lyapunov指数均大于0，适用于混沌特性分析；由变压器振动信号计算出的混沌特征能够表征变压器绕组的松紧程度；同时，经蜉蝣优化的K-means算法得到的簇中心能够作为特征点提取整个相空间轨迹的几何特征，也能够区分绕组的松动故障程度；将2种特征结合能够实现变压器绕组状态的准确监测，从而为变压器绕组在线检修提供了一种理论依据。

关键词：变压器绕组松动混沌理论蜉蝣优化K-means算法混沌特征几何特征

基于THz时域混沌特征的煤粉细度检测方法的研究

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光谱学与光谱分析 2019年第5期39卷 1392-1397页

作者：梁良唐守锋童敏明董海波中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116

煤粉气力输送的细度检测对磨煤机工作状态的最优控制具有重要的意义。传统的检测方法多采用抽检取样法,通过分样筛等设备检测样品的细度,耗时长且操作复杂。国内外对细度地快速检测也有部分研究成果,但所测粉体浓度须较低,且设备稳定性... 详细信息

煤粉气力输送的细度检测对磨煤机工作状态的最优控制具有重要的意义。传统的检测方法多采用抽检取样法,通过分样筛等设备检测样品的细度,耗时长且操作复杂。国内外对细度地快速检测也有部分研究成果,但所测粉体浓度须较低,且设备稳定性还有待提高。太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)是一种新型的无损检测技术,其低能性、选择透过性、相干性等特点使它具备其他光谱测量方法没有的优势。国内外对太赫兹辐射与颗粒介质相互作用的研究表明,太赫兹波对颗粒介质的细度具有显著敏感性,因此通过太赫兹波检测煤粉细度具有可行性。太赫兹波在高浓度颗粒介质的传播可以被看成是一个非线性动力过程,这个过程包含了复杂的非线性动力学效应,导致光谱测量结果具有混沌特征。将非线性动力系统的概念应用到太赫兹时域光谱信号的分析中,将太赫兹时域光谱信号视为由复杂非线性动力系统产生的时间序列进行特征分析。实验中将煤样研磨并筛分为混沌特征,通过比较发现这些混沌特征与细度变化具有一定的相关性,从视觉上可以大致区分出细度范围,但无法进行定量分析。支持向量机常用来解决小样本和非线性的分类问题,但是需要选择合适的参数才能建立较为准确的预测模型。文中引入粒子群算法来优化支持向量机建模参数选择。将上述提取的混沌特征向量作为粒子群算法优化的支持向量机的输入变量,以分样筛筛孔作为回归目标,对所测量煤粉细度建立回归模型。实验结果表明利用混沌特征建立的回归模型对混沌特征表现不明显所导致。对55～74, 74～88, 88～105和105～200μm煤粉样品细度的预测结果要明显优于频域消光谱建立的模型,特别是74～88和105～200μm样品,校正集均方根误差相对于消光谱分别下降了29.48%和26.14%,预测集误差分别下降了88.62%和56.86%。从预测结果整体上来看,采用混沌特征建模的预测结果与目标细度的相关系数为0.9618,消光谱建模的预测结果相关系数仅为0.78。混沌特征建模的均方根预测误差仅为9.52,消光谱建模的均方根预测误差为24.48。同时采用混沌特征的建模时间相对于消光谱的建模时间下降了43.19%。研究结果为太赫兹时域光谱技术在高浓度煤粉气力输送细度检测上的应用提供了科学依据和参考。

关键词：煤粉细度太赫兹混沌特征粒子群优化支持向量机

水轮机空化声发射信号FDM-MRSVD降噪与混沌图像特征提取

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哈尔滨工程大学学报 2023年

作者：刘忠李显伟邹淑云王文豪周泽华长沙理工大学能源与动力工程学院

针对水轮机空化声发射信号存在噪声影响信号特征有效提取的问题，建立基于傅里叶分解（FDM）与多分辨奇异值分解（MRSVD）的FDM-MRSVD降噪和混沌特征提取的水轮机空化声发射信号处理方法。采用傅里叶分解算法将水轮机空化声发射信号分... 详细信息

针对水轮机空化声发射信号存在噪声影响信号特征有效提取的问题，建立基于傅里叶分解（FDM）与多分辨奇异值分解（MRSVD）的FDM-MRSVD降噪和混沌特征提取的水轮机空化声发射信号处理方法。采用傅里叶分解算法将水轮机空化声发射信号分解为若干个固有频带函数，计算其相关系数。利用多分辨奇异值分解算法对相关系数较小的固有频带函数进行降噪，再将降噪后的固有频带函数与相关系数较大的固有频带函数进行重构，完成信号降噪。将相空间重构得到相轨迹图和Poincaré截面图作为信号特征。试验分析结果表明，FDM-MRSVD降噪方法可以更好实现水轮机空化声发射信号降噪；两种混沌特征图像可以反映空化状态变化规律。

关键词：水轮机空化声发射傅里叶分解多分辨奇异值分解相空间重构混沌特征

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河川径流混沌特征分析

水力发电学报 2012年第3期31卷 11-17,30页

作者：李彦彬尤凤黄强徐建新 Hubert.H.G.Savenije 华北水利水电学院郑州450011 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100044 西安理工大学水电学院西安710048 代尔夫特理工大学水资源系

在对混沌理论及其在径流系统应用的适应性分析的基础上,提出河川径流混沌分析方法;以黄河为研究对象对月径流序列进行相空间重构,并进行混沌特征识别和分析,得到如下结论:天然月径流比实测月径流的饱和关联维数要大,要恰当描述实测月径... 详细信息

在对混沌理论及其在径流系统应用的适应性分析的基础上,提出河川径流混沌分析方法;以黄河为研究对象对月径流序列进行相空间重构,并进行混沌特征识别和分析,得到如下结论:天然月径流比实测月径流的饱和关联维数要大,要恰当描述实测月径流序列的变化特征,进行动力系统建模,最少需要4个独立变量,最多需要8个独立变量,要描述天然径流序列则最少需要5～6个,最多需要12个独立变量;同一水文站、同一时期的实测径流序列和天然序列的混沌特征不同;下游的混沌特征要强于上游;从上世纪五十年代到本世纪初黄河干流月径流的混沌特性比上世纪二十年代到上世纪七十年代月径流的混沌特性要稍强;所采用径流时间序列的长、短对混沌特征的识别有影响,序列越长,所表现的混沌特征就越强。黄河径流具有混沌特征,为径流系统的建模和混沌预测提供了依据。

关键词：水文学及水资源混沌特征混沌理论河川径流相空间重构黄河

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硫化矿石堆自热的混沌特征

中南大学学报（自然科学版） 2019年第2期50卷 368-374页

作者：伍智伟潘伟吴超李孜军李明刘正洲冯宴熙中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

为揭示硫化矿石堆非稳态自热过程的混沌特征,以某硫铁矿矿石样品为实验材料,应用自主设计的实验装置,室内模拟矿石堆非稳态自热过程。通过小波变换、三维相图分析、功率谱分析和最大Lyapunov指数计算,对表征矿石堆自热过程的温度序列进... 详细信息

为揭示硫化矿石堆非稳态自热过程的混沌特征,以某硫铁矿矿石样品为实验材料,应用自主设计的实验装置,室内模拟矿石堆非稳态自热过程。通过小波变换、三维相图分析、功率谱分析和最大Lyapunov指数计算,对表征矿石堆自热过程的温度序列进行研究。研究结果表明:硫化矿石堆自热是一个混沌演化过程;随着深度增大,矿石堆混沌程度呈先增大后减小的趋势;最大Lyapunov指数与平均升温率呈正相关性,可基于最大Lyapunov指数对矿石堆不同区域的自燃倾向性进行评价。

关键词：硫化矿石堆自热过程混沌特征最大Lyapunov指数