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面向煤矿产业的智能算法开发管理平台的设计与实现

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面向煤矿产业的智能算法开发管理平台的设计与实现

作者：秦一帆西安电子科技大学

学位级别：硕士

智能算法的开发与使用是智能矿山建设的重要组成部分。随着煤矿智能化的发展,煤矿产业中智能算法的应用规模逐渐扩大,智能算法在煤矿业务中产生的作用也逐渐显著。经过研究发现,煤矿产业中的智能算法的开发工作主要由对煤矿业务熟悉的... 详细信息

智能算法的开发与使用是智能矿山建设的重要组成部分。随着煤矿智能化的发展,煤矿产业中智能算法的应用规模逐渐扩大,智能算法在煤矿业务中产生的作用也逐渐显著。经过研究发现,煤矿产业中的智能算法的开发工作主要由对煤矿业务熟悉的煤矿工作者承担,其主要从事煤矿专业研究工作,往往对算法的复杂开发方式掌握不到位。并且,现有煤矿智能化产业不具备获取相关煤矿数据集的便捷手段,这也使应用于煤矿产业的算法的开发工作更加困难。所以,煤矿产业需要建立一套能够让煤矿工作人员快速运用专业知识,并能够便捷产出智能算法的平台,一方面降低智能算法开发的难度、提升智能算法开发的效率,另一方面合理管理算法单元并加快算法测试和部署进程,让智能算法开发者能够快速的在真实煤矿数据集上测试算法,并及时获取和调整算法在煤矿业务场景中的效果。为此,本文设计并实现了面向煤矿产业的智能算法开发管理平台。首先,本文对煤矿行业智能化现状和发展趋势进行了介绍,阐述了构建智能算法开发管理平台在智能化矿山发展过程中的必要性和紧迫性。其次,本文根据用户的实际需求及煤矿现实情况进行了技术选型,对平台开发涉及到的虚拟化技术、煤矿大数据技术以及边缘计算技术进行了阐述。之后,本文从煤矿业务角度出发,详细分析了平台的功能需求和非功能性需求,为平台的设计与实现提供依据。针对煤矿产业中的算法开发工作缺乏规范的问题,本文为平台建立了适用于煤矿业务的总体架构和功能模块结构,利用资源概念定义煤矿产业中的智能算法,在功能和概念上使智能算法得到统一化描述,提升了算法流程化开发的效率;针对智能算法需动态边缘部署及热切换的需求,本文基于虚拟化技术,提出了一种适用于煤矿工作场景的中心云与边缘云相结合的架构,并实现了算法动态边缘部署的业务逻辑,提升了算法在煤矿业务中的可靠性;针对如何提升煤矿边缘端的算法程序的执行效率的问题,本文将边缘端算法进行迁移部署,利用图分割思想提出了一种基于谱聚类算法的自适应分解策略,用于处理煤矿边缘端的算法部署任务,实验表明其在业务处理中的效果更出色;针对如何便捷地将煤矿专业知识与算法结合开发的问题,本文基于Argo实现了一种可视化的算法构建功能,有效降低了煤矿产业中的智能算法的研发难度及成本。另外,为进一步增强平台在煤矿生产过程的智能化和信息化水平,本文将算法与实际功能相结合,在煤矿信息提取方面额外增加了故障模式识别功能以及煤矿系统设备维护分析功能,增强了智能算法开发管理平台对煤矿设备的维护保障能力。

关键词：智能矿山算法开发应用服务大数据

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基于容器的算法开发系统的设计与实现

基于容器的算法开发系统的设计与实现

作者：黄金庆大连理工大学

学位级别：硕士

随着大数据时代的到来,算法相关技术领域的研究备受关注,针对算法开发的工具与开源技术也越来越多,算法开发却没有一个可通用、功能较完善的平台。基于以上背景,本文设计实现的基于容器的算法开发系统,为算法的开发部署,提供了一个较为... 详细信息

随着大数据时代的到来,算法相关技术领域的研究备受关注,针对算法开发的工具与开源技术也越来越多,算法开发却没有一个可通用、功能较完善的平台。基于以上背景,本文设计实现的基于容器的算法开发系统,为算法的开发部署,提供了一个较为完整的解决方案。本文从算法开发的用户角度出发,对系统进行分析与设计,使用Gitlab、Kubernetes、Ceph和SSM框架等技术,研发了基于容器的算法开发系统。系统主要包括六个功能模块,用户管理模块主要包含用户自我管理、团队管理等功能;数据集管理包含数据集的录入、分享和基本信息管理功能;模型管理主要是模型录入、模型信息管理、模型发布与模型分享等功能;算法管理包含对算法进行调试、编辑、管理与分享的功能;实验结果追踪包含对算法结果的管理、追踪以及可视化对比等功能;任务监控主要是对算法运行的资源消耗进行监控的功能,包括内存、CPU、存储等。系统的核心功能提供算法编辑调试、算法快速发布、结果跟踪管理以及算法资源消耗监控,提供隔离的算法开发环境,支持算法计算资源的动态扩展,为用户提供了一个可靠的、高效的算法开发平台。该系统已经过测试与线上使用,系统能够支持用户对算法调试、算法发布以及结果跟踪等功能的需要,方便用户进行算法开发。

关键词：容器技术算法开发 Kubernetes

Linux下的图像/视频编码算法开发平台的设计

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Linux下的图像/视频编码算法开发平台的设计

作者：杨志强天津大学

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本文开发了一个应用软件,它提供了这样一个平台:包含了一些用于图像和视频量化、压缩和编码的实用程序和库函数。使用者在安装了这个平台软件之后可以比较灵活和方便地应用那些经常用于编码和压缩的程序;实现一些编码和压缩算法并在此... 详细信息

本文开发了一个应用软件,它提供了这样一个平台:包含了一些用于图像和视频量化、压缩和编码的实用程序和库函数。使用者在安装了这个平台软件之后可以比较灵活和方便地应用那些经常用于编码和压缩的程序;实现一些编码和压缩算法并在此基础上开发出新的算法。使用者可以不知道这些程序具体的实现形式,只需要在开发自己的应用程序中将平台所含程序作为库函数进行链接,避免反复编写一些常用算法（比如算术编码）,提高开发效率。本开发平台软件主要应用在图像/视频编码、压缩系统原型的开发上以及学术研究中。在这个平台开发的过程中吸取了一些前人编写库函数的经验,并在此基础上编写了一些实用程序。平台用Linux下的C语言编写完成,包括图像编码模块、视频编码模块、基于小波的SPIHT（Set Partitioning in Hierarchical Trees）算法模块,最后封装成可安装的软件包的形式。整个平台可以安装在任何一台装有Linux操作系统的计算机上。由于水平和时间有限,平台中的程序还有待修改和完善。

关键词： Linux 图像视频算法开发应用软件

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未来已来--合成化学迈进智能化时代

中国科学：化学 2023年第1期53卷 3-8页

作者：张绍东王璐付雪峰国家自然科学基金委员会化学科学部北京100085 上海交通大学化学化工学院上海200240 苏州大学功能纳米与软物质研究院苏州215123

近年来,欧美发达国家将人工智能应用于合成化学并取得了一系列重要成果.就我国而言,结合大数据分析、机器学习以及相关智能硬件的集成,开发中国品牌的“AI Chemists”迫在眉睫.本文结合人工智能在合成化学中的不同应用场景,从4个方面介... 详细信息

近年来,欧美发达国家将人工智能应用于合成化学并取得了一系列重要成果.就我国而言,结合大数据分析、机器学习以及相关智能硬件的集成,开发中国品牌的“AI Chemists”迫在眉睫.本文结合人工智能在合成化学中的不同应用场景,从4个方面介绍现阶段人工智能在合成化学领域面临的挑战,并提出潜在的应对思路.

关键词：人工智能合成化学数据库建立算法开发硬件集成人才培养

基于在线动态废钢收得率的转炉能量模型研究与实践

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钢铁研究学报 2023年第12期35卷 1483-1495页

作者：甘俊杰张立强龙海山夏金魁张本亮张超杰安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243032 阳春新钢铁有限责任公司科技开发中心广东阳江529629 宝武集团鄂城钢铁有限公司炼钢厂湖北鄂州436000 宁波钢铁有限公司炼钢厂浙江宁波315000

针对转炉炼钢过程中铁水比降低导致炉内热源不足,需要加入发热剂用于平衡炉内热量收支的问题,为更精确地控制转炉内配加发热剂用量,利用物料平衡和热量平衡作为理论依据,构建了转炉能量模型,并提出一种基于动态循环寻优的废钢收得率自... 详细信息

针对转炉炼钢过程中铁水比降低导致炉内热源不足,需要加入发热剂用于平衡炉内热量收支的问题,为更精确地控制转炉内配加发热剂用量,利用物料平衡和热量平衡作为理论依据,构建了转炉能量模型,并提出一种基于动态循环寻优的废钢收得率自适应算法,同时采用历史炉次的终点命中情况作为动态反馈,以提高转炉能量模型的鲁棒性能和计算精度。本模型在某厂120 t转炉的实际应用结果表明,在低铁耗下通过补加发热剂能够达到平衡转炉内热量收支的目的,平均每炉补加353.75 kg焦丁和54.25 kg硅铁,实现转炉平均废钢比由19.9%提升至22.0%。利用转炉能量模型控制发热剂加入量,能够在入炉原料成分、温度发生变化时,及时更新炉内热量收支平衡,从而合理化发热剂用量,提高废钢比,保证经济性和冶炼过程的稳定性,具有广泛的工业应用价值。

关键词：转炉炼钢算法开发废钢收得率终点控制数学模型

Microchip发布智能高级合成(HLS)工具套件,助力客户使用PolarFire FPGA平台进行基于C++的算法开发

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世界电子元器件 2021年第9期 29-29页

由于边缘计算应用需要综合考虑性能与低功耗,因此带动了开发人员将现场可编程门阵列(FPGA)用作高能效加速器的需求,这种做法还能够提供灵活性和加快上市时间。然而,大部分边缘计算、计算机视觉和工业控制算法都是由开发人员使用C++语言... 详细信息

由于边缘计算应用需要综合考虑性能与低功耗,因此带动了开发人员将现场可编程门阵列(FPGA)用作高能效加速器的需求,这种做法还能够提供灵活性和加快上市时间。然而,大部分边缘计算、计算机视觉和工业控制算法都是由开发人员使用C++语言原生开发的,而他们对底层FPGA硬件知之甚少或一无所知。

关键词：计算机视觉边缘计算工具套件 FPGA平台算法开发 Microchip 高能效

基于酶约束模型的多底物利用和基因敲除预测分析

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基于酶约束模型的多底物利用和基因敲除预测分析

作者：张培基天津大学

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代谢网络模型被广泛用于计算代谢表型,酶约束模型是代谢网络模型最有效的扩展之一,通过酶丰度和动力学对代谢通量进行限制,能够改善代谢网络模型的预测能力。目前采用酶约束模型进行的应用分析十分有限,也缺乏基于酶约束模型开发的分析... 详细信息

代谢网络模型被广泛用于计算代谢表型,酶约束模型是代谢网络模型最有效的扩展之一,通过酶丰度和动力学对代谢通量进行限制,能够改善代谢网络模型的预测能力。目前采用酶约束模型进行的应用分析十分有限,也缺乏基于酶约束模型开发的分析方法。本研究基于大肠杆菌的酶约束模型,开发混合底物利用策略的预测分析流程,分析细胞对混合底物的利用情况,开发以酶约束模型为底盘的基因敲除预测分析方法,预测基因敲除后细胞的代谢状态。首先,设计了一套酶约束模型对混合底物利用策略的预测分析流程,并开发了适用于酶约束模型的最小化酶量算法。通过在酶约束模型中引入途径效率的概念,采用最小化酶量算法对不同碳源合成前体代谢物的途径效率进行计算,以途径效率的高低判断对混合碳源利用方式。基于大肠杆菌酶约束模型eco ECM,利用最小化酶量算法,对选取的11种碳源55种双底物混合组合进行分析。结果表明,9种组合为先后利用,46种组合为同时利用,与调研到的26组实验数据相比,仅有1组与实验数据存在差异。对于突变型的大肠杆菌细胞进行一组混合底物利用分析,预测结果与实验研究保持一致。这是首次采用酶约束模型对混合底物利用现象进行模拟,为酶约束模型的应用扩展提供了新场景。其次,以酶约束模型为底盘,吸收了最小化代谢调节算法MOMA(minimization of metabolic adjustment)的最小化代谢通量调节思想,开发了最小化酶量调节算法MOEA(minimization of enzymatic adjustment),用于预测基因敲除后细胞的代谢状态。基于eco ECM,对于非同工酶基因敲除后细胞生长的预测,MOEA预测结果的误差平方和为0.068,相较于直接使用酶约束模型和MOMA,分别降低85.4%和87.4%;对于胞内代谢通量的预测,MOEA预测的平均相关系数为0.94,比直接使用酶约束模型和MOMA时分别提升了7%和12%。MOEA可以实现MOMA无法模拟的同工酶基因敲除分析;对于同工酶基因的敲除后细胞生长的预测,MOEA预测的误差平方和为0.16,比使用酶约束模型时预测的0.23降低了26%。MOEA是首个基于酶约束模型而开发的基因敲除预测算法,有望对代谢工程改造提供指导。

关键词：代谢网络模型酶约束混合碳源基因敲除代谢工程算法开发

磨耗工况下高速列车半主动控制仿真分析及硬件在环实验研究

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磨耗工况下高速列车半主动控制仿真分析及硬件在环实验研究

作者：胡金天石家庄铁道大学

学位级别：硕士

高速列车运营过程中,车轮磨耗会导致车辆动力学性能的劣化。如何在保证运营成本的同时保持车辆运营过程中的车辆动力学性能,是一项值得深入研究的课题。研究在不同磨好阶段列车的动力学性能变化规律,发现等效锥度的变化是显著的。为保... 详细信息

高速列车运营过程中,车轮磨耗会导致车辆动力学性能的劣化。如何在保证运营成本的同时保持车辆运营过程中的车辆动力学性能,是一项值得深入研究的课题。研究在不同磨好阶段列车的动力学性能变化规律,发现等效锥度的变化是显著的。为保持良好的动力学性能,延长车轮镟修周期,对二系横向减振器进行了半主动控制研究。开展的研究工作及相关结论如下:(1)不同运营里程下车辆动力学性能的变化研究。利用UM建立车辆多刚体动力学模型,通过Archard模型对车轮进行磨耗仿真。通过对比实测跟踪磨耗车轮的参数,验证了仿真模型的有效性。研究了不同里程下磨耗车轮对车辆动力学性能的影响。并将实测钢轨打磨前后数据导入模型,分析了钢轨打磨前后对车辆动力学性能的影响。结果表明,随着运营里程的增加,车辆的各种动力学性能指标均出现不同程度的劣化;钢轨打磨后车辆动力学性能得到明显改善。(2)磨耗工况下半主动悬架的研究。利用UM-Simulink联合仿真方法和UM条件输出变量模块对磨耗工况下的车辆模型进行半主动控制仿真研究,分别对车辆的平稳性、稳定性、安全性和磨耗指标进行分析,并根据国内相关标准对半主动控制下的车轮镟修周期进行了评定,结果表明,半主动控制在整体上有有效提升动力学性能,虽然会导致临界速度有所降低,但在一定范围内可以延长车轮镟修周期,降低运行成本。(3)硬件在环实验以及算法硬件化。通过可编程控制器设计开发了半主动控制器,并开展了半主动控制硬件在环实验。分别采用四分之一车模型和十七自由度模型,对比了不同控制策略在两种模型下的控制效果,验证了半主动控制策略的有效性。通过设置十七自由度模型等效锥度,分析了等效锥度为0.17和0.4时半主动控制对车体横向振动的影响。

关键词：高速列车车轮磨耗半主动控制硬件在环实验算法开发

含能材料感度评估的空间位阻指数算法和程序设计

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含能材料 2021年第3期29卷 182-191页

作者：崔涛刘知涵谢玮薛向贵上海大学理学院化学系上海200444 上海大学材料基因组工程研究院上海200444 中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621999

含能材料的撞击感度可以通过分子动力学模拟获得,然而其计算成本昂贵且受部分材料缺乏合适力场的限制。设计了用于评估含能材料撞击感度的空间位阻指数(Steric Hindrance Index,SHI)的计算算法并开发了相应的计算机程序。该算法压缩原... 详细信息

含能材料的撞击感度可以通过分子动力学模拟获得,然而其计算成本昂贵且受部分材料缺乏合适力场的限制。设计了用于评估含能材料撞击感度的空间位阻指数(Steric Hindrance Index,SHI)的计算算法并开发了相应的计算机程序。该算法压缩原子在晶胞内的坐标以模拟含能材料受到撞击时的形变,对指定的滑移系建立新的空间直角坐标系并旋转晶胞以处理任意撞击方向和滑移系,将旋转后的晶胞内分子根据质心的x坐标进行分层,计算每相邻两分子层在投影区域内的重叠面积,归一化后获得空间位阻指数。根据设计的含能材料空间位阻指数算法,计算了在压缩比为0.1时太安(PETN)、苯并三氧化呋咱(BTF)、奥克托今(RDX)和梯恩梯(TNT)的平均SHI依次为0.8707、0.7940、0.4228和0.0924,与文献中上述材料撞击感度呈降低趋势的结果相符。根据SHI判别含能材料的滑移系敏感性与采用分子动力学模拟的温度、化学反应生成物含量等计算结果的判断一致,而计算成本和方法适用性有较大提高。

关键词：撞击感度含能材料空间位阻指数算法开发