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基于平稳小波变换的光伏直流串联电弧故障检测

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电力系统保护与控制 2024年第12期52卷 82-93页

作者：王桐史雯石浩渊康子良内蒙古电力集团有限责任公司内蒙古电力科学研究院内蒙古呼和浩特010020 内蒙古电力集团有限责任公司呼和浩特供电分公司内蒙古呼和浩特010020 燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004

光伏系统直流串联电弧故障具有随机性和隐蔽性的特点,且容易受到外部环境和光伏系统内部噪声的影响,难以检测。利用小波变换提取的电流时频域特征对电弧故障有很好的辨识度,但面临小波基选取的问题。在采集大量电弧故障数据的基础上,通... 详细信息

光伏系统直流串联电弧故障具有随机性和隐蔽性的特点,且容易受到外部环境和光伏系统内部噪声的影响,难以检测。利用小波变换提取的电流时频域特征对电弧故障有很好的辨识度,但面临小波基选取的问题。在采集大量电弧故障数据的基础上,通过小波变换分析和对比实验,提出一种针对常用电弧故障特征指标提取的最优小波基选取方法。通过此方法确定bior4.4小波基为提取电弧故障特征的最优小波基,并由此构建基于bior4.4平稳小波变换的时频域特征。通过对比试验发现,基于bior4.4的时频域特征对电弧故障的辨识度明显提高,且表现出对正常噪声信号的抑制作用。为从多角度反映电弧故障特征,补充时域特征,并与时频域特征结合构成电流特征库,利用随机森林算法实现电弧故障的诊断。电弧故障检测准确率达到98.58%,正常信号的误判率仅为0.76%。

关键词：电弧故障平稳小波变换最优小波基近似熵样本熵随机森林算法

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基于变分模态分解和极端梯度提升的公路边坡位移预测

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：龙志友万昭龙董是杨超刘肖扬长安大学运输工程学院道路基础设施数字化教育部工程研究中心陕西高速公路工程试验检测有限公司长安大学公路学院

位移动态变化是反映公路边坡滑坡风险的关键指标，公路边坡位移监测数据非线性、噪声多、不平稳的特点，导致边坡位移预测精度存在不足的问题。本文提出优化变分模态分解（VMD）和极端梯度提升（XGBoost）的回归预测算法，用于公路边坡... 详细信息

位移动态变化是反映公路边坡滑坡风险的关键指标，公路边坡位移监测数据非线性、噪声多、不平稳的特点，导致边坡位移预测精度存在不足的问题。本文提出优化变分模态分解（VMD）和极端梯度提升（XGBoost）的回归预测算法，用于公路边坡位移数据的处理和预测。首先，利用粒子群算法寻优找到VMD的最佳分解层数以及惩罚因子，进而对边坡位移数据进行VMD分解，得到趋势、周期性和随机波动性位移特征；其次，加入其他监测数据作为回归预测特征变量，并利用SHAP对输入特征变量进行重要度解释，筛选出重要特征后输入至XGBoost模型进行预测，同时利用网格搜索确定XGBoost模型最优参数；最后，基于实际案例分析，验证本文边坡位移分解方法和回归预测模型的适用性和鲁棒性。结果表明：在本文的实际案例中，对于边坡位移数据分解，VMD较经验模态分解（EMD）和集合经验模态分解（EEMD）有更强的适用性；对于边坡位移预测，XGBoost预测精度较极限学习机（ELM）和支持向量机（SVM）分别提升4.37%和0.41%。本文回归模型预测精度高、具有较强的鲁棒性。同时，研究表明根据VMD提取的边坡位移特征变量（周期性、随机波动性和趋势位移）对边坡位移预测的SHAP重要性程度较大。本文模型方法可为公路边坡位移预测及安全预警研究提供一定思路。

关键词：道路工程公路边坡位移预测变分模态分解粒子群算法极端梯度提升算法鲁棒性检验

基于长标距FBG的桥梁监测:从结构变形到损伤识别

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公路 2024年第8期69卷 412-418页

作者：卢晓琪任晓辉梁鹏斌陈适之王涛宝鸡市公路局宝鸡市721006 陕西高速公路工程试验检测有限公司西安市710086 长安大学公路学院西安市710064

为解决我国中小桥数量庞大、分布广泛,仅依赖人工巡检难以有效管养的问题,利用长标距FBG组建传感系统,基于“一核多模”的思路研发多种健康监测方法,从结构变形到损伤识别全覆盖,构建起中小桥监测体系。首先通过将共轭梁理论进行长标距... 详细信息

为解决我国中小桥数量庞大、分布广泛,仅依赖人工巡检难以有效管养的问题,利用长标距FBG组建传感系统,基于“一核多模”的思路研发多种健康监测方法,从结构变形到损伤识别全覆盖,构建起中小桥监测体系。首先通过将共轭梁理论进行长标距化,并结合铁木辛柯梁理论,提出了基于长标距FBG的变形监测方法;随后,经理论推导得到长标距应变影响线,提出了基于长标距应变面积的损伤指标及损伤识别方法,建立起中小桥监测体系。针对提出的方法设计开展了相应的室内模型试验研究,结果表明:提出的变形监测方法可以有效消除剪切变形引入的误差,在不同变形状态和梁体尺寸下识别误差均处在3%以下;损伤识别方法可以在不同车速下成功识别不同程度的预设损伤位置,相较而言,损伤程度识别精度会受损伤程度大小及车辆动态效应干扰,虽不理想但仍可接受。整体结果初步表明基于一套长标距FBG构建的监测体系具有在中小桥中应用的潜力,但后续仍需进一步完善提升。

关键词：桥梁工程结构健康监测长标距FBG 中小跨桥梁结构变形损伤识别

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有载频率与深度学习在桥梁损伤识别中的应用研究

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粉煤灰综合利用 2024年第4期38卷 123-128页

作者：杨超刘凯刘亚红孙建鹏陕西高速公路工程试验检测有限公司西安建筑科技大学

频率作为一种测量方法简单且精度较高的动力特性参数，在损伤识别领域得到广泛应用，但现有的频率变化参数存在非唯一性的问题。为此，提出了基于有载频率指标和深度学习理论的桥梁损伤识别网络，利用损伤前后有载频率数据，构建损伤识... 详细信息

频率作为一种测量方法简单且精度较高的动力特性参数，在损伤识别领域得到广泛应用，但现有的频率变化参数存在非唯一性的问题。为此，提出了基于有载频率指标和深度学习理论的桥梁损伤识别网络，利用损伤前后有载频率数据，构建损伤识别指标参数来识别桥梁的损伤状态。结果表明：识别网络能够有效地进行桥梁结构的损伤定位，频率数据克服了对称结构频率变化的非唯一性限制，增强了参数的表达能力，提高了桥梁损伤定位的有效性和抗噪性能。

关键词：桥梁损伤识别有载频率深度学习抗噪性

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开级配碎石透水基层集料颗粒微观接触劣化机制

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中国公路学报 2024年第1期37卷 20-34页

作者：陈德吴太恒曹雪梅张浩然乔志李玉坤牛昌昌王迎丹王泗苏谦周仲荣西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031 内蒙古高速公路集团有限责任公司科创中心内蒙古呼和浩特010010 内蒙古综合交通科学研究院内蒙古呼和浩特010010 西南交通大学机械工程学院四川成都610031

针对服役期开级配碎石透水基层集料颗粒微观接触劣化问题,研制了界面微观摩擦磨损劣化试验台,分析了界面微观摩擦磨损作用参数对集料颗粒接触界面微观劣化的影响规律,研究了服役期开级配碎石透水基层内部集料颗粒接触界面微观摩擦、磨... 详细信息

针对服役期开级配碎石透水基层集料颗粒微观接触劣化问题,研制了界面微观摩擦磨损劣化试验台,分析了界面微观摩擦磨损作用参数对集料颗粒接触界面微观劣化的影响规律,研究了服役期开级配碎石透水基层内部集料颗粒接触界面微观摩擦、磨损、界面构造水平及分布特性的演变规律。结果表明:集料颗粒接触界面微观劣化最佳试验参数为:10 N的法向接触荷载、5 Hz的相互作用频率和5 mm的相互作用位移幅值;水存在工况下玄武岩、石灰岩、花岗岩3种工程常见母岩材质的集料颗粒接触界面摩擦因数,均出现不同程度的降低现象,质地较软的石灰岩集料颗粒接触界面摩擦因数降低程度最大;集料颗粒接触界面磨损主要发生在颗粒摩擦接触初期阶段,水环境的存在一定程度上降低了集料颗粒接触界面磨损程度;磨屑造成的集料颗粒接触界面磨斑表面长波低频段和短波高频段的纹理构造水平低于集料颗粒自身晶粒构造造成的中波中频段纹理构造水平,水存在工况能够降低长波低频段和短波高频段的纹理构造,凸显集料颗粒自身晶粒构造造成的中波中频段纹理构造。研究成果有望为长寿命透水路面透水基层建设提供理论借鉴。

关键词：路面工程透水路面开级配碎石摩擦磨损频谱分析

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改进孪生网络无人机跟踪算法在牛场中的应用

黑龙江畜牧兽医 2024年第2期 33-42页

作者：鲁宇杨颜博内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头014000

为了提高牛场无人机目标跟踪算法的实时性和鲁棒性,试验以无人机跟踪牛只图像为研究对象,提出了一种基于残差累积模板的轻型孪生网络(siamese tracker with residual accumulation template, SiamRAT)目标跟踪算法,即采用轻量级卷积网络... 详细信息

为了提高牛场无人机目标跟踪算法的实时性和鲁棒性,试验以无人机跟踪牛只图像为研究对象,提出了一种基于残差累积模板的轻型孪生网络(siamese tracker with residual accumulation template, SiamRAT)目标跟踪算法,即采用轻量级卷积网络MobileNetV2为特征提取网络及以锚框比率变化为契机的模板更新机制,提高了算法的实时性;采用高置信度残差累积模板和多峰欧式距离检测模块来解决因相似牛只干扰而产生的跟踪漂移问题;最后将SiamRAT算法与SiamRPN++、SiamDW、DaSiamRPN、SiamRPN、ECO-HC算法在由无人机采集牧场牛只视频制作的测试数据集和VOT2018数据集中相同属性视频构成的测试数据集上,以平均精确度、鲁棒性及帧率(frames per second, FPS)为指标进行性能比较,并分析改进模块(包括残差累积模板、高置信度更新和峰值距离检测3个模块的改进)对SiamRAT算法的贡献。结果表明:与SiamRPN++、SiamDW、DaSiamRPN、SiamRPN、ECO-HC算法相比,SiamRAT算法鲁棒性最优,平均精确度稍有下降,但仍处于所有算法的第二位;FPS较SiamRPN++算法有了较大提升,性能较优。改进模块的SiamRAT算法的鲁棒性和FPS有了较大提升,平均精确度达到了0.909。说明SiamRAT算法能够很好地适应于牛场无人机跟踪环境。

关键词：目标跟踪模板更新孪生网络轻量卷积网络无人机跟踪漂移相似干扰

烧结机台车缺陷部件在线智能检测系统设计与实现

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烧结球团 2024年第4期49卷 10-18页

作者：杨虎生王月明张昊梅佳锐陈龙内蒙古科技大学数智产业学院内蒙古包头014010 内蒙古科技大学自动化与电气工程学院内蒙古包头014010

烧结机台车是制取烧结矿的关键设备,为避免由台车上的箅条缺失、车轮锁紧螺母缺失与车轮脱落引发的生产事故,提高烧结生产效率。本文根据台车实际运行状况,在硬件层面制定了故障检测方案,构建了基于YOLOv7与DeepStream的烧结机台车缺陷... 详细信息

烧结机台车是制取烧结矿的关键设备,为避免由台车上的箅条缺失、车轮锁紧螺母缺失与车轮脱落引发的生产事故,提高烧结生产效率。本文根据台车实际运行状况,在硬件层面制定了故障检测方案,构建了基于YOLOv7与DeepStream的烧结机台车缺陷部件检测系统。系统选取YOLOv7网络模型在缺陷部件数据集上训练,将YOLOv7模型训练所得权重文件部署在DeepStream6.1平台进行加速推理,并采用Kafka消息组件推送推断结果。试验结果表明,YOLOv7对所有类别检测的平均准确率为0.991,可用于缺陷部件的目标检测。系统实时监测烧结机台车运行情况,对Kafka消息进行解析,实现故障判定规则,通过实时的故障判定、存储、显示及预警实现烧结机台车缺陷部件智能化检测,为烧结机台车缺陷部件检修提供了一种新的解决方案。

关键词：烧结机台车缺陷部件 YOLOv7 DeepStream 检测系统

碳化-冻融作用对风积沙混凝土氯离子传输的影响

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山东大学学报（工学版） 2024年第1期54卷 123-130页

作者：董伟周梦虎王雪松薛刚王栋内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区建筑结构防灾减灾工程技术研究中心内蒙古包头014010

为研究碳化-冻融循环作用对风积沙混凝土氯离子传输的影响,进行全风积沙混凝土经历碳化(0、14、28 d)后的冻融循环(50、100、150、200次)试验研究,根据碳化时间分为C0组、C1组、C2组。通过化学滴定法检测不同深度处混凝土中的氯离子质... 详细信息

为研究碳化-冻融循环作用对风积沙混凝土氯离子传输的影响,进行全风积沙混凝土经历碳化(0、14、28 d)后的冻融循环(50、100、150、200次)试验研究,根据碳化时间分为C0组、C1组、C2组。通过化学滴定法检测不同深度处混凝土中的氯离子质量分数,进而分析氯离子质量分数、分布、氯离子扩散系数以及碳化深度与时间依赖性的关系,并通过扫描电镜观察混凝土内部结构。结果表明:碳化生成的碳化产物使混凝土更加密实,能够有效抵抗氯离子的侵蚀,且碳化时间越长,抵抗氯离子侵蚀效果越明显;冻融循环增大混凝土裂缝的产生,为氯离子向内部传输提供通道;随着冻融循环次数增多,氯离子侵蚀也越严重,当冻融循环100次时,C0组氯离子侵入深度为30 mm,冻融循环150次时,所有混凝土氯离子侵入深度为30 mm;200次冻融循环条件下,C1组时间依赖性系数较C0组增加42.22%,C2组较C0组增加57.78%,较C1组增加10.94%。风积沙混凝土内部氯离子质量分数随冻融循环次数增加逐步增加,随碳化深度的增加逐步降低。

关键词：风积沙混凝土碳化-冻融循环自由氯离子氯离子扩散系数时间依赖性系数

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冻融循环前后古建筑青砖的冲击损伤研究

工程科学与技术 2024年

作者：郝贠洪高炯宣姣羽吴日根内蒙古工业大学内蒙古自治区建筑检测鉴定与安全评估工程技术研究中心内蒙古自治区土木工程结构与力学重点实验室

针对内蒙古地区古建筑长期遭受冻融循环和风沙颗粒冲击损伤的问题，以内蒙古隆盛庄古建筑青砖砌体为研究对象，利用模拟自然环境下工程材料耐久性损伤试验系统和自动球压冲击仪，对冻融循环前后古建筑青砖的冲击损伤行为进行研究，利用... 详细信息

针对内蒙古地区古建筑长期遭受冻融循环和风沙颗粒冲击损伤的问题，以内蒙古隆盛庄古建筑青砖砌体为研究对象，利用模拟自然环境下工程材料耐久性损伤试验系统和自动球压冲击仪，对冻融循环前后古建筑青砖的冲击损伤行为进行研究，利用数字图像相关技术（DIC）分析青砖压痕区应变场分布规律；通过计算动态硬度和恢复性系数来分析青砖的弹塑性特征；并应用超景深3维显微镜和扫描电子显微镜研究其冲击损伤形貌及损伤机理。结果表明：随冲击高度的增加，青砖的冲击荷载峰值和二次冲击荷载峰值呈先平缓后快速增长的趋势，而冻融循环会导致青砖受冲击时的荷载峰值增大，二次冲击荷载峰值减小；青砖损伤区应变以冲击中心为原点向四周呈环形扩散分布，冻融循环使得青砖压痕中心区域的径向应变明显增大，同时压痕损伤面积不断扩大；动态硬度和恢复性系数随冲击高度的增加呈递减趋势，冻融循环导致青砖抵抗塑性变形能力降低，动态硬度和恢复性系数逐渐减小；冲击荷载作用下青砖表面会形成球冠状小坑，冻融循环后青砖内部结构变得疏松软脆，导致表面损伤区压痕形貌参数不断增大。

关键词：古建筑青砖冲击荷载冻融循环 DIC 应变云图损伤机理