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基于注意力模块化神经网络的城市固废焚烧过程氮氧化物排放预测

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化工学报 2024年第2期75卷 593-603页

作者：蒙西王岩孙子健乔俊飞北京工业大学信息学部北京100124 智慧环保北京实验室北京100124 智能感知与自主控制教育部工程研究中心北京100124

氮氧化物(nitrogen oxides,NO_(x))浓度的实时精准检测是实现脱硝过程闭环控制的前提,对提高城市固废焚烧(municipal solid waste incineration,MSWI)过程脱硝效率具有重要意义。为此,提出了一种基于注意力模块化神经网络(attention mod... 详细信息

氮氧化物(nitrogen oxides,NO_(x))浓度的实时精准检测是实现脱硝过程闭环控制的前提,对提高城市固废焚烧(municipal solid waste incineration,MSWI)过程脱硝效率具有重要意义。为此,提出了一种基于注意力模块化神经网络(attention modular neural network,AMNN)的MSWI过程NO_(x)排放预测方法。首先,模拟脑网络“分而治之”处理复杂任务的特性,利用模糊C均值(fuzzy C-means,FCM)聚类算法将待预测任务划分为多个子任务,从而降低预测任务复杂度;其次,针对各子任务,设计一种自组织模糊神经网络(self-organizing fuzzy neural network,SOFNN)构建子模型,通过神经元增删机制和二阶学习算法提高子模型的学习效率和学习精度;然后,提出了一种基于注意力机制的子模型整合策略,进一步提高预测模型的泛化性能;最后,通过基准实验Mackey-Glass时间序列预测和北京某MSWI厂实际数据验证了AMNN的可行性和有效性。

关键词：城市固废焚烧模块化神经网络注意力机制 NOx排放预测

数据驱动的城市固废焚烧过程烟气含氧量预测控制

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控制理论与应用 2024年第3期41卷 484-495页

作者：孙剑蒙西乔俊飞北京工业大学信息学部北京100124 智慧环保北京实验室北京100124 智能感知与自主控制教育部工程研究中心北京100124

烟气含氧量的精准控制对城市固废焚烧处理厂的稳定高效运行具有重要意义.然而,由于固废焚烧过程固有的非线性和不确定性,难以实现烟气含氧量的有效控制.为此,文中提出一种数据驱动的城市固废焚烧过程烟气含氧量预测控制方法.首先,设计... 详细信息

烟气含氧量的精准控制对城市固废焚烧处理厂的稳定高效运行具有重要意义.然而,由于固废焚烧过程固有的非线性和不确定性,难以实现烟气含氧量的有效控制.为此,文中提出一种数据驱动的城市固废焚烧过程烟气含氧量预测控制方法.首先,设计了一种基于自组织长短期记忆(SOLSTM)网络的预测模型,结合神经元活跃度与显著性动态调整隐含层结构,提高了烟气含氧量的预测精度.其次,为了保证优化效率,利用梯度下降法求解控制律.此外,基于李雅普诺夫理论分析了所提方法的稳定性,确保控制器在实际应用过程中的可靠性.最后,基于实际工业数据对所提出的控制方法进行了验证,结果表明,提出的数据驱动预测控制方法能实现对城市固废焚烧过程烟气含氧量的稳定高效控制.

关键词：城市固废焚烧烟气含氧量控制模型预测控制自组织长短期记忆网络

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考虑碳减排收益的高速公路差异化收费定价模型

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 14-22页

作者：王江锋李秀东宋之凡郭恩懿北京交通大学城市交通信息智能感知与服务工程技术研究中心北京100044

高速公路差异化收费可以促进道路领域碳减排,助推“双碳”目标实现。文中将碳减排收益作为高速公路效益的组成部分,基于同时考虑高速公路效益和物流企业成本的目标,构建了基于双层规划的高速公路差异化收费定价模型。首先分析了货车路... 详细信息

高速公路差异化收费可以促进道路领域碳减排,助推“双碳”目标实现。文中将碳减排收益作为高速公路效益的组成部分,基于同时考虑高速公路效益和物流企业成本的目标,构建了基于双层规划的高速公路差异化收费定价模型。首先分析了货车路径选择因素;然后利用Logit模型构建了基于高速公路差异化收费的转移车流量测算方法和基于转移车流量的碳排放量测算方法,并提出了影子价格下的碳交易定价模型;最后,考虑碳减排效益部分最大化和物流企业成本最小化,提出了差异化收费双层规划模型,同时利用山东省高速公路A和并行国省道的车流量数据进行实例分析。结果表明:通过高速公路差异化收费策略的调整,双层规划模型在保证高速公路管理部门的最优化效益下可实现物流企业成本的最小化;在最优收费费率附近调整收费标准,对高速公路A的效益的影响较小,使得高速公路效益的波动影响低于1.5%,结果表现出良好的收益稳定性;文中所提出的差异化收费双层规划模型可实现高速公路碳减排效益最大化和物流企业成本最小化的目标。

关键词：差异化收费双层规划模型碳减排收益最优化实证分析

基于航空多参数遥感的滨海湿地植物固碳能力研究

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自然资源遥感 2024年

作者：赵国凤方彦奇陈浩峰严维兵黄岩陈伟江苏省地质勘查技术院江苏省航空对地探测与智能感知工程研究中心南京理工大学

文章以江苏省滨海湿地为例,通过卫星遥感、航空多参数遥感等方法估算了滨海湿地主要植被生物量,并计算其固碳能力。结果表明:（1）基于航空高光谱数据完成研究区地物精细分类,提取了地表覆盖分类信息共11类,植被覆盖率约76%,人类活动区... 详细信息

文章以江苏省滨海湿地为例,通过卫星遥感、航空多参数遥感等方法估算了滨海湿地主要植被生物量,并计算其固碳能力。结果表明:（1）基于航空高光谱数据完成研究区地物精细分类,提取了地表覆盖分类信息共11类,植被覆盖率约76%,人类活动区域面积占比约1.5%;（2）基于航空多参数方法反演植被生物量模型精度高于卫星遥感方法,其决定系数大于0.8,均方根误差为0.25;（3）通过航空多参数遥感方法计算得到研究区内互花米草与芦苇的地上固碳能力分别为0.41 kg/m2、0.58 kg/m2。研究显示,航空多参数遥感方法能准确获取湿地植被种类及固碳能力,可为研究湿地生态系统的碳循环、生境现状提供重要评价参数,精准服务湿地资源调查。

关键词：航空高光谱遥感航空多参数遥感固碳能力植被地上生物量遥感

基于多目标粒子群算法的城市固废焚烧过程智能操作优化

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自动化学报 2024年

作者：蒙西侯启正乔俊飞北京工业大学信息学部智慧环保北京实验室智能感知与自主控制教育部工程研究中心

城市固废焚烧技术因兼具减量化、无害化、资源化等特点,已成为治理固废污染的主要方式.由于城市固废成分复杂,含水率、热值动态波动,固废燃烧、余热利用、烟气净化等环节耦合冲突,实际工业过程难以高效运行.为此,文中提出了一种基于多... 详细信息

城市固废焚烧技术因兼具减量化、无害化、资源化等特点,已成为治理固废污染的主要方式.由于城市固废成分复杂,含水率、热值动态波动,固废燃烧、余热利用、烟气净化等环节耦合冲突,实际工业过程难以高效运行.为此,文中提出了一种基于多目标粒子群算法的城市固废焚烧过程智能操作优化方法,以期实现燃烧效率和烟气净化效率的协同优化.首先,设计自组织径向基函数神经网络建立运行指标模型,实现城市固废焚烧过程运行性能的在线评价;其次,引入区域拥挤度指标提出了一种改进的多目标粒子群优化算法,以获取操作变量的Pareto解集;然后,利用熵权法确定操作变量最佳设定值,实现城市固废焚烧过程高效运行;最后,通过北京某城市固废焚烧厂的实际运行数据对所提方法进行验证,实验结果表明基于多目标粒子群算法的智能操作优化方法可以实现燃烧效率与脱硝效率的协同提升.

关键词：城市固废焚烧过程燃烧效率 NOx排放运行指标模型多目标粒子群算法

基于超图和MuSig2聚合签名的联盟链主从多链共识机制

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电子学报 2024年第3期52卷 803-813页

作者：景旭刘滋雨西北农林科技大学信息工程学院陕西杨凌712100 陕西省农业信息智能感知与分析工程技术研究中心陕西杨凌712100

针对多链式区块链采用主链最终共识机制,导致主链负载大,制约从链性能等问题,论文提出一种基于超图和MuSig2聚合签名的联盟链主从多链共识机制.首先根据超图理论,构建以横贯超图为主链,子超图为从链的联盟链主从多链架构;然后借鉴分治思... 详细信息

针对多链式区块链采用主链最终共识机制,导致主链负载大,制约从链性能等问题,论文提出一种基于超图和MuSig2聚合签名的联盟链主从多链共识机制.首先根据超图理论,构建以横贯超图为主链,子超图为从链的联盟链主从多链架构;然后借鉴分治思想,结合“背书-排序-验证”的共识方式,构建分层分类共识机制,通过分类处理交易降低主链负载压力;最后构建基于MuSig2聚合签名的联盟链多方背书签名方法,提升背书签名的验证效率.性能分析表明:基于MuSig2聚合签名的联盟链多方背书签名安全可靠,基于超图和MuSig2聚合签名的分层分类共识机制具有强一致性和线性时间复杂度.实验结果表明:基于MuSig2聚合签名的多方背书方法的总效率是椭圆曲线数字签名算法(Elliptic Curve Digital Signature Algorithm,ECDSA)的1.55倍,分层分类共识机制能够提升12.5%的共识效率.该机制具有较高性能,可满足企业多样化业务需求.

关键词：区块链联盟链主从多链分层分类共识机制聚合签名超图

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面向复杂工业过程的虚拟样本生成综述

自动化学报 2024年第4期50卷 688-718页

作者：汤健崔璨麟夏恒乔俊飞北京工业大学信息学部北京100124 北京工业大学智慧环保北京实验室北京100124 北京工业大学智能感知与自主控制教育部工程研究中心北京100124

用于复杂工业过程难测运行指标和异常故障建模的样本具有量少稀缺、分布不平衡以及内涵机理知识匮乏等特性.虚拟样本生成(Virtual sample generation,VSG)作为扩充建模样本数量及其涵盖空间的技术,已成为解决上述问题的主要手段之一,但... 详细信息

用于复杂工业过程难测运行指标和异常故障建模的样本具有量少稀缺、分布不平衡以及内涵机理知识匮乏等特性.虚拟样本生成(Virtual sample generation,VSG)作为扩充建模样本数量及其涵盖空间的技术,已成为解决上述问题的主要手段之一,但已有研究还存在缺乏理论支撑、分类准则与应用边界模糊等问题.本文在描述复杂工业过程难测运行指标和异常故障建模所存在问题的基础上,梳理虚拟样本定义及其内涵,给出面向工业过程回归与分类问题的VSG实现流程;接着,从样本覆盖区域、实现流程与推广应用等方向进行综述;然后,分析讨论VSG的下一步研究方向;最后,对全文进行总结并给出未来挑战.

关键词：复杂工业过程虚拟样本生成数据驱动建模样本覆盖区域

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基于多目标PSO混合优化的虚拟样本生成

自动化学报 2024年第4期50卷 790-811页

作者：王丹丹汤健夏恒乔俊飞北京工业大学信息学部北京100124 北京工业大学智慧环保北京实验室北京100124 北京工业大学智能感知与自主控制教育部工程研究中心北京100124

受限于检测技术难度、高时间与经济成本等原因,难测参数的软测量模型建模样本存在数量少、分布稀疏与不平衡等问题,严重制约了数据驱动模型的泛化性能.针对以上问题,提出一种基于多目标粒子群优化(Multi-objective particle swarm optim... 详细信息

受限于检测技术难度、高时间与经济成本等原因,难测参数的软测量模型建模样本存在数量少、分布稀疏与不平衡等问题,严重制约了数据驱动模型的泛化性能.针对以上问题,提出一种基于多目标粒子群优化(Multi-objective particle swarm optimization, MOPSO)混合优化的虚拟样本生成(Virtual sample generation, VSG)方法.首先,设计综合学习粒子群优化算法的种群表征机制,使其能够同时编码用于连续变量和离散变量;然后,定义具有多阶段多目标特性的综合学习粒子群优化算法适应度函数,使其能够在确保模型泛化性能的同时最小化虚拟样本数量;最后,提出面向虚拟样本生成的多目标混合优化任务以改进综合学习粒子群优化算法,使其能够适应虚拟样本优选过程的变维特性并提高收敛速度.同时,首次借鉴度量学习提出用于评价虚拟样本质量的综合评价指标和分布相似指标.利用基准数据集和真实工业数据集验证了所提方法的有效性和优越性.

关键词：小样本建模虚拟样本生成混合优化多目标粒子群优化分布相似度

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面向工业过程的图像生成及其应用研究综述

自动化学报 2024年第2期50卷 211-240页

作者：汤健郭海涛夏恒王鼎乔俊飞北京工业大学信息学部北京100124 北京工业大学智慧环保北京实验室北京100124 北京工业大学智能感知与自主控制教育部工程研究中心北京100124

在面向工业过程的计算机视觉研究中,智能感知模型能否实际应用取决于其对复杂工业环境的适应能力.由于可利用的工业图像数据集存在分布不均、多样性不足和干扰严重等问题,如何生成符合多工况分布的期望训练集是提高感知模型性能的关键.... 详细信息

在面向工业过程的计算机视觉研究中,智能感知模型能否实际应用取决于其对复杂工业环境的适应能力.由于可利用的工业图像数据集存在分布不均、多样性不足和干扰严重等问题,如何生成符合多工况分布的期望训练集是提高感知模型性能的关键.为解决上述问题,以城市固废焚烧(Municipal solid wastes incineration, MSWI)过程为背景,综述目前面向工业过程的图像生成及其应用研究,为进行面向工业图像的感知建模提供支撑.首先,梳理面向工业过程的图像生成定义和流程以及其应用需求;随后,分析在工业领域中具有潜在应用价值的图像生成算法;接着,从工业过程图像生成、生成图像评估和应用等视角进行现状综述;然后,对下一步研究方向进行讨论与分析;最后,对全文进行总结并指出未来挑战.

关键词：工业过程视觉感知图像生成生成图像评估与应用城市固废焚烧