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基于仿真机理和改进回归决策树的二噁英排放建模

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自动化学报 2024年第8期50卷 1601-1619页

作者：夏恒汤健余文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 墨西哥国立理工大学高级研究中心(CINVESTAV-IPN) 墨西哥07360墨西哥

城市固废焚烧(Municipal solid waste incineration,MSWI)过程是“世纪之毒”二噁英(Dioxin,DXN)的重要排放源之一.截止目前为止,DXN的演化机理和实时检测仍是尚未解决的难题.现有研究主要基于离线化验数据构建数据驱动模型,DXN的检测... 详细信息

城市固废焚烧(Municipal solid waste incineration,MSWI)过程是“世纪之毒”二噁英(Dioxin,DXN)的重要排放源之一.截止目前为止,DXN的演化机理和实时检测仍是尚未解决的难题.现有研究主要基于离线化验数据构建数据驱动模型,DXN的检测未有效结合燃烧过程机理.针对该问题,本文提出基于仿真机理和改进线性回归决策树(Linear regression decision tree,LRDT)的DXN排放建模.首先,采用基于床层固废燃烧模拟软件FLIC(Fluid dynamic incinerator code)和过程工程先进系统软件(Advanced system for process engineering Plus,Aspen Plus)耦合的数值仿真模型,获取蕴含多运行工况的虚拟机理数据;接着,利用虚拟机理数据构建基于改进LRDT的CO_(2)、CO和O_(2)燃烧状态表征变量模型;然后,以真实CO_(2)、CO、O_(2)作为输入和以DXN真值作为输出,构建多入单出LRDT的过程映射模型(Process mapping model,PMM),再利用该模型进行半监督学习和结构迁移得到机理映射模型1(Mechanism mapping models1,MMM1);最后,通过结构增量学习获得基于半监督迁移学习的MMM2模型.在实验室的半实物平台和北京某MSWI厂的边侧验证平台对所提方法进行了工业应用验证.实验结果证明了所提方法与研发的软测量系统可有效实现二噁英排放浓度在线检测.

关键词：城市固废焚烧二噁英燃烧状态数值仿真机理线性回归决策树半监督迁移学习

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异常信息敏感的框架API生命周期模型构造

计算机学报 2024年第9期47卷 1989-2008页

作者：燕季薇黄进豪杨恒钦严俊中国科学院软件研究所软件工程技术研究开发中心北京100190 北京工业大学信息学部北京100124 国科大杭州高等研究院杭州310024 中国科学院软件研究所基础软件与系统重点实验室北京100190 中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室北京100190

大型软件系统的实现依赖于底层框架或第三方库,但这些复杂的框架/库代码在演化升级时往往独立于其调用者,为上层软件的质量保障带来挑战.例如,框架/库代码演化时新增和删除API、更改API的代码语义等行为会导致框架/库代码的不同版本之... 详细信息

大型软件系统的实现依赖于底层框架或第三方库,但这些复杂的框架/库代码在演化升级时往往独立于其调用者,为上层软件的质量保障带来挑战.例如,框架/库代码演化时新增和删除API、更改API的代码语义等行为会导致框架/库代码的不同版本之间不兼容,进而在上层应用开发者更新版本时,影响应用代码的正确性.为应对这一问题,需精准提取框架/库代码API的演化过程,形成演化报告,协助上层应用开发者选择兼容的版本或快速进行代码适配.其中,框架/库代码API的演化过程分析对应着框架API生命周期模型构造.现有工作中的API生命周期模型主要关注API的存在性变动,而未考虑特定代码语义变更对开发者的影响,特别是异常相关代码带来的语义变更,给上层软件系统带来隐患.为此,本文采用面向Java字节码的静态分析方法,识别框架API中的异常抛出行为并为其生成异常摘要报告,通过多轮流式匹配策略获取异常信息的变更情况,最终为框架/库代码构造异常信息敏感的API生命周期模型.该方法:(1)通过控制依赖语句切片提取异常抛出语句的关键触发条件,采用参数推断策略将局部变量的约束条件转换为仅与外部输入参数相关的异常前断言,并基于自底向上的摘要传递实现跨过程异常摘要提取;(2)通过关键信息精准匹配和自适应模糊匹配策略,分析异常摘要信息的新增、删除和修改情况,最终得到异常敏感的API生命周期模型(共涉及七种API变更形式).基于该方法,实现了基于Java字节码分析的API生命周期提取工具JavaExP.与现有最新方法相比,JavaExP的异常摘要信息提取准确性(F1值)提高了67%,分析用时减少了87%.对真实项目的API生命周期演化分析表明,与异常不敏感的API生命周期模型相比,采用异常敏感的模型时,API发生变动的比例提高了18%.在75,433个被分析的API中,约有20%API的异常抛出行为至少发生过一次改变,这些API共涉及超过七千多处独立的异常变更.在多个项目上的分析结果表明,异常敏感的模型构造能够更加精准地描述API的演化过程.

关键词：静态分析代码演化 Java异常摘要 API生命周期

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氨气射流卷吸特性的数值仿真

内燃机学报 2024年第5期42卷 412-420页

作者：沈浩昱雷艳尹燕旭赵天瑀衣玥仇滔北京工业大学机械与能源工程学院北京100124

基于Ansys Fluent软件进行三维数值仿真,研究了氨气射流贯穿距特性及卷吸特性,分析了射流形成的亚膨胀区结构及涡流特点,并利用控制截面法对氨气射流的卷吸质量特性进行了研究.结果表明:氨气射流贯穿距的发展分为三阶段,这种三段式特点... 详细信息

基于Ansys Fluent软件进行三维数值仿真,研究了氨气射流贯穿距特性及卷吸特性,分析了射流形成的亚膨胀区结构及涡流特点,并利用控制截面法对氨气射流的卷吸质量特性进行了研究.结果表明:氨气射流贯穿距的发展分为三阶段,这种三段式特点由氨气射流形成的一次涡及剪切层的特性所引起;第一阶段(00.40 ms)为准稳态阶段,卷吸质量较最大值减少30%(喷压比为8.0).平均卷吸空气总质量随喷压比增加而增大,第一、二阶段一次涡存在时平均瞬时卷吸空气质量较大,剪切层充分发展时平均瞬时卷吸空气质量达到最大值,卷吸质量最多增长58%(喷压比为8.0).

关键词：氨气气体燃料射流卷吸数值仿真流动

新型自复位变摩擦耗能支撑及其在桥墩抗震中的应用

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中国公路学报 2024年第1期37卷 66-80页

作者：董慧慧胡潇韩强杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 北京工业大学城市建设学部北京100124

为了减小传统摩擦耗能支撑在强震作用下的残余变形,提出一种基于形状记忆合金(SMA)板材的新型装配式自复位变摩擦耗能支撑(S-SCFB),该支撑主要包括SMA板圆环自复位系统和摩擦耗能系统。首先阐述了新型支撑的基本构造,揭示了其工作机理... 详细信息

为了减小传统摩擦耗能支撑在强震作用下的残余变形,提出一种基于形状记忆合金(SMA)板材的新型装配式自复位变摩擦耗能支撑(S-SCFB),该支撑主要包括SMA板圆环自复位系统和摩擦耗能系统。首先阐述了新型支撑的基本构造,揭示了其工作机理和自复位原理;通过开展SMA板材的材性试验研究了其力学性能,基于SMA板材的力学性能和支撑的工作机理,建立了新型支撑的简化分析模型;然后基于ABAQUS有限元软件建立了新型支撑的精细化实体有限元模型,将数值模拟结果与简化分析模型进行了对比分析,系统地研究了新型支撑的滞回性能及影响规律,同时在OpenSees软件中2次开发了新型支撑的恢复力模型;最后,基于新型支撑优良的滞回性能,将其应用到双柱式桥墩中提升桥墩的抗震韧性。研究结果表明:SMA板材本构模型呈“旗帜”型,具有承载力高,变形能力强,自恢复能力良好等优点;基于SMA板材装配的S-SCFB具有稳定的耗能能力和优良的自复位功能,卸载后无残余变形,同时建立的简化分析模型与数值模拟结果吻合较好;通过调整S-SCFB的设计参数,可有效实现调节S-SCFB滞回性能的目的,具有良好的可调节性;附加S-SCFB可以有效提高桥墩的强度和刚度,降低结构的残余位移,有效提高桥墩结构的抗震性能。

关键词：桥梁工程抗震韧性材性试验数值模拟自复位变摩擦耗能支撑形状记忆合金(SMA)板材滞回性能

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高能脉冲磁弹仪器研制及其索力表征实验研究

北京工业大学学报 2024年第7期50卷 788-796页

作者：闫双胜王钰珏刘秀成吴斌高智超北京工业大学材料与制造学部北京100124

针对在役桥梁钢索的索力检测需求,基于磁弹效应检测机理,首先,设计了便携式脉冲磁弹索力检测仪器,其可输出0~600 V电压可调、电流峰值高达60 A的高能尖峰脉冲信号,实现了对不同直径钢索的充分磁化,仪器主要包括上位机(含软件)、具有反... 详细信息

针对在役桥梁钢索的索力检测需求,基于磁弹效应检测机理,首先,设计了便携式脉冲磁弹索力检测仪器,其可输出0~600 V电压可调、电流峰值高达60 A的高能尖峰脉冲信号,实现了对不同直径钢索的充分磁化,仪器主要包括上位机(含软件)、具有反馈控制的脉冲磁弹仪下位机和基于多芯线缆的改进磁弹传感器;其次,对公称直径17.8 mm的七芯钢绞线进行加载和卸载索力检测实验,实现了钢绞线的饱和磁化,磁弹传感器绕制效率是传统方法的8倍,分析了传统索力表征参量与索力之间的线性相关性;最后,在此基础上,提出一种索力表征参量--饱和磁导率μs,其线性拟合优度大于95%,且灵敏度(0.05)高于传统参量。通过对索力表征误差分析,该参量相较于传统参量在索力表征方面显示出较低的预测误差(3.7%)和迟滞误差(±1.54%)。该研究提出的参量可为脉冲磁弹法检测索力提供新的表征方法。

关键词：磁弹效应索力检测脉冲磁弹仪磁特性曲线表征参量性能评估

基于区块链和零知识证明的高速公路自由流收费方法

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计算机应用 2024年

作者：王一帆林绍福李云江北京工业大学信息学部软件学院

针对目前智慧交通中高速公路自由流收费方案里因车辆套牌导致的车辆逃费和数据集中式存储可能引起的用户隐私泄露至集中式实体的问题，提出了一种基于区块链和零知识证明的高速公路自由流收费方法，首先设计视频监控逃费检测机制确保高... 详细信息

针对目前智慧交通中高速公路自由流收费方案里因车辆套牌导致的车辆逃费和数据集中式存储可能引起的用户隐私泄露至集中式实体的问题，提出了一种基于区块链和零知识证明的高速公路自由流收费方法，首先设计视频监控逃费检测机制确保高速公路上车辆的合规性，其次设计区块链中的智能合约将车辆位置证书以及付费数据加密存储至分布式账本中，并引入零知识证明技术在保护隐私的情况下确保支付的正确性，同时在零知识电路中设计根据车辆行驶里程收费的算法。理论分析与模拟实验表明，该方法在正常情况下实现位置隐私零知识的实际行驶里程正确收费，异常情况下能及时预警并记录至区块链上；该方法平均收费时间相较于传统人工收费方法由原来的38秒降低至1.8秒，相较于基于5G和电子不停车收费系统（ETC）结合的收费方法，减少了约0.1秒；对于相同的入站与出站口，不同路线的信息网络可信第三方信息采集点（ICP）数量重合度越低，根据行驶里程的收费越精准。

关键词：高速公路自由流收费隐私保护区块链零知识证明

多尺度特征与知识图谱融合的景区手写诗词识别

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北京工业大学学报 2024年第3期50卷 316-324页

作者：何坚杨洺白佳豪冀振燕北京市物联网软件与系统工程技术研究中心北京100124 北京工业大学信息学部北京100124 北京交通大学软件学院北京100091

针对景区手写诗词存在背景纹理复杂、字体尺寸及风格多样等特点导致景区游客难以识别手写诗词的问题,首先,分析研究景区手写诗词的识别场景,设计景区诗词检测网络(detection of poetry in scenic areas-network,DPSA-Net)以提取景区手... 详细信息

针对景区手写诗词存在背景纹理复杂、字体尺寸及风格多样等特点导致景区游客难以识别手写诗词的问题,首先,分析研究景区手写诗词的识别场景,设计景区诗词检测网络(detection of poetry in scenic areas-network,DPSA-Net)以提取景区手写诗词不同尺度的特征,并结合手写诗词字符间的链接依赖关系实现景区手写诗词检测;其次,设计了卷积循环聚合网络(convolution recurrent aggregation network,CRA-Net)以对景区手写诗词进行识别,结合卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和双向长短期记忆网络提取手写诗词图像的序列特征,并通过聚合交叉熵(aggregation cross-entropy,ACE)实现特征向文本的转换;最后,结合景区知识图谱对CRA-Net的输出进行校正,进而提高景区手写诗词的识别准确率。实验结果表明,通过景区手写诗词矫正技术对CRA-Net的识别结果矫正后,识别准确率达到了79.04%,同时,该技术具有较好的抗干扰能力和良好的应用前景。

关键词：计算机视觉文本检测文字识别知识图谱卷积神经网络(convolutional neural networks CNN) 双向长短期记忆网络

城市固废焚烧智能算法测试与验证模块化半实物平台

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自动化学报 2024年

作者：汤健王天峥夏恒崔璨麟潘晓彤郭海涛王鼎乔俊飞北京工业大学信息学部北京工业大学智慧环保北京实验室

城市固废焚烧(Municipal solid waste incineration, MSWI)过程因工业现场的安全要求和控制系统的封闭特性导致离线研究的各类智能算法难以在线验证.此外,已有的实验室仿真平台难以模拟领域专家基于多模态数据进行智能感知、认知、决策... 详细信息

城市固废焚烧(Municipal solid waste incineration, MSWI)过程因工业现场的安全要求和控制系统的封闭特性导致离线研究的各类智能算法难以在线验证.此外,已有的实验室仿真平台难以模拟领域专家基于多模态数据进行智能感知、认知、决策和控制的工业实际.针对上述问题,首先,在综述现有面向工业过程的仿真平台研究现状和所面临挑战的基础上,描述面向MSWI过程智能算法测试与验证平台的需求,提出并构建了由多模态历史数据驱动系统、安全隔离与优化控制系统和多入多出回路控制系统组成的模块化半实物平台.然后,在实验室环境中完成平台硬件搭建、工业软件开发、仿真功能实现和典型场景验证,并移植部分模块至现场进行应用.最后,总结与展望所构建模块化半实物平台的研究方向.

关键词：城市固废焚烧多模态数据算法测试与验证模块化半实物平台安全隔离工业软件

重复使用飞行器分布式连接结构振动及疲劳研究

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中国机械工程 2024年第1期35卷 45-55页

作者：沈民民史锐郭鹏飞杨旸杨晓东杨继厚北京工业大学材料与制造学部北京100124 中国运载火箭技术研究院北京100076

准确计算重复使用飞行器与发动机之间分布式连接结构的振动特性及疲劳寿命是确保航天运输系统安全运行的前提和基础。以分布式连接结构为研究对象,用实验验证了有限元仿真方法的可行性,从时域和频域探究了分布式连接结构的振动特性,计... 详细信息

准确计算重复使用飞行器与发动机之间分布式连接结构的振动特性及疲劳寿命是确保航天运输系统安全运行的前提和基础。以分布式连接结构为研究对象,用实验验证了有限元仿真方法的可行性,从时域和频域探究了分布式连接结构的振动特性,计算了不同工况下分布式连接结构的疲劳寿命。研究结果表明,连接结构滞回曲线的有限元结果与实验结果吻合较好;在不同激励频率的循环载荷作用下,连接螺栓发生应力增长或应力衰减,出现疲劳效应;分布式连接结构在第1、第5阶固有频率处激发较大的响应;降低激励幅度能够极大延长连接结构疲劳寿命,增大螺栓预紧力也能够延长疲劳寿命,但增大激励频率只能够稍微缩短时间寿命,周期寿命仍在同一量级上;引入热和蠕变影响之后,分布式连接结构最多只能承受5次热循环载荷。

关键词：重复使用飞行器分布式连接结构振动特性疲劳寿命

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