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基于Kalman滤波的供水管网水力模型用水量动态估计

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第2期64卷 271-281页

作者：吴珊吴雨晨侯本伟韩宏泉北京工业大学城市建设学部北京100124 北京市市政工程设计研究总院有限公司北京100082

节点用水量的动态估计是供水管网水力模型动态更新的主要工作,以扩展Kalman滤波(EKF)为代表的数据同化方法已被应用于管网水力模型参数动态校核和估计中,但现有研究未考虑用户节点24 h用水模式对节点用水量估计的影响。该文研究了节点... 详细信息

节点用水量的动态估计是供水管网水力模型动态更新的主要工作,以扩展Kalman滤波(EKF)为代表的数据同化方法已被应用于管网水力模型参数动态校核和估计中,但现有研究未考虑用户节点24 h用水模式对节点用水量估计的影响。该文研究了节点用水模式先验信息对EKF方法节点用水量动态估计结果的影响。根据用户24 h的用水模式和t时刻用水量估计值预测t+1时刻节点用水量,并采用t+1时刻管网测量数据校正t+1时刻节点用水量预测值。案例管网的应用结果表明:与现有研究中应用的EKF方法相比,考虑用水模式的扩展Kalman滤波(IEKF)方法对应的用水量估计平均绝对百分比误差降低了15.93%,节点用水量时变曲线的Nash-Sutcliffe效率(NSE)系数值提高了0.40,且2种方法的计算时间相近;与推断测量Kalman滤波(IMKF)相比,IEKF方法对应的用水量估计平均绝对百分比误差降低了12.20%,节点用水量时变曲线的NSE系数值提高了0.35,计算时间缩短了99.8%。在节点用水量估计问题中,考虑用水模式可以显著提高EKF方法的计算精度。

关键词：供水管网模型校核用水量估计用水模式扩展Kalman滤波(EKF)

应用基于注意力的多尺度残差网络实现癫痫脑电自动检测

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生物医学工程学杂志 2024年第2期41卷 253-261页

作者：王兴起李明爱北京工业大学信息学部北京100124 北京市计算智能和智能系统重点实验室北京100124 教育部数字社区工程研究中心北京100124

基于深度学习的癫痫脑电自动检测方法,能避免人为因素的影响而倍受关注,而其有效性主要取决于深度神经网络模型。为此,本研究将根据癫痫脑电的多尺度、时空特点及导联间的信息流动特征,设计一种基于注意力的多尺度残差网络(AMSRN),并与... 详细信息

基于深度学习的癫痫脑电自动检测方法,能避免人为因素的影响而倍受关注,而其有效性主要取决于深度神经网络模型。为此,本研究将根据癫痫脑电的多尺度、时空特点及导联间的信息流动特征,设计一种基于注意力的多尺度残差网络(AMSRN),并与多尺度主元分析法(MSPCA)相结合,实现癫痫的自动检测。首先,利用MSPCA对原始癫痫脑电信号进行去噪和特征增强;进而,设计AMSRN模型结构与参数。其中,注意力模块(AM)、多尺度卷积模块(MCM)、时空特征提取模块(STFEM)和分类模块(CM)相继完成基于注意力加权机制的信号重表达以及多尺度-时空特征的提取、融合与分类。基于麻省理工学院的波士顿儿童医院(CHBMIT)公共数据集进行5折交叉验证实验研究,AMSRN模型在灵敏度(98.56%)、F1分数(98.35%)、准确度(98.41%)及精确度(98.43%)等方面均取得了较好结果。结果表明,AMSRN模型能够很好地利用癫痫发作引起的脑网络信息流动强化导联间差异性,并有效捕获癫痫脑电的多尺度和时空特征,有利于改善癫痫检测性能。

关键词：脑电信号多尺度主元分析脑网络深度学习癫痫检测

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参数化S谱幅值调制及轴承故障诊断应用

西安交通大学学报 2024年第3期58卷 117-128页

作者：姜祖华张坤杨欢胥永刚北京工业大学材料与制造学部北京100124 北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心北京100124

针对传统谱幅值调制方法易受噪声影响的问题,利用参数化S变换得到信号在时频域中的幅值,提出了一种参数化S谱幅值调制方法。该方法首先使用参数化S变换将信号转换到时频域并得到幅值和相位,然后将不同权重赋予时频域中的幅值以改变不同... 详细信息

针对传统谱幅值调制方法易受噪声影响的问题,利用参数化S变换得到信号在时频域中的幅值,提出了一种参数化S谱幅值调制方法。该方法首先使用参数化S变换将信号转换到时频域并得到幅值和相位,然后将不同权重赋予时频域中的幅值以改变不同能量频率成分在信号中的占比,最后将调制后的幅值与原相位结合,使用参数化S逆变换重构一系列修正信号并计算其平方包络谱以提取故障特征。仿真和实验结果表明,该方法获得的幅值信息相比传统谱幅值调制方法更加准确和全面,对强噪声环境更具鲁棒性,能够有效实现滚动轴承的外圈、内圈和复合故障诊断。将所提方法与传统谱幅值调制方法和快速谱峭度方法进行对比,证明了参数化S谱幅值调制既能检测强噪声环境下的轴承故障信息,又能同时提取多种故障分量,在滚动轴承的故障特征提取中更具优越性。

关键词：滚动轴承故障诊断谱幅值调制参数化S谱幅值调制

危化品重大危险源外部群体建筑抗爆安全风险评估

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自然灾害学报 2024年第4期33卷 84-94页

作者：张博骞马东辉王威北京工业大学建筑与城市规划学院北京100124 北京工业大学北京城市与工程安全减灾中心北京100124 北京工业大学抗震减灾研究所北京100124

为了准确、快速地判识危化品重大危险源厂界外部群体建筑物的抗爆安全风险,首先,从城市灾害风险系统理论与灾害风险管理理念出发,综合考虑爆炸危险性、爆炸易损性、抗爆安全能力和抗爆应急能力四个评估维度,建立群体建筑物抗爆安全风险... 详细信息

为了准确、快速地判识危化品重大危险源厂界外部群体建筑物的抗爆安全风险,首先,从城市灾害风险系统理论与灾害风险管理理念出发,综合考虑爆炸危险性、爆炸易损性、抗爆安全能力和抗爆应急能力四个评估维度,建立群体建筑物抗爆安全风险评估指标体系;其次,构建基于可拓联系云的抗爆安全风险评估模型,消除多种风险信息交叉融合产生的不确定性,定量评估群体建筑物的抗爆安全风险等级;最后,评估流程应用于某市爆炸类危化品重大危险源企业的外部群体建筑物,结合可视化方法系统评估了群体建筑的抗爆安全风险。结果表明:该方法能够快速有效地评估群体建筑物的抗爆安全风险水平,可靠直观地反映群体建筑物抗爆性能的薄弱环节,为重大危险源企业外部群体建筑物的抗爆安全规划建设提供决策支撑。

关键词：重大危险源抗爆安全风险风险评估群体建筑可拓联系云

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管道缺陷和特征的多点多频超声导波检测方法

应用声学 2024年

作者：刘韧吴斌高翔刘剑锋国树东刘秀成北京工业大学材料与制造学部北京工业大学信息学部泰安市特种设备检验研究院

超声导波因其传播距离远、缺陷灵敏度高成为长距离管道检测和监测的主要手段之一。常规管道超声导波检测采用单点单频检测方法，易受传感器限制与回波幅值影响产生漏检和误判现象。该文通过仿真和实验研究了不同频率下缺陷轴向尺寸与反... 详细信息

超声导波因其传播距离远、缺陷灵敏度高成为长距离管道检测和监测的主要手段之一。常规管道超声导波检测采用单点单频检测方法，易受传感器限制与回波幅值影响产生漏检和误判现象。该文通过仿真和实验研究了不同频率下缺陷轴向尺寸与反射系数、回波形状之间的关系，提出了一种多点检测的传感器布置与信号处理方法，可以抑制传感器固有盲区、异侧波杂扰与多次反射的影响。在钢管试件中开展多缺陷特征导波检测实验，结果表明，与传统单点单频检测相比，多点多频复合检测方法提高了管道导波检测效率与准确度，具有很高的工程应用价值。

关键词：超声检测管道超声导波磁致伸缩传感器

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低重复频率被动锁模半导体碟片激光器

物理学报 2024年第12期73卷 205-212页

作者：贺亮彭雪芳沈小雨朱仁江王涛蒋丽丹佟存柱宋晏蓉张鹏重庆师范大学物理与电子工程学院重庆401331 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 北京工业大学理学部北京100124 重庆师范大学重庆国家应用数学中心重庆401331

锁模半导体碟片激光器(semiconductor disk laser,SDL)兼具输出功率高与光束质量好的优点,但半导体增益介质ns量级很短的载流子寿命限制了锁模脉冲重复频率的降低,因而在一定程度上限制了锁模脉冲峰值功率的提高.本工作中增益芯片内较... 详细信息

锁模半导体碟片激光器(semiconductor disk laser,SDL)兼具输出功率高与光束质量好的优点,但半导体增益介质ns量级很短的载流子寿命限制了锁模脉冲重复频率的降低,因而在一定程度上限制了锁模脉冲峰值功率的提高.本工作中增益芯片内较浅的量子阱所对应的载流子寿命相对较长,结合特殊设计的较小饱和通量的半导体可饱和吸收镜(semiconductor saturable absorption mirror,SESAM),获得了低重复频率、高峰值功率的被动锁模SDL.当温度为12℃时,利用六镜谐振腔产生的被动锁模激光脉冲重复频率低至78 MHz,为迄今为止在SESAM锁模SDL中所获得的最低重复频率.锁模SDL的平均输出功率为2.1 W,脉冲宽度为2.08 ps,对应的脉冲的峰值功率12.8 kW,为已有报道最高值的近2倍.

关键词：半导体碟片激光器半导体可饱和吸收镜锁模峰值功率

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509 nm高功率宽调谐外腔面发射激光器

物理学报 2024年第12期73卷 198-204页

作者：王涛彭雪芳贺亮沈小雨朱仁江蒋丽丹佟存柱宋晏蓉张鹏重庆师范大学物理与电子工程学院重庆401331 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 北京工业大学理学部北京100124 重庆师范大学重庆国家应用数学中心重庆401331

报道了一种高功率宽调谐外腔面发射绿光激光器,利用设计的1018 nm半导体增益芯片、折叠镜以及后端镜构成结构紧凑的V型腔,使用长度为10 mm的Ⅰ类相位匹配三硼酸锂(LiB_(3)O_(5),LBO)非线性频率变换晶体进行腔内倍频,实现了509 nm波长的... 详细信息

报道了一种高功率宽调谐外腔面发射绿光激光器,利用设计的1018 nm半导体增益芯片、折叠镜以及后端镜构成结构紧凑的V型腔,使用长度为10 mm的Ⅰ类相位匹配三硼酸锂(LiB_(3)O_(5),LBO)非线性频率变换晶体进行腔内倍频,实现了509 nm波长的高功率绿光输出.通过在腔内插入双折射滤波片(birefringent filter,BRF),可获得连续调谐的激光波长.当BRF厚度为1 mm时,基频激光和倍频绿光的波长调谐范围分别为47.1 nm和20.1 nm.可调谐绿光的最大输出功率为8.23 W,对应的倍频转换效率为68.2%,相应的从吸收泵浦光到倍频绿光的光-光转换效率为16.6%.

关键词：外腔面发射激光器腔内倍频双折射滤波片可调谐

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基于外腔面发射激光器腔内三倍频的可调谐紫外激光器

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物理学报 2024年第8期73卷 115-122页

作者：成佳伍亚东晏日彭雪芳朱仁江王涛蒋丽丹佟存柱宋晏蓉张鹏重庆师范大学物理与电子工程学院重庆401331 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 北京工业大学理学部北京100124 重庆师范大学重庆国家应用数学中心重庆401331

紫外激光器具有频率高、波长短、单光子能量大以及空间分辨率高等特点,在精细加工、生命科学、光谱学等许多方面应用前景广阔.本文报道了一种基于外腔面发射激光器腔内三倍频的可调谐紫外激光器.该激光器采用了W型谐振腔,并插入双折射... 详细信息

紫外激光器具有频率高、波长短、单光子能量大以及空间分辨率高等特点,在精细加工、生命科学、光谱学等许多方面应用前景广阔.本文报道了一种基于外腔面发射激光器腔内三倍频的可调谐紫外激光器.该激光器采用了W型谐振腔,并插入双折射滤波片作为偏振和波长调谐元件,通过Ⅰ类相位匹配的LBO晶体对980 nm基频光进行倍频产生490 nm蓝光,再通过Ⅰ类相位匹配的BBO晶体对9.80 nm基频光和490 nm倍频光进行和频获得327 nm紫外输出.当LBO和BBO晶体的长度都为5 mm时,在环境温度为15℃,泵浦功率为47 W的条件下,实验输出的327 nm紫外激光功率达到538 mW.选择厚度为2 mm的双折射滤波片作为调谐元件,可获得的紫外激光器输出波长的连续调谐范围为8.6 nm.该紫外激光器同时显示了良好的光束质量和较好的功率稳定性.

关键词：可调谐外腔面发射激光器非线性频率变换三倍频

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高转换效率腔内倍频外腔面发射蓝光激光器

物理学报 2024年第1期73卷 174-180页

作者：伍亚东朱仁江晏日彭雪芳王涛蒋丽丹佟存柱宋晏蓉张鹏重庆师范大学物理与电子工程学院重庆401331 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 北京工业大学理学部北京100124 重庆师范大学重庆国家应用数学中心重庆401331

高功率高光束质量的蓝色激光在激光显示与照明、水下通信和成像、有色金属加工等许多领域具有广泛应用前景.本文利用增益芯片底部的高反镜分布布拉格反射镜、折叠镜以及后端反射镜构成V型谐振腔,通过腔内插入非线性晶体LBO,获得了高转... 详细信息

高功率高光束质量的蓝色激光在激光显示与照明、水下通信和成像、有色金属加工等许多领域具有广泛应用前景.本文利用增益芯片底部的高反镜分布布拉格反射镜、折叠镜以及后端反射镜构成V型谐振腔,通过腔内插入非线性晶体LBO,获得了高转换效率的高功率、高光束质量蓝光输出.实验研究了非线性晶体的长度、基频激光的线宽、倍频走离角的补偿等不同因素对外腔面发射激光器腔内倍频蓝光输出功率的影响.在LBO的Ⅰ类相位匹配条件下,当晶体长度为5 mm,所用双折射滤波片厚度为1 mm时,获得超过6 W的491 nm波长蓝光输出,x和y方向的光束质量M2因子均为1.08,倍频转换效率为63%.

关键词：腔内倍频外腔面发射蓝光激光器 Ⅰ类相位匹配走离角补偿

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