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基于深度学习的地震叠加速度谱自动拾取算法研究

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地球物理学报 2024年第3期67卷 1223-1236页

作者：朱四新孟凡可姜彤华北水利水电大学地球科学与工程学院郑州450053

为解决人工拾取地震叠加速度谱时耗时长、效率低等问题,本文提出了一种基于深度学习的地震速度谱自动拾取算法模型VSAP(Velocity Spectrum Accurate Pickup).该算法运用卷积神经网络Faster R-CNN模型构建的多分类任务拾取目标能量团,然... 详细信息

为解决人工拾取地震叠加速度谱时耗时长、效率低等问题,本文提出了一种基于深度学习的地震速度谱自动拾取算法模型VSAP(Velocity Spectrum Accurate Pickup).该算法运用卷积神经网络Faster R-CNN模型构建的多分类任务拾取目标能量团,然后将初步拾取后的能量团坐标输入循环神经网络LSTM(Long-Short Term Memory)模型来进行目标能量团拾取时坐标的取舍和微调,最后输出模型分析和调整过的速度谱自动拾取图像.并通过实际的地震数据集拾取结果验证了该算法模型在叠加速度谱复杂信息的干扰中自动、准确拾取速度谱中能量团的能力,同时验证了该模型的准确性以及鲁棒性.经过改进,该算法模型有效地提高了速度谱拾取的效率和拾取精度.

关键词：速度谱自动拾取卷积神经网络循环神经网络

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湖北省柳林镇“8·12”山洪过程模拟分析

应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 133-144页

作者：郝思佳王文川马强李昌志刘昌军华北水利水电大学信息工程学院河南郑州450046 华北水利水电大学水资源学院河南郑州450046 中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾中心北京100038

由极端暴雨引发的山洪灾害已成为阻碍社会经济发展的主要因素,为科学认识山洪形成过程,揭示山洪致灾机理,以湖北省柳林镇“8·12”重大山洪灾害为例,基于全国山洪灾害调查分析评价数据结合实地调查,采用自主研发的FFMS(Flash Flood Mode... 详细信息

由极端暴雨引发的山洪灾害已成为阻碍社会经济发展的主要因素,为科学认识山洪形成过程,揭示山洪致灾机理,以湖北省柳林镇“8·12”重大山洪灾害为例,基于全国山洪灾害调查分析评价数据结合实地调查,采用自主研发的FFMS(Flash Flood Modelling System)分布式水文模型对柳林镇暴雨山洪过程进行反演模拟.从洪水来源、产流组分变化入手,深入剖析此次山洪灾变响应过程.结果表明:采用时空变源山洪模拟方法,可以准确分析山洪过程流域产流机理及组分变化,实现对暴雨山洪过程的精细刻画.柳林镇“8·12”重大山洪灾害成因主要在于该地区超历史极值暴雨导致上游3条支流所在流域超渗产流量激增,特殊的地形条件和地理位置造成主、支流洪峰几乎同时在柳林镇断面遭遇叠加,加之下游莲花溪洪水汇流浪河后形成顶托,共同作用下导致山洪灾害放大效应,给柳林镇造成重大人员伤亡.

关键词：山洪灾害致灾机理产流组分变化水文模拟洪水分析

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多变量时滞阻尼累加灰色模型及其应用

控制与决策 2024年第8期 2703-2710页

作者：罗党李良帅华北水利水电大学数学与统计学院华北水利水电大学水利学院

基于现实行为系统中存在的时滞效应和多变量灰色预测系统中需区分新旧信息及预测趋势不可控的情况,通过引入改进的阻尼累加生成算子与时滞系数,提出多变量时滞阻尼累加灰色模型(TLDAGM(1, N))及其扩展形式,模型理论上可达到与传统多变... 详细信息

基于现实行为系统中存在的时滞效应和多变量灰色预测系统中需区分新旧信息及预测趋势不可控的情况,通过引入改进的阻尼累加生成算子与时滞系数,提出多变量时滞阻尼累加灰色模型(TLDAGM(1, N))及其扩展形式,模型理论上可达到与传统多变量灰色预测模型的兼容性;讨论模型的参数估计方式及求解方法,给出模型的参数优化方法及具体的建模步骤;将该模型应用于我国高新技术企业产值及河南省粮食产量预测问题中,并与传统多变量灰色预测模型进行比较.结果表明:所提模型的模拟精度和预测精度均显著优于传统多变量灰色预测模型,新模型能够较好地识别多变量行为系统数据中包含的时滞性、重要性及时间序列的趋势因素.实例分析的结果验证了所提模型的合理性、适用性和有效性.

关键词：时滞效应灰色预测系统新旧信息阻尼累加生成算子粮食产量预测

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振动碾压下不规则卵石对防水毯的影响

工程科学与技术 2024年

作者：黄虎邱庆明曹克磊郭利霞宋元翔刘赵涵华北水利水电大学水利学院

为了评价施工碾压过程中不规则卵石对钠基膨润土防水毯的影响，建立了振动碾轮—卵石土保护层—钠基膨润土防水毯—掺灰卵石土支撑层的整体离散元模型。从细观动态角度对卵石的运移规律及其对防水毯的影响开展研究，并提出防水毯局部伸... 详细信息

为了评价施工碾压过程中不规则卵石对钠基膨润土防水毯的影响，建立了振动碾轮—卵石土保护层—钠基膨润土防水毯—掺灰卵石土支撑层的整体离散元模型。从细观动态角度对卵石的运移规律及其对防水毯的影响开展研究，并提出防水毯局部伸长率、卵石嵌入值和膨润土配位数三种评价指标，对防水毯的安全性开展评价。研究结果表明：碾压过程中不规则卵石会出现旋转、平移等运动形态，进而对防水毯产生挤压、顶托和嵌入等现象；二者间主要接触形式为点和面接触。在碾压全过程中，典型部位的防水毯局部最大伸长率为3.79%；卵石嵌入值最大值为2.1mm；膨润土配位数分布规律与卵石和防水毯的接触形式以及碾压遍数相关，在前7遍碾压过程中，配位数均大于理论极限值；随着碾压遍数增大，局部配位数小于理论极限值。综合三项评价指标结果，施工过程中有效控制碾压遍数可保证防水毯的完整性和防渗效果。

关键词：掺灰卵石土振动碾压离散元模型防水毯伸长率卵石嵌入值膨润土配位数

基于改进麻雀搜索算法优化LSTM的滚动轴承故障诊断

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工程科学与技术 2024年第2期56卷 289-298页

作者：周玉房倩裴泽宣白磊华北水利水电大学电气工程学院河南郑州450045

为了对滚动轴承的工作状态及故障类别进行准确的诊断,本文采用长短时记忆(LSTM)神经网络作为分类器对滚动轴承数据集进行分类诊断。首先,从滚动轴承原始运行振动信号中提取时域和频域特征参数,组成具有高维特征参数的数据集;使用核主成... 详细信息

为了对滚动轴承的工作状态及故障类别进行准确的诊断,本文采用长短时记忆(LSTM)神经网络作为分类器对滚动轴承数据集进行分类诊断。首先,从滚动轴承原始运行振动信号中提取时域和频域特征参数,组成具有高维特征参数的数据集;使用核主成分分析(KPCA)方法对高维特征集进行降维处理,选取重要性程度高的特征构成输入特征向量。然后,针对LSTM神经网络在滚动轴承故障诊断中存在的超参数难以确定的问题,提出一种基于自适应t分布策略的麻雀搜索算法优化LSTM神经网络的故障诊断方法(tSSA–LSTM)。最后,使用凯斯西储大学滚动轴承数据中心的数据进行故障诊断精度测试、泛化性能测试及噪声环境下故障诊断性能测试等多个仿真实验,并将本文提出的诊断模型与麻雀搜索算法优化长短时记忆神经网络(SSA–LSTM)、遗传算法优化长短时记忆神经网络(GA–LSTM)、粒子群算法优化长短时记忆神经网络(PSO–LSTM)及传统LSTM诊断模型进行对比。结果表明:tSSA可以更有效地对LSTM的隐含层神经元数量、周期次数、学习率等超参数进行合理优化;所提方法的平均诊断准确率达到98.86%,交叉验证平均诊断结果为98.57%;所提方法在噪声干扰下的故障诊断准确率也优于对比方法。因此,本文提出的tSSA–LSTM模型不仅可以更精准地诊断滚动轴承故障状态,而且具有更强的泛化能力及抗干扰能力,有效地提高了滚动轴承故障诊断的性能。

关键词：麻雀搜索算法故障诊断长短时记忆神经网络特征提取滚动轴承

太阳能耦合微型燃气轮机联合循环系统性能研究

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洁净煤技术 2024年

作者：张小桃王琪贤李可欣王爱军华北水利水电大学能动学院

太阳能耦合燃气轮机发电能够提高燃气轮机联合循环系统的运行性能。搭建了微型燃气轮机联合循环模型，并基于C200型微型燃气轮机的设计数据，以天然气为燃料，验证模型的合理性。在联合循环系统的基础上，增加了太阳能集热器，选取天然... 详细信息

太阳能耦合燃气轮机发电能够提高燃气轮机联合循环系统的运行性能。搭建了微型燃气轮机联合循环模型，并基于C200型微型燃气轮机的设计数据，以天然气为燃料，验证模型的合理性。在联合循环系统的基础上，增加了太阳能集热器，选取天然气和沼气为燃料，研究集热器布置位置与环境条件变化对太阳能耦合燃气轮机联合循环系统运行性能的影响。结果表明：在机组相同输出功率条件下，无集热器的沼气系统与天然气系统相比，燃料流量增大了近1倍，但燃气流量差别较小，联合循环系统性能接近，燃气轮机电效率约为30%，余热效率达到33%。加装太阳能集热器可以减小燃料流量，提高机组运行性能。集热器前置时系统的电效率稍有增加，而余热效率升高到50%以上；集热器后置时，燃料流量明显减小，而电效率可达到39%以上，余热效率达到42%。在相同的输出功率条件下，随着太阳辐射强度和环境温度的变化，天然气和沼气系统，在10时到12时之间，系统性能最好，燃料流量最大减少了39.48%、37.88%，电效率最多提高了19.41%、17.91%，余热效率最多提高了40.13%、40.16%。集热器前置时系统余热量增加较多；集热器后置时燃气轮机电效率升高较多，同时余热量也有增加。

关键词：微型燃气轮机沼气太阳能集热器环境条件系统性能

TOPSIS综合评价法在风险评价中的应用研究

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河南建材 2024年第3期 12-15页

作者：刘月华北水利水电学院 450045

尽管TOPSIS法是一种相对较新的综合评价方法,但已广泛应用于投资决策、市场营销和医疗卫生等领域。该方法利用评价对象与理想目标的接近程度进行相对优劣排序,是一种组内距离综合评价方法。在多目标决策分析中,利用TOPSIS方法能够精确... 详细信息

尽管TOPSIS法是一种相对较新的综合评价方法,但已广泛应用于投资决策、市场营销和医疗卫生等领域。该方法利用评价对象与理想目标的接近程度进行相对优劣排序,是一种组内距离综合评价方法。在多目标决策分析中,利用TOPSIS方法能够精确品判断各评价方案之间的差距。因此,该方法对把握及降低风险具有重要意义。文章对TOPSIS综合评价法进行研究,阐述了TOPSIS综合评价法的优势和缺陷,分析了TOPSIS综合评价法的改进措施与成效,研究了TOPSIS综合评价法在风险评价中的应用,并对TOPSIS综合评价法在风险评价领域的未来发展方向进行了展望。

关键词： TOPSIS法综合评价风险评价

接触爆炸下波纹钢-混凝土板复合结构水下防爆效果评价

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含能材料 2024年

作者：曹克磊付乔峰张建伟黄锦林赵瑜广东省水利水电科学研究院华北水利水电大学水利学院华北水利水电大学土木与交通学院

为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆防护效果,采用有限元-光滑粒子流体动力学耦合算法(FEM-SPH)建立水下多介质耦合爆炸模型;设计不同波纹钢-混凝土板复合结构防护方案,探究不同复合结构防护层(含3,6,9,12 mm厚波纹钢复合结... 详细信息

为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆防护效果,采用有限元-光滑粒子流体动力学耦合算法(FEM-SPH)建立水下多介质耦合爆炸模型;设计不同波纹钢-混凝土板复合结构防护方案,探究不同复合结构防护层(含3,6,9,12 mm厚波纹钢复合结构、含30°,45°,60°,75°波纹钢复合结构和含10,30,50,70 mm波高波纹钢复合结构)的水下削波吸能效果,并提出耗能分担率对复合结构进行防护效果评价。研究结果表明:混凝土板迎爆面与背爆面的模拟结果与试验结果较为吻合,验证了水下接触爆炸模拟过程;不同复合结构防护方案下,含12 mm厚波纹钢复合结构、含75°波纹钢复合结构和含70 mm波高波纹钢复合结构防护方案较无防护方案测点峰值压力最大降幅为63.2%,60%和57.9%,最大防护率分别为63.2%,60.0%和57.9%、耗能分担率为69.48%,66.26%和63.51%;最优型式(厚度为12 mm/夹角为75°/波高为70 mm)复合结构的削波吸能效果及防护效果均显著优于单一因素影响下的复合结构。研究成果可为不同波纹钢-混凝土板复合结构在水下抗爆防护领域的应用提供理论基础。

关键词：水下接触爆炸波纹钢-混凝土板复合结构削波吸能效果防护效果评价

TBM有压输水隧洞内张钢圈-管片-围岩组合结构联合承载力学特性分析

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岩土力学 2024年第4期45卷 1154-1169,1180页

作者：张建伟刘贺曹克磊黄锦林王勇华北水利水电大学水利学院河南郑州450046 广东省水利水电科学研究院广东广州510635 珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东广州510635

为探究全断面隧道岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)有压输水隧洞内张钢圈-管片-围岩组合结构的受荷状态,以榕江―关埠引水工程中Ⅴ类围岩TBM有压输水隧洞段为研究对象,建立内张钢圈-管片-围岩组合结构三维精细化有限元模型,研究... 详细信息

为探究全断面隧道岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)有压输水隧洞内张钢圈-管片-围岩组合结构的受荷状态,以榕江―关埠引水工程中Ⅴ类围岩TBM有压输水隧洞段为研究对象,建立内张钢圈-管片-围岩组合结构三维精细化有限元模型,研究内水压力、围岩类型对组合结构力学特性的影响。研究结果表明:采用内张钢圈加固隧洞结构能有效控制隧洞变形,减小管片拉应力及受拉区范围,提高组合结构的承载能力;内水压力作用下管片压应力、竖向变形、接缝张开度、连接螺栓应力、内张钢圈应力、锚杆应力均较无内水压力作用下有所减小,但管片拉应力和接缝错台分别增大了19.68%、39.25%,其主要原因为内水压力作用致使隧洞结构整体呈现向外膨胀,在充水运营期间应加强内水压力作用下的安全监测;在外部水土压力和内水压力共同作用下,围岩类型的改变使组合结构中连接螺栓应力、管片接缝错台、锚杆应力分别提高37.11%、15.29%、14.75%,其主要原因为围岩岩性越差承担荷载能力越弱,在围岩类型的过渡区域应进行重点监测;此外,在外部水土压力和内水压力共同作用下,组合结构中围岩、管片、内张钢圈、锚杆的荷载分担率分别为21.38%、43.08%、24.01%和11.53%,内张钢圈荷载分担率较无内水压力作用提高了34.06%,内水压力作用提高了内张钢圈分担荷载的效果;组合结构中围岩的分担率随围岩类型(Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类)的增加而减小,相同荷载下Ⅲ类围岩的荷载分担率较Ⅴ类围岩提高了16.96%。该研究成果可为类似隧洞工程的衬砌设计及后期加固措施提供理论参考。

关键词：输水隧洞组合结构管片衬砌内张钢圈力学特性分担率