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机器学习与斯塔克展宽法结合的等离子体电子密度诊断方法

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光谱学与光谱分析 2024年第10期44卷 2778-2784页

作者：张婷琳唐龙彭东宇汤昊姜盼盼刘博通陈传杰盐城工学院信息工程学院江苏盐城224051

电子密度是等离子体基本参数之一。H_(β)是基于斯塔克展宽的发射光谱法最常用的谱线。在大气压条件下,范德瓦尔斯展宽对H_(β)谱线加宽的贡献突出,它与等离子体的气体温度有关。为了提取斯塔克展宽,需要利用分子的转动温度预先确定气... 详细信息

电子密度是等离子体基本参数之一。H_(β)是基于斯塔克展宽的发射光谱法最常用的谱线。在大气压条件下,范德瓦尔斯展宽对H_(β)谱线加宽的贡献突出,它与等离子体的气体温度有关。为了提取斯塔克展宽,需要利用分子的转动温度预先确定气体温度,因而其结果必然存在一定的误差,从而导致在谱线的非线性参数拟合中将气体温度的误差传递给电子密度。提出了一种基于机器学习的随机森林回归模型与基于发射光谱的斯塔克展宽法相结合的电子密度光谱诊断方法。通过与传统最小二乘法的误差特性进行对比发现,该方法具有更好的鲁棒性和泛化性能,能够精确且快速地诊断电子密度。通过在气体温度中引入随机偏差,利用谱线展宽模型仿真出不同等离子体状态下的H_(β)谱线,将其作为机器学习的训练数据集。将每组带温度偏差的谱线强度分布与对应的电子密度构成样本集,对随机森林模型进行训练,使模型得到最小均方误差的超参最小叶节点和决策树数量分别为2和100。在模拟中,考虑到气体温度的诊断误差,将带温度偏差的光谱数据作为模型输入,预测出电子密度。研究表明,经训练后的随机森林模型对电子密度的预测结果与真实值之间的平均相对误差小于3%。利用气体温度误差范围为0~±10%的光谱测试集对模型进行评估,随着温度误差增大,模型预测结果比最小二乘法的结果更好。当气体温度误差为±10%时,模型预测电子密度的均方误差相比于最小二乘法降低了30%以上。在光谱数据训练集中,当训练数据集引入的偏差范围为0~±10%时,模型的预测均方误差达到最小,鲁棒性优于最小二乘法,而当训练数据集所含偏差超过±10%时,模型的预测结果较差。另外,利用训练好的随机森林模型分析H_(β)谱线所需的时间远远小于最小二乘拟合法。

关键词：发射光谱电子密度斯塔克展宽随机森林气体温度

基于点-体素一致性约束的城市激光雷达点云分类

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中国激光 2024年第13期51卷 243-256页

作者：李虎辰管海燕雷相达秦楠楠倪欢南京信息工程大学遥感与测绘工程学院江苏南京210044

准确高效的点云分类在场景理解和数字孪生城市建设等任务中发挥着关键作用。利用单一点、体素等视觉结构数据的点云分类方法容易丢失关键几何特征;融合多种结构数据的点云分类方法学习到不同数据的多层次、多尺度特征,但难以平衡不同数... 详细信息

准确高效的点云分类在场景理解和数字孪生城市建设等任务中发挥着关键作用。利用单一点、体素等视觉结构数据的点云分类方法容易丢失关键几何特征;融合多种结构数据的点云分类方法学习到不同数据的多层次、多尺度特征,但难以平衡不同数据之间的差异,降低了点云分类的准确性。因此,提出一个基于点-体素一致性约束的点云分类网络(PVCC-Net),用于准确分割城市场景中的不同尺寸地物。PVCC-Net采用双分支U-Net结构,体素和点分支分别负责提取粗粒度和细粒度特征,并利用点-体素一致性约束模块对齐粗细粒度特征,以减小不同粒度特征的分布差异。然后,所提网络采用点-体素自注意力机制自适应融合聚合后的粗粒度和细粒度特征,进而提升点云全局特征表达。引入Toronto3D、Semantic3D和SensatUrban三个城市场景点云数据集对PVCC-Net进行性能评估。结果显示,PVCC-Net分别取得了97.97%、93.80%和93.00%的总体精度(OA),以及82.92%、75.70%和55.40%的平均交并比(mIoU)。对比实验结果表明,相比基线方法,所提方法可以有效提升对复杂城市场景点云的分类性能,且获得更优的分类结果。

关键词：遥感点云分类体素一致性约束自注意力机制城市场景

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沿黄稻区土壤菌群结构与生态功能研究

河南师范大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 139-149,I0007页

作者：田莹莹郭琦陈星儒孙向辉赵京河南工学院材料科学与工程学院河南新乡453003 河南工学院新乡市水处理节能减排工程技术研究中心河南新乡453003

为了解沿黄稻区不同基质土壤的微生物组成,采集了河滩砂质土壤(sand soil,SS)和毗邻稻田土壤(paddy soil,PS).利用16S rRNA基因高通量测序技术揭示沿黄稻区土壤菌群的组成及其潜在的生态功能.Alpha多样性分析显示两种土壤的菌群丰富度... 详细信息

为了解沿黄稻区不同基质土壤的微生物组成,采集了河滩砂质土壤(sand soil,SS)和毗邻稻田土壤(paddy soil,PS).利用16S rRNA基因高通量测序技术揭示沿黄稻区土壤菌群的组成及其潜在的生态功能.Alpha多样性分析显示两种土壤的菌群丰富度和多样性指数无显著性差异.进一步的物种组成分析,发现unclassified_f_Micrococcaceae、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、norank_f_noorank_o_Vicinamibacterales、norank_f_Vicinamibacterales在SS和PS中广布,与土壤基质类型无关丰度,但芽孢杆菌属(Bacilllus)、硫杆菌属(Thiobacillus)在PS中的相对丰度显著高于SS.基于FAPROTAX数据库的功能热图分析显示PS(尤其是P2_1、P3_1)中芳香烃降解功能序列的相对丰度高于SS,结合菌群相对丰度结果推测类诺卡氏菌属(Nocardioides)、unclassified_f_Nocardioidaceae是该差异产生的关键.SS中光养微生物丰度显著高于PS,尤以卟啉杆菌(Porphyrobacter)、unclassified_f_Rhodobacteraceae、红细菌(Rhodobacter)为主的不产氧光合细菌的丰度较高,其中红细菌科(Rhodobacteraceae)是参与SS生物膜形成的重要微生物.研究表明土壤类型对沿黄稻区菌群组成有一定的影响,并驱动了菌群生态功能分异的形成.

关键词：壤菌群结构生态功能稻田土壤砂质土壤

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集中式馈线自动化配电网供电可靠性评估

郑州大学学报（工学版） 2024年第1期45卷 114-121页

作者：陈根永高翔宇谭超范旭光郑州大学电气与信息工程学院河南郑州450001 国网河南省电力公司新乡供电公司河南新乡453000 国网河南省电力公司宝丰县供电公司河南平顶山467400

计及集中式馈线自动化的配电网可靠性评估尚存在较多研究空白,且多数研究仅计及故障停电的影响,在考虑预安排检修容量约束的情况下,计及负荷转供影响,结合馈线自动化的类型及运行逻辑,依据馈线自动化相关技术指标,对恢复供电过程中出现... 详细信息

计及集中式馈线自动化的配电网可靠性评估尚存在较多研究空白,且多数研究仅计及故障停电的影响,在考虑预安排检修容量约束的情况下,计及负荷转供影响,结合馈线自动化的类型及运行逻辑,依据馈线自动化相关技术指标,对恢复供电过程中出现的负荷点进行详细分类,推导出不同类型负荷期望恢复供电时间和配电网供电可靠性指标计算公式。结合算例进行分析可知,不同终端配置下馈线系统平均停电持续时间SAIDI可减少0.95~1.08 h/(用户·a),说明了优化终端配置可有效提高配电网供电可靠性,证明了所提评估方法的准确性和实用性,并比较了不同终端配置对可靠性的影响。

关键词：集中式馈线自动化配电网供电可靠性预安排检修负荷转供

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基于异步深度强化学习的车联网协作卸载策略

计算机应用 2024年第5期44卷 1501-1510页

作者：赵晓焱韩威张俊娜袁培燕河南师范大学计算机与信息工程学院河南新乡453007 智慧商务与物联网技术河南省工程实验室(河南师范大学) 河南新乡453007

随着车联网(IoV)的快速发展,智能网联汽车产生了大量延迟敏感型和计算密集型任务,有限的车辆计算资源以及传统的云服务模式无法满足车载用户的需求,移动边缘计算(MEC)为解决海量数据的任务卸载提供了一种有效范式。但在考虑多任务、多... 详细信息

随着车联网(IoV)的快速发展,智能网联汽车产生了大量延迟敏感型和计算密集型任务,有限的车辆计算资源以及传统的云服务模式无法满足车载用户的需求,移动边缘计算(MEC)为解决海量数据的任务卸载提供了一种有效范式。但在考虑多任务、多用户场景时,由于车辆位置、任务种类以及车辆密度的实时性和动态变化,IoV中任务卸载场景复杂度较高,卸载过程中容易出现边缘资源分配不均衡、通信成本开销过大、算法收敛慢等问题。为解决以上问题,重点研究了IoV中多任务、多用户移动场景中的多边缘服务器协同任务卸载策略。首先,提出一种多边缘协同处理的三层异构网络模型,针对IoV中不断变化的环境,引入动态协作簇,将卸载问题转化为时延和能耗的联合优化问题;其次,将问题分为卸载决策和资源分配两个子问题,其中资源分配问题又拆分为面向边缘服务器和传输带宽的资源分配,并基于凸优化理论求解。为了寻求最优卸载决策集,提出一种能在协作簇中处理连续问题的多边缘协作深度确定性策略梯度(MC-DDPG)算法,并在此基础上设计了一种异步多边缘协作深度确定性策略梯度(AMCDDPG)算法,通过将协作簇中的训练参数异步上传至云端进行全局更新,再将更新结果返回每个协作簇中提高收敛速度。仿真结果显示,AMC-DDPG算法较DDPG算法至少提高了30%的收敛速度,且在奖励和总成本等方面也取得了较好的效果。

关键词：车联网移动边缘计算任务卸载协作深度强化学习

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基于模糊邻域判别指数的在线流组特征选择

计算机工程与设计 2024年第3期45卷 806-813页

作者：徐久成孙元豪韩子钦河南师范大学计算机与信息工程学院河南新乡453007 河南师范大学智慧商务与物联网技术河南省工程实验室河南新乡453007

在线流组特征选择可以充分利用特征流中原始的组结构信息,以在线的方式处理特征选择问题。然而,现有方法大多无法处理具有模糊性和不确定性的数据。为此,提出一种基于模糊邻域判别指数的在线流组特征选择算法。设计一种模糊邻域判别指数... 详细信息

在线流组特征选择可以充分利用特征流中原始的组结构信息,以在线的方式处理特征选择问题。然而,现有方法大多无法处理具有模糊性和不确定性的数据。为此,提出一种基于模糊邻域判别指数的在线流组特征选择算法。设计一种模糊邻域判别指数,用于描述模糊邻域粒的判别信息,扩展相关的不确定性度量方法。在此基础上,用组内特征选择和组间特征选择两种策略选择具有强近似能力且非冗余的特征。在8个公共数据集上进行对比实验,验证了该算法具有更优且稳定的分类性能。

关键词：特征选择流特征选择流组模糊粗糙集模糊邻域熵邻域判别指数不确定性度量

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基于知识图谱的端到端内容共享机制

计算机应用 2024年第4期44卷 995-1001页

作者：赵晓焱匡燕王梦含袁培燕河南师范大学计算机与信息工程学院河南新乡453007 智慧商务与物联网技术河南省工程实验室(河南师范大学) 河南新乡453007

端到端(D2D)通信利用边缘网络的本地计算和缓存能力,可以满足未来移动网络用户低延时、高能效的内容共享需求。而边缘网络内容共享效率性能的提升不仅取决于用户社交关系,同时也高度依赖终端设备的特征,如计算、存储和剩余能量资源等。... 详细信息

端到端(D2D)通信利用边缘网络的本地计算和缓存能力,可以满足未来移动网络用户低延时、高能效的内容共享需求。而边缘网络内容共享效率性能的提升不仅取决于用户社交关系,同时也高度依赖终端设备的特征,如计算、存储和剩余能量资源等。因此,以最大化能量效率为目标,综合考虑设备异质性、用户社交性和兴趣差异性,提出一种用户-设备-内容多维度关联特征的D2D内容共享机制。首先,基于用户成本效益最大化将多目标约束问题转化为最优节点选择和功率控制问题,构建面向用户-设备-内容的多维度知识关联特征和图谱模型,将设备相关的计算资源、存储资源等多维特征结构化处理;其次,研究用户在设备属性和社交属性上的意愿度度量方法,提出一种基于用户社交和设备图谱的共享意愿度度量方法;最后,根据用户共享意愿度构建面向内容共享的D2D协作簇,面向能量效率设计一种基于共享意愿度的功率控制算法,以最大化网络共享性能。在真实用户设备数据集和infocom06数据集的实验结果表明,所提基于共享意愿度的功率控制算法与最近选择算法和不考虑设备意愿度的选择算法相比,系统和速率分别提升了约97.2%和11.1%,用户满意度分别提升了约72.7%和4.3%,能效分别提升了约57.8%和9.7%,验证了所提算法在传输速率、能量效率和用户满意度等方面的有效性。

关键词：端到端通信内容共享知识图谱合作意愿功率控制

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一种基于DQN的去中心化优先级卸载策略

计算机工程 2024年第9期50卷 235-245页

作者：张俊娜李天泽赵晓焱袁培燕河南师范大学计算机与信息工程学院河南新乡453007 河南师范大学智慧商务与物联网技术河南省工程实验室河南新乡453007

边缘计算(EC)可在网络边缘为用户提供低延迟、高响应的服务。因此,资源利用率高、时延低的任务卸载策略成为研究的热门方向。但大部分现有的任务卸载研究是基于中心化的架构,通过中心化设施制定卸载策略并进行资源调度,容易受到单点故... 详细信息

边缘计算(EC)可在网络边缘为用户提供低延迟、高响应的服务。因此,资源利用率高、时延低的任务卸载策略成为研究的热门方向。但大部分现有的任务卸载研究是基于中心化的架构,通过中心化设施制定卸载策略并进行资源调度,容易受到单点故障的影响,且会产生较多的能耗和较高的时延。针对以上问题,提出一种基于深度Q网络(DQN)的去中心化优先级(DP-DQN)卸载策略。首先,设置通信矩阵模拟现实中边缘服务器有限的通信状态;其次,通过对任务设定优先级,使任务可以在不同边缘服务器之间跳转,保证各边缘服务器均可以自主制定卸载策略,完成任务卸载的去中心化;最后,根据任务的跳转次数为任务分配更多的计算资源,提高资源利用效率和优化效果。为了验证所提策略的有效性,针对不同DQN下参数的收敛性能进行了研究对比,实验结果表明,在不同测试情景下,DP-DQN的性能均优于本地算法、完全贪婪算法和多目标任务卸载算法,性能可提升约11%~19%。

关键词：边缘计算任务卸载资源分配去中心化优先级深度Q网络

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遥感技术在水文水资源勘测中的创新应用研究

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2024年第7期 0075-0078页

作者：陈志超河南省新乡市水文水资源测报分中心河南新乡453000

科技的快速发展极大地推进了测绘科技的进步,遥感技术通过传感器捕捉地表物体的电磁波反射或辐射特性,随后,这些数据通过专门的软件进行处理和分析,准确地获得目标区域的详细信息和图像。这种技术能够识别并分类区域内的不同景观元素,... 详细信息

科技的快速发展极大地推进了测绘科技的进步,遥感技术通过传感器捕捉地表物体的电磁波反射或辐射特性,随后,这些数据通过专门的软件进行处理和分析,准确地获得目标区域的详细信息和图像。这种技术能够识别并分类区域内的不同景观元素,并将它们转化为详尽的系统数据,实现高效和高质量的成果输出。遥感技术根据其快速的周期、丰富的信息量以及较低的成本常用于气象观测和精确绘图,在水文和水资源管理领域,该技术能有效监测水体状态的变化,对我国的生态保护和经济发展提供重要支持。本文深入探讨了遥感技术的关键特性及其在水资源管理中的应用,并针对中国的具体国情提出相应的建议。

关键词：水文水资源勘测水资源管理遥感技术