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基于融合特征t-SNE降维的控制图质量异常模式识别

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系统工程理论与实践 2024年第7期44卷 2381-2393页

作者：王宁郭梓昱田淑珂李可雨阳郑州大学商学院郑州450001 郑州大学国际质量发展研究院郑州450001

为解决控制图质量异常模式识别中,实时质量数据呈现出高维非线性等复杂特征导致模型过拟合以及失真等问题,提出一种基于融合特征t分布随机近邻嵌入(t-distributed stochastic neighbor embedding, t-SNE)降维的控制图质量异常模式识别方... 详细信息

为解决控制图质量异常模式识别中,实时质量数据呈现出高维非线性等复杂特征导致模型过拟合以及失真等问题,提出一种基于融合特征t分布随机近邻嵌入(t-distributed stochastic neighbor embedding, t-SNE)降维的控制图质量异常模式识别方法.首先,从生产过程动态数据流中提取其统计特征、形状特征并与原始特征进行融合,形成动态数据流的高维融合特征;然后利用t-SNE算法对融合特征进行降维, t-SNE算法能够有效地处理线性和非线性数据,并产生更有意义的聚类;进而利用一维卷积神经网络(one-dimensional convolutional neural networks, 1DCNN)作为分类器实现复杂产品制造过程的质量异常模式识别;最后,通过仿真实验将本文所提方法与单一类型特征方法、融合特征方法以及融合特征主成分分析法(principal component analysis, PCA)、核主成分分析(kernel PCA, KPCA)和局部线性嵌入算法(locally linear embedding, LLE)降维方法的识别模型进行比较,并利用锂离子电池极片制造过程为例进一步说明本文模型的有效性与实用性.仿真与实例结果表明,本文所提算法具有更高的识别效率和精度,特别适用于处理在复杂产品制造过程背景下的高维非线性数据.

关键词：控制图模式识别复杂产品制造过程 t分布随机近邻嵌入(t-SNE) 卷积神经网络(CNN)

淮河上游径流变化多元影响因子敏感性及贡献率分析

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应用基础与工程科学学报 2024年第3期32卷 801-812页

作者：孟钰徐文静管新建严登华郑州大学水利与交通学院河南郑州450001 黄河实验室(郑州大学) 河南郑州450001

解析径流变化与自然、人为因素的响应关系,对流域水资源安全及管理具有重要意义.构建了一个以多元影响因素为输入、以径流为输出的长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)模型,以建立包括气候变化与人类活动在内的多元影响因子与... 详细信息

解析径流变化与自然、人为因素的响应关系,对流域水资源安全及管理具有重要意义.构建了一个以多元影响因素为输入、以径流为输出的长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)模型,以建立包括气候变化与人类活动在内的多元影响因子与径流的响应关系,进而分析多元影响因子与径流之间的敏感性与贡献率.以淮河上游为研究区进行实例研究,结果表明:径流对人类影响因素敏感性高于气象因素,对水库塘坝库容具有最高敏感性;突变后各因素平均敏感性增大.气象与人类活动对径流的贡献率分别为55%、45%.其中,水库塘坝库容、降水量、净辐射的变化为径流减少的主导因素.合理的水利工程建设与生态修复布局,对径流调节起到有益作用.研究成果为径流变化规律与成因辨识、流域下垫面保护及水安全保障提供科学参考与决策辅助.

关键词：径流变化贡献率敏感性 LSTM模型突变检验淮河上游

钢筋钢纤维混凝土梁疲劳全过程分析及寿命预测

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建筑结构学报 2024年第5期45卷 164-172页

作者：谷志强高丹盈王建召李昊璋胡玉博郑州大学黄河实验室河南郑州450002 郑州大学土木工程学院河南郑州450002

为研究钢筋钢纤维混凝土梁的疲劳损伤演化过程,并对其疲劳寿命进行预测,依据钢筋钢纤维混凝土梁疲劳试验结果,基于梁受压和受拉区钢纤维混凝土以及受拉钢筋的疲劳损伤演化特性,采用分段线性方法,建立钢筋钢纤维混凝土梁疲劳全过程分析... 详细信息

为研究钢筋钢纤维混凝土梁的疲劳损伤演化过程,并对其疲劳寿命进行预测,依据钢筋钢纤维混凝土梁疲劳试验结果,基于梁受压和受拉区钢纤维混凝土以及受拉钢筋的疲劳损伤演化特性,采用分段线性方法,建立钢筋钢纤维混凝土梁疲劳全过程分析及寿命预测模型,并与试验结果对比进行验证。采用该模型分析钢纤维混凝土梁的混凝土、钢筋应变以及受拉钢筋截面面积随疲劳循环次数的退化规律,得到不同疲劳循环次数后试验梁的剩余承载力。结果表明:钢纤维能够显著提高梁的疲劳性能,试验梁的受拉钢筋截面面积随疲劳循环次数增加呈两阶段减小趋势,而受压区混凝土和受拉钢筋的应变以及梁剩余承载力呈三阶段发展模式,42根钢筋钢纤维混凝土梁的试验疲劳寿命与预测疲劳寿命比值的均值为0.953,变异系数为0.284,整体符合较好。

关键词：钢纤维混凝土梁疲劳试验全过程分析寿命预测

不同力程排斥相互作用胶体粒子系统的摩擦特性

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物理学报 2024年第15期73卷 141-146页

作者：段浩炀杨柯欣曹义刚郑州大学物理学院:中原之光实验室郑州450001

利用朗之万分子动力学,数值研究了无序点钉扎衬底上二维胶体粒子系统的摩擦特性.本文考虑了三种不同的模型胶体粒子系统,每种系统中胶体粒子之间的相互作用均被模拟为两种不同力程的排斥势.研究发现:每种模型系统均存在两个最大静摩擦力... 详细信息

利用朗之万分子动力学,数值研究了无序点钉扎衬底上二维胶体粒子系统的摩擦特性.本文考虑了三种不同的模型胶体粒子系统,每种系统中胶体粒子之间的相互作用均被模拟为两种不同力程的排斥势.研究发现:每种模型系统均存在两个最大静摩擦力(第一最大静摩擦力f_(c1)^(d)和第二最大静摩擦力f_(c2)^(d));力程相近的短程排斥相互作用之间的干涉会导致粒子间排斥增强,从而导致f_(c1)^(d)的明显降低和f_(c2)^(d)以上沿外场驱动力方向上运动有序的加强.本文的研究结果有助于揭示具有不同力程相互作用胶体粒子系统的摩擦机制.

关键词：摩擦胶体塑性流动运动有序

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钙钛矿太阳电池铅泄漏抑制及回收管理的研究进展

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科学通报 2024年第15期69卷 2042-2054页

作者：周鹏飞罗怀清陈伟伟刘梦瑶马俊杰郑州大学河南先进技术研究院郑州450003

钙钛矿太阳电池具有优异的光电特性和低成本制备优势,受到广泛关注.然而商业化应用仍面临诸多挑战,例如结构组分分解问题和重金属铅的泄漏污染风险问题.有效防止器件在极端条件下的退化分解,发展可持续的铅回收技术是推动钙钛矿太阳电... 详细信息

钙钛矿太阳电池具有优异的光电特性和低成本制备优势,受到广泛关注.然而商业化应用仍面临诸多挑战,例如结构组分分解问题和重金属铅的泄漏污染风险问题.有效防止器件在极端条件下的退化分解,发展可持续的铅回收技术是推动钙钛矿太阳电池迈向商业化应用的关键.本文首先围绕含铅降解产物的毒理学和不同环境因素影响铅析出与铅泄漏的机理进行了分析,随后介绍了近年来基于外部封装和化学吸附等多种控制铅泄漏的策略和最新研究进展,最后简要介绍了从受损的电池中回收铅,并实现循环利用的方法.

关键词：钙钛矿太阳电池铅泄漏铅吸附铅回收

考虑水土互馈关系的区域水土资源联合优化配置

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水科学进展 2024年第2期35卷 208-219页

作者：卢娜张佳明苏承国胡政磊吴泽宁严登华郑州大学水利与交通学院河南郑州450001 黄河实验室(郑州大学) 河南郑州450001 中国水利水电科学研究院北京100038

针对水土资源空间不匹配、水资源总量不足及土地资源利用程度不高等问题,以二元水循环理论为基础,构建考虑水土互馈关系的区域水土资源联合优化配置模型。该模型包括产水模块、水土联合配置模块和土地模拟模块,以GDP最大和基于生态绿当... 详细信息

针对水土资源空间不匹配、水资源总量不足及土地资源利用程度不高等问题,以二元水循环理论为基础,构建考虑水土互馈关系的区域水土资源联合优化配置模型。该模型包括产水模块、水土联合配置模块和土地模拟模块,以GDP最大和基于生态绿当量的区域植被覆盖率(EGE-RVC)最高为目标函数,并提出了一种耦合约束法、逐次逼近法和非线性规划的三层嵌套算法进行求解。以河南省洛阳市为例对模型和方法进行验证,结果表明,洛阳市可利用水量增加了4463万m^(3),GDP提高了12.5%,EGE-RVC增加了2.6%,各用地类型缺水率不同程度下降。研究成果能够为区域水土资源优化配置研究提供新的思路和技术参考。

关键词：水土资源联合优化配置相互作用二元水循环三层嵌套算法

结合DCNN与短距条件随机场的遥感影像道路提取

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第3期49卷 333-342页

作者：赫晓慧陈明扬李盼乐田智慧周广胜郑州大学地球科学与技术学院河南郑州450052 郑州大学信息工程学院河南郑州450052 中国气象科学研究院郑州大学生态气象联合实验室河南郑州450052

深度卷积神经网络(deep convolutional neural network,DCNN)在高分辨率遥感图像自动道路提取领域被广泛应用,但现有方法难以对预测结果中像素间的上下文关系建模。针对此问题,已有研究利用全连接条件随机场(fully connected conditiona... 详细信息

深度卷积神经网络(deep convolutional neural network,DCNN)在高分辨率遥感图像自动道路提取领域被广泛应用,但现有方法难以对预测结果中像素间的上下文关系建模。针对此问题,已有研究利用全连接条件随机场(fully connected conditional random field,FullCRF)结合上下文信息对语义分割结果进行二次优化,但无法有效改善道路结构不连续问题。为改善道路结构的完整性,提出一种结合DCNN的短距条件随机场模型(short range conditional random field,SRCRF),SRCRF利用DCNN强大的特征提取能力并控制FullCRF的推理范围缓解过度平滑现象,解决道路提取结果中的结构不连续、不完整问题。实验结果表明,在Zimbawe-Roads数据集与Cheng-Roads数据集中,SRCRF的F1分数相比DCNN分别上升约4.01%、3.73%,相比FullCRF分别上升约3.25%、2.28%。

关键词：遥感影像道路提取深度学习条件随机场语义分割

郑州市冬夏季污染过程中大气VOCs污染特征、来源解析及活性分析

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环境科学 2024年第2期45卷 689-699页

作者：赖梦洁张栋于世杰宋鑫帅李晓张瑞芹郑州大学生态与环境学院郑州450001 郑州大学化学学院郑州450001

为了研究挥发性有机物(VOCs)的污染特征,于2021年6月和12月在郑州市对两个污染过程中的VOCs进行了连续监测.结合气象条件,对比分析了VOCs冬夏季污染过程的污染特征、来源贡献和活性差异.结果显示,两个污染过程φ(VOCs)分别为(27.92±12.... 详细信息

为了研究挥发性有机物(VOCs)的污染特征,于2021年6月和12月在郑州市对两个污染过程中的VOCs进行了连续监测.结合气象条件,对比分析了VOCs冬夏季污染过程的污染特征、来源贡献和活性差异.结果显示,两个污染过程φ(VOCs)分别为(27.92±12.68)×10^(-9)和(24.30±5.93)×10^(-9).冬季雾-霾污染过程相较于夏季O3污染过程,VOCs体积分数变化范围更大.冬季污染过程源解析结果:工业源(27.0%)、机动车源(22.5%)、燃烧源(20.1%)、溶剂使用源(16.3%)和油气挥发源(14.1%);夏季污染过程源解析结果:机动车源(24.8%)、工业源(24.1%)、溶剂使用源(17.4%)、油气挥发源(14.2%)、燃烧源(11.2%)和植物源(8.4%).光化学烟雾产量模型结果显示,两个污染过程中夏季臭氧生成处于VOCs控制区的天数占比(66.7%)小于冬季(100.0%).二次反应活性结果显示,冬季和夏季污染过程·OH自由基反应活性(L·OH)均值分别为4.12 s^(-1)和4.76 s^(-1).夏季污染过程臭氧生成潜势(OFP)均值108.36μg·m^(-3),L·OH和OFP贡献率排名前10名物种夏季污染过程以烯烃为主.郑州市冬季污染过程的总二次有机气溶胶生成潜势(SOAFP)为54.38μg·m^(-3),冬季污染过程SOAFP贡献率前10名物种中芳香烃占9个.

关键词：挥发性有机物(VOCs) 源解析光化学烟雾产量模型二次反应活性郑州

郑州市PM_(2.5)中有机酸的污染特征、来源解析及二次生成

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环境科学 2024年第2期45卷 700-708页

作者：李子涵董喆尚璐琪孔梓涵李晓张瑞芹郑州大学生态与环境学院郑州450001 郑州大学化学学院郑州450001

大气颗粒物中的有机酸广泛参与大气中的各种物理化学反应,对二次有机气溶胶和霾的形成贡献极大,因此分析颗粒物中有机酸的浓度分布特征、评估其污染来源、探究其二次生成,对深入研究有机气溶胶及其二次转化具有重要意义.在郑州市不同季... 详细信息

大气颗粒物中的有机酸广泛参与大气中的各种物理化学反应,对二次有机气溶胶和霾的形成贡献极大,因此分析颗粒物中有机酸的浓度分布特征、评估其污染来源、探究其二次生成,对深入研究有机气溶胶及其二次转化具有重要意义.在郑州市不同季节采集大气细颗粒物(PM_(2.5))样品,识别并定量二元酸类、脂肪酸类和树脂酸类有机酸共30种,探究其浓度分布特征、季节变化、来源贡献及二次生成.定量的二元酸类以丙二酸(di-C_(3))和琥珀酸(di-C_(4))含量最为丰富,并且表现出明显的季节变化特征:夏季>秋季>冬季>春季;脂肪酸类表现出明显的双峰优势,以棕榈酸和硬脂酸(C_(18))最为丰富,季节变化特征为冬季最高,春季最低.利用主成分分析结合多元线性回归(MLR)方法对郑州市PM_(2.5)中的有机酸进行来源解析,结果表明,35%的有机酸来自于燃烧源和交通源,24%来自于烹饪源、23%来自于二次生成以及17%来自于天然源.利用标记物种的比值(如di-C_(3)/di-C_(4)、F/M和C_(18):1/C_(18))探究有机气溶胶二次形成及其老化过程.结果表明,夏季光化学反应剧烈,有机气溶胶老化或二次生产比例较高,冬季光化学反应较弱,有机气溶胶老化程度较低.采用相关性分析与MLR相结合的方法,量化了气相氧化和液相氧化对二元酸形成的相对贡献,气相氧化在采样过程中起主导作用,占比为58%,特别是夏季,占总二次转化的61%.

关键词：二元酸脂肪酸二次有机气溶胶二次生成气相氧化