郑州大学学报(工学版)

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2024年09月25 00:00

二〇二四年总目次

2024年09月25 00:00

考虑淹没区域危险度的溃坝洪灾避难场所选址评价

2024年09月25 00:00

针对溃坝洪灾避难场所选址中对潜在淹没区域危险程度重视不足的问题,提出了一种新的溃坝洪灾避难场所选址评价模型。首先,在构建危险度评价指标体系的基础上,运用改进突变评价法对潜在淹没区域进行危险度评价和危险等级划分;其次,将避难场所与高级别危险区的距离作为选址评价指标,并考虑避难场所的灾害风险、位置规模、应急保障等条件,通过层次分析法确定权重,运用 TOPSIS 法对避难场所进行选址评价;最后,以我国陆浑水库下游 13 个潜在淹没区域和 10 个备选避难场所为例进行验证。结果表明:危险等级较高的潜在淹没区域中,白元镇为Ⅰ级危险区,彭婆镇、鸣皋镇、城关街道、龙门镇为Ⅱ级危险区,评价较优的备选避难场所能够满足重视高危险度潜在淹没区域的要求。

老年人对信号交叉口行人服务水平评价建模与分析

张惠玲, 王瑞浩, 张睿 — 2024年09月25 00:00

为分析老年人在信号交叉口人行横道的过街需求,对老年行人在通行时的服务水平进行评估,建立了基于主观评价和交叉口交通特征的老年行人服务水平评价模型。首先,通过现场观测和视频分析获取了 33 条信号控制人行横道的交通特征参数,并采用截断式问卷调查得到同步情况下过街老年人对行人服务水平评价主观值,初步选用基于非线性、线性和模糊线性回归模型。其次,通过基于 30 条人行横道的数据分析,采用皮尔逊相关系数和斯皮尔曼相关系数识别出了影响老年人过街服务水平的关键因素。最后,以关键因素为输入,对比分析非线性、线性和模糊线性 3 种回归模型,结果表明:多元非线性回归的老年行人服务水平评价模型在拟合度和误差方面表现更优,且验证组的 3 条人行横道数据进一步证实了该模型的适用性。

基于声学参数的 OGFC 沥青混合料吸声性能优化

吴文亮, 李陈月, 代生林 — 2024年09月25 00:00

多孔材料吸声系数的唯象模型考虑了声波在空隙结构中传播产生的能量耗散,构建基于声学参数的模型,可对吸声系数进行较好的预测。为了准确获取 OGFC 沥青混合料的 5 个声学参数( 孔隙率、流阻率、曲折因子、黏性 / 热效特征长度)以构建声学模型,首先,通过实测与反演结合的方法制备了不同孔隙率、不同级配类型的 OGFC 沥青混合料,使用驻波管测试了吸声系数;其次,开发了适用于混合料的流阻率测量设备,利用实测的空隙率、吸声系数和流阻率,基于遗传算法编写反演程序对 OGFC 的曲折因子、黏性 / 热效特征长度进行反演;再次,建立驻波管的有限元模型验证了声学参数的正确性,分析了声学参数单因素对吸声性能的影响;最后,基于声学参数对吸声性能进行了优化。结果表明:OGFC 的空隙率越高和公称最大粒径越大,平均吸声系数和峰值吸声系数均越大;所构建的模型能够较好体现混合料的吸声特性,峰值吸声系数及出现的频率与实测值吻合;空隙率、黏性特征长度和热效特征长度增大,以及曲折因子减小,均有利于提高吸声性能,根据声学参数对混合料吸声性能的优化结果,最佳的吸声性能应将空隙率控制在 22%左右。

秸秆液化树脂化产物制备生物沥青及性能分析

2024年09月25 00:00

针对目前利用废木材、农作物秸秆、牲畜粪便、废油等制得生物油,进而部分或完全取代石油基沥青时路用性能不足的问题,提出了一种采用秸秆液化产物树脂化制木质基酚醛树脂部分取代石油基沥青,开发绿色可持续的生物沥青。首先,对秸秆进行组分分离得到纤维素和木质素,对秸秆及其主要组分分别进行液化,探讨秸秆液化的主要影响因素;其次,将液化产物与甲醛反应合成木质基酚醛树脂 WPR,并与苯酚反应所得酚醛树脂 PR 进行对比分析;最后,将树脂以不同比例掺到基质沥青中制备生物沥青,通过各生物沥青的三大指标及黏度,分析生物沥青的性能。结果表明:秸秆的液化速率主要取决于纤维素的液化速率,其液化反应复杂,反应动力学级数为 1. 71;由树脂得率及液化产物、WPR、PR 的 FT-IR 谱图分析可知,WPR 树脂合成率较高,且比 PR 具有更好的反应活性;仅掺加液化产物制备的生物沥青性能较差,掺加 WPR 树脂的生物沥青高温稳定性、低温抗裂性能、抗变形能力及温度稳定性均优于基质沥青。

基于二次分解和支持向量机的月径流预测方法

2024年09月25 00:00

针对径流序列的非线性和非平稳性特征,提出了一种基于加权回归的季节趋势分解( STL) 和变分模态分解(VMD)组合的二次分解,结合支持向量机( SVM)的月径流预测模型 STL-VMD-SVM。该模型利用 STL 将原始径流序列分解为不同频率的季节项、趋势项和残差项,并通过 VMD 将残差项分解为 IMFs。建立 SVM 模型预测季节项、趋势项和 IMFs,所有 IMFs 的预测值之和为残差项的预测值,季节项、趋势项和残差项之积为原始径流序列的最终预测值。基于伊洛河流域黑石关站及黄河干流高村站的月径流时间序列进行了实例应用及普适性评价,并与BP 神经网络模型和长短期记忆神经网络模型( LSTM) 进行对比。结果表明:对于伊洛河黑石关站径流预测,所提模型验证期的 NSE、MAPE、RMSE、R 分别为 0. 977,13. 705%,0. 327,0. 991,其预测精度均优于单一模型和一次分解模型,STL-VMD 二次分解可以有效提高模型预测精度;在黄河干流高村站径流预测中验证期的 NSE、MAPE、RMSE、R 分别为 0. 979,8. 509%,3. 263,0. 989,也达到了很好的预测效果。

基于空间特征和生成对抗网络的网络入侵检测

2024年09月25 00:00

针对现有的入侵检测方法未能有效考虑到数据特征之间的关联性以及在高维离散的数据集上检测精度不高等问题,提出了一种基于空间特征与生成对抗网络的网络入侵检测方法 MBGAN。首先,设计了一种将数据转换成灰度图的转换方法,使得卷积核能够捕获到图像中更多的上下文空间信息流。其次,采用双向生成对抗网络模型进行异常检测,使用转换后的流量图像对模型进行训练,同时引入最小 Wasserstein 距离和梯度惩罚技术,解决模型训练中模式崩塌和不稳定问题。实验结果表明:所提方法在 NSL-KDD、UNSW-NB15、CICIDIS2017 数据集上的检测精度分别为 97. 4%,92. 3%,94. 8%,召回率分别为 97. 2%,93. 1%,95. 6%,F1 值分别为 97. 3%,93. 0%,95. 2%,效果均优于其他方法。

基于双特征提取和注意力机制的图像超分辨率重建

薄阳瑜, 武永亮, 王学军 — 2024年09月25 00:00

针对图像超分辨率重建过程中忽略图像高频特征,导致特征提取不充分,重建图像纹理细节模糊的问题,提出了一种基于双特征提取和注意力机制的图像超分辨率重建方法。首先,该方法采用双分支网络进行特征提取,以解决图像重建过程中高频特征和多尺度特征无法有效提取和一致融合的问题;其次,为了使网络提取到更加精确的高频特征,提出了局部空间注意力模块,并与通道注意力模块结合构建残差融合注意力模块,提高网络对高频特征的定位能力;最后,设计了空洞金字塔模块,扩大网络感受野,使网络多尺度提取特征。在 4 个基准数据集上的测试结果表明:尤其是超分辨率倍数为 4 时,所提方法较目前若干主流模型中的最佳峰值信噪比分别提升了0. 16,0. 08,0. 03,0. 20 dB,所提方法在视觉效果和定量分析方面均有较好提升。

面向中文科学数据集的句子级语义匹配模型

2024年09月25 00:00

针对现有以词为粒度的语义匹配模型难以理解句子级科学数据集元数据的问题,提出了一个面向中文科学数据集的句子级语义匹配(CSDSM)模型。该模型使用 CSL 数据集对 SimCSE 和 CoSENT 进行训练生成 CoSENT预训练模型。基于 CoSENT 模型,引入多头自注意力机制进行特征提取,通过余弦相似度与 KNN 分类结果加权求和得到最终输出。以国家地球系统科学数据中心开放的语义元数据信息作为自建科学数据集进行实验,实验结果表明:与中文 BERT 模型相比,所提模型在公共数据集 AFQMC、LCQMC、Chinese-STS-B 和 PAWS-X 上的 Spearman 指标 ρ 分别提升了 0. 044 8,0. 029 0,0. 177 7 和 0. 050 9;在自建科学数据集上的 F1 和 Acc 分别提升了 0. 078 8 和0. 063 4,所提模型能够有效地解决科学数据集句子级语义匹配问题。

云边环境下按需分配物理资源的任务卸载策略

2024年09月25 00:00

针对有限边缘服务器资源最大限度满足众多移动任务有着截止时间要求的移动任务卸载问题,提出了一种云边协同卸载移动任务的模型。该模型首先分析了影响移动任务服务需求和虚拟机服务保障的因素并给出度量方法,以及移动任务与虚拟机的服务匹配度的度量方法。其次,设计了一种动态云边环境下按需分配物理资源的移动任务卸载策略,该策略基于改进匈牙利算法求一批任务的最大化服务匹配度的卸载方案,并通过有限次迭代消除资源竞争进一步优化卸载方案。最后,将所提算法与 P2PITS、ALBOA 和 ESSDSA 算法进行对比,结果表明:相对于 P2PITS 算法,所提算法虚拟机负载率降低了 30. 1%,平均等待时间降低了 13%;相对于 ALBOA 算法,所提算法平均完成时间降低了 38. 6%;相对于 ESSDSA 算法,所提算法执行成功率提高了 3. 5%。所提算法能够在满足用户截止时间要求下有效提高资源利用率,降低任务的平均完成时间。

一种近似图神经网络框架的无监督链路预测算法

2024年09月25 00:00

对于无标签网络,由于基于图神经网络的链路预测方法使用其高效建模机制进行链路预测任务时性能较差,因此,提出了一种近似图神经网络框架的无监督链路预测算法( ALIP) ,旨在模拟图神经网络算法的高效建模机制和学习过程,解决网络节点标签缺失导致的建模不充分问题。首先,参照 GCN 的输入层,融合网络的结构信息和节点属性;其次,使用矩阵分解替代 GCN 的隐藏层,模拟正向传播;再次,借鉴恒等映射和高阶近邻的思想实现向量转化和模型优化,从而得出网络节点表示向量,该过程模拟 GCN 的反向传播;最后,计算相似度矩阵,进行链路预测任务性能评测。在 Citeseer 数据集、DBLP 数据集和 Cora 数据集上的实验结果表明:所提 ALIP 算法 AUC值最高为 98. 01%,其性能优于其他 23 种链路预测算法,证明了该算法的有效性和可行性,同时也为无标签的复杂网络链路预测任务提供了一种新的解决方案。

带时间延迟和强制静默的 SICR 谣言传播模型

卢友军, 吴森, 魏嘉银, 邓丽, 罗莎莎 — 2024年09月25 00:00

考虑谣言传播过程中传播者传播谣言时可能存在时间延迟以及受到网络监管者的强制静默而无法传播谣言等因素,在 SIR 模型的基础上,结合辟谣机制和空格理论,将网络中的节点分为易感节点 S、感染节点 I、辟谣节点 C 和免疫节点 R,提出了一种新的 SICR 谣言传播模型。首先,通过平均场理论给出了均匀网络结构下谣言传播动力学方程,分析了平衡点的存在性,利用下一代矩阵法计算了模型的基本再生数,发现基本再生数与传播率、平均度、迁入率、迁出率、强制静默率和感染节点恢复率有关。其次,通过 Routh-Hurwitz 判据分析了平衡点处的局部渐近稳定性,并且通过 LaSalle 不变原理对无谣言平衡点的全局渐近稳定性进行分析。最后,利用数值仿真实验对理论结果的正确性进行验证,结果表明:考虑辟谣机制的 SICR 模型相较于 SIR 模型能够更好地抑制谣言的传播。基于 Dataset_R6 数据集,采用最小二乘法拟合了模型参数,模型的 R2 为 0. 950 8。

高层建筑施工安全关键风险因子及耦合效应分析

成连华, 杨曜妍, 李树刚, 魏凯, 曹东强 — 2024年09月25 00:00

为探究高层建筑施工安全的关键性风险因子及风险因素的耦合效应,将复杂网络模型和 N-K 模型相结合,根据事故案例调查报告的完整性选取了 2015—2022 年高层建筑施工事故案例 158 起,根据扎根理论对其中84 起事故案例原因进行信息编码,经统计分析识别出人、机、料、管、环 5 类风险因素和 23 个风险因子。根据 N-K模型计算风险因素各类耦合形式的风险耦合值,运用 Ucinet 软件得出复杂网络模型中各风险因子的度值分布。通过 Netdraw 绘制高层建筑施工风险耦合网络模型图,并对 23 个风险因子的节点进行潜在风险链分析,将潜在风险链耦合形式和 N-K 模型耦合度值相结合对标准化出度进行修正。用剩余 74 起事故案例对所得结果进行验证,验证结果与先前 84 起事故案例分析结果大致相符。结果表明:参与耦合的风险因素数量越多风险耦合值越大,其中,有设备因素参与的耦合形式耦合值最大。现场管理不到位、安全教育培训不到位、安全管理制度不完备、未正确穿戴防护用品和隐患排查治理不到位是需要重点防控的关键性风险因子。

不同间距串列双球壳屋盖风荷载干扰效应大涡模拟

2024年09月25 00:00

采用基于空间平均的大涡模拟方法,以串列双球壳屋盖为对象,研究了对不同中心间距下串列屋盖的风致干扰效应。首先,将球心距为 160 m 的双球壳屋盖大涡模拟结果与风洞试验进行对比,验证了数值模拟方法及参数的有效性;其次,对比分析球心间距分别为 160 m 和 190 m 时双球壳屋盖表面的风压分布特征,研究了不同中心间距对球壳屋盖表面平均和脉动风压分布的影响;最后,结合非定常绕流风场,研究了中心间距对串列双球壳屋盖风荷载的影响机理。结果表明:考虑的中心间距下,串列双球壳屋盖的平均和脉动风压系数的变化趋势类似;上游屋盖的遮挡效应减弱了下游屋盖迎风面的正压,但当间距比较小时,下游屋盖的阻塞作用会加剧上游屋盖的流动分离,使得顶部天窗的局部风吸力明显增加;随着间距的增大,上游屋盖背风面的分离涡由小尺度条带涡变化为大尺度弧形涡,使得屋盖顶部天窗、上游屋盖背风面和下游屋盖迎风面的风压脉动更为显著。

考虑地层空间各向异性的地质建模插值算法

2024年09月25 00:00

针对传统地质建模插值算法精度不足、区域特征表达程度不够,且没有顾及地质空间各向异性等问题,提出了一种顾及地质空间各向异性的三维地质插值方法。在传统 IDW 插值的基础上,通过构造虚拟钻孔、模拟构建原始地层点集和调整 IDW 插值椭圆搜索范围参数,最终获得最优搜索参数的自适应性转变;还提出了方向标志点概念,通过膨胀与塌缩实现了搜索区域的二次优化。利用《郑州市城市活动断层探测项目》地质钻孔数据,逐层分析了各算法的区域适应性,实现了三维地质模型的隐式曲面表达,并与常用插值算法进行交叉验证,结果表明:所提方法具有良好的区域自适应性,能够有效表达城市地下空间结构的各向异性特征,在保证插值精度的同时,有效表达了区域内地层的实际延展情况。

基于 LSTM 和粒子群算法的多机组风电功率预测

2024年09月25 00:00

目前,风电功率预测所使用的模型想要达到预测效果,需要对模型选择合适的超参数,但手动调参数时间成本大、可信度较低。基于此,提出了一种基于长短期记忆网络( LSTM) 的多机组风电功率预测方法。首先,采用斯皮尔曼相关系数法对数据进行量化分析;其次,运用主成分分析对输入特征进行降维,提取关键信息。除此之外,针对 LSTM 调参困难这一问题,采用粒子群算法对 LSTM 每层隐含层神经元的个数进行优化。对于多机组的风电功率预测问题,以单机组为切入点,找出单机组中表现最为优异的模型,将该预测模型应用至多机组预测。实验结果表明:与其他模型相比,所提方法均方根误差下降了 11. 8%,平均绝对误差下降了 5. 03%。

基于图神经网络的智能电网运行状态分析与评估

2024年09月25 00:00

智能电网的安全运行是保证持续、高效供电的首要前提,为此,提出了一种基于图神经网络( GNN) 的智能电网运行状态分析与评估模型。首先,利用长短记忆网络对量测数据中存在的缺失数据进行填补,以确保模型用于稳定性评估和故障定位时具有良好的性能。其次,基于 GNN 分别设计了用于电网运行稳定状态评估的二分类器和用于故障元件定位的多分类器。所提模型能够充分挖掘电网运行数据的时空特性,与其他方法相比,所提模型在不同量测条件下均表现出更为优异的性能。实验结果表明:当量测数据时长为 0. 1 s 时,所提模型稳定性评估和故障定位准确率分别为 0. 985 5 和 0. 981 4,高于其他模型;当仅可量测到一半元件数据时,所提模型稳定性评估、母线故障定位及发电机故障定位的准确率分别为 0. 998 0,0. 960 9 以及 0. 981 2,高于其他模型。

基于数字孪生的压气机水洗运维决策

2024年09月25 00:00

为了提高燃气轮机的发电效率,针对压气机水洗运维经济成本过高的问题,对压气机进行基于数字孪生的运维决策研究,提出一种基于数字孪生的电厂燃气轮机健康管理框架,基于该框架对压气机运行数据进行处理,使用极端梯度提升树算法搭建水洗周期预测模型,选取数据集内部分参数作为模型输入量,气耗量为输出量,分析其变化规律及其与输入量之间的关系,对水洗周期及水洗恢复率进行计算和比较,得出合适的水洗周期,对压气机进行运维决策。模型预测结果表明:8 次水洗气耗量预测的平均 R2_score 达到 0. 98,预测结果准确;8 次水洗中,第2、第 3 次水洗周期合适,第 3 次水洗恢复率最优,得出压气机水洗周期的指导小时数为 1 824 h;与电厂实际执行的平均水洗周期相比,每次水洗成本可以降低 2190 万元。

商业生物质成型燃料燃烧颗粒物排放特性分析

2024年09月25 00:00

为探究商业成型燃料燃烧颗粒物排放特性,采用立式固定床反应器进行砂光粉、棉秆、竹屑的燃烧试验,分析燃烧颗粒物粒径分布规律和主要元素组成,并探讨各元素含量对颗粒物排放的影响。结果表明:PM10 的排放量从高到低依次为棉秆、砂光粉和竹屑,排放量分别为 27. 76,20. 83 和 9. 65 mg / m3。 3 种成型燃料产生的颗粒物均以亚微米颗粒物 PM1 为主,PM1 在 PM10 中占比均超过 90%。其中,PM1 主要以碱金属氯化物和硫化物为主,PM1-10主要以 Ca、Mg 硅酸盐为主。相关性分析表明生物质灰含量与 PM1 排放量正相关,而 Mg+Ca 的质量分数、(Mg+Ca)与 Si 物质的量之比与 PM1-10 排放量正相关。