马尔科夫链在环境质量预测中的应用

鉴于目前环境质量预测在理论方法和实践经验上的缺乏,把马尔科夫链引入环境质量的预测中,将各种污染物的浓度变化过程视作马尔科夫过程,通过预测各种污染物的污染负荷系数来推知其浓度值。实例中通过多元回归分析计算出马尔科夫转移矩阵,以2005年辽宁省5种大气污染物的污染负荷系数作为初始向量,预测了今后5年的变化。然后利用GM(1,1)模型预测出降尘的具体浓度值,由此计算出了2006-2010年辽宁省5种污染物的浓度值。     

马尔科夫链在环境质量预测中的应用

鉴于目前环境质量预测在理论方法和实践上的缺乏,把马尔科夫链引入环境质量的预测中,将各种污染物的浓度变化过程视作马尔科夫过程,通过预测各种污染物的污染负荷系数来推知其浓度值.实例中通过多元回归分析计算出马尔科夫转移矩阵,以2005年辽宁省5种大气污染物的污染负荷系数作为初始向量,预测了今后5年的变化.然后利用GM(1,1)模型预测出降尘的具体浓度值,由此计算出了2006～2010年辽宁省5种污染物的浓度值.     

基于两种耦合方法的模拟-优化模型在地下水污染源识别中的对比

采用一种基于模拟-优化模型的方法对地下水污染源进行识别研究.模拟-优化模型分别采用响应矩阵法和状态转移方程法进行耦合,并利用遗传算法求解,经过多次迭代,使得模拟结果与观测数据的误差达到最小.最后,通过一个假想例子评估模拟-优化模型的性能,同时比较应用不同耦合方法的计算结果.研究表明:应用响应矩阵法耦合模拟-优化模型所得结果的绝对误差范围为0.1~1.6g/L,应用状态转移方程法时,绝对误差范围为0~5.2g/L,因此,采用遗传算法求解模拟-优化模型能够有效且准确地得到地下水污染源的释放量,可以应用于地下水污染源识别问题,并且采用响应矩阵法耦合模拟-优化模型优于状态转移方程法.     

基于人工免疫算法的离散隐马尔科夫故障诊断模型优化

目的解决离散隐马尔科夫模型在行星齿轮箱故障诊断中的自适应性和泛化性问题。方法建立人工免疫优化模型,将包含易被误判样本的多样本集作为抗原,以其正确识别率为适应度函数,不断对初始观测矩阵进行增殖、变异和选择,获得识别率最高时的初始观测矩阵,利用人工免疫算法对隐马尔科夫故障诊断模型的初始观测矩阵进行优化。结果将该方法应用于行星齿轮箱的故障诊断中,通过不同工况下的对比试验、单样本和多样本优化对比试验,验证了优化后的隐马尔科夫故障诊断模型的诊断效果。结论优化后的隐马尔科夫故障诊断模型具有更好的适应性,诊断精度显著提高。     

罗斯比中心区域气候模型Ⅱ:北极圈气候的应用

作为ARCMIP国际计划的一部分,罗斯比中心区域气候模型(RCA2)针对整个北冰洋地区的气候作了数值模拟整合,并与来自sHEBA数据集的观测资料作了比较,RCA2标准模型对北极冬季的云量和长波辐射的模拟较实况偏多.通过引入新的云量参数化方案(该参数化方案显著地改进了云量的年循环)减少了这部分误差,确定了介于晴空向下大气长波辐射与云层底部的长波辐射的补偿率,利用可以更准确描述冰晶与太阳辐射相互作用的辐射方案修正了模型,从而使得模型对云-太阳辐射间的相互作用的描述更接近实际.在模拟晴空辐射部分,由于太阳辐射大气透射率过大,经常在边界层云的顶部产生正偏差.引入真实海冰和积雪两种表面反照率的时间变化,对准确模拟地面能量净收支是至关重要的.同样,为了准确模拟北极圈地区近地面的热力学过程,将雪面温度作为预报量引入模型中也似乎是必不可少的.     

基于离散参数马尔科夫链的PM_(2.5)预测

PM2.5与人们的生活与健康休戚相关,对PM2.5的预测是一项利国利民的工作。根据大气污染物浓度限值将南京市PM2.5日平均浓度数据分为6个等级,并基于离散参数马尔科夫链建立PM2.5的预测模型;然后利用一步状态转移概率矩阵,通过C-K方程对模型有效性进行检验;最后根据离散参数马尔科夫链的遍历性得到稳态分布和重现期,并对未来南京市PM2.5污染状态进行预测。结果表明:该离散参数马尔科夫链模型用于PM2.5等级预测是简单且有效的;通过此模型预测得到未来南京市PM2.5污染将有所减轻,与过去一段时间相比PM2.5等级处于优、良和轻度污染的概率略微上升,重度污染和严重污染的概率几乎保持不变。     

铝合金-丁腈橡胶航空带垫卡箍典型环境损伤研究

目的研究典型环境对丁腈橡胶-铝合金带垫卡箍的损伤效应。方法通过模拟铝合金-丁腈橡胶航空带垫卡箍使用时的装配结构和应力状态,应用GJB 150A—2009中的湿热和太阳辐射两种典型老化环境,采用宏观形貌观察、卡箍保持力测试和橡胶衬垫拉伸性能测试方法,结合扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱技术,分析带垫卡箍的性能劣化过程。结果带垫卡箍在湿热和太阳辐射环境中老化50 d后,卡箍橡胶衬垫表面出现大量微孔缺陷,拉伸性能大幅降低,导致卡箍保持力分别下降了35%和51%。结论带垫卡箍在模拟装配状态下进行湿热和太阳辐射环境暴露实验,卡箍橡胶衬垫内部结构由致密逐渐变得疏松,部分碳碳双键发生氧化交联反应,并在一定程度上提高了聚合物的交联密度,材料硬度提高,回弹性能减弱,橡胶衬垫对芯轴的包裹能力降低,导致卡箍保持力性能降低。     

基于灰色马尔科夫模型的2A12铝合金腐蚀预测方法研究

目的研究飞机结构件的腐蚀随时间的变化规律,为其寿命预测及可靠性分析提供参考。方法以2A12铝合金试件为对象,利用加速腐蚀试验设备,对其进行7个周期的加速腐蚀,以获得蚀坑深度的原始数据。在此基础上,将灰色GM(1,1)模型与马尔科夫链模型相结合,建立起能够预测蚀坑深度的灰色马尔科夫模型。结果将预测值与试验值进行对比,结果表明,灰色马尔科夫模型预测精度在0~4.5%之间,预测结果比较准确。结论该灰色马尔可夫模型能够较好地反映该型铝合金在腐蚀过程中蚀坑深度的变化趋势,建立起了一种新的腐蚀预测方法。     

地下水可溶性污染物迁移的最优估算

对流扩散方程的有限元和有限差方法已经广泛地用来模拟地下水污染物的迁移。由于迁移过程固有的不确定性,模拟方法的不准确性等都会给模型计算带来偏差;另外野外测量的误差也是不可避免的。通过数值模型、量测方程和卡尔曼滤波的结合,作为状态变量的污染物浓度可以优化给出。本文以二维地下水污染物的对流扩散方程为例,应用有限元方法导出卡尔曼滤波的转移矩阵,结果表明,使用滤波技术来估算地下水可溶性污染物浓度的分布比单独使用有限元方法有较大的优越性。     

DIN 75220标准阳光模拟试验与海南户外暴露试验对比研究

为了对比DIN 75220标准阳光模拟试验与我国海南户外暴露试验,以某型汽车整车和PC、PS标准板为研究对象,对自然曝晒试验和基于DIN 75220标准的整车阳光模拟试验中汽车典型部位微环境、汽车典型部件失效行为以及温度校正太阳辐射量的结果进行了对比研究。分析了2种试验方法中各统计量间的相关关系,进一步结合2种方法下的油漆件色差、内外饰件间缝隙变化结果以及关键部件典型失效问题,提出了适合用于模拟我国海南典型湿热自然环境的定制化阳光模拟试验循环。研究结果表明,基于DIN 75220标准的1个周期整车阳光模拟试验可以反映约80%的湿热自然环境整车曝晒试验3~6个月出现的失效问题。DIN 75220标准中,潮湿气候循环试验可以较好地模拟我国海南湿热自然环境,35个潮湿气候循环可以模拟海南整车自然曝晒1 a。     

闽江河口湿地自然保护区及其周边景观动态变化及预测研究

在遥感和地理信息系统的支持下,通过解译2003年和2013年两个时期的遥感影像,获取闽江河口湿地自然保护区及周边区域的土地景观类型转化数据,确定相应的转移概率矩阵,应用马尔科夫模型模拟研究区域土地景观演变情况.并选取合适的景观格局指数,对闽江河口湿地自然保护区及周边区域的景观格局变化和驱动力进行研究和分析.结果表明:2003~2023年间,随着人类活动强度的增加,闽江河口湿地自然保护区内自然斑块减少,人工斑块增多,景观趋于破碎化、复杂化.海岸线侵蚀、城市扩张、政策导向等是闽江河口湿地及周边区域景观格局变化的主要驱动因素.     

海上风电场升压站电气设备可靠性建模

海上升压站是风电场电能传输的关键环节。针对海上升压站电气设备的可靠性研究,提出了一种新颖的基于马尔可夫过程的建模方法。首先对升压站电气设备的运行状态进行划分,确定其二状态马尔可夫模型,其次分析基本元件的连接形式,建立其状态转移概率矩阵和转移概率密度矩阵。在此基础上根据马尔可夫方程建立海上风电场升压站内主要设备变压器、母线,电缆等的可靠性模型,并分析了升压站系统的可靠性指标,最后根据某海上风电场的具体数据,结合所建立的升压站电气设备的可靠性模型,对此风电场的升压站系统的可靠性指标进行计算分析。     

Quantificational analysis on progress of river water quality in China

In order to understand the dynamic change of water quality in a specific period of time,a type of possibility transition matrix based on the theory of Markov process was established.The transition possibility with a weight to calculate the degree of absolute advancement was given based on the result of water quality evaluation,the concept of relative advancement was presented.It was used to evaluate the extent of water quality changed in a period of time.The method was used to calculate the degrees of relative advancement for 4 rivers in China,and the results were analyzed.     

基于BP神经网络与马尔可夫链的污水处理厂脱氮效果模拟预测

在实际污水处理厂运行过程中,其最终出水水质会受多种因素影响制约,而基于生物反应机理的活性污泥数学模型(ASM)并未将这些生物反应以外的因素考虑在内,由此带来一些不足.对此,本文提出可通过基于数据挖掘技术的黑箱模型对污水厂处理效果进行模拟预测.结合具体实际分析,提出可将BP神经网络与马尔可夫链组合应用于污水处理脱氮效果预测中.首先,通过BP神经网络模型对北京某大型污水处理厂实际进出水数据和工艺参数进行粗略拟合;其次,利用马尔可夫链对拟合结果及误差进行状态划分以进一步提高预测精确度;最后,运用基于BP神经网络与马尔可夫链的组合模型预测分析了该厂的实际出水水质.试验结果表明,BP神经网络适用于污水处理脱氮过程的拟合计算,而通过与马尔可夫链组合,可以提高模拟预测的精度和可靠性.     

污泥干化芦苇床渗滤液中CODCr和TP浓度预测模型

为便于水质管理,在大连开发区污水处理厂设立了1个传统污泥干化床和2个污泥干化芦苇床,根据系统出水ρ(COD_Cr)和ρ(TP)检测数据的平稳系列特点,采用ARIMA时间序列分析模型对出水ρ(COD_Cr)和ρ(TP)进行模拟和预测. 结果表明:ARIMA(1,0,0)模型可较好地模拟和预测出水ρ(COD_Cr)的变化,R2达0.577以上,预测相对误差在-10%~19%之间,实测值和预测值之比处于0.8~1.2之间;ARIMA(6,0,0)模型能较好地模拟和预测污泥处理湿地渗滤液出水ρ(TP)的变化,R2在0.487以上,预测相对误差在-4%~16%之间,实测值和预测值之比处于0.8~1.2之间. 研究显示,所构建的ARIMA模型可用于污泥处理湿地系统运行过程中渗滤液出水ρ(COD_Cr)和ρ(TP)的预测.      

基于CA-Markov模型的向海湿地土地覆被变化动态模拟研究

论文借助地理信息技术,采用CA-Markov模型,以1988、1996、2003年3个相同时相的TM遥感影像作为数据基础,并结合地形图和相应的交通、气候等数据对向海自然保护区未来的土地覆被类型进行动态模拟和预测。在模型建立过程中,通过马尔可夫模型求出转移概率矩阵,确定CA模型转换规则。利用CA-Markov模型对向海自然保护区未来的土地覆被类型转化方向进行了动态模拟,将模拟结果与已有的土地覆被类型对比,得出模拟精度达到74.46%。据此对向海自然保护区2010、2018年土地覆被类型做出预测。预测结果表明：向海自然保护区土地覆被类型整体趋势不容乐观,湿地面积在大量减少,林地和草地呈减少趋势,耕地、居民地、未利用地呈增加趋势,其中未利用地面积增加最多。该方法可以对向海自然保护区的湿地保护和动态监测以及可持续发展提供依据。     

运动环境下FEM-SPH耦合方法钢弹-钢板冲击响应研究

目的研究钢弹冲击钢板的动力学响应。方法采用ABAQUS/Explicit显式有限元分析软件,基于SPH-FEM耦合方法和常规FEM方法对钢弹冲击钢板进行数值模拟,对比两种方法得到的结果。结果用这两种方法模拟得到的钢板Mises应力分布、钢弹速度随时间变化规律及剩余速度基本一致。结论 SPH-FEM耦合方法用于模拟钢板冲击失效过程是可行的。     

颗粒物分界层Mie散射激光雷达识别的sigmoid算法

基于成都市2013年6月~2015年5月期间由Mie散射激光雷达探测的大气消光系数廓线资料,发现混合层以上在颗粒物消光和分子消光之间一致存在一个S型的过渡区,利用sigmoid函数对此分布形态进行模拟,通过计算该函数上下曲率最大点所在的高度,据此提出了颗粒物分界层Mie散射激光雷达识别的sigmoid算法.针对该算法模拟效果的分析表明,颗粒物分界层过渡区附近大气消光系数理论廓线和实测廓线保持了高度的相关性,二者在春夏秋冬四季的相关系数（R）分别为0.9971±0.0052、0.9935±0.0167、0.9979±0.0038和0.9990±0.0021（均通过α=0.05的显著性检验）.基于sigmoid算法计算的颗粒物分界层过渡区与成都市温江站探空资料得到的逆温层之间存在很好的对应关系.     

基于MCMC法的水质模型参数不确定性研究

参数识别是数学模型应用的前提.鉴于常用贝叶斯离散化方法在搜索复杂模型参数后验分布时的计算限制的原因,本文引入了MCMC采样法.为考察MCMC法对参数后验分布的搜索性能和效率,进行了2个案例研究.结果表明,MCMC法对参数后验分布的搜索,无论是搜索性能还是搜索效率,均表现出了独特的优越性.同时,Gelman收敛判别准则计算表明,MCMC采样序列均能稳定收敛到参数的后验分布上.可见,MCMC法适用于复杂环境模型的参数识别和不确定分析研究.