现代统计信息分析在安全工程方面的应用——卡尔曼滤波器基本知识

卡尔曼滤波器是现代控制理论中的一种最优理论,其目的是从大量偶然干扰中筛取主导因素,以对事物变化规律作出正确的估计。介绍了卡尔曼滤波器的基本思路及原理,以及在安全工程中使用卡尔曼滤波器时应注意的问题。     

基于KF的列控系统数据篡改攻击检测方法

为提高城市轨道交通列车运行控制系统信息安全保护级别、针对列控系统面临的潜在数据篡改攻击进行有效检测。首先基于列控系统的运行原理以及信息交互特性,对列车追踪运行过程、攻击者篡改列车上下行信息过程进行数学建模;其次提出基于卡尔曼滤波器(KF)的列车状态估计方法和基于卡方检测器相结合的入侵检测方法,通过对卡方检测器进行改进,使之能够检测数据篡改攻击并在攻击期间持续输出报警;最后通过半实物仿真平台进行仿真,并给出验证结果。结果表明:入侵检测方法可以对攻击者的数据篡改攻击给出实时报警,且具有95%以上的准确率和6%以下的误报率。     

HPF(高通数字滤波器)的电网谐波检测技术的研究与应用

为有效地消除电力谐波污染、确保电网运行安全,必须采用有源电力滤波技术;为改善有源电力滤波器的性能,必须采取先进的谐波检测方法、高效的逆变技术。笔者在研究有源电力滤波技术的基础上,对有源电力滤波的关键技术即谐波检测与分离技术,进行了探讨和深入研究,给出了一种HPF(高通数字滤波器)的谐波检测与分离方法,进行了理论验算,利用MATLAB仿真结果对该检测技术进行实验研究。仿真和实验结果表明:该法比常用的LPF(低通数字滤波器LowPassDigitalFilter)的谐波检测分离方法具有更好的检测实时性;在电网电压有畸变时也能达到很高的检测精度;该检测技术应用于混合有源电力滤波器后能大大改善滤波性能。     

安全系统宏观动态预测的一种新方法

本文从安全系统工程原理和现代控制理论出发,经过系统辨识,建立了安全系统状态方程和观测方程。在此基础上,进一步建立了安全系统的评价模型,运用现代控制理论的估计理论-卡尔晏滤波器,提出了一种递推式安全系统状态预测的动态模型。     

消除电力谐波污染 确保电网运行安全

笔者从维护绿色电力环境、确保电网运行安全的角度出发 ,简述了抑制和消除电网谐波污染意义 ,着重介绍了一种新颖的用于消除电网谐波污染的装置 (有源电力滤波器 )的滤波原理和研究。这种滤波器与传统的LC无源滤波器的区别在于它采用了积极主动的滤波方式 ,将检测到的电网谐波电流经DSP(高速数字处理器 )运算处理后生成谐波补偿电流指令信号 (六路PWM驱动信号 ) ,然后 ,用此信号去驱动由 6只MOSFET管组成的三相逆变电路 ,逆变电路产生谐波补偿电流去抵消电网谐波电流 (谐波补偿电流与谐波电流大小相等、方向相反 )。理论研究和实验结果表明 :在电力系统中使用该装置可动态抑制和消除谐波电流 ,为维护电网运行安全和绿色电力环境提供了必要的技术保障。     

EMI有源滤波器与阻抗失配问题的分析

EMI滤波器的阻抗失配往往使得滤波器不仅起不到应有的作用，反而加剧了干扰分量的强度，为了弄清有源滤波器的结构类型与阻抗匹配之间的关系，本文从滤波器的主要性能参数插入损耗的基本定义入手。推导了不同结构有源滤波器的插入损耗与阻抗、滤波器增益关系的表达式。由此得出滤波器结构类型与阻抗失配情况的合理搭配．经过实验验证该结论对选用和设计EMI有源滤波器有直接的指导意义。     

1种抑制巷道信号NLOS的矿井RSSI高精度定位算法*

在RSSI（Received Signal Strength Indication）测距定位技术中,为抑制巷道信号NLOS（Non Line of Sight）传输对定位结果的影响,提出信号指纹定位和几何优化算法。在离线阶段利用高斯滤波最大值加权法和最小二乘法建立符合矿井巷道环境的无线信号测距模型,设计改进卡尔曼滤波器平滑处理离线信号值,抑制巷道信号NLOS传输带来的影响,建立离线信号指纹库;在线定位阶段,利用加权K最近邻法（WKNN）将定位目标接收到的信号值与指纹库中的信号值进行匹配,将匹配到的最优信号值参与测距定位计算,最后通过几何优化算法将定位结果归一化处理,使其符合一维定位分布。结果表明:所提算法的平均定位误差为0.9 m,相比于高斯滤波最大值加权法、经典卡尔曼滤波指纹定位算法和改进卡尔曼滤波指纹定位方法,其平均误差分别减小2.36,1.17,0.35 m。所提算法能够有效抑制巷道信号NLOS传输对RSSI测距定位的影响,可实现RSSI方法在矿井NLOS环境中的有效应用。     

采用TSF技术改善电力变压器运行的安全性

分析了无功功率和高次谐波对电力变压器的危害,介绍了晶闸管投切滤波器(TSF)装置的特点、结构原理．提出了TSF装置在工厂实际应用中的主电路结构,操作及控制方案。实践证明,TSF晶闸管投切滤波器装置起到了高效节能、优化电能质量的作用,保证了电网的安全运行。     

1999年全年总目录

·新技术论坛·现代统计信息分析技术在安全工程方面的应用——常用统计量的矩阵表示…·’…··”…·’·””·’……·’…·’·”’·’··’·’…’……”……··,……………·张翼鹏秦吉（1·1）现代统计信息分析技术在安全工程方面的应用——多元回归分析—…·张翼鹏秦吉（2·l）现代统计信息分析技术在安全工程方面的应用——因子分析…………张翼鹏秦吉（3·1）现代统计信息分析技术在安全工程方面的应用——卡尔曼滤波器基本知识…”··’·’·”…”·’·’·”’·”’…’··”…·””··’……··’…·,…………     

防烟面具

日本研制成的一种新型防火灾型防烟面具，其滤烟效果为999%，使用的时间为11分钟。此种防烟面具内装有小型吸收容器，内部结构有滤烟用滤波器，粉尘除去用滤波器和微粉尘除去用滤波器三层。它能同时除去一氧化碳以外的新建材料的有机气体和刺激臭。这种面具重量很轻，用两根松紧带套在头上，它只套住嘴和鼻子，人们带着面具还能讲话，男女老少都可使用。在高层建筑和地下商场等地方发生火灾时，它对于人们脱离险区具有很好的效果。防烟面具@海信     

基于微型惯性传感器的井下人员跟踪定位系统*

为了解决当前煤矿井下使用的WIFI人员定位系统在煤矿井下复杂环境中受到干扰,造成使用精度误差等问题,研究并提出使用微型惯性传感器制作足部轨迹测量传感器,通过惯性轨迹测量算法计算并跟踪井下人员的移动轨迹。使用基于固定阈值的零速检测技术和基于Kalman滤波的零速校正技术估计并校正由于系统长期工作造成的偏移误差。通过实验证明采用微型惯性传感器能够在不依赖于外部传感器的情况下对人员轨迹实现测量跟踪,Kalman滤波的应用能够减少惯性轨迹测量系统造成的长期漂移误差,可避免井下复杂工作环境对定位造成的干扰。     

考虑随机误差的软土基坑沉降趋势分析及预测*

为准确分析基坑沉降变性规律，基于现场监测数据，通过卡尔曼滤波对趋势项及误差项进行分解，采用M-K检验对发展趋势进行评价，利用优化广义回归神经网络和差分整合移动平均自回归模型，构建基坑沉降分项预测模型，并将预测结果与发展趋势评价结果对比分析，以实现基坑沉降变形规律综合研究。结果表明:卡尔曼滤波能有效分解基坑沉降数据趋势项与误差项，相较于传统小波分解效果更佳；基坑沉降呈持续增加趋势，但趋势性逐渐减弱；预测结果相对误差均值均不大于2%，预测模型精度较高；沉降变形会进一步增加，但增加速率明显降低，与发展趋势分析结果一致，两者相互佐证分析结果准确性。研究结果为基坑沉降变形规律分析提供新思路。     

关联交叉口交通流模糊变权重组合预测方法

针对单一交通流预测方法存在的局限性和传统交通流组合预测模型中权重不能动态变化的问题,提出一种关联交叉口交通流模糊变权重组合预测方法。先对交叉口交通流的关联性进行分析,并给出关联交叉口的定义;再建立关联交叉口交通流模糊自适应变权重组合预测模型,该模型分别利用Kalman滤波器模型与SVM模型来预测关联交叉口交通流量,然后根据这2个模型预测的误差和交通量的变化趋势,采用模糊逻辑推理方法,对这2个预测模型分别赋予适当的权重。试验结果表明,组合预测模型的最大绝对误差、平均绝对误差和相关系数均明显好于单一的预测方法,分别为9.8%、4.63%和0.99。     

提高GPS定位精度的群调度滤波算法*

为解决现行安全生产科技领域中全球定位系统（GPS）/惯性导航系统（INS）融合系统容易产生较大时变误差的关键问题,满足GPS定位信号的精度和信号数据处理时间的要求,提出1种群调度滤波算法,通过实验仿真,分别与模糊算法、机器学习算法及卡尔曼滤波网络算法进行比较研究。结果表明:群调度滤波算法兼顾了定位精度与数据处理时间,具有较大优势,可在航空安全、船舶安全、应急监测、灾后抢险等安全科技领域广泛应用。     

袋式除尘器反吹风清灰效果实验研究

通过实验对袋式除尘器反吹风清灰效果进行了研究.实验表明,清洁滤袋阻力与粉尘层阻力相比可忽略不计,滤袋阻力与过滤风速成正比;反吹风清灰时,滤袋上粉尘负荷越大,清灰效果越好;粉尘剥离率随反吹风风速的增加而提高,当反吹风风速增加到3.5m/min时,剥离率增加趋于平缓.实验结果为袋式除尘器清灰时反吹风风速的选择提供了参考数据.     

Decentralized scheme for leaks’ location in a branched pipeline

This article presents a novel scheme for the detection and isolation of single leaks in a pipeline with a branch junction by measuring only the flow rate and pressure at the ends of the line. For the solution of this realistic issue, which commonly occurs in pipeline networks, the position of the branch junction and its flow rate are supposed to be known. The idea consists of deriving a model considering the branch junction as a known point in the pipeline such that the leak position is characterized by two possible orientations with respect to the branch (upstream and downstream of it). Thus, this model allows proposing a diagnosis scheme which includes a static selector and two identifiers designed by using a continuous extended Kalman filter with only one deviation parameter to be estimated. This framework reduces the identification task to one parameter which is associated with the deviation from a prescribed positive base position located between one of the pipeline ends and the branch. Simulation and experimental results with data of a hydraulic pilot pipeline of 200 [m] show the promise of the novel scheme.     

旋风湿式纤维栅除尘器

根据旋风除尘理论及湿式纤维栅除尘理沦,提出了一种旋风-湿式纤维栅除尘器,并对影响其性能(效率、阻力)的有关参数(旋流入口风速、喷水量等)进行了大量实验。实验结果表明,该旋风-湿式纤维栅除尘器不仅性能优良,并对资源回收利用及污物的后处理提供很多便利。     

袋式除尘用过滤材料的性能测试与对比

针对袋式除尘用过滤材料选用时的低阻、高效要求,对PPS、P84、FMS9806、PPS覆膜、FMS9806覆膜、HBT等6种常用的过滤材料的过滤效率、过滤阻力等性能指标进行测试与对比.测试结果表明:HBT的过滤效率较高,仅次于FMS9806覆膜,且过滤阻力较低;FMS9806覆膜滤料的过滤效率明显高于其他过滤材料,但阻力也是最高的;其余过滤材料的过滤效率均低于这2种材料,同时阻力相对较高.     

覆膜滤料过滤性能分析

覆膜滤料以其高效低阻、透气性好等特点备受关注。选取4种典型的覆膜滤料,通过静态和动态过滤实验分析其阻力和效率特性,进而对覆膜滤料的过滤性能进行综合分析。结果表明:在清洁阶段,4种覆膜滤料的喷吹周期和残余阻力差异较大,粉尘剥离率平均值为83.2174%,最大偏差为2.32%;在稳定阶段,4种覆膜滤料的清灰周期、残余阻力差异减小且趋于稳定,残余阻力增长率接近且偏差均在5%以内,剥离率平均值为95.4485%,最大偏差仅0.55%。可以看出,稳定阶段覆膜滤料的种类对于阻力增长率和粉尘剥离率影响不大。通过细颗粒物过滤实验可知,评价覆膜滤料对PM2.5的过滤效果需要综合考察滤料清洁阶段和稳定阶段,可为覆膜滤料应用和评价提供指导。