基于AGA-BP神经网络的采空区危险性评价

针对采空区危险性评价的影响因素众多且关系复杂的特点,提出了基于AGA-BP神经网络算法评价采空区危险性。将岩体结构、地质构造、岩石抗压强度等13个影响因子作为神经网络输入,采空区危险性等级作为输出,建立一个采空区危险性评价的BP神经网络模型;采用自适应遗传算法(AGA)对BP网络的初始权值和阈值进行全局寻优,将寻优结果回代入网络中进行训练并预测得出采空区危险性等级;利用其它智能算法与该预测结果做出比较,以验证AGA-BP算法的有效性及优越性。结果表明:该算法的优化效果明显,同时在训练时间与预测精度上较其它智能算法有突出的优势,是一种在采空区危险性评价方面值得推广的新方法。     

基于GA-ELM浆体管道输送临界流速预测模型研究

针对浆体管道输送临界流速预测难度大、精确度低等技术难题,提出了基于极限学习机(ELM)的临界流速预测模型,用训练集对模型进行训练,以验证集预测值的均方误差作为适应度函数,利用遗传算法(GA)对ELM模型参数进行优化,应用优化得到的ELM模型对预测集进行预测。以某矿山为例,模型参数优化结果如下:隐含层节点数L为400,输入权值ai、偏置向量bi最优组合下预测结果适应度为0.0201。采用优化的ELM模型对预测集进行预测,预测结果的最大相对误差x=3.96%,平均相对误差y=1.58%,对比BP神经网络(x=12.95%)和SVM模型(x=3.19%),表明ELM模型更加精确、高效。     

基于高光谱的土壤全氮含量估测

基于高光谱(350~2 500 nm)数据,研究了我国中、东部地区5种主要类型土壤全氮含量与高光谱反射率之间的定量关系,构建了基于偏最小二乘法(PLS)、BP神经网络(BPNN)和特征光谱指数的土壤全氮含量估算模型。结果表明,以500~900 nm、1 350~1 490 nm区域波段反射率经Norris滤波平滑后的一阶导数光谱为基础,构建的基于PLS和BPNN的土壤全氮含量估算模型精度较高,建模决定系数分别为0.81和0.98;独立观测资料检验结果显示,模型预测决定系数分别为0.81和0.93,均方根误差RMSE为0.219 g·kg^-1和0.149 g·kg^-1,相对分析误差RPD为2.28和3.36,说明PLS和BPNN模型对土壤全氮含量具有较高的预测精度。在光谱指数的分析中,基于近红外872 nm和1 482 nm 两个波段的差值光谱指数DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂)对土壤全氮含量最敏感,建模决定系数、预测决定系数、RMSE和RPD分别为0.66、0.53、0.31 g·kg^-1和1.60。比较而言,三种方法估算土壤氮含量的精度顺序为BPNN模型＞PLS＞DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂),基于PLS和BPNN两种方法建立的土壤全氮含量高光谱估测模型具有较高的精度,可以用来精确估算土壤全氮含量;基于两波段构建的DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂)预测效果低于前两者,但也可以用来粗略估测土壤中的全氮含量。     

基于改进深度学习网络对裂缝检测研究

提出了一种运用于混凝土裂缝检测的模型yolov5-slC,该方法建立在yolov5模型的基础上,改进yolov5s网络结构,将普通卷积替换为轻量卷积GSConv,在此基础上继续引用slimneck结构,降低网络复杂度的同时并未丧失精度,缩短检测时间,减少计算量;引入轻量化上采样算子CARAFE,减少了计算开销。与原yolov5s相比,该方法的mAP₅₀提高了3.5百分点,mAP₉₅提高了9.4百分点。在试验数据集和补充数据集进行可视化对比,yolov5-slC均表现良好,能高效精确地为混凝土裂缝检测提供新方法。     

基于BP-GM的工业污染生态安全预警系统研究

为了改善工业污染引发的生态安全的恶劣状况,保障经济发展与生态环境的可持续发展,根据生态安全预警的特点,结合BP神经网络和GM模型,建立了工业污染生态安全预警系统,并对内蒙古进行了实证分析,得到内蒙古2011年工业污染生态安全警度为中警,需要采取措施进行排警.     

基于KPCA-GA-BP的煤矿瓦斯爆炸风险模式识别

为了能够准确识别煤矿开采中瓦斯爆炸事故的风险类别,以提升对瓦斯爆炸事故的应急防范能力,提出了一种高效准确的风险识别模型.考虑到瓦斯爆炸涉及特征指标之间并非单纯的线性关系,采取核主成分提取方法(KPCA)对涉及的煤层瓦斯含量、瓦斯涌出量、风量供需比等19种特征指标进行属性约简,从而消除信息重叠,并使用遗传算法(GA)对BP神经网络的权值和阈值进行全局寻优,避免了过拟合状况的出现,在降低模型预测损失值的同时提高模型运算准确率.采用KPCA-GA-BP模型对83组实例数据进行分析,选取其中62组数据进行训练,其余21组数据进行测试.预测结果中20组风险等级分类正确且用时较短,识别准确率为95.24％,表明模型对瓦斯爆炸灾害风险等级具有高识别精度和高效率.     

基于多层感知器神经网络和统计小波特征的管道泄漏诊断

油气输送管道泄漏造成的主要问题包括环境危害和经济损失.为了降低管道泄漏造成的危害,提出了一种新的方法用于检测管道泄漏情况.该方法主要通过故障检测与隔离系统建立入口压力与出口流量之间的定量关系,首先,采用OLGA软件模拟获得管道入口压力和出口流量数据,为了提高模型精度,利用小波变换的多尺度分解和重构技术将获取的数据信号分为3级,并将其作为故障检测与隔离系统的训练数据.然后采用统计技术、小波变换及2种方法的融合等方式提取信号的均值、偏差、峰度等特征,将特征提取结果分别作为多层感知器神经网络分类器的输入来确定泄漏状态.最后,利用混淆矩阵对泄漏识别的精度进行验证.对一段长约5 km的天然气管道进行了泄漏检测,将泄漏类型分为10类,结果表明,提出的方法对泄漏位置和泄漏尺寸的自动检测识别率约为92％.该方法不仅可以检测泄漏故障的发生,还可以确定泄漏故障的位置和严重程度.     

基于改进的YOLOv4安全帽佩戴检测研究

为了加强建筑工人佩戴安全帽情况的检测,防止安全事故的发生,提出1种改进的轻量级YOLOv4安全帽佩戴检测算法,用于运行在移动设备端,降低现场部署的条件;制作1个8 000幅图像的数据集,用于训练和评估安全帽检测算法;为了评估改进的YOLOv4的性能,从5个不同建筑工地采集到600张施工人员图像和60条施工视频作为验证集;根据建筑工地不同的视觉条件对图像进行分类,用于验证本文算法在不同外界环境下的性能。结果表明:改进后的模型检测速度是YOLOv4的3.4倍,可用于实时检测施工人员在不同施工现场条件下是否佩戴安全帽的情况,有利于提高安全检查和监督水平。     

区域生态安全评价的BP神经网络方法

生态安全评价是建立生态安全预警系统及进行环境管理的基础。为确立有效的区域生态安全评价方法,基于压力－状态－响应概念模型,构建了区域生态安全评价指标体系和评价标准;采用BP神经网络的途径,对安徽省17个地级市的生态安全评价问题进行了研究。结果表明：宣城、池州、黄山为Ⅱ级,亳州、宿州、阜阳、滁州、六安、巢湖、安庆为Ⅲ级,合肥、淮北、蚌埠为IV级,淮南、马鞍山、芜湖、铜陵为Ⅴ级。区域生态安全的BP神经网络评价方法涵义明确,计算过程简单,能区分生态安全的等级,可以应用于具有评价标准的其它生态系统综合评价。     

京津冀臭氧污染特征、气象影响及基于神经网络的预报效果评估

基于生态环境监测和气象观测数据,分析了2016~2020年京津冀13个城市臭氧（O₃）浓度特征,讨论了O₃污染高发月份日最高温度（T_max）、日均地面气压（p）、日均地面相对湿度（RH）和日均地面风速（v）等气象要素对O₃-8h浓度和O₃-8h超标情况的影响规律,并采用AQI级别预报准确率、O₃浓度范围预报准确率和O₃级别预报准确率等方法,评估了基于神经网络的O₃统计预报效果.结果表明,2016~2020年期间京津冀13城市ρ（O₃-8h-90per）分别为157.4、177.2、177.3、190.6和175.6μg·m^-3,区域臭氧浓度5a上升了11.6%,2016~2019年期间总体呈波动上升趋势,2020年环比下降;2020年与2016年相比,除北京、张家口和承德略有下降外,其他10个城市ρ（O₃-8h-90per）上升了6~45.5μg·m^-3.O₃-8h月均值呈现"两头低,中间高"现象,ρ（O₃-8h）在4~9月的月均值超过了100 μg·m^-3,在6月最高,为158.10 μg·m^-3.城市O₃-8h超标率范围为8.6%~19.2%,97.8%的O₃-8h超标情况发生在4~9月.区域尺度上O₃-8h浓度与日最高温度相关性最强,当T_max在25~28℃区间时,所有城市开始出现O₃-8h超标.O₃-8h浓度与日均地面气压呈负相关关系;当RH在60%以下时,大部分城市O₃-8h浓度随相对湿度上升缓慢增长;当RH在61%~70%以上时,大部分城市O₃-8h浓度随日均相对湿度上升而下降.O₃-8h超标时的地面主导风向主要为偏南风,大部城市O₃-8h浓度高值易集中出现在2~3m·s^-1及以下低风速区间.OPAQ统计模式提前1~9 d预报相关系数范围为0.72~0.86,AQI级别预报平均准确率为67%~86%,O₃-8h浓度范围预报平均准确率为63%~84%.在O₃-8h超标情况多发的4~9月,模式对O₃轻度污染和O₃-8h超标情况提前3 d预报准确率分别为69%和66%,可为O₃-8h超标管控提供参考依据.