基于KPLS数据重构的非线性过程监测与故障辨识

为适应快速变化的化工产品需求,过程工业逐步向柔性生产发展,使得间歇过程的应用日益广泛。这一类工艺过程具有动态和非线性的特征,过程故障带来的工艺波动和安全风险是较为突出的挑战。采用基于核函数的偏最小二乘方法,在高维特征空间提取特征变量,这些变量包含了生产过程的非线性结构特征,也反应了过程工况的模式特征。针对传统线性方法存在的故障漏报等问题,利用核函数技巧,在特征空间进行数据重构,进而计算统计监控指标SPE,并通过对SPE的在线监测实现更加有效地故障辨识。本方法针对标准非线性测试对象进行了过程监测,实现结果充分说明了方法的有效性。     

竖形槽道模型中火旋风的发生与旋转规律研究

火旋风是森林火灾中经常发生的一种特殊火行为。作为一种复杂的包舍化学反应的有旋流动,火旋风在不同的可燃物种类和物理条件,以及不同的环境流场条件下,会表现出复杂的动力学特征。本文设计了一个在边角对称开有缝隙的六棱柱体火旋风发生装置,探讨了火旋风特征参数的测量方法,实验模拟了火旋风的发生与发展,对火旋风的温度分布、速度和燃烧时间随燃料和环境条件的变化规律进行了比较分析。     

基于集合均方根滤波的太湖叶绿素a浓度估算与预测

叶绿素a浓度作为表征水质状况的重要参数之一,反映了水体富营养化程度和藻类含量,是决定水体的反射光谱特征的重要因素,也是水质遥感领域研究较多的一项水质参数.研究叶绿素a浓度的遥感定量反演可以为湖泊水质监测与评价提供新的思路和方法.本研究发展了一个基于集合均方根滤波和风生流的污染物扩散模型的数据同化方案,并结合2010年5月20日的太湖3个浮标观测站点的观测数据进行了同化实验.首先对太湖叶绿素a浓度进行同化估算,然后利用优化后的估算结果对太湖叶绿素a浓度进行了为期6 h的预报.在同化阶段,均方根误差分别从1.58、1.025、2.76降低到了0.465、0.276、1.01,平均相对误差也从0.2降低到了0.05、0.046、0.069.在预报阶段,均方根误差从1.486、1.143、2.38降低到了0.017、0.147、0.23,平均相对误差也从0.2降低到了0.002、0.025、0.019.结果表明,利用集合均方根滤波的数据同化方法可以有效地提高太湖叶绿素a浓度的估算与预报精度.     

基于CMAQ模式和自适应偏最小二乘回归法的中国地区PM2.5浓度动力-统计预报方法研究

采用CMAQ模式和自适应偏最小二乘回归法相结合的动力-统计预报方法,对2014年1—12月全国252个环境监测站的PM_(2.5)浓度逐时预报值进行了滚动订正,分析了订正前后PM_(2.5)浓度的时空变化特征,重点研究该方法在中国不同地区不同季节的适用性.结果表明:CMAQ模式预报的PM_(2.5)浓度年平均和秋冬季季节平均偏差表现为非均匀空间分布特征,即辽宁、山东部分地区、川渝地区及华中、华东、华南大部分地区预报偏高,京津冀和西部大部分地区预报偏低;订正后PM_(2.5)浓度与实测值的空间分布较一致,上述偏高和偏低地区的PM_(2.5)浓度预报误差显著减小;秋冬季PM_(2.5)浓度预报和订正偏差均大于年平均值.全国区域平均PM_(2.5)浓度实测值存在明显的季节变化特征,1—3月和11—12月较大,其他月份较小;PM_(2.5)浓度预报误差较大,多数时刻预报偏低,尤其是1—3月和11—12月偏低较明显;订正后PM_(2.5)浓度与实测值较接近,而且时间变化趋势较一致,秋冬季PM_(2.5)浓度预报和订正偏差亦明显大于春夏季.秋冬季4个重点污染区域中,京津冀地区PM_(2.5)实测浓度的区域平均值较大,川渝地区次之,长三角和珠三角地区较小;珠三角地区PM_(2.5)浓度预报和订正效果较好,川渝和长三角地区次之,京津冀地区相对较差;经滚动订正后,全年和秋冬季时段PM_(2.5)浓度订正值与实测值的相关系数均显著增加,误差显著减小,尤其是秋冬季订正效果较好.川渝地区的订正改进幅度最大,长三角和京津冀地区次之,珠三角地区较小.本文方法均适用于非污染日和污染日全国范围的PM_(2.5)预报浓度订正,两种天气过程PM_(2.5)浓度的订正效果均较好;该方法对于改进京津冀地区污染日的PM_(2.5)浓度预报更有效,其他3个地区非污染日的订正改进效果优于污染日.本文研究结果可为改进空气质量预报、重霾污染天气预警和防治提供新技术途径和科学依据.     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲板连接节点抗震性能分析

在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲板式节点进行了低周反复荷载试验,以及在低周反复荷载下的抗震性能分析。结果表明:有限元分析得到的滞回曲线和骨架曲线与试验结果吻合较好;试件破坏为梁端破坏,塑性铰出现在梁端,在梁变截面附近出现了局部屈曲,也与试验结果一致。     

基于改进的最小二乘法瓦斯涌出量预测

通过对基于绝对误差最小的传统最小二乘法与在此基础上考虑相对误差的改进最小二乘法的比较,得知改进的最小二乘法预测更为准确。现场应用于鹤壁四矿的相对瓦斯涌出量随深度变化的预测,建立了瓦斯涌出量预测模型,通过预测值与实际值比较,证明改进的最小二乘法预测鹤壁四矿瓦斯涌出量是可行的、有效的,对指导煤矿安全生产具有重要意义。     

珠江三角洲城市群三维生态足迹动态变化及驱动力分析

以自然资本利用的存量、流量分类测度的三维生态足迹方法是区域可持续发展能力评估的最新方法论进展.以珠江三角洲城市群9个地市23年的面板数据为数据源,在测度自然资本利用状况时空变化基础上,利用偏最小二乘法进行驱动力分析.研究表明:1珠江三角洲23年间生态足迹呈递增趋势,生态赤字加剧,自身的可持续发展能力较弱;2珠三角自然资本存量占用呈递增趋势;流量资本消耗呈递减趋势,表明过度消耗存量资本换取发展,区域自然资本流动所受的限制较多;3食品消费结构变化、化石能源消费总量增加以及城市扩张带来的土地利用变化,是生态足迹结构变化的主要成因;4人口规模、社会经济差异和政策因素是区域自然资本利用动态变化特征差异的3个主导因素,科技因素和自然环境因素对研究区自然资本利用变化的影响程度不显著.     

基于空腔流动理论的市政消火栓盲端铁迁移扩散机理研究

市政消火栓滞水严重，存在积累扩散亚铁离子（Fe²⁺）的问题，可能引发"红水"现象，威胁供水卫生安全.以往的管网水质模拟缺少对消火栓盲端支管的研究，难以准确模拟消火栓铁释放现象，使得计算精确度不足.针对上述问题，本研究尝试运用空腔流动机理分析市政消火栓构成的盲端支管内Fe²⁺迁移扩散现象，结合扩散实验和数值模拟，构建盲端支管Fe²⁺扩散的流体力学模型，定量分析管长、管径、流速等因素的影响规律，为精确模拟消火栓水质提供参考.     

大气二氧化硫污染预测模型初探

考虑了影响大气扩散的主要气象因素及其它因素,提出了一个大气SO_2污染预测模型,并运用加权实时最小二乘算法对模型进行实时辨识。这一模型尤其适用于城市及城市中SO_2日均浓度的分区预测,给出了该模型在上海地区应用的结果。     

含水量对红粘土抗剪强度的影响

红粘土是一种区域性特殊土,含水量对其抗剪强度的影响与一般粘性土的规律不尽相同。通过室内直剪试验研究发现,含水量与红粘土粘聚力存在阶梯状相关关系,并且根据最小二乘法原理可以将其拟舍为多项式函数表达式。另外,随着含水量的增加,红粘土的内摩擦角变化不显著,呈微幅度波动状态。