关键词： 火电厂   煤质检测   激光诱导击穿光谱法   数据处理   随机森林  

摘要： 我国的资源禀赋决定了在未来一段时间内，煤炭在我国的能源结构中仍占主导地位。通过煤质快速检测分析能够实时指导锅炉燃烧工况的调整，这对于推进煤炭的清洁高效利用及火电行业的节能减排具有重要意义。激光诱导击穿光谱（LIBS）技术具有样品需求量小、制样简便、可多元素同时测量、安全等特点，在煤质快速检测中具有极大的应用潜力。本文采用激光诱导击穿光谱仪对常用电厂煤进行测试，开展便携式LIBS系统的搭建及煤的LIBS光谱预处理算法研究，建立煤中主要元素含量和工业指标的定量模型，并对方法的准确性和预测精度进行了系统分析，主要研究内容和结果如下：　　首先，利用台式LIBS光谱仪采集了20个不同煤样的光谱数据。由于实验环境和仪器参数的波动以及煤质本身性质的影响，光谱数据存在信号上的波动，为了提高信号强度的稳定性，对获取的光谱数据进行数据预处理。采用马氏距离对多次测量中的异常数据进行剔除，结果表明该方法剔除异常数据后，特征谱线的信号强度得到明显改善，相对标准偏差由原始的22.63%降低至11.48%。经异常值剔除后的光谱再使用利用稀疏性进行基线估计和去噪（BEADS）算法进行基线校正，并建立偏最小二乘（PLS）定量模型，结果表明，结合异常值剔除和基线校正方法，可有效提高PLS模型对煤样灰分含量预测的准确性。　　其次，采集了59个不同煤样的光谱数据，开展了数据集样本的划分和定量模型算法的适用性研究。建立了偏最小二乘（PLS）、支持向量机回归（SVR）、随机森林（RF）回归模型，并对预测结果进行了比较。对比测试结果表明，SPXY法结合随机森林建立的模型具有更好的拟合预测性能，灰分、挥发分、热值的预测均方根误差（RMSEP）分别为1.3303、0.7843、0.7324，平均相对误差（MRE）分别为7.47%、2.19%、2.27%;C、H、O、N元素的预测性能较好，RMSEP分别为2.5711、0.1650、0.7409、0.0645， MRE分别为3.23%、4.23%、5.76%、6.95%。　　最后，搭建了便携式LIBS系统用于煤质现场检测，对系统参数进行优化调整，确定了最佳激光聚焦位置为-3mm，激光能量为83.7mJ;并对煤样品进行测试分析，推动了便携式LIBS系统在煤质现场检测的应用。

关键词： 液相色谱仪   检定   规程规范   数据处理  

摘要： 经过需求调研，选择液相色谱仪的计量检定时间为攻关对象。针对玻璃量具体积过大不便携、实验现场色谱柱型号不适用于流动相、缺乏适当的计算模板等方面原因提出实施方案。设计并加工玻璃量器便携箱，针对流动相及待测液体更换了新的色谱柱，依据检定规程设计了电子记录数据处理模板，最终将检定时间稳定在166min,完成了攻关目标，经济效益和社会效益显著。

ISBN: (纸本)9787538772562

关键词： 冲击波   数据处理   异常检测   信号降噪   数据分类  

摘要： 爆炸冲击波是一种极具破坏力的物理参量,可用于反映武器的威力和性能,为弹药的设计提供重要依据。因此,为了更准确地获取这种参量,需要进行可靠、有效的超压测试,并对测试结果进行信号分析处理,以提高测试数据可靠性。本文依据测试需求设计了基于FPGA的4通道爆炸冲击波存储测试系统,获取了大量距爆心不同距离的静爆试验地面反射压力数据,并对数据处理方法开展了相关方向的研究工作:1.针对大量实测数据中存在的异常数据、畸变数据等粗大误差,本文采用时域信号相似性度量法对理论值与实测值进行相似度计算来鉴别信号是否异常,对比了动态时间规整(DTW)与快速动态时间规整(FastDTW)两种方法得出的相似度。结果显示,两种相似度计算方法均可有效辨别数据是否符合爆炸冲击波曲线的特性和衰减规律,但是在运算速度上,FastDTW要显著优于DTW。2.针对实测数据中混叠大量干扰噪声现象,采用小波包分解方法对信号各个频段进行分析,根据经验公式建立了爆炸冲击波信号压力-时间理论模型与含噪模型。提出了一种完全集合经验模态分解(CEEMDAN)与小波包分解的爆炸冲击波信号联合降噪方法,并将其与低通数字滤波器、CEEMDAN分解降噪和小波包分解降噪在含噪模型上进行对比。结果显示,联合降噪法比低通数字滤波器具有更少的相位偏移,比CEEMDAN分解降噪具有更小的峰值误差,并且在SNR和RMSE评价指标上表现最优,并在实测数据中验证了联合降噪方法的应用效果。3.根据实测数据超压峰值、正压作用时间、比冲量等关键参数,对测点数据建筑毁伤与人员毁伤作出了评估。4.构建了爆炸冲击波实测数据集,并分析了数据集类别分布情况,进行了不平衡数据集处理;构建了随机森林与支持向量机(SVM)分类模型,采用量子粒子群(QPSO)算法对模型分别调参。结果显示,RBF-SVM分类模型平均准确率达到0.9921,且稳定性方面具有更大优势,为未来建立和扩展样本数据库提供了对新数据分类处理的新思路。

关键词： 动态实时监测   硬件设计   软件设计   数据处理   系统降噪  

摘要： 企业为了便于生产和节省资金,常常把工厂建设在山区、乡镇等偏远地区,企业的生产中常常会用到存储罐存放原料和管理粉料。两座山之间常常伴有穿堂风和山谷风,工厂里面常有大车驶过,存储罐常处于这样的环境:昼夜温差大、存在大风等影响传感器精度的因素以及矿山中存在的金属元素、电磁干扰、噪声等对无线信号的传输有干扰的复杂环境中。而现有的料位测量系统存在普适性不强、监测精度不够、抗噪性能不佳等问题。针对该问题,本文提出了一个基于GD32E231C8T6可处于复杂环境下工作的动态料位监测系统。通过对项目的需求分析,提出系统的整体设计方案,系统由采集端、接收端及上位机组成,结合服务器对数据进行分析、处理和存储,最终将结果实时显示在上位机界面。本文分别对系统的硬件及软件设计进行介绍,通过多角度进行抗噪处理,减小噪声对本系统的影响,提高数据的可靠性,以保障企业生产线的安全。本系统采用模块化设计,不仅提高了开发效率,还方便了后续系统的故障排除和升级。通过Altium Designer完成电源模块、称重传感器模块、AD模块、拨码开关模块、GD32最小系统及其外围辅助电路设计相关原理图的绘制及PCB的布局设计和后续的焊接、调试工作。软件方面,首先对系统开发环境进行了介绍,使用C语言完成了对通信模块、传感器采集模块、AD模块的程序设计。然后对采集到的数据进行预处理,并对其中使用到的滤波算法进行介绍。最后,对系统最终的计算结果进行温度补偿、振动补偿,并对重量计算方式进行了说明。通过硬件和软件的设计,多角度对系统进行降噪处理。在生产现场完成了系统的安装和调试工作。并选取了6个企业生产线采集到的实验数据与地磅测量的真实数据进行分析和对比。结果表明:系统能够稳定、准确地监测罐内物料的重量,达到实时监测的效果,精度符合设计需求,验证了本系统的可行性,并且具有较高的实用性和可靠性。

关键词： 航天测控   数据处理   总体离散度   弹道自动优选  

摘要： 航天发射主要依靠雷达、遥测等测控装备对火箭起飞段及目标入轨段进行跟踪测量。长期以来,空间高速目标实时跟踪数据处理存在跟踪目标实时识别配准、遥测数据实时处理和目标飞行实时弹道生成等技术难点,传统的数据处理模式难以适应当前航天测控跟踪测量实时数据处理需求,多台雷达分别跟踪并依靠人工辅助进行数据判决的传统雷达数据处理模式难以应用于目标快速识别的作战场景;先单独处理再优选拼接的遥测数据流处理模式难以满足数据中心大量的遥测数据实时处理需求;传统的时序切换加人工辅助的弹道切换模式难以应对多目标弹道实时生成场景。因此,本文针对空间高速目标实时跟踪数据处理方法开展深入研究,重点解决跟踪目标实时识别配准、遥测数据实时处理和目标飞行实时弹道生成等技术难点,主要研究内容包括: 以空间高速目标的飞行特征和航天测控多雷达跟踪与信息实时利用现状为研究对象,给出典型多目标雷达跟踪航迹的确切关联。按照数据准备、算法设计、聚类中心的稳健处理和雷达数据质量评价的步骤,将多台多目标雷达聚合成一台跟踪稳定、目标编目固定的多目标雷达,解决了雷达数据实时利用还需依靠人工辅助判决、主目标跟踪错误等问题。选取某次试验数据开展算法验证分析,结果显示多台雷达数据聚合处理效果良好。 为解决传统遥测数据先处理后优选的模式在数据质量不高的情况下可靠性及精度降低的问题,深入分析遥测数据实时融合处理信息流程,开展基于时标匹配的多流遥测数据实时拼接技术探索,利用多流遥测数据基于时标的周期性特点进行全程优选拼接,得到质量较优、跟踪时间最为完整的拼接流。解决了跟踪测量存在散乱数据时易造成弹道切换中断、可靠性降低及指控中心数据处理量过大等问题。利用某次试验数据对GPS综合弹道、遥测综合弹道及优选挑点参数开展拼接效果分析,结果表明拼接后的数据不仅可以缩短散乱段落时间,同时可得到高质量内测、GNSS弹道和遥测挑点参数。 为解决传统跟踪弹道生成技术在实时跟踪发生异常时还需人工干预处置的问题,深入分析当前发射场弹道切换模式存在的问题,探索出一种基于弹道总体离散度和弹道自稳定性的弹道优选方法。该方法将传统事先设定时间和弹道优选方案的切换方式优化为根据弹道数据质量实时优选的方式,在同一时刻按照一定的原则剔除离散数据源,再从稳定弹道中优选出数据质量较好的弹道。利用某此试验数据开展算法验证分析,结果表明该方法能够给出全程连续稳定的弹道,解决了当前综合弹道切换存在的断续、延迟等问题。

关键词： 高中   信息技术   CDIO教学模式   学科核心素养   数据处理与应用   python语言应用  

摘要： 近年来,很多省份都根据“新课程标准(2017版)”的要求进行新课改,浙江省于2020年正式实施新课改。《浙江省普通高中学科教学指导意见(2021版)》指出“核心素养的落地实施需要教师对课堂进行改革,课程、教学、评价是促使核心素养落地的重要手段和媒介。”高中信息课程教学要求培养学生的核心素养,发展学生的计算思维,然而根据调查研究发现,省内大多数学校的高中信息技术教学还是采用讲练结合的传统教学模式,学生在课堂上缺乏积极性和主动性,学生实践环节薄弱,编程能力不足。在此背景下,本研究针对“新课程标准(2017版)”背景下高中信息教学所存在的问题,以《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》和《浙江省普通高中学科教学指导意见(2021版)》为指导纲要,将CDIO教学模式引入高中信息课程教学,通过对浙教版必修一《数据与计算》中第四章《数据处理与应用》的内容进行教学实践,构建以培养“计算思维为主体,解决问题能力为核心”为课程教学目标的新型教学模式,并开展教学实践。笔者在梳理了有关CDIO教学模式和高中信息课程教学的相关文献,分析国内外的研究现状,通过课程需求和“学科核心素养”要求确立培养目标,将CDIO教学模式融入课堂教学,构建了基于CDIO教学模式的高中信息课程教学设计,开发了相应的教学资源。在浙江省某学校开展了为期两个月的教学实践,利用前测试卷、学习任务单、小组项目测评表、自评互评表、访谈问卷、课程满意度调查、后测试卷等来验证教学设计的有效性。经研究分析,本研究针对基于CDIO教学模式开发的高中信息课程教学设计,学生能够通过对真实情景的问题解决,自主构建利用python语言对数据处理与应用的知识库,并将其迁移到实际生活中,有效促进学生“学科核心素养”的培养,为普通高中信息技术教学提供一定的研究思路。

关键词： 二维核磁共振   数据处理   反演方法   高精度  

摘要： 二维核磁共振测井技术比一维核磁共振测井提供了更多关于流体类型、孔隙尺寸和流体分布情况等信息,能有效解决一维T2谱油水重叠无法识别的问题。然而,不同的二维核磁测井数据处理方式和反演方法也能导致反演结果有较大差异,甚至无法有效识别流体。针对上述问题,本文提出了一套完整的二维核磁测井数据处理流程,包括预处理、数据降噪、数据压缩等处理方法。通过小波阈值降噪抑制噪声干扰,提高回波串的信噪比并估算噪声的标准差。结合窗口法和TSVD算法对庞大的多组回波数据和核矩阵进行压缩,减少计算量,提高反演效率。 本文在高精度的二维反演算法研究中,比较了现有的SVD和BRD算法的优缺点,并对TSVD算法进行了改进。此外,提出了一种基于Armijo搜索准则的L-BFGS算法用于二维核磁反演,具有全局最优、收敛速度快、稳定高效的特点。通过数值模拟对SVD、BRD和L-BFGS算法进行了二维反演,对比了不同流体组分的反演精度和不同信噪比的影响。 最后,结合实际二维核磁测井资料按本文的方法进行了完整的二维核磁测井数据处理和二维反演,结果与试油资料一致。且对比了商业软件和BRD、L-BFGS的二维反演结果的谱形态和孔隙度,结果表明本文提出的L-BFGS算法在谱的形态分布上效果最好,且反演的精度比BRD算法更高,可以提供更丰富、更准确的流体组分信息。

关键词： 数控机床   几何误差   误差辨识   九线法   误差可视化   误差补偿  

摘要： 数控机床的加工精度是机床的重要性能指标之一。影响加工精度的误差源主要有几何误差、热误差、力误差与机床控制系统误差,其中几何误差是误差源中占比较高的一种。本文以数控机床运动学建模为基础,进行了几何误差测量方法和误差辨识模型的研究,以XYFZ型数控机床为试验对象,使用激光干涉仪,结合九线法辨识模型,采用岭估计算法对辨识模型进行优化改进,辨识出该数控机床的21项几何误差,基于几何误差数学模型建立出三轴数控机床21项几何误差对刀具位姿变化的映射模型,进而计算出几何误差对工件表面的映射模型,利用MATLAB软件对辨识结果进行几何误差可视化处理。(1)本文以多体系统运动学为核心理论,以齐次坐标变换为数学工具,对数控机床的几何误差进行数学建模。推导出了机床在理想条件下和实际条件下的运动变换矩阵,依据低序体阵列描述方法,描述出数控机床的拓扑结构。(2)建立误差模型后进行几何误差的测量与辨识。本文详细分析了“九线法”辨识过程,并对其辨识模型的求解方法进行分析,提出采用岭估计算法进行误差辨识,以得到更为可靠的三轴数控机床21项几何误差。辨识试验过程以台湾永进YCM-65A数控机床为试验对象,使用雷尼绍激光干涉仪,设计合理试验方案,以“九线法”为理论基础,选择合理测量空间对其误差进行测量,测量过程重复进行多次,以提高测量结果精度。将测量结果按照辨识模型分别进行最小二乘法求解和岭估计求解,验证基于岭估计法辨识模型的可靠性。(3)本文提出几何误差可视化方法,根据上述几何误差求解出刀具位姿受几何误差影响的数学模型,基于刀具相对于工件的运动,设工件静止,刀具沿着带有机床几何误差的加工轨迹切削工件表面,依据此运动模式,计算出工件表面受几何误差影响的数学模型。以球头刀为例,以复杂曲面模拟工件表面,利用MATLAB软件将理想工件表面与实际工件表面对比,进行几何误差可视化,将三轴数控机床几何误差分别按单轴误差和机床整体误差在工件表面上的作用效果直观展现出来,在可视图中可以观察到机床误差对工件表面的影响。(4)详细论述了机床误差补偿的相关内容,包括误差补偿的原理和过程。通过探究数控机床误差对工件表面的影响,将带有机床几何误差的工件表面参数方程表达式与原工件表面作差,得到机床几何误差对工件表面x、y、z三个方向的位置坐标偏差,根据位置坐标偏差修正加工指令,达到误差补偿的目的。

关键词： 目标检测   深度学习   牙齿分割   特征点提取   牙齿识别   数字口腔印模仪  

摘要： 近十年来基于深度学习的牙齿分割与识别算法发展迅速,在医学CT等领域成为了研究热点,但针对普通场景下的研究和数据集甚少。因此,本文着重研究基于图像识别的口内扫描数据处理技术,其中包括口内扫描数据预处理中的牙齿图像分割技术、口内扫描三维模型数据的后处理分割技术、牙齿模型识别技术,以及强相关的商业化产品数字口腔印模仪。主要工作内容如下:(1)采用图像处理的方法分割识别三维牙齿模型,提出了基于YOLOv5的种子点扩张牙齿分割算法。对牙齿分割算法中的种子点手动选取的过程进行优化改进,使用YOLOv5网络模型完成每个牙齿的范围框的目标检测操作,实现自动化标记种子点提升算法效率。基于深度学习的牙齿分割算法可以完成口内扫描数据预处理中的牙齿图像分割与口内扫描三维模型数据的后处理分割,将三维模型的合适视角投影为图像进行分割,作用于患者牙齿三维模型重建的前后期;(2)进一步使用CNN来自动识别牙齿、快速获取患者的相关信息。本文将牙齿三维模型旋转至不同的位置,得到合适的角度的牙齿视图图像,然后使用EfficientNet分类模型完成牙齿识别任务,可以帮助牙医快速了解患者的病史、用药史等情况,有助于做出正确的诊断和治疗方案,从而提高工作效率;(3)单独制作牙齿分割与识别的数据集并做好标注,牙齿三维模型分割前则需要先使用MeshLab工具导入牙齿三维模型并投影导出二维图像,建立好两种坐标系之间的联系后再进行分割。在普通场景下完成了基于深度学习的牙齿分割与识别的两个实验,分别制定了两个实验的具体操作步骤,使用了相关的评价标准验证了算法的有效性;(4)使用第三章的基于深度学习的牙齿分割与识别算法,并结合QT的跨平台软件开发平台,使用C/C++、Python语言开发了一款数字口腔印模仪软件系统。客户端包含三维模型实时扫描、牙齿分割裁剪、牙齿模型识别等核心功能,服务端包括设备管理、注册主机管理等核心功能。