关键词： 内螺纹多参数检测   数据处理   数据拟合   软件设计   误差分析与补偿  

摘要： 内螺纹的精确检测在实际应用与生产中有着很重要的作用。传统的检测方法精确度不够,接触式检测方法由于金属探针检测过程中可能会对待测螺纹造成磨损,基于三坐标测量机的非接触式检测方法效率太低,针对以上问题,本次研究设计了一套基于激光位移传感器的内螺纹多参数检测系统,主要工作有:根据实验室现有的激光位移传感器为核心器件构建了一套非接触式内螺纹检测设备。应用以直射式激光三角法测距的激光位移传感器作为非接触式扫描测针,通过PLC控制伺服电机,实现激光位移传感器的移动和转动控制,配合螺纹测量框架和夹具等附件,构建一套实现非接触检测内螺纹多参数的技术方案。使用激光位移传感器将内螺纹的牙型轮廓扫描成内螺纹轮廓点云数据,对点云数据进行滤波处理,数据分段处理,通过非线性拟合来求取内螺纹参数,研究了相关的点云收集方法,滤波算法,数据分段的方法以及基于LM算法的圆柱面拟合和三角波拟合的算法,创新性的提出改进阈值函数的小波滤波算法和根据拟合圆柱面和三角波的参数来求解内螺纹各项参数的方法。在QT5.7和VS平台下,导入PCL点云库,开发基于上述检测原理的螺纹检测软件。测量人员通过该软件控制伺服电机带动激光位移传感器运动,对螺纹表面进行扫描得到点云数据,并实现数据处理和拟合部分的相关算法来得到螺纹的大径,小径,中径以及螺距和牙型角。以现行的螺纹参数手册为标准,构建标准螺纹数据库,以此作为判定基准数据,实现螺纹的合格判定。对采集的数据利用上述算法进行实验,并对实验结果进行误差分析,并做出相应的补偿方案,减小误差;最终测得的结果与计量院测得的内螺纹参数结果对比误差均在合理误差范围内,检测时间为1分27秒,在保证精度的同时大大缩减了检测时间。

关键词： 自动装压药   生产线   控制系统   数据处理   控制逻辑  

摘要： 在当前火工品行业的快速发展背景下,自动装压药生产线控制系统的实现可提高生产效率与生产质量。本文通过对自动装压药生产线控制系统设计原则与设计思路进行分析,构建了系统总体结构,运用关键技术应用与控制逻辑与算法,保障系统接口设计和数据管理与处理满足系统运用需求,最终对系统应用效果进行了具体分析,从而为火工装压药生产线带来更高的自动化水平和更优的生产效率。

关键词： 不平衡数据   lncRNA-蛋白质相互作用   配体-受体相互作用   细胞通讯  

摘要： 随着单细胞测序技术的发展和应用,RNA数据大规模地产生和积累。RNA和蛋白质的相互作用与肿瘤的发生、发展以及治疗存在密切关系,以单细胞RNA测序数据为基础的细胞通讯分析对多项生命活动有着重要影响。因此,本文主要以长非编码RNA(lnc RNA)-蛋白质相互作用(LPI)、细胞通讯(CCC)预测为研究方向。同时,大部分生物数据都存在不平衡现象,导致已有模型的预测性能有待提高。为此,本文开发了两个不平衡数据处理模型,以在训练过程中调整样本分布来解决不平衡的问题,从而提高模型的预测精度。本文的主要研究内容如下: 开发集成框架LPI-En EDT以识别lnc RNA-蛋白质相互作用。首先构建五个LPI数据集,并收集其长非编码RNA和蛋白质的生物序列。其次,分别使用工具包Py Feat和Bio Triangle来提取lnc RNAs和蛋白质的序列特征,使用PCA对提取出的特征进行降维,并将两种特征拼接成一个特征向量。再次,构建一个基于决策树和额外树的不平衡数据处理模型来预测新的lnc RNA-蛋白质相互作用。然后与四种已有方法比较,LPI-En EDT获得了最佳的性能。实验结果表明,LPIEn EDT在不平衡数据处理上具有很强的预测性能。 开发由配体-受体相互作用(LRI)介导的细胞通讯预测框架(LRI-En ABCLG)实现细胞通讯分析。首先,收集四个配体-受体相互作用数据集,并从Uni Prot数据库获取其序列信息。然后,对配体和受体分别使用自然向量方法、CTD方法和Py Feat方法提取特征,并对获得的特征进行降维。接着,构建一个基于Ada BoostCNN和Light GBM的不平衡数据处理模型,预测配体-受体相互作用,通过整合结直肠癌单细胞RNA测序数据,进一步筛选已知和预测的配体-受体相互作用对。最后,使用结直肠癌单细胞RNA测序数据和过滤后的配体-受体相互作用对,利用表达乘积法、特异性表达法和细胞表达法来对细胞通讯进行打分,并使用三种形式进行细胞通讯可视化。案例分析表明,成纤维细胞更有可能与结直肠癌细胞通讯,这与已有的细胞通讯分析工具i TALK的预测结果一致。 本文将两种不平衡数据处理算法应用于lnc RNA-蛋白质相互作用预测和细胞通讯预测。经过实验验证,本文提出的算法明显提高了两种预测在不平衡数据上的准确性,有助于加深研究者对RNA生物学功能和机制的了解,也为开发基于RNA的药物和疗法提供了新的思路。

关键词： 轨迹预测   数据处理   深度学习   Transformer模型   卷积神经网络   自注意力机制  

摘要： 轨迹预测是协助空中交通决策的关键因素之一，被国际民用航空组织（ICAO）确定为下一代空中导航系统的核心概念。以往的轨迹预测算法预测时间短（仅预测未来几秒或几分钟的飞机轨迹），不考虑飞机的航行环境仅考虑飞机自身轨迹，或对影响飞机轨迹的环境因素考虑不足，而导致预测精准度不足等问题。　　针对上述问题，本文基于深度学习模型，充分考虑飞机所处的复杂环境影响因素，并增加了飞行物干扰。设计了长期轨迹预测模型，并开发了用于验证算法模型的预测系统。论文主要工作如下：　　(1)本文提出了一种自编码器-解码器结构的轨迹预测模型（CNT）。该模型改进了以往单一模型对空域中不同数据类型的特征提取方式，分别使用Transformer和CNN分别对序列和空间特征进行提取。在复杂环境方面，不仅考虑了风速、温度、对流等以往算法所考虑的影响因素，还增加了飞行物之间的干扰这一重要影响因素。同时将通道注意力（SE）加入CNN中，解决了不同影响力因素，却具有影响程度相同的问题。得益于Transformer的自注意力机制以及增加了通道注意力（SE）的CNN（SECNN），使得该模型对长序列的特征提取和对空间影响因素的特征提取，具有较强的鲁棒性。取多次实验结果的平均值，该模型的平均水平误差和平均高度误差分别为27.16nmi和1837.33ft，预测准确度与其它模型比较有一定提升。　　(2)提出了一种基于改进特征融合层的轨迹预测模型（CGT）。不同于以往模型对不同特征进行简单拼接融合，本模型使用基于自注意力机制的GNN构建多层动态特征交互图，来替代普通的特征融合层。与以往模型在考虑空间影响因素时，大多把空间中的动态因素当做不动点来考虑不同。本文考虑影响因素的动态变化，使用GNN对飞机行驶场景中的移动因素进行动态交互建模，实现对影响因素的动态特征提取。最后利用基于注意力机制的解码器，对建模后的特征向量进行解码，从而获得预测轨迹的结果。取多次实验结果的平均值，该模型的平均水平误差和平均垂直误差上分别为24.35nmi和1253.27ft，预测准确度与其它模型比较有进一步提升。　　(3)设计了一个飞机轨迹预测算法辅助研究系统。采用Spark+MongoDB作为数据处理与存储模块，使得该系统可以快速响应用户的预测请求。

关键词： IGBT   特征模型   多物理场耦合   键合线疲劳失效机理   数据处理   寿命预测  

摘要： 绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)因其驱动功率小、通流容量大和易于并联等优点,逐渐成为主流功率器件并广泛应用于新能源、智能电网、电机驱动和工业变流等领域。IGBT作为电力电子装置的核心部件,其可靠性是提升整个电力电子装置性能的基础,因此,针对IGBT可靠性研究中晚期失效的两大难点展开研究:IGBT疲劳失效机理和IGBT寿命预测。 针对目前IGBT多物理场耦合分析采用静态功率损耗导致有限元仿真精度低、边界条件理想化导致未能结合实际工况以及现有键合线疲劳失效研究不完整一未考虑二极管芯片键合线等问题,以BPJ5-630/1140矿用变频器中逆变器部分IGBT为研究对象,提出了一种考虑其应用工况,结合IGBT特征模型来完整分析其多物理场耦合下键合线疲劳失效机理的方法。首先,建立FZ800R33KF2C型IGBT三维模型,再通过仿真与实验方法验证ANSYS Simplorer搭建的IGBT特征模型动态特性,得到矿用逆变器额定工况下IGBT芯片和二极管芯片瞬时功率损耗,并根据矿用逆变器温升实验确定隔爆腔内环境温度参数。最后,在ANSYS Workbench平台下进行热-电-力多物理场耦合有限元仿真,完整分析了不同芯片下键合线脱落对IGBT的影响。分析表明:在大功率IGBT键合线多物理场耦合分析中不能忽略二极管芯片及其键合线,IGBT芯片键合线脱落占总数62.5%及以上或二极管芯片键合线脱落数占总数33%及以上时,IGBT结温超过最大工作温度,且温升和等效应力迅速增大。在二者共同脱落的情况下,二极管芯片键合线脱落对IGBT影响更大。 针对传统寿命预测模型预测精度不足、数据特征挖掘不充分等问题,提出了结合互补集合经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition,CEEMD)和相空间重构(Phase Space Reconstruction,PSR)的Tent混沌映射改进鹈鹕算法(Tent Pelican Optimization Algorithm,TentPOA)优化长短期记忆网络(Long Short-term Memory,LSTM)的寿命预测模型。首先,分析IGBT寿命表征参数及老化数据样本,考虑训练数据的完整性和真实性,确定选用NASA PCoE实验室公开IGBT老化数据中集-射极关断峰值电压VCE-P为IGBT寿命表征参数并作为原始数据集。再通过CEEMD分解和PSR挖掘数据潜在信息和扩充数据样本,并引入过零率优化数据处理流程,实现高效构建高质量训练数据集。最后,在Tent混沌映射改进POA算法优化LSTM预测模型下进行IGBT寿命预测,并与其他预测模型进行对比分析。分析表明:以LSTM模型预测结果为基准,所构建的TentPOA-LSTM寿命预测模型,其预测结果对比POA-LSTM预测模型评价指标MAE相对下降18.21%、RMSE相对下降10.71%、MAPE相对下降18.22%、R2相对提升178.8%,验证所提出模型的优越性。 所提出的疲劳失效分析方法完善了 IGBT键合线失效机理分析,为进一步研究与实际工况相结合的IGBT多物理场耦合有限元仿真提供参考。所构建的IGBT寿命预测模型表现出良好的预测精度和稳定性,具有一定的工程应用价值。

关键词： 嫦娥五号   月壤结构探测仪   数据处理   背向投影算法   月壤内摩擦角  

摘要： 月球一直都是深空探测的热点之一,从上个世纪60年代起,世界上的主要国家陆续开展了各自的探月计划,例如,前苏联的Luna探月工程、美国的阿波罗计划和中国的嫦娥探月工程等,并取得了月球多方面的宝贵数据。2020年12月1日23时11分,中国嫦娥五号顺利软着陆于月球风暴洋北部,实施着陆点区域月壤结构探测仪数据采集以及钻孔取样等多项科学任务,并于12月17日凌晨携带1731 g月球样品返回地球,为月球研究提供了最新的探测数据和月壤样品,具有重大的科学意义2。月壤结构探测仪是嫦娥五号着陆器上搭载的多发多收探地雷达系统,其作用是准确刻画着陆点的地下结构及石块分布,在钻取任务的顺利执行过程中发挥了重要作用。此外,由于月壤样品宝贵,其质量不足以开展月壤内摩擦角测量等需要大量样品的相关实验。基于此,本文围绕着月壤结构探测仪数据进行了以下研究工作:(1)本文研究并提出了一套适用于嫦娥五号月壤结构探测仪数据的预处理流程,用于提高月壤结构探测仪数据成像质量,抑制来自着陆器金属和周围环境的杂波干扰。数据预处理结果表明:本文提出的数据预处理方法能提高雷达数据的信噪比,为后续的雷达图像重构和月壤内摩擦角原位计算奠定基础。(2)本文使用考虑折射的速度谱估算了风化层相对介电常数(2.39),并提出了基于背向投影的互相关成像算法实现地下结构的高精度重构。室内模型试验的结果表明所提出的成像算法能够对地下目标精准成像。钻前现场实测雷达数据的图像重构结果表明:着陆区域地下情况复杂,在钻头正下方0.75米、0.88米和1米深度处存在强反射信号,判定为月岩,转化的地下结构分布示意图能更直观得到了解地下目标分布情况,完成月壤结构探测仪雷达数据进一步解译。此外,钻取前后重构图像的对比结果表明钻取过程中碾碎了其中一块月岩。(3)本文创新性地利用嫦娥五号的着陆冲击过程计算着陆点的月壤内摩擦角。首先,利用背向投影算法从月壤结构探测仪数据提取天线离地高度,并与室内模型试验结果对比,得到着陆冲击导致的着陆器足盘侵彻深度为3.3厘米。之后依据侵彻深度与月壤内摩擦角的联系,运用修正颗粒冲击力定律确定月壤的内摩擦角范围为29.96°-37.48°。该结果与阿波罗系列任务测得的月壤内摩擦角低值范围一致,是由于大约20亿年以来不断的微陨石和部分远距离的中小型陨石撞击产生的溅射物造成的。嫦娥五号着陆地区内摩擦角值相对于地球一般土壤较大,建造月球基地时应该避免深埋的掩体。

关键词： 旅游业   旅行行为   社交媒体平台   用户生成内容   数据处理  

摘要： 旅行通常分为前、中和后三个阶段，游客的旅行行为也被定义为规划与决策、游览与体验、评价与分享三个层次。分析游客在旅游各个阶段的行为特征及各阶段旅行行为间的关系，可以帮助目的地管理部门更好地了解游客的旅游需求，为旅游目的地管理提供宝贵的建议，进而促进旅游业的发展。然而，现有的旅行行为研究多基于单一旅行阶段（旅行中）或两个连续的阶段，少有学者将游客在旅行三个阶段的行为特征综合起来，实现对游客旅行行为的全面分析。　　科学技术和信息通讯的不断起势，催生了社交媒体平台的开发与普及，基于社区的信息共享模式，记录了游客在不同旅行阶段的行为特征，为细粒度刻画游客的旅行行为特征提供了丰富的数据源。近年来，越来越多的游客选择在社交媒体平台上记录和分享他们的旅行体验。游客在社交媒体平台上编辑的内容（如文本、照片、视频等）被称为用户生成内容，为旅游研究提供了丰富的信息和低成本的获取方式。　　鉴于此，本研究基于社交媒体平台公开发布的用户生成内容数据，以丽江古城（最受网民喜爱的十大古村镇之一）作为案例研究区，探索游客在旅行前、中和后的行为特征及各阶段旅行行为间的相关关系。首先，获取去哪儿网旅游社交媒体平台2010-2019年的丽江古城在线提问数据、游记数据和评论数据，基于数据表征内容，构建用于描述旅行不同阶段游客行为特征的数据集;其次，采用融合Synonyms中文同义词工具的TF-IDF算法处理提问文本，识别和提取丽江古城游客在旅行前的关注内容，分析游客在旅行前的决策行为;再次，采用复杂网络理论和场景识别模型处理游客共享轨迹与照片,分析游客在旅行中的移动行为与场景偏好;然后，采用LDA主题模型和情感得分算法识别游记文本的主题分布与评论文本的情感表达，分析游客在旅行后的认知主题与满意程度;最后，基于统计学分析方法探测游客各旅行阶段行为的时间特征及相关关系，为目的地管理与营销提供理论支持。　　研究结果表明，丽江古城游客在旅行前规划行程、费用和时间，在旅行中游览景区的标志性建筑并拍摄自然风光，在旅行后讨论旅游体验和目的地服务等相关话题。总体而言，丽江古城景区的提问热度在一定程度上预示了游览热度。但游客在旅行前制定计划，在旅行中相应地实施计划，并在旅行后评估体验的流程过于理想化，即丽江古城游客对旅游服务、旅游产品与旅游活动的关注度、参与度、满意度存在明显的异质性。　　研究为探索游客在不同旅行阶段的时空行为特征提供了一个新的视角，有助于从多角度深层次地了解游客的旅行行为。同时，分阶段的旅游行为研究为目的地提供了一些潜在的发展路径，例如构建景区间的可持续连接，规划文化遗产类和现代商业类景点的合理配置，制定周期性的折扣、导游与营销策略等。

关键词： 半航空瞬变电磁   数据处理   运动噪声   软件开发  

摘要： 半航空瞬变电磁法以其快速高效的工作特性、探测深度大的优点被广泛用于地下水探查、矿产资源勘查和地质调查等领域。然而,半航空瞬变电磁实际勘探时,由于半航空接收单元位于空中,除了环境噪声和系统噪声外,还引入了飞行平台特有的运动噪声,严重影响数据质量,这为后期的数据反演以及解释工作带来困难。因此研究半航空瞬变电磁运动噪声抑制方法,设计并开发一套成熟稳定、功能完备的一体化半航空瞬变电磁数据处理软件,对于推动半航空瞬变电磁探测方法和技术的发展,具有重要意义和实用价值。在数据处理方面,通过分析半航空瞬变电磁运动噪声产生机制与时频特征,将运动噪声与有效信号频段分离,结合半航空瞬变电磁信号的非平稳非线性特征,使用时频分析方法进行去噪处理。本文从EMD分解与小波变换的原理出发,分析了这两种常用时频方法的特点,并结合这两种方法的优势,提出了基于EMD分解的小波阈值算法。经过仿真数据与实测噪声的测试,证明了该算法能够有效去除运动噪声,提高数据信噪比。为了将软件工程与数据处理相结合,本文对半航空瞬变电磁软件开发的需求展开深入分析,研究并设计了基于三层架构和插件框架的整体系统架构。结合半航空瞬变电磁数据特点和并行技术设计了软件的数据库系统,在此基础上,结合模块化设计理念进行了基本功能模块的设计与开发,实现了项目管理、数据存储、数据可视化等功能,针对半航空瞬变电磁数据特点,开发了 一套数据预处理流程,能够实现数据导入、参数预调、数据组编辑和批处理的完整过程。最后,基于本文开发的半航空瞬变电磁数据处理软件进行野外探测试验,通过该软件完成了项目管理、数据存储和数据处理等工作,结果表明该软件在试验任务中取得了良好的应用效果,验证了该系统的稳定性和可靠性。综上所述,本文所开发的半航空瞬变电磁数据处理软件能够有效提高工作效率并改善数据质量,为进一步发展和推广半航空瞬变电磁探测技术和实际应用奠定基础。

关键词： 分布式大数据平台   数据仓库   元数据管理   数据血缘关系  

摘要： 在大数据时代的背景下,数据急速增长,通过大数据平台以及数据仓库对数据进行组织和管理成为发展的必然趋势。传统大数据平台建设方案中,往往以业务数据为核心,而不重视元数据的管理,随着数据的增长出现数据开发、维护困难,数据质量降低等问题。针对这一现象,本文提出了以血缘关系元数据为核心的数据平台建设方案,通过血缘关系降低数据维护难度,保障数据质量,并设计了功能较为全面的开源数据平台;在此数据平台的基础上对离线数据仓库模型进行了研究,针对其在处理一体化数据文件时存在的不足,提出了离线数仓的优化模型。 此外海南自贸港的建设对于岛内航运业务各方面也提出更高要求,如何对其海量业务数据进行有效的管理和利用成为极具研究价值的问题。本文基于所提出的数据平台建设方案以及数据仓库模型,实现了面向港航轮渡数据的数据处理平台,通过大数据平台以及离线数据仓库对轮渡大数据形成有效的组织和管理,利用元数据保障数据质量。并依托大数据平台及其数据支撑,进行统计计算和数据分析,挖掘数据价值,使数据成为辅助决策者制订计划和调度资源的有效依据,用大数据技术为传统轮渡业务赋能,同时验证了所提出模型的可行性。论文主要解决了以下问题: (1)分析了传统数据平台存在的数据管理问题,提出了以血缘关系元数据为核心的数据平台建设方案,并完成了具体的方案选型以及资源规划设计。 (2)针对传统离线数仓模型在处理特殊离线数据时存在数据处理效率较低的问题,提出了解决方案并设计了优化模型。基于该数仓模型设计了数仓建模方案以及数据处理和数据分析算法。 基于以上研究成果,设计了轮渡业务数据处理平台,实现了包括基础平台搭建、数仓建模、数据处理分析、全流程任务调度、元数据管理等功能。对所提出的数据平台建设方案和数仓模型进行了实验验证。 通过以上工作本文探索出一套以元数据为核心的开源数据平台建设方案以及离线数据仓库模型。并设计了适用于港航轮渡业务的数据处理平台和数据仓库,为大数据技术在传统港航轮渡行业的应用提供了模型基础和实施经验。在未来的研究中将进一步拓展对实时数据的处理能力,以应对更全面的应用场景。