关键词： 共享单车   轨迹数据   数据处理   路网匹配   逆行行为识别  

摘要： 在当前绿色交通发展的背景下,自行车交通已成为综合交通体系的重要组成部分。随着共享单车的兴起,市民绿色出行、健康出行的热情进一步提升,骑行再一次成为市民主要的出行方式。但同时骑行行为不规范的问题也逐渐凸显,共享单车逆行行为普遍,严重影响了骑行者的出行体验和骑行安全。因此有必要对共享单车逆行行为进行查找,对逆行特征及其成因进行分析,并有针对性的提出解决措施,减少逆行行为,保障骑行者出行安全。共享单车轨迹数据为逆行行为查找带来了新的途径。与常规人工调查方式相比,共享单车轨迹数据覆盖面广、时效性强、分析效率高,能够实现对共享单车逆行行为的全面识别与评估。本文基于共享单车轨迹数据,对数据的处理清洗方法、路网匹配方法、逆行识别方法进行了研究,并利用实际发生的轨迹数据,对典型区域逆行特征与成因进行了深入分析,提出了对策建议。主要研究内容如下:(1)对共享单车发展历程、用户特征、存在问题等基本情况进行了梳理;分析了共享单车骑行行为特征与影响骑行的主要因素;结合共享单车轨迹数据结构特征与应用情况,确定了数据可用性,并提出了数据处理与逆行行为分析的研究思路。(2)针对共享单车轨迹数据质量参差不齐的问题,从需求角度出发,提出了数据处理要求与处理流程;并基于箱线图法与空间关系,对异常点、突变点进行了处理,基于滑动窗口法,对停驻点进行了识别与清洗。(3)构建了基于贝叶斯网络的共享单车轨迹与路网匹配模型,在考虑相邻多个轨迹点与路段之间关联性的前提下,计算该段轨迹属于各条路段的概率,将可能性最大的路段作为估计结果,实现轨迹与路网的匹配;对异常轨迹进行剔除后,根据道路向量与轨迹向量的关系,对共享单车逆行行为进行识别。(4)以北京市核心区为例,应用本文研究方法,对典型共享单车轨迹数据进行了处理、清洗、路网匹配工作,对各条道路的逆行比例及特征进行了测算,与实地踏勘结果对比,验证了方法的有效性,并对逆行成因进行分析,有针对性地提出改造建议。本文共计图62幅,表17个,参考文献103篇。

关键词： 边角异构网   数据处理   平差程序  

摘要： 对于高速铁路长大隧道,由于受到隧道洞内通视性等外部条件限制,常常难以布设传统的导线控制网以满足最短边长300m的规范要求。提出了根据洞内环境,将自由测站边角后方交会网、交叉导线网及边角网有机结合,形成边角异构平面控制网,同时满足高速铁路工程测量规范对隧道洞内控制的精度的要求。基于高速铁路长大隧道洞内的工程实测数据,以边角异构平面控制网的粗差探测与剔除方法、精度指标以及自由网、约束网平差方法为主要的研究内容,分析了边角异构平面控制网的精度。主要的研究内容包括:(1)研究提出了边角异构平面控制网的后方交会闭合环、往返距离闭合环、角度闭合环和三角形余弦闭合环;基于多余观测数理论,提出了增量法确定这四类独立闭合环的数目,并实现了独立闭合环的自动搜索;通过计算独立闭合环的闭合差及其限差来进行观测数据的粗差探测与剔除。(2)通过搜索公共点,实现了各测站局部坐标转换到统一坐标系下的坐标转换算法。基于间接平差原理,实现了自由网平差和约束网平差,并对工程实例进行了精度分析,验证了边角异构平面控制网模型可以满足高速铁路隧道控制的精度要求。(3)结合VC++和数据库Access语言进行边角异构网平差程序设计编制,基于工程实例数据,进行自由网平差与约束网平差的成果比对,且与现有平差软件进行精度对比,验证了边角异构网平差程序开发的正确性。图52幅,表22个,参考文献59篇

关键词： 电磁超声检测   回波模型   经验模式分解   奇异谱分析   特征提取  

摘要： 为了防止石油化工行业输送产品的管道发生灾难性故障,对其进行无损检测至关重要,而对这些管道故障的检测主要集中在量化由管道腐蚀引起的壁厚减薄。超声波管道内检测技术拥有对缺陷敏感、检测直接准确等优点,成为管道无损检测的常用技术。目前,压电超声换能器和电磁超声换能器是两种常用的超声激励方法。其中,压电超声检测需要涂抹耦合剂,会影响检测效率。与压电相比,电磁超声可以简单地产生各类超声波,无需直接接触或耦合剂,但其存在转换效率低和易受噪声影响的问题。因此,对信号进行降噪及特征提取是提高电磁超声管道内检测系统有效性和可靠性的关键步骤。针对电磁超声管道内检测系统缺陷检测的问题,本文研究了电磁超声的基本检测机理,缺陷检测的基本方法,并对回波信号特性、不同缺陷波形特征进行分析。引入算法处理性能评价标准,并采用高斯回波模型对回波信号进行数学建模。针对电磁超声系统回波信号信噪比较差的问题,选用经验模式分解对回波信号预处理,根据信号分解后IMF的特征分布情况,提出了基于欧式距离的IMF筛选原则,并与传统能量法进行对比。针对预处理后信号仍有噪声的问题,通过奇异谱分析对信号进行去噪,提出基于频谱分析的窗口大小选取方法及基于赫斯特指数的重构阶次选取方法对算法进行改进,通过仿真验证了所提算法在降噪和特征保留等处理性能上的有效性。针对缺陷特征提取的问题,研究了几种信号包络法,在考虑检测精度及计算量的情况下,选取峰值包络法中的希尔伯特-黄变换完成信号包络及特征提取。通过计算管道厚度值大小和其它特征参数,推断和确定管道缺陷的类型和尺寸,进而实现缺陷识别。之后使用MATLAB平台设计数据处理系统软件,通过界面操作完成数据的读取、处理及厚度值显示,使算法便于工程应用。为验证本文提出的数据处理技术的处理效果,在实验室制作含有大面积腐蚀及小面积腐蚀的标准试块,分析所提算法对实际检测信号降噪和特征提取的效果,最后对含缺陷的实验管道进行了检测。各实验结果表明,提出的算法具有较高的检测效率,能够实现较为准确的缺陷识别。

ISBN: (纸本)9787115587756

关键词： 立管   运动监测   监测装置优化布置   数据处理   疲劳寿命  

摘要： 随着海洋油气开发的不断发展,海上油气田向深水进发已经是大势所趋。海洋立管在海洋石油生产系统的重要性以及海洋立管破坏后的严重后果决定了海洋立管的安全性是海洋石油生产中不可忽略的一点。本文利用运动监测装置对海洋立管进行监测任务,通过监测数据的处理和疲劳寿命分析,进行海洋立管系统中重要区域的疲劳损伤情况监测和疲劳寿命预测,以此保证海洋立管的结构完整性和水下作业的安全性。首先,本文利用线性回归的方法对所使用理论方法中的相关参数进行了修正;在对立管进行模态分析时,考虑风、浪、流等外部载荷作用以及监测设备外壳和夹具重量对柔性立管的影响,完成了运动监测装置的优化布置;之后,通过模态置信度矩阵进行了运动监测装置布置方式验证。通过分析和验证,确定选择7套设备即可完成监测任务并给出了最佳布置点位。其次,本文根据集成经验模态分解法(EEMD),提出了基于正交性与相关性判定的二次集成经验模态分解方法(OC-EEMD)进行数据的预处理,应用四元数方法计算柔性立管的运动姿态角,并剔除加速度数据中的重力加速度分量,通过时域积分计算立管三向位移;之后,基于船体运动等多源数据,进行了立管运动位移真值求解;最后,通过立管运动测量标定实验台进行实验,验证了算法的可行性和更优性。通过分析发现,上述算法得到的位移结果和趋势接近于实际位移,通过误差分析发现OC-EEMD方法得到的结果优于EEMD方法。最后,本文根据实际工程中的立管结构,建立等效柔性立管有限元模型,将求解得到的立管运动位移真值作为有限元位移载荷条件,计算应力分布和应力变化情况;通过计算应力平均值,寻找疲劳损伤积累最大位置;使用雨流计数法、线性损伤理论和S-N曲线,计算柔性立管的疲劳寿命。经过计算求解,本文所分析的柔性立管内抗拉铠装层疲劳寿命是104.6450年,外抗拉铠装层寿命为198.2434年。本文形成了一套运动监测装置布置优化方案并建立了基于监测数据的立管疲劳分析技术。对海洋工程领域中结构健康监测和疲劳分析有着重要意义和较强适应性,对其他领域的相关研究也具有一定参考价值。

关键词： 瞬变电磁法   YCS2000瞬变电磁仪处理系统改进   TSP   地质雷达   综合应用  

摘要： 我国在修建长隧道的过程中,为了避免不良水体灾害等工程地质问题引入了隧道超前地质预报进行探测。本文以白云山隧道与王岗山隧道多个实例工程为背景,首先对瞬变电磁法、YCS2000瞬变电磁仪原理进行较为系统的阐述,一般认为瞬变电磁法通常对含水构造较敏感,但是由于白云山隧道为瓦斯隧道,下穿多座水库,地质条件复杂,仅单一的瞬变电磁方法对预报段前方围岩情况预测可能不全面,因此再结合TSP(Tunnel Seismic Prediction ahead)系统和地质雷达法共三种综合物探手段进行了综合预报。其次,目前国内广泛使用的YCS2000矿用瞬变电磁仪数据处理软件由于未做反演计算,仅能作频率-视电阻率断面成图,这种成图和预报结果与真实情况存在一定偏差。本文针对这一问题进行了改进,利用正则化反演策略进行反演处理,并将改进后的数据处理程序在王岗山隧道段进行实例验证,对比表明改进结果能够更为准确的预报含水体的位置。主要成果如下:1、分析进行综合超前地质预报技术对隧道重点段的必要性。YCS2000瞬变电磁法原处理系统在探水位置有优势,但存在±20m偏差,因此对其进行了改进研究;TSP法对破碎带较为敏感,能预测水的位置但含水量及准确性有偏差;地质雷达预测距离短,破碎带有时表达不明确。故综合预报采用了改进软件进行了处理且综合论证。2、针对YCS2000矿用瞬变电磁仪数据处理软件未做反演计算,改进的软件除在继承了原有的处理模块如数据平滑和滤波处理之外,还采用正则化理论对数据进行了反演研究,形成了一套软件系统。较原有处理软件相比能够更准确判定含水体的位置。使用改进后的处理软件对玉磨铁路王岗山隧道pk157+600段进行了瞬变电磁数据采集与处理工作,结果表明此软件可较为准确判定含水体的位置,并将其误差由原有处理软件的±20m左右减少为±5m左右。3、利用改进YCS2000瞬变电磁仪处理系统、TSP系统、地质雷达对白云山隧道DK132+472～+442段进行综合预报,其结果表明综合预报技术不仅能避免单一方法的缺点还能够大大提高预报结果的准确性。

关键词： PM2.5   相关系数矩阵   多阶图卷积   长短期记忆   基于类别的校准  

摘要： 近年来,空气质量受到广泛关注,对于保护居民健康至关重要。其中细颗粒物(PM2.5)与大气环境和人类生活息息相关。受到设备性能和部署成本等因素影响,城市中PM2.5监测站数量有限,无法提供细粒度PM2.5浓度。如何根据现有监测站推断、预测和校准没有监测站地区PM2.5浓度对于居民身体健康和城市规划建设等方面具有重要意义。本文获取了空气质量监测站、遥感和气象等数据,将研究区域分为相同大小的网格,对半监督PM2.5浓度推断、未来PM2.5浓度预测及便携式空气监测传感器校准等方面进行了研究。具体内容和成果如下:(1)针对现有PM2.5浓度推断模型缺乏根据动态时空特征建立多阶相关系数矩阵的能力的问题,本文提出了一种基于注意力的半监督多阶时空图卷积网推断模型MOSTGCNInf,并成功应用于推断PM2.5浓度。该模型在利用图卷积网络提取特征关系的同时,采用注意力机制动态构建多阶节点的注意力系数矩阵,并进行时空特征融合来提升PM2.5浓度推断效果。其中,注意力模块使用多阶注意力机制有效捕捉样本数据中的动态相关性,构建注意力系数矩阵;多阶图卷积模块卷积样本数据和多阶注意力系数矩阵并进行融合;全连接模块将输出结果经过线性空间变换以生成PM2.5浓度预测概率分布;自训练优化模块采用伪标签技术迭代推断PM2.5浓度未知节点的PM2.5浓度。实验结果表明,与基准模型相比,MOSTGCNInf能显著提升PM2.5浓度推断的准确率和F1值。(2)基于空间交互假设并针对现有预测模型未考虑PM2.5浓度与周边地区的相关性问题,本文提出了一种基于平衡交互LSTM的PM2.5浓度预测模型BSLPre。该模型基于LSTM方法分别对每个监测站进行时间序列建模,并通过交互池化模块共享彼此的隐藏状态信息,以考虑周围监测站点的影响。最后,利用BMLoss损失函数进一步赋予不同PM2.5浓度污染级别对相邻站点的影响权重。在北京地区的监测站点PM2.5数据集上的实验结果表明,与基准模型相比,BSLPre能显著提升PM2.5浓度预测的准确率和F1值。(3)针对低成本便携式空气质量监测传感器测量结果不精确问题,提出了一种基于容错策略的PM2.5浓度校准模型(Category-Based Calibration Model,CCM),该模型使用机器学习算法来处理此类便携式传感器。与传统的模型往往学习单一的回归模型相比,CCM根据PM2.5浓度类别构建多元回归模型,建立了从传感器读数到参考值的更准确的映射。此外,CCM引入了两个容错模块:分类误差和样本容错。前者减轻了错误分类对集中类别的影响,后者提高了个体回归模型的鲁棒性。实验结果表明,CCM在MAE值和SMAPE值等评价指标中均优于基准模型。上述工作有效解决了PM2.5浓度推断、预测和校准问题,显著提升了准确率、F1值等评价指标。

关键词： 传感器   数据处理   需求分析   流程设计   应用平台  

摘要： 随着科技进步以及无人机无人的优势,无人机的身影越来越多的出现在战场上,无人机携带传感器的种类以及侦察的数据也越来越多。目前市场上均是针对不同传感器数据进行独立分析,处理系统之间相互割裂。结合工程实际,本文分析了市面上常见的无人机及传感器数据情况,选择SAR数据、CCD数据、EO数据、雷达侦察数据和通信侦察数据5种典型数据作为分析对象,完成了一种多类型无人机传感器数据处理应用平台软件的设计与开发。笔者详细开展了软件的需求描述分析、操作流程设计、数据库设计、框架设计、交互时序设计,并指导软件进行开发实现。本文针对专用数据处理组件迭代周期短的特点,设计了一种扩展性较好的软件框架,将可变的专用处理组件与应用平台软件解耦,解决了软件频繁更新的问题,具有更强的工程实用性;并针对处理数据量大及类型繁多的难点,采用HDF5+MYSQL方式实现了多类型大数据的存储与查询,提高了操作效率;最后引入SAR数据资源及SAR数据处理资源完成软件测试,验证了应用平台软件的可行性。

关键词： 虚拟装配   数据处理   特征点提取   间隙阶差   装配序列   二次开发  

摘要： 阵列式复杂形面多构件产品广泛应用于航空航天、卫星制造及应用等领域,由于装配误差的传递以及装配时的相互耦合作用,使其在产品装配过程中出现精度不可控,质量难以保障的问题。目前对于产品装配大多数借助于工艺人员的手工操作,凭借实践工艺经验对产品进行预装配,即反复调整、反复修配、反复试验。轻则,由于产品摩擦磕碰导致装配精度损失,重则造成人力、物力的浪费、装配成本的损耗,严重影响装配效率。本课题针对所述问题,提出了一种基于实测数据的阵列式复杂形面多构件产品虚拟装配技术,研究了与之相关的原理和方法,具体研究内容如下:(1)研究了阵列式复杂形面多构件产品的自动化采集技术以及采集数据的特征提取。基于小尺寸多构件自动化测量需求,设计了自动化数据采集系统;基于实际现场采集数据特点,研究了结构数据的预处理方法,包括点云去噪、自动拼接、配准;分析了处理后结构数据的特点,并基于曲率判别法和投影比较法的装配特征提取模型,根据特征信息构建包围盒,通过包围盒法实现对缝点云分割。(2)研究了基于实测数据的装配模型构建以及多构件虚拟装配序列优化设计。基于装配特征信息,构建了实测数据的装配模型;根据装配体的信息,分析了面向装配工艺的优先约束关系,提出了以装配稳定因子决定装配优先级的方法,获取虚拟装配可行性序列;分析传统遗传算法的在解决非线性优化问题的不足,提出了一种改进的遗传算法,对装配序列进行优化,提高了整体装配精度和速度;设计了虚拟装配特征参数,构建了虚拟装配优化模型,提出了基于量子粒子群算法求解装配特征参数,完成装配调姿;设计了实验对所述内容进行了验证,证明可行、可信。(3)研究了虚拟装配功能实现方法,并进行实验分析验证。基于Poly Works二次开发,设计了一种虚拟装配的功能实现流程,并开发了可视化功能模块,构建了虚拟装配质量可视化平台。并选用可重复使用运载器的陶瓷纤维刚性隔热瓦(典型的阵列式复杂形面多构件产品)进行了虚拟装配实验,分析了装配前与装配后的实验结果,通过验证证明该技术能给装配工艺人员提供可靠的建议,有效提高现场装配效率。

关键词： ETC门架数据   张量Tucker分解   多源数据融合   RBF神经网络   交通状态估计  

摘要： 准确的交通状态估计技术是交通管控措施合理布控的核心,交通数据建模分析是高速公路交通状态估计的基础,而交通数据高维稀疏、海量时变、异构等特征给数据建模带来了挑战。我国高速公路ETC门架系统已发展到空前庞大的联网规模,本文以ETC门架数据为着力点,从ETC门架系统特征和所获数据特征出发,运用张量理论补全ETC门架缺失数据,利用多源数据融合模型整合ETC门架、微波检测器及手机信令三方交通数据,解决ETC门架数据现存问题,对交通状态差异度较小的高速公路进行状态估计。本文主要工作如下: 本文首先基于ETC门架系统运行方式与数据采集技术方法,通过数据预处理对ETC门架交通数据进行了多角度、针对性分析,发现了ETC门架数据当前应用问题。 针对ETC门架数据高维稀疏、体量大、异构等特征,本文利用高阶张量模型进行ETC门架数据表达,通过结合张量Tucker分解与正则项设置对邻近张量块核张量进行近似计算,提出了一种基于动态张量理论的ETC门架缺失数据补全方法。实验证明,在不同程度的缺失情况下,该算法能够有效提高ETC门架数据准确度且计算复杂度不大,具有较高的实用性与可靠性。 大雨大雾、夜间光线不足等原因导致高速公路能见度下降,挑战着ETC车牌识别设备的检测精度。对于此类ETC门架数据异常问题,本文提出了一种基于多源交通数据融合的ETC门架数据校正方法。通过构建多源数据融合层次与K-mean-RBFN多源交通数据融合模型,将ETC门架交通数据与微波检测器所获流量数据、手机信令所获行驶速度数据进行融合处理。利用沪渝高速G50南浔互通至金泽立交段ETC门架及各类检测器数据实例证明,该方法能够解决高速公路能见度较低时ETC门架数据异常问题。 最后,为解决常规方法在本次研究路段中交通状态估计效果不佳问题,本文提出了一种基于支持张量机的交通状态估计方法,以支持向量机在交通状态估计中的良好应用作为方法设计起点,结合ETC门架数据高阶张量模型,推广至基于支持张量机的交通状态估计方法研究。根据实际高速交通状态估计结果可知,该方法能够适用于变化范围较小时的高速公路交通状态估计。 本文通过构建高阶张量模型与张量分解理论实现了ETC门架缺失数据补全,利用多源数据融合方法解决了能见度低时单个ETC门架数据异常问题,应用自监督学习思想与支持张量机理论构建了小差异度交通状态估计方法,在高速公路ETC门架数据的处理和应用方面具有一定的理论意义与实际应用价值。