关键词： 核磁共振测井   数据降噪   数据压缩   稀疏反演   NMR多维谱定量评价  

摘要： 核磁共振(NMR)测井已广泛应用于油气储层的勘探开发。非常规储层物性差,微-纳米孔隙发育,流体组分复杂,核磁共振测井采集的回波数据信噪比低,且存在大量冗余信息;目前核磁共振数据反演方法的布点方式没有考虑岩石孔隙流体NMR弛豫的稀疏性;不同流体组分核磁共振多维谱信号重叠,流体组分定量评价困难。因此,论文针对核磁共振测井数据降噪、压缩、稀疏反演和多维谱定量评价方法展开研究。核磁共振测井采集的回波数据中包含大量噪声,论文提出了一种基于离散余弦变换的核磁共振回波数据降噪方法,并分别设计了单窗口、非重叠等窗长、重叠等窗长和变窗长4种不同的降噪方案。数值模拟结果表明,单窗口降噪方案降噪后的回波数据前几个回波幅值衰减严重,丢失大量短弛豫组分信号;其它3种降噪方案可以对回波数据有效降噪,且变窗长降噪方案效果最优。通过处理核磁共振测井资料,验证了变窗长降噪方案的实用性。核磁共振测井采集的回波数据中存在大量冗余信息,利用离散余弦变换能量集中的特性,论文提出了基于离散余弦变换的数据压缩方法,数值模拟和测井资料处理结果表明,如果仅使用离散余弦变换对回波数据压缩,容易丢失短弛豫组分信号,尤其对小孔占优地层模型短弛豫信号丢失更多。在此基础上提出了一种联合窗口平均和离散余弦变换的数据压缩方法,提出的联合压缩方法可以对回波数据进行有效压缩,不仅减少了回波数据的存储空间,还提高了回波数据的处理效率,反演的核磁共振谱与地层模型的均方根误差小。通过处理核磁共振测井资料,验证了提出的联合压缩方法的实用性。考虑到岩石孔隙流体NMR弛豫的稀疏性,论文提出了一种核磁共振回波数据稀疏反演方法,首先确定岩心的核磁共振弛豫时间区间,逐个添加新的弛豫时间进行反演,并对已选弛豫时间集进行不显著弛豫时间剔除和振荡检测,得到稳定准确的稀疏核磁共振谱。岩心NMR实验数据处理结果表明,利用稀疏反演方法得到的核磁共振谱可以对岩心的孔隙度、渗透率和饱和度进行有效评价。非常规储层不同流体组分核磁共振多维谱信号重叠,导致地层中流体组分个数难以确定。论文以页岩储层二维核磁共振T-T测井为例,提出了3种流体组分个数确定方法。(1)对多个测量深度点的T-T谱组成的混合数据进行快速独立成分分析(Fast ICA),通过计算混合数据中的残余信息得到地层中流体组分个数。(2)对混合数据进行小波主成分分析(DWPCA)和二维主成分分析(2D PCA),确定地层中流体组分个数,相比传统主成分分析(PCA)方法,提出的方法可以更有效确定流体组分个数,且不同的小波基对该方法确定的流体组分个数影响小。(3)利用不同非负矩阵分解参数对混合数据进行处理,得到不同参数下的赤池信息准则(AIC)值,通过权衡不同参数下非负矩阵分解的拟合误差和复杂度,得到地层中流体组分个数。针对非常规页岩储层流体组分定量评价困难,提出了3种核磁共振多维谱定量评价方法。(1)基于非负矩阵分解和区域划分的定量评价方法,通过得到不同流体组分在二维核磁共振T-T谱上的强弱信号区域,从而确定不同流体组分的饱和度。(2)首次将几何学解混方法应用于核磁共振多维谱定量评价,提高了不同流体组分T-T特征的统计独立性,从而更准确地得到不同流体组分在T-T谱上的特征,利用全约束最小二乘方法确定不同流体组分的饱和度。(3)首次将形态学方法应用于核磁共振多维谱定量评价,通过剔除混合数据中的冗余数据,减少非负矩阵分解的耗时,并提高非负矩阵分解的准确性,利用全约束最小二乘方法得到不同流体组分的饱和度。通过处理核磁共振测井资料,验证了提出方法的有效性。

ISBN: (纸本)9787111695837

关键词： 高光谱技术   甜瓜嫁接   愈合预测   数据处理   模型评估  

摘要： 传统的嫁接苗愈合状态判断主要是以有经验的农业人员对嫁接后10天的苗人为判断。在规模化生产中,如果能对嫁接苗愈合状态进行提前预测,不仅能够有效提高嫁接愈合装置的利用率,同时能给甜瓜种植带来巨大的经济效应提升。本文在甜瓜嫁接苗愈合预测方法上尝试了一种更为高效的预测方法。通过对嫁接苗光谱数据的获取,利用ENVI软件提取感兴趣(Region of Interest,ROI)区域,并计算平均光谱值。对原始光谱利用一阶导数(First Derivatives,FD)和二阶导数(Second Derivatives,SD)、标准正态变换(Standard Normal Variate,SNV)和去趋势处理(Detrend)、平滑21点(Smooth 21)、多元散射矫正(Multiplicative Scatter Correction,MSC)等预处理方法及两种以上的组合预处理方法,建立支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、决策树和XGBoost三种分类模型;优选模型对应的最优预处理算法得到光谱数据,利用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)、竞争性自适应重加权(Competitive Adaptive Reweighting Sampling,CARS)、遗传算法(Genetic Algorithms,GA)、连续投影算法(Successive Projections Algorithm,SPA)四种算法进行特征变量选择,随后利用特征变量建立分类判别模式,为嫁接苗嫁接愈合的提前预测提供理论依据。特征变量建立的分类判别模型结果表明,在SVM模型的分类结果中,两种不同的数据预处理方法组合三种特征变量选择算法,选择的特征变量建立的模型校正集和预测集结果＿1score F的值分别在58%～87%和53%～80%之间。其中光谱原始数据经过CARS特征选择,模型预测的＿1score F值是最高的,＿1score F值达到了80%。在决策树模型分类结果中,校正集和预测集＿1score F值分别在58%～89%和53%～85%之间,其中通过FD数据预处理后,通过GA和PCA两种算法进行降维后,得到的＿1score F达到了85%。在XGBoost模型的分类结果中,同样用两种预处理方法组合3种算法选择的特征变量建立的模型校正集和预测集＿1score F分别在83%～95%和80%～93%之间。通过FD数据预处理与GA算法组合后,模型＿1score F最高,达到93%。在所有的数据预处理方法和分类模型的组合中,FD-GA-XGBoost模型效果最好。基于高光谱技术的甜瓜嫁接苗愈合预测方法,利用嫁接后4、5、6天的嫁接苗光谱数据,可实现在嫁接后6天对嫁接愈合较为准确的判断。

关键词： 激光跟踪仪   精度分析   三维控制网   秩亏自由网平差   干涉测距  

摘要： 当前，我国装备制造业与工业技术的发展日新月异，工业设备结构趋于复杂且安装精度要求极高，对相关测量技术与方法特别是高精度三维控制网的建立提出了更高的要求。激光跟踪仪因其测量精度高、测量范围大、便携性好、作业高效等技术优势，己成为现阶段构建精密三维控制网的重要手段。本文以LeicaAT930激光跟踪仪为研究对象，围绕激光跟踪三维测边网构建与平差方法展开研究，所开展的主要研究工作及成果如下:　　(1)从激光跟踪仪球坐标测量原理出发，对激光跟踪仪的点位误差进行了解析。以LeicaAT930型激光跟踪仪为研究对象，重点分析了激光跟踪仪“测角线性误差”和测距误差的悬殊性。通过仿真模拟，揭示了空间三维坐标精度随各观测要素的变化规律。最后，探讨了“解析点位精度”与“仪器标称点位精度”之间的精度差异，以期对激光跟踪三维控制网的构建提供基础依据。　　(2)探讨了激光跟踪三维控制网的构建与优化方法。介绍了激光跟踪三维控制网的基本构成，对比分析了经典自由网平差基准与秩亏自由网平差基准，利用控制网平差前后重心位置不变的性质，解决秩亏自由网平差的基准缺失问题。顾及激光跟踪仪测角线性误差与测距误差的悬殊性，仅利用其微米级高精度激光干涉测距值，构建激光跟踪三维测边网，推导了误差方程式。　　(3)针对激光跟踪三维测边网中平差前测站点近似坐标的解算问题，介绍了后方交会法与坐标转换法。探讨了激光跟踪三维测边网中系数矩阵秩亏的原因，针对系数矩阵秩亏造成法方程解不唯一的问题，分别推导了基于矩阵奇异值分解的激光跟踪三维测边网平差模型、利用重心基准的激光跟踪三维测边网平差模型。顾及激光跟踪三维测边网中测站点和控制点的稳定性差异，分别将测站点和控制点作为拟稳点，推导了拟稳平差模型。　　(4)在山东科技大学三维综合实验场内构建激光跟踪三维测边网，开展了数据采集与平差处理实验。借助软件编程，实现了基于矩阵奇异值分解、重心基准约束条件下的激光跟踪三维测边网平差模型、拟稳平差模型的解算。平差后各点坐标反算距离与激光干涉测距值的偏差可控制在±10μm以内，验证了所涉平差模型的有效性，并对比分析了各类平差模型的解算精度。

关键词： 串行足底压力图像   数据处理   双分支时序移位   四分支时序自适应   足迹检索系统  

摘要： 足迹作为重要的人体行为特征具有唯一性、稳定性,基于足迹特征可以实现高效的个人身份识别。现阶段足迹识别虽然取得一定进展,但仍然面临一些问题,主要包括研究对象多是单枚足迹数据,无法获取足迹间的时序性信息;同时,足迹数据较少,足迹图像间相似度较高,难以提取具有差异性的足迹特征。如何从日益复杂的足迹种类和日益增多的足迹数量中有效提取足迹特征是一个关键点。 针对上述问题,本文采集了串行足底压力数据,基于其时序特性,同时结合深度学习方法提出了两个串行足底压力图像检索算法,并设计了串行足迹检索系统。本文的研究内容主要包括以下四部分: (1)构建检索实验所需的串行足底压力图像数据集。首先按照采集流程采集354人的足迹数据,采集过程中牢记采集注意事项。其次针对串行足迹检索任务,提出了去噪、剪切、中心化等预处理流程。最后基于是否中心化预处理构建了两大类八个数据集,每大类数据集包含赤足、布鞋、皮鞋、运动鞋四个鞋型,每种鞋型有正常走、背包走、提包走三种负重状态。 (2)为了同时实现同种鞋、多种鞋的高准确率检索,基于串行足迹数据的序列特性提出了一种双分支时序移位算法。该算法首先在基准网络的基础上添加时序移位模块强化网络时空建模能力,其次引入右脚判别模块细化串行足迹特征,最后使用三卷积层模块进一步强化网络提取关键性特征的能力。一系列的对比消融实验证明该双分支时序移位算法的有效性、鲁棒性。 (3)为了进一步提高模型的检索性能,同时解决模型迁移带来的准确率下降问题,基于高效时空建模方法提出了一种四分支时序自适应算法。该算法在双分支时序移位算法的基础上将时序移位模块替换为时序自适应模块,更新网络的自适应卷积核参数。然后添加多分支时空增强模块,从多个维度聚合足迹序列间的时空信息,最大程度保证信息的完整度,从而进一步提高检索模型的性能。一系列的对比消融实验证明四分支时序自适应算法的有效性、鲁棒性。 (4)设计串行足迹检索系统。该系统主要功能模块为串行足迹入库和串行足迹检索两类,串行足迹入库将足迹数据录入到数据库,串行足迹检索实现足迹数据的检索。经系统测试,可以很好实现串行足迹的入库、检索功能。

关键词： 大黄   大黄酸   质量标志物   AUC pooled法   智能数据处理技术  

摘要： 中药已有上千年的临床使用经验,为人类健康保驾护航。然而,受产地、时令、炮制工艺等因素的影响,中药质量参差不齐,导致药效出现差异。如何保证中药质量的一致性是一大挑战。近年来,质量标志物(Q-marker)概念的提出,为中药的质量评价提供了新思路。本研究从体内药代特性出发,以传统中药大黄为研究对象,期望建立高效寻找药材Q-marker的研究策略。首先,我们对大黄单方制剂进行了全面的化学成分鉴定,共识别到223个化合物,例如没食子酸、大黄素、大黄酸等,成功搭建了大黄成分数据库。随后,通过优化组合常规DDA和DIA采集方式,开发了针对具有相似母核成分的非靶向质谱二级数据采集工作流程,高效识别了大鼠体内大黄蒽醌相关代谢产物,明确了五个主要蒽醌成分(大黄素、大黄酸、大黄素甲醚、大黄酚、芦荟大黄素)的代谢途径。在此基础上,结合实验室前期研发的多种智能后处理技术,首次识别鉴定了人体血浆中72种大黄相关成分,包括11个原型成分及61个相关代谢物。结果表明人体内主要发生的是葡萄糖醛酸化及硫酸化等二相代谢反应。通过AUC pooled半定量法,实现大黄体内不同成分相对暴露量的快速比较,寻找到了暴露量最高的大黄酸,并通过Pearson相关性分析法比对了大黄酸与其他主要成分之间的药代相关性,证明大黄酸可代表体内大黄主要成分的变化趋势,可以作为潜在的Q-marker。考虑到种属间可能存在的代谢差异,我们进一步采用AUC pooled法证实了大鼠、小鼠与人体间具有良好的代谢一致性,为后续药效学研究的开展提供合适的模型动物。最后,我们利用肺炎及胰腺炎两种病理模型验证大黄酸具有良好的治疗效果,能显著降低促炎因子IL-6,IL-1β的浓度,改善组织病变情况。经过研究,我们认为大黄酸可以作为大黄的Q-marker,需重点对其含量进行监控。本研究综合运用智能数据后处理技术和AUC pooled法,基于人体暴露视角对大黄进行了全面研究,并成功找到Q-marker,可指导其他中药Q-marker的寻找。

关键词： 变形监测   PS-In SAR   时间序列   深度学习   LSTM  

摘要： 地表沉降属于一种动态且长期存在的地质变动现象,唐山市南湖地区在发展过程中出现了显著的地表沉降问题。为实时掌握南湖地区地面沉降数据,全面了解地面沉降情况,减轻或减少地面沉降对社会带来的影响。利用PS-In SAR技术实时动态监测此区域的地表沉降,同时引入深度学习预测模型,综合沉降因素预测沉降变化趋势,对当地的防灾减灾和发展建设存在非常重要的意义。以唐山市南湖地区为例,通过采用PS-In SAR技术对研究区(2017年9月12日至2020年9月20日)的地表沉降信息进行提取,根据监测结果对主要发生沉降的区域分别以东西走向和南北走向进行分析。结合水准测量和GPS观测的实测数据分别对PS-In SAR的监测结果进行验证。通过构建ARIMA模型、SVM模型、LSTM模型,揭示变形监测数据蕴含的规律,从而用于预测监测区域的形变情况。并采用RMSE、MAE、MAPE三个评价指标对模型的预测结果进行精度评估。同时对研究区主要发生沉降的相邻区域进行相关性分析。研究表明,PS-In SAR技术提取的地表累积沉降量,与三等水准测量实测数据间的相关系数为0.9431;与GPS观测实测数据间的相关性为0.9971。证明PS-In SAR地表形变监测结果与实测结果具有很强的一致性,监测结果较为可靠。根据PSIn SAR的监测结果显示,在监测周期内研究区共形成了地震遗址公园、凤凰台、薰衣草庄园、天鹅湖动物园、爱尚庄园、锦鲤中心,六个明显的沉降区域。将PSIn SAR监测的时序累积沉降信息,利用各个模型进行沉降预测,根据沉降-时间走势图表明,LSTM模型的预测结果与PS-In SAR监测结果较为一致。与其他两个模型相比,LSTM模型的RMSE、MAE、MAPE值均为最小,模型预测精度高,满足南湖地区地表形变监测工程需求,可应用于实际生产中。通过对发生沉降的相邻区域分析,结果显示相邻区域间相关系数均在0.89以上,说明相邻区域间存在连片沉降的可能性。图39幅;表20个;参88篇。

关键词： 伽玛射线暴   光变曲线   辐射机制   喷流结构   脉冲轮廓   快速射电暴   数据处理   统计分析  

摘要： 伽玛射线暴(Gamma Ray Bursts,缩写GRBs),简称伽玛暴,是短时标内宇宙空间中最强烈的高能天体爆发现象,能量高达1051-1054erg。自从1967年被美国的Vela军用卫星发现以来,伽玛暴的研究已经成为天文学领域中最活跃的研究方向之一。根据伽玛暴持续时间T90的长短,以2秒为界分为长伽玛暴和短伽玛暴。长伽玛暴被认为起源于大质量恒星的塌缩,而短伽玛暴则来自于致密双星的并合。伽玛暴及其余辉辐射可以用标准火球-内激波和外激波模型来解释。普遍认为伽玛暴的辐射不都是各向同性的,多波段余辉光变曲线中的拐折现象等证明了部分伽玛暴准直喷流的存在。喷流结构并不都是均匀的,特别是首个引力波伽玛暴GW 170817/GRB170817A的观测和模拟结果表明了其结构化喷流特征。本文主要通过对伽玛暴瞬时多成分伽玛辐射和多波段余辉辐射的光变特性和能谱特性的研究对喷流结构和辐射特征进行限制。此外,本文从不同的观测特性出发对快速射电暴进行了重新分类,对比分析不同分类标准下快速射电暴的观测特性。本文章节安排如下。第1章介绍了伽玛暴及相关领域的主要观测和理论进展。首先,简单介绍伽玛暴的观测历史和伽玛暴相关理论,包括火球-内激波模型、标准余辉模型、前身星模型、中心引擎及喷流结构等。接着,分别介绍了伽玛暴瞬时辐射及各波段余辉辐射的观测特征及研究进展。最后,简要介绍了快速射电暴领域的观测和理论进展,包括快速射电暴的发现及研究历史、分类、主要观测特征及理论模型等。第2章介绍我们关于CGRO/BATSE短伽玛暴的瞬时伽玛辐射光变曲线的脉冲特性的研究,目标是寻找不同能道间脉冲轮廓的演化模式。研究发现双峰暴的第一个脉冲与单峰脉冲具有多方面的相似特征,说明它们可能具有相同的物理起源;同时,两类双峰短暴呈现不同的脉冲特性,我们认为它们可能来自于不同的辐射过程。我们还发现从低到高不同能道间光子能量与脉冲宽度呈现多样的幂律关系,结合能道间规律性不同的脉冲轮廓演化序列,对短伽玛暴相对论性的外流结构与演化给出解释和限制。第3章介绍我们对Swift/BAT短伽玛暴的前兆辐射、主辐射和延展辐射等三种辐射成分的系统分析。研究发现包含不同辐射成分短暴的主辐射特性都是相似的,可能具有相同的能源机制。我们还发现Swift/BAT短伽玛暴中多主辐射脉冲伽玛暴的第一个主辐射脉冲也与单脉冲伽玛暴具有相似性,并且得出了不同能道间主辐射脉冲轮廓演化序列的新模式,为研究伽玛暴外流结构和演化提供了更多的观测数据支持。同时,我们发现前兆辐射、主辐射和延展辐射的三种辐射成分脉冲也具有相似特性,且它们的峰值流量之间幂律相关,证实了它们可能是由相似的中心引擎活动产生。我们还对比分析了 GRB 170817A的主辐射和延展辐射特性,发现与其它延展辐射短暴并无明显区别。第4章介绍我们对短伽玛暴内的多类瞬时辐射阶段能谱演特性的研究。我们发现单脉冲和双脉冲短伽玛暴中不同瞬时辐射阶段的峰值能量与它们的持续时间不存在相关性;各辐射阶段的峰值能量和积分流量之间没有明显的相关性;从早期的前兆辐射、主辐射到晚期的延展辐射之间整体上不存在明显的能谱演化;各辐射阶段平均流量和积分流量之间存在一定的幂律关系。该项研究表明,三种辐射成分可能源自相同的辐射机制,但对应不同的物理过程。第5章介绍我们对邻近的低光度长伽玛暴GRB 171205A的多波段特性研究。从能谱延迟、谱能关系、寄主星系辐射和所在星系位置等角度综合约束其物理起源,并与其它超新星成协的低光度伽玛暴、长伽玛暴及千新星成协的短伽玛暴进行了细致比较。最后,对GRB 171205A的偏轴视张角进行了估计,从多方面论证它的确是一个偏轴长暴。第6章介绍我们对宇宙快速射电暴的统计研究工作。通过分析133个快速射电暴观测脉冲宽度的分布,我们首次提出以100ms为界将快速射电暴分为长短两类。然后,我们对不同分类标准下快速射电暴的观测性质进行比较分析。最后,对快速射电暴的峰值流量密度随红移的演化进行了研究,发现高灵敏度射电望远镜如FAST、SKA等对高红移快速射电暴具有很强的探测能力。第7章对本文主要内容进行总结,并对下一步研究工作进行了展望。

关键词： 光纤射频传递系统   噪声理论   卡尔曼滤波   希尔伯特-黄变换   频率稳定度  

摘要： 稳定的频率同步技术在射电天文、同步导航等方面起到至关重要的作用。随着高精度原子钟的发展,频率同步的稳定度有了更高的要求。如何将更高稳定度的标准频率从本地端传输到远端,是亟待解决的重要问题。传统射频是以卫星为基础实现数据传输,是因为在信息传送的过程中会叠加上对流层、电离层等产生的干扰,卫星信号信噪比可能会严重下降,从而造成频谱稳定性的降低,无法保持高质量传输。光纤作为时间频率信号的传递媒介之一,因具备低损耗、宽频带等优势,目前被广泛用于航天测控、高速通信、卫星导航、精准雷达、电子测量、金融证券、铁路运输等领域。然而长距离光纤射频传递系统的输出信号往往会叠加大量随机噪声,影响系统的稳定性。为了提高输出信号的稳定度,需要识别并滤除长距离光纤射频传递系统携带的噪声。国内外已经提出了多种噪声分类与去除的方案,使光纤射频传递系统的稳定性有了明显提升。近年来,为了进一步提升传输稳定度,有关系统噪声的研究愈发受到国内外课题组的重视。本文基于对国内外研究成果的分析,针对长距离光纤射频传递系统中存在的噪声干扰进行了理论分析与实验验证。本文的主要工作包括:1.研究了光纤射频传递系统传输性能的评估指标,并进行相应的理论推导。研究了光纤射频传递线性噪声和非线性噪声相关内容,分析了信号在经长距离传输中所携带的重要噪声,并着重论述多种常见噪声的原理和作用方式。2.针对光纤射频传递系统的实时噪声滤除应用需求,本文提出一种适用于长距离光纤射频传递系统的基于改进卡尔曼滤波的去噪方案。该方案选取逆Wishart模型作为噪声模型,提升了卡尔曼滤波的精度,进而提升了系统的稳定性。结果表明,使用改进后的自适应卡尔曼滤波的精度在万秒量级上相较于经典卡尔曼滤波算法提升了12%-13%;改进自适应卡尔曼滤波去噪后的数据值短期稳定度从2.9 × 10-14@1s 提升至2.4 × 10-14@1s,长期稳定度从 1.7 × 10-16@104s 提升至 1.4 × 10-16@104s。3.针对光纤射频传递系统的精确去噪应用需求,本文提出一种基于希尔伯特-黄变换的方案。针对系统采集到的原始信号进行数据分析,对信号进行希尔伯特-黄变换分解,通过希尔伯特边际谱获取噪声分量的频率范围,然后分析系统噪声来源,滤除系统噪声。相对于快速傅里叶变换的直接滤波手段,本方案克服了快速傅里叶变换的频率混叠的问题,通过分解不同频率成分的模态提取到系统存在的噪声分量,进而剔除无用噪声成分、重构有用信号成分,既可以较好地保留高频部分信息,又可以保持低频部分的光滑特性。