基于偏最小二乘法的巢湖悬浮物浓度反演

悬浮物浓度是水质评价的重要参数.对2009年6月巢湖实测的高光谱数据进行小波变换以去除数据冗余,减少建模时间.考虑到不同的小波基函数和分解尺度对数据压缩的影响,采用3个指标作为评价标准,最终选择小波基函数为Db4,分解尺度为4的小波变换,经小波变换后,原来的451个波段的光谱数据压缩为34个特征变量.利用小波变换后的光...     

基于阻尼最小二乘法的位场欧拉反演方法

欧拉反演方法是一种常用的估算场源位置的位场反演方法.在欧拉反演方法中如何获得稳定的解是一个还没有得到很好解决的难题,场源异常相互叠加干扰使反演系数矩阵极易奇异是造成反演结果发散的主要原因.我们基于阻尼最小二乘法对欧拉反演进行了进一步的分析研究,试图提高反演结果聚集度,获得可靠的反演结果.经过研究发现,阻尼因子的选取、系数矩阵的特征值、坐标系原点的位置设置等因素都会影响反演结果.阻尼系数大小与反演结果向原点压缩的程度呈正相关关系;系数矩阵特征值的大小与反演结果向原点压缩的程度呈负相关关系;并且特征值较小的系数矩阵对应的反演结果对坐标原点的位置变化较敏感.当阻尼系数确定后,采取变换坐标参考点的方法可以获得发散性小、稳定性好的反演结果,据此我们提出了变坐标系筛选方法.为了进一步地缩小反演结果的分布范围,我们根据反演结果与窗口中心点的空间关系对反演结果进行再次筛选.模型实验表明,阻尼最小二乘法欧拉反演方法和变坐标系筛选方法简单易行,可以明显地改善反演效果,增强反演结果的聚集程度.

     

基于Levenberg-Marquardt法和最小二乘法的中国西部烈度衰减关系模型研究

收集1900年以来,中国西部地区488次地震的烈度等震线资料,采用长、短轴椭圆模型,应用Levenberg-Marquardt法和最小二乘法拟合了中国西南地区和西北地区地震烈度衰减关系,结果表明:两种拟合方法的回归模型结果具有良好的一致性,在西南地区与西北地区2个统计单元内地震烈度衰减关系有显著不同,应作为不同的分区对待.同时,将本文结果与其他研究者得出的中国西部地区地震烈度衰减关系结果进行了对比分析,并以近年来中国西部发生的6个真实地震的烈度圈数据为基准,对比了本文模型与其他区域模型的长、短轴及面积的计算结果,结果显示:本文烈度衰减关系计算结果的精准性要稍高于大区域的计算结果,但相对于小区域来说,本文结果比小区域的烈度衰减关系结果误差偏大.由于地震烈度衰减关系具有区域性特征,区域划分越细范围越小,结果精准性越高,但是计算大区域的烈度衰减关系,有利于第一时间掌握灾区大范围的灾情分布,特别是对于震级较大的地震,计算得到大尺度上的地震烈度衰减关系,可以迅速分析相邻省区受影响地区的烈度分布特征,无须利用另一个省的地震烈度衰减关系数据重新计算,故而本文两种方法得出的结果较好地反映了烈度衰减的区域特征,适合用于中国西部地区的工程地震研究和应用.     

最小二乘法分段拟合标定反应谱方法

反应谱的标定方法直接关系到反应谱特征参数的确定,合理的反应谱标定方法得到的设计反应谱能够真实地表达地震动的特性,是确定地震动输入的重要环节。提出了基于坐标变换的最小二乘法分段拟合方法,通过对汶川大地震不同场地典型强震记录反应谱的标定,对比了反应谱不同的标定方法,根据反应谱标定图形的对比及误差分析认为,最小二乘法分段拟合方法是操作简便且标定结果合理的反应谱标定方法。     

基于卡尔曼滤波和递推最小二乘在部分观测信息下的参数识别法

有限观测信息下的参数识别是结构健康监测领域内的一个热点问题,传统的卡尔曼滤波(Kalman Filter,KF)不能识别结构参数,递推最小二乘法(Recursive Least Square Estimation,RLSE)可用于参数识别,但需已知结构全部响应,为此提出一种基于KF和RLSE的参数联合识别法,该方法首先利用部分自由度上的加速度响应观测值,通过KF估计下一步的系统响应信息,包括速度和位移响应;然后,基于该响应估计信息和当前步的结构参数估计值,根据运动平衡方程,获得下一步的加速度响应估计值;最后,利用已观测的有限加速度响应,获得改进的加速度响应向量,进而基于RLSE获得下一步的结构参数识别值。简支梁数值算例结果表明,该方法能准确识别结构参数,同时能实现系统响应的有效估计。     

基于偏最小二乘线性求解的结构损伤识别

基于模态参数化线性求解结构损伤的识别方法在工程中具有较为广泛的应用。然而,在噪声的干扰下,当结构可测量的模态阶数较少时,利用该方法求解的结果会出现大量的虚假损伤,严重扰乱真实的损伤信息。针对此问题,引入了一种基于偏最小二乘多线性回归建模的方法来对损伤识别结果进行降噪处理。通过对损伤结构的频率和振型信息添加一定水平的噪声干扰,分析确定结构单元的损伤参数,并利用偏最小二乘法重构线性方程组。同时,选择识别结果较为稀疏的解作为标准样本点,利用奇异值分解法回代求解结构的损伤参数。以桁架模型为例的数值模拟结果表明,在噪声干扰下,该方法与传统最小二乘法和奇异值分解法相比,不仅损伤识别结果准确,而且能够最大程度抑制虚假损伤的产生。     

基于高紧支性移动最小二乘法的骨密度能谱探测技术研究

双能X射线骨密度仪系统具有测量精度高、时间短、剂量低等独特优势,是目前X射线骨密度测定技术的“金标准”。本文采用半导体CdZnTe探测器模块搭建半导体光子计数骨密度能谱测量平台,针对CdZnTe半导体探测器信号特点,使用移动最小二乘算法进行不同材料高低能拟合校正。移动最小二乘算法通过权函数改变目标数据点周围节点对其影响程度,可以让数据点的拟合方向更具灵活性。研究分析移动最小二乘算法对双能X射线骨密度测量数值的数据处理流程,完成基于移动最小二乘高低能拟合校正算法的骨密度测量实验。实验结果表明,本文所设计实现的基于移动最小二乘算法的骨密度双能拟合技术在实际应用中能达到较好的拟合误差精度,其中探测器像素单元在高能条件下拟合平均误差为0.032%,低能条件下拟合平均误差为0.036%。进一步数据分析表明,边缘像素单元与中心像素单元在高低能条件下的拟合误差差异仅为0.012%和0.011%。该算法能够有效提高半导体光子计数探测器的骨密度测量精度,降低探测器边缘像素单元信号不均匀性差异带来的误差影响,对目前线阵或面阵光子计数半导体探测器像素差异对骨密度诊断的影响具有良好的改善作用。     

基于最小二乘偏移的地震分辨率分析

最小二乘偏移将地震成像过程视为一种最小二乘线性反演问题,能有效降低由数据不规则引起的偏移假象,改善窄频率或窄波数带宽、复杂变化子波和强吸收衰减所造成的偏移噪声,进而提高复杂勘探目标的成像分辨率,得到更接近真实地层反射系数的振幅信息,是解决深层油藏描述和油藏监测问题的重要手段之一.理论上,最小二乘偏移能完全消除采集的有限孔径和不规则性对成像的影响,获得最佳的空间分辨率和振幅精度,但在实际应用中,由于反演精度和迭代次数的限制,最小二乘偏移过程仍会受到采集因素的制约,需要对其效果进行评价.但另一方面,最小二乘偏移的分辨率特征及其采集需求与传统偏移具有明显的差异,传统的分辨率评估手段也不再适用.基于此,本文提出了一种基于最小二乘偏移的地震采集观测系统聚焦分辨率定量评价方法,能在采集施工前,针对复杂三维速度模型中的目标点、目的层或目标区域,基于最小二乘偏移算法定量预测待选采集方案的分辨率和振幅精度,进而反馈采集参数设计,从数据采集的源头提高复杂地区的地震成像效果.实例应用结果表明,在较复杂介质条件地区或存在地表采集障碍区的情况下,最小二乘聚焦分析得到的偏移噪声、分辨率和角度域振幅精度均要明显地优...     

位场向下延拓的迭代最小二乘法

将位场向下延拓作为一种反问题,结合正则化方法和快速傅里叶算法的优点,本文提出了一种解决位场向下延拓问题的迭代最小二乘法.新方法将位场向下延拓问题转化为最小二秉问题,采用梯度下降法对最小二秉问题进行迭代求解,在迭代过程中,利用快速傅里叶变换方法解决了计算量大的问题.新方法对延拓数据中的噪声具有很好的抑制作用.利用不合噪声...     

基于改进反应位移法的盾构隧道横向抗震规律研究

在地震动作用下,小间距盾构隧道夹土层区域的动力反应影响结构的内力与变形,而反应位移法未考虑夹土层弹簧参数的变化,本文针对这一误差来源,提出了改进反应位移法。一方面在反应位移法合理内容的基础上完善计算模型,另一方面通过数值计算将改进反应位移法与动力时程法进行对比分析,并拟合理论模型对改进的方法进行修正。结果表明,两种算法下结构的地震响应规律一致;间距d≥8m时,结构地震动反应变化不明显,可按反应位移法计算;理论模型提高了改进反应位移法计算结果的精度。     

用小波变换和最小二乘支持向量机方法预测华南地震区年度最大地震

应用小波变换和最小二乘支持向量机（LSSVM）相结合的方法（小波-LSSVM）预测华南地震区年度最大地震。先用小波变换将地震序列分解成不同尺度水平（频率段）的子序列，再用LSSVM方法分别对各子序列建模预测，最后重构各子序列的预测结果并得到最终预测结果。经与周期图方法和LSSVM预测方法比较研究表明：模型输入量中包含地球自转速率变化的小波-LSSVM方法预测效果很好，可以用于华南地区年度最大地震预测研究，且地球自转变化与华南地震时间序列的低频部分（趋势）和高频部分（短期变化）之间存在很强的、互不相同的非线性关系。     

基于断面突变的地铁隧道结构的抗震性能与措施研究

本文依托西安地铁5号线某区间工程,针对矿山法隧道与盾构法隧道接口处断面突变条件下的结构抗震性能进行了研究,研究表明,在地震作用下,当两者接口处隧道断面高差为3.5m时,隧道横向强度与变形、纵向抗拉与抗压均能满足规范要求。随着隧道断面高差的增大,结构变形也相应增大,接口处为结构抗震薄弱环节。当接口处矿山法隧道断面增大时,地表位移及盾构法隧道拱顶、拱底的相对位移差略有增大,而矿山法隧道拱顶、拱底相对位移增长趋势较为明显。当接口处隧道断面高差介于4—7.5m时,矿山法隧道拱顶、拱底相对位移明显增大,不利于结构抗震。因此为确保地震作用下不同断面隧道相接处的结构抗震满足要求,建议断面高差控制在4.0m以内,可将矿山法隧道设计成刚柔结合的复合式衬砌结构,同时可考虑加固地层、设置变形缝或柔性接缝,并在条件允许时适当减少衬砌结构厚度等。研究结论可为类似工程的设计与施工提供理论支撑。     

断层气氢浓度观测技术试验研究

In order to explore the new technology and methods for seismic underground fluid observation, a test study on measurement of hydrogen concentration in fault gas is carried out at the piedmont fault zone of Zhongtiao Mountain. Through the experiment on observation positions, gas collection devices and sampling depths, the paper presents the observation method for fault gas hydrogen concentration by using an online automatic trace hydrogen analyzer. Comparative tests are conducted on the stability and optimum conditions of this type of instrument in the field environment, and the hydrogen concentrations at different measuring points of the same fault are observed. The results show that it is technically feasible to carry out continuous hydrogen concentration on a fault zone. The method proposed in this study could be a useful tool for setting the observation points, choosing a reasonable observation depth and scientific analysis of the observed data.     

基于强度折减法的隧道洞口段地震稳定性研究

近年来,强度折减法在岩土工程静、动力稳定性分析领域快速发展。基于该方法,相关学者研究了边坡和隧道的动力稳定安全系数。隧道洞口段是围岩、边坡和衬砌结构相互作用的三维复杂结构体,当前对其地震稳定性研究多集中于定性描述,尚不能给出量化的指标。依托振动台试验,建立相应的洞口段三维数值模型,采用强度折减法,引入结合突变理论的塑性区应变能和其他判据,获得洞口段的动力稳定安全系数。结果表明:结合突变理论的塑性区应变能和其他判据得到的安全系数的最大相对误差较小,在洞口段的地震稳定性分析中采用该判据具有简便、量化等优势;计算出的洞口段的动力安全系数与动力加载降低结构稳定性的一般规律相一致;安全系数为1.52说明洞口段有较高的地震稳定性,与振动台试验的实验现象符合。     

隧道结构抗火研究进展及趋势

火灾引起的高温对隧道结构有着显著的影响,会导致其不同程度的破坏甚至坍塌。在大量阅读相关中外文献的基础上,通过实例分析了隧道结构在火灾高温中受到的影响,介绍了隧道结构火灾的国内外研究现状,指出了其中存在的一些问题,并对隧道结构抗火研究进行了总结和展望。     

断层土壤气CO2含量快速测定法关键问题探讨

为了提高断层土壤气CO2含量观测数据的映震效能,从测点选择、装置布设、观测方法、辅助测项4个方面对断层土壤气CO2含量快速测定法的关键问题做了全面研究,得出结论：（1）断层土壤气CO2含量测点应选择在活动断层破裂带上或紧邻破裂带的敏感地带,在测点选择时应结合地质资料和钻孔资料对预选址的地下岩石结构及其破裂程度进行研究或有效探测,不宜仅为了观测方便在现有地震台站随便选址;（2）断层土壤气CO2含量快速测定法的装置要尽可能布设得深人地下,至少应使测定孔深度超过地表以下0．5m,最好能够选择深人地表以下2．0m以上的深度,以尽量减少或不受地表生物层的影响,但在装置布设时也要充分考虑地下水位的变化情况;（3）在使用断层土壤气CO2含量快速测定法观测CO2含量变化的过程中应努力消除人为因素的影响,避免主观随意性,特别是应将CO2含量快速测定管放置到靠近测定孔的孔底位置,快速测定管底部开口应尽量保持一致且要使开口口径最大化,避免快速测定管触底;（4）测定孔内温度与断层土壤气CO2含量变化呈正相关,降雨量对断层土壤气CO2含量测值有负面的影响,同步进行测定孔内温度和降雨量辅助观测是必须的。鉴于气压变化与断层土壤气CO2含量变化有较强的负相关,建议在机理上进一步研究其影响,同时还应引入湿度作为断层土壤气CO2含量观测的辅助测项。     

古登堡-里希特定律中的b值统计样本量研究

b值是研究地震活动的重要指标,其广泛应用于地震危险性分析和地震预测研究之中,与实际资料的完整性、样本量的大小、计算方法等因素有着重要的关系。常见的b值计算方法有最小二乘法和最大似然法,样本量的大小对这2种方法影响很大。本文利用蒙特卡罗模拟地震目录和汾渭地震带实际目录作为样本,从中抽取不同大小的样本量进行计算,研究不同样本量下这2种方法计算得到的b值与设定值或真实值之间的差别。结果表明,最小二乘法需要的最低样本量为1000,最大似然法为200;当样本量达不到要求时,计算出的b值是不可靠的;由于对样本量的要求不同,前者适用于计算区域的整体b值,而后者在研究某区域b值在时间轴上的变化方面更有优势。本研究为确定2种b值计算方法对样本量的最低要求提供了参考依据。     

公路隧道集中排烟系统流速分布规律数值模拟研究

采用火灾动态模拟软件FDS,对独立排烟道集中排烟模式在火灾条件下的排烟情况进行模拟计算,分别研究了集中排烟中双向排烟方式和单向排烟方式下不同排烟阀设置方案工况的排烟道流速和排烟阀流速分布规律。结果表明,双向排烟方式下,排烟阀流速与排烟道流速呈对称分布;单向排烟方式下,排烟阀流速与排烟道流速呈非对称分布;当排烟道横截面面积一定时,改变排烟阀设置方案对排烟道端部流速的影响不大;随着排烟阀开口面积的增加,离风机较近的排烟阀流速逐渐降低,而该排烟阀的排烟量却逐渐增大;排烟道和排烟阀流速的大小与排烟量、排烟阀设置方案、排烟道横截面面积等参数有关。本文研究可为集中排烟系统流速的合理设计提供依据。     

时变功率谱模型参数衰减规律研究

基于美国西部基岩强震加速度记录资料,采用多重滤波技术计算水平向和竖向地震加速度记录时程的时变功率谱值,并利用非线性最小二乘法拟合了对应于各条加速度记录时程的时变功率谱模型参数值.采用经验统计方法,分析了水平向和竖向加速度时变功率谱模型参数随震级、震中距及频率的变化规律,建立其衰减模型,并由多随机变量一致加权最小二乘法拟合得到了各衰减模型的系数值.通过与现有时变功率谱衰减规律的对比分析,证明了本文提出的衰减模型的合理性.