遗传算法在水电站优化调度中的应用

将遗传算法用于求解水电站优化调度问题。与经典优化算法不同的特点在于,遗传算法是从多个初始点开始寻优,沿多路径搜索实现全局或准全局最优。计算过程中不需要存储状态或决策变量离散点,大大减少了计算机内存,不必求导运算,编程简单,是一种有效的自适应随机搜索算法。     

基于SFLA-GRNN模型的基坑地表最大沉降预测

为可靠预测基坑周边地表沉降的发展趋势,提出了一种基于混合蛙跳算法和广义回归神经网络模型的基坑地表最大沉降预测模型（SFLA-GRNN模型）。首先,在沉降机制分析并初选输入变量集的基础上,利用灰色相关度分析对模型输入、输出变量的相关性进行量化,并剔除与输出变量相关性明显偏小的输入变量;其次,利用混合蛙跳算法（SFLA）对广义回归神经网络模型（GRNN）的平滑因子进行优化确定,减少人为因素对模型精度和泛化能力的不良影响;最后,利用筛选得到的输入变量集建立基坑地表最大沉降预测的广义回归神经网络模型。实例应用及对比计算结果表明,基于灰色相关度的输入变量筛选和基于混合蛙跳算法的平滑因子优化均能够有效提高广义回归神经网络模型的精度和泛化能力,以上结论可为类似变形预测提供参考。     

嵌入式空间索引策略

嵌入式GIS的移动终端设备被有限的资源所束缚.使得需要使用合适的策略去解决这些问题如有限存储与大数据量之间的矛盾以及适应实时的需求.分别总结了移动终端和GIS空间数据的特点, 如移动终端的效率性和空间数据的复杂性等.将嵌入式GIS应用划分为3类: 电子地图浏览、导航系统和野外数据采集.综合描述已有的索引算法: R树、四叉树、Buddy树, 同时提出了基于主题导向的空间索引策略.实践证明, 该索引策略对已有的索引算法扬长避短, 大大提高嵌入式GIS数据存取、内存使用和CPU性能方面的效率.      

土坡稳定极限分析上限法中的多解性分析

土坡稳定极限分析上限法中采用了完全塑性区假定,即假定土坡内存在一个处处位于屈服面上的滑动体。将滑动体内部条块界面上的强度发挥系数视为优化变量,利用功能平衡方程得到了对于给定滑动面的多个安全系数,基于和声算法和潘家铮极值原理选择其中最大的安全系数作为该滑动面的抗滑稳定安全系数,利用该方法对于两个典型土坡算例进行了分析,将其结果与常规极限分析上限法结果进行了比较,给出了完全塑性区假定对计算结果的影响。     

基于BP神经网络的滑坡监测多源异构数据融合算法研究

针对滑坡监测中的多源异构数据融合问题,论文提出了一种基于BP神经网络的多源异构监测数据融合算法。该算法将影响滑坡变形的温度、湿度、风力、云量、单日降水量和累计降水量等多环境因子变量作为输入变量,以滑坡位移变化量数据作为期望输出数据,并利用各环境因子变量和滑坡位移变化量的相关性及显著性进行环境因子变量筛选,以提高算法的预测精度。论文采用甘肃省永靖县黑方台党川滑坡的实测数据进行了试验,结果表明:反向传播（Back-Propagation,BP）神经网络数据融合算法适用于具有多源异构监测数据的滑坡变形预测;在进行环境变量因子筛选后,BP神经网络数据融合算法的决定系数达到0.985,均方根误差（RMSE）达到0.4787 mm,从而有效提高了变形预测结果的精度。      

应用图形处理器快速计算逆时偏移

逆时偏移是目前精度最高的地震数据叠前深度偏移方法,但高强度的计算需求限制了其在工业生产领域的大规模应用。可编程图形处理器的发展为逆时偏移的快速计算提供了一种新的计算选择。围绕如何在图形处理器上开展逆时偏移计算展开,总结了图形处理器计算的优化关键,并根据逆时偏移的特点着重介绍了两个优化环节：一个是应用随机边界条件,以计算换存储,减少数据在主机和图形处理器间的传输;二是应用共享存储器来存储正演计算的波场,相比全局存储器,提高了数据读取的带宽。应用Marmousi模型数据对经过上述优化后的程序进行了测试,结果表明,图形处理器逆时偏移程序得到了很好的优化,提高了计算效率。     

地下水动态观测网优化设计研究

本文采用状态空间分析法,通过对地下水流系统输入变量、输出变量及地下水动态测量值的研究,提出了地下水流系统确定一随机性数值模型。运用该模型的模拟解,进行地下水动态观测网优化设计。该方法把地下水动态观测网密度、位置及观测频率优化与地下水流系统结合起来研究。为了克服该模型计算量大的缺陷,本文提出了一种改进算法,使这一观测网优化方法适于在微机上实现,减少了计算工作量。该方法曾用于陕西某地区地下水位动态观测网的优化设计,取得了显著经济效益。     

一个新的全局优化算法在岩土工程反分析中的应用

DCD(dynamic canonical descent)算法是一个新的全局优化算法,运用该法进行优化时,无需考虑目标函数的可微性,只要正确给定优化变量的优化区间,且该区间具有凸性,那么此算法就能很好地收敛于该区间的全局极小点.针对该算法,建立了相应的算法迭代格式.对数值试验和在岩土工程位移反分析的应用中引入该算法的迭代格式进行全局优化反演,其结果表明:该算法稳定性强,优化结果的可靠度高,收敛速度较快.     

基于椭球滑动体假定和三维简化JANBU法的边坡稳定分析

采用一般椭球体模拟三维土坡的滑动体,利用三维简化JANBU法计算其安全系数,该法假定各个条柱底面的滑动方向在水平面上的投影相等,借此可用一个变量来表达各个底滑面的滑动方向,简便易行。此外,综合借鉴粒子群优化算法和和声算法的优点,提出了改进的粒子群算法,并利用对2个三维土坡的最危险滑动体进行了搜索,与已有结果进行了对比分析,表明方法是可行有效的。     

基于共轭结构ACELP语音编码算法的优化及DSP实时实现

使用高质量、高压缩率的语音编解码器,可以在保证通话质量的前提下有效地提高通信系统的容量。这里首先介绍了基于共轭结构ACELP语音编解码算法,并针对该算法特点提出算法优化方法,如固定码本搜索优化,开环基音分析优化,运算移位溢出检查处理等;然后给出在TI公司16位定点DSP芯片TMS320VC549上实时实现该优化后算法的方案和过程,分析了编解码语音的质量和算法的性能,最后得出实时实现的结果。实验结果表明,优化后的CS-ACELP语音编码算法在定点DSP上的实时实现,能得到良好的语音音质,所用的资源和功耗极低。     

WINSURF二次开发在瑞雷波频散曲线正演模拟中的应用

WINSURF二次开发是物化探数据处理的一种强有力工具,以其在瑞雷波频散曲线正演模拟中的应用为例,阐述了WINSURF二次开发的基本原理、方法和技巧,并给出了源代码。正演模拟试算结果表明,该程序稳定性好、通用性强,可直接作为工具来使用,从而大大缩短了程序开发周期,避免了重复缟程和资源浪费,提高了科研和工作效率。     

Parallel viewshed analysis on a PC cluster system using triple-based irregular partition scheme

Using digital elevation models (DEMs), viewshed analysis algorithms determine the visibility of each point on the terrain at a given location in space. As a data-parallel algorithm, real-time viewshed analysis from grid DEM poses a practical challenge to personal computer (PC) users, particularly when dealing with higher resolution and accuracy of large terrain data. Therefore, this paper presents a universal domain decomposition algorithm based on an equal-area strategy for the parallel viewshed analysis on a PC cluster system. The approach uses a scan-line filling method for data partitioning of the irregular bounding polygon of the terrain. The terrain data are divided into sectors of the same area that are connected by the viewpoint and the region vertices, ignoring the null value (or NODATA) points. Furthermore, each sector is assigned to one processor and is organized in the form of triples composed of location and elevation at one point. An index of triples is built to store all of the locations of terminal vertices row-by-row and thus the random access of any point is achieved by using the offsets in each row. Two commonly applied viewshed algorithms, namely, “reference plane” and “Xdraw” algorithms are employed to verify the performance. In addition, two experiments focus on evaluating the efficiency performance and comparing traditional implementation, respectively. Experimental results demonstrate a significant performance improvement compared with the sequential computing method. The memory usage gradually decreases as the number of processors increases. Based on the equal-area decomposition, partitions in terms of sectors can guarantee a suitable load balance. Additional benefits of the proposed solution also include high storage efficiency and program portability.     

基于高性能并行计算的隧道开挖数值模拟

随着岩土工程规模的不断扩大、复杂性的增加以及计算参数的多样化和计算精度的提高, 人们对于计算机计算能力的要求越来越高, 然而单处理器无法满足这类大规模计算.从数据输入、区域分解、线性方程组的迭代求解、后处理等方面详细阐述高性能计算平台上并行有限元求解大规模岩土工程的关键问题.提出了利用MPI2的新特性进行海量数据的分段并行读入, 采用ParMetis软件并行地进行区域分解, 实现了前处理过程的完全并行化; 采用基于Jacobi预处理技术的预处理共轭梯度法(PCG)进行线性方程组的并行迭代求解; 采用Paraview软件实现了后处理的并行可视化.在深腾7000系统上对某隧道工程的三维开挖过程进行了数值模拟, 对其并行性能进行了分析和评价, 验证了采用的区域分解算法和系统方程组的求解方法的可行性, 并且具有较高的加速比和并行效率.      

基于场变量的边坡稳定分析有限元强度折减法?

有限元强度折减法在实施过程中往往要根据不同的折减系数手工修改输入文件,并不断进行试算,过程较繁琐。为了简化计算过程,提高计算效率,在有限元强度折减法的基础上,结合ABAQUS提供的场变量,提出一种适用于有限元强度折减计算的新方法--基于场变量的有限元强度折减法。通过在ABAQUS中设置岩土体黏聚力与内摩擦角为场变量的函数,场变量为增量步时间t的函数,从而通过控制增量步时间t实现黏聚力与内摩擦角的折减,通过一次计算即可求得边坡的安全系数,无需手工修改折减系数反复试算。结合有关文献对该方法用于边坡稳定分析的可行性进行了验证,并与二分法确定安全系数的计算效率进行了比较。结果表明：该方法求得的安全系数是有效可靠的,用于边坡稳定性的计算是可行的,简化了有限元强度折减法的计算过程,提高了计算效率。     

矿用防爆钻进参数测试仪

矿用防爆钻进参数测试仪是以８０Ｃ３１单片机为主体的煤矿井下用智能化多参数的防爆钻进检测仪器。该仪器可同时测量、记录６项钻进参数，并能用记录器转存回收。本文着重阐述了该仪器的设计原则、关键问题的解决、工作原理和主要技术指标。     

基于MPI的面波有限差分正演模拟

近年来,瑞利波波形反演技术因其避开了常规频散曲线计算,直接进行波场计算和反演不再受水平层状介质理论假设的限制,得到广大学者的高度重视。但瑞利波波形反演过程中需要不断进行波场正演和逆推计算。另外,由于浅地表速度较小,模拟计算时需要较小的网格间距才能避免数值频散,这无疑大大增加了正演模拟的计算量。对于这一问题,通常采用并行化设计来提高正演模拟的计算效率。本文基于消息传递接口（MPI）并行有限差分算法,以区域分解思路将模型区间分解成若干子区域,各区域互相通信,共同完成对模型的正演计算。并详细给出了区域分解、坐标转换、区域通信、波场合并等并行方案中的具体实现方法和实现步骤。通过对弹性模型、Kelvin黏弹性模型和标准线弹性固体（SLS）黏弹性模型不同并行方案的计算结果进行分析,验证了本文并行方案的可行性和有效性。并行计算结果表明,与单处理器计算时间相比,增加处理器数目可以明显减少计算时间,但随着处理器数目的增加,不同处理器之间的通信时间也增大;因此,并行时需要选择合适的处理器数目。对于黏弹性介质模型,SLS黏弹性模型的并行计算效率优于Kelvin黏弹性模型。     

基于泊松方程的空间波数混合域二度体磁异常数值模拟

正演数值模拟是反演成像的基础。为了实现磁法勘探精细化反演成像与定量解释,本文利用把一个大问题分解为多个小问题的思路,提出一种基于泊松方程的高效、高精度空间波数混合域二度体磁异常数值模拟方法。该方法利用傅里叶变换把二度体磁位偏微分方程转换为一维常微分方程,并采用基于二次插值的一维有限单元法求解该方程,进而通过反傅里叶变换得到空间域磁异常。在模型算例中,分别设计截面为矩形的常磁化率和变磁化率二度体模型,针对本文算法的计算精度和计算效率进行了验证。模型算例结果表明：该算法计算精度高,相对误差绝对值均小于1%;计算速度快,网格节点剖分2 501×2 501的模型模拟时间为4.18 s;适用于任意复杂地形模型。     

Development and application of a master-slave parallel hybrid multi-objective evolutionary algorithm for groundwater remediation design

Two primary goals of a multi-objective evolutionary algorithm (MOEA) for solving multi-objective optimization problems are to find as many nondominated solutions as possible toward the true Pareto front and to maintain diversity of Pareto-optimal solutions along the tradeoff curves. However, few MOEAs can achieve these two goals concurrently. This study presents a new hybrid MOEA, the niched Pareto tabu search combined with a genetic algorithm (NPTSGA), in which the global search ability of niched Pareto tabu search (NPTS) is improved by the diversification of candidate solutions that arose from the evolving population of nondominated sorting genetic algorithm-II (NSGA-II). The NPTSGA coupled with a flow and transport model is developed for multi-objective optimal design of groundwater remediation systems. The proposed methodology is then applied to a large field-scale groundwater remediation system for cleanup of large trichloroethylene plume at the Massachusetts Military Reservation in Cape Cod, Massachusetts. Furthermore, a master-slave (MS) parallelization scheme based on the Message Passing Interface is incorporated into the NPTSGA to implement objective function evaluations in a distributed processor environment, which can greatly improve the efficiency of the NPTSGA in finding Pareto-optimal solutions to the real-world applications. This study shows that the MS parallel NPTSGA in comparison with the original NPTS and NSGA-II can balance the tradeoff between the diversity and optimality of solutions during the search process and is an efficient and effective tool for optimizing the multi-objective design of groundwater remediation systems under complicated hydrogeologic conditions.     

煤矿巷道三维激光扫描关键技术及工程实践

智能化、无人化开采是煤炭行业发展的必然趋势,精准地质信息探测是当前智慧煤矿建设中的重点研发方向之一,其中巷道信息的精准探测和巷道三维模型的快速获取是地质透明化的重要数据来源。对比分析传统巷道建模方法及其优缺点,提出利用三维激光扫描重建技术构建高精度透明工作面巷道模型的技术思路。在分析煤矿井下工况环境长距离三维激光扫描面临的技术难题的基础上,研究三维激光扫描原理和空间点坐标计算方法,并提出透明工作面巷道三维激光扫描重建技术流程,其关键技术包括:三维激光扫描系统动态标定和坐标转换方法;点云预处理技术中基于统计滤波法的大尺度噪声滤波方法和基于移动最小二乘的小尺度噪声滤波算法;点云关键点提取与特征描述技术中SIFT特征检测算法和FPFH特征描述算法;点云配准技术中基于FPFH特征描述算法的粗配准技术和基于迭代最近点算法的精配准技术。以准格尔煤田唐家会煤矿某工作面为研究对象,利用自主研发的移动式三维激光扫描系统从三维激光扫描施工流程、巷道点云数据采集、边界轮廓线提取、巷道与工作面联合建模等方面进行实践应用。结果表明,提出的基于三维激光扫描技术的工作面巷道三维重建思路在技术上是可行的,能为复杂巷道的快速三维扫描、重建提供一条可行的技术路径。      

多辐射场源半航空瞬变电磁法多分量响应特征分析

多辐射场源半航空瞬变电磁法是对电性源半航空瞬变电磁法的发展和补充,具有探测深度大、地形适应性强和工作效率高的优点。基于一维正演理论,本文对平行辐射场源、带角度多辐射场源和单个源模型在空中产生的三分量瞬变响应特征进行分析,结果表明:整体来说z分量瞬变响应曲线形态最为简单,多辐射场源情况下响应增强的特点最明显,最利于数据处理和解释;x分量瞬变响应形态最为复杂,在全场域经常表现出极性反转的变号现象,但晚期信号幅值总是增大;y分量瞬变响应受电流方向和接收点位置的影响最大,曲线形态和响应幅值变化均较为复杂。结合偏移距变化下响应衰减幅度,建议工作区域偏移距控制在辐射源长度的5~6倍内为宜。本文的研究结果可为实际勘查工作的野外施工布置及定性分析提供参考,同时获得了对该方法的初步认识。