基于谱烈度改进算法的研究与应用

本文基于Housner谱烈度公式中存在的不足和问题提出了一种改进算法,首先将相对速度反应谱积分公式上下限范围扩大为0.1～10.1 s,通过统计分析集集地震、汶川地震和芦山地震反应谱积分值和宏观烈度之间的关系,给出8组分档线性公式来计算改进谱烈度值I_s,并采用普通克里金插值法绘制谱烈度分布图。本文提出的改进算法在地震动加速度时程积分与谱烈度之间建立起一组长周期、连续性和精细化的函数关系,经鲁甸地震对比验证,该改进算法得出的谱烈度分布图与宏观烈度图整体变化趋势一致,谱烈度值与宏观烈度吻合率(偏差±1度以内)约为90%,具有一定的科学性和准确性,可为灾后应急救援以及决策部署等提供科学的数据支撑。     

基于遗传算法的缓波型立管多目标集成优化

缓波型立管由于设计参数较多且优化目标之间相互影响,设计结果具有很大的不确定性。随着代理模型和智能优化算法的发展,针对缓波型立管的优化可以提出更好的解决方案。以提高力学性能和经济效益为优化目标,采用基于Kriging插值模型和NSGA-II算法的多目标优化策略,对考虑顶部浮体影响的深水缓波型立管进行动力响应分析,并开展线型—截面双目标优化集成设计和线型—浮筒三目标优化集成设计。将处于不同几何尺度的设计变量进行集成,旨在各目标存在相互竞争的情况下,与截面、浮筒设计形成有效互动以提高线型设计的总体性能。结果表明,Pareto最优解集可提供多个选择方案,以满足工程实际需要。将所选最优方案与初始设计进行对比,并以疲劳性能和成本估算作为优化的校核指标,取得了理想的优化效果。     

基于局部采样MCMC方法的时移探地雷达反演

马尔科夫链蒙特卡洛方法(MCMC)是一种启发式的全局寻优算法,可以用来解决概率反演的问题.基于MCMC方法的反演不依赖于准确的初始模型,可以引入任意复杂的先验信息,通过对先验概率密度函数的采样来获得大量的后验概率分布样本,在寻找最优解的过程中可以跳出局部最优得到全局最优解.MCMC方法由于计算量巨大,应用难度较高,在地...     

不同混合层深度算法的全球适用性对比分析

混合层深度是研究海洋上层动力过程及海气相互作用的一个至关重要的物理量,准确估算混合层深度对上层海洋动力学和热力学的深入研究具有重要的科学意义。本文基于Argo实时观测剖面数据,分海域、分季节对比分析了目前常用的几种混合层深度算法的异同与优缺点。结果表明,理论上最大角度法的精确度最高,曲率法其次,然后是阈值法和最优线性拟合法。最大角度法和曲率法的结果比较接近,实测数据表明曲率法的时空适用性更广。阈值法、最优线性拟合法分别受梯度阈值和密度（或温度）梯度变化的制约,其计算的混合层深度相对较浅。各种算法的差异性随着季节跃层的增强而逐渐减小,且北半球的差异小于南半球。     

Optimization of reinforced soil embankments by genetic algorithm

A Genetic Algorithm (GA) is described, which produces solutions to the cost optimization problem of reinforcement layout for reinforced soil slopes. These solutions incorporate different types of reinforcement within a single slope. The GA described is implemented with the aim of optimizing the cost of materials for the preliminary layout of reinforced soil embankments. The slope design method chosen is the U.K. Department of Transport HA 68/94 ‘Design Methods for the Reinforcement of Highway Slopes by Reinforced Soil and Soil Nailing Techniques’. The results confirm that there is a role for the GA in optimization of reinforced soil design. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于Remez迭代算法求解差分系数的双相介质自适应有限差分正演模拟

利用传统有限差分方法对基于Biot理论的双相介质波动方程进行数值求解时,由于慢纵波的存在,数值频散效应较为明显,影响模拟精度.相对于声学近似方程及普通弹性波方程,Biot双相介质波动方程在同等数值求解算法和精度要求条件下,其地震波场正演模拟需要更多的计算时间.本文针对Biot一阶速度-应力方程组发展了一种变阶数优化有限差分数值模拟方法,旨在同时提高其正演模拟的精度和效率.首先结合交错网格差分格式推导Biot方程的数值频散关系式.然后基于Remez迭代算法求取一阶空间偏导数的优化差分系数,并用于Biot方程的交错网格有限差分数值模拟.在此基础上把三类波的平均频散误差参数限制在给定的频散误差阈值和频率范围内,此时优化有限差分算子的长度就能自适应非均匀双相介质模型中的不同速度区间.数值频散曲线分析表明:基于Remez迭代算法的优化有限差分方法相较传统泰勒级数展开方法在大波数范围对频散误差的压制效果更明显;可变阶数的优化有限差分方法能取得与固定阶数优化有限差分方法相近的模拟精度.在均匀介质和河道模型的数值模拟实验中将本文变阶数优化有限差分算法与传统泰勒展开算法、最小二乘优化算法进行比较,进一步证明其在复杂地下介质中的有效性和适用性.     

STA/LTA—AIC算法对地震P波震相拾取稳定性影响

选取区域地震台网记录的地震波形数据,使用STA/LTA算法与STA/LTA—AIC算法,进行地震P波震相初至到时自动拾取,对地方震及震中距较大的震相进行P波震相拾取效果分析,发现:STA/LTA算法对于地方震P波震相识别精度较高,与STA/LTA—AIC算法拾取的P波震相初至到时相差不大;震中距变大后,STA/LTA算法对P波拾取位置相对于最佳位置向后延迟,STA/LTA—AIC算法有效矫正了STA/LTA算法拾取位置的延迟问题,与人工拾取位置差别可忽略不计。     

单晶高温合金X射线衍射斑点自动识别算法研究

单晶高温合金展现出优越的抗疲劳性能和高温蠕变性能,广泛应用于航空发动机和燃气轮机的热端部件。但是,其制备过程中会产生晶体取向偏离、杂晶等缺陷。目前国际上已经普遍使用X射线劳埃衍射技术对单晶叶片的晶体缺陷进行无损检测,但是这种检测方法主要依赖人工识别,效率低,结果可重复性差,不适合批量化检测。本文结合工程需要,提出对劳埃衍射斑点进行自动识别的算法,主要包括衍射图样的预处理、轮廓检测、轮廓形态筛选及轮廓符合检测等。该算法能够自动检测出衍射图样上的衍射斑点,并最终给出斑点的位置坐标数据及其误差。根据衍射斑点的位置,通过衍射分析算法,计算出单晶叶片上的晶体取向,并最终对叶片的晶体缺陷给出综合评价。      

Crustal velocity structure of central Gansu Province from regional seismic waveform inversion using firework algorithm

The firework algorithm (FWA) is a novel swarm intelligence-based method recently proposed for the optimization of multi-parameter, nonlinear functions. Numerical waveform inversion experiments using a synthetic model show that the FWA performs well in both solution quality and efficiency. We apply the FWA in this study to crustal velocity structure inversion using regional seismic waveform data of central Gansu on the northeastern margin of the Qinghai-Tibet plateau. Seismograms recorded from the moment magnitude (M _W) 5.4 Minxian earthquake enable obtaining an average crustal velocity model for this region. We initially carried out a series of FWA robustness tests in regional waveform inversion at the same earthquake and station positions across the study region, inverting two velocity structure models, with and without a low-velocity crustal layer; the accuracy of our average inversion results and their standard deviations reveal the advantages of the FWA for the inversion of regional seismic waveforms. We applied the FWA across our study area using three component waveform data recorded by nine broadband permanent seismic stations with epicentral distances ranging between 146 and 437 km. These inversion results show that the average thickness of the crust in this region is 46.75 km, while thicknesses of the sedimentary layer, and the upper, middle, and lower crust are 3.15, 15.69, 13.08, and 14.83 km, respectively. Results also show that the P-wave velocities of these layers and the upper mantle are 4.47, 6.07, 6.12, 6.87, and 8.18 km/s, respectively.     

基于萤火虫和蝙蝠群智能算法的瑞雷波频散曲线反演

反演瑞雷波频散曲线能有效获取地层横波速度和厚度.但由于其高度的非线性、多参数、多极值等特点,传统的全局搜索方法易出现收敛速度慢、早熟收敛及搜索精度低的问题.鉴于此,本文提出并测试了基于萤火虫优化算法（FA）和带惯性权重的蝙蝠优化算法（WBA）的新的瑞雷波频散曲线反演策略.在瑞雷波频散曲线反演中,FA全局搜索能力强,但后期搜索精度低,而WBA局部搜索能力强,搜索精度高,但易出现早熟收敛.故本文将二者结合,提出了一种新的优化策略,称其为WFBA,即在反演前期使用FA,后期使用WBA,很好地解决了FA后期搜索精度低及WBA早熟收敛的问题.本文首先反演了三个典型理论模型的无噪声、含噪声的数据,验证了WFBA对瑞雷波数据反演的有效性与稳定性.然后将WFBA与WBA、FA单独反演以及不含惯性权重的FBA和粒子群优化算法（PSO）反演的结果进行了对比,说明了WFBA相对于WBA、FA、FBA和PSO具有更稳定、收敛速度更快、求解精度更高等优点.最后,反演了来自美国怀俄明地区的实测资料,检验了WFBA对瑞雷波数据反演的实用性.理论模型试算和实测资料分析表明,WFBA很适用于瑞雷波频散曲线的定量解释,具有很高的实用性价值.