中心回线瞬变电磁测深一维Occam反演

将Occam反演技术应用到中心回线瞬变电磁测深数据的反演中,为中心回线瞬变电磁测深数据的自动、快速解释奠定基础,解决Occam反演技术中的正则化参数选择、迭代步长的控制、模型约束的影响等关键问题。利用Occam反演技术可以较为准确地获得地电断面的电阻率分布,一般5次迭代目标函数就可以收敛到5×10-2。相对视电阻率的定性或者半定量解释技术,Occam反演的结果更准确。     

二维大地电磁静位移估算及其在隧道勘探中的应用

研究目的:在长大隧道的音频大地电磁勘探中,如何客观地识别与处理静态位移引起的虚假电性异常是主要技术难题之一。考虑到二维结构中阻抗相位不受静态位移影响的特点,提出了基于阻抗相位的静态位移因子估算方法,以期可以对静态位移量进行更为客观地估算。在此基础上,开展了静态位移因子在二维反演中的应用研究,以确保反演模型的电性结构更为合理。研究结论:(1)与目前其他静态校正方法相比,以阻抗相位为基础估算得到的静位移因子客观真实、人为随意性较小;(2)使用位移因子对异常区实测曲线进行平移,根据平移曲线的一维反演结果可以为二维反演构建较合理的初始模型;(3)对原始数据进行二维反演,既能有效地消除静态效应对反演模型深部结构的影响,也能在反演中获得正确的浅部电性结构;(4)模型验算以及工程实例表明:本文提出的静态位移因子估算算法及其在反演中的应用方法可以有效地压制二维大地电磁静态效应。     

隧道围岩特性参数反演及有限元分析

基于隧道围岩收敛变形观测数据,运用系统识别灵敏度分析理论开展隧道围岩材料特性参数反演。采用反演得到的隧道围岩特性参数进行隧道二维有限元建模与数值仿真分析,得到了隧道开挖后的位移和内力分布特性,同时还开展了隧道边坡稳定分析,得到的结论可供隧道设计和施工参考。     

基于GA算法与有限元耦合的岩土力学参数应力反分析方法研究

由于岩土工程的复杂性和不确定性,致使岩土力学参数很难准确获得。位移反分析方法是目前获取岩土力学参数的主流方法。但常规反演算法存在无法跳出局部最优解、易陷入"维数灾难"等缺陷。同时,位移监测具有滞后、测量误差大等缺点,致使反演结果存在不唯一性。针对以上问题,基于非参数统计模型对参数进行灵敏度分析,剔除灵敏度小的参数,有效提高反演效率。并提出岩土力学参数GA算法与有限元耦合应力反分析模型,该模型采用应力反分析方法,克服常规算法反演过程中易陷入局部极优的难题。最后通过实例验证模型的有效性。     

斜拉桥结构损伤识别的概率可靠度法

基于静力响应测试数据,结合正则化技术和假设检验,提出了测试数据不完整且存在观测噪声条件下斜拉桥结构损伤识别的概率可靠度法。采用正则化技术降低斜拉桥结构损伤识别问题的不适定性和求解困难,综合利用参数估计和数据摄动技术获得结构参数的统计特征,在此基础上根据假设检验识别损伤位置和损伤程度。以一斜拉桥结构的损伤识别仿真分析验证了方法的正确性和有效性。研究表明,所提出的方法能够在测试数据存在观测噪声的情况下准确识别损伤。     

大地电磁约束反演在隧道勘探中的研究

研究目的:首先在OCCAM反演方法基本原理研究基础上,对OCCAM的目标函数进行修改,加入约束反演项,提出电性参数约束反演的概念,并进行电性参数约束反演模块的开发,最终提高大地电磁方法在长大隧道勘探中的分辨能力。研究结论:对比模型的常规反演和电性参数约束结果发现,利用先验信息的约束反演成像效果明显优于常规反演方法;将此方法应用到实际资料处理中,对比渝利线方斗山隧道电性参数约束反演前后结果,约束反演结果对褶皱、断层、岩溶等地质构造的反映更符合实际。     

基于混沌模拟退火回火算法的结构混凝土超声层析成像

针对混凝土超声波层析成像结果不惟一和稳定性差的问题,依据超声波在混凝土中的传播特点,在反演算法中引入物理意义明确的自然权矩阵,对走时较小的射线和射线较密的成像单元加以重权,形成了二次增广目标函数方程;然后,通过混沌模拟退火回火算法来寻求其全局最小值,从而得到各网格单元的声速计算值。在寻优过程中,其初始值由反投影法求得。模型试验表明,由于利用了正确的先验信息,加上混沌模拟退火回火算法在寻找函数极值方面具有优良的特性,不但反演过程收敛,而且数值稳定,其成像结果能真实有效地反映对象内部缺陷,因此,该算法适用于混凝土的超声波速度反演。     

中国区域速度场多面函数拟合稀疏建模方法研究

分析多面函数建模中核函数结点选择存在的问题,探讨LASSO等变量选择及空间降维方法,在此基础上,提出多面函数拟合的稀疏建模方法和惩罚参数选取指标。该方法通过最小化正则化损失函数,实现模型参数估计与核函数结点筛选,所构建模型易于解释且具有较强的泛化能力。中国区域速度场建模结果显示,多种方案下的模型变量参数筛选保留率在19.42%～51.17%之间,外符合精度提升率达到3.29%～16.50%,表明该方法可有效降低模型结构复杂度并提高建模精度。     

非线性共轭梯度反演法在铁路特长隧道勘查中的应用

由于铁路特长隧道复杂的地质情况,在对大地电磁资料采用常规线性反演时对复杂岩性、断裂构造的识别精度及速度往往不能满足勘查要求,采用非线性共扼梯度法进行反演成像,跳出线性迭代反演局限。针对非二次极小化问题,进行直接求解,能显著减小计算工作量,提升成像速度。通过玉磨线特长隧道大金山隧道中进行实际应用,快速高效地查明了隧道多处断裂构造位置,对后期地质工作的开展起到良好的指导作用。研究结果表明:非线性共扼梯度法反演能在铁路特长隧道勘查中取得理想的效果。     

基于高阶谱的振动传递分析

振动传递关系用频率响应函数表示,但由于信号的非高斯特性,使得传统功率谱估计方法受到限制。利用高阶谱可以抑制加性高斯噪声的性质,研究了基于高阶谱分析的机械振动传递关系,提出了基于11/2维谱的频响函数。通过分析对比,基于11/2维谱的振动传递关系较功率谱效果明显,其结果可以作为车辆结构减振设计的依据。     

Matlab工具箱在大地电磁测深二维正演中的应用

介绍了MATLAB软件中的PDE工具箱，并将其用于大地电磁测深二维正演问题中视电阻率和阻抗相位计算。有限元求解的精度主要受网格剖分，特别是三角形尺寸的影响，过密的网格剖分使得计算机求解需要过长的时间及较大的内存。MATALB有限元工具箱中采用自适应网格剖分，能克服其缺点。理论模型求解结果表明，MATLAB是进行有限元计算的有效工具。     

高速列车头型共形映射建模理论研究

高速列车头部外形趋向流线化，其数学模型建立难度大，限制了头型几何参数优化求解及工程设计研究。本文应用近代复变三角插值共形映射理论和法线迭代收敛方法及三次样条插值，求解复杂高速列车三维头型与轴对称二维模型的相互转换函数及头型解析数学模型，使头型建模翁化及其快速CAD/CAM一体化成为可能，同时可提高有限元建模的效率和质量。     

天然源大地电磁法正反演计算研究

为提高天然源大地电磁法在断层中的勘察及解译精度,对低阻体和逆断层模型的TM、TE模式进行正演计算,并对TM、TE、TMTE三种模式下的正演数据进行反演,经过对比分析,TE模式在判定逆断层的位置、倾向及对低阻体的反映敏感性方面更为适合。     

一类新的2+1维非线性发展方程及其解的对合表示

由线性谱问题的相容性条件得到一个新的2+1维非线性发展方程。利用位势函数与特征函数之间的约束获得Bargmann系统,通过Euler-Lagrange方程及Legendre变换构造Jacobi-Ostrogradsky坐标。应用Lax对非线性化方法,生成了一个新的有限维Hamilton正则系统。最后证明其为Liouville意义下完全可积系统,并得到发展方程族的对合表示。     

基于附加参数的跨海高程传递研究

本文研究了一种基于附加参数的GPS水准测量和重力大地水准拟合测量方法,实现跨越海域的长距离高程基准传递。该方法结合EGM2008地球重力模型和GPS椭球高,确定陆地与岛屿之间的高程基准差异,拟合函数为多项式曲面。在常规方程中采用不同正则化参数的迭代算法,求解病态矩阵,并估计附加参数的精度。通过两桥之间的实际数据验证了该方法的可行性,并获得高程基准参数和似大地水准面模型,实现了长距离高程基准的传递。将计算值与已知值进行比较,结果表明,高差值的不一致性较小。不管有多少差异,都可以精确计算,计算高程的精度可以满足工程要求。因此,该方法可以应用于实际工程中。     

一个与耦合Harry-Dym型方程相关的谱问题及其可积性

通过二阶谱问题的相容性条件得到与其相关的非线性发展方程。利用位势函数与特征函数之间的联系得到了Bargmann系统,并将发展方程族Lax对非线性化。建立合适的Jacobi-Ostrogradsky坐标,得到一个有限维Hamilton正则系统。最后证明了其完全可积性并得到发展方程族的对合表示。     

基于YOLO v5的铁路塞钉检测方法

针对高速铁路和普速铁路的塞钉智能检测问题，提出基于YOLO v5的塞钉检测方法。该方法对训练模型采用He方法初始化，采用微调模式使模型收敛，同时使用dropout正则化方法解决过拟合问题。在训练数据时，对多样式塞钉进行有效分类和样本自动化裁剪，并利用塞钉样本的灰度直方图对数据进行增强；采用非冗余多置信度的方式进行检测，通过先验经验和增加反例来减少误判，并在检测时自动累积塞钉样本。该检测方法已投入现场使用，有效满足了铁路智能巡检的需求。     

基于MEC-BP神经网络的基坑水平位移反演分析

随着城市地铁建设快速发展,地铁车站基坑的变形要求越来越严格,基坑土层设计参数的选择面临着极大挑战.利用思维进化算法(MEC)优化BP神经网络的初始权值和阈值,结合有限元数值模拟,提出基于基坑水平位移的土层参数反演分析方法.采用文献算例对该方法进行验证,并与不同反演方法进行对比.研究结果表明:1)MEC-BP神经网络对多工况水平位移的反演分析结果与文献结果基本一致,验证了该方法的有效性和实用性;2)MEC-BP神经网络的收敛速度快于遗传神经网络(GA-BP),其反演结果优于常规BP神经网络、GA-BP方法和修正高斯-牛顿法(G-N);3)采用标量误差函数Ferr进行寻优,可以提高MEC-BP法水平位移反演分析结果的稳定性和准确性.     

倒梯形桁架桥断面气动参数研究

采用计算流体力学(CFD)和风洞试验相结合的方法,对某倒梯形桁架主梁断面二维等效模型和气动导纳函数进行研究。首先依据外轮廓和实面积比不变的原则,建立斜腹杆位置不同的二维模型,识别其静力三分力系数并与风洞试验结果对比,得到二维等效模型。随后基于二维SST k-ω湍流模型和2D LES模拟,对二维等效模型分别进行气动导纳数值识别,识别结果与风洞试验对比研究。结果表明:无论是基于RANS的SST湍流模型还是2D LES模拟,二维等效模型气动导纳识别结果均与Sears函数较为接近,而SST k-ω模型气动仿真结果与风洞试验吻合良好;采用文章所用模型简化和数值识别方法,可对桁梁的气动参数进行有效识别。     

基于遗传算法的铁路纵断面优化系统的研究

提出一种基于全局最优的改进式遗传算法.采用改进的启发式交叉算子和多种算子混合操作,加快算法向最优解收敛的速度.给出相应的纵断面优化模型,并改进初始种群生成的方法,将一个二维优化问题转化为两个一维优化问题进行求解,简化了算法的执行过程.引入惩罚函数的概念处理方案的约束问题,设计算法实现的流程图,并开发相应的优化系统.利用实例证明遗传算法在纵断面优化设计中的可行性及全局寻优的性能.