特种设备安全事故时间序列拓扑网络特征研究

 为揭示特种设备安全事故时间序列的非线性动力特征,以2005—2020年中国不同类型特种设备安全事故时间序列为对象,采用可视图法将特种设备安全事故时间序列转化为拓扑网络图,生成拓扑网络结构模型;利用拓扑网络理论分析节点度、网络密度、加权聚类系数、幂律指数、介数中心性等拓扑网络特征参数,挖掘特种设备事故发生的时间序列规律。结果表明：各类特种设备安全事故时间序列的拓扑网络具有小世界特性和无标度特性;拓扑网络的聚类系数均较大,社团结构明显;介数中心性越大的节点,对应年份发生事故概率越大。采用的拓扑网络分析方法能更简洁、直观地展示特种设备安全事故时间序列的拓扑网络结构,更全面地表征特种设备安全事故时间序列的非线性动力特征,可为特种设备安全事故预测提供理论基础。     

形理论在油气水多相流流型识别中的应用

用分形的特征参数--关联维数来表征油气水多相流流动的分形性质.对水平管内油气水多相流流动的瞬态压差信号序列运用相空间重构法进行处理,计算出各种流型的压差信号的关联维数.分析结果表明,各种流型的信号序列在重构的伪相空间中具有不同的关联维数,反映了各个流型的动力学形成机制的不同,所以关联维数可用于多相流流型的识别.实验结果证明,这种采用分形理论对多相流流型进行识别的新颖方法是十分有效的.     

基于复杂网络的空中交通流分形特征分析

为准确把握空中交通流量变化规律,掌握空中交通系统内在特性,需要对空中交通流时间序列进行基于复杂网络的分形特征分析。收集空中交通流量数据,利用可视图方法构建复杂网络模型,分析网络拓扑结构,验证了该网络度分布服从幂律分布,拟合直线斜率为-2.086,证明了网络是无标度网络,具有单分形特征。验证了覆盖整个网络所有节点所需要的最少盒子数目与盒子直径成幂律关系,拟合直线斜率为-0.212 1,相关系数为-0.872 2,再次证明了网络具有单分形特征。通过验证网络广义分形维数关于参数的图像为非线性,拟合直线斜率分别为-1.942、-1.936、-1.78,相关系数均在0.8以上,拟合效果较好,证明了网络具有多重分形特性。通过计算重整化前后网络的幂指数相似,证明了网络具有自相似性。结果表明,应用复杂网络的理论分析空中交通流时间序列是可行有效的,为进一步深入应用研究奠定了基础。     

基于多重分形的湍流风场脉动特性

为了定量分析风速时间序列的内在波动性,采用多重分形方法研究了湍流风场的脉动特性.基于湍流风谱模型获得了不同地表面粗糙度下的湍流风速时间序列数据,利用结构函数法计算了不同风速时间序列的分形维数,分析了地表面粗糙度对风速时间序列的分形维数的影响,采用多重分形-去趋势波动分析方法对湍流风速时间序列进行多重分形分析,以探讨湍流风场的内在波动性.结果表明,随着风速时间序列的地表面粗糙度的增大,分形维数和Δα(Δα为最大与最小组成元的比值)减小,|Δg|(Δg为最大与最小组成元出现的概率的比值)增大,即风速的脉动幅度减小.     

基于分形关联维的汽轮机转子的振动故障诊断

采用Bently实验台模拟不同转速下碰摩、松动、不对中、不平衡几种常见汽轮机转子振动故障,进行实验研究．通过相空间重构理论,对满足随机分形统计自相似性的振动信号序列进行相空间重构,计算其分形关联维数,从而再现动力学特性．实验分析结果表明：碰摩故障时的分形关联维数最大,松动和不对中时的分形关联维数次之,不平衡时计算所得的分形关联维数最小;不同故障类型下的分形关联维数增量不同．因此,分形关联维数可以作为一种振动故障征兆加以提取．     

分形理论在油气水多相流流型识别中的应用

用分形的特征参数－－关联维数来表征油气水多相流流动的分形性质,对水平管内 气水氏相流流动的瞬态压差信号序列运用相空间重构法进行处理,计算出各种流型的压关联维数,分析结果表明,各种流型的信号序列在重构的伪相空间中具有不同的关联维数,反映了各个流型的动力学形成机制的不同,所以关联维数可用于上流流型的识别,实验结果证明,这种要用分形理论对多相流流型进行识别的新颖方法是十分有效的。     

九江年降水时间序列的混沌特性

针对近百年来九江年降水时间序列资料，应用分形理论，探讨了不同嵌入相空间下时间序列关联维的变化规律。计算得到了其饱和关联维数ｄ＝５．０８，最低嵌入维ｍ＝９以及Ｋｏｌｏｍｏｇｏｒｏｖ熵ｋ＝０．４５２。结果表明，九江年降水时间序列是一混沌序列。从而，为进一步建立年降水预测预报模型奠定了基础。     

南水北调西线工程调水区径流序列特性分析

应用重构相空间技术和混沌理论对月径流时间序列的特性进行了分析.以南水北调西线工程调水区主要河流附近的甘孜、朱巴等4个水文站月径流时间序列为对象,研究了嵌入相空间维数和关联维数之间的变化关系,得到了饱和关联维数和最小嵌入维数,结果表明:当最小嵌入维数超过6时,关联维数逐渐趋于稳定,即达到饱和,得到饱和关联维数在1.1～1.5之间,说明这些月径流序列可能具有混沌特性,这一研究结果为利用混沌理论来建立径流的预测模型提供了较为科学的依据.     

关联维数在工业“三废”综合利用中的应用

研究分形的特征参数--关联维数的G-P(Grassberger-Ptzcaccia)计算方法.利用关联维数的基本原理,对湖南省1986-2005年的工业"三废"综合利用产品产值数据序列进行分形特征分析,构建m 维相空间及相应的分形特征模型. 研究结果表明,当嵌入维数达到7以后,动力学系统具有相对稳定的关联维数2.98,说明至少有3个因子在影响着该时间序列的动态变化,并且该系统的有效自由度为7.研究中以关联维数作为依据,对建立该时间序列的预测模型有较大的参考价值.     

矿山爆破地震波混沌特征

为研究矿山爆破地震波传播过程中的混沌特性,运用相空间重构理论对距爆源不同距离处爆破地震波进行相空间重构,计算延迟时间和关联维数.研究结果表明:随着传播距离的增加,爆破地震波时间序列的关联维数呈线性递减并趋于稳定饱和值;关联维数越大,混沌特征越明显,爆破地震波时间序列的混沌性是其本质特征.     

带权图的多重分形研究

自相似特性是复杂网络研究的重点,分形维数是度量其自相似特性的重要工具.针对带权图中节点权重与边权重可以为正实数、负实数、纯虚数及复数等多种不同数值的情形,给出各种不同带权图的多重分形维数,讨论了带权图的多重分形特性.研究表明,在不同类型的带权图中,除节点权重及边权重均为正实数的情形之外,其他类型的带权图均具有多重分形特性.最后分析了这些带权图多重分形维数的性质.     

分形理论下基于时间序列的音乐识别研究

将分形理论和时间序列(混沌序)运用与音乐信号识别,为音乐领域的智能发展提供实验依据.首先对分形理论进行质性分析,并且提出关联维数算法,判断音乐分形程度.接着提出音乐中混沌现象的特征.最后进行实际音乐的实验分析,以钢琴曲目《致爱丽丝》、流行音乐《Discotheque》和哀乐为例,对3种曲目进行材料性质分析,分析不同曲目的Lyapunov指数(判断时间序列)和关联维数(判断分形程度).结果表明:3种曲目在不同阶数下的关联维数基本没有改变,说明不同曲目信号内的分形程度具有稳定性.     

非织造材料分形维数与填充率及纤维直径的关联

开发随机排列的模拟非织造材料表面及截面生成程序,针对3种不同的纤维直径,生成非织造材料表面及截面的纤维结构分布,并采用计算机软件分别计算其分形维数和填充率.通过大量的计算机模拟计算数据及关联回归分析,得出模拟的非织造材料表面及截面的分形维数与其填充率和纤维直径之间关系的关联表达式.结果表明:非织造材料具有分形特征,其结构可采用分形维数进行描述;而其分形维数与纤维填充率及纤维直径之间存在一定的关联规律,模拟的非织造材料的表面分形维数关联表达式的计算结果与实测相对误差小于4.83%;非织造材料表面分形维数与截面分形维数关联表达式的计算结果进行比较,其平均绝对误差为0.163.非织造材料表面分形维数与截面分形维数计算式具有相同的表达形式.     

分形理论在含沙掺气水流脉动压力分析中的应用

简要介绍分维的定义和计算方法,同时运用相空间重构法,对含沙掺气水流脉动压力信号进行处理,并计算浑水、清水、掺气三种不同水流状况的关联维数。结果表明,不同水流状况具有不同的关联维数,含沙掺气水流运动并非完全随机,而是具有内在有序性。计算得出的不同关联维数反映出不同脉动压力信号序列所具有的不同分形特征,说明动力形成机制、系统复杂程度的差异。     

含瓦斯煤体破坏过程中AE序列关联维数演化分析

利用分形理论对无瓦斯和含瓦斯煤体失稳破坏中的声发射序列关联维数演化特征进行了分析。结果表明,单轴载荷条件下煤体的声发射时间序列在各变形阶段具有明显的分形特征,各变形阶段的声发射过程具有不同的自相似性,其关联维数可描述煤样力学状态;三轴加载过程中,无瓦斯和含瓦斯煤样的声发射时间序列随应力水平的变化趋势和声发射关联维数变化趋势相似;弹性阶段后,煤样的声发射时间序列关联维数的突降,可以作为破坏的“前兆”,这一特征不随围压变化、瓦斯压力的存在与否而发生变化。     

目标检测传感器网络参数设计

通过理论分析,给出了目标穿越无线传感器网络防线时的被检测概率与传感器网络设计参数之间的关系,建立了传感器网络目标检测问题的数学模型.传感器网络所有节点均采用基于时间片的休眠/唤醒节能策略,使得节点在每个时间片以一定的激活概率进入活动状态.推导目标检测概率的计算公式表明,检测概率与传感器节点的密度以及节点激活概率均成正比.因此,在满足所需要的目标检测概率条件下,可以采用降低节点密度或者减小节点激活概率的方法来减少系统能耗.此外,建立了节点工作时间片大小与传感器网络能耗之间的关系式.由该关系式得出,在其他参数确定的条件下,存在一个目标运动速率的临界值.当目标速率小于此临界值时,网络能耗随时间片的增加而增大;当目标速率大于此临界值时,网络能耗随时间片的增加而减小.     

基于汉明距离的传感器网络分层拓扑发现算法

针对传感器网络能源有限的特性,提出了一种基于汉明距离的分层拓扑发现(LTIHD)算法.根据在汇聚节点收集到网络内部节点报文接收或丢失的情况,利用汉明距离识别相邻两层节点之间的父子关系,逐层推测网络的拓扑,不增加网络负担.仿真试验表明:推测18节点传感器网络需要60轮数据采集和1.56 s的推测时间;推测120节点传感器需要140轮数据采集和4.12 s的推测时间.该算法可以准确快速地推测传感器网络的拓扑,适合大规模传感网络的拓扑推测.     

基于复杂网络的时间序列转换算法

引入最大值分裂算法和凸包发现算法,分别对时间序列转换为复杂网络的经典可视图算法进行改进,并将经典可视图算法及其2种改进算法应用于分形布朗运动时间序列中.实验结果表明,2种改进算法能明显降低时间复杂度.     

基于发送功率的无线网络可靠性分析

为了快速准确地评估无线网络的可靠性,使用Weibull函数提出了一种基于发送功率的无线网络链路存在的概率模型.在已知节点发送功率和节点间距离的情况下,得到无线网络中各节点间链路存在的概率,进而得到各种拓扑存在的概率.并针对每种拓扑分布分别使用两终端可靠性的求解方法,得到无线网络的可靠性.仿真结果表明:当无线节点的可传输距离小于节点间直线距离时,网络可靠性为0;当无线节点的可传输距离大干节点间3倍直线距离时,链路完全可靠,网络可靠性由节点可靠性决定;当无线节点的可传输距离在前两者之间时,网络可靠性随着节点发送功率的增加而增加.该模型为现实中无线网络两终端可靠性的设计评估和无线功率资源的有效分配提供了有效的方案.     

基于节点划分的无线传感器网络自适应分簇算法

为延长网络的生命周期,针对随机部署的无线传感器网络节点均匀分布和能量有限的特点,提出了一种基于节点划分的分布式自适应分簇算法.通过节点的划分均衡簇内负载,利用节点的剩余能量与通信距离信息的自适应加权来优化调整节点竞选簇头的概率.模拟实验结果表明,该算法可有效延长网络的稳定周期和生存时间,数据传输量比LEACH-E算法增加了近20%.