供水管网抗震拓扑优化算法研究

针对供水管网抗震拓扑优化问题,引入管线单元投资重要度的概念评价管网中管线对管网抗震的贡献.在此基础上,将遗传算法、遗传-模拟退火算法、蚁群算法和微粒群算法等现代组合优化算法应用于供水管网抗震拓扑优化中.通过算例对上述算法的优劣进行了对比分析.结果表明：遗传-模拟退火算法表现最好,遗传算法和微粒群算法次之,而蚁群算法的搜索性能较差.     

基于压力驱动节点配水量模型的供水管网震后水力分析

本文提出了一个基于压力驱动节点配水量模型的供水管网震后供水能力评价方法.采用Monte Carlo模拟分析得到管网震后供水满足率均值,作为管网震后供水能力评价结果;在单次模拟分析中采用随机抽样方法确定管道地震破坏状态,并形成管网震后水力模型,基于压力驱动节点配水量模型进行管网震后水力平差计算.在案例分析中,分别应用本文方法与美国Cornell大学开发的供水管网震后水力功能分析软件GIRAFFE评价某城市供水管网在不同地震烈度作用下的供水能力.结果表明,本文方法分析结果与GIRAFFE分析结果的变化规律一致,相同模拟收敛条件下本文方法所需Monte Carlo模拟运行次数少于GIRAFFE软件,本文方法进行单次Monte Carlo模拟的计算时间少于GIRAFFE软件;在基于压力驱动节点配水量模型的管网震后水力分析模型中,管道破坏造成的漏水量会同时降低该管道上游和下游节点供水满足率,与管网震害实际情况相符.     

基于下肢保护的保险杠结构参数多目标优化

参考国家标准,建立了下肢冲击器对汽车试验的有限元和多刚体模型,验证了两种模型仿真结果的一致性。在下肢冲击器对汽车试验的多刚体仿真模型中,选取保险杠结构参数作为设计变量,以膝部弯曲角度、膝部剪切位移、小腿上端加速度三个损伤指标值最小为优化目标,利用基于pareto最优的多目标遗传算法进行了优化设计,并对保险杠结构参数进行了灵敏度分析。仿真结果表明,保险杠离地高度对下肢损伤影响最大,由优化所得到的该组结构参数对下肢有较好的保护效果。     

基于视觉的机械臂空间目标抓取策略研究

空间非合作目标的探测和抓取是空间机械臂的重要应用目标,为了解决空间目标的位姿测量和捕获问题,本文深入分析了机械臂特性和目标特性,在建立机械臂、相机和目标的运动关系的基础上,基于立体视觉实现了对空间目标的位姿测量,控制机械臂进行抓取预定位.考虑立体相机的测量误差和机械臂的控制精度因素,在抓取末阶段采用单目相机,基于图像的视觉伺服策略控制机械臂进行精确位姿调整对目标进行抓取.通过机械臂对空间目标的抓取实验验证了该抓取策略的有效性.     

基于城市设计的大尺度城市空间形态研究

在当今中国史无前例的城市化进程中,相当多的中国城市都不同程度地经历了城市规模的急剧扩张．伴随着城市规划的持续编制、修编和实施,城市的功能结构、空间环境、街廓肌理乃至社会等发生了显著的变化,而所有这些都直接发生在某一城市尺度、甚至是发生在某一城市的大尺度空间形态上．本文通过对城市空间形态构成、演进和外显表征的描述和分析,尝试建构城市形态影响要素模型,进而讨论与形态密切相关的城市用地属性及保护、调整和开发潜力．同时,基于城市设计参与良好城市空间形态塑造和建设管理的专业特征,提出针对大尺度城市空间形态的量化评析技术方法,从而为城市政府和规划建设管理部门提供技术支持．     

基于参数优化的平动点轨道族简单生成方法

在圆限制性三体问题框架内,针对不同类型平动点轨道的特点,提出一种基于优化算法的平动点轨道生成方法.通过设定轨道特征点,以轨道闭合程度为目标函数,使用优化算法寻找精确的初始状态,可得到闭合程度很高的平动点周期轨道;以航天器在限定区域自主运行时间为目标函数,使用优化算法将航天器状态不断修正到稳定流形上,理论上可得到任意时间长度的平动点拟周期轨道.这种方法简洁高效,通用性强,灵活性高,不需要使用任何解析方法即可得到多数典型类别的平动点轨道.将其应用到深空探测轨道任务中,将大大降低平动点轨道的计算难度,为平动点轨道设计提供一种新的思路.     

基于网格技术的梅森素数搜索

梅森素数是一种特殊的素数,它一直是数学研究的热点和难点.由于梅森素数搜索的计算复杂性,2300多年来人类仅发现了44个梅森素数.随着互联网与分布式计算技术的发展,利用网格技术寻找梅森素数成为了当今科学研究的热门课题.本文介绍了梅森素数的相关理论,并探讨了基于网格技术的梅森素数搜索的算法和应用,并介绍了梅森素数搜索的重要意义.     

基于用地开发强度决策支持系统的大尺度城市空间形态优化控制

以常州老城为例,介绍了基于用地属性相似关系所研制的2.0版用地开发强度决策支持系统,该系统通过引入体现随机性的相似关系算法,得到各用地开发强度的合理波动区间,该结果基本符合规划决策经验和实际情况,体现了容纳现实偶然性的决策理性.通过振幅调节、参照地块次数、差异度控制和开发强度总值等参数设定,规划设计人员可有效控制系统运行过程和结果,体现城市设计意图,适应不同城市特定情况.在此基础上,结合不同开发强度和用地性质的典型街区模式菜单,尝试建立了一套运用该系统进行大尺度城市空间形态优化控制的技术路线和方法,对于解决我国当前城市发展无序的问题具有重要的现实价值.     

基于PCE代理模型和贝叶斯优化的结构参数快速反演方法

为保证工程结构的安全,根据实测资料进行反演分析,获取真实环境下的材料参数值具有重要价值.而现有的参数反演方法普遍存在计算效率与精度不可兼得的问题.本文利用小样本构建基于混沌多项式展开(polynomial chaos expansions, PCE)的高精度代理模型,并采用贝叶斯优化进行参数反演.新方法基于大型结构响应随机量化方法,充分利用复杂因素影响下结构响应随机特性,并依据贝叶斯后验更新方法,仅需要少量正向计算样本,便可高效、精确地进行大型结构的参数反演.某混凝土拱坝材料参数的反演算例表明,与基于贝叶斯优化算法直接进行迭代优化反演方法和基于Kriging代理模型的反演方法相比,本文所构建的方法具有优异的计算效率,适合于大型复杂结构问题的快速反演,为实际工程中在线反演和实时预测提供了新的发展维度.     

基于分支限界搜索框架的测试用例自动生成

作为软件测试领域的一个基本问题和热点问题,面向路径的测试用例自动生成有着特殊的重要意义.面向路径的测试用例生成本质上是一个约束满足问题,并通过搜索算法求解.着眼于提升搜索算法的效率,本文提出了一种新的智能算法,将分支限界和爬山法进行了有机的整合,分支限界作为全局搜索算法,而爬山法作为局部搜索算法,发挥各自的优势来对测试用例的解空间进行搜索.     

基于三层路网优化策略模型的关联交叉口序列研究

以若干个连续交叉口构成的关联交叉口序列为单位,对平面信号交叉口相位的禁／放行状态进行优化建模;建立以减少延误时间和平均排队长度为目标,同时考虑驾驶员的主观心理一生理因素,寻求平面信号最优控制交叉口配时参数为最终目标的三层路网优化控制模型;最后构造出与驾驶加速度紧密关联的、三层模型架构下的目标策略函数。     

基于控制理论的透平叶栅气动反设计优化

本文应用控制理论,采用提出的基于网格节点位置坐标直接变分法,研究建立了一般性优化问题的伴随系统,研究发展了基于控制理论的轴流式透平叶栅气动反设计优化方法与系统.该伴随系统的推导过程以尽可能的减少计算资源为宗旨,应用分部积分公式和连续伴随方法,最终得到的目标泛函变分的表达式中仅仅含有网格坐标变分的边界积分项,避免了梯度计算过程中网格内部节点的重复生成,相对于传统的伴随方法更进一步节省了计算资源.伴随系统的数值求解采用ROE格式近似黎曼通量和显式五步龙格-库塔时间推进法,并使用多重网格技术和当地时间步长加速收敛.为验证本文伴随系统的稳定性、通用性、收敛性和精确性,通过定义不同的目标函数进行了考核,研究结果表明,本文所研发的伴随系统和反设计优化系统具有优秀的鲁棒性和高效性,能够有效应用于轴流式透平叶栅气动反设计优化中.在此基础上,结合本文所研究的气动优化理论,建立了应用Euler方程和N-S方程的伴随方法叶栅气动反设计优化方法与系统,研发了轴流式叶栅的二维、三维无黏及黏性条件下的压力反设计、等熵马赫数反设计软件,成功进行了数值算例研究,验证了该优化系统的有效性和经济性.     

基于最优搜索理论的失踪旅游者搜救模型研究

文章研究在失踪旅游者搜索问题中引入最优搜索理论的方法.针对失踪者相对静态的情况,在目标分布函数与探测函数的基础上建立搜索模型,通过拉格朗日乘数法最优化计算,导出了探测函数服从指数形式时的静态失踪旅游者最优搜索模型和搜索资源最优配置的计算方法.经示例比较,研究建立的搜索模型大幅度缩短了失踪旅游者的搜索时间,提高了搜索效率与失踪者的生还机会.     

基于多级模糊综合评判的隧道抗震安全性评价

通过对影响隧道抗震的因素的分析,从管理养护、抗震设计、抗震设备和地质条件4个方面选取了24项对隧道抗震安全性影响较大的因素作为评价指标,建立了隧道抗震安全性评价指标体系;运用模糊数学理论确定评价指标的权重以及建立隧道抗震安全性评价模型;提出一套科学的用于隧道抗震安全性多级模糊综合评价的方法;并采用此方法对丽水市某一隧道抗震安全性的实例计算分析。结果表明,多级模糊综合评判方法在隧道抗震安全性评价的结果与实际情况相符合。根据多级模糊综合评判结果,确定了隧道抗震安全性评价因素中的薄弱环节,为隧道抗震防灾的安全设计及维修加固提供了依据,其理论、方法、思路和结论可供同类工程借鉴。     

Banach空间中时变广义分布参数系统的可解性

广义分布参数系统是比分布参数系统更常见的一类系统,二者有着本质的区别,如广义分布参数系统受到干扰时会引起脉冲行为等．广义分布参数系统的可解性问题是广义分布参数系统研究的重要问题之一．本文主要研究Banach空间中时变广义分布参数系统的可解性问题．首先,讨论Banach空间中由有界线性算子所引导的广义发展算子及其性质,定义了广义发展算子的生成元．证明了广义发展算子的存在性;然后,应用广义发展算子研究时变广义分布参数系统的可解性问题,证明了强解的存在性和唯一性,并应用广义发展算子给出了时变广义分布参数系统强解的构造性表达式．所得结果对于研究时变广义分布参数系统的稳定性问题、能控性问题及最优控制问题等都有重要的理论及应用价值．     

基于类别空间的基因选择

基因选择通常是在基因空间中进行的. 由于基因空间的维数(基因数目)比该空间中的样本数要多得多, 这种做法存在严重的维数发难(curse of dimensionality)问题, 其结果是在基因空间中所建立数据模型难于获得满意的精度, 基于所建立模型的基因选择结果可信度低. 如何对具有极少样本的极高维空间进行特征选择(基因选择)是一个极具挑战性的课题. 将基因空间变换为它的对偶空间, 称为类别空间, 从而空间的维数仅为基因空间中样本的类别数, 空间中的样本数则为基因空间的维数. 显然, 在类别空间中不存在任何维数发难现象; 提出了在类别空间中基于将不同的类尽可能分开的原则、并借助主分量分析的基于类别空间基因选择方法. 对真实基因数据的基因选择实验, 并通过Fisher指标、加权Fisher指标以及leave-one-out cross validation等可分性指标, 与其他两种基因选择方法进行了深入的比较, 结果表明该方法是十分有效的.     

基于计算机仿真的心肌动脉血管网流固耦合仿真分析

针对运动员运动时易出现动脉、毛细血管损伤等现象,基于流体动力学、固体力学、计算机仿真技术和超弹性材料模型,利用有限元分析方法,建立了心肌动脉血管网流固耦合模型,并分析了心肌动脉及其支血管网内血液流动的速度场、压力分布以及由血液流动引起的血管受力变形等力学特征。基于心肌动脉血管网流固耦合模型,利用PID控制算法控制心肌动脉入口压力成功实现了血管内待测点血液流速的自动控制,并且此PID控制系统对血液流速的变化有很好的响应灵敏度。     

单一风电场的短期负荷调度优化策略

随着并网风电场数量迅速增加,单一风电场的调度水平需要提高.如何优化一个周期内风电场机组运行的数量与启停方案,迫切需要研究.针对风电场机组数量众多,调度方案解维数过高的问题,分析风电场机组负荷特性,提取机组负荷特征矩阵,运用FCM模糊聚类算法对风电场机组群进行分类;定义风电场机组运行相对损耗指标和启停相对损耗指标,在风功率预测的基础上,根据总调度指令,应用非线性规划理论建立风电场机组组合优化模型,运用模糊聚类算法和遗传算法相结合对模型进行求解.所建立模型和相应求解方法克服了风电场机组调度解维度过高带来的困难,获得了连续时期的风电场全部机组优化调度.最后,通过算例分析计算了某45MW风电场的多目标机组优化调度,验证了所提出算法的可行性和有效性.     

基于莱维飞行鸽群优化的仿雁群无人机编队控制器设计

针对无人机编队控制器设计难题,受到大雁飞行时头雁产生的上洗气流能有效减小雁群飞行所需要的体力消耗的启发,设计了无人机编队远距离飞行时的比例-积分-微分仿雁群编队控制器.编队飞行中,无人机由于会受到突风或其他客观因素的影响会偏离最佳的编队位置,针对该问题提出了一种基于莱维飞行鸽群优化无人机编队控制器参数的整定方法,以求取无人机编队时对外界干扰具有强鲁棒性的比例-积分-微分控制器参数.仿真对比验证表明,本文所设计的基于莱维飞行鸽群优化的仿雁群无人机编队控制器具有更强的快速性、稳定性和可靠性,减少了无人机远距离仿雁群编队时飞行的油量消耗,并增加了无人机的作战半径.     

基于星历模的行星际halo轨道间转移会搜索

本文针对星历模型下星际三体系统动平衡点halo轨道间的转移机会搜索问题,提出了一种基于三体系统不变流形结构的二级搜索方法.该方法首先基于星历模型求解行星际halo轨道逃逸流形初始时刻与捕获流形末端时刻固定时,连接该不变流形的最优两脉冲转移问题,得到所给条件下星际halo轨道间的最优转移轨道.然后以逃逸流形初始时刻、捕获流形末端时刻为变量,以连接该不变流形的最优两脉冲转移所需的速度增量为目标函数,绘制等高线图研究解空间的全局特性,从而得到转移机会.最后分别以日一地与日一火系统及日一地与日一金系统为例,搜索其在2015-2017年的转移机会,研究结果验证了本文所提方法的有效性,同时也揭示出了行星际halo轨道间转移机会的类周期性.