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关键词： 污水处理   Takagi-Sugeno系统   故障检测   容错控制   集员估计   L_∞性能  

摘要： 作为当今污水处理厂中不可或缺的模块,生物处理过程主要承担降解有机物的任务,主要分为活性污泥和生物膜工艺两种方法。两者都旨在利用微生物与污水充分接触并产生氧化还原反应以降解有机物质。通常被划分为好氧、厌氧和缺氧阶段。大量的生物处理过程和复杂的生化机制使得污水处理系统具有高度非线性和不确定性,使得污水处理系统容易发生故障,并造成严重后果。本文旨在研究基于区间估计的污水生物处理过程故障诊断与容错控制的方法,具体研究工作和主要贡献总结如下: （1）提出了一种基于区间观测器的污水生物生长过程故障检测方法。考虑污水处理过程中存在未知但有界的不确定性,首先将非线性的污水生物生长过程系统构造为前件变量可测的Takagi-Sugeno（T-S）模糊系统。其次,针对该T-S模糊系统,提出一种T-S模糊区间观测器,基于H∞性能指标设计出该观测器的设计条件,通过T-S模糊区间观测器求出无故障情况下的残差区间。再次,将残差区间作为故障检测阈值,通过判断0点是否在阈值内来实现故障检测。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。 （2）由于区间观测器设计条件较为严苛,提出了一种基于峰-峰（L∞-L∞）优化的活性污泥处理过程的故障检测方法。首先,将非线性的活性污泥系统构造为前件变量不可测的T-S模糊非线性系统并将前件变量不可测导致的不确定项构造为Lipschitz不等式项。其次,针对该非线性T-S系统,基于L∞性能指标设计T-S模糊观测器,实现污水活性污泥过程的状态点估计。然后,根据当前估计误差的L∞范数和解出的观测器增益矩阵,提出一种反向参数优化方法,通过优化估计误差的L∞范数来降低所求区间的保守性。接着,基于被优化的估计误差L∞范数实现区间状态估计和阈值生成,并将阈值与残差进行数值比较实现故障检测。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。 （3）为了进一步降低故障检测算法的复杂度,提出了基于集员估计的污水生物生长过程故障检测方法框架。首先针对污水生物生长过程T-S模糊系统,设计T-S模糊观测器,基于L∞性能指标设计出该观测器的设计条件,实现鲁棒的状态点估计。其次,根据该系统所受不确定性的有界性特点,分别基于椭球体、中心对称多胞体和椭球束三种集合形式进行表征。然后,根据三种集合形式依次计算并迭代估计误差的集合表达式,通过最小外包盒子定界实现状态区间估计和阈值生成,并基于残差和阈值的数值比较实现故障检测。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。 （4）为提高污水处理过程运行的安全性和可靠性,针对污水生物膜处理过程提出了一种基于故障估计的容错控制方法。首先,将具有执行器故障的非线性生物膜处理系统构造为前提变量可测的T-S模糊Lipschitz非线性系统。其次,针对该系统设计了一种T-S模糊故障估计观测器。再次,基于故障估计结果,提出了一种基于输出反馈的H∞轨迹跟踪控制器,使得控制器能够根据故障估计信号执行容错控制。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。

关键词： 广义信仰推断   Beta分布   区间估计   膨胀分布   同时置信区间   Wilson-Hilferty变换  

摘要： Beta分布是用于描述在0与1之间变化的随机变量的概率分布,通过调节参数,其概率密度函数可呈现多种不同的分布特征,因此能够很好地拟合比例、概率及百分比等数据。在贝叶斯分析中作为二项分布参数的共轭先验分布,能显著优化后验概率推导过程。在实际应用中,该分布被广泛应用于金融、环境以及生物医学等学科领域中。 本文主要利用广义信仰推断研究了单变量Beta分布、膨胀Beta分布和多总体Beta分布三种情况下的区间估计问题,通过数值模拟和实证分析展示了广义信仰推断的优势。首先基于Wilson-Hilferty变换和结构方法,构建了Beta分布参数的信仰广义枢轴量。对单变量情形下参数区间估计问题进行研究,梳理了现有的估计方法,包括极大似然估计和Bootstrap方法,并使用广义信仰推断构建了点估计和置信区间,数值模拟和实证分析表明广义信仰推断更具优势。其次,分别对零膨胀和一膨胀Beta分布的均值构建了置信区间,根据对二项参数的不同处理,引入了两种二项参数的信仰广义枢轴量,将其与MOVER进行比较,模拟结果显示,两种广义信仰置信区间均有令人满意的频率表现,其中修改后的方差稳定变换枢轴量更具有优势,并将三种方法分别应用于零膨胀和一膨胀的数据集中以验证其有效性。最后,针对多个总体均值差异的多重比较问题,基于信仰广义枢轴量提出了四种信仰方法,其中证明了基于同时信仰广义枢轴量的方法得到的同时置信区间具有渐近正确覆盖率。通过数值模拟,利用经验覆盖率和平均区间长度两个评价标准对比了极大似然估计和四种信仰方法,并将其应用在相对湿度数据和违约率数据中。 综上所述,广义信仰推断相较于极大似然估计、Bootstrap等经典方法具有显著优势,即使在小样本条件下依然能够保持轻微保守的经验覆盖率,且具有更短的置信区间。因此,在Beta分布参数区间估计的实际应用中,特别是在小样本场景下,推荐采用广义信仰推断方法。

关键词： 结构体系失效概率   马尔科夫蒙特卡洛方法   核密度估计   聚类分析   重要抽样方法  

摘要： 对于结构体系失效概率的计算,当其失效概率较小时,马尔科夫蒙特卡洛方法难以获取足够的失效样本点,且无法覆盖全部失效区域,导致采用核密度估计重要抽样方法计算失效概率精度较低.因此,提出一种基于聚类分析的核密度估计重要抽样方法.该方法首先利用拉丁超立方抽样得出第1次马尔科夫蒙特卡洛方法抽样的初始样本点,并通过抽样获得失效样本;然后将获得的失效样本进行聚类分析,获得结构失效模式的个数,并选取出具有代表性的失效样本作为初始失效样本点,进行第2次马尔科夫蒙特卡洛方法抽样;最后基于第2次抽样获得的失效样本点,采用核密度估计的重要抽样方法进行失效概率计算.算例分析表明,该方法针对小失效概率的体系可靠度问题具有良好的计算精度.

关键词： 图像去雾   暗通道   自适应容差机制   梯度域引导滤波   区间估计   亮度补偿  

摘要： 目前基于暗通道的图像去雾算法多存在复原后图像色彩失真和天空边界区域轮廓模糊等问题。为了解决这些问题,提出了一种融合彩色增强信息的暗通道去雾方法。该方法以暗通道先验算法为基础,采用灰度开运算对大气光值进行区间估计得到精确的大气光值和初始透射率;将YC_(b)C_(r)空间上复原图像所对应的灰度图像作为引导图像,并对粗透射率图采用梯度域引导滤波细化处理;再利用自适应容差机制对天空区域及明亮区域的透射率进行自适应修正;最后,利用亮度补偿模型对图像进行修正,提高复原图像的亮度和色彩饱和度。在合成雾天图像和真实雾天图像上的实验结果表明,与现有的单幅图像去雾算法相比,所提方法在峰值信噪比和结构相似性上均有提升,同时有效地解决了去雾后图像颜色失真和细节丢失问题。

关键词： 同型半胱氨酸   血压变异性指标   缺血性脑小血管病   认知障碍   预测价值  

摘要： 目的探讨同型半胱氨酸(Hcy)与血压变异性指标对缺血性脑小血管病患者并发认知障碍的预测价值。方法选择2021年1月至2023年1月开滦总医院开滦精神卫生中心收治的缺血性脑小血管病患者136例为研究对象。采用蒙特利尔认知评估量表(MoCA)评估患者的认知功能,并根据认知功能将患者分为认知正常组(MoCA评分≥25,n=52)和认知障碍组(MoCA评分<25分,n=84)。比较2组患者的一般临床资料;检测所有患者的Hcy及血压变异性指标[包括夜间收缩压标准差(nSSD)、夜间舒张压标准差(nDSD)、日间收缩压标准差(dSSD)、日间舒张压标准差(dDSD)];采用logistic回归分析影响缺血性脑小血管病患者发生认知障碍的影响因素,受试者操作特征(ROC)曲线分析Hcy及血压变异性指标对缺血性脑小血管病患者发生认知障碍的预测价值。结果认知正常组与认知障碍组患者的年龄、体质量指数、性别、吸烟史、饮酒史、糖尿病史、冠状动脉性心脏病等比较差异无统计学意义(P>0.05);2组患者高血压史占比比较差异有统计学意义(P<0.05)。认知障碍组患者的Hcy、nSSD、nDSD、dSSD及dDSD显著高于认知正常组(P<0.05)。多因素logistic回归分析结果显示,Hcy、nSSD、nDSD、dSSD、dDSD为影响缺血性脑小血管病患者发生认知障碍的危险因素(P<0.05)。ROC曲线分析结果显示,Hcy、nSSD、nDSD、dSSD、dDSD及五者联合预测缺血性脑小血管病患者发生认知障碍的灵敏度分别为67.86%、80.95%、61.90%、78.57%、65.48%、94.05%,特异度分别为78.85%、67.31%、94.23%、88.46%、82.69%、96.15%,曲线下面积分别为0.778、0.772、0.835、0.893、0.810、0.977。Hcy、nSSD、nDSD、dSSD、dDSD五者联合的预测价值显著高于单独预测(P<0.05)。结论发生认知障碍的缺血性脑小血管病患者Hcy、nSSD、nDSD、dSSD、dDSD指标均升高,这些指标对缺血性脑小血管病患者发生认知障碍具有预测价值,且五者联合的预测价值优于单独预测。

关键词： 广义枢轴量   广义置信区间   过程能力指数   逆瑞利分布   对数逻辑分布  

摘要： 讨论在逆瑞利分布和对数逻辑分布下一个重要的过程能力指数C Npk的统计推断问题。构造C Npk的广义枢轴量,然后提出其广义置信区间。数值结果表明,所提出的区间估计在覆盖率和区间长度方面比bootstrap方法具有更好的性能。

关键词： 跟踪监测   生产生活水平   抽样理论   三峡移民  

摘要： 跟踪监测与评估是分析水库移民工作实施效果、把握移民安置活动进展的重要手段。通过对三峡库区移民生产生活水平跟踪监测调查方案分析可知,其抽样方法在覆盖度、代表性、抽样效率方面仍有改进空间,且现有抽样方案基本未考虑样本老化造成的代表性降低问题。由此,立足于统计学理论,从扩大样本量规模、设计样本轮换方式与辅助变量、科学确定抽样单元等手段对其进行研究改进,并补充了样本轮换下的均值指标估计方法以及调查指标的方差估计方法,提出了改进后的三峡移民抽样方法及估计方法,为实践应用提供了指导,也为类似的大规模社会经济调查研究提供了重要参考。

关键词： 顽固性高血压   血压变异性   阿罗洛尔   苯磺酸氨氯地平  

摘要： 目的 探究阿罗洛尔联合苯磺酸氨氯地平对顽固性高血压(resistant hypertension,RH)患者血压变异性及血清学指标的影响。方法 选取2023年5月—2024年3月平潭综合实验区白青乡卫生院诊疗的63例RH患者,根据不同的治疗方法分为对照组(n=30)、观察组(n=33)。其中对照组予以苯磺酸氨氯地平治疗,观察组予以阿罗洛尔联合苯磺酸氨氯地平治疗。比较两组的临床疗效、不良反应发生率、治疗前后的血压变异性[舒张压(diastolic blood pressure,DBP)、收缩压(systolic blood pressure,SBP)、24 h舒张压变异性(24 h diastolic blood pressure variability,24 h DBPV)、24 h收缩压变异性(24 h systolic blood pressure variability,24 h SBPV)]及血清学指标[基质金属蛋白酶-3(matrix metalloproteinase-3,MMP-3)、超敏C-反应蛋白(hypersensitive C-reactive protein,hs-CRP)、降钙素基因相关肽(calcitonin gene related peptide,CGRP)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)]水平。结果 与对照组相比,观察组的临床治疗有效率较高(χ^(2)=4.455,P=0.035)。与对照组相比,观察组治疗后的DBP、SBP、24 h DBPV、24 h SBPV水平较低(t=4.247、3.934、5.440、7.064,均P<0.05)。与对照组相比,治疗后观察组的MMP-3、hs-CRP、TNF-α水平较低,CGRP水平较高(t=2.015、3.676、6.322、6.995,均P<0.05)。两组的不良反应发生率比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论 阿罗洛尔联合苯磺酸氨氯地平治疗RH疗效确切,不仅可改善血压水平,还可抑制机体内的炎症反应,并具有一定安全性。

关键词： 不确定性分析   抽样方法   多物理耦合   核数据   工程参数   中子学   热工水力   燃料性能分析  

摘要： 为了研究核反应堆堆芯中子学、热工水力和燃料性能分析等多物理耦合计算的不确定性,本文基于“两步法”计算软件Bamboo-C和燃料性能分析程序FEMAXI,通过再抽样方法实现了堆芯多物理耦合计算功能,采用统计学抽样方法对“华龙一号”堆芯多物理耦合关键响应进行不确定性分析。结果表明:“华龙一号”堆芯首循环临界硼浓度的不确定度为45.4×10-6~46.1×10-6;寿初期状态下径向和轴向功率分布的最大相对不确定度分别为2.1%和0.96%;寿末期状态下径向和轴向功率分布的最大相对不确定度分别为0.8%和0.83%。本文建立的多物理耦合不确定性分析方法为核反应堆的设计、运行和安全分析提供了有效的工具,有助于提高反应堆的安全性和经济性。