不规则分层地层中电磁波透地传输的衰减特性

分层地层对透地通信电磁波的传播特性有重要影响。现有的研究主要是基于规则分层地层模型对电磁波透地传播特性进行分析,但分层地层往往是不规则的。为此,基于所建立的不规则分层地层模型,将分层地层模型分界面抽象为平面、正斜面和负斜面。根据电磁波入射角与分层地层倾斜角的几何关系,推导了电磁波在不规则分层地层中正向和反向传播时电场强度和磁场强度的衰减情况。仿真表明分层地层的不规则性与电磁波进入分层地层介质的先后次序均对电磁波的传输衰减有重要影响。虽然电场强度和磁场强度随着透地距离的增加都显著地衰减,但电场强度和磁场强度的衰减特性并不相同。此外,无论是对电场还是磁场,由于在分层地层分界面电磁波都要产生反射,因此,电磁波在进入到另外一层媒质时电场强度和磁场强度都会产生一定程度的突变衰减。     

PSO优化算法在尾矿库空间预测中的应用

由于尾矿库的空间变异特殊性,传统的插值法预测精度不高,误差很大。为解决这一问题,考虑到粒子群算法在求解非线性问题时具有更强的全局搜索能力、并行性和多样性、适应性和自适应性,提出了一种基于粒子群算法优化Kriging模型来拟合尾矿库内部参数数据的克里格空间预测算法,旨在提高尾矿库内部参数信息的拟合精度,减少误差。为验证改进算法的有效性,采用多种预测评价指标进行分析,并与传统Kriging进行交叉验证分析,确定优化算法的可靠性。结果表明：相比于传统的加权最小二乘法拟合法,采用PSO算法拟合 Kriging 模型参数时,内摩擦角平均误差率降低了23.36%,黏聚力平均误差率降低了8.45%,证明算法可行和有效。     

煤层属性空间变异的差分进化径向基神经网络插值

为提高煤层属性空间变异的插值精度,建立了径向基函数神经网络(RBFNN)预测模型。为提高差分进化算法(DE)的全局寻优能力,提出基于非均匀变异的最优克隆算子,使之融入DE,形成最优克隆差分进化算法(OCDE);并应用OCDE优化RBFNN的参数,构成了差分进化径向基神经网络插值方法。以贵州省织纳煤田为例,应用于煤层属性预测,分别设立插值方法的拟合精度评价指标--标准均方根误差（ENRMS）和预测精度评价指标--平均相对误差百分比(EMRP)。差分进化径向基神经网络方法在84个样本时,煤层厚度属性插值的ENRMS和EMRP值分别为23.31%和11.63%。在样本容量为84、74、64、54、44、34个训练样本集条件下,该方法的ENRMS和EMRP值都小于相应训练样本集的Kriging方法,插值的拟合精度和预测精度都显著好于Kriging方法。     

基于支持向量机模型的地表下沉系数计算参数寻优

为准确快速地对地表下沉系数进行预测分析,提出基于支持向量机(SVM)的地表下沉系数的SVM预测模型,结合我国典型的地表移动观测站实际案例,分别采用网格参数寻优算法、遗产算法(GA)、粒子群算法(PSO)对SVM模型进行参数寻优,并采用考虑交叉概率的改进GA算法对地表下沉系数进行预测.结果表明,改进的GA算法预测回归系数可达到0.95271,适合地表下沉系数预测分析,预测准确率最高.     

基于LSSVM优化的Kriging方法预测煤厚变化研究

针对普通Kriging插值方法中变差函数模型参数求解难、模型选择具有主观性、并不一定能选出最优变差函数模型的局限性,将最小二乘支持向量机与Kriging方法结合起来,利用最小二乘支持向量机较强的非线性回归能力从实际数据中重构变差函数。为了评价该方法的插值精度,将它和传统普通Kriging插值方法相比较,并利用研究区实际煤层厚度数据进行了验证。     

时空Kriging插值在边坡变形监测中的应用

边坡形变监测中的监测点布设受限现场条件,布设位置可能不尽合理且数量有限,监测区域数据处理时需要进行时空插值。将经典的Kriging空间插值进行时空扩展,利用时空一类积和式方法建立了时空变异函数模型;分析了参数与变形的之间的关系;给出了时空插值的计算方法。以平朔露天矿边坡监测为实验对象,将整体时空Kriging插值与单一的Kriging空间插值结果进行对比分析,结果表明,同时兼顾了时间与空间关联性的时空Kriging插值精度有所提高。将监测区进行网格化,初步建立了监测区域的三维动态形变场模型,从整体上分析了边坡的稳定性。     

基于多尺度CSRBFs的地层三维地质建模

基于矿山多源数据实现地层三维地质建模是数字矿山研究中的一项重要工作，其成果有助于矿山资源评估、生产规划编制等工作的有序进行。采用插值方法对离散采样的非均匀点状数据进行处理，是精准构建矿体模型的关键。然而，矿体建模常用的插值方法在处理数据时，很少有效顾及数据的非均匀性。基于多尺度CSRBFs插值方法，提出了一种可以处理非均匀数据的地层三维建模技术。首先从多源数据中提取非均匀的地质离散点数据集。然后，使用多尺度CSRBFs插值构建地层表面模型，插值步骤包括：①样品点获取与单位法向量计算；②通过八叉树空间索引构建层次点集；③使用多尺度CSRBFs方法在样品点集上由粗到细逐层插值，计算地层表面隐式函数；④地层隐式曲面可视化。最后，使用提出的断层建模方法在连续地层表面构建正断层、逆断层和交叉断层模型。研究表明：多尺度CSRBFs（Multi-scale CSRBF， MsCSRBF）插值方法通过十折交叉验证获得的平均误差为0.943 m，精度优于反距离加权法（Inverse Distance Weighted， IDW）和普通克里金法（Ordinary Kriging， OK），且MsCSRBF方法相比于IDW和OK方法插值运算效率更高。上述分析表明：多尺度CSRBFs差值方法能够针对非均匀数据进行地层表面模型的高精度、快速重建。     

基于人群搜索算法对齿轮传动优化设计

人群搜索算法(SOA)结合人的思维习惯和行为方式,克服了粒子群算法(PSO)和遗传算法(GA)等智能优化算法收敛性差、局部寻优的缺点。建立以体积最小为目标的多约束数学模型,提出了SOA算法的圆柱齿轮减速器的优化设计方法,同PSO算法、GA算法的仿真结果进行对比分析,SOA算法的收敛速度更快、全局搜索能力更强和鲁棒性更好,为机械部件优化设计提供了参考。     

基于克里金插值法的煤体应力场分布规律研究

为解决应力监测系统监测分析煤体应力场时测点数量较少、插值准确度较低等问题,采用克里金插值法对试验工作面应力监测数据进行变异函数模型拟合和交叉验证,研究在测点数量较少的情况下不同变异函数模型的插值效果.结果表明:在煤体应力场中采用球状模型的克里金插值法的准确性高于其他插值方法,其插值残差的优化均值小于0.2 MPa,并得到工作面回风巷和运输巷内煤体应力监测系统的测点间距应分别小于7.95和9.92 m.采用克里金插值法得到的应力云图能够反映试验工作面巷帮煤体应力场分布规律,为巷道超前支护、顶板稳定性控制、围岩稳定性分析、冲击地压预防等提供理论依据.     

针对地质云钻孔数据的空间插值方法选择

为准确模拟黄河流域某矿区地层分布形态,选取80个地质云钻孔数据利用ArcMap分析数据特征,运用克里金方法插值过程中考虑变异函数模型和搜索步长数的影响,通过交叉验证确定最优插值方式,并通过三维可视化对结果进行展示。结果表明:采用普通克里格插值方法,参数选择高斯模型、步长数9插值精度最高。多模型参数比较的结果可应用于类似矿区地层分布的研究。     

三维普通克立格插值建立非层状矿体块段模型的研究

针对三维空间数据插值方法的研究在技术上难度较大、结构上程度复杂的特点,利用已有的二维空间数据插值长期发展提供的理论和实践经验,以地质统计学为理论基础,详细研究了三维普通克立格（Kriging）块段插值方法的关键步骤。同时,介绍了建立非层状矿体块段模型的关键技术和主要方法。针对插值过程中信息点的数据搜索问题提出了真三维空间的椭球扇区搜索方法,使计算结果更加精确。最后,从底层开发了块段建模可视化软件,在某矿山得到了验证,对非层状矿体模型的模拟和矿体储量计算起到了一定的指导作用。     

基于进化计算方法的支持向量机特征选择

针对支持向量机训练过程中的特征选择问题,提出了基于进化计算方法的支持向量机特征选择方法,该方法采用进化计算方法中2个典型的算法:遗传算法(GA)和微粒群算法(PSO)为支持向量机选择优化的特征子集。通过对UCI标准数据集的实验,比较了遗传算法和微粒群算法的使用效果。仿真实验结果证明了该方法的有效性。     

基于响应面法的反击式破碎机板锤多目标优化

为了提高破碎产品质量,有效防止板锤疲劳断裂,提出以减小反击式破碎机物料最小可碎粒径和板锤的最大变形为目标的板锤多目标优化设计方法。通过中心复合试验设计选取合适的有限元结构分析试验点,利用ANSYS有限元分析软件对试验点处的板锤最大变形、最大等效应力和质量进行计算分析,获取响应值。根据响应值初步建立反映结构设计输入与输出响应关系的二次响应面模型,并采用Kriging空间局部插值方法对响应面进行插值重构。利用Shifted Hamersley抽样技术,均匀抽取设计空间中的样本点,并进行权衡排序,获得较优良的初始种群。运用多目标遗传算法进行优化,获得Pareto优化解集。在保证板锤的质量、最大等效应力不大于初值的前提下,最大变形量减小5.28%,最小可碎粒径减小4.8%。结果表明,该方法具有较强的工程实用性。     

基于Kriging与IDW融合算法的氧化带DTM拟合方法

氧化矿带取样数据属于广域离散型数据,而传统插值方法对于离散型数据不能很好地拟合,误差较大。为此,基于Kriging法的区域化变量及距离幂次反比法（IDW）,提出了将二者融合的新算法,并以国内某大型露天钼矿为例进行研究,得出该算法简单易行,且能大幅提高氧化带数字地面模型（DTM）拟合精度的结论。     

煤岩破裂过程表面电位云图软件开发及应用

针对克里金插值法中理论变异函数拟合精度不稳定及缺乏专用电位云图软件问题,提出了计算理论变异函数模型参数的自动-人工拟合方法,并利用MATLAB开发了煤岩破裂过程表面电位云图软件。对预制45°裂纹岩样进行了单轴压缩实验,利用该软件绘制了岩样变形破裂过程中的表面电位云图,分析了表面电位分布与试样破裂状态的对应关系。研究表明:自动-人工拟合法计算过程稳定,有效提高了克里金插值法的精度;基于开发的电位云图软件绘制的电位云图能够真实反映煤岩体的表面电位分布及变化;岩样表面电位云图可以反映裂纹的扩展方向及岩样破裂状态;在岩样弹性变形阶段后期,表面电位云图反映了岩样裂纹扩展的前兆信息。     

煤矿井下电磁随钻测量水平钻进信号强度预测

针对电磁随钻测量在煤矿井下水平钻进中信号衰减严重、适用深度受限的问题,采用电磁波在层状介质中的传播理论和基于二级离散复镜像法的插值算法求得层状有耗介质中的电场分量,结合分段脉冲基函数和点匹配的矩量法计算钻杆上电流和煤层中电场分布,进而计算孔口的信号强度。基于此,利用本模型分析了由基本顶、直接顶、煤层、直接底和基本底构成的5层信道信号强度的影响因素。仿真结果表明,信号强度随煤层和围岩电阻率先逐渐增大,后达到饱和,而煤层对信号强度的影响最显著|设置电极位于钻杆同侧、增大下部钻杆长度、减小钻杆接头之间的接触阻抗和减小信号频率可以提高信号强度。     

基于EVS的汞污染物空间分布模拟研究

为直观展示污染物在三维空间分布情况和界定污染土壤方量,可通过构建三维可视化模型来实现。本文基于EVS软件采用三维地层建模方法,以玉溪市某堆渣场为研究对象,对污染物进行三维空间插值分析,对比Kriging、IDWS、IDWM和NN插值模型中汞的污染范围和污染方量的差异,通过交叉验证法来评价模型精度。研究结果表明4种插值模型差异较大,模型精度验证中平均误差（ME）和平均绝对误差（MAE）表现为NN>IDWS>IDWN>Kriging,均方根误差（RMSE）表现.为NN>IDWS>Kriging>IDWM,Kriging插值模型的插值精度最高。汞污染集中分布于堆渣层中,Kriging插值模型计算污染土方量为36787.968m3。本研究成果在今后的土壤修复工作中具有广阔应用前景。