Weighted preliminary-summation-based principal component analysis for non-Gaussian processes

For industrial chemical process, preliminary-summation-based principal component analysis (PS-PCA), an amended PCA method was recently provided for coping with both Gaussian and non-Gaussian characteristics. By summing the training and monitoring data respectively, PS-PCA is capable of resolving the issue of non-Gaussian processes and achieves higher fault detection rate than the traditional PCA. However, in the PS-PCA summation operation, all data samples are regarded as the same weight, which results in the fault information of newly-samples may be diluted, leading to significant detection delays. To address this challenge, in this paper, we propose a novel weighted PS-PCA (WPS-PCA) method that employs an exponential weighting scheme to put more emphasis on recent information. Subsequently, a mathematical argument demonstrates that when the number of variables is enough plentiful, the obtained summation combined with the generalized central limit theorem conforms to approximately a Gaussian distribution. The kurtosis relationships indicate this conversion will bring out well-pleasing feasibility for conventional PCA. Ultimately, the proposed technique verifies detection performance using the Tennessee Eastman process, which is compared with the existing PCA and PS-PCA schemes, in terms of the fault detection time and fault detection rate. The simulation studies reveal that the proposed method is efficient and superior.     

载荷影响下的机电阻抗协整结构损伤识别方法

高频机电阻抗(electromechanical impedance, 简称EMI)方法利用粘贴在结构表面的压电传感器(piezoelectric transducer, 简称PZT)进行主动激励，通过连续监测和分析PZT机电导纳信号的变化评估结构的健康状态；然而EMI方法容易受到环境工况变化的影响，导致结构损伤的误报。针对此问题，采用时间序列协整方法处理及消除结构工作载荷对阻抗谱特征信号的影响。该方法是基于结构动荷载作用下PZT阻抗谱导纳信号的非平稳特征，将动荷载影响下的阻抗谱非平稳时间序列经线性组合变换成平稳时间序列，根据得到的协整余量序列有效判断结构的健康状态。为验证该方法的有效性，开展了动应力影响下铝梁结构的螺栓松动损伤识别实验。结果表明，协整消除了动态应力对EMI方法的影响，当铝梁内存在持续变化的应力时，仍可以准确识别螺栓松动。机电阻抗协整方法能够消除结构健康监测中荷载作用的影响，及时准确地进行结构损伤识别。     

基于FAHP的机械振动WSN均衡拓扑构建方法

针对机械振动无线传感器网络因拓扑不均衡导致传输时延和网络传输能耗增加的问题,提出了一种基于模糊层次分析(fuzzy analytic hierarchy process,简称FAHP)的均衡拓扑构建方法,该方法由构建模糊判断矩阵和计算权重向量组成。首先,传感器节点进行簇内通信获取信标广播信息,将信标节点网络决策因子统一量纲化,利用网络决策因子构建模糊判断矩阵;其次,检验模糊判断矩阵一致性,采用行和归一化处理或拉格朗日最小二乘法计算权重向量;最后,传感器节点通过权重向量计算出各个信标节点综合权值,关联最优信标节点为父节点加入网络,将提出的模糊层次分析拓扑构建方法与基于链路质量单准则构建网络拓扑机制进行对比。实验结果表明,该方法能有效改善传输时延和机械振动无线传感器节点网络寿命。     

龙滩坝8#采场地压监测与结果分析

为掌握龙滩坝8#采场矿体在开采过程中地压的变化规律，在结合现场实际情况的同时，根据开挖揭露的地质条件，采用钻孔应力计、锚杆应力计、收敛计、多点位移计和声发射对采场矿柱、顶板及巷道变形情况进行监测，得到回采过程中矿柱、顶板、巷道的受力状况。掌握采场地压的变化规律，为矿体的开采设计提供参考。     

基于现场监测与数值模拟的浅层采空区稳定性分析

隐患采空区是目前影响露天开采矿山安全生产的主要危害源之一。随着台阶开采的不断剥离,露天开采境界内各台阶与地下空区群的隔离层厚度越来越薄,随时有可能发生采空区顶板坍塌事故。考虑到露天矿采空区地质赋存条件和围岩稳固性等特征,以弓长岭露天铁矿浅层采空区为工程背景,运用现场监测和数值模拟相结合的手段综合分析了浅层采空区的稳定性。将液体静力水准地表沉降监测系统的监测数据与FLAC数值模拟结果对比,调整蠕变参数使得数值模拟的蠕变速率与现场监测结果一致,而后据此进行未来结果的预测。最终根据地表沉降数据确定的蠕变参数取值为A=1.0×10^-12、m=1.75、n=0.35。研究表明:静力水准测点地表最大沉降位移为-9.8 mm,蠕变计算结果顶板最大垂直位移约20.4 mm,应力最大值约25 MPa,综合分析显示该采空区较稳定。上述研究提供了一种基于采空区现场监测数据的数值模拟蠕变分析方法,可为类似矿山采空区稳定性分析提供借鉴。     

煤矿井下风水管路压力在线监测系统的研究与应用

为提高井下管路供风、供水的安全性、可靠性，以工业环网作为网络通信平台，通过分站采集数据上传至地面，实现对煤矿井下供风、供水管道的远程实时监控及远程控制，及时发现管网故障，提高维护效率、降低损失，保障供风、供水质量，达到科学预警、降低成本、提高效率的目的。     

2种灰色模型在矿区地表沉陷预计中的适用性

目前矿区地表单点沉陷动态预计方法主要基于传统的水准测量数据,监测方法单一,成本高,观测点易破坏,不能保证地表形变信息的实时性,且采用灰色模型进行地表沉陷预计时只针对单一模型的应用,没有结合模型自身特点分析其适用性。以袁店二矿7221工作面为试验区域,采用合成孔径雷达差分干涉测量技术监测矿区地表沉陷量,分别建立了描述沉陷量与时间关系的GM(1,1)与灰色Verhulst模型进行地表沉陷量预计,实现了矿区地表沉陷监测与动态预计一体化。通过比较、分析GM(1,1)与灰色Verhulst模型对地表沉陷量的拟合及预计结果,得出了2种灰色模型在矿区地表沉陷预计中的适用性:在矿区开采沉陷开始至活跃前期,若地表单点沉陷量曲线呈近似单峰型,则宜采用GM(1,1)进行短期预计;当矿区地表沉陷进入衰退阶段,单点沉陷量曲线呈平底饱和状态,则宜采用灰色Verhulst模型进行中长期预计。     

小型特种精细化工过程自动化和信息化研究发展趋势探讨

针对采取小批量间歇性批次生产方式、工艺介质腐蚀性强、危险性大的小型特种精细化工生产工艺研究试验过程自动化、信息化程度不高，导致工艺研究试验中获取数据较少、过程机理研究不够透彻、人工操作多、安全风险高、研究试验消耗大及效率不高等问题，综述了期待通过智能控制、在线分析、模拟仿真和虚拟制造、工况监测及预测性维护以及信息管理和生产调度等关键技术的研究和应用，提高小型特种精细化工生产工艺过程的自动化和信息化程度，实现小型特种精细化工生产工艺过程的数字化、虚拟化和智能化，降低生产安全风险和试验消耗，提高小型特种精细化工生产工艺研究试验的成功率和效率，达到小型特种精细化工生产工艺过程的数字化设计和精准生产的目标。     

机翼极限环颤振的CFD/CSD全隐式紧耦合方法

针对轴承振动实时状态监控的需要，从符号动力学角度提出了符号聚合近似与Lempel-ziv复杂度（SAX-LZC）融合的振动监控参数。首先，以Logistic映射和Duffing方程为对象，从理论角度验证了SAX-LZC对动力学结构表征的准确性，并验证了该指标的抗噪能力和计算效率；其次，将SAX-LZC指标与信息熵、样本熵、多分段Lempel-ziv复杂度等动力学参数性能进行了综合对比；最后，从实验角度对轴承早期微弱异常进行了监测，并对轴承典型故障进行了特征提取。理论研究结果表明，SAX-LZC具有动力学结构表征准确、抗噪能力好、计算高效简洁等优点，克服了常规动力学参数工程应用能力弱的问题。实验研究结果表明，SAX-LZC对早期微弱异常有准确的监测，对不同种类故障具有较好的区分度，弥补了时域和频域对轴承微弱故障表征能力不足的缺陷，是一种轴承振动实时状态监控与故障特征提取的有效参数。     

煤矿安全监控系统的发展简述

煤矿安全监控系统是煤矿日常安全管理和灾害防治不可或缺的安全装备,然而现有安全监控系统普遍存在网络结构可靠性差、抗干扰能力弱、数字化程度低、兼容性差、智能化水平低等问题。结合监控系统升级改造的具体要求,对我国煤矿安全监测监控系统的现状,包括存在的主要问题进行了论述,并对系统升级改造后的变化及未来的发展趋势进行了探讨。分析表明,基于工业太环网、数字总线双重冗余结构的新一代全数字式煤矿安全监控系统集多主通讯、智能传感、电磁兼容等多项关键技术于一体,满足监控系统数字化、智能化以及网络化的升级改造要求,也是未来监控系统的发展趋势。新系统的应用可有效提高煤矿的防灾抗灾能力,为煤矿的安全生产提供保障。