上海交通大学学报

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1. 基于门控循环注意力网络的配电网故障识别方法

陈昊蓝, 靳冰莹, 刘亚东, 钱庆林, 王鹏, 陈艳霞, 于希娟, 严英杰

上海交通大学学报 2024, 58 (3): 295-303. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.091

摘要（177）

HTML （10）

PDF（pc）（2938KB）（2265）

为了提高小样本条件下配电网故障辨识准确率,提出一种门控循环注意力网络模型.首先,通过注意力机制赋予故障相中关键周期较高权重,通过加权运算使得模型更加关注上述关键信息.其次,利用门控循环网络处理波形序列,该网络利用门控信号控制记忆传递过程,并借由记忆传递建立序列中不同阶段输入波形和故障类别概率间的关系,从而提升识别准确率.基于仿真数据和实际数据的实验均表明:所提方法在小样本条件下的可靠性和准确率远优于同等条件下支持向量机、梯度提升决策树、卷积神经网络等常用分类模型,为配电网故障辨识技术提供了一种新思路.

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2. 分布式绿色能源碳交易机制及碳数据管理的挑战

李幸芝, 韩蓓, 李国杰, 汪可友, 徐晋

上海交通大学学报 2022, 56 (8): 977-993. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.450

摘要（1060）

HTML （893）

PDF（pc）（2604KB）（1238）

为了实现“碳达峰、碳中和”双碳目标,需要加快构建以绿色能源为主体的电力系统.随着系统规模增长,基于区块链技术的分布式绿色能源碳交易机制和碳数据管理技术可有效鼓励绿色能源发展,成为低碳电力推行的有效手段.而精确实时的碳计量将进一步为交易信息的准确性和安全性提供数据支撑.介绍目前绿证交易和碳交易的研究现状,分析区块链技术在绿电追溯、绿证交易、碳交易、绿证与碳资产联合市场4个方向的关键技术适用性;研究当前碳计量方式的具体数学模型,讨论分析适用于区块链架构的碳源追溯计量数据可用性,并对碳计量方式的未来发展提出参考建议.

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3. 考虑安全飞行通道约束的无人机飞行轨迹多目标优化策略

黄宇昊, 韩超, 赵明辉, 杜乾坤, 王石刚

上海交通大学学报 2022, 56 (8): 1024-1033. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.154

摘要（861）

HTML （41）

PDF（pc）（5684KB）（1136）

针对无人机在复杂环境下难以规划出兼顾平滑性和安全性等指标的时域连续轨迹问题,基于安全飞行通道提出了一种多目标轨迹规划算法.在基于快速拓展随机树(RRT)改进的RRT^*算法生成的初始离散路径点基础上,建立以凸多面体集合表示的安全飞行通道;根据轨迹在安全飞行通道内部的约束建立安全项目标函数,结合飞行平滑性、动力学特性、飞行时间等性能指标,建立加权多目标优化函数;采用基于梯度下降的凸优化算法,对离散路径点的位置、速度、加速度及轨迹的时间分配进行优化,生成分段多项式表示的时域连续轨迹.基于煤矿井下等复杂环境对算法的有效性及相关性能进行试验及对比验证,结果表明:相比现有算法,本文算法在综合性能上有一定的提升.

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4. 波浪条件下地效翼型气动力的环量控制研究

刘浩, 孙建红, 孙智, 陶洋, 王德臣, 刘光远

上海交通大学学报 2022, 56 (8): 1101-1110. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.384

摘要（657）

HTML （34）

PDF（pc）（3280KB）（968）

波浪海面气流环境相对复杂,严重影响了地效飞行器巡航过程中的稳定性与安全性.针对波浪条件下的地效翼型,应用数值方法分析了不同海况波浪形状和不同飞行攻角对翼型气动特性的影响,进一步研究了定常吹气和周期吹气方法对地效下的环量控制翼型气动力影响规律.计算结果表明:波浪海面地效下,翼型升力系数随波浪周期性变化,波浪的波高较高、波长较短,翼型攻角较大时升力系数波动的幅度较大;通过与波浪相对运动相同周期的吹气环量控制方法,可以有效地控制波浪海况下翼型升力系数的波动,增强地效飞行器的稳定性与安全性.

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5. 基于集成学习的电动汽车充电站超短期负荷预测

李恒杰, 朱江皓, 傅晓飞, 方陈, 梁达明, 周云

上海交通大学学报 2022, 56 (8): 1004-1013. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.486

摘要（1205）

HTML （397）

PDF（pc）（3182KB）（875）

精确的电动汽车充电站充电负荷预测是提高充电站安全经济运行的重要措施,也是支撑充电基础设施新建、扩容规划决策的重要基础.为提高电动汽车充电站超短期充电负荷预测的精度,提出一种基于集成学习的充电站超短期充电负荷预测方法.首先,以预测精确度与响应速度为主要目标,使用轻量级梯度提升框架构建基础回归器模型;其次,通过自适应提升方法对基础回归器群进行集成;最后,通过超参数调整与优化,建立基于能量集成轻量梯度提升框架(EEB-LGBM)的双层充电站超短期充电负荷预测模型.算例结果表明,相较于反向传播神经网络、卷积神经长短期记忆网络、差分自回归移动平均模型等预测模型,所提出的基于EEB-LGBM的超短期充电负荷预测模型具有更高的精确度,同时可以大幅度缩短训练时间和降低计算资源需求.

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6. 基于改进无源性控制的三相LCL并网逆变器输出导纳重塑方法

王晗, 张建文, 施刚, 朱淼, 蔡旭

上海交通大学学报 2023, 57 (9): 1105-1113. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.120

摘要（322）

HTML （34）

PDF（pc）（3313KB）（865）

基于能量函数的无源性控制(PBC)被广泛研究并用于并网变换器以获得更好的控制性能.然而,传统的PBC方法依赖并网变换器的精确数学模型,且已有研究较少考虑数字控制的延迟效应以及电容性电网或复杂弱电网下电网阻抗的不确定性对系统稳定控制的影响.鉴于此,针对三相LCL并网逆变器提出一种改进PBC方法以实现导纳重塑,通过增加电容电流前馈将系统无源区域扩展到奈奎斯特频率,在电网阻抗宽范围变化下实现LCL谐振频率的有源阻尼控制,并提出改进PBC控制参数设计方法.在3 kW并网逆变器样机平台上开展仿真和实验研究,验证了理论分析的正确性.

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7. 面向柔性作业车间动态调度的双系统强化学习方法

刘亚辉, 申兴旺, 顾星海, 彭涛, 鲍劲松, 张丹

上海交通大学学报 2022, 56 (9): 1262-1275. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.215

摘要（918）

HTML （71）

PDF（pc）（4009KB）（828）

航天结构件生产过程中批产任务与研发任务并存,个性化小批量研发生产任务导致紧急插单现象频发.为了保障任务如期完成,解决柔性作业车间面临的动态调度问题,以最小化设备平均负载和最小化总完工时间为优化目标,提出了感知-认知双系统驱动的双环深度Q网络方法.感知系统基于知识图谱实现对车间知识的表示并生成多维信息矩阵;认知系统将调度过程分别抽象为资源配置智能体和工序排序智能体两个阶段,分别对应两个优化目标,设计了车间状态矩阵对问题和约束进行描述,调度决策中分步骤引入动作指令;最后分别设计奖励函数实现资源配置决策和工序排序决策的评价.经某动力所航天壳体加工的实例验证和算法对比分析,验证了所提方法的优越性.

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8. 面向高比例清洁能源消纳的含灵活性资源电力系统规划方案优选

郭咏涛, 向月, 刘俊勇

上海交通大学学报 2023, 57 (9): 1146-1155. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.269

摘要（203）

HTML （11）

PDF（pc）（2433KB）（816）

高比例清洁能源具有波动性及间歇性等特点,其大规模接入给电力系统灵活性带来巨大挑战.为提升系统可再生能源消纳能力,考虑火电灵活性改造、投建燃气机组和投建储能的多种灵活性资源,建立一种计及多类型灵活性资源功率特性的电力系统规划方案优选模型.通过改进的IEEE 24节点电力系统和12节点天然气互联系统进行仿真分析,验证所提模型的有效性,并从经济性、消纳能力、低碳性等角度对灵活性规划方案进行优选以满足不同的规划需求.

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9. 基于“能源大脑”的城市区域碳排放实时计算方法

陈赟, 沈浩, 王佳裕, 赵文恺, 潘智俊, 王晓慧, 肖银璟

上海交通大学学报 2022, 56 (9): 1111-1117. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.364

摘要（1059）

HTML （783）

PDF（pc）（851KB）（809）

现有碳排放计算方法不能很好地满足碳排放区域逐渐细化和实时需求.为保证碳排放责任分摊的实时和准确,提出一种城市区域碳排放实时计算方法.利用改进的K-means聚类算法,对城市区域能源负荷的运行时段和运行场景进行聚类组合,得到典型碳排放特征.将区域单位电力碳排放量作为碳排放指标;归类运行时段和场景,计算各簇单位电力碳排放量和城市区域碳排放总量.基于中国东部某地区 “能源大脑”中部分能源消费历史数据进行验证,结果表明:该聚类方法和碳排放指标可以有效地实时计算城市区域碳排放总量.

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10. 面向新型电力系统的可再生能源绿色电力证书差异化配置模型

张硕, 李薇, 李英姿, 刘强, 曾鸣

上海交通大学学报 2022, 56 (12): 1561-1571. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.150

摘要（1386）

HTML （816）

PDF（pc）（1436KB）（801）

实现我国“30·60”双碳目标,能源绿色低碳转型是基础支撑,构建以新能源为主体的新型电力系统是关键举措,绿色电力证书(简称绿证)则是体现可再生能源绿色价值的重要凭证.当前我国绿证分配机制单一,无法有效衡量不同可再生能源发电类型可获得绿色价值的差异性,并发挥其平衡可再生能源协调发展的杠杆作用.为此,从可再生能源发电类型电量兑换绿证的差异化入手,建立考虑可再生能源综合价值的绿证差异化评价指标体系,应用CRITIC法、熵权法和TOPSIS法构建可再生能源电力绿证差异化评价模型.以2030年碳达峰目标为发展场景,分析模型对集中式光伏发电、分布式光伏发电、陆上风力发电和海上风力发电绿色收益的影响,进而修正其发展规划,并提出绿证相关政策建议.所构建的绿证差异化分配模型可为我国绿证市场机制的建设和完善提供相应的辅助决策支持.

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11. 大规模光伏发电经串补输电线路并网系统强迫次同步振荡机制

林勇, 康佳乐, 余浩, 陈鸿琳, 杨彦霁, 陈武晖

上海交通大学学报 2022, 56 (9): 1118-1127. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.415

摘要（726）

HTML （132）

PDF（pc）（1463KB）（790）

大规模光伏经串补并网系统存在次同步振荡失稳风险,传统研究一般基于负阻尼振荡理论对此进行解释.本文将因最大功率跟踪控制(MPPT)导致的光伏间谐波作为扰动源,大规模光伏经串补并网系统作为受迫系统,采用强迫振荡理论揭示光伏发电基于扰动式MPPT与串补并网系统相互作用的次同步振荡机制,并在PSCAD/EMTDC仿真平台进行验证.结果表明:基于扰动式MPPT的光伏逆变器因交直流侧的调制耦合作用向系统输出间谐波电流,当该间谐波频率与系统固有弱阻尼模式频率接近时,可能导致严重的强迫次同步振荡问题,对系统稳定性造成冲击;算例仿真验证了所提理论的正确性.

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12. 基于模型预测控制的分布式储能型风力发电场惯性控制策略

沈阳武, 宋兴荣, 罗紫韧, 沈非凡, 黄晟

上海交通大学学报 2022, 56 (10): 1285-1293. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.134

摘要（947）

HTML （1099）

PDF（pc）（1641KB）（782）

分布式储能型(DES)风力发电机组是解决规模化风力发电接入引起系统频率稳定问题的有效手段.提出一种基于模型预测控制(MPC)的分布式储能型风力发电场惯性控制方法,首先建立分布式储能型风力发电场的线性化预测模型,在此基础上结合MPC控制框架,设计考虑储能损耗成本和风机转子转速均衡变化的MPC惯性控制优化模型和策略,以实现惯量控制期间风力发电机组转子转速的均衡变化.仿真结果表明:所提控制策略可以有效协调分布式储能型风力发电机组中风力发电单元和储能系统单元的有功功率输出,降低储能系统的充放电损耗成本,并保证风力发电场内所有风机转速在惯性控制期间趋于平均,避免由于风机转速下降过度而导致风力发电机组退出调频的问题.分布式储能型风力发电场惯性控制策略有利于提高电网频率稳定性,对保障电网的安全运行具有重要意义.

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13. 基于无人机航拍的绝缘子掉串实时检测研究

李登攀, 任晓明, 颜楠楠

上海交通大学学报 2022, 56 (8): 994-1003. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.416

摘要（787）

HTML （397）

PDF（pc）（28565KB）（780）

由无人机代替人工进行电力绝缘子巡检具有重要意义,针对无人机的上位机算力和存储资源有限的问题,提出一种适用于绝缘子掉串故障检测的实时目标检测改进算法.以YOLOv5s检测网络为基础,将颈部结构中路径聚合网络替换为双向特征金字塔网络,以提升特征融合能力;使用DIoU优化损失函数,对模型进行γ系数的通道剪枝和微调,总体上提升检测网络的精度、速度和部署能力;在网络输出处进行图像增强以提升算法可用性.在特殊扩增的绝缘子故障数据集下测试,相较于原始的YOLOv5s算法,改进算法在精度平均值上提升了3.91%,速度提升了25.6%,模型体积下降了59.1%.

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14. 基于新型双环控制的LC型逆变器研究

李双, 施建强

上海交通大学学报 2022, 56 (9): 1139-1147. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.275

摘要（945）

HTML （129）

PDF（pc）（1553KB）（760）

为提高LC型逆变器的电压跟踪和抗扰性能,提出了一种新型电压电流双环控制策略.首先,引入虚拟电阻后对消零极点,将电压环整定为一阶惯性环节,从而减小电压跟踪时的超调;其次,采用次速电流环控制方法提高电流环的响应速度,进而抑制暂态时的电压突变;最后,分析电压恢复期产生超调的原因并通过自适应积分器初值消除超调,改善了扰动时的电压波形畸变.所提新型控制策略在传统双环控制的基础上,分别对电压环和电流环算法进行改进,针对性地解决了后者阶跃响应和抗负载扰动性能不足的缺点,MATLAB/Simulink模型的仿真结果验证了该方法的可行性和有效性.

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15. 航空发动机涡轮叶片尾缘楔形通道交错肋冷却实验

肖克华, 罗稼昊, 饶宇

上海交通大学学报 2022, 56 (8): 1034-1042. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.162

摘要（698）

HTML （33）

PDF（pc）（20093KB）（741）

为研究涡轮叶片尾缘部分楔形通道交错肋流动传热性能,对其进行实验研究.实验应用瞬态液晶测试技术,对比研究了交错肋上、下主表面的局部传热特性,同时用压力扫描阀测得不同雷诺数下的通道压力损失.研究结果表明:尾缘段转折流动配置下,楔形通道交错肋上、下主表面传热差异显著,下主表面平均努塞尔数比上主表面平均高30%以上,尾缘楔形通道内交错肋结构主表面平均换热系数高出针肋结构约46%;交错肋上、下通道之间的交界面处存在强烈的质量交换作用,上、下主表面间断性的高换热区与上、下通道交界面呈现对应关系;随入口雷诺数的增加,通道压降快速增大.楔形通道交错肋压降是针肋的5~7倍,但其换热面积高出针肋107.4%,仍比针肋冷却增加约66%的综合换热性能.

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16. 计及储能调节的时滞互联电力系统频率控制

符杨, 丁枳尹, 米阳

上海交通大学学报 2022, 56 (9): 1128-1138. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.145

摘要（801）

HTML （128）

PDF（pc）（3139KB）（711）

针对互联电力系统中源荷不确定以及通信延时导致系统频率偏差过大的问题,提出了计及储能调节的两域时滞电力系统频率控制策略.建立了含汽轮发电机、风机和储能等设备的两区域时滞互联电网模型,根据区域控制偏差(ACE) 所在的区间对储能装置和汽轮发电机的调频任务进行分工.利用改进粒子群(MPSO)算法优化比例积分微分(PID)负荷频率控制器实现二次调频,提升了一定时滞区间内负荷频率控制(LFC)系统的频率稳定性.对储能装置设计分数阶PID(FOPID)控制器,调节其输出功率以平滑源荷波动,提高了储能系统的辅助调频性能,进一步控制互联电力系统的频率偏差.在MATLAB/Simulink平台对不同工况进行对比分析,验证了所提频率控制策略的有效性.

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17. 高超声速飞行器线性变参数一体化式控制律设计

杨庶, 钱云霄, 杨婷

上海交通大学学报 2022, 56 (11): 1427-1437. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.190

摘要（967）

HTML （352）

PDF（pc）（2903KB）（710）

针对高超声速飞行器的三维航迹控制问题,采用线性变参数(LPV)输出反馈控制和极点配置理论,基于高度-水平航迹控制概念,在马赫数包线内设计高超声速飞行器一体化式LPV控制律.该控制律不区分常规飞行控制律的内外控制回路,根据速度、高度、侧滑角和偏航角指令对飞行器纵向和横航向运动进行综合控制,在L₂诱导范数意义下实现飞行器三维航迹的鲁棒最优控制.在地心地固参考系内建立高超声速飞行器的数学模型,考虑地球自转、地球扁率、地球引力二阶简谐效应对飞行器运动特性的影响.通过数值仿真检验LPV控制律的控制性能,仿真结果表明:高超声速飞行器闭环系统具有D-稳定性,能够在典型机动中保持良好的航迹控制性能,并且在扰动和测量噪声下具有良好的鲁棒性.

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18. 单向热塑性复合材料层压板偏轴拉伸试验及其数值模拟

张健, 陈秀华, 陈勇, 范寅

上海交通大学学报 2023, 57 (2): 201-212. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.352

摘要（510）

HTML （102）

PDF（pc）（13908KB）（683）

AS4/PEEK作为一种高性能的热塑性复合材料在航空航天、军事和汽车等领域应用广泛.对不同角度的单向AS4/PEEK层压板进行偏轴拉伸试验,获得了相应的应力-应变曲线、拉伸强度和断裂面角度.在数值模拟中,采用单参数三维塑性模型描述AS4/PEEK的非线性力学行为,模型中的塑性参数使用信任域反射算法得到.结合LaRC05准则和裂纹带理论开发了基于Abaqus的用户材料子程序VUMAT,并将其应用于偏轴拉伸的数值模拟.结果显示该三维弹塑性损伤本构模型能够较准确地模拟AS4/PEEK的塑性效应,且预测的拉伸强度与试验结果吻合良好.本文提出的三维弹塑性损伤模型为热塑性复合材料塑性变形和损伤的综合分析提供了一种准确且有效的方法.

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19. 外源性脉冲电磁场干扰下的心脏起搏器“窗口效应”及防护

卢武, 丁苒苒, 赵文彬, 黄冬, 王哲铭

上海交通大学学报 2022, 56 (11): 1518-1531. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.326

摘要（931）

HTML （14）

PDF（pc）（24935KB）（682）

现代电网和医疗环境中广泛存在的脉冲电磁场对起搏器佩戴者潜在的电磁干扰不容忽视,但目前缺乏对此类暂态电磁干扰发生机制和防护措施的系统研究.将猪肉组织浸入0.9%氯化钠溶液,构建起搏器术后人体等效离体模型,采用快波前特性电流模拟常见电力设备投切过程和低频脉冲式医疗设备产生的脉冲电磁场对起搏器佩戴者的影响.基于脉冲形成线理论,对脉冲电磁场在胸腔结构中的波型压缩特性进行分析.进一步通过有限元软件建立起搏器与组织结构结合的参数化生物电磁暂态模型.研究结果表明,起搏器在脉冲电磁场中会产生心电图P波尖顶、过感知等故障,通过改变囊袋中导线缠绕方式发现起搏器在电磁干扰环境下,囊袋回路存在“窗口效应”.基于此发现,提出使用复合材料进行“窗口”屏蔽的防护策略,并通过仿真验证该方法可将脉冲电磁场对起搏器的电磁干扰强度有效降低80 dB,初步印证了该防护措施的理论可行性.最后,为电网环境和医疗环境下起搏器佩戴者制定了安全距离.

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20. 超低轨卫星气动阻力特性

王晓亮, 姚小松, 高爽, 刘国华

上海交通大学学报 2022, 56 (8): 1089-1100. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.014

摘要（713）

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PDF（pc）（7210KB）（666）

以180~300 km超低轨卫星为研究对象,采用自由分子流模拟方法中可准确模拟三维复杂外形的直接模拟蒙特卡洛(DSMC)法研究了典型外形的气动阻力特性.通过不同速度率条件下圆球和平板的理论阻力系数及不同速度率下70° 钝体外形的气动实验数据与DSMC计算结果的比较, 验证了三维DSMC方法对外形和网格的适应性.针对几类典型的卫星外形的阻力特性进行了计算比较,得出压差阻力、剪切阻力、总阻力及无量纲阻力系数随高度和外形的变化特性.超低轨卫星通过外形的优化设计可降低阻力约10%,能够有效改善其在轨运行特性,且可降低对卫星自身相关系统的设计需求.

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21. 基于计算流体力学的90° 弯管气液两相流数值模拟及流型演化

王志伟, 何炎平, 李铭志, 仇明, 黄超, 刘亚东

上海交通大学学报 2022, 56 (9): 1159-1167. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.185

摘要（845）

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PDF（pc）（11131KB）（661）

为研究竖直上升管内气液两相流通过90° 弯管后的流动演化特性,分别采用流体体积多相流模型以及Realizable k-ε湍流模型对其进行数值模拟,重点分析气液两相流通过90° 弯管后的速度变化、压力分布、截面含气率及流型演化规律.结果表明:不同气液两相流流型通过 90° 弯管后会产生不同程度的二次流现象,并且切向速度呈现双峰分布,随着流动发展最终耗散成为单峰分布;气液两相流入口速度越大,则弯管外壁面所受压力越大.截面含气率的变化与流型转化相关,泡状流流过弯管后演化成为细长段塞流,截面含气率减小;段塞流、搅动流及环状流通过弯管后演化成为分层-波浪流,截面含气率变化较小.研究结果可为气液两相流输送弯管设计开发及诱导应力预测提供一定的理论支持.

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22. 碳纤维增强热塑性复合材料与高强钢的电阻单元焊

王烨成, 李洋, 张迪, 杨越, 罗震

上海交通大学学报 2022, 56 (10): 1349-1358. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.271

摘要（750）

HTML （138）

PDF（pc）（47715KB）（650）

利用电阻单元焊(REW)实现了碳纤维增强尼龙6复合材料(CF/PA6)与TWIP980钢的高强度连接.使用304不锈钢铆钉作为辅助单元,研究了焊接电流与焊接时间对接头力学性能的影响.得到强度不同的4种失效模式,分析了接头的微观组织以及CF/PA6与铆钉和钢板界面微观形貌.CF/PA6具有远低于高强钢的熔点和热导率,使得CF/PA6在焊接中极易发生过热分解.在保证形成一定尺寸熔核的同时,避免或减少CF/PA6的分解是CF/PA6高强钢电阻单元焊能够成功实施的关键.通过采用大焊接电流、短焊接时间这种较“硬”的焊接工艺,可以在获得较高强度接头的同时,降低CF/PA6的分解.基于接头失效载荷,确定了本研究条件下的焊接工艺窗口.该工艺对焊接时间的变化敏感,许用的焊接时间窗口窄.在焊接工艺窗口内,仍无法完全避免CF/PA6的分解.有必要对焊接过程温度场和熔核形成机理等开展进一步研究.

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23. UConvTrans:全局和局部信息交互的双分支心脏图像分割

李擎, 皇甫玉彬, 李江昀, 杨志方, 陈鹏, 王子涵

上海交通大学学报 2023, 57 (5): 570-581. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.088

摘要（710）

HTML （43）

PDF（pc）（9362KB）（647）

心脏核磁共振成像(MRI)具有噪声多、背景和目标区域相似度高、右心室形状不固定、呈月牙形或扁圆形等特点,虽然基于卷积神经网络的U型结构在医学图像分割中表现出色,但由于卷积本身的局部运算特性,提取全局信息特征能力有限,所以很难提升在心脏MRI上的分割精度.针对上述问题,提出一种全局和局部信息交互的双分支网络模型(UConvTrans).首先,利用卷积分支和Transformer分支提取局部特征和建模全局上下文信息,能够保留细节信息并抑制心脏MRI中噪声和背景区域的干扰.其次,设计了融合卷积网络和Transformer结构的模块,该模块将二者提取的特征交互融合,增强了模型表达能力,改善了右心室的分割精度,而且避免了Transformer结构在大规模数据集上预训练,可以灵活调节网络结构.此外,UConvTrans能有效地平衡精度和效率,在MICCAI 2017 ACDC 数据集上进行验证,该模型在模型参数量、计算量仅为U-Net的10%、8%的情况下,平均 Dice系数比U-Net提高了1.13%.最终,在其官方测试集上实现了右心室92.42%、心肌91.64%、左心室95.06%的Dice系数,在心肌及左心室区域取得了到目前为止最好的结果.

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24. 大型海上风力机单叶片吊装对接技术综述

谢斯泓, 赵永生, 许移庆, 何炎平, 韩兆龙, 许玉旺

上海交通大学学报 2023, 57 (6): 631-641. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.237

摘要（484）

HTML （359）

PDF（pc）（14702KB）（641）

近年来,海上风力发电呈现加速大型化发展趋势,安装海域不断向深远海拓展.然而,深远海域环境条件恶劣,传统叶轮吊装技术面临诸多限制.相比之下,单叶片吊装技术在安装效率、安全性等方面具有显著优势,逐渐成为新的研究热点.从海上风力机单叶片吊装的特点和难点出发,调研并汇总叶片吊具、单叶片吊装动力学仿真和吊具主动控制技术等相关设备和关键技术的研究现状.其中,以主动控制技术为核心研发新型单叶片吊装设备和吊装方法是深远海巨型风力机安装技术突破的重要一环.最后根据海上风力机单叶片吊装对接技术的发展趋势和前景,分别介绍具有动力定位功能的单叶片吊具和双抱箍垂直叶片安装辅助装置等概念设计,有望解决深远海巨型风力机安装难题.

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25. 风机叶片结冰对其一体化结构动态响应影响的数值分析

闯振菊, 李春郑, 刘社文

上海交通大学学报 2022, 56 (9): 1176-1187. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.258

摘要（772）

HTML （20）

PDF（pc）（10181KB）（618）

基于美国可再生能源实验室的导管架式一体化海上风机模型,将计算流体力学(CFD)方法与风机一体化分析方法进行耦合,研究叶片结冰过程及其结冰后对风机整体动态性能的影响.首先将一体化分析得到的叶片运动姿态输入到CFD中,采用离散多相模型和融化-凝固模型进行三维风机叶片覆冰增长模拟,然后应用k-ε湍流模型计算结冰前后的气动性能,最后将叶片覆冰后的气动载荷结果返回到一体化分析方法中,分析叶片结冰对风机整体响应产生的影响.计算结果表明,叶片沿叶展方向结冰呈线性增加,结冰主要集中在叶片前缘,叶尖处积冰最厚;覆冰后叶片各剖面翼型升力系数降低、阻力系数升高.叶片结冰会降低整机功率、转子的转矩和转速,叶尖和塔顶产生额外振动响应,风机达到额定功率所需风速增大.

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26. 螺旋桨脉动压力作用下自航船舶艉部振动数值研究

秦广菲, 姚慧岚, 张怀新

上海交通大学学报 2022, 56 (9): 1148-1158. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.175

摘要（810）

HTML （21）

PDF（pc）（15563KB）（614）

为研究静水中航行的船舶在螺旋桨脉动压力作用下的艉部振动特性,基于雷诺平均(RANS)方法,结合剪切应力输运(SST) k-ω湍流模型进行船桨自航数值模拟.将得到的船体表面脉动压力作为外激励,并通过结构有限元模型耦合流场边界元模型进行声固耦合计算,建立了螺旋桨表面力激励自航船舶艉部振动数值预报方法.通过分析螺旋桨表面力在时域与频域内的变化规律,发现叶频分量的幅值远大于其他频率分量的幅值.对于右旋桨,螺旋桨上方的右舷侧压力幅值高于左舷侧压力幅值.通过研究螺旋桨表面力、结构固有特性与振动响应结果之间的对应关系,发现船艉结构耦合模态固有频率应当远离螺旋桨激励力频率,以降低振动响应.通过探究相同激励作用下船艉结构变化对振动响应的影响,发现增加板厚或者安装加强筋可以改变结构固有特性,从而避开共振,达到减振效果.

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27. 复杂环境下基于改进Informed RRT^*的无人机路径规划算法

刘文倩, 单梁, 张伟龙, 刘成林, 马强

上海交通大学学报 2024, 58 (4): 511-524. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.442

摘要（740）

HTML （18）

PDF（pc）（11075KB）（605）

针对无人机在复杂环境中进行路径规划时,快速搜索随机树(RRT)算法易出现规划时间长、路径冗余、狭窄空间中易陷入局部约束导致规划失败的问题,提出一种改进的Informed RRT^*算法.首先,引入人工势场法使采样点按照势场下降的方式向目标点移动,以提高RRT树扩展的目的性和方向性.然后,考虑随机树在扩展过程中全局环境的复杂度,引入自适应步长调整策略以增加随机树在无障碍环境下的扩展速度,并在随机树扩展的过程中加入相关约束条件以确保生成路径的可行性.在找到第一条可达路径后,采用变化的椭圆或椭球采样域限制采样点选取和自适应步长的扩展范围,加快算法收敛到渐进最优的速度.最后,在复杂二维和三维环境下进行传统算法和改进算法的对比实验,仿真分析表明:改进算法可以在很少的迭代次数下找到更优的初始路径,更快地锁定椭圆或椭球采样域,从而给路径优化留出更多时间,算法规划效果更好.

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28. 基于累积前景理论和三支决策的无人机态势评估

李伟湋, 高培雪, 陈进, 路玉卿

上海交通大学学报 2022, 56 (11): 1479-1490. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.400

摘要（672）

HTML （12）

PDF（pc）（1395KB）（604）

现有的无人机态势评估方法没有考虑复杂外界环境对决策者的影响,并且通常只能得到评估的排序结果,决策者需要在短时间内进行决策,常出现误判或错失打击窗口期.针对该问题,提出一种基于累积前景理论的三支决策模型.首先,通过直觉模糊接近于理想值的排序方法求取目标的条件概率, 得到态势评估结果;之后基于累积前景理论对无人机获取的直觉模糊态势信息进行计算,得到每个目标执行不同动作时对应的累积前景价值;最后,基于累积前景价值最大化的原则,推导出新的三支决策规则,对态势评估结果进行三支划分.实验分析表明:该方法不仅得到了目标威胁排序,而且对目标威胁等级进行客观分类;同时在评估过程中考虑决策者的心理,得到符合决策者特质的目标威胁评估结果,为复杂多变的空战提供一种合理的决策支持.

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29. 基于相对速度和位置辅助的无人机编队协同导航

郭鹏军, 张睿, 高关根, 许斌

上海交通大学学报 2022, 56 (11): 1438-1446. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.232

摘要（947）

HTML （29）

PDF（pc）（1260KB）（598）

惯性导航系统的误差随时间累积,仅依靠惯性导航系统进行定位的无人机编队无法在长航时飞行中获取高精度导航信息.针对这一问题,面向主从式无人机编队提出一种协同导航方案.首先,在无人机上配置相对导航传感器,测量主从无人机编队成员之间的相对速度和相对位置信息;其次,考虑编队成员之间的相对位姿,研究空间统一转换方案,将编队各成员依靠惯性导航系统测量的绝对导航信息与相对传感器测量的相对导航信息统一到同一导航坐标系下;最后,给出基于相对速度和相对位置辅助的协同导航方案.30 min仿真结果表明,采取该方案后,从机各方向上的速度和位置误差分别收敛至0.1 m/s和5 m,证实该方案相较于惯性导航系统更适用于长航时飞行场景.

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30. 具有多地形运动能力的双模块软体机器人

王宇轩, 刘朝雨, 王江北, 费燕琼

上海交通大学学报 2022, 56 (10): 1388-1396. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.290

摘要（722）

HTML （87）

PDF（pc）（32108KB）（597）

针对现有爬管机器人应用范围有限、运动场景单一和多地形运动机器人无法攀爬、空间运动受限等问题,提出一种新颖的具备多地形运动能力的双模块软体机器人,每个软体模块由四气室全向弯曲软体气动驱动器组成.通过建立全向弯曲软体驱动器的弯曲模型,分析了全向弯曲软体驱动器的变化规律;提出了一种新型的旋转运动模式,使该机器人能通过旋转运动模式在多种复杂环境中运动;提出基于脉冲宽度调制(PWM)的步态控制方法,使该机器人能够更加简单快速地实现多地形运动功能,并通过实验验证其可行性.实验结果表明,基于四气室全向弯曲软体驱动器的双模块软体机器人能够沿圆形管道、方形管道及不规则杆状物(人体小臂)进行垂直攀爬运动,爬行速度达到 11.7 mm/s,还能在平地、人造草皮、崎岖路面、斜坡等复杂地形进行快速移动,爬行速度达到 14.0 mm/s,弥补了现有爬管机器人和多地形运动机器人的不足.该模块化软体机器人能在多种地形下进行稳定快速运动,适应性强,在管道检测和复杂地形探测等方面具有潜在的应用价值.

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31. 不同送风方式下大客车内飞沫传播特性研究

陈志鑫, 汪怡平, 杨亚锋, 苏建军, 杨斌

上海交通大学学报 2022, 56 (11): 1532-1540. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.318

摘要（549）

HTML （9）

PDF（pc）（32872KB）（592）

为了研究大客车内携带病毒飞沫的扩散特性,预测客车中空气传播病毒感染乘客的风险概率,基于计算流体力学的数值仿真与Wells-Riley方程相结合,建立夏天制冷空调开启状态下大客车的数值模型.通过对车内流场的组织特性分析,结合拉格朗日方法,计算车内病毒携带者咳嗽产生飞沫的扩散过程,分析对比在4种送风方式下携带病毒的飞沫对车内乘客的感染风险.研究发现,车内纵向气流是影响飞沫扩散的关键因素,相较于非对称布置的圆形送风口,客车采用条缝型送风口能够减少车内的纵向气流;采用置换通风的客车内,仅6%的乘客有高于5%概率感染疾病,置换通风在降低飞沫传播感染的风险方面更有效.研究成果可以为客车送风系统的结构设计和降低飞沫传播感染风险提供指导作用.

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32. 水泥净浆弹性模量的纳米压痕表征与多尺度计算

陈小文, 韩宇栋, 丁小平, 侯东伟

上海交通大学学报 2022, 56 (9): 1199-1207. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.089

摘要（760）

HTML （16）

PDF（pc）（1695KB）（588）

基于微观力学测试和复合材料理论,计算水泥基材料的多尺度弹性参数,是水泥基材料基于性能的精细化设计理论基础之一.本研究对不同水灰比的硬化水泥净浆试样进行微观弹性模量的纳米压痕测试和孔隙结构压汞试验,基于多相材料均质化理论,建立考虑孔隙影响的水泥净浆弹性模量多尺度计算方法,并比较稀疏法、自洽法、Mori-Tanaka法、相互作用直推法和多层次均匀化法的适用性.计算结果表明,考虑孔隙作用的多相、多尺度计算方法与水泥净浆试件的宏观弹模测试结果吻合良好,除多层次均匀化法外,其他复合材料均匀化方法的计算结果相近.

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33. 基于多源局部放电信号数据流聚类分离方法

陈昌川, 刘凯, 刘仁光, 冯晓棕, 覃延佳, 代少升, 张天骐

上海交通大学学报 2022, 56 (8): 1014-1023. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.195

摘要（910）

HTML （145）

PDF（pc）（7466KB）（570）

局部放电检测中, 多种放电源与现场干扰源同时存在且不断变化,导致多种局部放电源难以有效分离及识别.提出一种高效自适应在线数据流(EAOStream)聚类算法,该算法采用自然邻域创建K-dimensional树来提高查询近邻的效率,即通过流数据的特征得到自适应的邻域半径和区域密度,从而能够局部搜索并形成团簇,实现多种局部放电源的实时在线分离.在人工数据集和真实数据集验证了EAOStream的优越性,通过与传统的DenStream和SE-Stream算法比较,将其应用于气体绝缘变电站故障的模式识别.实验测试结果表明:EAOStream在真实的网络入侵检测、森林覆盖类型及多源局部放电信号数据集的聚类准确度分别达到95.28%、98.47%及97.23%,验证了该算法在气体绝缘变电站故障诊断方面的实用性和有效性.

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34. 基于OpenFOAM的螺旋桨紧急倒车工况数值模拟

郭海鹏, 邹早建, 李广年

上海交通大学学报 2023, 57 (2): 168-176. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.305

摘要（487）

HTML （24）

PDF（pc）（14061KB）（556）

螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性与船舶的紧急制动能力密切相关并直接影响船舶的航行安全性.基于开源计算流体动力学平台OpenFOAM中的雷诺平均求解器对螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性及绕流场开展数值研究.以5叶螺旋桨DTMB4381模型为研究对象,对其正车前进以及紧急倒车工况进行数值模拟.通过与国际上公开的模型试验结果进行对比,验证了所采用的数值方法在预报螺旋桨不同工况下水动力性能方面的有效性.基于数值模拟获得的水动力载荷及流场信息,探讨了紧急倒车工况下局部绕流场特征随进速变化的规律及其与螺旋桨整体水动力特性之间的关系,为船舶紧急倒车制动能力评估提供了理论依据.

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35. 多层LCP电路板过孔互联电路模型快速构建

刘维红, 刘烨

上海交通大学学报 2022, 56 (11): 1547-1553. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.308

摘要（787）

HTML （9）

PDF（pc）（2713KB）（548）

液晶高分子聚合物(LCP)以其优异的微波毫米波特性,被广泛应用于高频多层电路板.在多层电路板结构中,为了实现不同层电子器件以及传输线结构的高效互联,设计电学特性优异的过孔互联结构显得尤为重要.近年来,随着多层电路板使用频率的不断升高,过孔互联结构的不连续性问题愈发凸显,因此对其进行快速、准确的电磁建模,可以大大提高微波毫米电路的设计效率.基于4层LCP电路板,针对接地共面波导-带状线-接地共面波导(GCPW-SL-GCPW)结构,提出一种高效、快速的多层电路过孔建模方法.通过对多层结构进行分段建模,在寄生参数提取过程中引入快速收敛算法,建立过孔的集总参数等效电路结构;基于微波网络级联法,完成GCPW-SL-GCPW结构等效电路模型的快速构建.与三维高频电磁软件(HFSS)全波仿真结果进行对比,发现该建模方法过程简单、求解速度快.利用LCP多层工艺,制备了GCPW-SL-GCPW电路结构,测试结果表明,在10 MHz~40 GHz的宽频范围内,测试结果和等效电路分析结果具有高度一致性,验证了该过孔互联建模方法的有效性.

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36. 基于全局特征描述子的激光SLAM回环检测方法

韩超, 陈敏, 黄宇昊, 赵明辉, 杜乾坤, 梁庆华

上海交通大学学报 2022, 56 (10): 1379-1387. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.202

摘要（863）

HTML （73）

PDF（pc）（5130KB）（547）

针对井下环境中设备巡检时定位误差随时间不断累积的问题,提出一种适用于激光同步定位和建图技术的基于点云全局特征描述子的回环检测方法.该方法利用曲率计算点云中特征点的特征向量,通过特征向量与中心点坐标系的角度分布和尺度分布关系构建点云全局特征描述子;使用部分特征点进行位姿变换的计算,提高计算效率.通过仿真实验和开源数据集实验对所提算法进行验证.实验结果表明,所提算法在定位精度和实时性上提升明显,可以有效解决定位算法在长时间运行过程中的累积误差和全局一致性差的问题.

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37. 冰与斜面结构作用过程的离散元模拟与分析

王延林, 郭麒, 孙珊珊, 魏思浩, 许宁

上海交通大学学报 2022, 56 (9): 1168-1175. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.182

摘要（663）

HTML （19）

PDF（pc）（4028KB）（542）

斜面结构是冰区海洋结构的重要形式之一.斜面倾角变化会改变海冰的主要破坏模式,使结构所受冰荷载的峰值有较大变化.为了更好地模拟平整冰破碎的随机性特点,构建了具有黏结-破碎功能的非规则分布的扩展圆盘单元海冰模型,并基于该模型模拟了平整冰与斜面结构作用的动力过程.通过将数值模拟所得冰力峰值与实测冰力峰值进行比较,对该模型进行了验证,分析了斜面倾角对冰荷载及海冰破坏模式的影响规律.结果发现:数值模拟的冰荷载随结构倾角的变化趋势与二维理论模型计算的变化趋势基本一致,斜面倾角的增加会导致弯曲破坏所占比例减小,并造成冰荷载峰值及发生概率都呈增大趋势,斜面倾角是影响海冰破坏模式变化以及冰荷载大小的重要因素.该研究工作可以为海冰的离散元数值模拟及斜面海洋工程结构的抗冰设计提供借鉴和参考.

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38. 漂浮式光伏网格对海上天气突变的感知方法

姜淏予, 王沛伦, 葛泉波, 徐今强, 罗朋, 姚刚

上海交通大学学报 2022, 56 (12): 1584-1597. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.526

摘要（858）

HTML （205）

PDF（pc）（8866KB）（542）

漂浮式光伏在海洋上的应用目前主要受制于海底电缆与特质浮筒的成本问题,该能量如果被海上牧场等场景的无人管理系统就地消纳则表现出高度的适用匹配性.这种场景下由漂浮式光伏形成的网格系统可以解决海上牧场等对突变天气的预警需求.由于光伏出力模型对天气随机变化的强跟随性, 基于大面积光伏的时空相关性分析,通过硬件、距离、时延、天气等因素建立相似电站融合估计关系.基于长短期记忆网络算法对相似电站时序进行跟踪,所得超短期预测值可以估计目标相似电站的状态.用某市城区规模的数据验证了该思路的可行性,表明该框架可以弥补传统研究的不足.

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39. 膜结构在暴雨积水时材料模型研究

庞妍, 卿强, 王沙沙, 张翔宇, 龚景海

上海交通大学学报 2023, 57 (2): 213-220. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.365

摘要（297）

HTML （101）

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在遭遇暴雨时,坡度比较小的膜面容易积水,准确模拟出此时膜面的变形有助于保障结构安全,现有研究采用的膜材线性本构模型不适用于模拟膜结构在暴雨下的变形.通过在膜结构上进行均布荷载加载试验,模拟膜面遭遇暴雨作用下的力学行为,获得结构积水时的变形形态.采用膜材线性与双折线本构模型,分别建立膜结构有限元模型并进行荷载分析,通过对比有限元模型和实际结构的变形,选取适合模拟膜结构在暴雨下变形的膜材本构模型.数值模拟结果显示:与采用线性本构模型模拟的结构变形相比,采用膜材双折线本构模型模拟出的结构变形更接近试验测得的变形.研究成果可为膜结构在暴雨积水作用下的膜材本构模型选用和分析计算提供参考.

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40. 基于CNN-RNN组合模型的办公建筑能耗预测

曾国治, 魏子清, 岳宝, 丁云霄, 郑春元, 翟晓强

上海交通大学学报 2022, 56 (9): 1256-1261. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.192

摘要（999）

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为准确反映办公建筑的运行特性,利用卷积神经网络(CNN)良好的特征提取能力与循环神经网络(RNN)良好的时序学习能力,提出用于预测办公建筑能耗的CNN-RNN组合模型,并对应设计了适用于深度学习模型的二维矩阵数据输入结构.案例分析结果表明,相较于简单循环神经网络和长短期记忆网络,CNN-RNN组合模型的预测精度与计算效率均显著提升,模型泛化性好.

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