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振动工程学报 2025年

作者：张洁孔运黄国昱陈科董明明刘辉褚福磊北京理工大学机械与车辆学院北京理工大学唐山研究院重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室内蒙古第一机械集团股份有限公司清华大学机械工程系

鉴于复杂服役工况下易出现传感器数据采集异常或数据传输错误等问题，设备监测数据往往包含缺失值，致使传感器数据低可信条件下的可信机械故障诊断极具挑战。因此，本文提出了一种面向高可信机械故障诊断的新型多模态数据插补与融合方... 详细信息

鉴于复杂服役工况下易出现传感器数据采集异常或数据传输错误等问题，设备监测数据往往包含缺失值，致使传感器数据低可信条件下的可信机械故障诊断极具挑战。因此，本文提出了一种面向高可信机械故障诊断的新型多模态数据插补与融合方法。提出了一种基于L2正则化函数和时空特征提取模块的生成对抗插补网络(L2 regularized-temporal spatial generative adversarial imputation network, L2-TSGAIN)，从时间和空间角度全面提取数据的特征，实现对传感器异常数据的高质量插补；设计了一种多输入单输出的自编码器(multiple-input single-output auto encoder, MISO-AE)，以提取不同模态插补数据的通用表示并进行特征融合；将不同故障类型的多模态融合数据输入卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)，以实现智能故障诊断。所提方法在行星传动系统实验台上进行了试验验证，结果表明：所提L2-TSGAIN方法生成的插补数据的定量指标MAE、MSE、RMSE分别为0.0257、0.0107、0.1031，验证了所提方法实现高质量多模态数据插补的可行性。对比实验结果表明，所提方法在行星传动系统故障诊断任务上取得了最高的准确率99.68%，验证了所提方法的优异诊断性能。

关键词：生成对抗插补网络数据插补数据融合故障诊断

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矿井通风参数缺失数据插补方法

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煤炭学报 2024年第5期49卷 2315-2323页

作者：倪景峰刘雪峰邓立军辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁葫芦岛125105 辽宁工程技术大学矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室辽宁葫芦岛125105

矿井智能通风系统对矿山智能化建设至关重要。为解决矿井通风参数在实际测量时,因为巷道不具备测试条件、仪器信号受到干扰、巷道断面风速不均一、人工操作不当等制约性因素,造成的矿井通风参数数据缺失问题,提出了1种基于随机森林−链... 详细信息

矿井智能通风系统对矿山智能化建设至关重要。为解决矿井通风参数在实际测量时,因为巷道不具备测试条件、仪器信号受到干扰、巷道断面风速不均一、人工操作不当等制约性因素,造成的矿井通风参数数据缺失问题,提出了1种基于随机森林−链式方程多重插补法的矿井通风参数缺失数据插补方法。采用链式方程多重插补法,通过迭代对每个缺失的属性值产生n个插补值,从而产生n个完整数据集,对n个完整数据集进行分析优化得到1个最终的完整数据集。为了提高缺失值插补精度,合理考虑了矿井通风参数缺失数据的不确定性对分析过程的影响,在随机森林的预测任务中,结合预测均值匹配模型对缺失数据进行插补。以潞新二矿为实验对象,利用智能矿井通风仿真系统IMVS对潞新二矿矿井通风参数原始数据集进行数据预处理,得到完整、准确的矿井通风参数完整数据集,对完整数据集分别进行了不同缺失属性、不同数据缺失率、不同迭代次数的对比试验。以多种模型评价指标对模型有效性进行评估。结果表明:基于随机森林的链式方程多重插补模型插补形成的完整数据集与原始数据集具有很好的相似性;对不同缺失列进行插补实验的结果显示插补模型可以轻松处理混合类型的数据,自主学习参数之间的相关性从而降低了插补复杂性;迭代后形成的n个数据集通过分析合并成一个最终数据集,提高了插补准确率;对初始插补后的完整数据集进行不同迭代次数的试验,发现迭代超过一定次数后,数据相关性一定会收敛。

关键词：矿井通风随机森林链式方程多重插补缺失数据数据插补

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基于再分析数据的测风数据插补方法

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华中科技大学学报（自然科学版） 2017年第7期45卷 78-83页

作者：刘霄赖旭郑付明武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司湖北武汉430071

研究了MERRA网格点与输入变量的数量对插补精度的影响.以人工神经网络与遗传算法为工具建立MERRA数据与缺测数据相关关系的数学模型,基于该模型对现场缺测数据进行插补.该方法解决了在缺少合适参考气象站、参考测风塔数据时的缺测数据... 详细信息

研究了MERRA网格点与输入变量的数量对插补精度的影响.以人工神经网络与遗传算法为工具建立MERRA数据与缺测数据相关关系的数学模型,基于该模型对现场缺测数据进行插补.该方法解决了在缺少合适参考气象站、参考测风塔数据时的缺测数据插补难题.以湖北某山区风场为例进行验证,结果表明:插补精度与选取的MERRA格点数量一定范围内呈正比关系,输入模型变量的较优选择为风速、风向、单位时间气温变化、日夜以及季节,计算得到的插补数据与缺测数据相关系数达到0.814,相对采用参考气象站数据和参考测风塔数据作为数据来源的方法,相关系数分别提高97.6%和10.3%.

关键词：风能资源评估数据插补 MERRA再分析数据人工神经网络遗传算法

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基于同步观测信息利用的高寒湖泊湍流通量数据插补方法

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湖泊科学 2020年第3期32卷 877-886页

作者：靳铮张雪芹中国科学院地理科学与资源究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

源区划分和质量过滤提高湖面涡动相关通量数据可靠性的同时,却降低了通量时间序列的连续性.为此,本文基于TensorFlow机器学习框架构建了一种超宽人工神经网络(ANN)模型.在选择输入ANN模型的特征变量信息时,我们采取了尽可能获取湍流输... 详细信息

源区划分和质量过滤提高湖面涡动相关通量数据可靠性的同时,却降低了通量时间序列的连续性.为此,本文基于TensorFlow机器学习框架构建了一种超宽人工神经网络(ANN)模型.在选择输入ANN模型的特征变量信息时,我们采取了尽可能获取湍流输送过程中热力、动力学同步观测背景强迫信息的原则.通过ANN模型模拟通量的插补,本文实现了通量时间序列连续性的优化,插补后的羊卓雍错湖面通量数据的时间覆盖率从不足0.40提升至超过0.98.基于10次折叠交叉验证的ANN模型通量模拟性能检验则表明,各个检验组之间ANN模型的模拟误差波动较小,这显示出了较好的稳健性.具体地讲,感热通量、潜热通量和水汽通量原始观测平均值分别约为18.8 W/m^2、81.5 W/m^2和1.84 mmol/(s·m^2),10组交叉验证的插补感热通量、潜热通量和水汽通量平均绝对误差分别为5.4 W/m^2、15.7 W/m^2和0.35 mmol/(s·m^2).这表明本文所探索的ANN建模结构和同步观测变量筛选原则可更充分地利用观测点局地同步观测信息估算通量强度,有效地优化湍流通量数据的时间连续性,从而提升通量数据的可分析性.

关键词：数据插补人工神经网络通量观测涡动相关方法羊卓雍错

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基于REddyProc的干旱区枣林通量数据插补及能量平衡分析

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林业科学 2023年第8期59卷 1-11页

作者：乔英马英杰辛明亮新疆理工学院机电工程学院阿克苏843100 新疆农业大学水利与土木工程学院乌鲁木齐830052

【目的】获取完整且有效的枣林通量数据,分析生态系统能量平衡,为评估干旱区枣林生态系统与大气间的能量和物质交换提供理论依据。【方法】选择R语言REddyProc包插补涡度相关法测量的通量数据,采用交叉验证法和能量平衡闭合度评价插补... 详细信息

【目的】获取完整且有效的枣林通量数据,分析生态系统能量平衡,为评估干旱区枣林生态系统与大气间的能量和物质交换提供理论依据。【方法】选择R语言REddyProc包插补涡度相关法测量的通量数据,采用交叉验证法和能量平衡闭合度评价插补数据质量,并修正热储存项,分析2018、2019年新疆阿克苏地区枣林能量平衡闭合度与能量变化趋势。【结果】1)REddyProc包插补通量数据效果较好,交叉验证的误差统计参数为回归系数b=0.86~0.99、决定系数R^(2)=0.86~0.95、一致性指数d=0.96~0.98、模拟效率EF=0.84~0.92、均方根误差与观测值标准差比率RSR=0.28~0.40;2)经REddyProc包插补后,2018、2019年干旱区枣林能量平衡闭合度分别为73.45%、73.11%,有效能量和可利用能量的决定系数均为0.97;加入热储存项后,能量闭合度分别提高3.72%、2.75%,达77.17%、75.86%,增幅较小;3)各能量分项(净辐射、潜热通量、显热通量、土壤热通量)的日均变化规律在生育期和休眠期相似,日均变化均呈以净辐射变化规律为基础的单峰变化。【结论】干旱区枣林全年能量平衡闭合度符合ChinaFlux范围,热储存项对改善枣林能量平衡闭合度有一定影响,可为研究枣林能量和物质交换提供理论依据。

关键词： REddyProc包涡度相关法数据插补干旱区枣林能量平衡

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涡度相关观测的太湖CH_(4)通量数据插补方法评价

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应用生态学报 2022年第10期33卷 2785-2795页

作者：邱吉丽张弥蒲旖旎张圳贾磊赵佳玉肖薇刘寿东南京信息工程大学气候与环境变化国际合作联合实验室大气环境中心南京210044 南京市江宁区气象局南京211100

涡度相关法是在湖泊开展CH_(4)通量长期连续观测的重要方法。受到多种因素的影响,CH_(4)通量观测数据存在大量缺失。为重构完整的CH_(4)通量时间序列,就需要适宜的数据插补方法。本研究利用太湖涡度通量观测网络东部的避风港站点2014—2... 详细信息

涡度相关法是在湖泊开展CH_(4)通量长期连续观测的重要方法。受到多种因素的影响,CH_(4)通量观测数据存在大量缺失。为重构完整的CH_(4)通量时间序列,就需要适宜的数据插补方法。本研究利用太湖涡度通量观测网络东部的避风港站点2014—2017年的常规气象数据及涡度相关观测的CH_(4)通量数据,在分析半小时尺度以及日尺度CH_(4)通量影响要素的基础上,测试了非线性回归法以及随机森林算法和误差反向传播算法在半小时尺度及日尺度上插补CH_(4)通量缺失数据的可行性。结果表明:在半小时尺度上,避风港站生长季CH_(4)通量主要受到底泥温度、摩擦风速、气温、相对湿度、潜热通量和20 cm处水温的影响,非生长季主要受到相对湿度、潜热通量、风速、感热通量和底泥温度的影响,而在日尺度上CH_(4)通量主要受潜热通量和相对湿度的影响。在对CH_(4)通量缺失数据的插补中,随机森林模型在所有时间尺度上都表现为最佳的插补性能,其中,将日序、太阳高度角、底泥温度、摩擦风速、气温、20 cm处水温、相对湿度、气压和风速作为输入变量的随机森林模型更适用于半小时尺度缺失数据的插补;将日序、底泥温度、摩擦风速、气温、20 cm处水温、相对湿度、气压、风速和向下短波辐射作为输入变量的随机森林模型更适用于日尺度缺失数据的插补;整体上,插补模型对日尺度缺失数据的插补优于半小时尺度。

关键词：涡度相关方法 CH_(4)通量数据插补随机森林 BP神经网络

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森林生态系统涡度相关法碳通量长时间连续性缺失数据插补方法的比较

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中国农业气象 2021年第4期42卷 330-343页

作者：周宇黄辉张劲松孟平孙守家中国林业科学研究院林业研究所北京100091 国家林业和草原局林木培育重点实验室北京100091 南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037

针对森林通量观测站涡度相关法碳通量观测普遍存在的长时间连续性数据缺失情景,为探究不同数据插补方法的有效性,以华北低丘山地栓皮栎人工混交林生态系统为例,以经EddyPro处理和质量控制的2017年3月1日-11月30日0.5h尺度净生态系统碳交... 详细信息

针对森林通量观测站涡度相关法碳通量观测普遍存在的长时间连续性数据缺失情景,为探究不同数据插补方法的有效性,以华北低丘山地栓皮栎人工混交林生态系统为例,以经EddyPro处理和质量控制的2017年3月1日-11月30日0.5h尺度净生态系统碳交换(NEE)数据为基准数据集,随机生成含有连续1、3、7、15和31d数据缺失的5类数据缺失集,重复10次,使用固定窗口平均昼夜变化法(MDV)、可变窗口平均昼夜变化法(MDC)、查表法(LUT)、非线性回归法(NLR)、边际分布采样法(MDS)、人工神经网络法(ANN)对缺失数据集进行插补,并将插补数据与实际观测数据进行对比,通过分析统计参数来评估不同方法的插补精度和稳定性,以评估不同方法的适用范围。结果表明:日间,当连续缺失少于15d时,ANN方法插补数据与实测数据间的R^(2)(决定系数)相对较高,NLR方法的R^(2)较低;LUT方法插补数据与实测数据间的相对均方根误差(RRMSE)较低,NLR方法的RRMSE较高。当缺失达到连续15d时,除NLR方法的R^(2)显著较低(P<0.05)外,其它方法间R^(2)差异不显著;LUT方法的RRMSE显著(P<0.05)较低,其它方法间RRMSE差异不显著。当缺失达到连续31d时,除NLR方法R^(2)显著较低(P<0.05)外,各方法间R^(2)和RRMSE无显著差异;MDV方法的平均绝对误差(MAE)出现较多异常值,各方法间的MAE开始出现分化的趋势。随着缺失片段长度的增加,除MDV方法外,各方法的R^(2)呈下降趋势,连续1d缺失与连续31d缺失情景下插补所得NEE与实测NEE的R^(2)差异显著(P<0.05);MDV和MDS方法的RRMSE呈增大趋势,连续1d缺失与连续31d缺失情景下的RRMSE差异显著(P<0.05),其它方法的RRMSE差异相对不显著。夜间,在各缺失情景下,ANN方法的R^(2)较高,LUT方法的R^(2)较低,二者之间差异显著(P<0.05);LUT方法的RRMSE最高,与其它方法存在显著差异(P<0.05)。在连续缺失大于31d的情景下,各方法的RRMSE差异均不显著。除LUT方法MAE显著(P<0.05)较高外,其它方法的MAE无明显差异。随着缺失片段长度的增加,MDC、MDS和ANN方法插补数据的R^(2)呈下降趋势,MDV和LUT的R^(2)始终无显著差异;各方法的RRMSE差异无显著变化。在对典型晴天0.5h尺度上NEE日变化趋势的还原方面,MDC方法性能相对较优。综上,NLR方法适用于气象数据完备、NEE数据连续缺失少于7d的情景;MDV或MDC方法适用于气象数据不可用或缺失严重、NEE数据连续缺失少于15d的情景;LUT和MDS方法则适用于气象数据缺失较少、NEE数据连续缺失少于15d的情景;ANN方法适用性相对较广,可用于气象数据缺失较少、NEE数据连续缺失长达31d的情景。

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径向基函数在三维点云数据插补中的应用

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光电工程 2015年第8期42卷 20-26页

作者：周方艳张启灿熊润华四川大学电子信息学院光电系成都610064

在基于三角测量原理和条纹投影方法的三维面形测量技术中,三角投影会出现局部的阴影、遮挡。此外,为了多次测量数据的有效拼接配准,常常在待测物体表面添加必要的标记点。以上因素都会导致条纹图形的局部断裂,最终导致三维点云数据的部... 详细信息

在基于三角测量原理和条纹投影方法的三维面形测量技术中,三角投影会出现局部的阴影、遮挡。此外,为了多次测量数据的有效拼接配准,常常在待测物体表面添加必要的标记点。以上因素都会导致条纹图形的局部断裂,最终导致三维点云数据的部分缺失。为保证三维测量结果的完整性和精度,本文将径向基函数应用于缺失三维点云数据的插补。模拟和实物实验证明,本文算法修补曲面较为光滑,接近物体的原始数据,有望用于三维面形测量结果的缺失数据修补。

关键词：三维面形测量局部数据缺失数据插补径向基函数

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风电场测风数据插补的不确定度研究

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可再生能源 2023年第5期41卷 625-630页

作者：尹旭利昭仪朱雨露叶凡吉柏锋明阳智慧能源集团股份公司广东中山528400 武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070

在开展风资源实测的过程中,对于缺测和无效的测风数据需要采取插补方法提高数据的完整率和测风时长。文章利用我国不同区域、不同地形的1137座测风塔收集的满足规范要求的测风时长和数据完整率的超大规模测风数据,对当前风电行业中插补... 详细信息

在开展风资源实测的过程中,对于缺测和无效的测风数据需要采取插补方法提高数据的完整率和测风时长。文章利用我国不同区域、不同地形的1137座测风塔收集的满足规范要求的测风时长和数据完整率的超大规模测风数据,对当前风电行业中插补测风数据常用的线性最小二乘法、总最小二乘法和方差比率法的插补准确性进行对比分析,研究了测风时长和决定性系数对测风数据插补带来的不确定度的影响。研究结果表明,测风数据插补带来的不确定度会随着测风时长和相关性的增加而减小,同时,MERRA2数据插补带来的不确定度远大于异塔插补带来的不确定度,工程中应优先选择异塔插补来提高目标数据的质量。

关键词：测风数据数据插补不确定度 MERRA2数据

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潜热通量缺失数据插补方法比较研究

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浙江农林大学学报 2024年第4期41卷 810-819页

作者：杨强李鑫豪杜韬中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司北京100032 北京林业大学水土保持学院北京100083

【目的】分析比较不同插补方法对生态系统潜热通量(F_(LE))缺失值的插补精度。【方法】利用涡度相关法于2019年对北京市松山国家级自然保护区典型天然落叶阔叶林生态系统F_(LE)与环境要素进行原位连续监测,通过3种插补方法(边缘分布抽... 详细信息

【目的】分析比较不同插补方法对生态系统潜热通量(F_(LE))缺失值的插补精度。【方法】利用涡度相关法于2019年对北京市松山国家级自然保护区典型天然落叶阔叶林生态系统F_(LE)与环境要素进行原位连续监测,通过3种插补方法(边缘分布抽样法、线性回归法、人工神经网络法)对F_(LE)缺失数据(0.5 h数据中随机剔除)进行插补,分析实测F_(LE)、插补F_(LE)与环境因子间的关系。【结果】3种插补结果均低估了实测F_(LE),其中人工神经网络插补值最接近实测值(决定系数R^(2=0.40)。实测F_(LE)与空气温度(T_(a))、饱和水汽压差(D_(VP)))间均呈指数关系。边缘分布抽样法插补F_(LE)与T_(a)、D_(VP)间的关系最接近实测F_(LE),然而3种插补方法都不同程度改变了F_(LE)对T_(a)和D_(VP)的敏感性。【结论】人工神经网络法的插补结果与实测值最接近,边缘分布抽样法的结果与环境因子间的关系最接近实测值与环境因子间的关系,因此未来研究应依据研究目的选取合适的插补方法。

关键词：涡度相关潜热通量数据插补落叶阔叶林

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