关键词： 金融安全   不平衡数据   过采样   遗传算法   机器学习  

摘要： 在信息技术飞速发展的当代社会,高度发达的金融交易环境使用户的金融交易成本降低、交易手段增加、交易频率增加,使金融交易具有实时化、普惠化等特点,而金融交易数据也完全具备了数量大、增速快、种类多、价值高等大数据的特点,成为了金融交易大数据,但同时也带了新的问题,即金融交易安全性问题。从海量的金融交易中分析和检测非正常交易是一个重要和困难的课题。一方面金融交易数据的数据量极大,传统的很多方法已经越来越不适于海量高频数据的处理和分析,所以需要借助大数据技术。另一方面这些交易数据展现了高度的不平衡性,即非正常交易在所有交易记录中所占的比例很小,这也给数据分析和分类检测带来了阻碍,而目前并没有完善的针对不平衡金融交易数据的处理和检测分类体系。针对以上问题,本文首先对金融交易大数据和不平衡数据的相关理论进行了研究和总结,分析了数据不平衡带来的影响和处理不平衡金融交易数据不平衡性的必要性,综合研究了金融交易数据的分析方法和不平衡数据的处理方法,然后基于过采样方法和特征选择两种角度提出了两种针对不平衡金融数据的处理和分类方法并通过研究其结合方式形成了KS-GA方法框架,该方法最后使用机器学习分类模型对金融交易数据进行建模以有效识别非正常交易。该方法框架首先使用了一种改进SMOTE方法KM-SMOTE进行少数类样本合成,其可以将整个数据集的样本进行聚类,然后通过一定策略在所有聚类空间中找出安全区域,并只在安全区域中进行少数类样本合成。该方法在原理上能有效避免SMOTE等方法可能产生的噪声和模糊分类边界等问题,同时不会扩大孤立点的影响。其次本文提出了一种基于遗传算法设计的特征选择方法FSGA,该方法将每个可能的特征选择结果抽象成遗传算法中的个体,通过遗传操作生成种群,并通过适应度去衡量个体的优劣,通过不断地全局寻优找到适应度最佳的个体即最佳特征子集。基于UCI数据集的验证实验结果证明了这两种方法的作用。最后基于以上方法,本文通过实验和相关理论分析探索这两种方法的正确结合方式,并结合机器学习分类模型的使用,最终形成了本文的KS-GA方法框架。在最后的实际场景应用中,实验使用了真实的信用卡交易数据,两种分类模型和不同参数下的组合实验证明了该方法在处理不平衡金融交易数据方面的作用。

关键词： 螺纹参数   激光三角法   降噪处理   径向基函数   MQ插值  

摘要： 石油锥管螺纹是决定石油管材连接强度的关键要素之一,其几何参数精度的检测对保证连接可靠性具有关键意义。目前石油锥管螺纹检测方法可分为综合检测法和单参数检测法两类。综合检测法是分别使用石油塞规和石油环规对内外石油螺纹进行检测,该方法只能判断被测螺纹是否满足工业生产要求,而不能给出其尺寸参数的具体数值,在大批量同型号石油螺纹的检测情形中有较高的检测效率。石油锥管螺纹单参数检测法利用各类仪表或者专用测量仪器来测量螺纹零件的单项参数,通过该方法能获得螺纹参数的具体测量值,但测量效率不高,精度参差不齐,特别是内螺纹尺寸参数测量不全面,并且不能反映各参数之间的综合关系,然而在实际工程应用中,单参数检测法可为分析螺纹的工作性能、寿命和可靠性提供重要的数据支撑,在提高螺纹加工工艺方面发挥着不可替代的作用,因此,本文着重对螺纹的单参数检测方法进行研究。本文研究了基于激光三角法的石油锥管螺纹轴截面廓形的测量方案,通过数据采集、降噪处理,数据拟合等步骤来获得其各项参数,论文主要研究内容如下:首先在阅读大量文献资料的基础上,阐述石油锥管螺纹关键几何参数及其对工作性能的影响,并归纳目前螺纹参数测量技术的研究现状及发展趋势,分析存在的问题。其次,结合螺纹表面结构特点和现有实验条件,设计石油锥管螺纹轴截面廓形数据采集实验。由于各方面因素的共同影响,实验采集的数据存在噪声干扰。为了消除测量数据中的噪声部分,采用3σ准则对数据中的粗大误差进行预处理,再利用抑制端点效应的集总经验模态分解对其进行降噪处理,仿真结果表明该方法的降噪效果要优于传统的经验模态分解算法。最后,对降噪后的数据进行稀疏处理,再使用MQ拟插值算子对其进行拟合。阐述了径向基函数相关理论及MQ插值算法的一般过程,研究了基于插值结果的石油锥管螺纹廓形参数提取的一般过程。最后在总结全文研究的基础上,开发一套可针对各种型号的石油螺纹参数提取系统,以促进石油螺纹测量向数据化,高效化,智能化发展。

关键词： 可控源电磁勘探   数据处理   CEEMD   信噪分离   支持向量机  

摘要： 可控源电磁法(controlled-source electromagnetic method,CSEM)勘探是人们对地质、金属以及页岩气勘探中至关重要的一种获取信息的方法。但随着城市的飞速发展,人文噪声的干扰也越来越严重,例如高压线以及一些发电站对电磁法勘探有着巨大的影响,这就导致电磁法勘探的难度也大大增加,极大地影响的可控源电磁勘探的分辨率,对噪声的抑制刻不容缓。为了提高CSEM数据质量,本文充分挖掘有源周期电磁信号的周期性特征,提出一种新的CSEM数据处理方法。(1)首先对待测信号通过快速傅里叶变换(FFT)的方法在频率域去除50Hz及其倍频点的工频干扰,去除工频干扰后傅里叶逆变换还原时域数据。(2)紧接着对处理后的信号采用互补集合经验模态分解(CEEMD)以此来去除基线漂移噪声。(3)最后再引入机器学习算法中的支持向量机(Support Vector Machine)对数据进行分类筛选,挑选出高质量信号,从而完成信噪分离。为验证方法的有效性,本文首先进行了合成数据的仿真试验,合成数据的处理结果表明除了该方法能够有效准确的将噪声与高质量信号分离开来,大大降低了误差率。然后在四川会东进行了针对性的野外试验研究,最后将所述方法应用于四川会东实测数据的处理。从最终视电阻率的结果可以看出,本文所述方法能够快速、准确的分离出CSEM信号中的人文干扰,筛选出高质量信号,显著改善CSEM数据质量。

关键词： 合成孔径雷达   数据处理   辐射校正   图像拼接  

摘要： 合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是重要的对地观测手段之一，其全天时全天候的工作特点，填补了光学卫星对地观测的不足。为了缩短SAR卫星对地观测的重访周期，小卫星星座概念被提出并且得到了逐步发展。目前小卫星星座已经成为国内外SAR卫星发展的一个主要方向。与此同时，SAR卫星对地观测数据也在逐渐的开放，Sentinel-1数据可以通过网络访问的方式获取。小卫星星座的出现和发展、SAR对地观测数据的开放，预示着SAR大数据时代的到来。在SAR大数据时代背景下，面向海量SAR数据处理以及与其他数据的多源融合需求，SAR影像需引入新的处理方式和展示方式。　　高分三号卫星是国内首颗C波段、高分辨率多模式SAR卫星。本文针对高分三号SAR图像的预处理、大范围拼接及显示开展了以下工作:　　1)本文通过安置角反射器点目标对高分三号SAR影像的辐射精度进行评估，认为高分三号影像在不同模式下影像辐射精度有所差异:UFS模式下存在约3dB的绝对辐射精度误差，SL模式下相对辐射精度误差较大。通过大量数据处理，本文发现高分三号影像元数据和RPC参数之间存在无法自洽的问题，导致部分影像无法完成L1级到L2级影像的几何校正处理。　　2)本文针对高分三号影像中存在的上述辐射与几何问题，提出了一个完整的高分三号影像预处理流程:针对辐射校正存在的误差问题，提出了零值、空值处理方法，消除了高分三号影像当中存在的无效后向散射系数值的影响，使校正之后的分布目标辐射值无偏;针对几何校正存在的自洽性问题，提出了元数据与RPC参数相结合的纠正方法，通过手动选取检查点的方法对京津冀地区数十景影像的几何校正精度进行了验证，表明本方法可完全处理高分三号L1级几何纠正。　　3)本文对直方图匹配、Wallis变换和分块Wallis变换三种影像灰度均衡方法进行了对比，选取了山东地区高分三号FSII影像进行大范围拼接处理。为了将拼接之后的影像在三维地球平台上显示，本文利用cesium结合KML文件格式，对影像进行了去黑边处理，实现了大区域SAR影像在三维地球平台上的显示，为SAR影像与三维地球平台其他底图数据多元融合分析处理提供了基础。　　本文通过以上的工作，实现了对高分SAR数据在辐射和几何上的精确预处理。并且通过Cesium引擎将SAR影像显示到三维地球上，为SAR数据及其处理产品展示、分发提供了一种新的方法。本文将以上的工作串联，提出了一个SAR影像数据从L1级原始数据到三维地球显示的SAR大区域数据预处理方法。在SAR大数据的背景下，为影像的预处理、展示提供了基础研究。

关键词： 时间序列大数据   数据清洗   趋势预测   脆弱性综合评估   微服务  

摘要： 随着城市化的迅速发展,城市地下基础设施的健康监测被视为现代化智慧城市建设中的重要一环。目前,国内外对城市地下基础设施运行综合健康监测的相关研究还处于起步阶段,城市地下基础设施的健康监测存在着数据类型多、数据量大、数据实时性等众多问题。解决以上问题,获得这些大数据背后的价值,对构建智慧化城市有着重要意义。本文首先对城市地下基础设施健康监测感知获取的时间序列数据的预处理技术进行研究,重点解决时序数据清洗中的缺失值、异常值处理问题以及时序数据变换中的数据压缩、时序趋势项提取问题,为时间序列趋势预测服务。在时间序列趋势预测部分,重点对当下流行的在线时序趋势预测技术进行研究,结合时序变点在线检测,创新性地将图像处理拐点检测方法融入时序变点检测中,使用混合预测模型提高了传统预测模型的效率与精度。另外对地下基础设施的健康综合评估进行研究,采用层次分析法建立脆弱性综合评估模型,在此基础上还进一步研究了模糊隶属度综合评价模型以及关联熵与复合物元综合评价模型,对实际的地下综合体外部水灾应用三种模型进行了水灾脆弱性的综合评价。最后,面向城市地下基础设施的健康监测大数据处理平台和微服务架构,设计并实现了以上处理算法及处理模型的算法微服务,在算法服务器上进行了微服务的部署,并实现了与平台系统的联调。进一步还研究了微服务的可拓展性实现与预处理算法服务的加速优化实现。

关键词： 船闸人字门   应变分析   信息融合   状态识别  

摘要： 近年来随着长江沿江经济和航运业的快速发展,船闸货运量不断攀升,三峡、葛洲坝船闸成为长江中上游重要节点的水利枢纽。但由于船闸的满负荷、超负荷运转使用,其结构安全隐患也愈加明显。船闸人字门在复杂的深水环境中频繁启闭,受低速重载的工况条件、闸门两侧巨大水压及启闭机运行状态的影响,会引发门体小位移量的跳动,产生门体共振、应力集中释放的情况,损伤门体结构,严重时将会发生门体病变,影响通航效率并造成严重的经济损失。目前针对船闸人字门结构安全采取的是定期停航人工检修,无法实时监测且存在漏检的可能。因此建立船闸人字门远程监测系统,对结构振动、应变进行健康监测,及时发现结构损伤并对其进行检修维护,对保障通航安全、提高通航效率具有重要意义。本文以葛洲坝3#船闸下游人字门为研究对象,在船闸人字门远程监测系统的基础上,对各结构的振动、应力信号进行数据处理研究与分析,实现对船闸各结构的健康监测,为人字门运行状况的日常监测及检修维护提供参考依据。本文主要工作内容包括:(1)根据船闸人字门结构对其进行门体建模,并通过Ansys-Workbench软件对门体结构进行模态分析,对A杆结构进行瞬态响应分析。根据有限元分析结果,得到人字门运行过程中易产生共振及应力集中释放的位置,并搭建船闸人字门远程监测系统。(2)针对船闸信号分布复杂,无法用单一函数表征并预测变化趋势的问题,提出一种基于非参数核密度估计的应变分析方法,对船闸人字门进行应变监测。以A杆结构为监测对象,对采集到的应力数据进行奇异值分解的平滑处理,然后进行核密度估计,得到各工况下A杆应力的概率分布。先结合仅平滑处理的应力信号波形,验证了该方法的有效性;再结合瞬态响应分析结果,判断A杆的健康状态,即是否存在损伤风险。(3)针对传统共振分析方法存在的识别准确率低的问题,提出一种基于多传感器融合的人字门辅助诊断方法,采用RBF神经网络和D-S证据理论对振动与应力信号进行联合分析。以门体底部门中缝处结构为监测对象,首先对其振动、应力数据进行多域特征提取,然后分别构建振动、应力RBF神经网络系统,对人字门结构进行初步状态识别。最后将初步识别结果作为D-S证据理论的证据体,进行决策层融合,得到最终基于振动与应力的状态识别结果。经过实验验证了该方法的有效性,并提高了多传感器系统的状态识别准确率。

关键词： 车轮踏面故障识别   激光准直测力   小波变换模极大值法   小波包能量谱法  

摘要： 随着我国铁路事业的快速发展,铁路运输密度越来越大,运行速度也越来越快,保证列车的安全运行对于铁路发展来说越来越重要。在列车快速运行时,列车轮对踏面和轨道之间紧密接触,由于运行条件和环境等因素的影响,轮对踏面极易受到损伤,经统计,由列车轮对引起的列车运行事故比例较高。踏面擦伤作为轮对最常见的一种轮对踏面故障,对列车的运行安全造成很大的危害。因此研究轮对故障,特别是踏面擦伤的研究方法、技术与设备,及时发现列车车轮踏面故障是保障列车运行安全的重要前提,其研究具有重大应用价值。本论文对国内外的轮对踏面故障检测方法与技术研究现状进行了调研分析,目前轮对踏面故障检测主要分为人工静态检测和在线动态检测两类。静态检测多为接触式,需要将列车定时的送入到检测点进行人为检测,这种检测方式极大的浪费了人力物力资源,也无法及时发现轮对踏面故障,因而不能满足我国铁路快速发展的需要。轮对踏面故障在线动态检测成为发展的必然趋势。本文采用基于激光非接触式的动态检测踏面擦伤方法,其主要优点是可以实现列车不同运行速度下轮对踏面擦伤的非接触式动态检测。基于该方法,在实验室构建了检测系统,完成了实验数据的采集。在数据分析方面,本论文首先对仿真正常数据和擦伤数据进行分析,作为判别正常信号和非正常信号的依据。然后采用峰值法对仿真数据和实验数据进行了峰值统计,得到了峰值随擦伤深度的增大而增大的结论。为克服峰值法易受外界噪声的影响、提高检测的稳定性,本文选择了小波变换模极大值法和小波包能量谱法分别对仿真数据和实验数据进行了数据处理。仿真计算表明:小波变换模极大值法在处理信号的过程中可以有效的抑制噪声,且具有时分辨率的基函数能够有效准确的实现对非平稳信号的分析处理。通过比较同一擦伤深度下的多次测量结果的方差和偏移量,得出采用小波变换模极大值法对实验数据进行处理其稳定性相较于峰值识别踏面故障分析法更稳定。小波包能量谱的分析方法是对小波变换模极大值法的进一步改进,可以对信号的低频和高频部分进行有效分解,此方法对信号的处理结果既不会出现冗余,也不会出现失真现象,与小波变换模极大值法的验证方法一样,通过比较此方法和峰值法的同一擦伤深度下的多次测量结果的方差和偏移量,得到此方法相较于传统的峰值法更加稳定,为基于激光非接触动态检测车轮踏面擦伤提供一种可行的数据处理方法。

关键词： 飞行器   协同探测   定位   构型   信息融合   无迹变换   制导  

摘要： 在空间战场中,单一的飞行器在战场上面对复杂的环境很难实现有效的探测定位与精准打击,而飞行器协同探测可以有效解决这一不足。在飞行器协同探测和打击地面目标的过程中,定位精度是需要主要考虑的因素。在协同探测时,首先要建立合适的发射构型,然后在飞行过程中需要进行飞行器间的信息传输,进一步对数据进行处理。与此同时,为了实现飞行器在飞行过程中精准的探测与打击,需要对飞行器的飞行姿态进行更好的控制。针对上述内容,本文将对飞行器构型设计、飞行器数据传输与处理技术以及协同探测与制导一体化设计等方面开展研究,具体内容如下:1.由于当前对飞行器的构型设计大多是为了解决资源分配、探测能力和性能评价等方面问题,忽略了几何构型关系对于协同探测精度的影响。对此,本文通过引入几何精度因子(Geometric Dilution Of Precision,GDOP)作为评价定位位置精度的指标。通过改变飞行器的间距、几何位置关系等参数,分析研究了飞行器的特殊几何构型与定位精度之间的关系。为了验证特殊构型对于精度影响的结论是否准确,并规划各飞行器在发射区域受限制条件下的构型设计方法,选择蝗虫优化算法(Grasshopper Optimization Algorithm,GOA),构建GOA-GDOP构型设计方法,同样利用GDOP作为优化指标,遍历搜索每个飞行器的最佳发射位置,解决了飞行发射区域受限制条件下的构型设计问题,使协同探测精度达到最高。由仿真实验可以得出,基于GOA-GDOP的构型设计优化算法,既可以满足协同探测的最高精度,又能够消耗较小的计算资源,实现快速规划。2.在数据处理方面,为了选择适用于多飞行器探测地面目标的定位和数据融合算法,本文在构建定位目标状态方程和飞行器观测方程组的基础上,首先通过目标定位初始化、无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filtering,UKF)等算法,对单飞行器定位方法进行研究,分析其定位精度。其次,通过集中式与分布式融合等信息融合算法,分别对同构传感器(雷达与雷达或红外与红外)和异构传感器(雷达与红外)的协同定位算法进行研究,比较不同融合算法对于定位精度的影响。通过仿真可以得出,一是协同探测的定位精度要高于单飞行器的定位精度,二是在观测俯仰角、方位角误差相同的情况下,雷达与红外组合定位的精度相比于红外组合更高。三是集中式融合的算法精度最高,联邦滤波的算法实时性和容错性更强,两者在对协同探测的数据处理中各有优势。3.传统制导控制设计过程中通常将目标定位跟踪和制导算法进行解耦设计,但实际上制导算法需要实时估计的目标位置等参数作为输入,而制导算法同时也会影响目标跟踪状态和测量方程的构建以及观测条件,两者存在较高的耦合度,解耦分别设计会造成一定的信息缺失,同时降低估计和制导精度。为了解决这一问题,本文构建了一种基于无迹变换(Unscented Transformation,UT)的协同探测与制导一体化设计方法,一方面将协同探测目标定位算法引入制导律中,利用融合的目标位置估计均值和方差作为制导算法的输入,同时将制导过程作为一个随机矢量的非线性传播过程,利用无迹变换获取飞行控制角的均值和方差。为了验证本文提出的协同探测与制导一体化设计方法的有效性,仿真对比了目标已知情况下的制导、单雷达探测制导方法以及本文提出的一体化设计方法,通过仿真可知,利用本文的方法计算出的飞行器控制角和过载相比于目标已知情况下有所差异,更符合实际中应用场景条件,这也为实际应用中的飞行器制导设计提供了理论依据。同时验证了协同探测相比于单飞行器探测既能提升探测精度,同时满足较低的过载,也能够更好地对飞行器的速度方向和控制角进行控制。4.为了更直观地展现协同探测技术方法的可操作性,利用Simulink仿真系统模块,搭建了飞行器自主协同探测仿真系统。共由两部分组成,一是飞行器动力学与制导模块,设计了10个飞行器模型,构建了飞行器动力学模块模拟飞行姿态,并读取目标位置估计数据对飞行器进行制导控制。二是协同探测数据处理部分,主要利用集中式融合及UKF滤波,对10个飞行器的输入数据进行信息融合处理,再将估计值反馈至各飞行器之中。本文通过设计飞行器构型、选取合适的数据处理算法、利用探测数据对飞行器的制导律进行一体化设计,实现了提升定位精度的总体目标,使飞行器在探测和打击地面目标时,既能够满足精度需求,又能够满足落角、落速和过载等约束条件。搭建的Simulink仿真系统证明了本文的方法无论是在理论方面还是实际应用方面都具有一定的实用性。

关键词： 城镇区域   被动源成像   超短   预处理   叠加  

摘要： 随着城镇化速度的加快,城市地下空间探测正发挥着日益重要的作用。比起传统的主动源面波勘探,利用背景噪声刻画浅地表特征的被动源面波技术,可通过更低的成本获得更深的探测深度,近年在人口密集的城镇地区得到了广泛应用。然而,被动源面波方法在实际应用中也面临着诸多挑战。在城镇中,有时会遇到实验场地监管限制,难以实现长时间采集,导致在短时采集期间噪声源分布不均匀,会严重地影响面波能量的成像效果;或是研究人员期望利用有限的噪声数据尽可能提高成像质量,因此短时高精度的面波成像是必要且重要的。因此,本文针对城市超短时长背景噪声,研究噪声数据处理方法,总结出高效合适的方法来提高被动源面波短时成像的精度。本文介绍了被动源面波勘探研究现状,其中地震干涉法在利用人文噪声揭示城镇地下空间结构方面得到广泛应用。One-bit归一化（1B）作为地震干涉中的预处理步骤之一,常用来衰减台站附近非平稳噪声源的大振幅瞬态信号。但是在超短时长路边噪声处理过程中,数值模拟和实际案例都展示了应用1B在成像中的隐患,所以本文建议在利用超短噪声面波成像时不做1B。利用超短噪声记录实现高质量成像,除了重组预处理步骤,本文还对互相关函数的叠加方式进行分析研究,结果表明相位加权叠加（PWS）方法可以利用有限的噪声数据,获得较高信噪比的互相关函数和频散能量。在上述理论模拟和实验验证的基础上,本文以杭州地区钱江新城实测数据为例,不使用1B以及使用PWS方法,利用10分钟噪声记录刻画了100米以浅的横波速度模型,与测井资料基本一致。研究结果表明,利用短时交通噪声识别浅地表地层结构具有较高的精度和效率,在监测城市地下结构变化方面具有很大的潜力。

摘要： 项目概况进入21世纪后,由于国内外市场对能源需求量的增加,人们对地震勘探提出了更高的要求。地震勘探开始进入以往被认为禁区的复杂地表区域,如山地、黄土塬以及冻土带。在该类地区地震资处处理的最大问题是静校正问题,常规的方法难以解决。PSGSEIS地震勘探数处处理与成像系统可以大大提高地震数据成像的质量,从而提高解释精度和准确度,并显著提高井位部署成功率,这使其对常规二维/三维地震数处处理解释技术产生了不可逆转的替代性。目前国内相关企业均依赖国外进口软件,计算规模及速度均受很大限制,急需国内具有自主知识产权的地震数据处理解释技术平台。