一种基于OMI数据的中国区域对流层O3的反演方法

近年来, 臭氧成为我国各大城市大气的首要污染物, 因此对流层臭氧产品对于监测近地面臭氧浓度十分重要, 然而现有的对流层臭氧产品不能满足高空间分辨率、高时间分辨率的监测要求.利用时空拟合法对臭氧监测仪(OMI)臭氧总量数据进行修复, 再根据对流层臭氧残差法反演中国区域的对流层臭氧总量数据, 其结果表明: 从定性的角度考虑, 时空拟合法具有更好的修复效果, 从定量的角度考虑, 时空拟合法相对于克里金插值法和反距离加权法的RMSE、MAE均较小.利用对流层臭氧残差法得到的对流层臭氧廓线数据与OMI/MLS的官方臭氧产品有着较高的相关性, 其相关系数R最高为0.82.     

基于时空扩展模型的瓦斯浓度场重构

为了有效监测井下瓦斯浓度分布,避免因瓦斯聚集发生安全事故,快速精确地对瓦斯浓度场分布进行重构是一种有效途径.针对矿井瓦斯数据稀疏分布的特点,提出了一种基于时空扩展模型的瓦斯浓度场重构方法,以时空半变异函数为理论基础,挖掘数据的时空关联性,提高了重构精度和平滑度,同时以加权反比为模型框架降低了重构计算量和模型复杂度.使用有限元分析构建工作面模型,通过仿真和真实气体扩散数据交叉验证对重构效果进行定量分析.结果表明:基于时空扩展的井下瓦斯浓度场重构方法能够有效改善传统插值方法在监测点邻域内的重构平滑度,同时提高了插值精度.改进的重构模型充分考虑了时空维度上的关联性,适用于稀疏采样点条件,为瓦斯浓度场全局精准监测提供了新方法.     

动态环境下融合边缘信息的稠密视觉里程计算法

针对传统的视觉里程计算法在动态环境下存在位姿估计精度不高且鲁棒性较差的问题,提出一种融合边缘信息的稠密视觉里程计算法.首先,使用深度信息计算像素点的空间坐标,并采用K-means算法进行场景聚类.分别基于光度信息与边缘信息的聚类构建出光度及几何一致性误差与边缘对齐误差,两者结合并进行正则化后得到数据融合的残差模型.将平均背景深度引入到残差模型中,用以扩大动、静部分残差差距而有利于正确的运动分割.然后,根据聚类残差分布的普遍特征,构建运动似然的非参数统计模型,通过动态阈值进行运动分割,剔除动态物体并得到聚类权重.最后,将加权聚类残差加入到位姿估计的非线性优化函数中,以降低动态物体的影响,提高位姿估计的精度.在TUM数据集上进行实验,结果表明本文算法在静态环境下以及富有挑战性的高动态环境下都能取得较好的结果,在动态环境下比现有算法具有更高的精度与鲁棒性.     

改进残差块和对抗损失的GAN图像超分辨率重建

图像超分辨率(Super Resolution,SR)重建是计算机视觉领域中提高图像和视频分辨率的一种重要图像处理技术,针对基于深度学习的图像重建模型层次过多以及梯度传输困难导致训练时间长、重建图像视觉效果不理想的问题,本文提出了一种改进残差块和对抗损失的GAN(Generative Adversarial Networks)图像超分辨率重建模型.首先,在模型结构上,设计剔除多余批规范化操作的残差块并组合成生成模型,将深度卷积网络作为判别模型把控重建图像的训练方向,以减少模型的计算量;然后,在损失函数中,引入Earth-Mover距离设计对抗损失以缓解模型梯度消失的问题,采用L1距离作为重建图像与高分辨率图像相似程度的度量以指导模型权重更新来提高重建视觉效果.在DIV2K、Set5、Set14数据集上的实验结果表明:该模型剔除多余批规范化后的训练时间相比改进前模型减少约14%并有效提高图像的重建效果,结合Earth-Mover距离与L1距离的损失函数有效地缓解了梯度消失的问题.模型相较于双三次插值、SRCNN、VDSR、DSRN模型,提高了对低分辨率图像的超分辨率重建效率和视觉效果.     

高心墙堆石坝施工期变形时空预测模型研究

针对高心墙堆石坝变形监测断面有限,而传统的单点变形预测模型难以有效反映坝体的整体变形趋势,通过采用分离型时空模型的构建方式,以及基于物理成因分析的单点变形拟合和空间拓展的思路,来构建施工期变形时空预测模型能够克服单点序列模型的某些缺点。本文基于现有的粗粒土变形计算理论,推导并建立坝体垂直、水平变形单点物理成因模型,在单点模型的基础上采用克里金空间插值技术进行空间拓展,构建了高心墙堆石坝变形时空预测模型。经瀑布沟高心墙堆石坝原观变形分析表明,垂直和水平位移物理成因模型能较好地模拟和反映测点变形趋势,实现了基于监测序列的高心墙堆石坝整体变形的三维预测,较好地描述了大坝三维变形趋势,具有较高的精度以及工程应用和推广价值。     

基于时空相关性的交通流故障数据修复方法

为及时对高速公路交通流故障数据进行有效修复,综合考虑交通流数据的时空特性,提出基于3D形函数的时空插值修复方法.以时间间隔、距离和时滞参数作为相关数据的提取依据,以高速公路实际数据对所提出方法进行验证;将实验结果与采用时间序列法、空间插值法、基于灰色残差GM模型以及基于统计相关分析的方法得到的结果进行对比.结果表明,该方法的修复结果优于时间序列法和空间插值法,并且修复误差低于其他方法.其中,与基于灰色残差GM模型和基于统计相关分析的方法相比,该方法的修复结果的均绝对误差分别降低了21.33%和43.54%,均方根误差分别降低了12.87%和35.08%.该方法的修复结果的平均绝对值误差率比基于统计相关分析的方法降低了40%.这表明研究中所提方法的修复精度更高,是一种有效的数据修复方法.     

CRA40在中国地区GNSS水汽反演中的适用性评估与分析

基于中国气象局发布的CRA40气象再分析资料,计算地基GNSS水汽反演中涉及气压、气温、大气水汽加权平均温度(Tm)、天顶对流层总延迟(ZTD)等关键参数,并分别以地面气象站(气压、气温)、无线电探空测站(Tm)以及地基GNSS测站(ZTD)为参考,对这些参数在中国地区的精度和可靠性开展了系统的评估.计算结果与欧洲中期...     

基于径向基函数神经网络的机载LiDAR点云空洞填补方法

机载LiDAR技术为地表三维数据的获取和DEM、DSM的构建提供了有利的条件. 由于建筑物和植被遮挡等原因,造成了点云的缺失,形成区域的空洞,给地表建模带来不便,需要对LiDAR点云数据进行插值处理以修复缺失的数据. 对径向基函数(RBF)神经网络构建插值模型进行了研究,利用该模型对点云中缺失的空洞区域进行修复. 通过利用一部分采样点对RBF神经网络进行学习训练,得到模型中参数的具体值,然后利用这些参数值对空洞区进行插值. 实验验证了RBF神经网络模型的有效性及插值精度.     

基于分形插值方法的油气管道腐蚀灰色预测

基于仿射变换型的分形插值方法是由迭代函数系统(IFS)实现分形插值函数的一种方法。通过推导引入分形插值函数模型,与不等时距GM(1,1)模型相结合,建立了等时距GM(1,1)模型,对油气管道腐蚀进行预测,实例分析和精度检验结果表明,结果比较理想。这说明在原始数据列有缺失时,仍可进行灰色预测,其具有一定的实用价值,为采取相应防腐措施提供可靠的依据。     

基于改进的Kriging法区域似大地水准面精化

利用常规的Kriging法进行GPS高程拟合时,由于模型误差和公共点误差的存在,其拟合内符合精度值并不为零。通过对已知点拟合残差进行改正得到一种改进的Kriging法来精化区域似大地水准面。通过实测数据对比改进的Kriging法与Kriging法的GPS高程拟合精度,结果表明：改进的Krig-ing法的拟合精度明显优于Kriging法,该方法能有效削弱模型误差和公共点误差引起的拟合残差。     

基于旁瓣信息的高频地波雷达高精度测距方法

高频地波雷达在进行目标探测时,其距离分辨率常常远大于目标尺寸而使得测距误差增大且轨迹连续性较差.针对这一现状,通过利用距离旁瓣信息,依照sinc函数模型进行插值,提出了两种三元插值方法,并将插值后得到的估计距离与由船舶自动识别系统(AIS)提供的船只GPS定位信息计算得到的距离进行了对比.对比结果表明:相对不插值的结果,两种三元插值方法都可以在计算量增加很小的情况下有效提高测距精度.尤其是三元二次插值法,它可以将测距精度提高16%以上,有时甚至可以达到31%.     

基于时空融合图卷积的交通流数据修复方法

为了解决现有时空相关修复法挖掘交通流特性不充分的问题,提出基于时空融合图卷积网络的缺失数据修复方法. 该方法在分析交通流时空特性的基础上,采用2类函数分别计算交通流数据的时间自相关系数和空间关联度系数. 将交通检测器的部署位置作为节点构成几何拓扑图,通过线性融合规则构建时空融合矩阵,替代图卷积输入层的邻接矩阵,捕获交通流细粒化的时空关系. 利用轻量级一维卷积层学习多通道时序向量的时间特征,加快模型的收敛速度. 利用图卷积层学习交通流数据的空间特征,构建时空融合图卷积网络修复模型. 实验结果表明,与其他修复方法相比,该方法在多检测器场景中的修复精度和模型收敛速度均有所提升,可以有效地修复交通流缺失数据.     

梁系结构二阶分析的单元模型

以梁单元平衡微分方程为基础,推导了考虑剪切变形影响的空间梁单元位移插值函数,用于模拟结构中无轴力的杆件.利用Maclaurin级数统一了空间梁柱单元在拉、压两种情况下的不同位移插值函数,与稳定函数表示的位移插值函数等价,用于模拟结构中有轴力的杆件.推导了包含轴向变形、剪切变形、双向弯曲、扭转及其耦合效应的二阶单元切线刚度矩阵.从计算精度与总体刚度矩阵的正定性两方面考虑确定了位移插值函数中级数的展开项数.对承受不同轴压力的悬臂梁梁端位移进行计算,表明所提出的单元模型可以很好地体现二阶效应的影响.利用不同单元模型对单层柱面网壳进行对比分析,表明所提出的梁系结构二阶分析单元模型具有较高的计算精度与效率,可以很好地反映单层柱面网壳的几何非线性.     

基于空间插值方法的路面结构设计湿度指标精度研究

目的选取最优的空间插值方法求取年降水量,为沥青路面结构组合设计提供湿度参数,进而达到依据区域湿度特点规范设计道路结构参数的目的.方法采用4种半变异函数模型的普通克里格法等3种常见的空间插值方法对辽宁省年降水量空间要素进行插值研究,采用交叉验证法评价各方法的插值效果.结果就辽宁省年降水量而言,4种半变异函数模型中的环形模型精度最高.利用CM半变异模型的普通克里格法和其他两种插值方法计算所得平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差具有一致性,其中OK法精度最高.结论选取CM半变异模型的OK法求取年降水量可满足计算要求,进而为道路结构设计的湿度参数选取提供参考.     

广西地区GPT2w对流层延迟模型适用性分析

GPT2w是一种全球经验对流层延迟模型,具有1°和5°格网分辨率,可用于计算对流层天顶延迟(ZTD)和加权平均温度(T_m)。本文以广西地区的陆态网GNSS数据计算的ZTD值及探空站实测气象资料值计算的T_m值作为参考,对GPT2w模型进行适用性评估。结果表明:GPT2w模型的ZTD表现出显著的季节偏差,且其两种格网分辨率计算的年均值和RMS基本一致,年均RMS优于4.5 cm;GPT2w模型的T_m偏差也存在较明显的季节特性,且表现出一定的系统偏差。两种分辨率格网计算的T_m值精度相当,年均RMS优于3.4 K。     

基于离散光滑理论的高精度三维模型构建方法

三维建模包括地表和地下空间两个方面,模型精度不仅是评定建模性能的重要指标,更是工程方案比选和工程预算的重要依据.在综合分析多种三维建模方法的基础上,提出了一种基于离散光滑理论的高精度三维地质体高精度建模方法,通过综合利用测量、钻孔、物探等数据及其相互间的相关性,对地质体对象进行联合建模.利用原始钻孔数据的某一类地层进行插值,计算得到原始钻孔数据与插值拟合结果之间的几种残差,并进行分析比较,进而得到各地质区域的构造模拟结果及其置信区间.利用某水电工程中的测绘和地质的实际数据进行了实验验证,从结果来看,该方法不仅能更高精度地拟合出三维地表模型,而且能构建复杂的地质构造,辅助工程勘察设计、岩土计算等应用.     

考虑剪切和翘曲变形影响的空间钢框架塑性铰模型

采用更新的拉格朗日列式,推导了一种较为精确的用于空间钢框架非线性分析的集中塑性铰模型.利用考虑剪切变形效应的插值函数推导了空间钢框架结构梁柱单元二阶弹性分析的刚度矩阵.在矩阵推导的过程中,引入了基于薄壁构件的Kollbrunner-Hajdin修正约束扭转理论,应用此理论产生的翘曲扭转插值函数可计及二次剪应力对翘曲变形的影响;结合可以考虑残余应力影响的CRC切线模量,利用扩展的Orbison屈服面模型,推导了一种能反映塑性沿构件截面扩展的二阶非弹性分析的梁-柱单元,可用于多种空间钢框架结构的双重非线性分析,具有较强的通用性.最后通过算例证明了本文提出梁-柱单元的精度和有效性.     

基于DEM的江苏气温空间插值研究

以江苏省及周边39个常规气象站点1957—2001年的月平均气温数据和90 m空间分辨率的DEM数据为基础,采用基于DEM的多元线性回归插值方法,分析多年平均气温与海拔、坡度和坡向等地形因子的相关关系,建立适合该区域的多元回归空间插值模型.同时与反距离权重法(IDW)和克里格(Kriging)插值法等传统方法的计算结果进行对比,并用交叉验证方法比较5种插值方法的精度.结果表明:该研究区各月气温递减率在0.5~0.9℃/(100 m)左右;基于DEM的多元线性回归空间插值方法(MLR)无论从插值效果还是误差精度上,均优于其他传统插值方法.插值结果客观地表达了气温与各地形要素的相关性,反映了气温的空间变异性.     

多元指数插值响应面方法分析复杂结构可靠度

引入多元指数型插值基函数,采用正交实验设计和有限元分析生成插值点,建立指数插值响应面函数,采用随机投点法和有限元分析生成校核样本点,以校核样本点原函数值与插值函数值距离最小为优化目标,求解多元指数插值函数的待定参数,并构造迭代求解格式控制求解精度,建立了复杂结构可靠度分析的多元指数插值响应面方法.算例分析结果表明,该方法对非线性程度较强的隐式功能函数具有较高的分析精度和效率.     

基于伪距残差相关性的GPS/INS紧耦合抗差滤波

提出了基于GPS伪距残差相关性的GPS/INS紧耦合抗差滤波算法.理论推导了GPS伪距观测值残差的计算方法,引入了相关函数对伪距残差进行相关性分析;分析了GPS/INS紧耦合导航的动力学模型和观测模型,基于残差相关性构建了紧耦合抗差滤波算法,利用实测数据验证了算法的有效性.结果表明:相比于非抗差滤波算法和传统的抗差滤波算法,基于GPS伪距残差相关性的抗差滤波能更灵敏地探测GPS/INS紧耦合中伪距观测值的粗差,并且通过抗差滤波因子抑制粗差对于导航结果的影响,提高GPS/INS紧耦合导航精度,而且通过控制粗差能够有效避免滤波发散现象的发生.