面向GPU的地形遮蔽探测并行算法

地形遮蔽算法在军事、民航和气象分析等领域有广泛应用。随着仿真规模的扩大、仿真结果实时性要求越来越高,传统计算模型俨然不能满足当下的实时性要求。为解决这一不足,实现了在统一计算设备架构(CUDA)并行计算平台上的地形遮蔽探测算法,解决了仿真计算速度慢的问题。在CPU端将雷达探测区域内离散采样点的高程数据矩阵化,进而提升高程值在并行化计算中的读取速度。针对雷达仿真计算参数对线程分配方式进行优化,采用循环对比方式对地形遮蔽角的计算进行并行加速。采用设备端线程同步和数据交替传输技术,确保计算结果一致性和最大化利用GPU端计算资源。采用多模式并行化计算模式,使用多线程并行化计算和单线程串行化计算来支撑GPU端计算资源不足时的退化计算,从而保证计算的高可用。实验结果表明,相较于i7-12700H CPU在仿真粒度为3 600条探测波束下的地形遮蔽串行计算和多线程并行计算,在3060 Laptop GPU下分别获取了48倍和17倍加速,为仿真实时性提供了有效的工程解决方案。

基于元胞自动机的黄土小流域地形演变模拟

黄土高原以沟沿线为基准分为正地形和负地形2种基本的地貌形态,黄土小流域正负地形演变是黄土高原地貌形态发育的缩影。该文采用元胞自动机建模方法,对人工降雨条件下室内黄土小流域正负地形的动态演变过程进行建模与模拟。试验使用近景摄影测量方法监测小流域发育过程,处理获得10mm分辨率的数字高程模型。模拟迭代过程逼真地刻画了黄土负地形区向正地形区不断蚕食的动态演化过程,并能反映出非常重要的黄土陷穴现象的发生。模拟结果在数量上和空间分布上都取得了较好的模拟效果。研究认为元胞自动机建模方法可以用来模拟黄土小流域的正负地形演变,有助于揭示黄土地形演化机制。

远程导弹鲁棒最优预见伺服地形跟踪控制器设计

设计一种基于多面体不确定性的导弹鲁棒最优预见伺服地形跟踪控制器.在目标值已知的情况下,基于LQ/H∞准则,通过求解线性矩阵不等式(LMI),得到具有状态反馈、积分环节和预见环节的鲁棒控制器参数.仿真结果表明,这种鲁棒最优预见伺服控制器在具有良好地形跟踪特性的同时,比一般最优预见伺服方法具有更好的鲁棒性能.

一种抑制扩展卡尔曼滤波的发散方法

针对扩展卡尔曼滤波在 Sandia 惯性地形辅助导航(SITAN)系统中的发散问题进行分析,指出关键原因所在,并据此提出采用"冻结"增益矩阵和对增益矩阵加权相结合的扩展卡尔曼滤波方法,对该导航系统进行修正。仿真结果表明,此方法能够有效地抑制发散。

基于ISM模型的可控飞行撞地诱因关系分析

为科学揭示可控飞行撞地(CFIT)诱因的内在规律,以有效预防CFIT事故,提出了采用解释结构模型(ISM)分析CFIT的诱因关系。该模型利用人们对CFIT的认识将其诱因联系起来,并借助于矩阵计算和图形分析技术,将复杂无序的CFIT诱发因素分析整理成易于理解的多级递阶结构模型。在实例中,通过对CFIT事故的分析,归纳出导致CFIT的主要诱因,并采用ISM构建了诱因关系分析模型。结果表明:该模型实现步骤简单,逻辑关系明确,过程科学合理,层次结构客观实际,为CFIT诱因关系分析提供了一种有效手段。

创建超大可扩展地形模型的方法

超大场景的三维地形可视化模型是虚拟现实系统平台的重要组成部分。由于地形模型的复杂性,致使计算机硬件水平一直难以满足超大规模地形模型的实时显示需求。目前的超大场景三维表现上存在数据处理速度慢,可扩展性差等问题。为此,提出了一种新的地形创建方法,该方法以许多小的地形分片为基础,采用逆时针旋转的方式拼接出超大的地形,采用矩阵的思想进行索引值搜索。实验结果表明,该方法创建的地形具有可扩展性。

卡尔曼滤波在地形辅助导航的应用中系统误差协方差矩阵Q的模拟

采用卡尔曼滤波技术进行地形辅助导航是提高导航精度的方法之一。卡尔曼滤波理论上要求事先了解系统误差的统计特征,在实际课题的应用中这一要求往往不能满足。文中结合地形辅助导航的应用背景,给出了系统误差最重要的统计特征———协方差矩阵Q的一种模拟方法。

黑土区田块尺度精准管理遥感分区时空格局与成因分析

精准管理分区是实施精准农业的重要环节,对分区结果的时空变化分析有利于因地制宜制定田间精准管理措施。该研究以黑龙江省友谊农场种植玉米作物的田块为研究区,获取多年玉米出苗期Sentinel-2 A卫星遥感影像,提取归一化差异植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI),运用面向对象分割的方法进行精准管理分区,通过空间转移矩阵方法表述研究区分区格局变化情况,并对精准管理分区时空格局成因进行探究。结果表明:研究区在2017-2020年6月上旬精准管理分区格局相似;分区后NDVI、高程、坡度的变异系数分别降低了70.690%~76.420%、42.857%~57.143%、30.723%~34.940%;同一条垄线上,4期NDVI最高值均位于阳坡,且坡顶至阴坡坡底NDVI值逐渐降低;作物生长初期地形影响土壤水分及温度分布从而影响作物长势及精准管理分区格局。研究结果为精准管理分区与精准施肥、施药等田间变量管理措施的衔接提供参考。

卷积神经网络在矿区预测中的研究与应用

在研究富钴结壳高产区地形特征基础上,以富钴结壳站点地理坐标为中心,获得了一平方公里的海拔高度数值矩阵作为地形特征.使用卷积神经网络的分析方法对数值矩阵进行训练,学习坡度和平整度等区域特征,将富钴结壳站点地形和其他海底地形进行区分.依据训练后获得的模型,对富钴结壳高产区进行预测,取得了较好的预测效果,结合其他因素的影响,可以提高结壳靶区选取的精准度.

基于高分辨率扇面扫描声纳影像的水下测量

本文以宁波甬江常洪越江沉管隧道某管段基槽的水下测量为实例,介绍了利用Seaprice高分辨率扇面扫描声纳影像进行水下测量的方法。以一周期扫描扇面的声纳影像为原始观测数据,首先采用改进的Hough变换方法检测距离标签圆环并用曲线拟合法提高参数的估计精度,然后利用加权邻域共生矩阵方法逐扇面判断最优回声区域,得到扫描断面图,最后根据断面数据和传感器的坐标得到水下地形点的三维坐标,并采用基于Delaunay三角形的三次样条插值方法组成水下地形的规则格网模型并用着色表面可视化。

矿井开采沉陷后最终地形等高线的生成及应用

煤炭开采对地面设施的影响不仅与开采引起的地表相对变形量有关,还包括下沉值与原始地形、既有变形的叠加影响有关。本文提出了以"建立初始地形矩阵—开采沉陷值矩阵预计—矩阵相加运算"为主线,生成井下煤炭资源开发后地面最终地形等高线图的技术路线,并结合不同的情况总结了不同的具体操作方法。

辽阳-丹东地区黑土地地表基质有效土层分布规律及影响因素——以凤城市为例

黑土地为我国粮食的压舱石,由于近年来过度利用,致使黑土地质量问题日益突出,尤其是黑土变薄的问题已经开始影响我国农业生产,因此,东北黑土地的有效土层厚度一直是诸多生态、农业学者普遍关注的社会热点问题。查明黑土有效土层厚度的分布规律,对监测当地土壤水土流失和黑土厚度变化具有较强的参考价值。基于辽阳—丹东地区黑土地地表基质调查项目,结合项目在凤城市首次开展的黑土地地表基质调查,采用洛阳铲、天然剖面、人工剖面调查方法,查明凤城市有效土层厚度。选用坡度、坡向和地形位置指数为参数,基于高程模型生成地形因子,依据生成因子将凤城市划分不同地形单元,利用克里金插值法对各地形单元分层插值,得到凤城市有效土层厚度分布规律,结果显示,北部薄,南部厚,中部局部见较厚土层。利用调查数据,分析不同土地利用类型、不同土壤类型和不同地形地貌的有效土层厚度分布规律,结果显示,土地利用类型中,种植园地的土层分布最厚,林地次之,水域的土层分布最薄;土壤类型中,水稻土的土层分布最厚,草甸土次之,褐土的土层分布最薄;地形地貌中,坡肩的土层分布最厚,阴坡次之,坡脊的土层分布最薄。利用地形和母质对有效土层厚度影响进行分析,结果显示:阴坡的土层厚度大于阳坡;利用调查数据,制作不同基岩形成的土层厚度箱线图,结果显示,中生代陆相沉积岩发育的土层厚度中值和分布范围大于其它岩石类型发育的土层厚度。通过地形位置指数分析和基岩形成的土层厚度箱线图,凤城市土壤有效土层厚度分布影响的主要因素为地形和母质类型。根据宜林则林、宜耕则耕的原则,建议凤城市坡度>15°的坡肩位置和阴坡尽量种树育林。

SAR图像方向性上下文协方差矩阵构建方法及地物分类应用

合成孔径雷达(SAR)是对地观测等领域的重要传感器,得到了广泛应用。然而,单通道SAR图像每个像元只包含一个复散射值,有限的信息量在一定程度上限制了其应用性能。针对这一问题,本文提出了一种SAR图像空间纹理信息表征方法:方向性上下文协方差矩阵(DCCM)。DCCM通过提取邻域中不同方向上的散射强度变化来拓展利用图像上下文信息,将单个像元从一个标量拓展为一组矩阵,从而极大提升了像元信息容量,实现了信息增广。在此基础上提取的DCCM纹理特征能够更完备地表征地物空间纹理特性,有望应用于地物分类等领域。本文将DCCM纹理特征分别与传统分类器和卷积神经网络结合,构建了基于方向性上下文协方差矩阵的SAR图像地物分类方法。利用AIRSAR和UAVSAR数据开展的对比实验表明,相比基于灰度共生矩阵、Gabor滤波和多级局部模式直方图3种典型纹理特征的分类方法,本文方法结合传统分类器时对总体分类精度提升达到7%以上,结合卷积神经网络时也展现出了优异的分类性能以及更好的稳健性。

山区大跨度混合梁独塔斜拉桥的合理横向减震体系

针对适合山区河谷地形的典型大跨度混合梁独塔斜拉桥的合理横向减震体系,以金沙江特大桥为工程背景,分析了结构的显著非对称特征、动力特性及地震响应规律.提出了基于影响矩阵的减震体系阻尼器合理参数的计算方法,并以三角形钢阻尼器为例,探讨了其收敛性及影响因素.结果显示:大跨度混合梁独塔斜拉桥横向减震体系下各位置处的阻尼器合理屈服力与相应横向固定体系的支座剪力之间存在着明显的相关性,采用合适的阻尼器初始屈服力和影响矩阵可以有效地提高迭代计算的速度和稳定性.基于辅助墩与边墩的刚度比,探究了不同河谷地形下斜拉桥各墩/塔位置处的阻尼器合理屈服力.当边跨所处河谷边坡较陡峭时,宜在各墩/塔位置处均设置阻尼器,可以较好地控制辅助墩的墩-梁相对位移,并对各墩/塔进行有效减震,而当边跨所处河谷边坡较平缓时,可仅在主塔和过渡墩位置处设置阻尼器,能达到与各墩/塔位置处均设置阻尼器时相似的减震效果.

基于灰度共生矩阵的DEM地形纹理特征量化研究

DEM的地形纹理以其表达地形表面的纯粹性与分析数据的可派生性受到越来越多关注。本文选取陕西省10个不同地貌类型区的25m分辨率DEM数据,引入空间灰度共生矩阵(GLCM)对地形表面纹理特征进行定量分析。研究表明,25m分辨率DEM数据的GLCM模型适宜分析间距是大于等于3个栅格大小。各纹理参数中,相关度可用于地形纹理的方向性量化;方差、差的方差、对比度可用于对地形纹理的周期性分析;熵、二阶角矩、逆差矩可用于对地形纹理的复杂性分析。在DEM及其派生数据中,光照模拟数据计算的各纹理参数的平均变异系数最高,表明光照模拟数据最适合于地形纹理特征的量化研究。同时本文提出了一种多参数综合的地形纹理量化方法,通过运用综合周期性和综合复杂性两个指标对不同地形区量化分析,结果表明,这两个指标对不同地形形态响应显著,可用于地形形态分类与识别研究。

DEM分辨率对地形纹理特征提取的影响

地形纹理是区分不同地貌形态的重要依据,DEM是地形纹理分析的重要数据。然而,DEM分辨率使地形纹理特征提取存在着不确定性问题。本文以具有显著地貌多样性与差异性的陕西省为例,选择6个不同地貌类型区为研究区,以25 m分辨率DEM数据作为信息源,构建了多尺度的地面坡度、光照模拟和粗糙度数据序列。在此基础上,引入空间灰度共生矩阵(GLCM)对地形表面纹理特征进行量化分析,以揭示数据分辨率对地形纹理特征提取的影响。研究表明:对于单一样区,在DEM及其3个派生数据中,原始高程数据和粗糙度数据的纹理参数特征值,对分辨率的变化较为敏感。对于不同的地貌类型区,二阶角矩和对比度这2个纹理参数具有最大的变异系数,表明它们对于区分不同地貌类型的能力最强;二阶角矩具有较大的尺度依赖性,随着分辨率的降低,其区分能力急剧降低,而对比度对于地貌的区分能力,则随着分辨率的降低而增强,并保持在一个较大的范围内。DEM数据的对比度对于不同地貌的区分能力,在所选4个参数中最为稳定,而粗糙度数据的二阶角矩区分不同地貌的能力,随着数据分辨率的变化而最不稳定。以上结果对于根据不同的研究对象选择适宜的DEM分辨率及地形纹理参数具有一定的指导意义。

基于地形梯度的淇河流域土地利用时空变异分析

地形作为最基本的自然地理要素,在一定程度上影响着土地利用变化,对土地利用空间格局的形成具有重要影响。以太行山淇河流域为例,借助DEM提取高程、坡度信息,采用转移矩阵、区域统计分析和地形分布指数系统分析淇河流域1990—2015年间土地利用时空变异特征,定量分析了地形梯度上土地利用变化。结果表明:25年来变化最大的土地利用类型为耕地和草地,耕地面积净减少量最大,林地次之;草地面积净增加最多,建设用地面积净增加次之,未利用地面积变化不大。耕地、建设用地、草地生态系统集中于低地形梯度区,而林地集中于高地形梯度区;耕地、林地在低海拔区域面积呈减少趋势,水域和建设用地增加集中在低海拔地区;耕地在低坡度区域内呈现减少趋势,建设用地在低坡度地区增加集中。

基于DEM纹理特征的月貌自动识别方法探究

月海和月陆是两种最主要的月貌单元,对于月海及月陆快速准确地识别是进行各项月球研究的重要基础。目前,月海和月陆的识别大多采用DEM结合其派生地形因子建立指标体系的方法。这种方法虽然可在宏观尺度对月海和月陆进行识别和提取,但仍存在2个问题:(1)可扩展性差,不同地区难以共用同一套地形因子构建指标体系;(2)指标体系中各因子权重设置具有较大的主观性。针对以上问题,本文以"嫦娥一号"探测器获取的全月球DEM数据,从月表地形纹理特征的角度出发,提出一种以月表DEM数据识别月海、月陆的自动快速的方法。首先,利用灰度共生矩阵模型,以DEM数据为基础,实现对典型月海、月陆地形纹理特征的量化,然后,对量化指标的筛选,构建能有效区分两类月表形貌单元的特征向量。在此基础上,选用离差平方和作为识别器,最终实现对月海和月陆的自动识别。本文识别方法的整体识别率达到85.7%;综上可知,该方法既能克服原有方法中因子权重设置的主观性,又具有较好的通用性。

下肢假肢斜坡路况运动控制策略分析

为使下肢假肢在斜坡路况下配合人体健肢侧交互运动,在对下肢假肢穿戴者斜坡运动模式分析的基础上,制定针对斜坡路况的下肢运动轨迹规划方法,得到假肢膝关节的模拟运动轨迹.应用紧格式线性化方法解决下肢关节高度非线性问题的思路,采取无模型动态矩阵控制方法实现对模拟运动轨迹的追踪,结合反馈校正和滚动优化实现斜坡路况下膝关节角度的预测输出,并对控制系统的稳定性进行理论分析.仿真和运动控制平台的实验结果表明,假肢膝关节的斜坡运动轨迹可以紧紧跟随参考轨迹变化,假肢膝关节可与健肢侧协调平稳运动.

积分半径可控地形改正FFT算法的研究

地形改正等地球重力场元量的FFT算法(平面二维、球面近似二维、球面单带)研究已基本成熟,并广泛应用于科研与工程实践。但是FFT算法也有其固有的缺陷,即存在着频谱混迭、泄漏等现象。本文利用离散卷积分具有Toeplitz矩阵的性质,将其拓展为循环Toeplitz与拓展观测数据矢量的乘积,利用循环Toeplitz的Fourier表示,实现离散卷积分的快速算法。该算法与离散求和等价,当数据量较大时,可明显地提高计算速度。