矩形/长方体网格单元时间高阶有限差分波场数值模拟

有限差分法在求解不同类型地震波动方程中广泛应用,提高有限差分在时间域和空间域的地震波场数值模拟精度十分重要。为了提高现有时间—空间域高阶差分方法的精度和灵活性,提出了基于矩形/长方体网格单元的改进时间—空间高阶有限差分方案,分别求解二维和三维声波方程。改进差分法主要通过联合旁轴网格节点和传统轴向节点来共同完成偏导数近似,进一步结合平面波理论和泰勒级数展开求取改进模板中的高阶差分系数。数值精度分析表明,改进差分方案相较于传统方法具有更高的数值精度和稳定性。多个模型算例表明,在相同参数条件下,改进差分方法在兼顾空间模拟精度的前提下能够提高时间模拟精度。此外,改进模板沿不同空间方向可以选用不同的网格步长,有效增加了波场模拟的灵活性,能够为后续的地震成像和反演提供有效波场延拓工具。

均匀磁化直立长方体磁力三阶梯度张量无解析奇点正演计算公式研究

均匀磁化直立长方体是磁力异常正演模拟与三维反演的最基本、最常用的一种场源模型,推导其正演计算解析公式具有重要的理论意义和实用价值。磁力三阶梯度张量是最近提出的一个新概念,可能是未来卫星与航空等磁测研究的一个重要发展方向。此外,多种磁力异常转换参量也涉及磁力三阶梯度张量的部分元素。因此,在前人研究基础上推导了均匀磁化直立长方体的磁力三阶梯度张量无解析奇点正演计算公式。首先验证了该公式的正确性,然后将其应用于总磁场强度异常一阶垂向导数的解析信号、磁力二阶梯度张量不变量的一阶导数、正则化磁源强度的一阶导数的计算。这些高精度、高效率的正演计算解析公式可为将来磁力三阶梯度张量勘探方法研究及基于磁力异常转换参量的解释方法研究奠定重要基础。

基于透视点和轮廓的粘连车辆分割方法

为解决视频车辆跟踪中经常出现的多辆车的前景粘连问题,本文提出了一种结合透视原理和车辆轮廓的粘连车辆分割方法。首先,通过分析路面场景中车道信息获取透视点,再利用透视点得到车辆的长方体透视模型,通过判断长方体模型的高宽比和长方体模型内部空缺区域的面积大小进行粘连检测,并根据粘连情况的不同选取相应的分割点搜索方法,从前往后顺序分割出粘连的车辆前景团块。实验表明,此方法对直线道路上多辆车粘连的分割有较好的准确度和适应性。

基于Web的空间OLAP研究

OLAP(在线分析处理 )是空间信息集成、查询与分析的重要领域和手段 ,基于Web的OLAP需要解决体系结构、空间数据仓库构建、多维数据模型、WebGIS、数据挖掘等诸多理论和工程问题。体系结构规定了系统开发和应用的模式 ;多维数据模型中定义了基于数据仓库的度量和维度结构 ,是OLAP和某些数据挖掘模型的基础 ,是数据仓库应用的重要手段。传统的体系架构、多维数据模型和OLAP技术在处理空间数据过程中具有较大的局限性。文章尝试探讨在Internet环境下 ,在传统多维数据模型中引入空间维度、度量中指向空间聚合结果的空间数据索引及其空间算子集合 ,从而构造出空间多维数据模型 ,并在模型物理实现的基础上 ,试验了空间立方体的WebOLAP操作。可以预测 ,空间OLAP研究将成为GIS研究的热点 ,具有极大的应用价值。

利用GRACE时变重力场反演青藏高原的隆升速率

青藏高原隆升对中国、亚洲乃至世界的气候都有着重要影响,研究青藏高原地壳隆升速率具有重大意义.本文利用2004—2015年期间高覆盖度的卫星重力数据,通过去除陆地储水的重力效应获得地壳隆升引起的重力变化速率,基于直立长方体垂直运动与重力变化的关系模型反演了该区域的地壳隆升速率分布.研究结果表明在300 km的空间尺度下青藏高原隆升速率分布具有不均匀的特点,表现为以冈底斯山—唐古拉山—鲜水河断裂带为界线,其两侧的速率差异较大.位于界线以南,沿喜马拉雅推覆构造带的区域平均隆升速率为2.01±0.87 mm·a^-1,其中西侧的印度板块与东侧的缅甸板块隆升速率分别为~2.43 mm·a^-1、~2.89 mm·a^-1,位于两板块之间的区域隆升速率为~0.69 mm·a^-1;位于界线以北,除了天山区域和华北板块的隆升速率为~1 mm·a^-1,其他区域隆升现象不明显,其速率为~0 mm·a^-1.我们发现存在两条均穿过正断裂带区域的隆升速率梯度带,其中一条为从加德满都到塔里木盆地,其恰好穿过青藏高原内部的正断裂带,另一条为从那加山到四川盆地,其恰好穿过大理正断裂带.本文反演的青藏高原隆升速率与以往观测到的GPS结果有很好的一致性,为青藏高原隆升、地壳增厚等科学问题提供理论支持.

采用周线积分法计算人体与辐射板的辐射角系数

辐射角系数是计算人体与辐射板间辐射换热量的一个重要参数,针对人体与辐射板之间辐射角系数问题求解的复杂性,使用长方体模型代替站立姿态时的人体形状,进行辐射角系数的计算。以辐射顶板为例,运用周线积分法和代数法建立了任意位置下人体与辐射板之间辐射角系数的数学表达式,并对结论的合理性进行了验证。

长方体全张量磁梯度的两种正演公式对比

全张量磁梯度测量是当前航空磁测的一个重要发展方向。正演是反演的基础,而长方体又是地下空间剖分的基本单元,故其正演公式具有重要的理论意义。笔者从前人给出的东南下坐标系和北东下坐标系的两种磁场三分量理论表达式出发,分别推导了长方体全张量磁梯度的计算公式。理论模型的两种正演结果对比表明,两种公式的计算结果完全相同,但北东下坐标系更实用。该坐标系下的长方体全张量磁梯度理论表达式更加简洁,文中相同模型体的正演节省约10%的时间。

面向虚实融合的卧室箱体建模与布局算法

目前室内家居设计平台有以下问题:室内场景建模操作的复杂性大,布局设计人工干预比较多,自动布局响应速度不理想等问题。对此以卧室家居为例,面向由真实室内图片转换而来的箱体模型和虚拟家具模型之间的虚实融合,采用基于图像渲染的技术TIP(tour into picture)将二维室内图片转换为三维箱体模型,以实现和三维家具模型的兼容,实现维数的一致。同时,在箱体模型中,对家具模型实现自动布局。自动布局采用基于放置场能量分布的自动布局算法。首先确定家具布局顺序,接着初始化能量分布,然后按序布局过程中动态更新能量分布,为下一个家具布局做准备,最后根据布局后的能量分布计算漫游区域和视觉朝向。实验表明,该算法可针对不同大小、不同家具组合的卧室,实现较快和较好的自动布局,规划出较好的漫游方案,实现虚实融合。

基于BTTB矩阵的快速高精度三维磁场正演

本文改进了一种快速、高精度空间域三维正演算法,用来计算地下场源在水平观测面产生的磁异常ΔT场及其梯度场,以解决传统空间域正演计算效率低的问题.算法采用长方体对场源区域进行剖分,观测点与场源剖分单元体中心点在水平面上的投影重合.改进的算法具有以下三个特点:(1)采用无解析奇点的解析解公式计算磁异常,保证计算精度.(2)通过构造特殊的分块托普利兹(BTTB,Block-Toeplitz Toeplitz-Block)矩阵,利用其结构特性压缩核矩阵,并且用预先计算并存储中间变量,优化计算核矩阵的过程以提高计算效率.(3)基于BTTB矩阵的特殊性质,将核矩阵与磁化率向量的乘积转化为二维离散卷积的形式,因此能利用快速傅里叶变换进一步提高计算效率.模型实验显示,当剖分个数较多时,改进的快速正演算法比传统解析解方法快约5个数量级,比现有的8点高斯-快速傅立叶变换(Gauss-FFT)正演算法快约两个数量级,而且绝对误差极小(最大约为10^(-6) nT),同时将反演时核矩阵的内存占用降低约5个数量级,证明了该正演算法具有高精度、高效率、低存储量的优点.最后设计了一个合成模型实验,将改进后的快速正演算法运用到磁异常ΔT反演中,反演所得三维磁化率与真实模型特征一致,且大幅降低反演计算时间和内存占用,验证了快速正演算法的实用性.

形状渐变的颗粒与沉降液的相互作用

工业过程中存在大量的含非球形颗粒的多相流动,研究这类颗粒与流体的相互作用有重要的应用价值。本文选择底面为方形、形状随边长和高度规律变化的长方体颗粒,采用单颗粒沉降法测量了曳力系数,研究了形状变化、材料密度和沉降液黏度的影响。发现曳力系数在整个颗粒Re_p数范围(0.05～6300)内均高于球形颗粒,特别是采用阿基米德数Ar与Re_p数可揭示出所有数据的内在规律,提出了适用于这类长方体颗粒所有形状的统一曳力模型。