一种基于四平面的图像插值算法

针对现有图像插值算法存在的不足,提出了四平面插值算法,根据待插入点周围的4个像素点结合周边的像素点,从4个平面中选择一个作为插值平面,对于不符合平面插值的情况,则利用双线性插值,规避了用同一个插值公式对所有像素进行插值存在的不足,实验结果和数据分析表明了本方法的有效性。

考虑地震动空间相关性及大震震源效应的烈度场插值方法

地震发生后,利用强震动观测数据快速生成合理的等震线图是地震烈度速报中的一项关键技术。基于震源参数及烈度衰减规律生成的烈度等震线过于规则,无法反映局部烈度分布特征;而直接采用观测数据通过插值生成的等震线无法合理反映大震的震源效应。为此,提出一种考虑地震动空间相关性及大震震源效应的烈度场融合克里金插值方法,利用点到点之间的距离来考虑烈度的空间相关性,利用点到源之间的距离来考虑大震的震源效应。首先,在克里金插值方法的框架下,使用粒子群优化算法实现半变异函数的快速自动拟合;其次,通过两种自变量不同的半变异函数拟合实现了对空间相关性和震源效应的考虑;最后,使用日本和中国地震数据的插值结果验证方法的合理性。结果表明,融合克里金插值方法获得的烈度等震线图形状规则,能反映出一次地震的震源效应,且对台站稀疏的情况有较好的适应性,满足地震烈度速报的要求。该方法可为地震烈度速报及地震烈度等震线的绘制提供技术支持。

应用时空复合趋势面Kriging方法插值地表沉降

通过布设监测点可反映地表沉降变化趋势,确保施工和运营期间安全,但沉降监测点数量有限,且易受施工作业、天气等因素干扰导致数据缺失或污染,因此需对监测区域数据进行插值处理。针对采用传统地统计插值方法估计地铁地表沉降趋势精度较低的问题,提出了一种基于时空复合趋势面的Kriging插值方法。以乌鲁木齐地铁3号线2017年6月24日—9月3日共15期地铁地表沉降观测值为实验数据,分别采用两种方法对沉降监测点缺失数据进行插补。结果表明,相较于传统方法,基于时空复合趋势面的Kriging插值方法的拟合精度更高,RMSE可降低约35%。

数控系统样条曲线插补技术研究综述

传统数控系统加工复杂曲线时,一般采用微小线段或圆弧段逼近的方法,加工精度低,易引发刀具抖动、机床振动等问题。随着CAD/CAM技术的发展,现代数控机床向高速度、高柔性方向发展,基于高质量加工的要求,提出样条曲线插补方法。对样条曲线插补方法进行综述,首先阐述了插补技术的重要性;其次从进给速度、加工精度等角度系统分析了样条曲线插补方法,分别介绍了A样条插补、B样条插补和C样条插补;最后描述了三种插补方法的发展过程和最新研究动态,对其未来趋势做了总结和展望。

非理想相贯焊缝自动化焊接的运动控制研究

为了实现对加工装配存在误差的大构件相贯焊缝的多层多道自动化焊接,在介绍四轴联动焊接机器人结构及工作原理的基础上,建立了集斜交、偏置的通用相贯焊缝数学模型,提出一种连续控制焊枪位置参数及姿态调整值的计算方法,利用关键点示教+分段空间圆弧插补确定焊枪位置,主法面二分角法给出焊枪姿态,最后采用PC机+运动控制卡的方式构成伺服控制系统,驱动电机执行运动控制算法。该运动控制算法通用性较强,对管管焊缝工程化应用具有重要的参考价值。

基于高倍过采样与加窗插值FFT的电力谐波分析

为提高谐波分析精度,分析了信号加窗引起的信噪比损失以及AD转换产生的量化误差,阐述了过采样技术提高信噪比的原理。在此基础上,提出了基于高倍过采样和加窗插值快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)的谐波分析方法。该方法充分利用AD转换器的潜力,以尽量高的采样速率进行AD采样,同时通过均值滤波避免高倍过采样引起的采样数据量激增问题。详细研究了所提谐波分析方法对信号中谐波分量幅值和相位的影响,并给出了简洁实用的谐波幅值和相位校正方法。仿真表明,所提方法可在不增加系统成本的前提下改善加窗插值FFT的抗噪声能力,提高谐波分析精度。

紫外可见波长溶液标准物质的研制

以紫外可见区无吸收的高氯酸溶液作为空白基体,利用稀土元素钬和钕在紫外可见光区丰富的光谱特征吸收,研制一种可以覆盖200~900nm的紫外可见区的波长溶液标准物质。采用对峰值点附近进行3次样条插值进行数据处理,并以插值后的峰值数据作为峰值波长,分辨力可到小数点后两位。经过均匀性和稳定性检验,由9家实验室采用高精度紫外可见分光光度计对该标准物质进行协同定值,并进行不确定度评定。结果表明,该标准物质均匀性良好,在25℃下保存稳定性在1年以上。该标准物质可应用于光谱光度测量仪器的波长校准和期间核查等。

基于GRA-GRU的淮河流域水质预测研究

水质指标具有多元相关性、时序性和非线性的特点,为有效预测河流水质变化,针对水质数据存在缺失和异常的问题,提出基于灰色关联分析-门控循环单元(Grey Relational Analysis-Gated Recurrent Unit, GRA-GRU)的水质预测模型。以淮河流域水质数据为样本,使用线性插值修补缺失数据和剔除的异常数据。使用灰色关联分析计算不同水质指标间的相关性,选择高相关性的水质指标以确定输入变量,并使用门控循环单元(Gated Recurrent Unit, GRU)预测不同的水质指标。将GRA-GRU的预测结果与反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network, BPNN)、循环神经网络(Recurrent Neural Network, RNN)、长短期记忆神经网络(Long Short Term Memory, LSTM)、GRU及灰色关联分析-长短期记忆神经网络(Grey Relational Analysis-Long Short Term Memory, GRA-LSTM)进行对比分析,结果显示GRA-GRU在不同水质指标预测上具有较好的适应性,可以有效降低预测误差。其中,与其他模型相比,GRA-GRU预测的化学需氧量在均方根误差上分别降低了3.617%、0.681%、0.478%、1.505%和0.471%。

太仓市耕地土壤基本属性空间分布特征研究

为掌握江苏省太仓市耕地土壤基本属性,于2021年秋季采集区域内88个土壤样品,样品经制备、实验室检测后,获取土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、酸碱度(pH)5项属性值。基于ArcGIS软件地统计分析模块中的普通克里格插值功能,得到土壤属性的空间分布特征。结果显示,太仓市SOM、TN、TP和TK分别为25.26、1.48、1.45和10.53 g/kg。在空间分布上,SOM和TN具有一定的相似性,整体上呈“西高东低”的趋势;TP和TK分别为“北高南低”和“东高西低”。太仓市pH均值为7.51,呈中性偏弱碱性。

基于样条插值的非线性自干扰对消技术

针对雷达干扰机收发天线之间存在的非线性自干扰耦合问题,研究一种基于样条插值的非线性自干扰对消方法。该方法将样条插值和自适应滤波相结合,分别建立样条哈默斯坦模型和样条维纳模型,通过引入鲁棒性较强的反正切(arctangent,ARC)函数作为代价函数,得到两种模型下样条控制点和滤波器系数的自适应学习规则,并分析样条控制点数量对自干扰对消性能的影响。仿真实验表明,对于带宽为60 MHz的信号,所提基于ARC参数学习方法与传统最小均方参数学习方法相比,对消比获得4 dB左右的提升,收敛速度提高1倍。另外,针对信道突变的场景,所提方法跟踪性能好且稳态误差低。当背景噪声中存在非高斯脉冲干扰时,所提方法能够有效应对脉冲噪声环境下的干扰。

基于Lagrange插值的数字图像相关亚像素位移测量算法

本文旨在通过改进经典Newton-Raphson算法中的插值方法来优化数字图像相关(DIC)亚像素位移测量的计算效率。针对经典Newton-Raphson算法在数字图像相关亚像素位移测量中应用的双三次样条插值算法,特别是在需要计算边界点灰度梯度(即灰度值的一阶导数)时,存在计算量大的问题,本文提出一种基于Lagrange插值的改进算法作为解决方案。Lagrange插值算法在未增加计算节点数的情况下,成功避免了边界点灰度梯度的计算,使插值效率可提高近1/3。应用数值模拟实验和真实刚体平移实验对本文算法的性能进行验证。结果表明,本文算法在保持求解精度的同时,计算测量效率较传统Newton-Raphson算法有了明显提升。单点插值效率平均提升近30%;单点测量效率平均提升近20%。本文首次将Lagrange插值算法应用于数字图像相关的亚像素位移测量中,解决了双三次样条插值算法计算量大的问题,为相关领域提供了一种更为优化的变形测量方法。该研究为DIC亚像素位移测量技术的进一步发展和应用提供了新的思路和参考,有望在实际工程中得到广泛应用,促进相关领域的进步与发展。

基于插值修正ACER的脐带缆响应短期极值预测方法研究

针对脐带缆在随机载荷作用下其响应难以准确预测的问题,本文提出了一种基于插值技术与平均条件超越率(average conditional exceedance rate,ACER)的海洋脐带缆响应极值预测方法。构造随机波浪荷载作用下脐带缆结构响应的数值模型,获取脐带缆关键位置处的张力与曲率响应时程数据。分别求解张力和曲率时间序列对应的1~4阶ACER函数值,选取合适阶数的ACER函数,采用三次样条插值与B样条插值技术对平均条件超越点的尾部区域进行插值。对插值曲线外推,实现在不同超越概率下脐带缆的结构响应极值预测。本方法适用于非独立同分布下的海洋脐带缆张力与曲率响应数据的极值预测,并利用Gumbel极值分布模型进行对比,讨论并验证本文所提方法在海洋脐带缆响应极值预测中的适用性。

矿井通风参数缺失数据插补方法

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。

利用瑞利面波提高近地表横波速度精度的方法

二维油气地震勘探中,由于受野外施工条件、成本效益等诸多因素限制,地震记录的野外采集道间距往往较大,这种地震记录往往容易产生空间假频,降低其频率—速度谱信噪比。为此,提出利用小波变换良好的时频分析特性,对大时空采样记录进行基于小波基的道内插值,以提高P-SV转换波地震资料中的瑞利面波频散高频信息的精度,从而提高反演表层横波速度结构精度,提高P-SV转换波的横波静校正精度。对理论模型和实际数据进行的验证计算表明,基于小波基的道内插值方法具有抗假频性,瑞利面波基阶频散曲线拐点更清晰,高频段能量更加集中,反演的横波速度精度更高,取得了较好效果。

定义于椭圆抛物面上的多元切触插值问题研究

函数插值的理论与方法在科研生产实践中的应用(多元函数列表、工业产品外形设计、地球资源探索及曲面设计的有限元法等)一直是计算数学专业研究领域的一个研究热点.针对在工业生产和日常生活中常用的二次曲面椭圆抛物面来研究其上的多元切触(Hermite)插值问题,给出了定义于椭圆抛物面上的切触插值的正则性问题提法.然后对插值条件组的拓扑结构进行了较为深入的研究,得到了定义于椭圆抛物面上的切触插值正则条件组的判定定理及构造方法,并给出了定理证明.最后以实验算例验证了算法的有效性.

用聚类与插值改进深度学习算法实现变工况轴承故障诊断

针对基于深度学习轴承故障诊断模型由于工况因素导致诊断效果不佳的问题,提出了一种用聚类与插值(Clustering and interpolation,CAI)改进深度学习算法实现变工况轴承故障诊断的方法。首先,采用有限元法仿真多工况、多故障类型的轴承振动信号数据,获取足够样本;然后,完成宽卷积核深度卷积神经网络(Deepconvolutionalneuralnetworks with widekernel,WDCNN)模型构建,并利用任一工况下的数据完成模型训练;最后,利用CAI算法统一其余工况数据的转速信息,调用WDCNN模型完成对其余工况样本的故障诊断。结果显示,WDCNN模型对训练数据所属工况故障诊断准确率达99.9%,对经过CAI算法处理其他工况数据故障诊断识别率分别为98.7%、99.2%,是一种简单、准确有效、泛化能力强的故障诊断方法。

铁路路基动力响应的2.5D有限元方法研究现状及展望

作为一种频域计算方法,2.5D有限元具备计算效率高、内存占用小等优势,同时也存在诸多局限。经过20余年的发展,2.5D有限元方法已经具备了描述复杂土体本构关系和复杂路基几何特征条件下铁路路基动力响应的能力。荷载输入方法、建模策略和波动吸收边界的持续优化使得2.5D有限元方法的精度不断提高,二维插值方法则为进一步提升计算效率提供了思路。目前,2.5D有限元已经成为铁路路基动力响应研究中的常用方法。为了理清铁路路基动力响应2.5D有限元方法的发展脉络,分别从荷载输入、路基系统、响应输出和计算精度及效率的提升方面总结了其发展现状,介绍了2.5D有限元在发展过程中遇到的瓶颈问题及解决对策。在此基础上,针对算法的精度和效率、研究的对象和内容进行了进一步的讨论和展望。

基于DEM的陕西省中小流域设计洪水软件开发

为规范和高效简捷地计算暴雨推求设计洪水,避免烦琐的查表和手工计算,针对陕西省中小流域设计洪水软件的空白,研发了基于DEM(Digital Elevation Model)的暴雨推求设计洪水的软件。该软件利用不同历时的点暴雨均值和变差系数等值线图生成DEM数据源,点选可自动获取工程所在位置的所有参数。采用推导的数值解法对产流过程和汇流过程进行程序开发,实现了陕西省无资料地区中小流域设计洪水计算的可视化高效计算和快捷规范的输出,显著提高了计算精度和工作效率。该软件算法和开发方法可推广应用于全国其他省市中小流域无资料地区设计洪水的计算。

破碎机自主作业轨迹规划研究

对破碎机工作装置工作过程中的运动轨迹进行规划,结合机器人机械臂的研究理论,基于改进型D-H法建立了破碎机工作装置模型;建立工作装置运动学模型,对其进行正向运动学分析,并通过运动学逆解得到回转平台、动臂、斗杆在空间中不同位置下的关节角度;在关节空间内分别使用5次多项式曲线、7次多项式曲线与9次多项式曲线规划了工作装置的运动轨迹。在Matlab平台内通过Robotics Toolbox搭建工作装置D-H参数模型并对3种方法进行仿真,获得了关节回转的角度、角速度和角加速度变化曲线并进行对比分析,发现7次多项式规划的角加速度曲线平滑连续、没有突变且波动较小,能够保证工作装置运动的连续性与平稳性。

机械臂多目标最优轨迹的自适应惩罚MOEA/D规划

为了减少机械臂的工作时间和工作过程中的冲击量,提出了基于自适应惩罚MOEA/D算法的时间-冲击多目标规划方法。介绍了PUMA560机械臂结构,并建立了机械臂的连杆坐标系。建立了以减小机械臂工作时间和冲击为综合目标的优化模型,并分析了5次多项式插值函数。通过编码和建立适应度函数,将轨迹规划问题转化为最优基因搜索问题。根据邻域内解的密度设置了自适应惩罚因子,提出了机械臂轨迹的自适应惩罚MOEA/D规划方法。经仿真验证,自适应惩罚MOEA/D算法搜索的Pareto前沿解质量高于标准MOEA/D算法、文献[10]新型MOEA/D算法。且经过优化,机械臂工作时间减少了7.68%,冲击减少了17.32%。实验结果表明,自适应惩罚MOEA/D算法在机械臂轨迹规划中具有优越性。