Three Dimensional Laser Point Cloud Slicing Method for Calculating Irregular Volume

Volume parameter is the basic content of a spatial body object morphology analysis.However,the challenge lies in the volume calculation of irregular objects.The point cloud slicing method proposed in this study effectively works in calculating the volume of the point cloud of the spatial object obtained through three-dimensional laser scanning(3DLS).In this method,a uniformly spaced sequent slicing process is first conducted in a specific direction on the point cloud of the spatial object obtained through 3DLS.A series of discrete point cloud slices corresponding to the point cloud bodies are then obtained.Subsequently,the outline boundary polygon of the point cloud slicing is searched one by one in accordance with the slicing sequence and areas of the polygon.The point cloud slice is also calculated.Finally,the individual point cloud section volume is calculated through the slicing areas and the adjacent slicing gap.Thus,the total volume of the scanned spatial object can be calculated by summing up the individual volumes.According to the results and analysis of the calculated examples,the slice-based volume-calculating method for the point cloud of irregular objects obtained through 3DLS is correct,concise in process,reliable in results,efficient in calculation methods,and controllable on accuracy.This method comes as a good solution to the volume calculation of irregular objects.

时变指向约束下姿态参数空间离散化路径规划方法

为满足深空探测器在复杂动态环境约束下的姿态机动任务需求,解决时变指向约束下姿态路径规划求解困难、路径优化性能差的问题,提出了一种基于修正罗德里格斯参数(MRP)和动态路径搜索的姿态参数空间离散化路径规划方法。通过MRP空间的笛卡尔网格划分和非奇异空间构建,实现航天器姿态的参数空间离散化和指向约束表征。考虑指向约束的时变动态特性,在三维动态空间中搜索初始到目标姿态的机动路径,并引入路径节点的时间特性,在约束冲突时对路径进行实时修正,设计非奇异空间时变约束路径搜索算法,生成执行路径节点序列。进一步,对生成的路径节点进行插值拟合,基于逆动力学方法计算角速度和控制力矩,完成姿态机动轨迹规划。仿真结果验证了该方法的有效性,可为深空探测器在时变指向约束下规划出姿态机动执行路径。

基于机器视觉的裂缝测量技术现场研究

本文基于机器视觉技术和计算机图像学理论构建了一个高精度裂缝参数测量算法,该算法由裂缝标识定位、灭点检测和裂缝参数计算三个主要部分构成,通过从智能手机、摄像头等设备采集的图像,利用投影变换交比不变的特性,基于图像空间和实际物理空间坐标系的投影关系,计算得到裂缝参数的测量数据。经过室内试验验证,该算法在30mm量程内对于平面坐标上的裂缝测量精度达到0.1mm以内。通过现场试验证明,该算法在长期监测时能够保持较高的精度,能有效测量到施工缝随温度的周期性变化趋势,可以满足实际工程的测量要求。

飞机承力构件测点处理与误差自动评估

飞机承力构件是大型客机和战斗机的关键承压承载部件,在成形加工过程中易发生尺寸变形,而目前采用的卡尺、塞规检测方式存在检测效率低、结果一致性差等问题。为此,本文采用三维测量技术解决上述问题,通过提出基于标准球面特征的粗匹配方法和基于轴孔关键特征的精匹配方法,研究飞机承力构件尺寸/形位误差系统性自动计算方法,并基于自主开发的软件模块开展某型号飞机承力构件数字化检测试验。结果表明,所提方法相比人工检测方法在检测效率和稳定性方面得到显著提升。

基于智能优化算法的农村供水管网水力参数反演

管道的摩阻因数是供水系统设计计算、运行调度优化及故障诊断中的关键参数。为准确确定该参数,提出了一种动态搜索烟花算法(dyn FWA)耦合管网水力计算模型的管段摩阻因数智能反分析方法。将节点水压与摩阻因数的偏导关系作为节点灵敏度,在改进遗传算法中以节点最大灵敏度之和最大为目标,优化布置监测点;基于优化后监测点处的水压监测值,以水压监测值与计算值的最小二乘误差值为目标,采用dyn FWA算法反演各管段的摩阻因数。同时,为验证dyn FWA算法优化反演的性能,对比分析了dyn FWA算法及粒子群算法(PSO)反演摩阻因数的情况。结果表明,在监测点优化前后摩阻因数反演值最大相对误差分别为17.7%、0.7%,证明了监测点选取的必要性和改进遗传算法进行监测点选取的优越性;在监测点水压加入噪声的情况下,基于dyn FWA算法与PSO算法的摩阻因数反演结果最大相对误差分别为9.67%、14.33%,监测点处实际水压值与模拟水压值之间最大相对误差为0.358%、0.655%,证明了相较于PSO算法,dyn FWA算法在参数反演问题中具有更高的准确性。

不规则体体积计算三维激光点云切片法

体积参数是空间体对象形态分析的基本内容,难点是不规则体的体积计算。本文提出的点云"切片法",快捷准确地解决了由三维激光扫描空间体对象所得点云体的体积计算难题。该法先将三维激光扫描空间体对象所得点云按特定方向顺序进行等间距的切片处理,得到与点云体相对应的、离散的系列点云切片;再依切割次序逐一搜索点云切片外轮廓多边形,并计算多边形(即点云切片)的面积;最后,利用切片面积和相邻切片间距求解点云段块体积,并求和得到整体点云体(即所扫描空间体对象)的体积。算例计算结果与分析表明,基于切片的不规则体的三维激光扫描点云的体积计算方法正确、简洁、可靠、高效、可控,可以解决不规则体的体积计算问题。

反距离加权插值算法中插值参数对DEM插值误差的影响

插值算法是影响DEM精度的主要因素之一,对于插值参数如何影响插值算法并最终影响插值精度却研究较少。这里以反距离加权插值算法中的插值参数为实验对象,选取了6种不同地貌类型的离散点数据,基于中误差度量指标,运用交叉验证方法研究权指数、搜索点数、搜索方向对DEM插值精度的影响。实验结果表明:1)在搜索方向方面,四方向搜索和八方向搜索对提高DEM插值精度并不明显;2)搜索点数为8～12点是较好的选择;3)当权指数≥3时,对DEM插值精度的影响不明显,2或3是较好的选择;4)3因素对DEM插值精度的显著性影响顺序为"权指数>搜索点数>搜索方向"。

短时强降水诊断物理量敏感性的点对面检验

对诊断物理量的准确认识可以帮助提高短时强降水的预报准确率,并帮助理解产生短时强降水的可能机制。考虑我国降水观测网的布设特点,结合NCEP最终分析资料的物理量场,以大气水汽总量和最优抬升指数为例,通过点对面检验分析了多个用于表征短时强降水环境特征的诊断物理量的敏感性。结果表明:常规的点对点检验是点对面检验的特殊情况。大气水汽总量和最优抬升指数对短时强降水的指示均存在最佳阈值,且140 km范围内的大气状况才对某点3 h内能否出现短时强降水有直接影响。对于水平分辨率为1°×1°的NCEP资料,建议点对面检验的搜索半径和记录数阈值分别为140 km和2个记录。对多个诊断物理量对比分析显示,短时强降水对水汽相关量最为敏感,其次是表征热力条件的物理量,而表征动力条件和垂直风切变的量的指示意义不够显著。

太阳能光伏输出特性最大功率点计算与模型参数求解

研究任意光照强度和环境温度下的太阳能电池光伏输出特性变化规律,分析二极管理想因子(A)、串联电阻(Rs)和并联电阻(Rp)等参数变化对光伏输出特性的影响作用,对于改进太阳能利用方法,研制能量转换装置具有重要意义。本文基于光伏输出特性机理模型,通过分析光伏特性模型参数对输出特性的影响规律,提出一种基于抛物线极值点求解的最大功率点计算方法,进而利用所构造的方程求解模型参数,获得任意光照强度和环境温度下的光伏特性曲线。针对四类太阳能电池进行的实验验证和误差分析,结果表明方法具有较高的精度和良好的工程应用前景。

砼双K断裂参数的实用解析方法

采用标准三点弯曲梁砼试件,利用试验中测得的最大荷载maxP及对应的裂缝口张开位移CMODc计算了砼裂缝亚临界扩展量caD。提出了由虚拟裂缝闭合力)(xs产生的应力强度因子cKI的实用解析方法,进而计算了砼双K断裂参数iniKIC及unKIC。采用这一方法,只需在试验中测得最大荷载maxP及对应的裂缝口张开位移CMODc、砼弹性模量及抗拉强度即可确定双K断裂参数并且无需对cKI进行数值积分。大量的计算分析表明,这一实用解析方法不但可使计算过程进一步简化,而且具有很高的精度。

含气介质临界点、流体和骨架弹性参数的数值计算方法

目前临界孔隙度及孔隙介质的研究主要为测试分析的实验方法,如何运用数值计算方法求取孔隙流体介质临界点和组分弹性参数一直是备受关注的课题.本文提出了求取孔隙介质临界点、孔隙内流体和骨架弹性参数的数值计算公式及方法,并结合含气样品测试数据实现了这种数值计算.文章首先给出了3个包含孔隙度的线性方程,通过有机组合每个线性方程中的两个系数得到求取有关弹性参数的数值计算公式.然后,详细阐述了计算的方法和步骤以及需要注意的问题,把室内含气砂岩样品实测的综合介质密度、纵波速度和横波速度作为数值计算的输入数据,求得了临界点和流体及骨架等相关弹性参数的具体数值.通过比较分析本文数学方法求得的计算数据与实验方法测得的实测数据,表明了该数值计算公式的正确性和数值实现方法的有效性.

一种随机调整控制参数的鲸鱼优化算法

针对标准鲸鱼优化算法在处理复杂优化问题时出现搜索精度低和易出现早熟收敛等缺点,提出一种随机调整控制参数的改进鲸鱼优化算法(EWOA)。受粒子群优化算法中惯性权重的启发,利用随机分布的方式调整控制参数,以平衡鲸鱼优化算法的全局搜索和局部搜索能力。对当前最优个体执行服从正态分布的变异扰动,以避免算法出现早熟收敛现象。此外,采取佳点集方法替代随机方法产生初始个体以提高算法的全局收敛速度。6个标准测试函数的仿真实验结果表明EWOA能有效处理高维复杂优化问题。

影响子母弹终端效应的关键参数及其搜索方法

为解决航空子母弹抛撒点抛撒高度、速度等参数设定问题,基于一种子弹单圈多段排布的航空子母弹模型,通过建立子弹的外弹道方程,研究它的地面散布并且寻找其散布规律;然后根据在实战中要求的所要摧毁的目标形状、面积,从子母弹作战效能角度出发,提出一种搜索算法,用该算法能搜索出覆盖目标范围所要求的子母弹的几种抛撒参数。仿真验证表明:该算法能够使子弹有效地覆盖目标,最大误差2.5%,提高了航空子母弹的作战效能。

基于人工蜂群算法的环网方向保护配合最小断点集计算

在对复杂环网方向保护进行整定计算时,确定其最优配合顺序的核心步骤就是求解最小断点集(MBPS)。将MBPS的求解问题转化为一个0-1整数规划问题。引入最大独立断点集的概念,改进目标函数。运用人工蜂群算法对模型进行求解,并对算法进行了改进,将禁忌搜索引入人工蜂群算法,进而减少了算法所需迭代的次数,并能通过一次计算就得到多组MBPS。通过算例验证方法的正确性。

含气介质临界点、流体和骨架弹性参数的线性数值计算方法(英文)

临界孔隙度及其孔隙介质的研究均为测试分析的实验方法,如何运用数值计算方法求取孔隙流体介质临界点、流体和骨架的弹性参数是备受关注的课题。本文提出了求取临界点、流体和骨架弹性参数的数值计算公式及方法,并结合含气样品测试数据实现了这种数值计算。首先,基于孔隙度Φ为自变量,而密度ρ,密度与横波速度平方的乘积ρVs2和密度与纵波速度平方的乘积ρVp2均为函数的三个线性方程,从每个线性方程中的两个系数的有机组合得到求取有关弹性参的线性数值计算公式。然后,详细阐述了数值计算的步骤和方法以及需要注意的问题,把室内含气砂岩数的线性数值计算公式。然后,详细阐述数值计算的步骤和方法以及需要注意的问题,把室内含气砂岩样品测试的整体介质密度、纵波速度和横波速度作为数值计算的输入数据,求取了临界点和流体及骨架共计11个弹性参数的具体数值。通过数学方法的计算数据与实验方法的测试数据的比较分析,表明了本文数值计算公式的正确性和实现方法的有效性。本文提出的求取含气介质临界点、流体和骨架弹性参数的"数值计算公式及方法"含义清晰且形式简洁,为孔隙流体介质的数值计算分析和流体属性研究提供了可能的新方法。

饱水白云岩临界点、骨架和流体弹性参数的数值计算

基于临界孔隙度模型,提出了用岩石的整体弹性信息反演求取临界点、流体和骨架等局部弹性参数的数值计算方法和双向线性回归计算公式;结合饱水白云岩的样品测试数据,以孔隙度为自变量和因变量,对密度和密度与纵、横波速度平方的乘积分别进行了数值计算。以测试样品的整体信息求得其临界点、流体和骨架弹性参数值,并与实测数据做了相关性分析,其相关系数高达90%,充分表明数值计算公式的正确性和实现方法的有效性。岩石骨架、流体弹性参数的数值反演计算在油气勘探领域中具有巨大潜力,运用测井曲线和地震数据,可以反演求出岩石孔隙中流体弹性参数(密度、速度),对直接指示油层、气层起到重要作用。

压缩机冷却器内气液不互溶两相流热力计算

由于螺杆式压缩机级间冷却器涉及到气液不互溶两相流动,致使介质物性参数很难确定,这给换热器的设计和校核带来了很大的困难。对此针对气液不互溶两相在换热器内部的流动状态,综合利用流体力学和传热学,建立了两相流型的划分方法;并针对不同的流型在均相模型的基础上,提出"分相率"假设,得到两相平均物性参数计算模型,该模型很好的将流体流动状态以及换热器几何参数结合起来;最后将该物性参数计算模型运用到换热器的传热计算模型中,并通过实验验证了计算模型的正确性。

基坑设计考虑粘性土变形局部化的探讨

根据上海软土在固结不排水平面应变压缩试验条件下应变局部化和剪切带形成的实测研究结果,发现粘性土剪切带开始形成的偏应力为其屈服点。过此点后粘性土局部化变形加剧。这将有助于土体在强度理论、变形和稳定分析等方面的深入研究。为此,在深入研究变形局部化的同时,着重研究考虑粘性土变形局部化的深基坑计算参数问题。

基于MSP430F149的热量表

针对目前国内市场上均采用数字机械式结构热量表的现状,提出了一种基于无磁流量传感方式的热量表设计方法。热量表采用一表一参的技术,对温度和流量进行非线性校正,使测量结果与实际值更吻合。建立高精度数学模型,确保热量计算的公式误差在万分之五以内。理论推导和现场实验结果表明,该热量表能够在低功耗和高精度两方面取得很好的效果,且设计方案切实可行,已经逐步向市场推广。

帧间角点匹配的积分时间实时测算方法

在阐述积分时间测算原理基础上,对测算算法的误差源及残差进行了分析,并定量分析了残差对成像质量的影响,利用50组样本数据通过MATLAB仿真验证了采用Harris角点特征检测算法来实现帧间图像像移ΔL的亚像元精确计算的有效性,采用角点阈值优化及先验知识剔除误匹配点相结合的策略,有效降低特征角点检测及匹配计算时效,减少了运算数据量,对已匹配角点亚像元定位计算,仿真结果表明ΔL计算精度优于0.2个像元可满足测算方法在轨使用需求。最后结合实时测算方法应用特点给出了TDI探测器型高分辨率空间遥感相机成像参数的建议,为测算方法的在轨应用提供设计参考。采用高频面阵CMOS测速相机进行积分时间实时测算的方法能有效解决目标高程数据未知情况下,摄影点斜距无法精确获得的问题,方法具备低成本及星上可行性,同时能够弥补像移失配所导致的像质下降现象,有利于TDI探测器型高分辨率空间遥感相机成像性能的提升。