基于离散元法的生态茶园开沟抛土刀设计与参数优化

【目的】旨在设计一种用于生态茶园环境作业的开沟抛土刀。【方法】以正切面折弯角、抛土片面积、抛土片与侧切面夹角为试验因素,以功耗和区域抛土质量为评价指标,采用Box-Benknken中心组合设计法进行离散元仿真试验。【结果】(1)正切面弯折角、抛土片面积、抛土片与侧切面夹角3个因素对功耗和区域抛土质量的影响均显著。(2)仿真试验得出的最优参数组合:正切面弯折角112.7°,抛土片面积3566 mm^(2),抛土片与侧切面夹角132.5°。在最优参数条件下,功耗为1.121 kW,区域抛土质量为11.45 kg。(3)刀具功耗平均误差为12.25%,区域抛土质量平均误差为12.67%,说明该仿真模型较为可靠。

顾及邻域局部特征的车载点云城市道路提取

本文针对区域生长算法导致城市道路提取过程中点云的过分割问题,结合点云空间邻域特征信息,提出了一种用于提取地面点云的改进区域生长算法。首先进行数据预处理,去除远离城市环境的离群点;其次建立二维空间虚拟格网,合理利用点云的空间局部性、减少运算规模;然后采用平均曲率约束和拟合平面夹角约束聚类提取出城市道路点云;最后利用两段城市道路点云进行试验,与现有的区域生长算法进行对比分析。试验结果表明,本文方法能够很好地兼顾提取完整度与准确度,在复杂城市道路点云提取和城市道路建模中具有实用性。

一类伪加权射影平面的整体向量场及其局部指标

给出了四个带有奇点的Gorenstein伪加权射影平面上的所有的整体切向量场,并利用推广的Poincaré-Hopf定理,证明了这些曲面上一些特征整体向量场在每一个奇点处的GSV-指标都等于1+μ,其中μ为该奇点的Milnor数.与光滑流形不同,奇异解析簇上具有孤立零点的向量场的局部指标一般不易计算.在此方面提供了一个具体实例.

一种基于散乱点云的边界提取算法

点云边界是曲面的重要特征之一,边界线的快速准确提取对于提高曲面重构的效率和质量具有重要意义。首先,采用基于kd-tree搜索的方法建立点云空间拓补关系,进行K邻域快速搜索,以采样点及其K邻域作为局部型面参考依据拟合微切平面,将其向微切平面投影;其次,在微切平面上建立局部坐标系,并对投影点进行参数化,根据邻域点集在采样点处的场力大小之和可以表示点集的平均作用来识别点云的边界特征点;最后,从提高边界线连续性的角度,利用NURBS曲线插值方法连接边界线。实验结果表明,该算法可以快速、有效地提取出点云的边界特征点,并得到C2连续的边界线,满足曲面重构的要求。

无线传感器网络节点三维定位的翻转模糊检测

为了解决基于测距的无线传感器网络节点三维定位中可能会发生翻转模糊的问题,本文提出并证明了节点三维定位的翻转模糊检测问题,可以等价为判断是否存在一个平面和所有参考节点的测距误差球都相交的问题(Existence of Intersecting Plane,EIP).为了求解EIP问题,本文进一步提出了公切面法(Common Tangent Plane,CTP)和正交投影法(Orthogonal Projection,OP)两种求解方法.CTP方法采用的是边界检测原理,OP方法则将EIP问题转化为一个角度计算问题,并用坐标变换的方式来求解.经过理论分析和大量的仿真证明,CTP方法虽然具有较好的检测效果,但是计算复杂度太大;而OP方法在几乎获得与CTP方法相同的检测结果的情况下,能够大大降低求解EIP问题的计算复杂度.

基于切平面分割的树干点云提取算法

提出了一种从树木点云中提取树干点云的切平面分割算法.首先,在对树木点云分段与角度分区的基础上,选定树干下部无树枝且扭曲程度较小的一段树干作为开始分段;其次,根据已削枝的多个相邻分段中的当前角度分区,及与其前后各1个角度分区的点云,构建当前角度分区的切平面,由点与切平面的位置关系,分割当前分段中这些角度分区中的树干点云;最后,以落叶时地面三维激光扫描仪扫描的13棵杨树作为测试数据的实验表明,提取算法在有效提取树干点云的同时保留了树干表面的特征,为后续树干点云的相关研究提供基础数据.

静态电压稳定域边界的切平面分析

提出了基于全参数空间的静态电压稳定域的2种切平面计算方法:特征向量法和隐函数求导法。2种方法均可考虑各种因素对于电压稳定域的影响。其中隐函数求导法还能够计算状态变量对于独立参数变量的偏导数。在此基础上,建立了从功率注入空间到线路传输功率空间的映射关系,可以解析求出割集功率空间电压稳定域的超平面近似表达式,从而避免了现有数据拟合算法的局限性,提高了计算速度。此外,文中考虑电力系统运行限制对于电压稳定的影响,提出了实用电压稳定域的概念,并计算了相应的切平面。进一步在电压静态稳定域切平面分析的基础上,提出了3类电压稳定指标,有利于综合评估系统电压稳定水平。IEEE9和IEEE39节点系统的仿真分析表明,所提出的电压静态稳定域的切平面分析法可准确评估系统的电压稳定水平,为电力系统的安全运行提供了决策依据。

微切平面逼近三维散乱数据的研究

提出了三维散乱数据微切平面逼近的算法．基于曲面形状信息反映在三维散乱点集中，用三维点集中某点的邻域点集构造微切平面来近似表示该点处的局部形状，所有点的微切平面集合则构成了待构曲面的近似表示．通过欧几里德最小生成树对微切平面法矢方向进行调整使其达到整体一致性，该算法在三维散乱数据曲面重构中具有重要意义．

基于节点切平面解耦列式的一步逆成形法

对基于传统的整体坐标系列式的一步逆成形法进行改进,提出一种基于节点切平面解耦列式的一步逆成形有限元模拟算法。该算法利用虚功原理的坐标系无关性,将虚功方程建立在节点局部坐标系上,实现刚度方程在节点法向和切平面内的解耦。与传统列式法相比,解耦列式法避免了立壁单元投影刚度阵引起的数值问题,因此提高了迭代求解的精确性和收敛性。通过弯曲薄板的展平问题对解耦列式法的误差进行定量分析,表明该法满足精度要求。将该算法嵌入自主研发的金网格分析系统(Kingmesh analysis system,KMAS),并以方盒件为例,将传统列式法和解耦列式法的结果分别与基于增量有限元求解器LS-DYNA求解结果进行对比,验证了解耦列式法的有效性。

自适应邻域值选取的LLE算法研究

局部线性嵌入(LLE)是一种重要的流形学习算法,已广泛应用于图像处理和多维数据的可视化等领域,但其算法性能一直受邻域选择盲目性的制约.传统的邻域选择算法没有同时考虑高低维数据的分布情况,且没有对无效邻域点做出相应的处理,使自适应结果受初始值影响较大.为此,提出新的自适应流形学习思想,用邻域点到切平面坐标映射函数的一阶泰勒逼近,初步确定出局部邻域值;然后利用关于高低维分布差异性函数的邻域调整策略和权值邻域思想,对初始邻域值进一步调整.该方法提高了LLE邻域选取算法的稳定性,同时减小无效邻域点被选中的可能.仿真表明,基于本文方法确定的自适应结果在不同的初始邻域值下基本一致,在人工数据集Swiss-roll上获得理想稳定的降维效果.

基于有功负荷注入空间静态电压稳定域的最小切负荷算法

针对电力系统电压稳定控制中的切负荷量求解问题,提出基于有功负荷注入空间静态电压稳定域的最小切负荷量计算方法。首先给出该稳定域的2阶段求解方法,与传统基于拟合技术的求取方法相比,该方法通过聚类分析在保证计算精度的条件下减小了计算代价,同时可对临界点基于其局部切平面的法向量进行分类拟合,从而计及稳定域边界曲率的变化得到更加准确的边界估计。基于该稳定域提出最小切负荷量的计算方法,与基于灵敏度的连续线性规划法相比,该方法可利用全局信息给出最小切负荷量,并且在计算速度上具有优势。通过6节点算例的可视化稳定域计算结果说明2阶段求解方法的有效性,最后利用39节点系统验证该最小切负荷计算方法的准确性。

点云边界提取及三角网格生成的集成算法研究

研究反求工程中的算法问题,离散点云数据的边界提取以及三角网格生成都是非常重要的处理操作。提出了一种能够生成三角网格并同时提取点云边界的算法,利用区域扩张方法,通过为点和边定义额外属性和数据存储结构,在执行delaunay三角化过程中经区域扩张方式,完成三角网格生成的同时,自动提取点云边界。在KD树、动态圆判定和局部切平面技术的支撑下,生成的三角网格与点云边界质量均比较高,非常适合应用于点云处理管线过程中,以及以不同显示模式渲染点云数据的应用,提高快速性。

NURBS 曲线曲面延伸

本文先介绍与曲线曲面延伸有关的非均匀有理Ｂ样条（ＮＵＲＢＳ）技术，然后研究ＮＵＲＢＳ曲线曲面的满足切平面连续和曲率连续的延伸的算法，特别地详细推导曲率连续的数学表达式。

基于切平面投影的树干三维表面重建算法

【目的】将使用三维激光扫描仪获取的树木点云构建树木三维模型与提取树木参数相结合,构建适用于树干参数提取的树干三维表面模型。【方法】采用三维表面重建技术,根据树干点云特征改进基于切平面投影的表面重建算法,并将其应用于重建树干的不规则三角网表面模型中。改进内容如下:1)使用半径阈值作为邻域点的选取准则以减少点云分布散乱对邻域点集选择的影响;2)根据点之间距离越近、影响越大的思想,使用距离加权方式计算特定点处切平面的法向量,且当邻域点集投影至切平面上产生重复投影点时,删除距离较远的邻域点;3)根据点集在平行平面间投影的几何拓扑不变性简化投影切平面的构建;4)以点集旋转方式简化三维平面点集到二维平面点集的转换。本研究提出的改进算法将当前点及其邻域点集投影至切平面上得到一个平面点集,将平面点集上构建的Delaunay三角网的连接关系映射到树干点云中以构建当前点与其邻域点的三维表面模型,逐个对树干点云中的点投影重建以实现树干点云整体的三维表面重建。【结果】对杨树树干的重建试验表明,改进算法能更好地构建树干的表面模型;对粗糙程度不同的多个树种的试验表明,重建的树干表面能清晰地显示外业扫描时标注的色彩信息,局部的表面三角形面片能清晰地反映树干表面凸凹不平的特征及树干表面在三角面片处的朝向信息;从重建表面上提取直径的试验表明,与围尺实测直径相比,从重建表面上提取直径的RMSE为0.18 cm,验证了重建树干表面的精确性。【结论】本研究从参数提取角度,采用表面重建方法,改进了基于切平面投影重建算法以重建树干的三维不规则三角网表面,重建的树干表面具有较好的视觉效果,能真实反映树干表面的特征。本研究提出的改进算法适用于构建逼真的树干三维可视化表面模型,构建的精确树干表面模型可为后续的树干参数提取提供基础数据。

基于WGS-84椭球切平面的双星时差频差定位方法及精度分析

针对卫星干扰源定位问题,提出了利用地理信息系统及使用WSG-84坐标系的精确定位模型;在此基础上,提出了利用地球圆球面进行解析粗定位与利用WSG-84椭球面切平面进行迭代精定位相结合的综合定位算法,推导了定位算法的理论误差表达式。由仿真结果可知,该系统利用地理信息系统辅助时,相比于时差误差和频差误差带来的系统误差,高程误差带来的系统误差可以忽略。

三维形状部分相似性匹配的逐点配对方法

为了计算2个三维模型可能存在的部分对应表面的形状相似问题,提出一种基于2个三维模型表面之间所有的点与点配对的三维形状匹配方法.在2个不同的部分中独立确定匹配的旋转参数与平移和尺度缩放参数,从而避免了形状匹配中计算量巨大的问题.其中,形状匹配的旋转参数通过匹配2个三维表面法线获得;平移和尺度缩放参数由2个三维表面对应点处切平面的结构关系确定.实验结果表明了该方法的可行性.

广播星历等效伪距误差在中国区域的建模分析

在卫星导航系统服务区域内,由广播星历产生的等效伪距误差随用户位置的改变发生变化。将服务区域内用户的位置在切平面上投影,可以对服务区域内用户的星历等效伪距误差的特性分析加以简化。通过对GEO、MEO和IGSO三种导航卫星的分析,中国区域内的星历等效伪距误差可以用一个平面方程进行表示。研究结果对星历等效伪距误差模型及其改正方法的建立具有一定的参考价值。

球体切面投影评定深孔轴线直线度误差研究

提出球体切面投影评定深孔轴线直线度误差方案,将球体切面作为搜索路径,建立了以最小包容区域原理为基础,以网格逐次逼近为寻优手段的评定深孔轴线直线度误差的数学模型;利用点集投影将空间直线度评定问题转化为平面内最小外接圆的求解,以球体切面垂线为基础对点集进行坐标变换搜索最优解,通过球体表面网格化逐次缩小寻优范围;球体切面投影评定方案可以为任意方向直线度误差的评定提供参考。

大转动平面梁有限元分析的共旋坐标法

虽然大转动平面梁单元已有很多,但其中许多太复杂,缺乏计算效率,值得改进。采用共旋坐标法准确的首次导出了平面梁单元发生大转动小应变时的非对称单元切线刚度矩阵,利用这一非对称的单元切线刚度矩阵由Newton-Raphson迭代法编制了一个FORTRAN程序NPFSAP,并获得了大转动梁、方形和圆形框架的高精度数值解,表明了这种非线性单元列式的正确性和非线性求解过程的收敛性,非对称单元切线刚度矩阵值得推介。

三维表面电荷法在位场计算中的几点改进

针对常规三维表面电荷法在位场计算中采用平面单元剖分、常值电荷估计致使计算效率低内存消耗大的缺点,对表面电荷法进行改进。采用曲面三角形单元对曲面进行剖分并通过二次多项式进行插值,利用线性或二次插值估计电荷密度以反映电极表面电荷密度的线性及非线性分布的特点,在奇异积分处理上通过切平面法解决格林函数基本解的奇异积分,并给出其具体实现。最后通过两个典型算例进行了验证,结果表明该方法精度较高,具有一定可行性。