重力地形改正的计算模型研究

为了比较分析地形改正两种模型间的差异及不同地形对地形改正的影响,采用我国4类不同地形的DTM数据,分别使用质量棱柱地形模型和质量线地形模型计算这4个区域的地形改正误差,发现由这2种模型计算得到的地形改正量间的差异很小;研究了平地、丘陵、山地和高山4种地形对地形改正误差的影响,地形改正误差与地形起伏变化强相关;考虑到3阶结果有可能不收敛,2种地形改正模型的傅里叶变换核函数分母取至2阶为宜。

间接地形校正方法及其应用

为解决鄂尔多斯盆地黄土高原区具有双层结构复杂地形1:10万重力测量的地形影响问题而提出了“间接地形校正方法”。该方法是一个综合处理过程,它包括:1.将原始的重力异常计算成自由空间重力异常;2.用三角级数法把起伏地形面上的重力异常换算成某一高度平面上的重力异常,即“曲化平”;3.用频域正演公式G(u,v)=2πfe^(-kz)计算和消除层状起伏地形质量的重力效应;4.用回归分析方法消除地形校正的残差。该方法在进行传统地形校正的同时,还能方便地解决多层结构地形的校正问题,消除中间层密度取得不准和中间层密度横向变化引起的地形校正残差问题。理论模型的试算表明方法有较高的精度。通过工区近7000km^2内4974个点的实际资料处理,得到了清晰的异常形态,收到了良好的地质效果。

机群作战视景仿真系统的设计与实现

针对空间战场三维图像显示技术的需求,该文采用Mu ltiGen C reator作为建模工具,Vega作为实时仿真驱动软件,在SG I图形工作站上开发了虚拟机群作战视景仿真系统,设计了系统软硬件体系结构,解决了地形分块、地形LOD(Level ofD e-tail,层次细节)等大规模地形管理以及与飞行仿真系统的广播内存实时网络接口连接等技术,实现了空间战场环境、特效的逼真显示。仿真结果表明,该系统满足仿真实时性和逼真度指标要求,增加了飞行视景仿真的“沉浸”感。

划破草皮对不同地形高寒草甸草原土壤特征及地下生物量的影响

在青藏高原东缘东祁连山高寒草甸草原开展平地划破草皮和缓坡地划破草皮试验,研究了划破改良措施对土壤特征及地下生物量的影响。结果表明,划破干扰对土壤含水量和土壤紧实度的影响主要体现在7-8月,在此期间划破干扰对平地的改良效果均显著优于缓坡地;划破初期,划破干扰减小了平地与缓坡地划破沟内表层地下生物量,但经过4个月的生长季,划破改良显著增加了平地表层土壤地下生物量,而缓坡地表层土壤地下生物量反而较其对照区有所减小;划破处理可以有效增加平地各个土层有机碳含量,而对于缓坡地,反而降低了表层土壤有机碳含量。研究证实,平地划破草皮措施有利于生产力较低的高寒草甸草原禾草-嵩草草甸的综合改良,但划破草皮措施对以嵩草为优势种的缓坡地草甸草原需谨慎使用。

二维地电条件下充电法地形改正的一种方法

本文首先讨论了充电法地形改正方法及存在的问题，提出了一种基于比值法思想的地改方法，经理论模型验算表明。

祁连山老虎沟12号冰川表面能量和物质平衡模拟

采用HOCK的分布式能量物质平衡模型对老虎沟12号冰川消融期的物质平衡进行了模拟,时间步长为1 h,空间分辨率为30 m.模型结果利用物质平衡观测数据和气象站观测数据验证,模型模拟时期为2012年6月1日-9月30日.模型模拟结果表明,地形因子对太阳辐射影响相当显著;散射辐射在总辐射中的比例较大为39%,模拟期冰川表面物质平衡为-506 mm w.e..在模拟期整个冰川平均上净辐射占能量收入的84%,感热通量占有16%;消融耗热则是能量的主要支出占有62%,潜热通量占有能量支出的38%.

基于DEM重力地形改正方法比较研究

为了比较研究直立长方体(Prism)模型、Tesseroid单元体模型、质量线(Line-mass)模型和质量点(Point-mass)模型等4种基于DEM(digital elevation model)重力地形改正模型的精度。通过模型分析、精度对比和数据试验等手段,基于计算距离、地形高度和DEM分辨率等因素对模型精度的影响进行了对比和研究。结果表明:距离越近,模型间相对误差越大,极近区应优先选用Prism模型;模型间相对误差随距离衰减情况受地形高度和DEM分辨率等多种因素影响;地形起伏越大,对模型的精度要求越高;DEM分辨率越高,模型精度越好;质量线模型的验算精度不及质量点模型。

变分辨率质点滤波水下地形匹配算法

针对不同地形对质点滤波水下地形匹配算法定位精度的影响,提出了一种根据地形特征调节质点网格分辨率的改进算法。从理论上分析了水下地形与质点网格分辨率的关系。通过位置估计的方差和数字地图确定误差椭圆,利用地形高程标准差衡量椭圆区域内地形特征,并以此为依据调节网格分辨率大小,达到抑制匹配误差的目的。仿真及湖试结果表明,变分辨率质点滤波水下地形匹配算法对不同的地形均有较好的适应性,且定位误差均小于15 m。

机群作战仿真系统的研究和开发

针对空间战场三维图像显示技术的需求,采用MultiGen Creator作为建模工具,Vega作为实时仿真驱动软件,在SGI图形工作站上开发了虚拟机群作战视景仿真系统,设计了系统软硬件体系结构,解决了地形分块、地形LOD(Level of Detail,层次细节)等大规模地形管理以及与飞行仿真系统的广播内存实时网络接口连接等技术,实现了空间战场环境、特效的逼真显示。仿真结果表明,该系统满足仿真实时性和逼真度指标要求,增加了飞行视景仿真的"沉浸"感。

大气数值预报模式中高度地形追随坐标的设计研究:理论分析与理想试验

采用一种统一的地形追随坐标的形式,对Gal-Chen&Somerville(简称Gal.C.S坐标)、平缓坐标(smoothed levelverti calcoordinate,简称SLEVE坐标)等几种典型的高度地形追随坐标进行了气压梯度力计算误差影响和二维质量平流试验的理论分析,并与一种新提出的高度地形追随坐标——三角函数平缓坐标(简称COS坐标)进行比较。气压梯度力计算误差分析结果显示,与Gal.C.S坐标相比,单尺度平缓坐标(简称SLEVE1坐标)、双尺度平缓坐标(简称SLEVE2坐标)和COS坐标在减小气压梯度力计算误差上有不同程度的改进,SLEVE2坐标和COS坐标比其他两种坐标更具优势,衰减系数b和坐标转换的雅可比项对减小误差起决定性作用。二维质量平流试验也有类似的结果,与无地形的参考试验结果相比,COS坐标的质量输送计算误差最小,且经优化的COS坐标的质量输送计算误差几乎和参考计算误差完全重合,在4种坐标中最优。

几种地形辅助导航方法的比较

地形辅助导航系统将飞行航迹下的地形高度信息与机载数字高程地图比较后得到导航定位结果,并以此对惯性导航主系统进行必要的修正。针对基于扩展Kalman滤波,基于关联算子和基于点群滤波的3种地形辅助导航方法,介绍其基本原理后,采用真实地形数据进行仿真,比较不同飞行情况下这些方法的性能。

基于PMF和TERCOM组合算法的水下地形匹配技术

由于自主式水下航行器的导航受海水环境的影响,其定位精度不高,目前较好的解决方法之一是采用水下地形匹配辅助导航系统。本文针对该系统最核心部分的匹配算法,提出了一种定位精度更高的组合算法。为了解决质点滤波(PMF)算法存在的计算量大、收敛速度慢和对初始误差比较敏感的问题,提出了一种将地形轮廓匹配(TERCOM)算法和PMF算法进行组合的方案。首先分析了搜索区域分辨率对PMF算法的影响,然后分别对以TERCOM为粗匹配、PMF为精匹配和以PMF为粗匹配、TERCOM为精匹配的两种组合算法进行了仿真比较。结果表明,第1种组合算法无论在大起伏地形还是在平坦地形中都显示出了更快的收敛性和更高的定位精度,是一种具有较高工程应用价值的算法。

基于蚁群优化算法的水下航路规划

为了确保水下地形匹配辅助导航系统在规划航路上获得充足的地形信息,从而获得良好的匹配效果,运用蚁群优化算法设计了航路优化搜索方法,研究了基于水下地形匹配辅助导航的潜航器航路规划问题。定义了可行域的概念,并详细讨论了算法中信息素的表示方法、启发式函数的设计以及信息素的更新规则,运用算法得到了基于丰富地形信息的最优航路。最后在真实地形数据的基础上运用质点滤波(PMF)算法进行了地形匹配仿真研究,仿真结果表明,运用算法所规划的航路能够在水下地形匹配辅助导航中获得优良的地形匹配效果。

一种大数据量实时交互地形模型算法的研究

介绍了一种基于任意网格数ＤＥＭ建立大数据量实时交互地形场景建模算法。该算法基于等腰直角三角形网，采用视觉参数相关ＬＯＤ控制，自适应选择对应的地形ＬＯＤ，利用基于局部误差计算的全局误差控制方法，控制地形曲面的变化，并结合良好的交互方式实现了大数据量地形场景连续ＬＯＤ的绘制。

基于飞行工程模拟器的视景系统有效性研究

介绍了自主研制的飞行工程模拟器视景系统,并以该系统为研究对象讨论了影响视景系统有效性的关键因素。对于大型场景,提出采用分块调度和实时修正的动态数据管理策略解决了飞行仿真中有限的硬件处理能力与不断增长的大地形仿真之间的矛盾。试验测试证明,驾驶员能够根据OTW场景内容准确的判断仿真飞机姿态、机场位置、地面和空中目标等,从而高效完成相关试验科目和飞行任务。

地形因子对偏转型滑坡-碎屑流运动参数的影响

根据滑坡地形特征,将沟谷偏转型滑坡划分为坡脚偏转型、凹面偏转型和凸面偏转型三种类型,其主要地形参数为滑源区坡度、斜坡坡度、沟谷坡度和偏转角度。通过数值模拟,采用正交分析、极差分析和方差分析初步探讨主要地形参数对沟谷偏转型滑坡运动参数的影响。结果表明:沟谷偏转型滑坡的视摩擦系数、前缘速度恢复系数均主要受地形起伏的影响。斜坡坡度对视摩擦系数的影响最大,沟谷坡度次之,偏转角度最小;斜坡坡度、沟谷坡度对前缘速度恢复系数的影响大于偏转角度的影响。斜坡坡度是视摩擦系数的显著性因素,斜坡坡度、沟谷坡度是前缘速度恢复系数的显著性因素。视摩擦系数、前缘速度恢复系数与主控地形因子之间存在显著的非线性关系,可分别用二次函数、二次型函数进行描述。

利用DEM数据计算地形质量重力梯度的新方法

重力梯度由低频、中频和高频信息构成,其高频信息主要受地形质量的影响,为了更好地利用地形数据获取重力梯度高频信息,提出一种全新的方法——高斯-勒让德积分法,根据模型算例和实测DEM数据验证了该方法的有效性。结果表明,高斯-勒让德积分法作为一种全新的解算方法,与传统的棱柱法和直接积分法相比,在一定的精度条件下解算效率更高,在重力梯度测量相对落后和重力资料欠缺的情况下,利用该方法由DEM数据来解算重力梯度的高频部分是可行的,相较于传统解算方法而言,其具有一定的优势。

基于PMF算法的水下地形辅助导航性能研究

针对目前水下地形辅助导航性能受诸多因素影响而无法得到最佳发挥的问题,采用双线性插值法制备了相应分辨率的水下数字地图,基于直接概率准则的质点滤波(PMF)算法,较为全面地仿真分析了水下航行器航速、测深误差、航向误差、速度误差、初始位置偏差,以及水下地形特征等因素对导航性能的影响规律,对PMF算法在复杂条件下的应用性能进行了剖析。仿真结果表明,PMF匹配算法在复杂条件下具有较强的稳定性;一定范围内,该算法对速度和航向表现出较好的抗误差能力,但速度太低会严重影响匹配性能;该算法受测深误差和初始位置偏差的影响程度较大,对测深精度和惯性导航系统提出了相对较高的要求;该算法地形适应性较强,但丰富地形更有利于匹配导航;通过合理地选择应用参数,可有效降低匹配误差,提高导航性能。该项研究可为日后匹配算法在水下导航工程实践中的应用提供参考。

水下地形辅助导航适宜地图分辨率的选取

针对目前水下地形辅助导航用数字地图分辨率选取不明而制约导航性能发挥的问题,根据某海域真实水深数据建立了水下地形数字高程模型;借鉴误差传递思想,基于递推贝叶斯理论和质点滤波理论,对小起伏和大起伏2种典型地形区分别从解析和仿真角度给出了地形辅助导航用适宜的地图分辨率;然后,基于地形轮廓匹配(TERCOM)算法对不同地形下数字地图分辨率与匹配误差的定量关系进行了多项式回归分析,进一步确定了适宜的地图分辨率。结果表明,解析分析结果与数值仿真结果大致相当,相互佐证了研究结果的合理性;不同地形匹配区对适宜分辨率的要求不同,小起伏区和大起伏区适宜地图分辨率参考范围大致分别在13 m和25 m左右,大起伏区对地图分辨率的要求较小起伏区低;数字地图分辨率与匹配误差关系近似服从多次曲线变化规律。研究成果可为水下地形辅助导航中数字地图制作、分辨率选取及水下测量工作提供相关参考。

一种大规模三维地形场景的可视化与漫游算法

通过介绍三维地形场景的建模和实验实现方法,在分析国内外常用的地形动态简化技术优缺点的基础上提出了一种多分辨地形模型生成的算法,解决了浏览时对原始地形几何数据和纹理数据的进行实时交互显示的问题。