粒子群算法在多种数据联合反演断层三维滑动速率的应用研究

建立多种大地测量数据联合反演的数学模型。利用青藏高原东北缘地区的GPS、水准、重力三种观测数据,结合附有LDW策略的惯性权重的粒子群算法,反演龙首山断裂的三维滑动速率。结果表明:龙首山断裂主要以右旋、逆冲为主,兼具挤压趋势,且具有空间分布不均匀性的特征。相比单一数据的反演结果,多种数据联合反演更具稳定性和规律性。

基于变分立体匹配算法的GMAW熔池形貌三维重建

为实现完整熔池表面形貌三维传感,构建了双棱镜单摄像机立体视觉传感系统.针对熔池图像纹理缺乏造成的立体匹配困难的问题,引入了全局优化的变分立体匹配算法,通过建立包含灰度差异数据项和空间连续性约束项的能量函数的可行性泛函,经过迭代求解获得具有丰富细节的熔池表面稠密视差图.对自制非标准凹面形状进行立体匹配和三维重建,结果表明,宽度误差小于3.16%,深度误差小于4.82%.基于该算法实现了熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)的堆焊及V形坡口对焊条件下,不同熔透状态熔池稠密视差图计算和表面形貌的三维重建.

融合三维螺旋运动和混合反向学习策略的改进鹈鹕优化算法

针对鹈鹕优化算法收敛速度较慢、初始化过程随机产生初始种群导致种群多样性差,在后期易陷入局部最优等问题,提出了一种融合三维螺旋飞行和混合反向学习策略的鹈鹕优化算法。首先使用Gauss映射初始化种群,提高种群多样性;其次利用三维螺旋飞行和混合最优最差反向学习策略,加强算法跳出局部最优的能力;最后,引入自适应平衡因子与自适应步长,提出鹈鹕坠落策略,以模拟捕食过程中群体的微小变化。最后,通过12个基准函数和实际案例对IPOA(improved pelican optimization algorithm)进行测试,并与8个仿生算法进行对比,测试结果与Wilcoxon符号秩和检验结果均表明IPOA收敛精度与稳定性等各项性能都有所提升,具有明显优势。

面向人员岸滩行进的三维路径规划算法研究

针对当前无法为人员岸滩行进提供科学合理的路径规划这一问题,论文基于蚁群算法提出了面向岸滩行进的最优路径规划算法。首先对基本的蚁群算法进行了改良,包括路径搜索方式、信息素更新策略和启发函数的合理设计等,改善了算法的收敛效率;然后定量结合多类岸滩场路径规划影响因子,构建了满足岸滩行进的代价函数;最终实现了面向岸滩行进的算法构建。该算法可为实现复杂地形条件下岸滩行进的最优路径解算和基于蚁群算法的相关三维路径规划分析研究提供参考借鉴。

三维环境中机器人路径规划算法改进

为解决快速扩展随机树算法(rapid-exploration random tree,RRT*)在三维环境中盲目搜索路径以及缺乏节点扩展记忆性等问题,提出一种融合蚁群算法的双向搜索算法ACO-RRT*。为适应精细化三维建模环境和解决地面起伏不平坦等问题,对RRT*算法进行改进优化。采用双向搜索策略,在起点和终点同时运行改进后的RRT算法和蚁群算法,相向而行,对路径长度和运行时间进行优化。针对生成路径不够平滑等问题,引入B样条曲线平滑策略优化路径。仿真结果表明,所提算法能够有效用于机器人三维路径规划。

改进的区域生长算法在三维激光点云识别岩体结构面中的应用

交错分布的结构面构成了岩体中的薄弱部位,准确高效的岩体结构面识别和特征信息提取可为岩体稳定性评价提供重要依据。三维激光扫描技术可以极大地提高结构面勘测效率和精度,但目前主流的点云分析算法存在结构面边缘识别模糊、点云分割准确性不能满足结构面特征信息提取精度等问题。因此,考虑岩体结构面点云位置与其邻域的空间关系,利用KD-tree数据结构进行最邻近搜索的体素下采样,在稳健随机Hough变换的基础上改进了区域生长算法,通过多特征值对区域生长分割参数进行修正,依据点云法向量差值和特征终值进行结构面分割,实现了结构面产状、间距、延展度信息的提取。研究结果表明:与传统的主成分分析法和随机抽样一致法相比,在室内块体模型组成的24个结构面中,该方法在相同区域具有更高的识别率和准确率,既能在复杂变化的平面区域保证数据的完整识别,也能在平面的尖锐位置较好地分割边缘点云。利用该方法可以将24个结构面分为6组,并在识别数据中获取对应的结构面特征信息,与实际测量结果相比,角度信息误差约为1°,距离信息误差1cm以内。利用该方法在长江干流蟒蛇寨斜坡岩体中成功识别出3组结构面同时计算各组结构面间距与延展度信息,并采用赤平投影图分析不同结构面组对斜坡稳定性的影响。所提出的方法在室内模型及现场斜坡验证效果良好,可以为岩体结构面识别分割提供稳定且有效的技术支撑。

混合三维分布估计算法求解分布式加工装配和车辆配送集成调度问题

本文针对一类广泛存在的分布式加工装配和车辆配送集成调度问题(Integrated Scheduling Problem of Distributed Production Assembly and Vehicle Delivery,ISP_DPAVD),以最小化运输和延迟惩罚总成本为优化目标,提出一种混合三维分布估计算法(Hybrid three-Dimensional Estimation of Distribution Algorithm,H3DEDA)进行求解.ISP_DPAVD包含两个耦合的子问题,即加工装配阶段子问题(子问题1)和车辆配送阶段子问题(子问题2).由于每个子问题1的解(部分解1)均会确定1个具体的子问题2,故ISP_DPAVD的解空间非常庞大.根据这一特点,在H3DEDA中,先设计结合邻域变换的启发式规则来快速获取子问题2的优良解,以实现子问题间的部分解耦并明显缩减搜索空间,再设计三维EDA引导的全局搜索和变邻域驱动的局部搜索来获取ISP_DPAVD的高质量解.通过在不同规模测试问题上的仿真实验和算法比较,验证了H3DEDA求解ISP_DPAVD的有效性.

显式算法中三维黏弹性人工边界应用及输水隧洞动力响应分析

为确保大型复杂三维有限元模型动力响应分析的稳定性及高效性,结合二维黏弹性边界理论及其在动力显式分析中稳定性的改善方法,提出了一种适用于ABAQUS/Explicit模块的三维黏弹性人工边界方法,并依托某输水隧洞与临近高铁隧道的立交工程,在设有三维黏弹性边界的基础上研究高速列车振动荷载对既有水工隧洞的振动影响特性。结果表明,采用动力显式分析时,稳定性改善后的黏弹性人工边界具有良好的吸能效果,满足远域地基的回弹性能;振动荷载对输水隧洞的动力影响随着作用距离的增大而减小,且各断面的动力响应极值均出现在底板中心。

基于图像八叉树的三维比例边界有限元多面体网格生成算法

基于图像八叉树方法,提出了平衡八叉树和多面体网格修剪相结合的三维比例边界有限元多面体网格算法,该算法根据结构尺寸建立恰好完全包含整个结构的立方体网格,再建立结构图像像素信息,根据像素信息,按照2∶1的平衡分割原则递归地进行等分,完成平衡八叉树网格生成。结构内单元网格完全保留,结构外单元网格删除,对于结构边界单元网格,提出采用面-立方体相交判断方法进行边界单元与结构边界相交面的筛选,搜寻结构单元与结构边界表面相交点,通过有序连接相交点形成边界单元切割面,再结合边界单元其他几个面,构成裁剪后的多面体单元。数值算例结果表明,基于本文算法生成的比例边界有限元网格计算结果具有较好的精度和边界适应性。

基于改进A-star算法的三维管路路径规划

管道布置设计经常受到多种因素的制约影响管道布置结果,管道自动布置方法能显著提高布置效率、降低经济成本、提高设计质量,并有望在核电领域得到广泛应用。针对传统网格划分方法存储数据量过大的问题,提出一种基于关键点的非均匀网格划分方法。针对传统A-star算法无法满足部分布置规则约束的问题,采用网格能量法处理吸引与排斥类约束,并在改进A-star算法中对实际代价与启发式函数进行优化。在厂房三维仿真模型中验证非均匀网格划分方法以及改进A-star算法的有效性。仿真结果表明,基于非均匀网格划分方法的改进A-star算法能够生成折弯数量更少的优质路径,并能够根据网格能量的参数设置生成沿特定壁面布置的管线方案。

基于LSMR算法的火焰三维温度场重建

光场成像技术可以同时记录入射光线的空间分布信息和传播方向信息,结合相关反演算法,可以进行火焰三维温度场的重建。最小二乘QR分解算法(least squares via QR factorization,LSQR)可以有效求解基于大型稀疏矩阵的线性问题,但是在对火焰辐射强度求解的过程中,难以保证求解的非负性和准确性。非负最小二乘算法(non-negative least squares,NNLS)可以保证求解的非负性,但是计算效率太低。本文提出将最小二乘残差方法(least square minimal residual,LSMR)用于火焰光场成像三维温度场重建,并研究其重建精度、计算效率、抗噪性能等指标。仿真实验表明,LSMR和NNLS算法可以在不同噪声水平下保证求解火焰辐射强度的非负性。在噪声为5%、10%、15%和20%的情况下,LSMR和NNLS算法对辐射强度的求解精度均比LSQR提高了10%以上,且LSMR算法的求解时间比LSQR和NNLS分别降低了一个数量级和四个数量级。可见,LSMR算法可以在保证求解精度的情况下大幅提高运算效率。最后用LSMR算法对模拟光场火焰进行温度场重建,在不同噪声水平下,平均相对误差都保持在1.2%以内,验证了LSMR算法在重建时的准确性和可靠性。

基于改进ICP算法的变电站设备三维识别方法研究

针对现有变电站设备三维识别方法在实际应用中存在的准确率差和效率低等问题,提出一种结合改进迭代最近点算法和Umeyama算法的变电站设备三维识别方法。通过随机采样一致性算法提取设备平面特征,通过Umeyama算法在模板库中找出平面特征最相似的几个设备,通过点云曲率特征提取设备点云关键点,通过改进迭代最近点算法对设备进行目标匹配。通过实验对其性能进行分析。结果表明,所提方法对智能变电站设备进行三维识别有较好的识别准确率和效率,识别准确率为99.50%,平均识别时间为2.07 s,有效地提高了三维识别技术的综合性能。

面向电力巡检的5G室内三维指纹定位算法

针对目前电力巡检机器人在室内环境中存在的三维定位成本高、精度低的问题,文章利用5G信号特征和多信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法,提出面向电力巡检的5G室内三维指纹定位算法。首先构建三维信道模型,以降低多径干扰导致的定位信号参数偏差;其次提出多径定位信号优化算法,以克服随机噪声导致的定位信号相位偏移问题,以此降低定位决策的软硬件成本。仿真结果表明,本算法在三维室内定位精度和定位成本方面实现了较好的性能与平衡。

大角度三维基准转换的粗差探测算法

三维基准转换广泛应用于大地测量、摄影测量、点云配准等领域,求解大角度、任意比例尺的三维基准转换参数的研究有很多。然而,当观测值中含有粗差时,得到的转换参数估值会受到不利影响甚至被严重扭曲。为处理含有粗差的大角度三维基准转换问题,本文首先将大角度三维基准转换问题抽象为具有等式约束的最小二乘问题(Constrained least squares, CLS),推导参数在正交约束条件下的最小二乘解。然后,将灵敏度分析方法应用到CLS问题中,研究残差加权平方和对观测值扰动的局部敏感性,并基于这些敏感度指标构造局部检验统计量,进而推导出一个适用于CLS问题的粗差探测算法。最后,为核实该算法的有效性进行了仿真与实测数据实验。实验结果表明:本文提出的基于灵敏度检验统计量的数据探测算法可以降低粗差的负面影响,得到可靠的参数估值,从而有效解决大角度三维基准转换中的粗差处理问题。

基于三维坐标系的动车组运检计划算法模型

构建以动车组-交路\修程-天数三维坐标系数学模型,全面考虑动车组运用与检修计划编制的优化目标和约束条件,构建动车组运检计划优化编制的数学优化模型。在给定动车组数量、交路计划的前提下,根据动车所实际情况,以“天”为最小的计划编制时间单位,通过控制换车次数,以检修时剩余里程为追求目标,阐述并规范运检计划算法实现流程,实现大空间分段式快速粒子群优化算法完成动车组运检计划的快速给定。

基于改进混合灰狼优化算法的无人机三维路径规划

针对传统灰狼优化(Grey Wolf Optimization, GWO)算法求解无人机三维路径规划问题时会出现收敛速度慢、容易陷入局部最优等问题,提出一种改进混合灰狼优化算法——CLGWO。基于Cat混沌映射和反向学习策略初始化灰狼种群,为算法全局搜索过程中丰富种群多样性奠定基础;提出新型非线性收敛因子的改进策略,提高算法全局搜索能力。在灰狼位置更新中提出引入狮群优化(Lion Swarm Optimization, LSO)算法的扰动因子和动态权重,使灰狼具有主动的搜索能力,避免因灰狼失去种群多样性而陷入局部最优。为验证改进算法的有效性,进行了8个国际通用的标准测试函数收敛性对比实验和无人机三维路径规划仿真实验。实验结果表明,CLGWO算法在单峰、多峰函数上均有较好的收敛性、较高的寻优精度;三维路径仿真环境下,CLGWO算法的平均路径长度、平均迭代次数、平均运行时间相比于GWO算法分别优化了33%、31%、52%,且路径转折少,能较好地得到全局最优值,验证了CLGWO算法的有效性。

基于正则化SVD算法的660MW机组煤粉加热炉炉膛三维温度场重建

针对现有加热炉炉膛内三维温度场重建方法存在的重建误差较大、重建消耗时间较长的问题,提出基于正则化SVD算法的660MW机组煤粉加热炉炉膛三维温度场重建方法。根据人眼视觉二维图像特征点提取原理,提取温度场立体图像特征点;利用小波变换方法计算子线段端点,获取特征点匹配结果;通过声学测温方法以及射线成像理论,重建声波传播速度分布形式,凭借正则化SVD算法构建声学测量系统模型,对声波飞行值进行修正,结合特征点匹配结果和对称轴,得到实现660MW机组煤粉加热炉炉膛三维温度场重建。实验结果表明,所提方法的最低AER、MER、RMSE分别为4.11、0.98、1.21,重建时间始终保持在0.6s以内,重建误差较小、重建消耗时间较短,抗噪声能力强,温度场重建效果好。

基于知识库与全景图像匹配算法的母线保护装置故障三维分级检测方法

研究了基于知识库与全景图像匹配算法的母线保护装置故障三维分级检测方法,合理检测母线保护装置故障,保障母线保护装置安全稳定运行。将失败案例、故障排除手册等信息作为知识库构建层级的理论依据,设计关系型知识;通过全景图像采集、特征提取与匹配等操作设计三维模型索引知识,构建母线保护装置知识库;在推理机中引入模糊假言推理算法,获取相应的故障诊断结果;在三维可视化层级中使用PHP语言,搭建Web服务器,设计三维可视化后端程序,呈现故障检测的三维可视化结果。实验结果表明:该方法可有效实现母线保护装置故障的三维分级检测,故障检测结果与实际故障状况一致,可更好地满足实际工作需要。

井下超宽带人员的改进三维定位算法

本文旨在探讨井下超宽带人员三维定位系统的改进算法,通过分析UWB技术及其在井下定位中的应用,对系统的结构和工作原理进行了概述。随后,对现有的UWB测距算法和三维定位算法进行了评估和改进,以提高其性能。实验结果显示,改进后的算法在井下超宽带人员三维定位方面取得了较好的效果。本研究的成果有助于提升井下工作环境中的人员定位精度和可靠性,为相关应用领域的进一步发展提供了有益的参考。

三维空域频谱态势生成算法研究

通过调研国内外频谱态势测绘的研究现状,比较现有的各个频谱补全算法的优缺点,给出频谱补全算法的原理概述。在传统的数据或者模型驱动方法的基础上,提出了基于数据模型双驱动的逆距离加权三维频谱态势补全算法,解决了现存方法大多只适用于二维频谱补全或者在三维频谱补全场景中补全精度低的问题。数据模型双驱动的逆距离加权三维频谱态势补全算法在传统的逆距离加权法的基础上,结合信道传播损耗模型,传统的运用于二维平面的频谱补全方法扩展到三维空间,综合考虑方向、距离和路径损耗等因素,改进传统的逆距离加权法,极大提高了补全的精度。