基于正则化正交非负矩阵分解的旋转目标检测方法

小样本的旋转目标检测是指在样本数少的情况下进行旋转目标检测模型的训练,深度学习在旋转目标检测领域往往需要庞大的样本数和计算算力。现有的基于机器学习的旋转目标检测方法大多有着对目标尺度和姿态敏感的缺点。因此提出一种基于正则化正交非负矩阵分解的旋转目标检测方法,来解决小样本的旋转目标检测难题。首先,针对样本不具有各种角度的图片,对样本进行旋转后进行背景填充,这样便于更好的表征学习。其次,提出一种基于正则化正交非负矩阵分解算法对旋转样本的梯度直方图特征进行表征学习。最后,为了测试算法在特征学习后的有效性,利用支持向量机对特征提取后的数据进行训练和测试。实验结果表明本文的目标检测方法在多个数据集中可以取得不错的效果。

旋转经验正交函数分解回归方法在东北夏季气温季节预测和成因诊断中的应用

利用中国东北4省/区73个地面气象观测站1971—2011年6—8月月平均气温,以及NCEP/NCAR再分析1971—2011年月平均高度和NOAA月平均海表温度(SST)资料,基于主成分回归(PCR)预测方法的思想,用同年1-5月北半球大气环流和全球SST场建立了东北地区夏季气温的统计预测模型,该建模方法是主成分回归方法的变形,计算方法较为简易,对气温等级的季节预测有较好的预报效果;并用其计算过程做了前期气候成因诊断。考虑到旋转经验正交函数分解样本误差较小、空间模态结构清晰,但特征向量的时间系数在不同时段有所变化的特点,故使用旋转经验正交函数分解整个时段的东北夏季气温场,然后基于旋转经验正交函数分解结果,进行前期影响因子甄别,最后建立多元线性逐步回归预测模型,建模期为前30年,独立样本预报期为后11年。30 a逐年交叉回报检验和11 a独立样本预测效果都显示该模型具有较高的预报技巧,尤其对气温等级的预测具有参考价值。用预测模型的中间过程诊断了东北夏季各月某一类典型气温异常的前期成因:5月北极涛动和北大西洋涛动(AO/NAO)、北太平洋涛动(NPO)以及副热带纬向一致异常型(SZ)等大气大尺度低频波动对6月吉林和辽宁省气温异常有显著影响;3月北极涛动和北大西洋涛动、东太平洋涛动(EP)及欧亚遥相关型波列对7月内蒙古东北部气温异常有显著影响;5月在北半球中高纬度大尺度低频波列不显著的情况下,sz型低频波列对8月内蒙古东北部部分地区和黑龙江中、西部等地气温异常有显著影响;前期海温呈厄尔尼诺(拉尼娜)型、同时北大西洋海温三极子为正(负)位相,一般与导致东北6月和7月偏冷(暖)的大气环流型相匹配;春末热带印度洋全区海表温度一致异常模态(IOBM)正(负)位相与导致东北8月偏暖(冷)的大气环流型相匹配。

本征正交分解法在风电机组风场模拟中的应用

为确定风电机组气动和结构分析所需的紊流风速,采用谐波叠加法和本征正交分解法相结合的方式,运用B样条曲面插值策略准确、高效进行风电机组的风场模拟研究。风场模拟时综合考虑叶片旋转采样、"叶片-塔筒"风场相干性及平均风剖面的影响。以某1.5 MW水平轴风力机为例模拟其顺风向风速时程,其中不动点的脉动风速模拟功率谱与目标谱吻合良好,验证了模拟方法的正确性;而叶片上点由于旋转采样导致脉动风速模拟功率谱与源谱相比能量分布发生改变,在叶片旋转频率的倍数处出现尖峰。

基于本征正交分解的湍流边界层中条带结构实验研究

为研究近壁湍流边界层中不同尺度条带结构在流向-展向平面内的演化规律,该文在低速循环水洞中利用粒子图像测速(PIV)技术,对Reτ=518时不同法向高度平面的流场进行了实验研究。该文利用本征正交分解(POD)方法提取流动中不同尺度的条带结构,并通过Okubo-Weiss函数研究流体单元的变形和旋转。研究结果表明:低阶模态包含的条带结构尺度大、含能高、条带间距较大,高阶模态包含的条带结构尺度小、含能低、条带间距较小;不同模态的流动结构中,流体质点的变形和旋转分布规律具有相似性,存在变形的区域同时存在着旋转,同时流体质点的变形强度大于旋转;随着模态数和壁面法向高度的增加,流体质点的变形和旋转均有所增强,且变形增加得更为显著。

基于模态分解的轴向通流共转腔流场特性分析

为了深入理解高压压气机旋转盘腔内的流场特性,基于雷诺平均N-S方程对轴向通流共转盘腔进行非定常数值模拟。采用本征正交分解方法识别了流场的相干结构,并对比分析了不同浮升力参数、罗斯比数以及盘轴旋转比下模态空间结构和平均流场的变化规律。结果表明,盘腔高半径处观察到一对非定常大尺度气旋/反转环流,借助本征正交分解方法能够有效提取其运动状态。低阶的旋进驱动模态主要反映了大尺度流动结构的旋进状态,对应盘腔内流场在整个径向范围的主频成分;高阶的谐振诱导模态则主要反映了腔内相干结构诱导的复杂涡系,对应主频的高阶倍频成分。气旋/反转环流结构的相干性随浮升力参数增加而增强(旋进驱动模态能量占比提高23.2%),随罗斯比数增加而减弱(相应能量占比降低12.3%)。盘轴反转会削弱低半径区域的环形涡,而对高半径区域流场影响较小。

基于REOF分析的贵州省降水模式识别及变化趋势预测

【目的】为了解贵州省区域降水特点和变化趋势,更好地应对气候变化。【方法】应用旋转经验正交函数分解(REOF)方法,将贵州省1963-2022年降雨场划分为4个区域,并分析了各区域降水特征及其变化趋势。【结果】总体上Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅳ区呈减少趋势,Ⅲ区呈增加趋势,变化趋势在1989-2014年之间通过P<0.05的显著性检验,其中Ⅳ区变化趋势在1986年有突变;各区均有35 a的主周期变化,其中Ⅰ区未来5 a为下降周期,Ⅱ区未来9 a为下降周期,Ⅲ区和Ⅳ区未来4 a为下降周期。【结论】贵州省降水有明显的年代际变化,Ⅰ区、Ⅱ区相较于Ⅲ区、Ⅳ区出现极端干旱和强降水事件的概率更大,各区年平均降水量均显示出较为明显的周期性变化特征,未来变化有显著的持续性。

青藏高原冬季平均温度、湿度气候特征的REOF分析

通过对青藏高原 1 2 3个测站 ,1 961～ 1 998年冬季 ( 1 2月至翌年 2月 )平均温度、相对湿度资料做气候特征分析 ,得到 32°～ 33°N附近地区可能是高原南北温湿变化的分水岭 ,以北主要受干冷空气影响 ,以南主要受暖湿空气影响。用方差极大正交旋转EOF(即REOF)方法对以上资料进行分析 ,可以将青藏高原温度、相对湿度进行分型、分区 ,并对各区的温度、相对湿度特征进行分析。结果表明 ,近 40年来 ,各区的温度总趋势是在波动中逐步升高的。增温时段主要出现在 1 978～ 1 981年及 1 983年至今。 1 983年开始的增温 ,是近 40年来最强的一次 ,增温幅度大且持续时间长 ,但从 90年代开始增温幅度及范围出现波动。从温度线性倾向来看 ,东部高原增温幅度从南到北存在“大—小—大”的现象。高原大部分地区湿度变化总趋势是在波动中逐步增湿的 ,但高原北界以变干为主。从 80年代后期至今高原进入显著增湿阶段 ,但从 90年代中后期开始增湿幅度及范围出现波动。从湿度线性倾向来看东部高原增湿幅度从南到北存在逐步减小现象 ,甚至祁连山地区出现变干现象。

旋转圆柱绕流的PIV实验研究

投弃式海流剖面仪(Expendable Current Profiler,XCP)周围流场是典型的旋转圆柱绕流。探头周围流场对探头的运动状态起决定性作用,这直接关系到探头的测量性能,因此有必要对旋转圆柱周围流场进行实验研究。实验在循环水槽中进行,通过PIV对雷诺数保持不变(Re=1000)、不同圆柱旋转速度比(α=0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5和5.0)的圆柱下游尾流场进行研究。通过选取不同旋转速度比的任一时刻的瞬态流场,来分析旋转对圆柱尾流结构的影响。为了获得流场的频率信息,对所获得流场信息进行能谱分析来获取涡旋的脱落频率,并进一步使用正交模态分解对流场进行分析,给出了流场主要拟序结构及其能量与转速比的变化趋势。发现圆柱旋转改变圆柱尾流结构,使尾迹尺度变小。在旋转速度比0≤α≤2.0时,存在明显的周期性涡旋脱落,并且涡旋脱落的频率有逐渐升高的趋势;而且当转速比2.0<α≤5.0时尾迹流场的周期性减弱,涡旋脱落变得不明显,流场表现出低频、剪切层的区域特征。随着转速变大,涡旋尺度变小。在较高旋转速度比时,流场中能量被重新分布。

基于GPU的多层次并行QR分解算法研究

QR分解作为一个基本计算模块,广泛应用在图像处理、信号处理、通信工程等众多领域。传统的并行QR分解算法只能挖掘计算过程中的数据级并行。在分析快速Givens Rotation分解特征的基础上,提出了一种多层次并行算法,能够同时挖掘计算过程中的任务级并行和数据级并行,非常适合于以图形处理器(GPU)为代表的大规模并行处理器。同时,采用GPU的并行QR分解算法可以作为基本运算模块被GPU平台上的众多应用程序直接调用。实验结果显示,与CPU平台上使用OpenMP实现的算法相比,基于GPU的多层次并行算法能够获得5倍以上的性能提升,而调用QR分解模块的奇异值分解(SVD)应用可以获得3倍以上的性能提升。

杉木人工林幼龄林对模拟氮、硫沉降的响应——凋落物分解C、N释放规律

试验采用二次回归正交旋转组合设计,研究模拟N、S沉降增加下,杉木人工林幼龄林凋落物分解过程中C、N元素规律。结果表明,N在[-1.414,1.414]编码水平促进C释放,S在低编码水平和中编码水平[-1.414,0.5]抑制C释放,而在高水平[0.5,1.414]则增进C元素释放;N、S沉降在中编码水平及低编码水平[-1.414,0.5]显著阻碍N释放,试验各处理显著降低了凋落物的C/N。

利用REOF对全球云量趋势变化的分析

文章利用ISCCP月平均云气候资料集的总云量数据,分析了总云量在全球的时空分布,并对四季云量分布进行对比;采用趋势分析和旋转经验正交函数分解的方法,比较了1983—2009年全球平均总云量的变化趋势,结果显示:27a以来全球云量总体呈现减少趋势,尤其是赤道太平洋地区最明显,高纬度地区云量略有增加。云量低值中心位于南北回归线附近,赤道辐合带有一云量高值中心。总体而言,南半球云量多于北半球,洋面云量多于陆面;春夏两季云量多于秋冬两季。

二维无叶扩压器旋转失速的正交模态分析

为了直观地揭示扩压器内部非稳定流动的周向传播和发展过程,采用本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)对数值模拟得到的非稳定流场进行分解,辨识出不同阶的扰动模态,对成对和孤立模态在空间分布和时间变化上进行了分析,成对模态在周向空间分布上存在相位差,在时间变化上具有相近的振动幅度和周期,在时域上表现出周向传播的特性。孤立模态为"过渡态",代表对平均流动的修正,表示平均流动从一个状态过渡到另一个状态。重构了各阶模态在不同时刻的幅值信息,并对各阶模态幅值变化进行了傅里叶变换,得到对应的频率信息,并与线性稳定性方法预测结果进行了对比。

基于MCI的新疆干旱变化特征分析

基于新疆92个国家气象站1961-2019年逐日气温和降水数据,通过气象干旱综合监测指数(MCI)分析新疆干旱过程及干旱强度,结果表明:(1)全疆年平均干旱日数在空间分布特征为:各地轻旱、中旱的年平均干旱日多数分布在研究区西北部,少数分布在研究区东南部;重旱年平均干旱日数以昆仑山脉为轴线,自西向东呈递减趋势,北疆特旱年平均干旱日数大于南疆;(2)年平均干旱强度呈自东南向西北依次加重的分布特征,春、夏季区域间干旱强度空间差异较小,秋季区域间干旱强度差异性较大;(3)干旱强度与其影响范围时序变化特征趋向一致;通过旋转经验正交函数(REOF)的时空分析,将新疆分成三个模态:第一模态南北疆成相反形式的分布特征,第二模态为东西部相反的分布特征,第三模态呈伊犁河谷偏湿的分布特征,且各模态干旱强度随时间变化趋势不同。

青海省4—9月连阴雨时空特征分析

基于1961—2020年青海省48个台站4—9月的降水、总云量和日照时数日资料,计算得到青海省各站连阴雨发生次数、持续天数和累计降水量,并通过旋转经验正交函数分解(REOF)、Mann-Kendall检验、小波分析和趋势系数等方法分析青海省连阴雨时空分布特征。结果表明:青海省连阴雨年平均发生次数为4次,持续天数为26 d,累计降水量为122.0 mm:空间上表现出东南向西北减弱的特点,时间上青海西部呈增加趋势,东部呈减少趋势;连阴雨累计降水量REOF空间分区分为东部区、中部区、南部区、西北区和西南区,其中前3个区累计降水量呈减少趋势,后2个呈增加趋势;各区域突变时间分别为1988、1969、2005、1974和1975年;5个区域的降水周期特征存在不同周期的嵌套,各区域普遍存在2~3 a的周期振荡。

青藏高原气温变化及其异常类型的研究

利用青藏高原81个气象台站近30年年平均气温、年平均最高、最低气温资料,采用EOF、RE OF、气候线性趋势分析以及累积距平法等方法对青藏高原气温的时空分布特征及其异常类型进行了分析。结果表明:青藏高原年平均气温、年平均最高、最低气温空间变化在具有很好的主体一致性的同时,存在着南北及东西分布的差异,大地形特别是高原主要山脉走向对气温的空间分布具有十分明显的影响;其年际波动呈现出明显的上升趋势,并在20世纪80年代中后期发生过突变;其空间异常类型主要受地形和冷空气活动的影响较为显著。

中国近117年年平均气温变化的区域特征研究

用ＲＥＯＦ法以１６０站近４７年的年平均气温变化为依据将我国分为８个年平均气温变化区．以国内及临近国家长资料序列为基础，建立了反映我国各区及全国近１１７年的年平均气温标准化序列．从近１１７年气温变化来看，Ｉ～ＶＩＩ区都有升温趋势，全国平均气温的升温趋势为０．７６℃／１００ａ，北半球陆地则为０．６４℃／１００ａ．最大的为东北，华北、新疆，最小的为四川、贵州．从年代际尺度看我国与北半球陆地的平均气温的变化是相当一致的，相关系数高达０．９３，主要差别在于年际变化．

重庆地区地闪活动空间分布及其趋势分析

采用经验正交函数(EOF)分解、旋转经验正交函数(REOF)分解、多分辨率分析、数理统计和趋势分析等方法,对重庆地区1999-2008年地闪频率、强度、回击次数进行统计,对地闪频率资料标准化距平场进行分区,并对地闪异常的空间分布特征、时间变化规律进行分析.结果表明:重庆地区地闪发生频率呈现增长趋势,主要表现为春季、夏季地闪增加;地闪频率的主要空间异常型表现为全市一致型(多雷或少雷型),渝西多雷(少雷)和渝东北少雷(多雷)反向型,这是重庆地闪异常的主要特征;地闪异常区域大致可划分为4个区,即渝西、渝中部、渝东南、渝东北区;地闪活动存在12个月、20个月、29个月左右较长周期和3个月、6个月左右较短周期振荡.

山东省人体舒适度区域特征研究

采用旋转经验正交分解 (REOF)的方法 ,对山东省 90个测站 1 971～ 2 0 0 0年的年平均人体舒适度进行区域划分 ,并进一步分析了各区域人体舒适度指数的空间分布特征和变化趋势。研究表明 ,半岛的沿海地区是山东省舒适感觉最佳和较舒适日数最多的地区 ,热不舒适主要出现在山东的中西部地区 ,冷不舒适则以北部和沿海地区较为突出。近 30年来 ,山东各区域冷不舒适感觉日数明显减少 ,热不舒适日数增加 ,舒适度感觉有向热转变的趋势。

1961—2013年青海省雷暴变化特征分析及趋势预测

为深入了解青海省雷暴天气的气候变化特征以及该区域灾害性天气的预测提供参考依据,选用1961—2013年青海省45个台站4—9月的雷暴观测资料,通过趋势系数和旋转经验正交函数分解等,得到青海省植被生长季4—9月雷暴时空分布和变化特征,再利用R/S分析法计算Hurst指数以预测未来雷暴日数的变化趋势。结果表明:青海省4—9月累计雷暴日数平均为38天,7月雷暴日数最多,全省及大部台站的雷暴日数均呈现极显著减少趋势,M-K检验表明,5月和6月雷暴日数存在突变,突变从1998年开始。青海省雷暴日数呈现出南高北低,并且由东南向西北减少;雷暴日数的3个主要空间分布类型分别为东北区、南部区和中部区。Hurst指数预示,4—9月青海全省以及东北区和南部区的雷暴未来还将维持下降趋势,且持续性强度很高,而中部区将保持一种较稳定状态。

近45a长江中下游地区夏季降水的区域特征

利用旋转经验正交函数(Rotated Empirical Orthogonal Function,REOF)展开方法,分析了长江中下游地区六省一市1960—2004年78站夏季(6—8月)降水场,并将降水场分为5个主要区域,在此基础上揭示了长江中下游5个区域夏季降水的时间演变特征。5个区域夏季降水序列的Mann-Kendall突变检验表明,各区代表站中只有衢州和南通发生了突变,且突变时间不同;5个区域夏季降水长期变化呈现增加趋势,Ⅰ区和Ⅴ区表现出较强的增加趋势,Ⅲ区次之,Ⅱ区和Ⅳ区较弱;5个区域夏季降水的周期振荡差异明显。