计盒维数法在云雾遥感监测中的应用研究

在简要阐述了分形理论的基础上,运用较为常用、计算较为简便的计盒维数法,尝试从一个新的角度来研究云雾遥感监测技术,取得了一些有益的结果.将计盒维数法与其它方法结合起来进行雾的识别和分离,在实例中取得了较好的效果.

Sandbox法求沥青混合料空隙分形维数

将沥青混合料横向剖切面图像用Matlab软件处理,分割出空隙的二值化图像并计算空隙分维数。在求沥青混合料空隙分维数时大多采用计盒维数法,然而此方法在网格划分的过程中对图像的尺寸有严格要求,并且背景区域对沥青混合料横向剖切面图像的计算结果有一定的影响。为此提出采用Sandbox法求空隙分维数,不用考虑网格划分及背景区域对分维数的影响,且能真实的表达出沥青混合料横向剖切面空隙分维数的实际意义。通过Matlab编程运算,用Sandbox法求沥青混合料横向剖切面的空隙分维数为1.146,其结果符合多数文献中给出的范围,其求解过程更加简单方便,值得研究和推广运用。

自相似性和分形维数在风场分析中的应用

通过探究风速时间序列的自相似性和分形维数,将分形学运用到湍流风场分析中,从风速时间序列的局部与整体关系和风速时间序列的分形维数2个角度解决选用湍流风谱模型时存在的盲目性问题.选用某一风场风速时间序列,基于Kaimal、Von Karman、SMOOTH和NWTCUP湍流风谱模型得到风速时间序列,采用Hurst值验证风速时间序列的自相似性,用计盒维数法计算风速时间序列的分形维数.结果表明:不同的湍流风谱模型具有不同的分形维数,湍流风谱模型可定量描述;风速时间序列内部波动不是随机的,是有自相似性的长程相关过程;分形维数与参考风速有关.

基于分维值的林区小班类型计算机自动识别

以长白山金仓林场的TM卫星影像为数据源,将采用常规的计盒维数法计算得到的分维特征图像参与研究区的监督分类,和无分维信息的监督分类相比较,阔叶林的分类精度提高显著,非林地中的农田和建筑用地分类精度有一定提高,针阔混交林和针叶林的分类精度提高不明显。结果表明,加入分维信息可以在一定程度上提高图像监督分类的精度。

历史建筑分维算法及其演变研究

将分形理论应用于建筑研究领域中,从而探究建筑发展的深层数学结构,借助分形理论中的计盒维数法,对19座各历史时期的经典建筑进行建筑立面的分维数测算,得出建筑演变的分维数变化趋势,进一步结合历史文化发展背景,可以发现建筑立面分维数的变化与其所处时代的对建设艺术的认识观念演变大致吻合。

基于三维体视分析技术对金属断口的分形研究

金属断口包含金属材料的性质、性能及服役过程的重要信息,是金属断裂定性分析、定量表征的关键证据。研究证明分形维数与材料断裂参数密切相关,但传统二维图像分析难以全面揭示断口特征。为了更深入了解断裂机制和材料性能,三维形貌技术逐渐成为研究热点。在分析仪器中三维体视显微镜可以提供更便捷、更准确的断口信息,进而通过计算分形维数推测材料断裂性质。其中计盒维数分析方法具有易于实现和理解、应用范围广、稳定性好、可解释性强等优势。利用三维体视显微镜和MATLAB程序获取断口三维形貌并计算分形维数。实验表明,拉伸断口抗拉强度和屈服强度与分形维数呈负相关,冲击断口的冲击值与分形维数呈正相关。

基于分形理论的澜沧江上游碉房民居立面特征与设计原型研究

20世纪后期出现的分形理论为描述自然界事物形态特征带来了新的理解与认知,而以分形理论为基础的建筑立面研究近年来引发了学界的讨论。本文以此为背景,从澜沧江上游囊谦县传统碉房民居入手,探讨分形理论在立面特征研究中应用的可能,进而总结归纳出当地碉房民居立面特征与设计原型,希望能够在未来传统民居保护利用中发挥积极作用。

基于Canny优化算法物理模拟实验覆岩裂隙场自动识别研究

为了实现实验过程中采动覆岩裂隙信息的自动识别,以某矿15235工作面为工程背景,设计了相似材料模拟实验,通过对定焦相机批量获取的近景摄影测量影像进行拼接和校正,获得了研究区域的正射影像。针对Canny算法在影像信息阈值分割方面的不足,提出了一种自适应阈值分割优化算法,实现了相似材料模型表观裂隙场的自动识别。基于Matlab研发平台,分别采用像素法和计盒维数法对工作面不同推进度的覆岩裂隙场进行了定量分析。结果表明,裂隙场信息提取完整,当工作面推进度分别为46、118、255 cm时,类间方差权重系数为3.16%、5.73%、7.68%,覆岩裂隙场分形维数为1.804、1.811和1.885,采动覆岩裂纹生长具有良好的自相似分形特性。工作面推进至255 cm时,采动覆岩垮落带高度和断裂带高度分别为13.31 cm和63.36 cm,左右垮落角分别为52°和55°。采用改进的Canny算法能够实现物理模拟实验采动覆岩裂隙场的精确辨识。

自贡市古镇开敞空间分形秩序特征研究

开敞空间是古镇空间的重要组成部分,文章基于古镇边界形态量化分类结果,分别选取团状古镇、指状古镇、带状古镇为研究对象,运用计盒维数法,分析其开敞空间分维值和分形秩序。研究结果表明:古镇开敞空间分形秩序特征具备层级连续,面积递减;层级数量指数式迭代增长;古镇空间自相似性高,形状边界与自然环境紧密相关等特点。古镇总体分维值较高,是良好的分形体,则它们的分形秩序特征具备一定参考性,基于此,提出古镇开敞空间分形秩序优化建议。

基于分形理论的传统商肆建筑的形态对比分析

分形理论作为非线性科学研究中的主要内容之一,为建筑形态方面的研究提供了全新的思路。该文以内蒙古呼和浩特地区和山西祁县的调研资料为基础,以分形几何理论为依据,选取两地具有代表性的传统商肆建筑作为研究对象,运用计盒维数法结合FracLab软件进行计算,对两地商肆的平面、立面和装饰部分的形态特征进行对比分析,发现两地商肆建筑的形态上具有相似性与差异性,探索数据背后造成建筑形态差异的原因,以期为两地商肆建筑的文脉传承和发展提供参考。

广西贺州水岩坝矿田断裂构造分形特征分析

文章基于盒计维数法对水岩坝矿田断裂构造进行了系统的定量分析,结果显示矿田内不同尺度的断裂构造具有良好的自相似性。其中,断层的分维值为1.3475;矿田中部的烂头山矿床节理和手标本微裂隙的平均分维值分别为1.7841和1.3310;在子区分维高次趋势图上,分维高值区总体延伸趋势为北西向,与矿田断层构造总体展布趋势相吻合。平面上,烂头山矿床正常围岩微裂隙、蚀变围岩微裂隙和矿(化)体微裂隙的平均分维值分别为1.2097、1.3310和1.8622,表明矿化程度的高低与其微裂隙分维值的大小成正比;垂向上,烂头山矿床露头节理平均分维值随高程的升高而增大,显示烂头山矿床具有含钨石英脉型的"五层楼"模式特点。此外,水岩坝矿田内已知矿床(点)均位于分维高值区,说明分维值的高低与已知矿床(点)的分布具有耦合性。

分形维数在钢中非金属夹杂物中的应用综述

钢中簇状非金属夹杂物由大量细小、分布均匀的固态夹杂物碰撞聚合而成,并且具有不规则分形的特征,因此,可以采用分形维数对其形貌进行定量描述。为了定量化描述钢中非金属夹杂物的形貌,系统整理了簇状夹杂物的分形维数研究。首先,总结了分形维数的定义、不同分形维数的计算方法、三维分形维数(D3)的测量方法以及三维和二维分形维数之间相互转化的计算模型。其次,分析了影响夹杂物分形维数大小的主要因素,包括夹杂物成分和计算误差。在计盒维数计算方法中,计算误差来源于覆盖盒子最大尺寸的选取,当0.25≤ε/d_(max)≤1(ε为覆盖盒子的尺寸,d_(max)为夹杂物最大直径)时,夹杂物分形维数计算误差较小。最后,总结了分形维数在夹杂物研究上的应用。不规则簇状夹杂物在钢液中的理论上浮速度可以通过分形维数进行计算,且夹杂物的分形维数越大,夹杂物的上浮速度越大。分形维数可以用于簇状夹杂物碰撞聚合形成的聚集体形貌研究。分形理论发展出的有限扩散凝聚模型(DLA模型)可用于钢中夹杂物聚合的模拟研究,结果表明,随着粒子释放点到种子之间距离的减小、粒子尺寸的增加以及种子尺寸的增加,夹杂物聚集度增加,解释了塞棒或水口结瘤的原因。研究结果为深入研究钢中簇状夹杂物的碰撞聚合过程对其从钢液中上浮去除和有效提升钢水的洁净度提供了一定参考。

具有分形结构金属镍的制备

通过仿生、分形与材料制备相结合的途径,以天然分形材料海藻作为基底材料,利用化学沉积和电沉积的方法,制备出具有明显分形结构的金属镍,用计盒维数法计算出其分形维数为1.5～1.6.液氮吸附(BET分析)方法的分析结果表明,该材料具有较大的比表面积.

基于分形学的湍流风谱模型适用性研究

为避免由经验性地选择湍流风谱模型导致特定风电场风速分布规律描述不准确的问题,基于Kaimal、Von Karman、SMOOTH和NWTCUP湍流风谱模型模拟在不同地表粗糙度和湍流强度条件下所建立风场的风速分布规律,通过计盒维数分形方法计算不同风速速度曲线的分形维数,并与某风电场测风塔实测风速数据的分形维数进行比较。结果表明:风速曲线的分形维数均约为1.5,证明风速时域分布具有自相似特征。由于NWTCUP湍流风谱模型基于所选风电场的实测风速数据建立,因此NWTCUP模型在50 m高度和80 m高度处的风速分形维数与实测数据最为接近,表明分形维数可作为选择湍流风谱模型的一个重要定量参数。

一种量化的角度对历史建筑立面评价的探索——以中东铁路沿线火车站站房为例

中东铁路沿线火车站站房的设计是中东铁路沿线建筑的精华所在,也是重要的东北特色的殖民文化的物质载体,其建筑立面的形态等一直有着重要的研究价值,传统对建筑立面的评价主要集中在专家评价等主观性较强的评价手法上,具有一定的局限性。结合几何学科中的分形几何理论,探索一种量化的角度去评价历史建筑立面,拓展了原有的方法,降低主观性,为更全面地分析历史建筑立面及保护历史建筑提供一种研究评价的方法。

喀什高台民居聚落平面的分形几何特征解析

喀什高台民居形成于1000多年前,这个处于严峻气候条件下的密集聚落存在于世界如此之久,引发建筑学界的广泛关注。该文从聚落平面分形特征的视点出发,基于田野调查和统计测绘资料,利用计盒维数法对高台民居聚落平面进行相关计算并解析,阐述其平面空间格局并探讨形成原因。

分形结构金属铜的制备与分析

从仿生的观点出发,选择具有分形结构的叉枝藻(海藻的一种)作为基底材料,经预处理后用化学沉积方法,先在海藻基底上沉积得到一层铜金属,之后再用电沉积方法,使基底表面的金属铜层加厚到一定程度(30～50μm),最后通过烧蚀去除包裹在铜金属中的海藻,从而得到较为纯净的具有分形结构的金属材料。采用计盒维数法计算出该金属材料的分维数(在准二维上)为1.59。

地震波初至波与scholte波的时差提取研究

通过对初至波与scholte波到达时刻提取的方法研究,提出计盒分形维数算法和修正后的平滑伪魏格纳分布时频分析算法分别对初至波和scholte波到达时刻进行提取,两者时差主要应用于水下舰船目标探测研究。在此背景下,通过模拟浅海海底环境进行地震波数据采集,并拾取初至波与scholte波,获取两者时差,从而验证了所提算法的有效性。

基于分形理论的传统村落空间转型分析

借助分形理论模型分析了城镇边缘区传统村落的空间转型形态数值,通过对比分析转型前后兰州张家寺村村落的分形计盒维数值的变化,理性的解释了村落空间形态转型特征与城镇发展形态的关系。结果表明:张家寺村在转型前空间分形维数值为1.590、1.629、1.744,转型后的分形维数值为1.655、1.684、1.687。村庄在转型后的空间形态更加趋于平稳,村落形态分形层级的复杂程度连续性较好,客观的反映了村落形态规划设计的合理性。

张家界市永定城区澧水两岸天际线评价

城市空中的纵向设计在城市规划建设中的关注度与重视度与日俱增。以张家界市永定城区澧水两岸滨水天际线为研究对象,从定性分析和定量分析两个方面对天际线进行综合评价。首先对现状天际线进行构成因素分类和特征分析;其次在视觉影响视角下遴选出具有代表性的天际线,运用分形理论计盒维数法量化澧水两岸滨水天际线和代表性天际线,分别计算得出整体和建筑分维值;然后通过现状评价与分维理论综合评定澧水两岸天际线。研究结果表明:澧水两岸的天际线整体较好,北岸天际线略优于南岸;天际线分维值数均符合宜居中等城市天际线水平。最后从建筑高度与建筑立面两个方面提出了澧水两岸天际线优化建议,以期为永定城区天际线规划、改造以及其他城市天际线营造提供借鉴与参考。