基于计算机模拟模型的林木冠层太阳短波辐射定量分析方法

【目的】定量模拟和刻画林木冠层太阳短波辐射的分布和截获情况,于时空变换下反演太阳短波辐射在不同林木冠层内的辐射通量变化,为林木培育经营和提质增效提供理论依据。【方法】首先,以公共数据集和真实扫描的校园内林木激光点云数据为例,结合设计的机器视觉算法,对林木激光点云进行枝叶分离和单叶分割,并用合适大小的椭圆形和圆柱体几何单元分别拟合每片叶片和骨架,开展林木真实模型重建;其次,运用计算机图形学方法,结合研究地点的经纬度和时刻,模拟太阳入射光线,并引入物理学的双向反射和透射分布函数及蒙特卡洛光线追踪算法,开展反射和透射光线与冠层内叶片的碰撞模拟;最后,根据仪器测量得到的不同树种叶片平均粗糙度和折射率,结合光线追踪算法,实现林木冠层内短波辐射分布计算和木林冠层光截获效率评估。【结果】利用本研究方法计算时空变换下不同树种(芒果、橡胶、紫薇、樱花)4株树冠及一片香樟树林的直射、反射和透射太阳辐射通量,其中直射辐射通量占比约86%、反射辐射通量占比约5%、透射辐射通量占比约9%。叶面积指数高的树冠会拦截更多直射和透射光线;在太阳高度角较小时刻(上午或下午),斜射的太阳光线反射后易与树冠中其他叶片发生二次求交,产生较多反射辐射通量。同时,由于林木的趋光性,中午树冠光线拦截率高于上午和下午10%左右。比对采用本研究方法计算的树冠辐射通量拦截比值和样地手持光电仪器实测结果,绝对误差小于6%。【结论】在测绘科学、计算机图形学及林学多学科视角融合下,本研究基于激光点云重建树木真实表观形态结构,并将蒙特卡洛光线追踪算法与物理学的双向反射和透射分布函数相融合,真实模拟光线在树冠中的传播过程,可准确获取林木冠层内太阳短波辐射分布与树冠辐射通量拦截值,对研究时空变换下林木太阳辐射吸收、光强与树冠形态结构的耦合关联及不同表型参数的林冠辐射传输模型均有重要启示意义。

热处理数学模型与计算机模拟

热处理计算机模拟是热处理智能化的基础。采用三维非线性有限元模型和界面条件突变的处理方法实现了几种复杂形状零件在复杂的淬火操作过程中温度场、相变、应力和应变的模拟 ,模拟结果与实测结果基本相符。将气体渗碳的计算机模拟与计算机控制技术相结合 ,研制成功智能型密封多用炉自动生产线 ,已处理渗碳件 3 0 0 0炉次以上 ,全部合格。计算机模拟技术的应用明显提高渗碳和渗氮零件的承载能力和可靠性 ,减少热处理变形 ,缩短渗碳时间。建议将机械产品的CAD、选材与热处理的CAE和产品可靠性的动力评估技术相结合 。

不同覆盖条件对土壤水热分布影响的计算机模拟Ⅰ——数学模型

本文建立了用于数值解的不同覆盖条件下土壤二维水热运动数学模型。该模型中多孔材料覆盖层(砂砾、秸秆等)被当作传热多孔介质处理,对水分传输的影响被当乍具有一定阻力的阻挡层处理,且将油纸、塑膜及土面增温剂等均视为薄膜类材料。省略了许多假设条件,因而使覆盖效应的研究建立在更加科学的基础上,可以更为深入地了解覆盖层在不同气候条件下对土壤水分蒸发、入渗及地温影响机理和程度。为综合评价和选用农用覆盖材料及其参数提供了手段。

城市火灾蔓延的数学模型和计算机模拟

本文通过对城市布局的简化描述,利用统计数据资料,对辐射和飞火两种蔓延机理进行数学处理,给出了火灾蔓延的动态演变的数学模型,利用日本广岛核爆时积累的数据,在计算机上进行动态模拟试验,得到了一些有价值的结果。

计算机模拟新型精密排种器充种力学数学模型的研究

“内侧充种垂直圆盘精密排种器”是我国的一项科研成果，它独创了敞口复式型孔内侧充种的新形式。本文在系统分析“内侧充种垂直圆盘精密排种器”中种子运动规律的基础上，对种子在充种过程中主要因素的本质联系进行了探讨，建立了多力联合充种力学数学模型。通过力学数学模型的建立和计算机模拟分析，实现了排种器结构参数、型孔尺寸和运动机理参数的优化确定。

支架液压系统的数学模型及计算机模拟

为了分析和研究支架液压系统的动态特性及其对支架动作过程的影响，从支架液压系统的工作状态出发，利用功率键合图法建立了系统的动态模型，设计了模拟程序，并利用该程序对支架液压系统的工作过程及有关特性进行了模拟，所得结论对系统的设计与性能的完善有一定的指导作用，这一研究为支架液压系统的分析、评价和改进提供了一种有效的方法。

海杂波的数学模型及其计算机模拟

该文讨论了某近程雷达系统海面回波干扰的几种典型幅度分布数学模型。这些模型可先离散化，后由计算机产生幅度分布符合要求的离散序列，而其功率谱则用频域取样法，按预定要求设计。文中对序列幅度分布形成、功率谱形成等方法作了详细讨论，并将由此法产生的几种杂波，在某近程雷达引信抗背景干扰试验中，获得了有价值的结果。

羊草草原弃耕地恢复性演替过程的数学模型和计算机模拟

本文在王振堂 (1985 )工作的基础上 ,把羊草的重新侵入看作是一个逐步的过程。以此为基础提出了它的数学模型 ,模型的解析形式 ,并进行了计算机模拟。结果与实验数据十分相符。

基于优化AE数学模型的计算机网络风险检测与评估方法

针对现有网络风险评估方法存在的精度低、偏差大等问题,提出一种基于优化AE数学模型的计算机网络风险检测与评估方法。定义风险项参数并根据风险等级确定评估结果,推导风险项处理条件并确定风险项;结合风险特征提取结果,分别求解风险性检测值与风险性评估值,进而提升计算机网络风险检测与评估的精度。实验结果表明,所提方法可将偶发性风险的传输范围控制在0~5.12×10^(15)bit,有助于合理控制偶发性风险因素,确保网络系统稳定运行。

流量系数数学模型的建立及计算机过程模拟

利用文献数据[1],建立了孔板流量计孔流系数的数学模型,并对该模型进行了验证。证明该模型与实际情况符合非常好,标准误差σ<0.01。同时,使用Visual Basic语言,用该模型对标定流量计的实验过程进行计算机模拟,计算结果令我们非常满意。

筒辊磨粉磨过程数学模型的建立及其计算机模拟

本文利用φ２５０ｍｍ筒辊磨——新型卧式挤压磨进行了分批水泥熟料的层压实验，提出了两个碎裂参数的数学表达式，建立了筒辊磨粉磨过程数学模型，并对筒辊磨产物的粒度分布进行了计算机模拟，模拟结果表明。

人体动作的计算机模拟和人体数学模型

运动生物力学是体育科学的一个重要分支。电子计算机的使用和力学理论的发展使得对体育动作的生物力学研究从纯粹的动作分析发展到了模拟预测的阶段。对人体动作的模拟往往是把人体模拟成多刚体系的模型,根据动力学原理列出运动微分方程组,将摄影、录相或其他手段记录的人体环节的运动学参数输入计算机,求出方程组的数值解。该数值解往往可揭示人体动作的特征和规律。模拟结果可以打印输出。

染色机数学模型及计算机模拟

本文根据纺织物染色工艺过程中所遵循的热量平衡和质量平衡基本关系,提出了纺织物染色过程实现微机数模控制的数学模型,并以国内典型的常温常压式染色机典型温度曲线为例,作了计算机数学模拟研究,获得了染色机升温、降温、保温等过程所需的加冷水量、蒸汽量、排水量随时间的变化关系曲线,为染色机实现微机数模控制提供了理论依据。

轴类件淬火冷却时温度场计算机模拟的数学模型

通过分析导温过程的微分方程和单值性条件 ,给出了圆柱形零件差温淬火冷却过程温度场计算机模拟的数学模型 ,并对其解进行了分析。利用根据此数学模型编制的计算机辅助设计程序 ,计算了15 0mm× 2 2 0mm的 9Cr2Mo钢制试样和12 70mm× 5 6 6 0mm的 5 4CrMnMo支承辊的冷却过程 。

高梯度磁选数学模型及计算机模拟的研究(Ⅰ)

利用物料守恒方程、捕集速率方程和夹杂速率方程建立了高梯度磁选过程的非线性动态模型，通过捕集速率和夹杂参数把重要的给料特性和操作变量的作用包括在模型中．

基于计算机模拟应用的数学实验研究

该文聚焦基于计算机模拟应用的数学实验研究,通过深入探讨计算机模拟与数据驱动、数学模型与计算机模拟、数据同化技术以及数据生成模型的优化等关键领域,展现了计算机模拟与数学建模的相互交融。其中,数据同化技术在提高数学模型还原能力方面发挥了重要作用,通过将实测数据与模拟数据融合,优化模型参数,实现了对真实系统更精准的描述。另一方面,数据生成模型的优化则通过引入生成对抗网络等技术,提高了计算机模拟生成的合成数据的逼真度,为数学模型提供更具代表性的输入,推动了模型的性能提升。这一研究突显了计算机模拟在数学实验研究中的应用价值,为科学研究和工程应用提供了新的思路和方法。

撑竿跳高计算机模拟数学模型

基于有些生物力学专家对撑竿跳高作的计算机模拟实验结果,存在着不能确定运动员为了完成模拟动作,各关节中应该提供的肌力矩等不足,本文提出将撑竿处理为以铰链连接并在铰链中具有扭力弹簧的多体竿件,这样,根据方程的推导,就可得到人体各关节中斯应提供的肌肉力矩。

河口数学模型与计算机模拟

河口的水力学特性是非常复杂的,它既受到潮汐、地球自转、风和密度等因素的作用,也受到底部磨擦和河口形状等因素的影响。潮汐作用是河口与河流区别的主要标志。潮汐作用在河口中产生两个相互矛盾的结果.由于潮汐,大量的海水倒灌入河口,这样也就把大量的溶解氧带入河口。

体操动作的计算机模拟和人体数学模型

对体操运动员进行计算机模拟是运动生物力学的重要内容之一。利用对运动过程的高速电影记录所提供的运动员肢体的动作规律,可以在计算机上重视运动员的动作。根据反复实践及经验归纳总结出的为完成某种动作人体肢体所能实现的动作过程。