海量多文件存储模式的CNSDTF-DEM数据转换方法研究

区域高精度CNSDTF-DEM数据的多文件存储模式方便了数据的管理与共享,增加了数据使用的灵活性,但同时也增加了DEM数据使用时数据转换与合并的开销.针对西南某地区应用多文件模式存储的海量CNSDTF-DEM数据作为水库塌岸预测与评价时所带来的格式转换与数据合并的问题展开研究,分析CNSDTFDEM数据与USGS-DEM数据的存储结构,采用C#程序设计语言实现了海量CNSDTF-DEM数据向USGSDEM数据的自动批量转换,并在ArcGIS软件平台下采用VBA宏语言将USGS-DEM数据批量转换为可直接读取的img格式的数据,为区域高分辨率DEM数据的应用提供了便利.

基于DEM-MBD耦合的马铃薯排种性能提升研究

针对播种所用的切块薯形状不规则、流动性差,导致充种困难、排种效果差等问题,在测定切块薯物料特性的基础上,对种勺取种过程进行仿真分析,阐明了加设偏心抬种装置可提高排种性能的机理。通过DEM-MBD耦合单因素仿真试验,分析播种转速、种层高度、偏心抬种装置转速的改变对排种性能的影响;在此基础上,以播种转速、种层高度、偏心抬种装置转速为试验因素,以排种器的合格指数、重种指数、漏种指数为试验指标,进行了二次回归正交旋转组合的台架试验,建立了3个指标的回归模型,并利用模型对排种器的工作参数进行了优化。试验结果表明:当播种速度为1.986 km/h、偏心抬种装置转速为41.91 r/min、种层高度为177.549 mm时排种性能达到最佳,合格指数为91.21%,漏种指数为2.02%,重种指数为6.76%,满足马铃薯种植要求。

基于CFD-DEM方法的煤气化渣气流分级提炭模拟研究

【目的】煤气化渣提炭分质是实现其减量化、无害化、资源化利用的重要手段,气流分级法因其能够高效处理细粒级物料且无废水、废气排放而具有独特优势。【方法】基于CFD-DEM模拟,研究卧式涡轮气流分级机内气固流动状况,探明进气方向和涡轮转向的匹配关系,明确炭颗粒和灰颗粒的流动机制。优化涡轮气流分级机中进气口方向,预测入口气速和涡轮转速对气化细渣气流分级提炭效率的影响。【结果】结果表明:涡轮气流分级机的进气方向对流场分布和气化细渣提炭效率有显著影响。切向进气口易导致在分级区和淘洗区产生相互干扰的次级漩涡,影响气化渣炭和灰颗粒分离效率。优化切向进气为垂直向上后,避免了淘洗区和分级区相互干扰,消除了涡轮和叶片之间次级漩涡,改善并稳定了分级区内的流场,提高了气化细渣提炭效率。在优化后的涡轮气流分级机中,通过匹配入口气速与涡轮转速,富炭渣产品中的炭含量可达80.95%,炭回收率可达59.83%。

基于CFD-DEM的种子联合收获机气流清种仿真分析

针对现有种子联合收获机在收获后籽粒输运搅龙、杂余搅龙和卸粮搅龙处会残留种子的问题,在上述部位添加了清种气流,并分析在这些机构内使用气流清理残留种粒的可行性。从螺旋搅龙转速和清种入口气流速度这两个因素对清种效果的影响进行研究,开展卸粮搅龙机构内气固两相流的数值仿真,并基于计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)进行耦合求解,获得了清种过程中气相与颗粒相的速度分布及运动轨迹。结果表明:螺旋搅龙的运动状态对清种气流的通过性有显著影响;当螺旋搅龙处在高转速状态时,清种气流衰减速度较快,此状态下难以有效地利用气流进行清种;气流速度对清种效果影响显著,余种数量和清种所用时间随气流速度升高而降低,但当气流速度过快时会使种子撞击在螺旋搅龙叶片上产生反流和飞溅现象,从而影响清种效果。仿真表明,最优清种气流速度为50 m/s。

融合生成对抗网络与SRTM的ASTER GDEM数据重建

航拍死角、匹配偏差、点位不足、云雾遮盖等易使数字高程模型(DEM)存在数据异常。鉴于光学立体摄影测量获得的ASTER GDEM受天气因素影响大,雷达测量得到的SRTM DEM受地形起伏因素影响大,为提高ASTER GDEM数据的质量,该文构建一种多源多尺度残差连接门控卷积生成对抗网络(Multi-Source and Multi-Scale Residual-Connected Gated Convolutional Generative Adversarial Network, MSSRGC-GAN),利用SRTM DEM数据辅助重建ASTER GDEM中异常数据,并以实验区范围内多组不同地貌的ASTER GDEM样本数据重建为例,对模型进行定量评价。结果显示:重建数据RRMSE小于0.06,R~2大于0.9,PSNR大于60,SSIM在0.999 5以上,优于反距离插值法和SRTM镶嵌法等传统方法以及无门控卷积模型和无空洞卷积模型等深度学习方法。

基于倾斜三维模型与机载LiDAR点云的DEM快速更新

随着倾斜摄影技术的发展和实景三维建设的不断推进,地形级实景三维地理场景对DEM现势性要求日益提高。为了解决传统方法更新DEM成本高、工作量大的问题,本文提出了利用倾斜三维模型成果转换点云,融合两期DSM和DOM进行变化检测,替换已有机载LiDAR点云,快速更新DEM的方法,并通过项目验证了该方法的可行性,极大地节约了生产成本,为DEM更新提供了思路。

利用星载激光雷达数据校正森林区DEM误差

在植被区,通过光学遥感或InSAR技术生产的DEM产品不能反映真实林下地形高度。森林区DEM误差主要是植被高引起的系统偏差,植被覆盖度和地形是森林区DEM的主要误差来源。新一代星载激光雷达可以提供大量高精度林下地形控制点产品,为森林区DEM误差的纠正提供了新的契机。鉴于此,文章提出基于机器学习框架下顾及植被覆盖及地形因素的林区DEM误差校正方法。首先,获取高精度星载激光雷达地形控制点与DEM的地形残差;其次,利用光学遥感数据、SAR遥感数据及DEM产品数据计算与植被覆盖和地形有关的特征参数;最后,联合这些特征参数与获取的地形残差点分别建立不同类型DEM产品误差校正模型。选取位于美国田纳西州和北卡罗来纳州交界处的山地林区作为本研究的实验区。研究结果表明,相对原始DEM,校正高程误差后的DEM精度提升超过40%,有效校正了林区DEM误差。

流场涡旋中颗粒碰撞黏附机制的CFD-DEM(XDLVO)模拟

混凝装备中流场的涡旋特征是影响煤泥水等微细颗粒絮凝效果的关键因素之一。为解析流场涡旋影响颗粒混凝碰撞与黏附机制,以圆柱绕流产生的涡街为代表性涡旋流场,采用CFD方法模拟了流速和圆柱直径对流场涡旋强度和尺度的影响;引入XDLVO理论辅助描述离散元方法中颗粒间的相互作用力,对粒径为25~100μm颗粒在上述流场中的碰撞与黏附过程进行CFD-DEM模拟,并试验验证。结果表明,在流速0.06~0.12 m/s、圆柱直径2~6 mm、雷诺数为120~720条件下,圆柱绕流场中的涡旋半径(r)与圆柱直径(D)的关系近似为r=0.133 3D+0.421 4,与流速无显著相关性;涡旋中心的最大涡量与流速成正比,涡旋强度与圆柱直径的2次方正相关。CFD-DEM(XDLVO)模拟方法获得的黏附聚集体的特征参数与试验结果吻合较好,说明其可较准确地描述圆柱绕流场中颗粒的碰撞与黏附过程。对流场涡旋分布特征和聚集体在流场分区中分布特征的分析表明,流场中的涡旋通过惯性离心力使颗粒远离涡旋中心向涡旋周边的黏性剪切区富集,在改变颗粒运动方向的同时,增加了颗粒在黏性区的局部浓度,从而提高了颗粒的碰撞概率,有效促进了颗粒的黏附并大。当涡旋尺度为物料粒径的10倍左右时最有利于颗粒的碰撞黏附,因此可根据应用场景的物料粒度来优化设计绕流圆柱直径,使其达到最好的黏附效果。

多源参考数据下的边坡DEM提取与精度分析

参考DEM是InSAR DEM提取精度分析中不可或缺的重要数据。考虑到当前可供使用的DEM数据层出不穷,如何选择可靠的参考DEM以解决不同地形DEM提取精度的需求,是DEM提取中一个亟待解决的问题。本文分别选择12.5 m的ALOS DEM、30 m的STRM DEM、90 m的STRM DEM作为参考DEM,依据2020年两景Sentinel-1A影像对德兴市部分地区边坡进行DEM数据提取,利用InSAR技术提取实验区的S1ADEM数据,并以ASTGTM DEM数据为参考,使用检测点法随机选择约300个检测点,选择相应的评价指标,分别对不同参考DEM下提取得到的S1ADEM进行精度检验。研究结果显示,使用12.5 m分辨率的ALOS DEM作为外部DEM,提取得到的S1ADEM精度更高,其在实验区A的RMSE为9.412 m,使用90 m的STRM DEM,提取得到的S1ADEM精度更低,其在实验区A的RMSE为10.293m。该实验为不同地形提取DEM提供了指导,能够帮助学者们在进行InSAR实验时更好地选择参考DEM,研究成果可为边坡灾害及预警提供重要的技术支持。

矿区沉陷DEM多重滤波方法研究

针对传统地表移动监测方法周期较长、工作量大的问题,通过无人机LiDAR和点云滤波获取地面点云,并构建沉陷DEM,实现地表沉陷监测的方法具有快速、高效的优势;由于现有点云滤波和插值算法构建的沉陷DEM模型仍会包含噪声,限制了该技术在矿区的普及,因此,进一步研究了沉陷DEM噪声的去除方法,对比分析了多重滤波与经典滤波方法。实验分析结果表明:在几种去噪方法中,中值滤波组合维纳滤波的去噪效果最好,保留了下沉盆地的细节特征,能够满足矿区地表形变监测的基本要求。

基于CFD-DEM的流-固耦合数值建模方法研究进展

随着土体渗流侵蚀研究的逐渐深入,对土颗粒流失和变形破坏机理的研究方法呈现出多尺度的特点。其中,计算流体力学-离散元耦合方法(CFD-DEM)为在细观尺度上研究流-固耦合相互作用对土体宏观力学特性的影响提供了一种行之有效的方法。针对CFD-DEM耦合方法在岩土工程领域应用现状,本文系统总结现有流-固耦合计算方法的优缺点,重点论述CFD-DEM耦合方法的建模策略,包括固相颗粒形状建模与粒间接触模型、流体相控制方程及参数计算方法,以及CFD-DEM耦合计算,并就相关问题进行深入探讨,最后提出了CFD-DEM耦合方法未来的发展方向。

基于CFD-DEM的物料转运过程诱导风流场与产尘因素分析

为了揭示颗粒物料在皮带机转运过程中的粉尘运移规律问题,推导了含有水平初速度的颗粒物料转运过程中的诱导气流方程,并采用CFD-DEM耦合方法对转运过程中的颗粒分布与诱导风流场特性进行了研究,分析了颗粒物料的落料高度、质量流量和初速度对颗粒逸散与诱导气流的影响。结果表明:颗粒在弧形下落阶段速度逐渐提高,挤压碰撞阶段颗粒速度先降低后提高,最后趋于稳定,部分颗粒出现逸散现象;含尘气流在颗粒物料弧形下落阶段和挤压碰撞阶段扩散较为明显;诱导气流速度与颗粒物料质量流量和初始速度呈正比关系,颗粒物料质量流量与诱导气流速度呈幂函数关系,拟合曲线幂指数为0.6~0.74。

基于DEM-MBD耦合的液压挖掘机动力学仿真分析

在实际工况下,液压挖掘机工作装置受到的载荷较大且具有强时变性,因此工作装置各组成杆件及液压缸较易出现各种形式的失效。针对以上问题,选取某型号液压挖掘机作为研究对象,根据液压挖掘机工作装置实际挖掘物料工况,利用多体动力学软件ADAMS建立液压挖掘机虚拟样机模型并利用离散元软件EDEM建立物料模型。通过DEM-MBD耦合仿真分析方法,对液压挖掘机工作装置进行动力学仿真分析,主要获取挖掘物料过程中铲斗受力变化曲线、不同时刻铲斗受力云图,通过对其分析,能够获取铲斗在挖掘作业过程中受力变化情况,为铲斗的有限元分析、优化设计提供理论依据。

基于DEM的陕西省中小流域设计洪水软件开发

为规范和高效简捷地计算暴雨推求设计洪水,避免烦琐的查表和手工计算,针对陕西省中小流域设计洪水软件的空白,研发了基于DEM(Digital Elevation Model)的暴雨推求设计洪水的软件。该软件利用不同历时的点暴雨均值和变差系数等值线图生成DEM数据源,点选可自动获取工程所在位置的所有参数。采用推导的数值解法对产流过程和汇流过程进行程序开发,实现了陕西省无资料地区中小流域设计洪水计算的可视化高效计算和快捷规范的输出,显著提高了计算精度和工作效率。该软件算法和开发方法可推广应用于全国其他省市中小流域无资料地区设计洪水的计算。

一种DEM辅助下的LiDAR点云PTD滤波改进算法

针对传统渐进加密不规则三角网(PTD)滤波算法在复杂地形环境下需要反复调试地面点判断参数才能获得较好结果的局限性,以往期DEM数据提取的地形高程和地形梯度为辅助,改进PTD中初始地面种子点的选取方法,优化地面点判断参数,并对往期DEM数据和现势LiDAR点云数据之间的地形变化进行检测和处理,适用于不同坡度地形条件的复杂地形,滤波效果较好。对比分析实验数据精度可知,该算法能有效降低I类与II类误差,且样本分类精度均在90%以上,说明DEM辅助可切实提高PTD滤波算法的精度。

Dem与轴率比预测3-14岁儿童屈光状态效率的比较

目的:研究Dem、轴率比与3-14岁儿童屈光状态的关系,比较Dem、轴率比预测近视的效率,探寻定量预测儿童屈光状态更为有效的方法。方法:横断面研究。收集2021-03/2022-12就诊于西安市第一医院眼科门诊的3-14岁儿童共519例519眼(均取右眼数据)。于睫状肌麻痹验光前采集眼球生物测量数据,记录眼轴长度(AL)、角膜曲率(K值)、Dem、睫状肌麻痹后等效球镜度数(SER)等,SER≤-0.50 D判断为近视。结果:3-14岁儿童SER与Dem呈正相关(r=0.88,P<0.01),与AL/CR比值呈负相关(r=-0.87,P<0.01)。Dem、AL/CR截点分别为20.40 D、3.02,当Dem≤20.40 D或AL/CR≥3.02时可判断为近视。Dem每减小1 D,SER减小0.57 D,AL/CR每增加0.06,SER减小1.00 D。ROC曲线下面积(AUC)Dem(0.958)>AL/CR(0.940)。结论:3-14岁儿童SER与Dem呈正相关,与AL/CR呈负相关,预判近视的效率Dem优于AL/CR。眼球生物测量仪可直接提供Dem,且Dem与SER量效关系更便于计算,用于预测儿童SER更为便捷。

基于DEM的无人驾驶拖拉机前馈稳速控制

针对农田坡度变化影响无人驾驶农机行驶速度稳定性,进而降低播种均匀性和肥药施用精度等问题,该研究设计了一种基于农田数字高程模型(digital elevation model,DEM)和前馈控制策略的拖拉机稳速控制方法。首先建立坡地干扰补偿模型,基于拖拉机实时位置从农田DEM中提取前方作业路径的坡度信息,计算拖拉机前方目标速度补偿量,实现拖拉机行驶的稳速控制。以DF1204无级变速拖拉机为试验平台,在中国农业大学烟台研究院开展3组不同目标速度的上坡、平地和下坡行驶对比试验。试验结果表明,拖拉机以目标速度4、6和8 km/h行驶时,上坡行驶的实测速度均值分别为4.03、5.94和7.85 km/h,平地行驶的实测速度均值分别为4.04、6.02和8.03 km/h,下坡行驶的实测速度均值分别为4.00、6.10和8.19 km/h,与对照组相比,在上坡、平地和下坡行驶时的速度均方根误差平均分别降低了46.63%、21.92%和37.15%,试验组上坡和下坡行驶的实测速度均值更接近目标速度。所提方法可有效提高无人驾驶拖拉机在起伏农田的稳速控制精度,有助于提高农机作业质量。

城市内涝模型的地表DEM处理方法研究

城市地表特征的正确表达,尤其是地表微地形结构的正确处理是影响内涝模型准确性的主要因素.为了实现高精度的城市内涝模拟,以传统地形测绘数据为基础,对城市地表DEM标准处理方法进行了研究.研究内容包括地表伪洼蓄点的修正处理方法、城市道路地形的处理方法和建筑物高度修正处理方法,并通过实例研究说明了方法应用的流程和效果.研究通过ArcGIS水文分析模块实现了洼地区域的识别和修正;通过不同类型建筑物离地高度的DEM修正,实现了建筑物影响下的周边水流运动过程模拟;通过道路地形的拟合加密,有效解决现有道路测绘高程数据不足的问题,实现了轮廓清晰、路面平滑的道路地形构建.通过案例研究表明,地形处理对模型计算结果将造成较大影响,案例区域不同降雨情景,地形处理前后的积水深度数值偏差达到10.5%~63.3%,深度差值为0.14~0.38 m.

基于DEM的旋转给料器叶片磨损特性研究

为探究旋转给料器工作时,颗粒在给料器内流动对给料器的磨损特性,使用SoildWorks软件构建旋转给料器叶片结构,借助EDEM软件对仿真模型进行离散建模分析,分别研究旋转给料器不同转速、不同叶片数下给料器叶片磨损情况,得出给料器叶片数相同,叶片转速为230 r/min、267 r/min与305 r/min时,随着叶片转速的增加,磨损量反而减小。当转速都为230 r/min,叶片数量为4、6和8时,6叶片的情况下给料器叶片的磨损程度最小。综合得出的结果,给料器可以设计成叶片数量为6、额定转速为305 r/min,这样对叶片的磨损程度不大,可以提高给料器的使用寿命。

基于DEM-FEM耦合方法的碎屑流对桥墩最大冲击力的影响因素研究

碎屑流是我国山区最危险的地质灾害之一,山区桥墩常受到碎屑流冲击而开裂、倾斜甚至倒塌,给山区桥梁建设、运营带来严重的安全隐患。采用离散元方法(discrete element method,DEM)和有限元方法(finite element method,FEM)耦合的三维数值模拟方法模拟了碎屑流对双柱式桥墩的冲击效应,并结合斜槽试验,验证了耦合方法的准确性,进一步分析了碎屑流冲击坡度、距离和体积密度对桥墩冲击力的影响规律。结果表明,最大冲击力与碎屑流冲击坡度、距离和体积密度分别呈幂函数(指数大于1)、幂函数(指数小于1)和线性正相关。冲击坡度、距离和体积密度对最大冲击力的敏感度值分别为3.012、0.202、0.804,在桥梁碎屑流灾害防治时需重视冲击坡度和体积密度的影响。将冲击力的数值模拟值与流体动力学模型预测值对比分析表明,流体动力学模型理论公式能较好地预测桥墩所受的最大冲击力,最大预测误差低于23.6%。相关研究结果可为山区桥梁碎屑流灾害防治与设计提供一定的参考依据。