3D time-domain regular grid infinite element in elastic foundation

The normal dynamic infinite element in elastic foundation cannot be used in time-domain due to it's inclusive frequency term.A novel 3D regular grid infinite element is constructed to deal with the time-domain problem.This new infinite element method can easily transform the frequency terms of mass matrix and stiffness matrix to the terms in higher-order dynamic equation,thus a higher-order dynamic equilibrium equation is formed.Based on the second-order Wilson-θ dynamic equation,a new time-domain numeric formula of higher-order dynamic equation is deduced,and the time-domain calculation coupling with finite element and infinite element can be realized.The classic 3D fluctuation problem in elastic foundation is employed as an illustrative example to investigate the accuracy and validity of this new infinite element.The result indicates that the new dynamic infinite element has a high accuracy.

基于计算流体动力学方法的两栖飞机规则波中运动特性研究

针对水陆两栖飞机加速起飞运动过程受波浪干扰问题,本文基于Star-CCM+平台数值模拟技术,引入SST k-ε湍流模型求解RANS方程,VOF方法捕捉自由液面,DFBI模块以及重叠网格技术模拟水上飞机六自由度运动,建立了一套波浪中水陆两栖飞机加速滑行起飞运动特性研究方案。以波长和波高为变量,探讨了加速滑行过程中上述变量对水上飞机升沉、纵摇运动响应以及机身重心处垂向加速度的影响规律。结果表明:随着波长增加,飞机升沉运动先增加后缓慢变化,飞机重心垂向加速度、纵摇角加速度和纵摇峰值集中在波长为2~3倍机身长度海况范围内;随着波高增大,飞机升沉、纵摇运动及重心垂向加速度最大值随之增大,且长波中的运动变化量较短波中更大;机翼气动升力数值模拟结果与计算值一致,该方案可用于水陆两栖飞机气动力相关计算。

基于改进DBSCAN的星载激光雷达数据多尺度滤波研究

星载激光雷达数据滤波过程易受复杂背景、粗差点、噪声点等问题的干扰,导致滤波效果大幅度下降,所以研究基于改进DBSCAN的星载激光雷达数据多尺度滤波方法。采用改进DBSCAN算法对星载激光雷达数据做聚类处理,并标记噪声点,通过半球形邻域算法提取点云数据特征。根据提取到的点云数据特征构建规则格网,通过格网的多路径效应剔除点云数据中的粗差点与噪声点,完成星载激光雷达数据多尺度滤波。实验结果表明,所提方法的星载激光雷达数据多尺度滤波误差较低、滤波效果好,实际应用价值较高。

Grid构建算法研究及OpenGL下三维可视化

规则格网(Grid)是数字地面模型(DTM)最常用的表示方法,有着广泛的应用。本文介绍了面绘制的栅格网的自动联结过程,同时在OpenGL开放式三维环境下,进行光照渲染等处理,实现了对电磁资料测量数据的可视化处理,并成功地应用于实际的工程项目,取得了很好的效果。

起伏地形下基于非结构网格模型降维的重力三维密度反演

复杂起伏地形以及剖分方式对重力反演解释具有重要影响.目前重力密度反演研究主要基于直立长方体模型,这显著降低了对起伏地形和复杂地质体的拟合程度,对重力反演解释易产生较大影响.四面体非结构网格能够更加精细地模拟起伏地形及复杂地质体,为此本文研究了起伏地形条件下基于四面体非结构网格剖分的重力三维密度反演.首先基于Delaunay方法将地下区域剖分为四面体非结构网格,引入垂向导数和相关系数两种方法进行模型降维技术从而减小解的空间,通过添加最小长度约束,深度加权约束,物性范围约束构建目标函数,并采用预条件共轭梯度法求解.为了提高反演效率在计算过程引入OpenMP并行算法.并研究了各项约束以及两种模型降维方法在四面体非结构网格正则化反演中的效果.通过不同深度直立长方体模型以及起伏地形下组合模型试验,基于四面体非结构网格的重力密度反演可以清晰地反映异常体位置.将本文提出的方法应用于美国密苏里州东南部的氧化铁矿床,反演结果与已知岩体具有较好的一致性,进一步证明该方法的正确性和有效性.

基于规则网格的复杂断层网络处理与建模

断层建模是三维地质结构建模中的主要过程之一。断层面建模过程中需要根据断层间的空间接触或者切割关系进行几何曲面的裁剪,目前方法利用三角网求交算法进行曲面裁剪,但是该算法处理复杂断层面切割关系时往往不稳定。笔者等提出了基于规则网格的复杂断层网络处理与自动化建模的方法和流程,详细讨论了基于网格化的断层网络模型形式化理论表达、建模流程中的断层网络空间关系构建以及相交裁剪处理算法等核心步骤。利用测试数据和煤矿三维地震构造解释数据进行了验证,表明该方法可以有效处理多条互相切割、主辅关系复杂的断层网络,具有较好的算法稳定性;与SKUA—GOCAD断层建模方法对比,能够减少交互过程,提高断层建模的自动化程度。

虚拟试验场RGR路面模型重构研究

路面模型是虚拟试验场车辆舒适性分析,道路载荷谱分析等必不可少的输入。为了将国内西部某汽车试验场的真实道路转换为路面模型,首先采用PPS激光扫描仪,IMU惯导模块,GNSS基站等设备集成的移动路面扫描系统进行扫描,获得了物理道路的3维扫描点云。然后采用样条曲线拟合道路中心线,并沿中心线构建2维平面栅格点。接着以自然相邻点插值法计算平面栅格点的高程值。最后将3维栅格点云转换为可在多体动力学仿真软件ADAMS中使用的RGR(regular grid road)路面模型。以重构的路面模型为基础,结合FTire轮胎模型,整车多体动力学模型搭建起完整的虚拟试验场仿真系统。为了检验仿真精度,采用带有轮心六分力仪,加速度传感器的路谱采集车进行道路谱载荷采集试验。在大特征破坏路面坑洼路和平稳随机型路面鹅卵石路下,轮心垂向力和轮心垂向加速度等仿真结果与实测数据均吻合良好,表明重构的路面模型及其虚拟试验场具有较好的精度。

基于六边形离散格网模型的月表空间数据表达

针对球面离散格网模型缺少对月表空间数据表达研究方面的情况,在对正多面体离散格网模型特性深入研究的基础上,笔者设计了适用于月球的正二十面体六边形月球离散格网模型,并以月球半径为1737.1 km进行整体剖分,对基础剖分单元六边形孔径为3和4的格网模型进行对比分析,确定出孔径为4的剖分六边形。对实验区进行剖分,层级为14的离散格网能清晰地表达出月球100 m分辨率形态影像数据。

从规则格网DEM自动提取汇水区域及其子区域的方法

从DEM自动提取的汇水区域及其子区域信息对进一步的水文分析有着重要的辅助作用。在经过洼地处理的DEM及得到水流方向矩阵的基础上,本文提出并实现了一种汇水区域及其子区域的提取算法。该算法首先提取整个DEM区域内每条河流的汇水区域,然后按照不同的要求划分子区域。经过试验,与现有的方法相比,该算法在提取效率和结果准确性方面都有明显提高。

虚拟地形场景绘制中的实时LoD算法

本文论述了基于视点的连续 L o D算法在动态虚拟地形场景绘制中的应用。我们通过分析规则格网数字高程模型的规律性 ,推导了 3个与视点相关的判据来动态简化地形 :1图像空间误差 ;2视锥台相交性 ;3节点方向性。实验结果证明 ,该算法在基本保持视觉效果不变的情况下 ,极大地提高了虚拟地形场景的绘制速度。

基于组件GIS的造林小班地形分析的研究——以造林小班坡向为例

该文针对造林规划设计过程中需要用到的地形因子,基于组件式GIS二次开发的原理,运用ESRI公司的嵌入式组件开发工具MapObjects,讨论了规则数字网格高程模型与规则数字网点高程模型的建立过程,在此基础上对造林决策支持系统中立地类型划分、林种规划等所依赖的地形信息进行自动提取,并以小班坡向为例进行分析,提出了造林小班地形特征信息提取的最佳方法———基于统计分布理论的最大特征值法,从而有效地实现了地形信息的自动提取,为造林规划设计服务.

数字高程模型及其数据结构

简要介绍了DTM的提出和应用情况,并对数字地面模型(DTM)、数字高程模型(DEM或DHM)、数字地形模型(DGM)等三个概念进行了论述,说明了它们的区别和联系,详细论述了离散点、不规则三角形、等高线、断面线和规则格网等几种数字高程模型的数据结构,并对不同数据结构的数字地面模型的特征进行了比较。

基于Chunked LOD的实时细节增强地形算法

在研究了Chunked LOD算法的基础上,针对原始数据分辨率不足或视点距离地面非常近时,缺乏增强方案来满足视觉连续性需求这一问题,以规则格网为处理单元,提出了实时增加细节的改进方案。结合并改进了Kobbelt细分算法和分形技术,可以实时地添加富有真实感的高分辨率网格,避免了因过多细节增强引起的计算负荷。根据这一改进进行了实验,实验结果表明,该方法在保持帧速连续的基础上,能实时有效地增加细节,满足逼真视效的需求。

伪谱法分离波动方程弹性波模拟

本文在一阶分离波动方程的基础上,推导出了相应的二阶分离波动方程的简单形式。采用交错网格和常规网格伪谱法,实现了一阶及二阶波动方程波场P波和S波的分离模拟。同时对一阶、二阶波场分离模拟结果,以及分离法与非分离法模拟结果进行了对比研究。结果表明:一阶与二阶伪谱法分离的效果大致相当,一阶分离法在走时拾取上略占优势,但二阶分离法在振幅和子波形态保护及分离彻底性方面优势明显;实际计算中分离法比非分离法更为灵活多变。

基于ADAMS的三维虚拟道路的再现

针对ADAMS仿真软件,提出了三维虚拟道路模型的再现方法和适用于Ftire模型的规则栅格的组合道路的建模方法。利用采集的实际道路不平度的高程数据,结合ADAMS路面文件的编制格式,应用MATLAB语言编写了3D等效容积路面、3D样条道路及组合道路文件,真实的再现了三维虚拟道路。通过对车辆模型在这三种不同道路上的仿真,结果验证了三种道路模型的正确性,表明了组合道路在ADAMS环境中具有良好的可行性。三维虚拟道路的再现为今后道路谱数据库的建立提供了一种行之有效的方法。

多尺度规则网格模型裂缝参数化处理方法

针对多尺度规则网格模型在不同层次细节过渡时易产生几何不连续的问题,分析基于GPU裂缝处理的LOD架构,提出一种参数化处理裂缝的思想,利用曲线函数控制不同LOD过渡时的网格顶点布局,消除因层次细节过渡产生的T型连接,并扩展至消除多跨度LOD裂缝。最后将该裂缝处理方法应用于当前两种常见多尺度规则网格的LOD模型中。通过实验分析表明,本文方法在保证网格平滑过渡的同时,有效地提高了裂缝处理速度。

城市空间信息规则网格与不规则网格的数据转换

对从不规则网格向规则网格进行社会经济信息转换的方法进行了比较和研究,并采用蒙特卡罗和GIS相结合的方法,以人口数据为例,利用土地利用分类信息将以行政区为基础采集的人口数据转换到规则网格中。实验证明,转换后的人口分布数据较好地体现了人口在空间的分布情况,并可根据不同的需要,聚合成不同大小的网格,能较好地满足城市微观建模和宏观社会经济信息统计分析的需要。

基于VTK的三维地层可视化探讨

地层可视化是地质工程中急需解决的一个热点问题.在研究VTK体系结构的基础上,探讨了VTK支持下地层可视化技术,结合Microsoft Visual Studio.NET2005和VTK.Net,采用规则网格三棱柱模型,开发了三维地层可视化系统.研究表明,以VTK为三维可视化工具来进行地层的三维可视化的途径是可行的,在可视化性能以及可视化效果等方面均有较好的效果.

多波束测深数据的抗差Kriging拟合

针对普通Kriging法处理多波束测深数据受异常值影响的问题,推导变异函数样本值的抗差计算公式来消除异常值对变异函数拟合的干扰。利用实测数据对算法进行实现,验证其在精确估计和检测异常方面的优势。进一步采用该算法对数据进行规则格网的构建,将其与人工剔除异常生成的格网比较,获得一致的效果,证明算法在自动检测异常的同时生成高精度海底地形规则格网的可行性。

基于规则网格剖分与变权理论的潘家窑矿煤层底板突水评价研究

以潘家窑矿8#煤层为例,充分考虑了评价区域的水文地质条件存在较大差异性的特点,在煤层底板突水脆弱性评价的基础上对评价区域进行规则网格剖分,通过将评价区域剖分为有限个规则的单元网格,并根据选取主控指标值的属性特点赋予每个单元格不同的属性值,构建了潘家窑矿煤层底板突水评价体系。将变权理论引入煤层底板突水脆弱性预测评价中,应用变权理论确定各评价单元主控指标的权重,最终构建潘家窑矿底板突水危险性评价的分区变权模型,并对研究区域进行评价分区。将分区变权模型下煤层底板脆弱性评价结果与常权模型下的评价结果对比分析,结果表明:变权模型下的评价预测效果更好,评价结果更为合理。