SUBDIVISION建模在室内有机形态的应用研究

通过探索Subdivision建模技术在室内设计中的潜力,提高室内设计有机形态的吸引力和竞争力,并且有效提高设计师在有机形态设计中的效率。通过分析Subdivision建模原理,介绍其在室内运用的可能性、高效性、调节性、仿生性的特点。对其Subdivision建模在室内设计应用中的有机拓扑形态、空间界面软化、泰森多边形应用、渐消面的运用等几点优势展开讨论。结合乐嘉伦敦展厅和BarinSkiResort、Batwings案例,阐述其非线性美学和有机形态,解读其设计特点。进一步分析Subdivision建模的有机形态表达优势与局限性,探讨Subdivision建模在室内设计中的有机结构建模的可行性。探析出Subdivision建模技术能够更好设计具有非线性美学的有机形态,更有助于创造出独特的艺术形式和空间感受。为相关室内空间有机形态的设计提供了创新的设计思路。

基于核密度和Voronoi多边形的农村居民点空间布局优化

随着经济社会的快速发展和城镇化的加快推进,大量农村宅基地闲置或低效利用,加之农村居民点布局零散、基础设施配套不全,严重影响土地利用效率和人民生活水平的提升。本文以甘肃省景泰县喜泉镇为研究对象,在景观格局指数分析的基础上,运用核密度和泰森多边形(Voronoi多边形)分析结果叠加确定农村居民点空间优化类型。结果显示,喜泉镇农村居民点空间布局总体呈现集群分布,但空间分布密度不均匀,空间差异明显,划分出城乡融合型、集聚提升型和一般存续型3种优化类型,并提出差别性的优化策略。研究表明,采用核密度和Voronoi多边形叠置分析,划分出的农村居民点布局优化类型符合实际,这一研究成果可成为新时代村庄发展的模式指引,为更好地开展国土空间规划编制、实施农村居民点整治提供了依据和参考。

2013—2022年横江中下游流域汛期面雨量特征分析

本文利用2013—2022年横江中下游流域昭通段自动气象站汛期4—10月逐日20:00至次日20:00降水资料,采用泰森多边形法计算4个子流域逐日面雨量,并对其时空分布特征进行分析。结果表明:近10年横江中下游汛期降水时空变化特征明显,汛期年面雨量平均值为843.3 mm,降雨主要集中在5—9月,5月开始有强降水发生,8月最多;各个子流域汛期面雨量强降水频次平均值为2.4~5.2次,关河流域最易出现强降水,洒渔河流域最少,除洒渔河流域外,子流域均会出现日面雨量≥60 mm以上强降水,其中白水江流域强降水最大;出现流域性强降水频次为3.4次/a,白水江流域易与洛泽河流域或关河流域同时发生强降水,全流域性强降水的可能性不可忽视。

三种插值方法在降水等值线绘制中的对比分析

为对比不同插值方法在宁夏回族自治区的适用性,基于宁夏及其周边地区77个气象台站1956—2016年平均降水量数据,运用泰森多边形法、距离平均反比法、克里金插值法对降雨量数据进行空间插值和交叉验证,从插值方法的稳健性和准确度出发进行对比分析,得出适用于宁夏回族自治区的插值方法。研究表明:(1)从准确度来看,克里金插值法与观测值走向、位置较为相似;从稳健性来看,克里金插值法MAE平均值为4.43 mm、RMSE平均值为10.36 mm,显著小于泰森多边形法和距离平均反比法。(2)整体来看,克里金插值法更为理想,可以用于宁夏回族自治区降水量空间插值分析。

电动汽车充电站选址优化——以哈尔滨市为例

为解决电动汽车充电站选址布局不合理问题,从城市充电基础设施布局规划视角,采用ArcGIS网络分析法对原有充电站站点进行优化。以哈尔滨市为例,基于道路路网、充电站站点、停车场场点、人口及电动汽车数量等基础数据,运用ArcGIS构建最小化阻抗和最小化设施点模型。对模型输出结果以经营者年综合成本进行量化对比分析,并利用泰森多边形(Voronoi图)对模型结果的充电站选址进行可行性验证。综合对比模型输出结果可得:最小化阻抗模型在原有6个站点的基础上新增5个站点,能够将服务覆盖面积占比由58.87%提升至81.43%;被服务的充电需求点数量占比由75.4%提升至95.8%;同时,优化后的站点布局能够较好地契合Voronoi图,契合度达90%以上。

国家级降水融合产品在山洪模拟中的适用性研究

利用SRTM数字高程DEM模型、土地利用数据,以ArcGIS为平台,以綦江流域为研究对象,基于自动气象站降水数据、多源降水融合产品等5种不同降水数据,采用泰森多边形法计算其逐小时流域面雨量,驱动FloodArea水动力模型,对2021年8月8日16时—9日10时綦江流域出现的一次山洪过程进行山洪淹没模拟,对得到的模拟水深与实测水位进行效果检验。结果表明:1)5种降水数据模拟的淹没水深在5个水文站的相关系数均较高,96%的相关系数达到了0.93,其中AWS、RT和NRT降水数据模拟的淹没深度效果都较好,相关系数最高可达0.9857;2)整体上模拟水位与实测水位的过程变化基本一致,但在峰值上,模拟水位具有1~2 h的滞后性,模拟的洪峰水位略微偏低;3)5种降水数据模拟的山洪过程拟合度较高,确定性系数均达到了0.8715以上,96%的比例达到了0.9215,其中最高为0.9831;4)5种降水数据模拟的山洪可信度较高,纳什效率系数均达到了0.8687以上,96%的比例达到了0.9202,其中最高为0.9817。

3D打印前臂外固定支具的有限元分析与结构优化设计

背景:使用3D打印技术制作适合患者个性化的支具普遍存在,但却缺乏支具对前臂骨折断裂处保护效果的生物力学验证。目的:将逆向建模、有限元分析与拓扑优化等方法相结合,提出一种3D打印制作前臂支具的可行性方法,并通过有限元分析验证支具的有效性。方法:采用逆向建模方法,通过医学图像处理软件Mimics构建1例男性志愿者前臂模型,并利用参数化设计软件Grasshopper对Rodin 4D采集的前臂数据进行处理并建立支具模型。依据前臂生物力学特性对佩戴支具的前臂整体模型进行有限元分析,再根据有限元分析结果对支具进行拓扑优化并作打孔处理,最后用3D打印机将支具打印出来。结果与结论:(1)在100 N的压力载荷下,骨折断裂处应力与位移分别为1.53 MPa和0.27 mm,而前臂在支具保护下断裂处的应力与位移分别下降到0.19 MPa和0.005 mm;(2)在保证支具力学性能前提下对支具进行拓扑优化,通过对比优化后支具的支承刚度结果,选择减少40%体积作为优化结果,再根据优化结果使用Grasshopper插件对支具进行打孔减材处理;(3)通过对比由不同文样镂空设计的支具强度,选择泰森多边形作为打孔文样;(4)提出使用数字化设计与3D打印技术制作的前臂支具具有可行性,实验建立了完整的前臂支具设计、验证及制造系统。

基于FloodArea模型的一次特大暴雨洪涝淹没模拟

利用蒲河流域内所有国家气象站以及区域自动气象站共28站逐小时降水实况、过程降水量、数字高程模型、土地利用、土壤类型等资料,采用FloodArea水动力模型,对2020年6月19日21时—22日20时出现的历史罕见暴雨洪涝过程进行洪水淹没模拟及效果检验。模拟结果表明:(1)全过程模拟水位与实测水位整体拟合度较高,确定性系数DC达93.22%;(2)蒲河上游来水较小,持续性强降水是造成此次洪涝水位偏高的主要原因,模拟显示蒲河流域中上游水位上涨明显,其中石角水文站模拟的最大上涨水位达7.61 m,与实测上涨水位7.14 m较为一致;(3)FloodArea水动力模型能够较准确地反演出蒲河流域暴雨致洪个例的淹没进程,能够直观地反映出淹没范围、淹没深度的空间差异,且淹没深度与逐小时实测水位的确定性系数较高,淹没深度的突增对洪峰的预报预警具有一定的指示意义。

5G网络运维中泰森多边形高价值评估体系的应用探讨

在无线网络运维过程中,基站规划、建设、网络优化等均需要依据小区移动通信信号覆盖、容量等业务指标进行分析优化,而传统的人工分析方式,采用整网式开展,工作量较大且浪费资源,难以做到全局统筹。依据泰森多边形原理,通过建立高价值评估体系进行5G网络规划、建设和运维来提高移动通信网的运营效率,分析网络覆盖来评估基站规划的合理性,探讨网络精准建设与精确优化的具体实现,有效指导网络运营和用户发展。

基于人工智能的电网规划及可研关键技术研究

利用人工智能、大数据、GIS(地理信息系统)等技术,深入结合变电站布点规划、接入方案设计、站点路径规划等电网规划核心业务流程,开展智能规划设计深层次数字化应用。基于研究成果创新建成省域“数字电网”,为电网企业开展智能规划方案设计及预可研业务提供技术支撑。

山地冰川中流线自动提取方法研究

冰川是冰冻圈的重要组成部分,被誉为气候变化的“指示器”和“预警器”。而冰川中流线则是反映冰川几何形态的关键参数之一,是确定冰川长度随时间变化、分析冰川运动速度场和估算冰川体积等的一个重要参量。本文基于泰森多边形法,结合冰川表面地形特征,从形态学角度提出了一种山地冰川中流线自动化快速提取的新方法。本方法根据数字高程模型数据分别以冰川矢量边界线上局部最高点和最低点为起始点和终点,并结合提取冰川中心线的方法提取冰川的中流线。将本方法应用于青藏高原1014条山地冰川中,自动生成了相应的冰川中流线2114条,提取成功率为100%。通过将本文所提方法与Kienholz方法所提取的冰川中流线的平均长度进行比较,发现本文方法和Kienholz方法所提取冰川中流线的平均长度比为0.98,具有很高的一致性。另外,对于不同类型冰川的中流线提取,我们引入了Zhang方法和Kienholz方法与本文方法的提取结果进行了对比,结果表明本方法提取结果覆盖更全。本文所提方法可基于冰川编目数据中的冰川矢量边界线数据和数字高程模型数据,在无人工参与的情况下,实现对冰川中流线的自动化快速提取。

雅安雨量站站网布设优化试验

雨量监测的准确性对天气预报、气候变化、服务决策、防灾减灾等有着重要的影响和意义,而雨量站网布设直接影响雨量监测的准确性。选取四川省雅安市作为研究对象,在现有站网布设的基础上,采用相关性分析,提出基于抽站的站网布设优化方法,并对抽站后的站网布设合理性进行评价。结果表明:(1)雅安雨量站有265站,各站点的控制面积为2.64~510.78 km^(2),邻近站间距离为0.3~12.28 km,邻近站间降水相关系数为0.62~0.993;(2)逐次抽站后,雨量站控制面积和邻近站间距离逐渐增大,邻近站点间降水相关系数逐渐减小;(3)抽站后站网面雨量与原站网面雨量较一致,误差较小,泰森多边形法面雨量变化幅度小于算术平均法;(4)从降水过程来看,各次抽站后,降水落区和各量级降水范围基本一致,站网对降水极值的捕捉能力较好,误差较小,但随着站点数的减少,对于降水形态刻画的精细程度有所下降。

张家口降水量时空变化特征分析

根据河北省张家口各县区1956—2022年各基本雨量站点逐月实测降水量资料,采用线性趋势分析法、累积距平检验法及数理统计等方法对张家口降水量时空变化特征进行分析。首先采用泰森多边形法分别计算各县区逐月平均降水量;其次采用线性趋势分析法、累积距平检验法对张家口降水量时间变化特征进行分析;再采用数理统计方法统计计算各县区逐年平均降水量极值及降水量变差系数等降水量特征值,对张家口降水量空间变化特征进行分析。结果表明:1956—2022年,张家口多年平均降水量呈下降趋势,倾向率为-3.543 mm/10 a,年降水量累积距平曲线大体上可划分成7个阶段,季节降水量变化趋势的叠加结果与年均降水量的变化趋势一致;张家口各县区多年平均降水量在空间分布上整体呈现出西北少东南多的分布规律,表现为两头少中间多的空间分布特征;张家口逐年平均降水量变差系数在空间分布上呈现北部、南部两头较小,中部较大的空间分布规律。

基于泰森多边形的配电网GIS图美化算法

基于对地理信息系统(geographic information system,GIS)图形美观技术的需求,将基于泰森多边形的缓冲区骨架线提取技术应用于配电网GIS图中,提出基于泰森多边形的配电网GIS图美化算法。首先通过缓冲处理把若干条距离相近的馈线合并为一个整体,得到包络缓冲区;再利用泰森多边形,得到该缓冲区的中心线和每段“廊道”所包含的具体馈线段;然后等间隔排列此段廊道内的所有馈线段;再采用“前推后代”法得到整条馈线上、下级线段之间的连接关系;最后将相关配电设备和开关设备接入其所属馈线段,即完成整条馈线的美化。该算法解决了配电网GIS单线图美化的技术难题,使其经程序自动化处理后即可用于配电网地理接线图的规划编制工作。

生活圈理论视角下的村庄布局规划思路与实践

城镇化的快速推进得益于农村剩余劳动力的支持,而伴随着劳动力的大量流失,农村社会经济发展严重滞后,"老龄化"和留守儿童问题突出。在新的背景条件下,村庄布局规划作为指导农村地区发展的重要工具,在方法理论上也需要进行重新认识。既往的村庄布局规划大多是从城镇需求出发,解读村庄布局规划,导致村庄在后续建设推进中出现重重问题。本文摆脱传统的规划视角,以构建满足农村居民需求的生活圈为核心,借助于泰森多边形村庄选址模型与村庄发展潜力评价等成熟的技术手段进行村庄布局规划,提出基于生活圈理论的村庄布局规划方法,并在泗洪县村庄布局规划中进行了应用,取得了较好的效果。

乌梁素海流域近60年气候变化特征研究

为了解乌梁素海流域气候变化特征和趋势,采用气候倾向率法、Mann-Kendall检验法、Morlet小波分析法、经验正交函数(EOF)分析法,对1960—2019年乌梁素海流域16个气象站的平均气温、降水量资料进行了分析研究。结果表明:该流域年平均气温由南向北逐渐降低,在20世纪60年代呈波动下降,之后稳定上升,存在准60 a长期振荡和准32 a中期振荡,主要空间分布为流域一致型;年平均降水量自东向西逐渐减少,年际变化略微上升,降水日数缓慢下降,存在准60 a长期振荡、准32 a中期振荡和10~15 a的短期振荡,主要空间分布为流域一致型,随时间变化表现出正负交叉。

加入地形因素的流域面雨量研究

利用嘉陵江流域的降雨资料,以数字高程模型为出发点,研究影响降水的因素,用DEM数据和有限的降水资料推求无资料地区的降水状况,由此计算流域面雨量。并与算术平均法、泰森多边形法、等雨量线法的计算结果进行对比分析,以此研究基于地形因子相关插补法的面雨量计算方法在嘉陵江流域的适应性,结果表明加入地形因素的流域面雨量计算方法适合此流域的面雨量估算。

泰森多边形与传统四株树法的天然红树林空间结构比较研究

【目的】以漳江口红树林为研究对象,利用泰森多边形和四株树法划分天然红树林林木平面空间分布结构,确定对象木的最邻近竞争木,计算林分空间结构指数,对比分析两种方法的异同,探讨泰森多边形法应用红树林林分空间结构量化的适用性。【方法】设置20 m×20 m样地,每木调查时用钢尺测量横纵坐标,在坐标纸上标记调查木的位置和编号,同时在调查表上记录树种、树高、胸径等林分因子。利用ArcGIS软件,将外业调查的坐标纸上的样木位置图矢量化形成样木点图层,将林分因子调查表导入样木属性表,并由调查木的点位置生成泰森多边形。用VBA编程来计算林分空间结构指数:混交度、大小比数、角尺度。【结果】在福建漳江口红树林国家自然保护区选择样地进行试验,对比分析基于泰森多边形法与传统的四株树法的计算结果,结果表明:1)基于泰森多边形法确定的林分空间结构单元由1株对象木和3~12株竞争木构成,平均值为6株。2)两种方法计算的混交度的相关系数为0.828,大小比数的相关系数为0.881,角尺度的相关系数为0.225。这两种方法计算的混交度和大小比数具有较高的相关性和一致性,而角尺度,两者差异较大。3)基于泰森多边形法与四株树法的不同树种的混交度和大小比数平均值非常接近,混交度最大差0.05,大小比数最大差0.02;角尺度差异较大,最大差值达0.11;泰森多边形法计算的混交度比四株树法的略大一些,而大小比数和角尺度则略小一些。【结论】无论从单株还是从整个调查林分上看,基于泰森多边形法计算的混交度和大小比数与传统四株树法的计算结果差异小,两种方法有较高的相关性和一致性,但其中泰森多边形法与四株树法相比,混交度略大,大小比数略小;而对于角尺度,两种方法的计算结果有较大的差异,并且泰森多边形法的计算结果值小于四株树法。这种差异的根源在于泰森多边形法确定的竞争木数量波动。泰森多边形法通过最邻近原则将平面空间进行划分,不重不漏,对于量化表达林木在空间上的竞争关系具有合理性和有效性,同时外业调查时不需要判断对象木的最邻近竞争木以及距离量算和角度测量,大幅减轻外业调查工作量,适用于天然红树林林分空间结构研究。

泰森多边形小区栅格化处理与网络优化方法

网络运维过程中,无论是基站规划还是基站入网后的优化流程,很多场景需要结合小区的地理信息进行邻区以及涉及复用率参数配置的优化,而传统的人工方式,对于工作量需求较大。采用泰森多边形的方式进行小区的栅格化处理,完成小区与小区之间的层级统计分析,结合现有网络性能数据,完成网络优化。

一种求解区域平均值的权重面积设计及其应用

提要:针对求解物理量在一定区域内的平均值问题,设计了一种权重面积方法。并以求解西北区域年平均降水量、1月份和7月份的平均空中水汽含量为例,将该方法与算术平均法、泰森多边形法、网格插值法进行了对比试验。结果发现该方法在站点较多、但不均匀的大范围区域内计算气象场的平均分布是可行的,其优点是计算量小、受缺测站点影响较小。