一种基于道路网分层的最短路径算法

D ijkstra算法是求解最短路径的经典算法,A*是目前最流行的启发式搜索算法,分析了这两种算法的搜索空间和时间复杂度。在此基础上,提出了一种基于道路网分层最短路径算法。实验证明:该算法是一种效率好、实用性强的最短路径算法。     

基于ArcGISServer的城市道路最短路径分析方法研究

ArcGIS Server是构建企业级分布式的GIS应用开发平台,基于ArcGIS Server这个开发平台,对实现城市道路最短路径的道路数据的组织、相关技术和方法作了初步的研究,并构建了试验环境,初步实现了B/S网络模式下城市道路最短路径的分析。     

改进的最短路径搜索A*算法的高效实现

在交通领域中,对最短路径搜索问题的效率和应用研究较多,尤其最短路径搜索算法的效率是人们普遍关注的重点。在A 算法的基础上,进一步改进其启发搜索策略,提出了改进的A 算法,极大地减小了算法搜索的规模,提高了算法的效率,实验结果显示了本文提出的搜索策略的合理性和有效性。     

基于改进量子粒子群算法的AUV路径规划研究

针对海洋环境下自主水下机器人（AUV）的路径规划问题,提出了一种基于框架四叉树的改进量子粒子群算法（QPSO）,首先使用框架四叉树的方法对障碍物建模,该方法提高了建模的精度且对后续算法的效率也有极大的改进,之后设计改进的量子粒子群算法,并且结合水下环境的特殊性设计适应度函数,综合考虑航线路径长度、偏转角度以及海流影响,使得算法可以在水下环境中寻得能耗最短的解路径。最后通过仿真试验验证,相比于传统的栅格法和粒子群算法,改进量子粒子群算法的运算时间更短,收敛速度更快,其独特的适应度函数可以使AUV能更好适应水下多变的环境,且能利用海流设计能耗更小的路径,具有很大的实用价值。     

基于A星算法的无人机路径规划优化模型研究

在分析传统无人机路径规划方法应用局限的基础上,针对传统A星算法启发函数单一、拐点冗余,以及效率不够高等系列问题,以虚拟城市地理环境为研究背景,通过提出面向起讫节点方位角的A星算法加速优化、启发式搜索中动态加权重构评价函数的A星算法加速优化和顾及Floyd算法插点策略的A星算法路径优化等层次递进的算法优化策略,解决了对A星算法搜索方向的量化约束、搜索权重数值的优化重构及冗余拐点的插点删除等技术问题,实现了改进后的A星算法运行效率的显著提高及最短路径判定准确性的明显提升。     

多智能体最短编队距离问题及优化算法

研究多智能体的编队控制,提出一类多智能体编队相关的新问题-最短编队距离问题。问题针对编队过程中多智能体的行程,旨在寻找一类可行算法使所有智能体的行程和最短。本文分析问题产生的实际背景,提出最短编队距离问题的数学模型,并针对此类问题提出一种基于递归思想的算法。该算法通过遍历问题中的所有可能解集,通过逐一比较得到最优解。最后通过仿真示例结果验证了该算法的可行性。     

无人水面航行器全局路径规划方法研究

针对无人水面航行器(unmanned surface vehicle,USV)的路径规划问题,提出了基于粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)和费马螺旋曲线(Fermat’s spiral,FS)的全局路径规划算法。首先,采用PSO全局路径规划算法,搜索航路点序列并将其顺序连接,以获得可行、最短且绝对安全的折线路径。其次,利用FS曲率可从零变化且连续的特点,设计FS光顺折线路径策略,使得所规划路径的方位和曲率均为连续函数,进而可应用于精确的路径跟踪等运动控制中。考虑到USV的机动性能限制,在FS过渡曲线设计中加入了最小回转半径约束。仿真结果表明,本文所提方法能够生成一条满足USV自身机动性能限制,且方位和曲率均为连续函数的可行光滑路径,从而能够使得USV实现真正意义上的完全自主航行。     

基于无向图Floyd加速模型的海图抽选方法研究

为解决传统海图抽选存在的主观性高和抽选效率低的问题,尝试将图论中的Floyd算法应用到海图抽选问题中,通过在无向图多路径数据结构中对Floyd算法进行加速改进,提出了一种基于无向图Floyd加速模型的海图抽选方法。该方法通过对网络图及算法进行优化,实现了抽选海图航路覆盖范围的最大化和抽选海图数量的最小化,并将时间复杂度降至O(1/2(n)(n-1)~2);通过利用基于等价点数组的最短路径集算法,实现了同等海图数量前提下的不同海图选取方案。最后通过实验验证了上述模型在海图选取中的可行性和优越性。     

水下搜救中基于先验信息的AUV区域覆盖路径规划

搭载侧扫声呐(side-scan sonar,SSS)的自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV) 执行大规模海上搜救(search and rescue,SAR)任务时通常采用区域覆盖路径规划(coverage path planning, CPP)技术。由于任务失败的可能性很大,因此实现完全覆盖的同时,优先搜索目标可能存在的区域并提高侧扫声呐的数据质量十分必要。针对以上问题,提出了一种面向操作的全覆盖路径规划方法 SAS-A*,通过生成全覆盖路径,有效提高目标可能存在区域的覆盖速度和声呐数据的质量。该方法基于救援专家预测的目标位置和轨迹,采用二维高斯分布建立目标存在的概率模型,作为路径规划的先验信息。提出的 SAS-A*算法将下一个路径点选择策略转化为多目标决策问题,采用加权度量法来进行多目标优化,使 AUV 以更短路程、更少的转弯优先搜索目标可能出现的区域。仿真结果表明：SAR- A*路径规划方法适用于大规模搜救任务,可快速提高目标的搜索概率。     

珠江口地区台风风暴潮的数值模拟试验

本文选取了3个珠江口对造成严重风暴潮灾害的南海西北向路径的台风作为个例,利用国家海洋环境预报中心建立的业务化的台风风暴潮模式进行风暴潮后报检验.将结果与珠江口地区三个验潮站实际观测资料进行对比发现:模式的后报效果比较理想,对业务预报中最为关心的最大风暴增水值模拟较好,说明该模式对模拟这类型路径台风引起的风暴增水有较好的预报适用性.并且进一步发现:强度越大的台风,增水峰值模拟效果越好;该地区各验潮站的最大增水通常发生在台风中心距离验潮站最短的几个小时内.     

孟加拉湾海域背景流–中尺度涡–高频扰动之间的相互作用

基于一套涡分辨模式数据,本文利用一种新的泛函工具—多尺度子空间变换—将孟加拉湾（BOB）海域的环流系统分解到背景流（>96 d）、中尺度（24～96 d）和高频尺度（<24 d）3个子空间,并用正则传输理论探讨了3个尺度子空间之间内在的非线性相互作用。结果表明,BOB西北部边界和斯里兰卡岛东部是BOB海域多尺度相互作用最显著的区域,中部则较弱。前两个区域的背景流大多正压、斜压不稳定,动能和有效位能正则传输主要表现为正向级串;后者则以逆尺度动能级串为主。具体来说,在BOB西北部与斯里兰卡东部,中尺度涡动能（EKE）主要来源于正压能量路径（即背景流动能向EKE传输）,其次来源于斜压能量路径（即背景流有效位能向中尺度有效位能传输,并进一步转换为EKE）。通过这两个能量路径得到的EKE向更高频的扰动传输能量,起到了耗散中尺度涡的作用。不同于此二者,BOB中部海域的EKE和高频尺度动能主要通过斜压路径获得,随后通过逆尺度级串将动能返还给背景流。苏门答腊岛的西北部也是中尺度和高频尺度扰动较强的海域,正压能量路径和斜压能量路径均是该海域扰动能的来源,但以斜压能量路径为主。     

南海和西北太平洋的台风异常路径

南海和西北太平洋是全球热带海洋中台风活动最频繁的海域。台风活动的情况,特别是台风异常路径的出现,是广大海洋学家、气象工作者和交通运输、资源开发等业务部门极为重视的问题。已往虽有过不少论述,但对异常台风路径作全面性气候统计分析的尚不多见。 本文应用1949—1981年共33年资料,对5—25°N,105—135°E范围内5—11月出现的台风路径(以异常路径为重点)作了普查统计分析。其中台风路径资料取自中央气象     

苏北浒苔生长期运移路径及温盐环境的数值模拟

基于已验证的有限体积海岸海洋模型(FVCOM)和拉格朗日粒子离线追踪模块,模拟了潮、风、环流、温盐、波等外界强迫不同组合下苏北海域水面粒子的5种运移路径,通过实际漂流瓶轨迹验证,并进行路径间的差异与对应单强迫流场对比研究,探讨发端于苏北的浒苔运移路径及其影响因素。结果表明:浒苔运移路径先沿着苏北沿岸向北运移至废黄河口附近海域,之后向东北方向偏转继续运移,一直到山东半岛南部海域;影响苏北浒苔运移路径的外界强迫主要是风,其次是温盐、波浪、环流,潮流可以引起浒苔在局地的旋转往复运动,不能使其向北远距离漂移。漂流期间,苏北沿岸海域表层温度为18～24℃、盐度为28～31,温盐条件在浒苔最宜生长条件范围,是浒苔能边漂移边大面积暴发的原因之一。     

基于拉格朗日方法对黑潮路径的数值模拟

利用ROMS模式和拉格朗日方法,研究了完整的黑潮路径及其特点。首先通过比较拉格朗日粒子的概率分布与HYCOM再分析资料和OSCAR海流反演产品统计的流场结构,验证了拉格朗日方法对黑潮路径的模拟效果。在此基础上,通过分析拉格朗日粒子的轨迹研究了黑潮路径的主要特征,发现黑潮入侵东海大陆架主要包括台湾东海岸北向路径、菲律宾离岸气旋式环流路径以及南海-台湾海峡北向路径3条主要路径,同时得到了黑潮路径主要通道上的净流量分布。     

广东大陆沿海台风潮的一些特点及预报

本文分析了广东大陆沿海台风潮的一些特点:最大增水值与最大潮差的规律相似;西行和西北行的台风路径是产生灭害性台风潮的主要路径;最大增水值的出现时间从东向西滞后。 用最大增水值,台风路径和台风登陆地点资料建立汕尾、黄冲、南渡站的台风潮预报图,其精度是好的。     

GMS云图结合天气图在奇异路径台风研究中的应用——8616号台风的分析

奇异路径的台风是最为复杂、最难以预报的天气形势,特别是8616号台风,其路径更为奇特,在海上回旋、停滞、打转、突然转向,持续时间长达23天之久,是历史上罕见的。本文利用GMS云图和天气图对其进行跟踪分析,在此基础上,着重对造成其路径复杂的主要原因进行分析归纳,得出了有一定参考价值的结论。     

舟山海域风暴潮增水数值分析——以台风“灿鸿”为例

基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)模式,建立了舟山海域台风风暴潮增水数值模型。通过对1509号台风"灿鸿"进行风暴潮过程模拟,验证了模型可用于舟山海域的台风风暴潮增水的模拟和分析;以1509号台风为基础,构造了9条不同路径台风分别进行风暴潮增水模拟,得到了对舟山岱山县沿海最有利增水的台风路径;在最佳路径的基础上,叠加五种不同强度的台风场,分析不同强度台风作用引起的增水情况;应用此模型探讨了未来情景下平面上升30cm和上升66cm后的水位极值分布情况以及其相对于原始海平面的变化情况。     

基于漂流浮标观测分析日本福岛以东表层海洋物质的散播轨迹

认识海洋中的物质如何散播对于理解海洋环境变化和人类活动污染在海洋中的扩散过程具有非常重要的意义。利用历史海表漂流浮标观测数据,对日本福岛以东海域的表层物质散播轨迹进行了拉格朗日示踪分析和观测模拟试验研究。结果发现,福岛以东海域海表浮标的散播路径主要分为东、南两支,其中速度较快的东支为主要通道,沿黑潮延伸体汇入北太平洋流,最短用时大约22个月即可到达北美西海岸;南支则沿黑潮延伸体以南的大范围南向流向西南方向运移,速度较慢且明显受涡旋活动影响,最快大约5个月即可到达吕宋海峡和中国台湾以东海域,进而进入南海和东海等中国近海海域。通过开展观测模拟试验,发现海表浮标散播的概率密度分布呈现以福岛附近海域为核心、向西南和正东方向递减扩展的形态,其中,到达中国近海的浮标主要通过吕宋海峡进入。文章详细讨论了研究结果的局限性、不足之处,以及因基于大量现场观测而具备的重要参考价值。     

苏北浒苔生长期运移路径及温盐环境的数值模拟

基于已验证的有限体积海岸海洋模型(FVCOM)和拉格朗日粒子离线追踪模块,模拟了潮、风、环流、温盐、波等外界强迫不同组合下苏北海域水面粒子的5种运移路径,通过实际漂流瓶轨迹验证,并进行路径间的差异与对应单强迫流场对比研究,探讨发端于苏北的浒苔运移路径及其影响因素。结果表明:浒苔运移路径先沿着苏北沿岸向北运移至废黄河口附近海域,之后向东北方向偏转继续运移,一直到山东半岛南部海域;影响苏北浒苔运移路径的外界强迫主要是风,其次是温盐、波浪、环流,潮流可以引起浒苔在局地的旋转往复运动,不能使其向北远距离漂移。漂流期间,苏北沿岸海域表层温度为18～24℃、盐度为28～31,温盐条件在浒苔最宜生长条件范围,是浒苔能边漂移边大面积暴发的原因之一。     

不同 AMDAR资料同化时间窗对台风“摩羯”预报影响研究

2018年第14号台风“摩羯”对山东造成了大范围暴雨和大风天气,基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式及其Hybrid-3DVAR混合同化预报系统,对Hybrid-3DVAR不同集合协方差比例和不同航空气象数据转发（aircraft meteorological data relay,以下简称AMDAR）资料同化时间窗对台风“摩羯”预报的影响进行了数值研究。结果表明：加大集合协方差比例对台风“摩羯”路径预报有较大影响和改进;当全部取来自集合体的流依赖误差协方差时,预报的台风路径最好,降水预报也最接近实况;AMDAR资料同化对于台风路径和降水预报也有正的改进作用,但加大集合协方差比例到100%时对台风路径预报影响更大;不同资料同化时间窗会影响同化的AMDAR资料数量,从而影响台风降水精细化预报;45 min同化时间窗的要素预报误差最小,对台风造成的强降水精细特征预报最接近实况;不同资料同化时间窗主要影响台风降水预报落区分布,对台风路径预报影响相对较小。