EnKF同化的背景误差协方差矩阵局地化对比研究

在集合数据同化中,背景场误差的协方差估计特别重要。通常有限个成员的集合在估计背景误差协方差矩阵时会引入伪相关,从而造成协方差被低估、滤波发散。虽然协方差膨胀的经验性方法能一定程度缓解协方差被低估的问题,但不能消除协方差的伪相关问题。因此,结合EnKF方案探讨2种消除伪相关的局地化方法(协方差局地化方法和局地分析方法),分析这2种局地化方法对背景误差协方差矩阵、增益矩阵、集合转换矩阵以及同化结果的影响。实验结果表明:局地化方法不仅能消除背景误差协方差矩阵的伪相关,还可以增加背景误差协方差矩阵的秩;在"弱"同化强度下,2种局地化方法的增益矩阵和集合转换矩阵相等;随着同化强度的增大,增益矩阵和集合转换矩阵的差异会变大;在不同的同化强度下,2种局地化方法各具特色,相对而言,协方差局地化方法在更新集合均值和集合扰动上具有较强的鲁棒性。研究结论有助于背景场误差协方差的精细分析和估计。     

考虑协方差项单次流量随机误差估算方法的探讨

以往“流速—面积”法流量测验误差的计算公式都忽略协方差项。本文分析了当考虑协方差项时,协方差项各个组成部分所处的地位,提出了考虑协方差项流量误差的计算公式,并用兰西水文站的试验资料加以验证。一、简单的回顾测量河道中的流量有各种方法,其中尤以“流速—面积”法最常用。该法测流量是通过测量垂线的水深,平均流速和间距来实现的。所以,实际上,断面流量是间接测量结果。估算一次实测流量的随机误差应通过误差传播公     

集合卡尔曼滤波估计水文地质参数的局域化修正

集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter,EnKF)作为一种有效的数据同化方法,在众多数值实验中体现优势的同时,也暴露了它使用小集合估计协方差情况下精度较低的缺陷。为了降低取样噪声对协方差估计的干扰并提高滤波精度,应用局域化函数对小集合估计的协方差进行修正,即在协方差矩阵中以舒尔积的形式增加空间距离权重以限制远距离相关。在一个二维理想孔隙承压含水层模型中的运行结果表明,局域化对集合卡尔曼滤波估计地下水参数的修正十分有效,局域化可以很好地过滤小集合估计中噪声的影响,节省计算量的同时又可以防止滤波发散。相关长度较小的水文地质参数(如对数渗透系数)更容易受到噪声的干扰,更有必要进行局域化修正。     

基于最大特征值估计的C3算法及应用

第三代相干体算法(C3算法)具有分辨率高、压制噪声能力强的优点,但是该算法需要计算协方差矩阵的特征值,所以耗时较多。为提高大矩阵特征值分解的运算速度,提出了一种估计最大特征值的快速收敛算法,通过运用A2k矩阵的迹来构造一种收敛速度更快的特征值估计方法,并给出了这种方法的误差估计表达式,实现计算精度的有效控制。文中还讨论了地震数据体边缘补地震道方法,解决了将递推算法应用到平面方向时空间窗越过边界的问题。实例表明,本算法的计算效率明显高于常规的C3算法。     

基于小波变换的岩石声发射信号互相关分析及时延估计

声发射全波形采集为基于波形分析的声源定位方法提供了可能。声发射源定位方法中最常用的是时差定位方法,因此,时差获取精确与否直接影响定位的精度。借助于小波变换和互相关技术研究声发射信号的时延估计,首先利用小波分析技术对信号进行分解,确定有意义信号的频带宽度,再提取分解后的相应频带的小波系数,利用互相关技术计算出该频带信号到达各传感器的时差,进而利用时差定位法反演声发射源,实现了声发射源更精确的定位。经声发射监测验证结果表明,该时延估计方法能有效地减小声发射源定位的误差,提高声发射源的定位精度,为准确反演声发射源提供了一种有效途径。     

遥感图像像素级异常识别的一种方法

遥感图像异常识别是遥感应用领域一个颇受关注的研究课题,在军事目标识别和自然环境保护等许多领域都有潜在应用价值。不妨假设遥感图像背景像素分布于随空间位置缓慢变化的一系列高斯超椭球体内,异常像素则分布于超椭球体之外。在这种假设前提下,首先应用Weiszfeld方法估算遥感图像中一系列高斯超椭球体的重心和波段协方差矩阵;然后,计算各像素到对应的超椭球体重心的马氏距离,并用直方图法确定马氏距离的异常下限;最后,把马氏距离高于异常下限的像素作为异常像素识别出来。在GDAL遥感图像数据输入输出函数库基础上,用VC++语言开发了遥感图像像素级异常识别的算法程序;用美国亚特兰大TM图像进行了方法的应用实验研究。结果表明,该方法对遥感图像中的局部异常具有很好的识别效果。     

基于振幅谱能量误差最小原则的品质因子提取方法研究与应用

品质因子Q是衡量地震波传播过程中能量衰减的重要参数,对含油气储层识别和地震波衰减补偿具有重要意义。谱比法是实际资料处理中最常用的方法之一,但容易受到时窗、频带范围选取等人为因素的影响,使品质因子反演结果存在不稳定性。这里提出基于振幅谱能量误差最小原则的品质因子提取方法,该方法充分利用整个频带范围内振幅谱的信息,通过构建衰减前、后振幅谱能量随Q变化的目标函数估算品质因子,有效地解决了频谱直接相除和频带拟合区间选取等引起的影响。零偏VSP模型测试表明,基于振幅谱能量误差最小原则的品质因子提取方法比谱比法具有更高的精度,并在实际资料应用中取得了较好的效果。     

国外大地电磁响应函数估计方法

从本质上来说,能否得到大地电磁响应函数的无偏估计,取决于实测电磁场时间序列中所含噪声的类型和强度。当磁场时间序列不含噪声且电场仅含不相关噪声时,单站ＲｏｂｕｓｔＬＳ方法是有效的;当磁场和电场时间序列同时含有不相关噪声时,Ｒｏｂｕｓｔ远参考方法也是有效的;但当磁场和电场时间序列含较强的相关噪声时,已有的方法已无能为力。文中在简要回顾大地电磁法的发展历史之后,对国外估计大地电磁响应函数的方法作了较全面的总结和评述,并着重介绍了几种值得关注的新方法。应该指出,受欢迎的方法必须兼顾估计的精度、稳定性和野外工作效率。     

谱比法的影响因素研究及应用效果分析

地层吸收衰减是高分辨率地震勘探面临的一大难题。品质因子Q是描述岩石弹性性质的重要参数之一,也是地层含油气性的重要标志,谱比法是实际运用中最为广泛的Q值估计方法。这里详细阐述了谱比法的基本原理,结合最小二乘拟合方法,使用雷克子波作为地震子波,从建立的理论地质模型中提取品质因子Q值,并分析了层厚度、噪声、时窗长度、拟合频带范围等因素对谱比法应用效果的影响。多层模型分析结果和实际地震资料含油气检测证明,谱比法能有效估计Q值变化情况,并能与实际钻井结果相吻合,因此运用谱比法可作为一种有效含油气检测方法。     

航空图像与卫星图像大气圈校正的算法

本文描述了进行快速大气圈校正的一种算法。所需辐射参数储存在一个检查表格中。基本程序是把所测辐射率、波长、观察方向和照射方向、观察面高度及烟、大气微粒和气吸收的光学厚度输入一个检查表内。然后计算面辐射率、面瞬时辐照度及面反射率。同时,该程序还可以计算给定反射率,观察和照射方向、烟、大气微粒与气吸收的光学厚度等参数情况下特定高度处的上方的辐射率。     

基于土体强度冗余法的桩锚支护结构动态稳定性分析

滑裂面的搜索方法及安全系数的计算理论是深基坑桩锚支护结构稳定性分析理论的基础。传统圆弧滑动法在分析抗滑力矩的过程中,滑裂面法向应力的计算存在过多假设;且在通过网格搜索法确定最危险滑裂面圆心的过程中,粗糙网格的搜索结果误差较大,精细网格的搜索效率较低。基于以上问题,提出了分析基坑动态稳定性的土体强度冗余法,并采用了可提高精细网格搜索效率的自适应网格搜索法。通过算例将土体强度冗余法、滑动面应力法及圆弧滑动法的计算结果进行对比。计算结果表明,滑动面应力法高估了对滑裂面附近土体的抗剪强度,圆弧滑动法不能考虑土方开挖对桩后土体抗剪强度的削弱作用,土体强度冗余法能合理反映基坑的整体稳定性。     

起伏地形条件下电阻率法三维反演

地形起伏下的三维反演问题是当前电阻率法研究的一个难题。为了更好地解决上述问题,采用加权正则化共轭梯度法实现起伏地形三维电阻率反演算法。该方法引入了加权正则化思想,显著降低了迭代时目标函数发散的问题,提高了反演稳定性。对比了两种消除反演中地形影响的方法,结果表明,直接带地形的电阻率法三维反演具有更好的分辨率,能有效地消除地形所造成的误差,但在起伏角度偏大,如河流、堤坝等接近垂直角度时,使用此方法会使得反演发散得不到满意的结果;此时采用基于地形校正的方法有一定的效果。     

消除噪声的RNF图像融合算法

在多光谱遥感图像中有时也会存在较严重的随机点噪声的干扰，这种随机点噪声严重影响了地物光谱特征提取和识别的精度，降低了各种遥感定量分析方法技术的有效性。常用的遥感图像随机噪声消除或压抑方法是Fourier变换频率域方法和采用平滑模板对图像进行卷积处理的空间域方法，但它们往往会损失图像信息。文章探讨了消除或压抑噪声的图像融合方法，即RNF融合法。RNF融合算法先对参与融合的多光谱图像进行低通滤波，对全色波段进行高通滤波。然后将滤波后的全色波段与多光谱图像用HSI变换法进行融合，融合后的图像消除了噪声。     

根据光的衍射测量头发的直径

本文利用光的波动性，对不透明的线性物体进行衍射，证实与单缝衍射花纹相同，并测出激光器波长，进而又测出易变形的细微物体一头发丝地上径。本实验仪器简单，成本低廉，可为一般大学增添一个光实实验，使学生对光的波动性有进一步认识，以实验过程的设计、仪器安装理论和误差分析也是一次很好的训练。     

岩石抗剪强度参数的稳健估计

提出了Ｍ－稳健估计计算岩体抗剪强度参数Ｃ,ｆ值的计算模型和方法。通过对白云鄂博主矿原位试验数据的稳健估计计算结果与最小二乘法的计算结果的对比分析表明：采用稳健估计的方法所估计出的参数更可靠。     

基于Copula函数的入库洪水与坝址洪水关系研究

采用频率分析法计算入库设计洪水时,需要通过相关分析将坝址洪水系列插补得到对应的入库洪水系列。常用的线性回归法假设两者满足线性关系且入库洪水系列服从正态分布,可能与实际情况并不相符。引入Copula函数构建坝址洪水与入库洪水的联合概率分布和条件概率分布,计算给定坝址洪水时入库洪水的条件最可能值和置信区间,提出了一种基于Copula函数的入库洪水插补新方法。三峡水库的应用实例表明:线性回归法得到的入库洪水值在坝址洪水量级较大时明显偏小,甚至稀遇洪水时不在90%置信区间内。所提方法能较好地反映坝址洪水与入库洪水的内在关系,不仅可以计算入库洪水的各种点估计值,而且能够定量评价估计的不确定性。     

基于Kurtosis-IHS的遥感影像融合

针对传统IHS遥感影像融合的光谱扭曲和易引入噪声问题,提出了一种基于Kurtosis-IHS的遥感影像融合方法：从多光谱图像强度分量与全色图像最优逼近的角度出发,迭代求解多光谱各波段图像融合系数,减少光谱失真;根据全色图像的峭度获取其细节分量,达到抑制噪声的目的;最后使用基于Kurtosis-IHS的融合公式得到融合结果.实验选取2组实际遥感数据,结果表明,融合方法在CC、ERGAS、RASE、RMSE及SID 5个光谱性能评价指标上均优于传统的IHS、PCA、DWT及NSCT融合方法,在第二组遥感影像融合测试中,Kurtosis-IHS方法比传统IHS方法的5个指标分别提高了41.80％、57.09％、57.11％、57.11％、49.74％;在含噪环境下,融合方法的融合结果PSNR值均达到最大.所提出的Kurtosis-IHS方法优于传统的IHS融合方法,在提高空间分辨率的同时,具有较好地保持光谱信息及有效抑制噪声的优点.     

微重力测量地形改正的精度及其实现

在重力测量的计算中,地形起伏的影响是个不可忽略的问题,已用的地改计算模型有:直方体、棱柱体、梯形等,近年来球函数、快速付立叶变换等数学手段也已用到地改工作中。但无论哪一种方法,都涉及到高程数据(地形)的选取。在生产实践中,往往把现存的易于取得的高程数据都输入到计算机中,而很少根据它本身所需精度来选择高程数据的稀密和范围。重力地改的误差来源是非常复杂的,可以初步概括为以下四个方面:1.地形起伏的高程读数误差;2.计算点高程误差;3.计算点点位误差;4.地形改正方法的误差。由前三项引起的误差是很小的.或者可以避免和忽略,最主要的误差来源是计算方法所产生的误差。计算方法包括高程数据的     

似点源电场模拟实验

在电阻率测深或剖面法中,有用异常经常被地形异常所畸变,甚至被完全淹没。大量的理论工作和野外实践都说明,进行地形改正以削弱地形异常、突出矿体异常,可以大大地提高电阻率法的地质效果。目前的几种地形改正方法中,以比较法最简便,应用效果也较好。比较法是将野外实测曲线     

一种优化估计土性参数的新方法

采用改进化方向的遗传算法并结合比奥特（Ｂｉｏｔ）固结有限元数值法对一假设路堤的双层地基的一些主要土性参数进行反演,显示误差很小,收敛速度也很快,这说明改进进化方向遗传算法这种新型的优化算法在土性参数优化估计中具有精度高、反演快的优越性,克服了传统优化方法如共轭梯度法、拟牛顿法和单纯形法所具有有的搜索速度随反演参数增多呈级数减慢、容易陷入局部极值点和误差传递导致不收敛等缺点,同时也要比简单遗传算法优