利用地面激光扫描数据提取单木结构参数

针对现有提取单木结构参数的方法精度不高的现状,文章研究利用地面三维激光扫描数据提取单木的高度、胸径和冠幅,特别是将RANSAC算法用于圆拟合,提高了胸径的反演精度。最后利用野外实测数据进行验证,并比较分析了Hough变换和RANSAC算法在提取胸径中的差异。结果表明,本文方法提取的单木参数精度较高;并且无论从相关系数、平均残差还是均方根误差等方面,RANSAC算法提取的胸径精度均高于Hough变换方法。     

利用影像辅助LiDAR点云数据的建筑物提取方法研究

机载LiDAR作为一种新兴的对地观测技术,能够快速地获取地表三维信息。如何从海量LiDAR点云数据中提取建筑物是数据处理中的一项关键工作。本文结合LiDAR数据和航空影像的数据特点,提出了一种航空影像辅助的LiDAR点云建筑物提取方法,首先,采用面向对象方法从航空影像中提取建筑物的轮廓;然后,以建筑轮廓信息为参考,从LiDAR点云中提取建筑物的点云数据;最后,通过实验证明该方法的有效性与可行性。     

发生短时强降雨的对流云合并作用分析

利用静止气象卫星、新一代多普勒天气雷达、地面、wrf数值模拟和LAPS再分析资料,对2013年6月30日皖南山区一次短时强降雨过程中的对流云合并现象进行了观测和分析。综合观测显示,这是一次由三个强弱不同的对流云先后发生合并的过程;强弱不同或强度相当的两对流云合并后的新对流云系统短时间内强度是增强的。分析认为,山区夏季对流云合并发生在水平垂直风切变及垂直涡度增大的湿斜压不稳定增强的环境中;对流云合并过程中伴有中气旋、地形涡等中γ系统形成,中气旋与地形涡系统内的强烈垂直运动导致低层形成辐合的垂直环流是山区短时强降雨触发机制。     

华北一次积层混合云微物理和降水特征的数值模拟与飞机观测对比研究

为考察云数值模式中的云物理方案和对实例云物理和降水过程的模拟能力, 本文将中尺度数值模式(WRF)模拟的华北地区一次积层混合云的微物理结构特征、降水过程与国家科技支撑计划重点项目环北京地区三架飞机联合云探测实验数据以及雷达、地面降水观测数据进行了深入的比较和验证研究。结果表明:WRF 模式能够较好地模拟出此次积层混合云的云系演变、雷达回波和降水分布特征。对比结果是:(1)模式模拟的云中液态水浓度(LWC)与飞机观测值具有较好的一致性, 在3℃ 层, 飞机观测的LWC 最大值为0.8 g m-3, 模拟的飞机路径上的LWC 最大值为0.78 g m-3, 两者接近;在－8℃ 层, 飞机观测LWC 最大值为1.5 g m-3, 模拟的飞机路径上的LWC 最大值为1.1 g m-3, 模拟值偏小;在－5℃ 层以下, 模式能够准确模拟云中水凝物的垂直分布, 包括融化层的分布, 模拟的水凝物质量浓度与实测吻合。而对固态水, 在－6～－10℃, 由于模式中雪粒子凇附增长过程较大, 聚合过程发生的高度偏高, 导致模式模拟的固态水凝物质量浓度高于实测值, 说明模式在雪粒子增长过程的处理方面有待进一步改进。(2)在云粒子谱参数方面, 在－8℃ 层, 由于模拟的雪粒子质量浓度偏高, 所以模式计算的粒子谱的截距和斜率都小于飞机观测值, 模拟偏小;在－5℃ 层, 两者比较接近;在3℃ 层, 由于云中小粒子浓度逐渐减少, 所以模式计算的斜率接近观测值, 但是截距大于观测值, 说明模式降水粒子谱参数的描述方案有待改进, 模式中谱形参数μ 不应一直设置为0, 而是应该随着高度变化而变化。     

低层对流嵌入到高层云系的模拟研究

嵌有对流的层状云系兼有两种云的特征并且降水效率较高, 具有重要的研究意义。本文结合观测资料, 利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecast)模拟了2010年7月1日发生在东北地区的一次大范围强降水天气过程, 并对其中两个较典型的嵌入对流个例进行了详细分析。分析发现这两个嵌入对流都是由低层对流嵌入到高层云系所形成, 其中由对流云和位于其正上方的层云所形成的嵌入对流发展更加旺盛并给地面带来更强降水。以这两个个例为基础, 通过其与模拟区域内的普通对流云和层云相比较发现:相对于孤立对流云, 嵌入对流内的对流云生命期更长、低层水汽辐合更强、云内液水含量更大, 不稳定能量更多集中在低层;而在液水含量相当的两个嵌入对流中固态水含量的不同对降水强度影响较大;另一方面, 在嵌入对流发展的过程中嵌入对流内层云的垂直尺度扩大、含水量增加、降水强度增强, 从降水机制来看其云内固态和液态水含量都随嵌入对流发展逐渐增大, 而单纯层云内的上述变化均不明显。     

多核CPU的海量点云并行kNN算法

提出基于多核CPU的海量点云k最近邻(kNN)快速搜索算法。该算法先将点云数据按格网方式进行组织存储于外存;在搜索kNN点时,从搜索点所在的块向外扩张搜索;在多核CPU环境下采用多线程模式进行数据的内外存调度和kNN点搜索。当内存达到设定上限时,采用距离搜索点最远策略释放内存,降低内外存数据交换的频率。将该方法应用于基于kNN的滤波和格网化方法中,处理速度显著提高。     

The effect of intensity of turbulence in umbrella cloud on tephra dispersion during explosive volcanic eruptions: Experimental and numerical approaches

During an explosive volcanic eruption, tephra fall out from the umbrella region of the eruption cloud to the ground surface. We investigated the effect of the intensity of turbulence in the umbrella cloud on dispersion and sedimentation of tephra by performing a series of laboratory experiments and three dimensional (3-D) numerical simulations. In the laboratory experiments, spherical glass-bead particles are mixed in stirred water with various intensities of turbulence, and the spatial distribution and the temporal evolution of the particle concentration are measured. The experimental results show that, when the root-mean-square of velocity fluctuation in the fluid (W_rms) is much greater than the particle terminal velocity (v_t), the particles are homogeneously distributed in the fluid, and settle at their terminal velocities at the base of the fluid where turbulence diminishes. On the other hand, when W_rms is as small as or smaller than v_t, the particle concentration increases toward the base of the fluid during settling, which substantially increases the rate of particle settling. The results of the 3-D simulations of eruption cloud indicate that W_rms is up to 40 m/s in most of the umbrella cloud even during a large scale plinian eruption with a magma discharge rate of 10⁹ kg/s. These results suggest that relatively coarse pyroclasts (more than a few mm in diameter) tend to concentrate around the base of the umbrella cloud, whereas fine pyroclasts (less than 1/8 mm in diameter) may be distributed homogeneously throughout the umbrella cloud during tephra dispersion. The effect of the gradient of particle concentration in the umbrella cloud explains the granulometric data of the Pinatubo 1991 plinian deposits.     

三维点云数据拼接中ICP及其改进算法综述

ICP算法是三维点云数据精确拼接过程中的主流算法.文章对目前国内外ICP及其各种改进算法的发展现状进行了系统地分析与研究.将ICP算法分为4个主要阶段:(1) 对原始点云数据进行采样;(2) 确定初始对应点集;(3) 去除错误对应点对;(4) 坐标变换的求解.分别对各个阶段中典型方法的基本思想和关键技术进行了分类与分析,并在精度与效率等方面对这些算法进行了比较.最后对目前算法研究中的难点问题及未来的研究重点进行了展望.     

Laboratory experiments evaluating sedimentation and mound formation of obliquely discharged sand particles in stagnant water

Many parameters are involved in the deposition of a known mass of sand particles discharge from oblique pipes used in a range of engineering applications. Existing knowledge is not sufficient to accurately predict sediment mound dimensions and development from vertical and horizontal pipes. To better understand deposition patterns, laboratory experiments were done to investigate the development of subaqueous sand deposits from oblique pipes in stagnant water. Factors including nozzle diameter, release angle, release height, and sand mass were evaluated. It was found that nozzle size plays the most important role in shape formation and mound development. Release angle and release height were secondarily important. Five different shape patterns were observed and denoted as circular, ellipse, circular-ring, ellipse-ring, and pear-shaped. The scour hole diameter in the middle of the sediment mound was predicted using engineering assumptions and available semi-empirical correlations from the literature. It was found that the existing formulations can accurately predict the size of the scour hole for large release angles (θ = 60°). An aspect ratio of L/d_o was defined to combine the effect of nozzle size, d_o, and sand mass where L is the equivalent length of sand particles in a pipe. It was found that the mass balance equation can predict the deposition for L/d_o < 100. For higher aspect ratios, semi-empirical formulations were developed to predict the deposition length, width, height, and area with ±10% error.     

猎户座分子云团中弥散电离介质的视向速度及线强度比分布

恒星形成区是研究恒星形成物理过程最重要的天体物理实验室. 猎户座分子云团是研究各种质量恒星形成和相关年轻恒星性质的一个著名天区. 通过对恒星形成区的光学光谱分析, 可以获取其内部热电离气体的运动学和化学性质. 基于国家大科学装置郭守敬望远镜(LAMOST)的光谱观测数据, 从LAMOST I期光谱巡天数据中筛选出8个指向猎户座分子云团的观测面板, 获取了1300多条针对猎户座分子云团内弥散电离介质的有效光谱. 选取不受星际介质污染的背景天光光谱构建超级天光, 对这些光谱数据做减天光处理, 并进一步测量其发射线性质,包括Ha、N Ⅱ] λ 6584、[S Ⅱ]λλ 6717和6731等发射线的中心波长和积分流量等.最后给出猎户座分子云团内弥散电离介质的视向速度和线强度比分布情况.