深埋隧道衬砌稳定可靠度的Kriging插值法与遗传算法协同优化求解法

首先利用遗传算法(GA)的全局优化能力,解决了Kriging插值预测算法中相关参数的精确求解问题。针对衬砌结构力学状态表征量与基本参数是高度非线性关系而无法明晰表达的难题,建立了基于Kriging插值预测法的状态表征量等代显式通用模型。以抗拉强度控制参量为例,提出了采用拉丁抽样等代显式通用模型的具体隧道工程衬砌结构力学状态方程构造程序。基于以状态方程为约束条件建立的可靠度指标计算模式,构建起Kriging与GA协同优化的隧道衬砌稳定可靠度求解方法。实例应用对比表明,该方法与精确解的相对误差为4.8%,计算工作量仅为其2.5%。与目前已有的同类方法相比,具有明显的优越性。     

几种土壤属性制图方法的稳定性与影响因素分析

 本文以土壤CEC和土壤全氮为研究对象,在河南省黄河以北6个地市选取870个样点,并随机均分为两个数据集,进行了制图对比分析;同时研究了Kriging法、IDW法和以点代面法制图结果的稳定性及其与精度的关系,以及影响因素。结果表明:采用实测数据与预测数据的交叉验证并不能用来衡量制图结果的稳定性,验证精度高低并不表示采用不同数据集制图结果可能会重现的概率;而且采用不同的方式进行精度检验,结论也会有所不同。采用不同抽样集合制图,Kriging法和IDW的结果较稳定,两者较接近,其相对误差>0.3的区域均不超过20%,且相对差异度高值区的空间分布格局相对分散;而以点代面法制图结果不稳定,相对误差>0.3的区域达到54.21%,且差异度较高的图斑相对集中,呈大片状分布。制图结果稳定性受到实测数据分布特征和局部地区土壤的高度变异性的影响,其中Kriging方法制图结果的不稳定性受样点分布格局的影响较另两种方法要大,而IDW法和以点代面法受实测数据自身变异性影响更明显。     

基于局部重力场建模的Tikhonov正则化点质量核径向基函数方法

针对点质量核径向基函数应用于局部重力场建模中的设计矩阵严重病态问题,本文引入Tikhonov正则化方法对传统点质量核径向基函数方程进行改造,建立了相应的正则化模型。通过模拟数据进行仿真实验,以传统格网化方法作为对比试验,利用"标靶法"确定两种模型的最优结构。实验结果表明:正则化点质量核径向基函数可以直接利用离散数据进行局部重力场建模。在两种模型的最优结构下,当实测数据无污染时,正则化方法达到与传统格网化方法相当的精度;当实测值中加入3 mGal的高斯白噪声时,正则化方法的精度获得了27.9%的提升。这说明本文方法可以应用于局部重力场建模中,且模型结构更优,抗干扰能力更强。     

三维Kriging方法中的变异函数套合

三维属性建模是利用有限的采样数据, 通过插值或模拟的方法来重构地学属性在三维空间中的分布.将Kriging方法推广到三维空间, 从而演化为三维Kriging方法, 可以为三维属性建模提供可靠的手段.而三维Kriging方法面临的一大难题就是各向异性变异函数的套合.提出了一种简单通用的三维空间变异函数的套合方法.该方法以空间坐标基的变换为基础, 在套合时充分考虑轴向上变异差异的影响, 并由此提出各向异性变化率的概念; 论证了套合方法的可行性, 并通过地下水水质三维属性建模的实例对该方法进行了有效的验证.      

基于钻孔数据的三维可视化快速建模技术的研究

为了实现三维建模过程的智能化以及自动化,以及使复杂地质体三维建模过程变得简单,针对CAD图形资料编写了能够直接将地表、钻孔等地质信息读入到数据库的DXF接口程序,提出了一种利用GA-Kriging插值手段对地层属性进行插值并最终实现三维可视化快速建模的方法,并且在此基础上基于VTK图形库实现了三维建模、等值线绘制、钻孔显示、切片以及特定地层的提取以及体积的计算等功能。在编写Kriging插值算法时,为了实现块金常数、变程等常数取值的自动化、最优化,应用GA智能算法求解。最后,通过地铁隧道的一个工程实例,对建模方法以及相应的算法模块进行了验证,表明方法具有一定的优越性。     

基于嫦娥一号卫星激光测高数据的月球数字高程模型

利用嫦娥一号激光高度计获取的800多万个有效记录点科学数据,描述了一种基于Kriging插值方法来生成空间分辨率为0.25°×0.25°全月球均匀网格的数字高程模型.即对激光高度计科学数据进行加权插值,通过引进以距离为自变量的变差函数来计算权值.因变差函数既可以反映激光测高数据的空间结构特性,又可以反应激光测高数据的随机分布特性,故采用Kriging方法插值可以得到较理想的月球高程模型.同时,基于生成的全月球数字高程模型得到了月球的汉麦尔投影、麦卡托投影、正面、反面、南极、北极等月球地形图.该模型也与国际上的月球模型Clementine、ULCN2005与CLTM-s01进行了对比.由于嫦娥一号激光测高数据达800多万个记录点,得到的月球数字高程模型的精度更高.     

应用雷达拼图数据估测降水试验

利用2008年6月5～7日广东省新一代天气雷达网(广州、梅州、韶关、阳江、深圳及汕头6部雷达)的雷达原始体扫资料及自动雨量站资料,对广东省3 km高度上的雷达网系统观测值差异进行了分析,发现广州雷达的观测值比周围雷达偏高1～3 dBz,梅州雷达比其周围雷达的观测值偏低1～2 dBz。用Z-R关系和最优插值校准法分别进行6 min和1 h估测降水,并用面雨量偏差和均方根误差对该次降水估测试验做了简单评估。结果显示:6 min定量估测降水,两种方法都会低估,面雨量越大,估测效果越好;对于1 h定量估测降水,各种估测方法都有偏高或偏低情况,但普遍偏高,其中用先累加再用最优插值校准法校准的雷达-雨量计联合估测方法效果最好;短时降水估测可以很好地反映降水过程变化,而长时间降水估测可以较准确估测降水大小。     

Kriging插值和序贯高斯条件模拟算法的对比分析

本文对Kriging插值与序贯高斯条件模拟值的算法联系进行了推导,并将两种计算结果和原始数据的统计参数作了对比。结果表明,Monto-carlo方法求得的序贯高斯条件模拟值经数学变换后等同于已知数据和此前模拟数据共同参与的Kriging插值结果与一个随机偏差的和,该随机偏差的均值为0,方差为Kriging误差方差。最优性条件导致Kriging插值结果的方差较原始数据降低了1个Kriging误差方差,造成Kriging平滑效应,其空间变异函数值降低,但自协方差函数值不变。序贯高斯条件模拟避免了平滑效应,其方差、变异函数和自协方差函数均不变,而其模拟值的误差方差较Kriging误差方差增加了1倍,表明1次随机模拟值的误差比Kriging插值大。然而,多次随机模拟值的平均值与Kriging插值的地理制图效果近似,可以弥补局部估值误差大的不足。因此,在应用中,Kriging插值是提供局部最优估计的方法,但却低估了全局的空间变异。而序贯高斯条件模拟的优点,在于提供若干等可能概率的模拟结果以进行估值的不确定性评价,并再现全局的空间可变性。     

基于Kriging的宜都市农用地基准地价评估研究

在运用收益还原法测算样点地价的基础上,通过评价有限的、具有内在相互作用和代表性的样点,采用Kriging空间分析方法建立农用地数字地价模型,测算基准地价,并以宜都市农用地的基准地价评估为例,对运用该方法所得结果进行了验证分析.研究结果表明,宜都市农用地30年使用权价格处于15.89～9.35元/m2,估值精度整体较高.提出的分析方法在一定程度上克服了传统基准地价评估中按级别取平均值的缺陷,提高了结果的准确性;同时参考其结果的空间分布可作为其它类型价格的基础,也有利于基准地价的更新.     

Kriging法在区域重力场插值中的适用性研究

由于重力观测网点位分布不均匀,密度不够,在精细刻画区域重力场变化时受到很大限制,因此需采用合理的插值算法。文中介绍Kriging插值算法和变异函数理论模型的基础上,结合陕西地区2011—2012年离散重力变化数据,利用最小二乘法得到各个理论变异函数模型的拟合参数,并将实验变异函数模型用于Kriging插值算法,同时综合考虑交叉验证精度统计、插值精度统计结果,以此来研究Kriging插值算法的适用性,研究结果表明:基于最小二乘法获得的球形模型、指数模型拟合参数精度高,高斯模型、对数模型精度最差;基于球形模型、指数模型的实验变异函数用于Kriging插值算法得到的插值结果精度最高、图像平滑自然、异常区明显,是一种适合陕西地区重力离散数据进行插值计算的有效算法。