全景立体视觉的快速近区重力地形改正方法

重力地形改正是区域重力测量工作中的一个关键步骤,按照测区范围分为近区、中区和远区地形改正。中区和远区的地形改正基于已有的中小比例尺地形数据库比较容易实现,但近区地形改正对于地形产品精度的要求较高而相应的大比例尺地形数据缺乏,实际作业中仍然需要外业大量的人工采点和内业处理生成近区地形,严重制约了重力测量工作的精度和效率。因此,如何快速价廉地重建重力测站附近高精度的3维地形,成为目前高精度区域重力测量工作中亟待解决的具有挑战性的问题。本文提出了一种基于全景立体视觉和摄影测量技术的快速近区重力地形改正方法,设计和开发了相应的快速地形测图系统,能够自动生成近区高精度的数字地形模型并解算出相应的近区重力地形改正值,从而实现了近区地形改正的高精度和自动化。系统的设计思想是在满足精度要求的前提下集成价廉可靠的硬件单元并开发专门软件实现可应用推广的系统,而不是采用昂贵的高端硬件以达到最高的精度。全景立体测图系统的硬件单元包括两台工业相机与固定基线构成的立体相机、双自由度（水平±180°,竖直±36°）旋转云台和支撑采集设备的三脚架,并通过笔记本控制云台和立体相机采集测站周围的影像。这些硬件的选取与配置基于理论精度分析与设计优化,结果表明测站50m范围内的3维测量精度优于1m,满足近区地形改正的精度需求。为了实现理论上的测图精度,采用控制点均匀分布的3维控制场,对立体测图系统的几何参数进行了精确标定,其中包括相机的内参数、畸变系数、立体相机的相对位置姿态以及云台旋转轴和中心的偏移参数。基于标定后测图系统精准的几何参数,从360°全景立体影像建立无缝的立体模型,采用兴趣点提取、自相关和最小二乘匹配等技术实现快速立体影像匹配,进而通过空间前方交会计算生成测站30m范围内的均匀密集点云;再通过点云滤波自适应去除粗差点,采用Kringing插值算法自动生成数字高程模型DEM,从而快速重建测站附近高精度的3维地形;最后利用方域公式计算得到测点周边精确的近区地形改正值。经过野外多站多种地形的实验验证,基于本文所提出的方法及所开发的地形改正系统在5min内即可完成外业采集和内业生成地形改正值的一体化处理,效率和精度明显优于传统的野外测量方法。     

利用不完全Cholesky共轭梯度法求解点源三维地电场

点源三维地电场的求解是一大型数值计算问题．本文用有限差分方法求解,最后形成一个线性方程组Ax＝b,这里A是大型稀疏的带状对称矩阵．解大型稀疏方程组的完全Cholesky分解直接算法,一般要求巨大的机器内存来存储系数矩阵A,而且计算速度极慢．因此引入不完全Cholesky共轭梯度（ICCG）算法及按行索引的稀疏存储模式,充分利用A的稀疏性,使得计算速度大大提高,而内存要求则大大减少,因此ICCG算法是地电三维正演的强有力工具．     

三维粘弹介质地震波场有限差分并行模拟

有限差分法在三维粘弹性复杂介质正演模拟地震波的传播中对计算机内存和计算速度要求比较高,单个PC机或工作站只能计算较少网格内短时间的波场。本文介绍一种基于MPI的并行有限差分法,可在PCCluster上模拟较大规模三维粘弹性复杂介质中地震波传播时的波场;可预测地震波在此类条件下传播时的运动学和动力学性质。对于更好地理解波动传播现象,解释实际地震资料及反问题的解决等均具有重要的理论与实际意义。     

滇西北羊拉铜矿数字矿床的实现及地质意义

本文借助Surpac三维地质软件,利用羊拉铜矿勘探资料,实现矿床三维数学模型,空间上展示了铜矿体的层状、似层状、透镜状分布特征,结合野外观察,发现矿体下部网脉状矿石和硅质岩等,这为羊拉块状硫化物铜矿床成因提供了佐证.同时,运用数学地质方法研究了铜矿化富集规律,直方图出现的多峰分布,说明矿化具多期次叠加,与地质推断相同.     

东北冷涡诱发的一次MCS结构特征数值模拟

应用MM5模式对2002年7月12日东北冷涡诱发的强风暴进行了数值模拟,较成功地模拟出了MCS强对流风暴结构。东北冷涡南部锋区斜压扰动及有利的潜在不稳定层结为MCS产生提供了环境条件。MCS在发展阶段,天气尺度抬升使不稳定能量积累,低层中尺度能量锋区及中尺度气旋性环流加强使中尺度辐合加强,产生中尺度强上升气流冲破中层稳定层结,倾斜上升逐渐发展为垂直上升。MCS强风暴成熟阶段地面气压场表现为强的雷暴高压,并有弱的前导低压和尾随低压配合。对应于雷暴高压的边界层冷丘与南部的暖湿气流形成的θe不连续线加强了低层气流的辐合抬升。前导低压与800~700hPa暖心低压扰动合并在一起,是由地面辐合、上升气流抽吸、潜热增温共同形成的低压扰动,对对流系统的维持和移动有重要作用。     

深圳海岸复杂地形气流与湍流特征的数值模拟

利用三维非静力能量闭合（Ｅ－ε）的边界层模式，以深圳海岸复杂地形进行了实际模拟。结果给出了该地区海陆风情形下气流和湍流孤变化特征。在海风发展盛期，气流方向由大面积的水域和内陆的位置决定，不规则海岸线对局地气流影响不大，夜间陆风时，不规则海岸线对局地气流影响较大，湍流能量高值颁在陆地上空的不稳定层内，水面上湍能很小。模拟结果与实测结果上比较吻合。     

笛卡儿坐标系的双多普勒天气雷达三维风场反演技术

文中研究了笛卡尔坐标系下双多普勒天气雷达三维风场反演技术 ,提出了包括雷达原始资料的预处理 ,空间插值以及可靠性检验的新方法 ,提高了反演结果的可信度和精确度。使用模拟的双多普勒雷达体扫资料进行了反演试验 ,结果表明 :本文的方法能够比较真实地反映风场的三维结构 ,可以用于真实风场的反演。     

重力流冷锋及其受地形的影响

建立了一个二维非静力平衡模式,通过坐标变换的方法使得模式低层有较高的分辨率。对重力流的模拟结果显示;本模式模拟出的重力流冷锋主要特征,如抬高的头部、头部较强的上升运动以及等位温线密集带与实际大气观测很一致。此外,模式还成功地模拟出了重力流头部后面底层的高速潜流层。应用模拟结果与理论结果对重力流的移动速度进行了对比分析。当考虑地形时,重力流在山前受阻,其头部比不考虑地形时高,且产生了向上游传播的“涌浪”;重力流过山后其头部降低,位温梯度减弱,头部后面的水平速度减小。此外,还对非静力平衡与静力平衡条件下重力流的差异进行了分析讨论。     

“7.30”大暴雨的数值模拟及贺兰山地形影响分析

对2012年7月30日大暴雨过程应用常规资料、中尺度数值模拟进行分析。结果表明：此次大暴雨是在大环流形势背景下,贺兰山地形对底层风场的辐合触发了中低层不稳定层结;700hPa偏南暖湿气流、850hPa切变及地面中卢尺度切变线,给短时强降水的产生与维持提供了有利的水汽和动力条件;经对贺兰山地形影响的强降水强度数值模拟,得出贺兰山地形对银川大暴雨的形成有明显的正贡献。     

用机载多普勒雷达资料进行三维风场解析反演 II. 多重解析多普勒方法应用于在CaPE现场实验中获取的机载雷达实测资料

模拟结果证明，在机载雷达的技术参数下，多重解析多普勒（MANDOP）方法能够提供误差可以接受的三维风场反演。 1991年夏在美国的佛罗里达州举行的CaPE现场实验中首次应用了机载双束多普勒雷达，并获取了珍贵的雷达实测资料。用MANDOP方法分析1991年8月9日观测到的一个飑线，取得类似于以往用地基雷达资料得到飑线内部大气环流结构。另外，机载雷达资料与 地基雷达资料联合反演的结果与纯粹用机载雷达资料反演的结果之间很好的相关性证明了机载雷达资料的可靠性。