基于SGOG瓦块的数字地球真三维可视化技术与应用

以Google Earth为代表的第一代数字地球平台,利用球面剖分瓦片,构建了2.5维静态的数字地球表面,实现了地表空间数据的集成、建模和应用,但没有涉及地表上下的空间。本文阐述了球体大圆弧QTM八叉树剖分的规则、瓦块体系的几何特征及其编码原理,设计并实现了瓦块编码到空间直角坐标之间的互换算法,并利用C++和OSG等主流语言,构建了真三维数字地球可视化平台的雏形框架;实现了球面和球体的任意剖分、地表上下空间实体的可视化建模及简单三维空间分析。初步展示了球体瓦块的新一代数字平台在天地一体化空间大数据集成、管理、建模与应用中的优势及前景。研究表明,球体大圆弧QTM八叉树网格,具有简单、规整、几何特征明晰、适宜作为全球离散空间的坐标基准,利于空间实体建模与可视化等特点,可作为构建新一代数字地球平台的数据模型基础。     

用福建连续重力资料研究台风“麦德姆”活动特征

福建省地处我国东南沿海,每年5—10月都会受到台风的侵袭,目前建有厦门、漳州、福州三个连续重力观测台站。以2014年第10号强台风"麦德姆"为例,利用重力观测资料研究:(1)台风引起的地脉动信号的强度和卓越频率的变化规律;(2)台风卓越周期与台风强度和移动速度的关系;(3)连续重力资料非潮汐信息提取。结果表明:(1)台风靠近台站时地脉动信号增强,登陆后迅速减弱,福州台记录的信号卓越频率要比其他台站高;(2)台风卓越周期与台风强度和台风移动速度的关系比较复杂;(3)用现代滤波器能有效滤除长期存在的干扰信号。     

基于双卡尔曼滤波器的高精度POS算法研究

高精度的位置姿态系统(POS)在测绘领域发挥着重要的作用,数据处理算法是其核心技术之一。本文首先介绍了数据处理流程,提出了一种基于双卡尔曼滤波器的紧组合模式,并详细推导了其状态方程和量测方程,然后利用实测跑车数据对该算法进行了验证,并与IE(Inertial Explore)8.4的处理结果进行了对比分析。结果表明该方法能够达到较高的位置速度和姿态精度,是一种有效的数据处理算法。     

最大准则优化技术在贴体网格中的应用

贴体网格在地质数值模拟中具有广阔的应用前景,为解决贴体网格生成时边界离散问题,提出了最大长度准则和最大面积准则,把曲线逼近和曲面网格优化问题转化为数学优化问题,为求解该问题,提出了改进的单粒子优化算法.试验表明,最大长度准则和最大面积准则的优化效果好于常规方法;以改进的单粒子优化算法求解该问题时,计算效率是智能单粒子优化算法的30倍左右（节点量为200）,从而实现最大长度准则和最大面积准则在贴体网格生成中的应用.针对最大面积准则优化曲面网格不能控制网格步长的情况,提出了限定步长的网格优化算法,使网格步长合理化,并通过实例验证了该算法的有效性.研究成果提供了生成贴体网格时边界优化准则和求解方法,对今后复杂边界的贴体网格生成具有重要意义.     

城市地理国情监测统计单元网格划分方法研究

地理国情监测是我国测绘和地理信息发展的重大战略之一。其中地理国情监测单元网格划分是进行统计分析得到地理国情监测成果的基础。针对城市若以区为统计单位,统计单元网格过大,或以社区为单位,社区界线在图上位置不是很明确。本文提出在行政区划界线（区界）的基础上,采用道路网、河流、湖泊等构建网格,采用渐进式的综合方法对网格进行聚合,得到城市统计单元网格。试验证明,该方法可作为城市统计单元网格的划分方法。     

三角网格谱元法地震波场数值模拟

谱元法结合了有限元法的灵活性和谱方法的指数收敛性,高效且高精度,是近年来发展的一种重要的地震波场数值模拟方法.经典的谱元法采用四边形(六面体)网格,利用一维Gauss-Legendre-Lobatto(GLL)积分的张量积得到对角的质量矩阵,以大大提高计算效率,但是四边形(六面体)网格不能够灵活地刻画复杂的几何模型的弯曲界面.为此,在谱元法中引入三角形(四面体)网格到二维(三维)是十分必要的.不同于经典的谱元法,在非结构化网格中不能使用GLL积分的张量积,使得非结构化网格的谱元法的实现存在着诸多的困难.目前,比较流行的三角网格谱元法,通过使用KoornwinderDubiner(KD)正交多项式,并正交化这些KD多项式构建基函数,同时利用重合的插值节点和积分节点以获取对角的质量矩阵;它所使用的积分点为优化的点集——Fekete点,且这些积分点能与四边形网格完全耦合.相比于四边形,三角网格谱元法能显著提高复杂模型的描述能力,对起伏地表模型有很大优势.本文引入高效的最佳匹配层(PML)吸收边界条件,并通过数值试验将三角网格谱元法与经典的谱元法进行对比研究.相比于经典的谱元法,三角网格谱元法显著缺点为较低的计算精度.对于7阶谱元,为了能够精确地模拟面波,三角网格谱元法需要在每个最短的面波波长内至少有11个采样点,然而经典的谱元法仅需4个采样点,并且前者所需的内存量约为后者的5.5倍.     

无网格局部Petrov-Galerkin法大地电磁二维正演

将无网格局部Petrov-Galerkin算法用于大地电磁二维正演。介绍了该方法的基本原理;从大地电磁二维边值问题出发,利用子域法详细推导了与之对应的局部Petrov-Galerkin弱式方程,并用高斯积分法将其离散化。论述了无网格局部Petrov-Galerkin法较无单元Galerkin法及有限元法的优缺点,最后通过二维模型的计算验证了算法的有效性。      

裂隙型单斜介质中多方位地面三分量记录模拟

针对裂隙型储集层中更具代表性的各向异性介质模型,即在各向同性背景介质中含有两组斜交的垂直裂隙所构成的单斜各向异性介质模型,利用时间和空间上可达任意阶的高阶交错网格有限差分技术,对具有不同裂隙填充物性质的单斜介质中波的传播快照进行了模拟.结果证实各向异性介质中波的传播速度随传播方向的不同而产生明显的差异;裂隙填充物的性质对于速度各向异性具有很大的影响.另外,利用坐标旋转法,对水平层状各向异性介质中多方位地面三分量记录进行了模拟,结果表明了方位各向异性介质中,波的传播速度不仅随入射角的变化而变化,同时也随观测方位的不同而产生差异.数值模拟结果为进一步利用地面多方位地震属性进行各向异性参数的反演及裂隙参数的描述提供理论基础.     

宽角反射地震波走时模拟的双重网格法

在研究地壳结构的人工源宽角反射地震资料解释中,常规宽角反射波走时和射线路径计算大都假定地壳模型为层状块状均匀介质.为了逼近实际地壳结构模型,要求模型尺度较大,为了提高地震资料解释的可靠性,须减小模型离散单元的尺寸,但同时计算量大大增加,使资料解释的效率较低.为此,本文尝试同时提高宽角反射地震资料解释效率和可靠性的方法,即使用双重网格计算宽角反射地震波走时和射线路径的最小走时树方法.双重网格法在均匀介质内部仅计算大网格节点,在速度变化点、震源点和检波点区域,同时计算小网格节点;在界面边界点使用比介质内部节点更大的子波传播区域.模型计算结果表明,对于大尺度的层状块状均匀介质模型,在保证精度的条件下,本文所提出的双重网格射线追踪方法的计算效率比单网格方法显著提高.     

单台地震自动定位网格搜索法及其MATLAB试验

提出了一种利用单个地震台站三分向数字地震波形记录进行单台地震自动定位的网格搜索法。该方法以台站为中心,建立辐射状网格,按可变震中距步长和方位角步长进行搜索。对一个检测到的地震事件记录波形,对每个震中距,计算预测波形特征函数与记录波形特征函数的互相关函数值,选其最大值对应的震中距;对每个方位角,合成沿径向和沿横向的波形分量,并计算P波段的径向绝对积分值与横向绝对积分值之差,选其最大值对应的方位。对于选定的方位,如果合成的径向分量与记录垂直分量乘积在P波段的积分值为负,则取该方位角为震中相对于台站的方位角,否则该角要加上180°。在MATLAB环境中对该方法的基本步骤进行了试验,初步结果表明该方法是可行的。