基于点云去噪的球形标靶中心拟合研究

以球形标靶作为同名特征点进行点云数据配准时,若标靶附近有干扰物或扫描的标靶点云含有大量噪声,会对点云配准质量造成很大影响。针对目前点云配准对标靶自身噪声有所忽略的问题,分析球形标靶的特点,探讨小波阈值去噪方法的适用性,并对去噪小波基函数的选取进行实验,提出球形标靶点云离散噪声小波阈值去噪方法。实验表明,标靶自身点云的去噪不可忽视。分析结果表明,该方法能够更有效地滤除球面外围粗差噪声,单个球形标靶的中心位置拟合精度提高约0.8 mm,相较标靶球未经去噪的拼接结果,扫描物特征检查点的坐标拼接误差减小约5 mm,点云总体配准精度提升约20％,是一种有效的点云数据配准预处理方法。     

真三维地质模型构建的球体测地线八叉树网格方法

三维地质空间表达可以准确揭示地质现象与过程的空间结构与分布规律。传统三维地质建模方法广泛存在着面向局部小区域、基于投影数据、表面静态建模、难以进行3D空间查询与分析、不利于时空大数据的组织与管理等缺陷。地球剖分网格以其全球全方位视角、循环递归剖分机制和有机灵活的编解码策略为解决上述问题、构建新一代数字地球平台提供了新的技术方案。本文以郑州航空港经济区为例,利用实测地质数据,基于球体测地线八叉树剖分瓦块（SGOG网格）,建立区域真三维地质模型框架,并进行空间分析。在对原始数据进行预处理的基础上,将SGOG特定剖分层次的瓦块节点与地质体外包络体特征点数据进行匹配,构建真三维地质框架;通过漏洞修补和着色渲染,建立多尺度多地层三维地质体模型;在此基础上,进行真三维地质空间分析,包括地质体真三维剖面、数字钻孔以及几何特征参数计算。实验结果表明：本文的建模方法,不但结构简单,操作方便,适用于复杂不规则的地质体,而且可以利用SGOG瓦块的多尺度特性,灵活实现精度与尺度的自适应表达,方便进行多角度真三维空间分析。地球剖分网格是数字地球发展的必然趋势。     

复合含水层地区深基坑降水三维渗流场数值模拟--以上海环球金融中心基坑降水为例

长江三角洲分布有巨厚、松散的第四纪沉积层,地下含水系统为一复合含水层系统,深基坑降水一般采用非完整井,且由于深基坑周围连续挡水墙难以深入含水层底板,所以其地下水渗流场变化极其复杂,具有明显的三维流特征。本文以上海环球金融中心深基坑降水为例,采用数值模拟方法,模拟了在多层含水层复合存在、含水层最深底板埋深达149m、基坑周围挡水连续墙埋深达34m、基坑内地下水位降深达26m的情况下的地下水三维渗流场特征,并以此为据确定出了该基坑降水的最优化方案。     

天津蓟县中元古界高于庄组“球形臼齿状构造”新解——1400 Ma以前球形或似球形实体宏观藻类化石的细胞显微结构

天津蓟县剖面高于庄组,组成一个复杂而特别的叠层石—非叠层石碳酸盐岩沉积序列,其中,第三段构成一个特征迥异的非叠层石碳酸盐岩沉积序列。在该非叠层石序列上部的均一石灰岩(隐晶质泥晶灰岩)中普遍发育大小不等的带状臼齿状构造,与臼齿状构造共同产出的是一些数毫米乃至厘米级的球形体或似球形体。这些球形体或似球形体,曾经被解释为球形臼齿状构造,也被解释为灰岩结核、燧石结核或凝灰岩结核。岩石薄片的显微镜观察表明,这些球形体或似球形体的内部,显示出较为明显但又较为原始的多细胞组织,如分生组织和类似于薄壁组织的成熟组织,其中一些成熟细胞还保留着较为明显的细胞显微结构,表明这些球形体或似球形体的内部结构明显不同于臼齿状构造的特殊填充物——等粒状微亮晶方解石。因此,这些球形体或似球形体应该归为丘尔藻或拟丘尔藻之类的宏观藻类化石,而不是球形臼齿状构造。尽管前人在前寒武纪地层之中描述了若干宏观藻类化石,但多以碳质压型的形式保存在泥岩之类的细粒沉积之中。发现于天津蓟县剖面高于庄组灰岩中的实体球形或似球形宏观藻类化石,以其较老的地质年代(大于1400Ma)、较为明显而又原始的多细胞组织和一些成熟细胞的可能细胞显微结构,表明该球形实体化石具明显的多细胞真核生物属性。这些初步研究和发现为探讨真核生物的起源演变、揭示宏观藻类化石的生物学属性提供了罕见的实际材料,因而具有重要的意义。     

地下水开采引发的土体变形对污染物迁移影响研究

地下水开采引发的土体变形对污染物迁移具有重要影响。结合地下水渗流理论、太沙基一维固结理论和溶质运移对流-弥散理论,建立了变形土体中污染物迁移三维耦合数值模型,考虑了孔隙度、渗透系数和水动力弥散系数随有效应力的动态变化。通过对实际案例进行模拟,分析了地下水开采引发的土体变形对污染物迁移规律的影响。结果表明,地下水位下降,土体有效应力增加,土体骨架压缩变形,使得孔隙度、渗透系数减小,导致水动力弥散系数增幅减小,从而延缓了污染物迁移的对流扩散过程。     

复杂巨型滑坡形成机制三维离散元模拟分析

滑坡位于金沙江下游某拟建的大型水电站库区左岸,距坝址较近,总体积约为2 560万m3,属特大型滑坡,其稳定与否将直接威胁到大坝安全和水库正常运营。由于滑坡成因复杂,对其进行合理评价和科学预测尚有困难。为此,结合野外详细勘查资料的分析,对其形成机制进行了定性分析,认为主要以滑移-弯曲型为主,局部可能存在滑移-拉裂或蠕滑-拉裂变形。在此基础上,运用三维离散元数值模拟分析方法,再现了其变形破坏演化过程,进一步证实了其滑移-弯曲型变形破坏机制,很好地解释了主滑带低于现今河床、主滑体南侧边界比较模糊等原因,从而为其发展演化趋势、稳定性和危害性评价提供了有力依据。     

北京地铁隧道结构整体变形监测的研究

本文结合北京地铁一号线八宝山站至八角游乐园站区间结构变形监测工程,提出了一种对城市地铁隧道变形三维整体监测的方法,在不中断地铁正常运营的情况下,得到地铁整个变形区域形变的三维数据,不仅精密的监控了隧道衬砌、轨道和道床的形变,确保行车安全;而且可以方便的进行隧道结构和轨道变形的力学分析,从而达到了解地铁变形机理、掌握形变规律、预测形变趋势的目的。     

基于RS和GIS的半干旱区城市绿化三维量测算研究——以兰州市安宁区为例

实地调查测量兰州市主要绿化树种的胸径、冠径、冠高、冠下高、树高等指标,建立常见绿化树种"冠径-冠高"相关方程和树冠绿化三维量计算公式。以1∶2 000数字航空正射影像为数据源,在ARCGIS9.0支持下测算出研究区绿化三维量,计算结果与研究区实际情况相符。研究表明,绿化三维量作为半干旱区城市绿色环境评价的指标,能更好地反映城市绿化和生态环境质量。     

Convective Redistribution of Ozone and Oxides of Nitrogen in the Troposphere over Europe in Summer and Fall

The fluxes of ozone and NO_x out of the atmospheric boundary layer (ABL) over Europe are calculated in a mesoscale chemical transport model (MCT) and compared with the net chemical production or destruction of ozone and the emissions of precursors within the ABL for two 10 days' periods which had quite different synoptic situations and levels of photochemical activity (1–10 July 1991 (JUL91) and 26 October–4 November 1994 (ON94)). Over the European continent, about 8% of the NO_x emissions were brought from the ABL to the free troposphere as NO_x, while about 15% of the NO_x emissions were brought to the free troposphere as NO_y–NO_x, i.e. as PAN or HNO₃. The convection dominates over the synoptic scale vertical advection as a transport mechanism both for NO_x and NO_y out of the boundary layer in the summertime high pressure situation (JUL91), while in the fall situation (ON94) the convective part was calculated to be the smallest. NO_x was almost completely transformed to NO_y–NO_x or removed within the ABL. Also for NO_y the major part of the atmospheric cycle is confined to the ABL both for JUL91 and ON94. The vertical transport time out of the ABL is of the order of 100h both for the total model domain and over the European continent. The net convective exchange of ozone from the ABL is not a dominant process for the amount of ozone in the ABL averaged over 10 days and the whole domain, but convection reduces the maximum ozone concentration in episodes significantly. The ozone producing efficiency of NO_x is calculated to increase with height to typically 15–20 in the upper half of the troposphere from around 5 in the ABL, but in the middle free troposphere the concentration of NO_x is often too low to cause net chemical formation of ozone there.     

基于热含量探究PDO的三维结构及信号传播特征

基于1815—2013年SODA(Simple Ocean Data Assimilation)数据不同深度的温度数据资料,进行了热含量的计算,并通过EOF分解、功率谱分析等统计方法探究太平洋年代际振荡(Pacific decadal oscillation,PDO)的三维结构和周期性特征。结果表明,太平洋的年代际变化不仅仅存在于海洋表层,海洋300 m以浅均存在年代际变化特征,其中次表层(70 m左右)的年代际变化特征最为显著。功率谱分析的结果显示,北太平洋的年代际变化周期约为18 a。利用SODA数据的温度和盐度资料对北太平洋的Rossby(罗斯贝)波波速进行了计算,计算结果显示,Rossby波向西传播,其波速随着纬度的增大而减小。对300 m以浅水体的热含量时间序列与PDO指数做了超前滞后相关,在热含量序列滞后9 a时相关系数分布与同期相关反相。对不同层次的热含量与PDO指数进行了超前滞后相关,分析PDO的演变特征,结果表明,PDO在低纬度通过Rossby波向西传播,在传播过程中深度逐渐加深。