基于点云空洞修复和TPS模型的数学形态学机载LIDAR滤波

在分析现有滤波算法的基础上,结合数据驱动和模型驱动式算子各自的优点,提出基于点云空洞修复和TPS变形模型的数学形态学机载LIDAR点云滤波,该方法首先提取和修复由水域造成的大面积点云空洞,采用多尺度形态学开算子作用于修复的数据,得到近似裸露地表面;然后利用2D空间的TPS变形模型,以近似地表面为基础,插值原始点云,根据插值与原始点云高程的差值大小去识别地面点和非地面点。通过定量分析,验证该方法不仅有较高的滤波精度,而且也能较好的保留裸露地表的细节特征,同时该方法有助于辅助人工处理,提高数据处理的质量。     

断层EDF技术在复杂断块构造研究中的应用

复杂断块构造具有断层复杂,小断层广泛发育,断层识别难度大,储层分布及连通性复杂,地震成像不清、资料品质较差等特征。对于此类问题,常规地震资料无法满足断层解释精度要求。提出了一种新的断层EDF解释性处理技术,将地震资料处理与解释融为一体,以提高资料的信噪比和断层的识别能力。断层EDF解释性处理技术是利用扩散滤波和中值倾角滤波相结合的断层增强滤波方法来提高资料的信噪比,突出断层和地层的接触关系,再在滤波后的地震资料数据体上进行分频处理,选择最佳成像频带,突出识别不同规模的断层。通过在涠洲A油田的应用,取得了良好的效果。     

横向振动格栅紊流紊动特性试验

建立了一套大尺度格栅紊流试验系统,格栅进行有别于传统垂向模式的横向振动,采用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)测量流速。对瞬时流速的检验表明,该系统产生的紊流场具有较强的随机性和统计规律性。均方根流速在格栅片附近变化较大,在两片格栅中间处趋于稳定,纵向均方根流速明显大于垂向均方根流速,二者比值在1.5~2.0之间,接近天然明渠紊流。雷诺应力在距格栅越近处波动越大,随着距格栅距离的增加而减小,至两片格栅中间处雷诺应力基本为0。时间和长度积分尺度在格栅片处最小,随着距格栅距离的增加而线性增加,至两片格栅中间处达到最大值。流速能谱呈现Kolmogorov理论的-5/3次方规律。本系统生成的紊流场的统计规律与传统的垂向振动格栅紊流较为一致,但纵向和垂向的紊动强度更接近实际,为后续紊流中泥沙和污染物等运动机理的研究奠定了基础。     

构造物理模拟和PIV有限应变分析对构造裂缝预测的启示

油气储层中构造裂缝发育与有限应变状态关系密切,为了探索有限应变分析与构造裂缝预测的新技术方法,此次研究设计完成了一组单侧挤压收敛模型的物理模拟实验,并引入粒子图像测速(PIV,Particle Image Velocimetry)技术对实验过程进行了定量化分析。实验模型在垂向上为含粘性层的多层结构,实验结果形成了一个肉眼可见的箱状褶皱。通过PIV技术可以获取实验模型变形演化过程中各阶段的位移场数据,计算出各阶段的增量应变,实现从初始状态到褶皱形成之后整个变形过程的有限应变分析,探讨构造裂缝成因机制和分布规律,进行定量化裂缝预测。挤压变形过程初期,应变分布范围很广,有限应变较弱(约4%~8%),在挤压方向上的线应变表现为弱压应变,在垂向上的线应变表现为弱张应变,这种现象是褶皱和断层产生前平行层缩短和层增厚的纯剪变形结果,也是区域型张裂缝和剪裂缝形成的主要机制。褶皱和断层即将发育之时至发育之后,应变局限在断层发育的剪切带及附近区域,有限应变表现为较强(达20%)的剪切应变和剪切张应变,是断层面附近简单剪切变形作用的结果,也是局部型剪裂缝和张剪裂缝形成的主要机制。     

赵各庄矿地下水位时间序列数字滤波分析

为了更好地了解煤矿地下水位的变化趋势,结合工程实例,运用递归和非递归2种滤波技术进行分析,通过对比2种滤波技术的滤波效果,可以得到地下水位的变化规律和成因机理。结果表明:滤波系数的调校对滤波效果的影响至关重要。根据平滑度指标、均方根误差和信噪比对现有观测数据进行计算的结果可知,当b=0.5时递归滤波效果相对较好,当q=5时非递归滤波效果相对较好。滤波结果可以作为预测未来该地区地下水位变化趋势的依据,也可以为安全生产提供参考。     

基于近岸GPS RTK技术的潮位和波浪提取算法研究

由于潮汐和波浪的周期相差甚远,对实时海面高程数据进行相应的低通和带通滤波即可提取潮位和波浪信息。通过对仿真的实时海面高程数据进行平滑滤波、中值滤波、小波滤波等低通滤波,以及椭圆、巴特沃斯等带通滤波结果分析表明:近岸GPS RTK技术可用于潮位和波浪同步测量;对于潮位信息的提取方面,平滑、中值、小波等低通滤波均能很好的提取出潮位信息,其中平滑滤波最佳,且工程中易于实现;对于波浪信息的提取方面,椭圆滤波、巴特沃斯、切比雪夫Ⅰ型等带通滤波均能很好提取出波浪信息。     

盾构隧道点云典型要素分割

针对盾构隧道点云及其几何特征构建八叉树索引,使用体素化网格降采样进行点云降采样,利用统计特征滤波器达到精简点云,继而实现典型要素自动分割。结合点云精简算法,提高了随机抽样一致性(RANSAC)算法效率,通过拟合模型的几何特征,设置合理阈值,自动分割隧道典型要素。实验结果表明,该方法可以精确地分割出相邻距离阈值较小的盾构隧道典型要素,拟合的隧道半径与设计半径误差仅为3 mm;相比传统RANSAC算法,该算法运行速度提高了17倍,实现了相邻距离阈值达1.0 cm精度的目标分割。     

改进粒子滤波器的室内地磁匹配精度研究

针对粒子滤波算法在室内地磁分布的连续性变化中会发生滤波发散,加之算法中重采样步骤使该现象恶化,直接导致室内定位过程中目标丢失的问题。该文受Hausdorff距离度量法中点集匹配思想的启发,提出了一种利用初定位误差作为最大粒子匹配距离的约束思想,通过缩小匹配空间的区域范围的方法来解决传统算法的发散问题。最后实验表明,此方法解决了粒子滤波器在地磁匹配中出现的滤波发散现象,同时使得定位结果更加快速收敛。     

一种盾构施工引起的地面沉降预测方法

针对盾构施工引起的地面沉降的影响因素众多、关系错综复杂,常规数学模型难以准确预测沉降量的问题,该文提出了采用主成分分析法和粒子群优化的支持向量机方法来建立预测模型。并结合工程实例将预测结果与常用的多元线性回归模型和基于Levenberg-Marquardt算法改进的BP神经网络模型(LM-BP)的预测结果做了比较。结果表明:PCA-PSO-SVM的预测结果精度较多元线性回归模型和LM-BP神经网络有很大的提高,证明了该研究方法具有一定的理论意义和参考价值。     

利用零相位Kaiser窗滤波器改善MEX多普勒数据定轨精度

精密轨道确定在深空探测中至关重要,而定轨数据中的白噪声会影响定轨性能。基于零相位分析,比较了FRR（forward-filter reverse-filter reverse-output）、RRF（reverse-filter reverse-filter forward-output）和Matlab中的filtfilt这3种滤波器的优劣,设计了一种零相位Kaiser窗低通滤波器。利用火星快车号（Mars Express,MEX）的仿真数据和实测数据验证了零相位Kaiser窗低通滤波器的性能,结果发现滤除白噪声后MEX数据的定轨精度有了显著改善。双程测速数据残差均方根（root mean square,RMS）减小为原来的1/3左右,达到了0.031 mm/s;轨道位置和速度与欧空局（European Space Agency,ESA）精密轨道的差异明显变小。该滤波算法作为定轨前的数据预处理可以提高定轨精度,从而为中国火星探测器的轨道数据处理提供一定的参考。