基于辛格式奇异核褶积微分算子的地震标量波场模拟

本文在对地震波场进行模拟时,采用辛差分格式对波动方程进行时间离散,采用奇异核褶积微分算子对波动方程进行空间离散.该方法尽管增加了一些计算量,但提高了计算精度和稳定性;相对于其他非辛算法,它是全局保结构的,并且具有较强的长时间跟踪能力.该方法为解决大尺度、长时程地震波场的高精度模拟问题提供了一种新的、有效的选择.     

约束优化的微分进化算法在波动方程反问题中的应用

本文提出了一种约束优化的微分进化算法,该算法使得种群在演化过程中能保持较好的多样性,且参数设置简单,不容易陷入局部最优,并能在较短时间内找到约束优化问题的最优解.结合有限元法对波动方程反问题进行研究,在对一维及二维波动方程反问题的数值模拟中都得到了较好的结果,表明了该算法具有较好的稳定性和较强的抗噪能力.     

一种求解贝叶斯模型平均的新方法

贝叶斯模型平均（Bayesian model averaging,BMA）是最近提出的一种用于多模式集合预报的统计方法.进行贝叶斯模型平均需要准确估算模型集合中每个竞争模型的权重与方差,经常采用的方法是期望最大化（Expectation-Maximization,EM）方法与马尔可夫链蒙特卡洛（Markov Chain Monte Carlo,MCMC）方法,两种方法各有优劣.本文首先对BMA的（对数）似然函数进行改进使之无需BMA权重之和为1的显式约束,并利用一种有限记忆的拟牛顿优化算法（LBFGS-B）对其进行极大化,由此提出了一种求解贝叶斯模型平均的新方法（BMA-BFGS）.采用三个陆面模式进行的土壤湿度多模式数值模拟试验表明：在计算精度方面,BMA-BFGS的精度与MCMC方法几乎一致,优于EM算法;在计算耗时性方面,BMA-BFGS的计算耗时与EM算法相当,远小于MCMC方法.     

70 kV超低管电压低对比剂用量冠状动脉CTA研究

目的：探讨采用基于AI的新迭代重建算法与低管电压在降低肥胖患者冠状动脉CTA辐射剂量的可行性。方法：选取行冠状动脉CTA检查的肥胖患者40例,随机分为两组。常规剂量组（A组）和低管电压剂量组（B组）各20例。常规剂量组采用管电压120 kV,管电流200 mAS扫描,低剂量组采用管电压80 kV,管电流200 mAS。采集数据传输到后处理工作站后,分别采用常规迭代重建算法和基于AI的新迭代重建算法的图像重建,对比分析两组的主动脉平均CT值、主动脉及左冠状动脉的信噪比、对比噪声比和右冠状动脉的噪声、信噪比。结果：B组主动脉的平均CT值、主动脉及左冠状动脉的信噪比、对比噪声比和右冠状动脉的噪声、信噪比、对比噪声比与A组无明显统计学差异;两组冠状动脉主观图像质量评分无明显差异;但B组的辐射剂量较A组降低68.2％。结论：新迭代重建算法能够显著性提高重建的图像质量,在新迭代重建算法的加持下,用80 kVp的管电压可以明显降低辐射剂量,同时获得与常规剂量图像质量相当的冠状动脉CTA图像。

     

基于免疫粒子群算法的马斯京根模型参数识别

目前在河道汇流计算中广泛应用的是马斯京根模型,该模型参数的优化求解是影响能否精确模拟实测水文过程的关键问题.以往的模型参数求解大多采用试错法、矩法等方法,计算过程繁琐,计算精度不高,影响到模型的模拟精度.针对此类问题,笔者将免疫原理与粒子群优化算法有机结合.提出了免疫粒子群优化新方法,有效解决了传统方法的计算结果精度不高的问题,并在马斯京根模型参数优化求解中得以应用,结果表明免疫粒子群算法的计算结果精度令人满意,为河道洪水演算方面研究提供了一种新的研究方法和研究模式.     

基于COS-2S模型的ADCP海浪方向谱估计

美国RD公司声学多普勒流速剖面仪(ADCP)使用的波向估计算法是迭代的最大似然算法(IMLM),IMLM可以准确估计出主浪向,但波向估计结果在主浪向以外其他方向上存在由噪声带来的能量分布,使得估计结果变得不准确。设计了基于COS-2S模型的波向估计方法,模型中只含有主波向,算法在准确估计主波向同时有效去除其他方向上噪声带来的能量分布。将一种混合遗传算法(HGA)代替遗传算法(GA)应用到波浪模型的参数求解中,HGA相对GA收敛更快,可有效找出全局最优解。仿真分析和实测数据表明,HGA和IMLM都能准确估计出波浪的主浪向,但HGA可有效去除主浪向以外其他方向上噪声带来的能量分布,HGA比IMLM更加适用于海洋各种噪声存在条件下的测量环境。     

基于稀疏AR模型的潮流信号建模与预报

潮流信号处理与预报在很多方面具有非常重要的意义和价值。本文引入信号稀疏表示理论,构建一种稀疏AR模型,寻找各潮流数据间的历史关联性,并进行预报分析。首先由实测潮流信号进行常规AR建模,获得一组过完备稀疏基;其次随机从该过完备稀疏基抽取部分建立欠定方程组,利用稀疏优化算法获得最稀疏的AR系数;多次重复上一步,获得稀疏AR系数的平均以增强稀疏AR模型的稳定性;最后利用这些稀疏AR系数来重构或预测潮流信号。文章针对实测潮流信号,特别是存在多峰值有回流现象的潮流信号,进行了稀疏AR建模与预测的多次实验。实验结果与传统的潮流信号调和预报方法相对比,发现基于稀疏AR模型的潮流预报对于潮流存在多变的现象时,具有明显优越性,从回报结果来看,稀疏AR模型的潮流预报均方差明显小于传统潮流调和分析预报方法。     

辽东湾水体吸收系数区域性半分析反演算法

水体吸收系数是影响水体光场分布的重要参数,在水色遥感探测中受到广泛关注。本文利用2012年9月辽东湾区域航次调查数据分析该区域水体各组分吸收系数的分布情况,结果表明,辽东湾水体中浮游植物含量相对较高。并利用该航次数据,建立了区域性半分析算法,该算法基于相邻波段间固有光学量的线性关系,首先通过遥感反射率反演得到550 nm波段的水体总吸收系数,再通过后向散射波段相关关系外推得到其他波段的总吸收系数。经独立测试数据检验,3个波段(412、443、550 nm)总吸收系数反演的平均相对误差分别为19.71%,17.99%,9.35%,说明区域性半分析算法能较好地估算研究区域的水体总吸收系数。本文还通过引入随机误差对算法稳定性进行了检验,结果表明算法具有较好的稳定性。     

2008年南海季风爆发前后西沙海域海气通量变化特征

基于2008年4至5月在南海西沙永兴岛进行的海气通量观测试验资料和NCEP资料,应用COARE3.0通量算法计算了海气通量,分析了季风爆发前后西沙海域天气变化特点和海气通量对南海季风爆发的响应。结果表明:2008年南海季风首先于5月第1候在南海南部爆发,受热带气旋等因素的影响,北部海区季风爆发推迟到5月18日。季风爆发和热带气旋活动对西沙海域的风速和海气通量影响较大,其中热带气旋的影响更强烈。热带气旋来临之前,潜热通量、感热通量以及动量通量均较小;在气旋活动及此后的季风爆发时期,大风使潜热通量和动量通量显著增强,感热通量则在降水期间变化明显;动量通量的最大值出现在热带气旋活动期间,其在此过程中的均值是观测初期均值的3倍以上。在整个观测过程中,潜热通量明显大于感热通量,后者是前者的16∶1。不同类型天气过程中,潜热通量的日变化相似,而感热通量的日变化有差异。湍流交换系数与风速有较好的相关关系。     

基于Clean算法的离子束抛光技术的驻留时间求法

离子束抛光技术的关键在于对驻留时间进行求解,通常通过反卷积运算来完成.这在理论上可以实现,但是当需要加工量很小或趋于零时,加工时间就变为无穷大,此时变成一个病态问题.因此驻留时间的求解变得困难,出现的奇异值使加工难以实现.以Clean算法为基础提出了天文望远镜离子束抛光技术中对驻留时间求解的一种新的有效方法,并通过拟合来处理数据,理论上可以实现任何精度.更好地方便计算机控制的实现,为加工提供了基础.仿真结果表明,此方法所求驻留时间符合天文光学镜面离子束抛光技术的要求.