普通克里金算法在陶瓷辊道窑温度场中的应用

本文分别用普通克里金和IDW法对陶瓷辊道窑中的温度进行插值,通过实验对比,可知温度场符合二阶平稳假设,普通克里金插值方法不仅插值精度高于IDW,变异函数中及其结构参数更可以反映温度场分布特征。     

基于Pair Copula函数的空间预测模型及其应用

对于空间数据的插值预测,大多采用传统的空间插值方法如反距离加权插值法和克里金插值法,这2种方法在边缘分布或存在异常值的情况下会导致预测精度相对较低;采用基于Copula理论的方法克服了这一问题。通过Pair-Copula函数描述了空间相依结构并利用MCMC方法(贝叶斯估计法)估计参数,讨论基于空间数据对未观测位置相关数据进行了空间插值预测;结合重庆市雾霾数据对该方法与反距离加权插值法、普通克里金和泛克里金插值法进行比较,结果发现基于Pair-Copula函数的空间预测模型具有更高的精度。     

山西高原气温空间插值分析

基于山西高原及其周边区域共27个国家标准气象站1981—2005年的日气温资料,结合数字高程模型,利用反距离加权、全局多项式、局部多项式、径向基函数、样条函数、趋势面、普通克里金与协同克里金共8种空间内插方法对山西高原年均气温进行插值,然后用留一交叉验证法对各种插值方法进行精度对比,最后分析了山西高原多年平均气温的空间分布特征.结果表明:1)以高程为协同因子的协同克里金法精度最高,是适合山西高原气温插值的最优方法;2)基于地统计学的协同克里金和普通克里金比常规的插值方法精度要高;3)常规的插值方法按精度由高到低排序为径向基函数、局部多项式、反距离加权、全局多项式、趋势面、样条函数;4)山西高原气温在空间分布上具有明显的地域性特征,表现为从低纬度向高纬度递减的规律.     

基于实冰况的船首抗冰强度优化设计

为了加强极地船舶船首强度，对极地航线冰况进行研究，提取真实极地航线的海冰数据，建立船舶航行冰况频谱表。对船舶首部采用构型全参数化设计，可保证在首部光顺的前提下进行自由变形。评估函数引入多目标线性规划思想，通过智能优化算法建立优化模型，最终建立极地船舶航行多冰况抗冰性能总收益最优的船舶型线优化设计方法。文中方法可对极地特定航线下的船首抗冰强度起到较好的优化作用。     

南极海冰总覆盖范围与面积的不确定性研究

目前,被动微波遥感数据已经成为提取极区海冰密集度的重要手段,其获取的海冰密集度产品不可避免的存在误差,这样的误差进而会引起南极海冰总覆盖范围和总覆盖面积的不确定性.利用蒙特卡洛方法对海冰密集度产品进行误差的模拟,对随机模拟影像进行统计分析,利用变异系数等指标量化随机误差带给南极海冰总覆盖范围和面积的不确定性.实验发现,当海冰密集度误差较小时,海冰覆盖范围的不确定性相比面积更大;当误差较大时,结论则相反.并且两者的不确定性都与分辨率和季节有关,分辨率越高,不确定性则越小,冬季比夏季的不确定性要小.     

京津冀气溶胶数据普通克里金插值研究

目的针对地面及卫星监测的气溶胶数据覆盖度不高的问题,笔者选取普通克里金插值方法对京津冀地区大气气溶胶(AOD)数据进行预测,对比普通克里金插值方法选用不同半变异函数时对AOD数据插值结果精度评价.方法选取京津冀地区AOD试验数据,分别采用球状模型、指数模型、高斯模型对AOD数据进行普通克里金插值对比试验,并利用Python程序计算插值结果的平滑效应.结果通过试验对比分析可知,AOD预测精度由高到低依次为普通克里金插值采用指数模型、球状模型、高斯模型方法.结论采用指数模型的普通克里金插值对京津冀地区AOD数据的插值结果精度最高,该方法可以为AOD数据缺失的区域提供精度较高的参考数据,同时为环境治理、气象预测、医学研究等提供数据依据.     

DEM数据对气温插值精度的影响分析

分析不同数量高程点参与气温空间插值,探索DEM对气温要素空间插值精度的影响,以期寻找提高气温要素空间插值精度的方法。使用四川省52个气象站点的2000—2009年平均气温数据,采用协同克里格方法对年平均气温进行空间插值。其中考虑到年平均气温与高程的相关性,以地形高程因素作为协同变量,并通过交叉验证的方法对插值结果进行对比分析。发现协同克里格插值效果优于普通克里格插值效果,但随着高程点的数量增加,插值精度随之降低,当高程点再增加时,插值精度保持相对稳定。考虑高程因素影响的协同克里格插值结果可以较真实地模拟气温的空间分布。     

从船载摄像机影像序列中提取海冰密集度的方法初探

南北极地区的航运受海冰影响较大.现有的冰区导航方法较为单一.本文设计了一种从船载摄像机影像序列中提取海冰密集度的方法,并以雪龙船第26次南极航行所拍摄的影像为例,对方法的可行性进行实验,之后使用中分辨率雷达卫星数据作为验证数据,对结果精度进行验证.结果表明,这种方法具有较高的精度,同时由于其在观测成本和观测简易度上的优势,可以作为现有导航方法的补充,并可用于定点监测等领域,为研究全球环境变化提供数据支持.     

雨量数据空间探索与插值方法探讨

对降雨量资料中的样本数据用直方图和正态QQ分布图进行了空间分布规律的探究以及自相关性的趋势分析,并结合空间分辨率为30m的高程数据以及陕西省流域图离群值的合理性进行分析;对处理后的数据进行了空间插值分析,插值方法有确定性插值(全局多项式法、反距离权重法、样条函数法)以及克里金插值法(简单克里金法、普通克里金法)两大类;通过交叉验证和一般验证来获取不同插值方法的精度,进行比较得出精度值最高的插值方法,并通过精度值选择最合适的模型来分析陕西省的降雨量空间分布规律。主要得出以下结论:(1)通过热点分析,研究区域的高程值与雨量值呈现负相关;(2)地形地貌和河流对研究区域的降雨量有很大影响。(3)在确定性插值方法中,样条函数法的研究区整体精度高于全局多项式法和反距离权重法;(4)在克里金插值方法中,普通克里金法的研究区整体精度高于简单克里金法;(5)普通克里金法的研究区整体精度高于样条函数法。     

电阻率冰厚监测装置在南极海冰考察中的应用

电阻率冰厚监测装置是中国第21次南极考察中海冰厚度监测的技术设备之一。结合南极极端环境,对基于冰、水不同电传导性质的电阻率冰厚监测装置首次在南极海冰考察中所取得的数据进行了分析,总结出极地海冰不稳定的现场环境和低温是影响该装置测量精度的主要因素,并依据分析结果对该装置提出了改进措施。     

从船侧倾斜拍摄图像中提取海冰密集度的方法

为消除提取海冰密集度时因摄影镜头倾斜造成图像变形可能引起的误差,基于摄影测量学原理,对倾斜拍摄引起的图像变形进行修正,建立从倾斜拍摄的图像中提取海冰密集度的精确方法和相应的简化算法.以2006年德国南极威德尔海冬季考察中获取的图像为例,讨论了现场观测时的系统标定方法和不同算法的计算结果.对比分析验证了图像变形修正的必要性,说明简化算法能够同时保证海冰密集度计算的精度和效率.     

新疆天山山区降水量插值方法比较

雨量站网通常采用插值法获取降水空间分布信息,但在气象站点分布不均,海拔落差大的复杂山区,普通插值法插值结果精度较低.针对复杂山区,应在普通插值方法的基础上加入高程等地形因素.以我国新疆天山山区及周边44个气象站点57年(1958～2015)的平均年降水量和平均季度降水数据为基础,采用克里金插值法、样条函数插值法、反距离权重插值法、考虑高程的反距离权重插值法以及考虑高程的协同克里金插值法5种方法进行空间降水插值,选用36个为插值站点,8个为检验站点,通过相对误差和均方根预测误差为指标对插值结果进行检验,研究不同插值方法对天山山区降水插值结果精度影响.结果表明:采用混合插值的考虑高程的反距离权重法与考虑地形因素的协同克里金法的插值结果与实际情况较为一致.     

空间插值法在热环境流动观测中的应用

以重庆都市区华岩公园3次流动观测(GPS+温湿度自动记录仪)的温度为例,选取常用的反距离加权插值法、普通克里格插值法和样条插值法3种空间插值方法,对不同插值方法及其在不同参数时的空间温度插值结果进行验证分析和评价,筛选出适合流动观测的空间插值法。最后,根据普通克里格插值法中的指数模型插值得到的温度场,分析了华岩公园的冷岛效应。研究结果表明:普通克里格插值法的指数模型对描绘流动观测(GPS+温湿度自动记录仪)范围内的温度场分布效果最佳,其他模型的插值结果精度波动性大;对测点密度大且分布均匀的温度可使用反距离加权插值法进行快速插值,但要根据温度的密度来确定1个合适的幂指数;样条函数插值法精度不稳定且不可估计,因此,该方法不适用于流动观测数据的空间插值处理。     

基于地形的大气水汽插值方法比较

对于分辨率差别较大的MERIS水汽产品与ASAR数据,直接利用ONN地形模型进行大气空间插值对局部地形变化较大的区域插值精度不高。针对这一问题,在基于ONN地形水汽空间插值的基础上,提出应用普通Kriging和von Karman Kriging 2种插值模型对局部大气进行空间插值。为修正Kriging模型引起的局部过度平滑问题,运用这2种Kriging模型的基础上,提出运用Yamamoto修正的Kriging法对区域大气残差进行空间插值。将全局ONN插值结果与局部大气残差估计值相加,得到区域的大气分布状况。对3种不同的插值方法进行交叉验证比较发现:利用ONN地形模型+基于残差的von Karman Kriging方法空间组合插值方法精度,无论是均方根误差ERMSE、平均绝对误差EMAE、平均相对误差EMRE还是平均相位标准偏差都远低于ONN地形模型+基于残差OK的空间组合插值和简单的ONN地形模型的插值误差,而且ONN地形模型和基于残差的von Karman Kriging的空间组合插值方法能进一步克服ONN+基于残差OK模型的区域平滑问题,更符合大气的空间分布特征。     

基于注意力机制的CNN-GRU船舶交通流预测模型

为更准确地预测内河船舶交通流，提出基于注意力机制的CNN-GRU船舶交通流预测模型。该模型主要借助一维卷积单元提取数据的高维特征，GRU单元学习数据中的时序特征，并通过引入注意力机制加强重要特征的学习，实现对超长序列的学习。此外，通过分析内河上下游航道交通流间的关联性，提取长江中下游6个航段的船舶AIS数据，构造多航段船舶交通流序列数据集，并将其输入本文模型中进行训练及测试。结果表明：相比序列预测模型中的SAE、LSTM、GRU、CNN+GRU和GRU+Attention,本文模型在针对不同交通流参数的预测中均具有更高的预测精度，交通流量、交通流密度和交通流速度的预测精度分别达到95.42%、97.33%、94.99%,可更好地满足工程应用需求。     

基于等时距处理和IOWHA算子的路基沉降预测

为避免随机因素对单一预测模型影响,建立更符合软土路基沉降规律的模型和方法以提高预测模型的精度和可靠性,分别以原始沉降数据、经三次样条插值和经分段三次Hermite插值处理的数据为样本值建立Gompertz模型、Logistic模型和灰色Verhulst模型3种预测模型,将每种模型的3种情况的预测值同实测值进行对比分析,选出每种模型对样本处理的优势方法。以每种模型的优势方法为单一模型,建立基于IOWHA算子的组合模型,该组合模型按照每个时刻单一模型的预测精度的高低对最优权系数进行求解。研究结果表明:在沉降速率发生明显变化时刻的数据作为最后一组样本值进行预测时,Gompertz模型和Logistic模型以分段三次Hermite插值等时距处理的数据为样本值预测效果更好,灰色Verhulst模型以原始沉降数据为样本值预测结果精度更高。求解基于IOWHA算子的组合预测模型的赋权系数时,GA比使用MATLAB的非线性优化的工具箱的求解方法更为可靠,得到的组合模型预测精度更高。     

基于有理函数的遥感水体污染图像的自适应插值

针对遥感图像的分辨率和显示质量时常不能同时达到需求的问题,提出一种基于有理函数模型的自适应插值算法(adaptive rational interpolation method,ARIM)。该模型不但具有简洁的表达式而且可以在不改变插值数据的前提下通过参数来调整插值曲面的弯曲度。算法充分考虑到了遥感水体污染图像边缘区域的方向信息,让处理过的遥感图像更加符合人眼视觉系统的特性。通过等值线将图像自适应地分解为平滑区域和非平滑区域,在不同的区域分别用不同的算法进行插值,提升了插值速度。另外,模型参数的最优化也有效提高了插值精度。实验结果表明,该算法不但提升了遥感图像的分辨率,而且在主观(目视解释)和客观(峰值信噪比)质量上具有一定的优势。     

集成式船载海冰厚度观测系统研究

开展了集成式电磁感应海冰厚度监测系统的整体设计、采集控制单元以及其操作系统的研发、主控系统软件的开发、电磁感应海冰厚度探测正反演计算研究、多传感器协同控制研究、数据传输与图形监视技术研究、悬挂体外壳设计及其悬挂姿态控制研究,并在极地现场开展业务化试验与应用示范等工作。在海冰厚度探测的多参数联合反演研究方面,运用地球物理约束反演方法,由海冰二层反演模式发展成多层反演模式,改进海冰厚度计算模式;在多传感器协同控制与无线数据传输与图形监视技术研究方面,实现船外悬挂体传感器数据实时传输至室内控制及监视单元;在极地现场业务化试验与应用示范方面,制定现场试验和应用示范工作方案,参加中国极地考察。     

高光谱Hyperion与高分辨率WorldView-2卫星数据协同下的岩性分类

在目前的技术条件下,一种遥感数据源很难同时具有高空间分辨率和高光谱分辨率特征,因此如何协同使用不同来源的遥感数据进行矿物岩石识别就成了遥感地质领域的重要研究内容之一.本文结合高空间分辨率WorldView-2数据和高光谱分辨率Hyperion数据,以新疆鸟恰县矿物岩石识别与地层划分为例探讨多源遥感数据协同的岩性分类.通过对比2种数据源的空间和光谱探测能力,找到其协同基础.借鉴传统的同源数据融合方法,把WorldView-2多光谱数据降采样到不同空间尺度,并进行主成分变换,采用第一主成分与Hyperion融合产生协同数据.基于SAM光谱角分类法,分别采用WorldView-2多光谱原始数据、Hyperion原始数据和各协同数据对研究区的岩性进行自动分类.结果表明,各协同数据岩性分类精度较高,Hyperion次之,WorldView-2数据岩性分类精度最低.     

碎冰-波浪耦合作用下的船模增阻试验研究

为研究极地船舶在碎冰-波浪作用下的增阻性能和运动响应规律,采用半精炼颗粒状石蜡模型冰,研究迎浪工况下极地船舶的增阻随航速、冰密集度、波长、波高的变化规律,进一步探究联合作用下船舶的运动响应和阻力的变化规律．试验结果表明：在船-浪相互作用下,船模总阻力会增加,波浪增阻和船舶运动响应随波高和波长的增加而增加,并且在Fr=0.055附近会发生变化．船-冰-波浪三者作用时,波长和波高的变化对波浪阻力成分与浮冰阻力成分产生了相反变化,但整体还是体现出增加的趋势;在相同冰密集度条件下,在Fr=0.055附近区间,船舶的运动响应会达到最大．