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。     

基于光学相干层析图像的眼底黄斑部三维重建

基于眼底黄斑部光学相干层析(OCT)图像提出一套建立视网膜局部三维模型的方法,并为实现三维OCT临床诊断技术进行前期探索.本文以梯度结合数学形态学的方法分割图像,采用基于互信息的配准算法进行图像配准,并设计了一种改进的线性插值算法进行片层间插值,最后用体绘制方式重建出眼底黄斑部三维模型.基于上述方法在PC机上成功构建出视网膜黄斑部三维模型.该模型外观平滑,较为精确,为临床应用奠定了基础.     

基于Matlab平台的多普勒雷达强度资料三维可视化

多普勒天气雷达是天气预报与科研应用中监测小尺度天气重要的观测手段.本文以CINRAD-SA型多普勒天气雷达为例,简要介绍了雷达的工作原理及其基数据结构.通过Matlab平台实现天气雷达资料数据的读取,并选用8点插值法(EPI插值)和Cressman插值,实现了将雷达极坐标数据内插到笛卡尔坐标系的三维可视化显示,并且可获取空间内任一切面或剖面的雷达回波强度.对比显示结果发现:Cressman插值后的结果对三维整体呈现的更好,8点插值(EPI)对于平面细节的显示更突出.     

基于Reflected Sigmoid径向基函数插值的温度场重建算法

声学法测温在特殊的温度场环境中有良好的应用,主要是利用有限的超声波传播路径上的飞行时间重构出连续分布的温度场.现有的温度场重建算法中最小二乘法是最常用的方法,但其重建后的温度场会出现边缘信息缺失的现象.针对这一问题,提出在最小二乘法确定温度矩阵的基础上,结合Reflected-Sigmoid函数进行插值,实现了二维平面温度场的无缺失重建.通过两种典型的单峰温度场模型的重建结果及误差分析表明,在补全温度场边缘的条件下,单峰对称温度场的均方根百分误差在1.6%,单峰偏斜温度场的均方根百分误差在3.5%,取得了很好的重建效果.     

交互式虚拟人脑内窥镜系统关键技术

目的为解决传统内窥镜方法的缺点。方法设计并开发了一套基于体绘制技术的交互式虚拟人脑内窥镜系统。结果给出了系统主要功能和流程,并且对系统实现中的3项关键技术:虚拟相机模型建立、漫游路径抽取和三维体数据的绘制方法作了详细介绍,改进的光线投射算法使得重建的三维模型图像清晰,绘制效率高。结论系统能够通过手动和自动两种方式进行器官内漫游并生成动画记录,为临床诊断和医学仿真提供了有效地支持。     

基于多约束DSI算法的GeoSMA-3D程序改进

针对传统边坡体建模精确度不高的问题，引入多约束离散平滑插值(discrete smooth interpolation, DSI)算法，通过改进团队自主研发的三维数值分析系统GeoSMA-3D,获得多约束DSI拟合建模新模块.利用原始钻孔和物探数据辅以离散结构面信息对边坡整体进行插值，通过互异的约束条件对不同特征的地质对象进行标定，进而采用改进的修正函数对边坡体进行拟合建模，通过高精度的三维边坡体模型获取结构面信息并进行聚类分组.结果表明：该方法提高了离散介质岩体分析的准确性，具有较好的理论意义及工程应用价值.     

超声衍射层析成像的高精度核卷积插值重建算法

针对超声衍射层析成像传统采用的双线性插值法重建精度不高的问题,提出一种高精度的核卷积插值重建算法.首先,根据标准的sheep and Logan体模算出重建数据点的值,再选用最小二乘非均匀快速傅里叶变换(LS-NUFFT)算法里的核矩阵作为卷积核,并用此核矩阵将非笛卡儿分布的重建数据点插值到笛卡儿网格内,最后用二维的傅里叶逆变换完成图像的重建.与双线性插值法和高斯核卷积法相比较,LS-NUFFT核矩阵法所得重建图像的2-范数误差比双线性法减少了40%以上,重建时间比高斯核卷积法减少约50%.     

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.     

认知无线电中基于Kriging方法的干扰温度空域分布估计

为了解决传统干扰温度估计方法空域特性不突出,获取准确的干扰温度空域分布估计较困难,频谱资源利用不够充分的问题,本文提出一种利用空间分布的若干传感器获得的干扰温度样本值,结合Kriging估计法对整个空域的干扰温度进行估计的方法。该方法结合地质统计学中的Kriging插值法,对具有空域性质的干扰温度数据进行处理,可以得到区域内干扰温度的三维分布。Kriging插值法是以变异函数理论和结构分析为基础,在有限区域内对变量进行最优估计的一种方法。本文在研究中与传统的MTM-SVD方法在空域特性上进行比较。仿真分析表明,该方法能够较准确的估计出考察区域内干扰温度的空域分布,基于空域的频谱资源利用率也得到相应的提高。     

基于视窗采样的大规模三维电磁环境可视化

目前三维电磁环境可视化大多针对局部地形区域,为了实现大规模场景三维电磁环境的可视化,提出了一种基于视窗采样的体数据组织方式。通过提取视窗所显示的数字地球经纬度范围,确定三维电磁环境的绘制区域,进行等间隔采样并使用Longley-Rice电波传播模型计算得到体数据。采用面绘制的方法对大规模场景三维电磁环境进行可视化。采取基于频域、时域的展示方法对三维电磁环境进行实时动态的展示。实验结果表明,能够较好地展示大规模场景三维电磁环境的整体特征和局部细节,体数据计算速度相比传统方法取得了一定提高。     

声学温度场测量中本征声线出射角的求取方法

在利用三角形前向展开法追踪温度梯度场中声线路径的基础上,尝试使用一种新的方法插值法,求取本征声线的出射角.通过使用插值法与传统的打靶法,对具体的温度场模型进行仿真计算,结果表明运用插值法计算本征声线出射角的精度和速度都要优于打靶法.     

数控仿真中切削面计算的并行化研究

针对高离散精度模型与刀具包围体进行切削计算的情况,由于三维图像重建的计算量大,基于传统CPU实现的数控加工仿真系统不能满足实时性的三维绘制。本文利用GPU的并行性特点,提出并行方式数控仿真切削面显示算法:通过线程并行处理基于MC算法的实体构造模型中体素与刀具包围体的切削计算,根据切削后体素角点信息和边的状态查找建立的构型索引表和交点数目索引表,加速数控仿真切削面的提取,从而提高三维图像的绘制速度,满足实时性显示要求。     

井间视电阻率的几何成像方法

基于非全空间直流电场的原理,采用镜像法推导出有别于半空间和全空间的视电阻率计算公式,求出与所有电位对应的视电阻率;以观测井深为纵坐标、供电井深为横坐标绘制视电阻率等值线图,由此得出井间异常体的影像图;应用三维三线性插值有限单元正演模拟方法,计算并分析几种典型的地质模型。研究结果表明:由视电阻率等值线形态能够判断异常体的空间形态和正确位置,但井间低阻体表现为高视电阻率异常,井间高阻体表现为低视电阻率异常;采用该方法所得垂向分辨率较高,确定深度较准确,但不能得出地层真电阻率。     

三步相移全息有限角CT技术重建温度场

提出了三步相移全息有限角ＣＴ技术重建热气流温度场．实验中采用双参考光相移方法,在正交两个方向上各±８°的有限角范围内,应用联合代数迭代法,重建了三维热气流温度场．结果表明,这一技术可以重建出令人满意的结果     

使用GPU编程的工业CT断层图像三维可视化技术

在具有可编程管线的图形处理器（GPU）上重新实现了传统的光线投射算法,将耗时的三线性插值和采样过程放在GPU上进行,以提高绘制速度.首先将体数据映射为三维纹理并将其载入到显存,接着通过对顶点着色程序和像素着色程序的编写将光线进入点、离开点的计算以及图像的合成运算移入GPU中,最后根据不同的采样点颜色混合公式实现不同的绘制效果.本算法通过只绘制一个代理面,避免了使用固定管线的混合操作,从而可通过自定义的混合算法来实现各种复杂的绘制效果.结论：与传统的光线投射算法相比,文中算法可快速重建出质量较高的图像,使实时绘制工业CT断层图像成为了可能.     

真彩色人脸的三维建模

结合距离相机获取人脸空间信息的精确性和数码相机获取人脸颜色信息的方便性，提出了一种彩色人脸的三维建模方法．首先，通过人脸的空间坐标信息和人脸颜色信息进行匹配，得到相应空间采样点的颜色信息；然后，进行采样点之间的插值，重建三维人脸的平滑表面．试验表明，这种方法是可行的，彩色人脸的三维模型的结果令人满意．     

基于支持向量机改进的克里金插值法—以汾渭平原PM2.5数据为例

克里金插值法根据待测点与已知点的空间位置关系以及研究区域内变量的空间相关性为已知点赋予不同权重,再通过加权求和的方式得到待测点的估计值,为待测点提供最佳的线性无偏估计。变异函数描述了区域化变量的空间变化信息,常用的理论变异函数包括球状模型、指数模型和高斯模型,然而以上模型形式较为固定且选择较为主观,可能无法准确反映数据波动趋势。基于此,提出引入支持向量机作为新的变异函数对克里金方法进行改进。使用汾渭平原PM2.5浓度数据对改进前后的克里金插值法进行效果对比,结果发现：①支持向量机能够拟合出变异函数的变化趋势,②改进后的克里金插值精度优于改进前的克里金插值精度,因此支持向量机改进的克里金插值法是一种可选的克里金方法。     

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。     

几种基本插值法在矿山三维地质体建模中的对比研究与应用

数字矿山是21世纪新技术条件下信息化与智能化的产物,建立矿山三维地质体建模是实现数字矿山的基础与核心.为了实现复杂矿山三维地质建模的经济性、真实性和有效性,如何对离散的DEM空间数据进行前期处理,是建立逼真的矿山三维地质模型难点与前提.针对不同矿山与地貌环境条件下,采用几种基本空间插值法对离散的DEM空间数据进行插值,然后对其插值后的数据进行质量评定与交叉验证,确定最优化的空间插值方法.分析结果表明不同的空间插值方法适应不同的地矿环境领域,对离散的DEM空间数据进行最优化的空间插值,是实现逼真的矿山三维地质体建模这一目最有效最核心的方法.     

超声波在空气温度场重建中的应用

超声波在空气中的传播速度会随着空气温度的变化而变化,利用超声波穿越被测温度场区域的平均速度场,可以重建对应区域的平均温度场。提出了一种易于实现的超声波重建二维温度场的方法,在被测温度场周围布置8个收发一体的超声波传感器,并将被测温度场划分为24个小区间,由超声波通过每个小区间的平均速度值获得各小区间的平均温度,以该温度值作为小区间中心点的温度并进行插值,从而重建整个被测区域的温度场。