基于SVM和雷达回波反射率的雹云模型识别研究

为了提高基于支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的大雨、冰雹模型的分类准确率,利用SVM分类方法与雷达回波反射率图像相结合的方法建立模型。提取雹云图像与大雨图像的的特征数据进行筛选,分别求出它们的和、中位数与方差,组成的三维识别向量作为SVM模型判别的变量数据训练模型。利用该模型对已有样本进行测试,可得雹云判别模型的识别率较高,且判别误差率较低。结果表明,通过气象雷达反射率图像的回波强度数据与SVM分类模型相结合构造的雹云判别模型,具有较好的效果。     

基于聚类分析的冰雹预测研究

冰雹是我国频发的气象灾害之一,冰雹云的预测是对强对流天气的重点监测对象,文中所采用的信息源图像为雷达回波反射率图像。主要从冰雹云的形态特征、基本反射率因子这两个方面进行分析计算,运用MATLAB程序提取出可能出现降雹的有效区域,进行聚类分析判别,识别出雹云单体所在的有效区域。通过对训练样本的聚类归纳总结,基于对降雹云单体的形态特征、反射强度研究的一般规律,建立判别函数。在此模型基础之上,计算出反射强度值大于45 dBZ可能出现降雹区域的概率,从中获取一个参数值,当概率大于这个预定的参数值时,则可能出现降雹天气。通过仿真实验结果表明,此模型对冰雹云的预测有良好的判别效果,可以应用到实际生活中去,做到提前预警,减少经济损失。     

多时间尺度下变体生成式对抗网络的股价预测

股价预测能为公司经营、投资决策和市场监管提供重要依据。【目的】为了避免特征提取不足与预测不准等问题,我们构建了多时间尺度下变体生成式对抗网络对股价涨跌方向进行预测。【方法】首先以双向长短期记忆网络构造生成器,以卷积神经网络构造判别器;然后分别对生成器与判别器在多时间尺度数据上进行博弈训练,提取长期与短期特征后将结果拼接;最后获得预测模型。【结果】选取沪深300指数、建设银行与陕西煤业股价为样本进行实证分析,试验发现沪深300指数涨跌预测准确率达到59.63%,个股数据验证表明本文模型具有一定的稳定性与优越性。【结论】本模型能提高预测股价涨跌的准确率,丰富了金融数据分析方法。     

一种紫色土图像的分割与提取方法

【目的】研究紫色土的图像分割与提取，为将来实现机器视觉识别紫色土打下基础。【方法】利用在RGB颜色空间的像素值分布特点，计算多变量条件概率，通过建立优化模型提取颜色特征值的边界，结合分段函数构建分割测度；然后，使用构建的分割测度建立基于密度峰值思想的优化模型，按照两次迭代差异最小化原则，优化局部分割阈值，从多个局部分割阈值中利用类内方差最小化模型获得优化的分割阈值，实现紫色土的图像分割；最后，以像素四邻域连通标记递归算法标记包含空洞的紫色土区域图像的连通区域以消除分割结果中的背景离散区域。同理，标记背景连通区域以填充紫色土区域图像空洞实现图像中紫色土区域的提取。【结果】计算综合评价指标F1、调整的兰德系数ARI和归一化互信息NMI来评价分割提取的结果。试验表明，提出的方法平均分割准确率达96.01%,97.16%和82.02%；与对比方法比较，提出的算法可以更加准确完整地分割与提取紫色土区域图像，最终实现紫色土图像土壤区域的完整分割。【结论】提出的算法是有效的。     

CNN边缘提取在冰雹预测中的应用

冰雹是一种破坏性较为严重的自然灾害之一.结合细胞神经网络理论对雹云进行了预测研究,选取新疆几个地区的冰雹云层图像进行分析,提供了一种简单的利用细胞神经网络边缘探测方法来判别云层图像是否降雹.在MATLAB程序进行边缘探测得到图像对应的像素矩阵数据,将矩阵数据处理得到每个图像的像素强度,像素强度小于0.8的是降雹云层,大于0.9的是无雹云层.经验证细胞神经网络理论在冰雹的预测识别中是有效的.     

基于TLS的红松树冠半径提取及其外轮廓模型构建

【目的】探究基于地基激光雷达(Terrestrial Laser Scanning, TLS)点云数据提取人工林中红松不同树冠深度处最大树冠半径(crown radius,R_C)的精度,建立基于TLS点云数据的树冠外轮廓模型,为基于TLS点云数据研究树冠结构奠定实践基础。【方法】以30株人工林红松解析木的TLS的点云数据以及实测枝条因子为数据源,采用点云分层投影法提取不同树冠深度处的最大树冠半径,并与根据30株解析木各轮最大枝条计算出的半径对比进行精度分析。最后,基于TLS所提取的树冠半径进行红松树冠外轮廓模型的构建。【结果】最大树冠半径总提取精度为86.17%,不同树冠深度处提取精度存在差异,提取效果最好的相对冠深范围为0.15～1.00,精度均在90%左右;提取效果最差的相对冠深范围为0～0.15,精度为60.27%～75.79%。3种常用的树冠外轮廓模型(单分子式、二次抛物线、3参数Weibull方程)均具有较好的拟合效果。3参数Weibull方程为最优模型,对最优模型再参数化后引入的变量为胸径(DBH)和高径比(HD),拟合效果明显提高。【结论】基于TLS...     

基于多站扫描的点云特征参数与材积结构动态分析

【目的】采用地面激光雷达(TLS)进行多站点扫描获取立木的点云信息,提取有关点云分布的特征参数,拓展立木测树因子,建立基于特征参数的材积模型。【方法】以马褂木(Liriodendron chinense)人工林为研究对象,利用点云数据提供的立木上部直径(d)、树高(H)等因子对两期(2014、2017年)林分结构变化进行分析;设计并提取基于TLS点云的特征参数高度累计百分比,同时提取了其他与高度相关的特征参数作为一组变量;将提取的立木胸径(DBH)与特征参数作为另一组变量;最后分析特征参数、胸径与材积的相关性,通过逐步回归法分别建立基于两组变量的材积模型,并分析两期材积的动态变化。【结果】选用特征参数H₂₅与H_{t, var}(点云高度方差)拟合两期材积模型,其决定系数R²分别为0.771 1、0.742 6;利用特征参数H₂₅与胸径拟合,模型预测精度有明显的提升。以上两组材积模型预测各径阶材积变化,其模型值与实测值无显著差异,R²均高于0.9。【结论】研究提取的高度累计百分比与立木测树因子紧密相关,可以很好地反演林木的动态结构。研究建立的材积模型均有较高的精度,可用于林木材积动态变化监测,为地面激光扫描点云参与森林资源动态监测提供理论参考。     

基于声信号特征分析的降雹和降雨识别

基于天气雷达和卫星云图的降雹降雨识别方法,为预警防灾提供了重要的技术支撑,但这些方法需要成本较高的人工后验统计.针对该问题,提出基于声信号特征分析的降雹和降雨识别方案.对降雹和降雨声信号进行预处理,将提取的时频特征作为识别依据,采用基于马氏距离的模糊聚类算法对声信号进行识别.实验结果表明:该方案具有高达93.3333％的识别准确率,可用于降雹降雨声信号的识别.     

基于高斯混合模型的遥感影像云检测技术

【目的】高分辨率遥感影像云检测技术一直是遥感影像处理亟待解决的难题,尤其是边缘薄云和散云的检测。针对高分辨率遥感影像的成像特点,利用形态学运算、多边形简化技术,实现含云影像的准确提取。【方法】首先对影像进行高斯低通滤波平滑,取得一致均匀的明暗效果; 然后将影像分为多云、少云、无云3种情况,对多云影像采用Otsu阈值分割,对少云影像采用高斯混合模型进行阈值分割; 最后对云区进行形态学处理得到最终云区。【结果】高分辨遥感影像云检测方法目视效果较好,可有效提高云检测精度,该方法准确率为98.60%,查全率在90%左右,错误率约为2.58%,可以较为准确地检测出厚云、薄云、散云,同时还可有效地减少对房屋、道路、裸地的误判。【结论】基于Otsu阈值分割和高斯混合模型的高分辨率遥感影像云检测技术算法复杂度适中,计算量小,运算速度快,检测精度高,适用性广。     

基于相机拍照的油茶果形状特征提取研究

【目的】为实现油茶果实尺寸及大小分布的快速获取,提出一种基于相机拍摄的油茶果形状特征参数批量化提取方法。【方法】首先将采摘油茶果摆放于含刻度尺的背景板,利用相机快速获取油茶果图像并进行校正;然后利用Mask R-CNN模型对图像油茶果进行快速检测计数,根据生成的掩码采用椭圆拟合法统计油茶果特征参数(长轴长、短轴长、面积、周长)的像元个数;最后结合背景板刻度尺计算的像元大小,获取油茶果特征参数,同时利用实测值进行精度验证。【结果】Mask R-CNN模型的平均识别准确率和召回率分别为99.55%和91.19%,测度值为95.22%,满足用于统计油茶果形状特征参数的要求。对油茶果面积的估测精度最高,决定系数(R²)、平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)分别为0.999 0、10.75 mm²、14.88 mm²;其次为周长和长轴长,短轴长的估测精度最低,其R²、MAE、RMSE分别为0.864 7、3.15 mm、3.74 mm。【结论】该方法实现了油茶果采摘后的快速准确计数以及形状特征参数的批量化提取,可为大量果实特征参数的快速准确检测提供参考,为指导油茶果实分级和快速测产提供科学依据。     

EOF分解方法反演海浪参数的有效性研究

【目的】进一步确认经验正交函数(EOF)分解处理导航X波段雷达图像序列方法的有效性。【方法】基于两套导航X波段雷达同步观测的实验数据,利用经验正交函数分解算法反演海浪的有效波高(SWH)、峰值周期、主波波向和主波波长。【结果】4种参数均方根误差分别为0.1~0.2m,0.6~0.9s,5.01°和7.09m。【结论】经验正交函数分解反演不同海浪参数的方法适用于处理近岸海区的非均匀波浪场。     

钦州湾海上溢油扩散数值模拟

【目的】研究钦州湾海上溢油扩散特征及其影响因素。【方法】在对钦州湾水动力进行数值模拟的基础上,利用MIKE 21/3SA溢油分析模块,对其海上溢油扩散进行数值模拟。【结果】常风况条件下,涨潮时刻发生溢油,溢油先向茅尾海方向漂移,待落潮后退出茅尾海;计算时段内,溢油向茅尾海方向及钦州湾外湾方向漂移的最远距离分别约为17.51km和10.73km,扫海面积约为71.83km~2。落潮时刻发生溢油,溢油则先向钦州湾外湾漂移,待涨潮后转向钦州湾湾颈方向;计算时段内,油膜向钦州湾外湾方向漂移最远距离约17.96km,油污扫海面积约为50.72km~2。【结论】钦州湾溢油漂移扩散特征与溢油发生时刻及风作用密切相关,溢油时刻及风作用对钦州湾溢油漂移扩散的影响不容忽视。     

海浪波谱仪微波散射模型

【目的】建立与观测数据相符的海浪波谱仪(SWIM)散射模型。【方法】利用Kirchhoff近似以及准镜面散射理论,建立从海浪方向谱映射到海浪波谱仪后向散射截面(σ°)的散射模型,并利用热带降雨测量卫星(TRMM)所搭载的降雨雷达(PR)提供的低入射角下的后向散射截面数据,对模型进行检验。【结果】准镜面散射模型结合高阶Gram-Charlier级数型海表斜率概率密度函数,模拟的雷达后向散射截面与入射角的关系在降雨雷达的0~18°入射角范围内与实测数据一致。【结论】海浪波谱仪的信号散射可利用准镜面散射模型结合高阶Gram-Charlier级数型海表斜率概率密度函数来描述。     

广西强天气分布特征及物理量诊断分析

【目的】分析研究广西强天气的时空分布特点和变化特征,在天气形势分型的基础上统计提供强天气发生的物理量诊断阈值。【方法】采用长时间序列、大批量样本进行分类统计和合成分析方法。【结果】雷暴南部多,北部少,其中桂东南和沿海地区是雷暴的高发区;冰雹主要出现在北部,桂南降雹少;广西东部和沿海地区为大风频发区;历年龙卷风天气发生次数不多,且集中在涠州岛及沿海地区;强降水呈南北两个高频带。雷暴、降雹和强降水的月变化都具有"单峰型"特征,大风月分布具有"双峰型"特征。强降水主要出现在夜间至次日8∶00,大风、雷暴和冰雹天气则主要出现在午后至傍晚。【结论】广西强天气具有明显的地域分布特征,不同地域及不同天气系统影响下的温度层结和不稳定能量等特征物理量都有较大差异。     

桉树优良无性系选育研究

【目的】通过对39个桉树(Eucalyptus)无性系多品质性状的综合评价,筛选出速生、干形好的优良无性系,为桉树的良种选育提供科学参考。【方法】运用方差分析、主成分分析等方法,对各桉树无性系品质进行综合比较与优劣排序。【结果】方差分析结果表明39个无性系的树高(H)、胸径(DBH)、单株材积(SV)、枝下高(LBH)、干形(SF)等性状差异显著。主成分分析结果显示:在39个无性系中,综合分值排前五的无性系分别是567-4,629-3,631-2,600-5和645-4,这5个无性系具有生长快、干形好等优良聚合性状;而649-9,623-3,664-2和628-3在单一性状(如单株材积或材性)表现优秀。【结论】综合筛选出的5个优良无性系可用于大面积推广,而单一性状优秀的4个无性系对未来桉树育种及定向性状改良具有重要价值。     

基于RSSI的室内定位改进算法

【目的】为提高室内环境的定位精度,提出一种改进的基于RSSI(接受信号强度显示)的室内定位算法。【方法】首先根据室内的实际布局情况对场所进行区域分割,然后采用等边三角形布局信标节点,接着用高斯模型对数据进行预处理,最后使用改进的加权三边测量法定位未知节点的最终坐标。【结果】改进的算法具有定位误差小、精度高的特点。【结论】该算法适用于室内精确定位,有利于无线传感器网络的发展。     

有限风区内波浪数值模拟研究

【目的】研究港内波高分布特征及有限风区内风作用对波高的影响。【方法】以某码头工程为例,结合MIKE 21BW波浪模块及小区风成浪计算公式对港内波高进行计算,并对计算结果进行分析。【结果】计算组合中,W向、WSW向风作用下,港池西侧斜边岸线及西侧岸线前沿水域受岸线遮蔽的影响,波高相对较低,而湾底及东侧岸线前沿受外海入射波影响较大,波高相对较大。风作用对港内波高有一定的影响,W向风作用下,风浪对湾底岸线及东侧岸线前沿各观测点波高的贡献分别为9%~15%及12%~15%,WSW向风作用下分别为13%~35%及16%~41%。【结论】风作用对有限风区内波高的影响不容忽视。     

电解铝企业周边土壤氟化物累积影响的研究

【目的】系统研究电解铝企业氟化物排放对企业周边土壤的累积影响。【方法】基于电解铝企业电解烟气的监测结果,采用ADMS模式预测企业周围大气中固态氟和气态氟的年平均落地浓度,通过土壤累积预测模式预测出不同年份氟化物在土壤氟污染关心点和区域土壤中的累积影响。【结果】固态氟、气态氟的年平均落地浓度与气象、地形和距离等因素有密切的关系。土壤中氟化物的累积与企业投产运行时间密切相关,随着企业运营时间的持续,土壤中氟化物含量的不断递增,电解铝企业运行30年后,厂区四周土壤中氟化物的累积量均出现了超出100mg·kg-1的区域,该区域最远距离可达1 640m,总区域面积高达4 487 411m2。【结论】电解铝企业生产对周围土壤的影响不容忽视,电解铝企业应提高污染防治措施,减少氟化物的排放。     

卷烟厂异味气体源强核算与环境影响预测研究

【目的】解决卷烟厂异味气体对周围环境影响无法量化评价的难题。【方法】拟从臭气浓度测定原理出发,对广西某卷烟厂臭气浓度进行源强核算,在此基础上进行理论预测,并结合臭气浓度实际监测结果进行分析。【结果】该卷烟厂异味气体排放对排放源下风向地面轴线距离200~400m范围内的影响最大,预测结果与实际臭气浓度的监测结果一致。【结论】提出的卷烟企业异味气体源强核算与环境影响预测方法可以满足类似烟厂企业排放臭气的大气环境影响评价要求。     

条斑紫菜与坛紫菜挥发性风味的电子鼻分析

【目的】利用电子鼻技术区分条斑紫菜(Pyropia yezoensis)与坛紫菜(Pyropia haitanensis)的原藻及其制品。【方法】应用18个金属氧化型气体传感器并通过风味雷达图和主成分分析法对2种紫菜的挥发性风味进行轮廓性分析。【结果】两种方法分析原藻及其制品均显示条斑紫菜和坛紫菜的气味轮廓与敏感物质类型存在差异;相比紫菜原藻,各制品间的气味轮廓较为一致。【结论】电子鼻技术可以区分条斑紫菜与坛紫菜挥发性风味,原藻及其制品均有明显差异。加工过程使得产品挥发性风味趋于统一。