四种气温空间插值方法适用性分析

探讨不同地貌类型区各种气温空间插值方法的精度及其适用性,为环境科学、生态学和地理学等区域性研究提供气象要素空间插值方法选择依据。基于地面气象站点实测气温数据,采用Kriging、IDW、Spline和TPS四种空间插值方法对三江源区、横断山区、内蒙古草原和松嫩平原等热点研究区域进行气温空间插值精度对比分析。结果表明:①TPS插值法引入高程作为协变量提高了插值精度,适用于如青藏高原东南缘地形起伏较大、地域范围较广的区域,但在干热河谷等特殊地理环境中,插值精度有所下降且存在低估现象;②Kriging插值精度高于IDW和Spline,适用于地势平坦的松嫩平原等区域;③IDW和Spline插值法对气象站点分布和密度要求较高,适用于气象站点密度大且地形起伏较小的区域。4种气温插值方法中,TPS插值法精度最高,其次为Kriging插值法,IDW和Spline插值法精度相当。     

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。     

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。     

融合钻孔与地质剖面的三维地质混合插值方法

针对传统三维地质建模中多源数据融合精度不高,插值算法单一,无法满足高精度地下三维地质建模等问题,提出了一种融合钻孔与地质剖面的三维地质混合插值方法。首先通过钻孔分层节点的提取与地质剖面的离散转换实现两种数据的无缝融合,并作为三维地质建模的基础数据;然后利用探索性空间分析判定空间数据间的自相关特性,通过交叉验证对比多种插值算法在各个地层中的适用性,选取每个地层拟合精度高、效果最佳的插值算法进行插值加密;最后利用郑州市实测钻孔与剖面数据进行实验,证明了该方法能够提升插值精度,插值后的数据既能满足三维地质空间的精细建模要求,适应不同的地质状况,也能为后续的地质空间分析与应用提供支撑。     

权重对空间插值方法的影响分析

GIS软件中包含了一些通用的空间插值方法模板,用户在使用空间插值方法时由于参数选取不当可能带来误差,例如:IDW法的幂指数默认值为2,但实验证明幂指数为2并不一定是最佳的.以反距离加权平均法和样条函数为例进行研究,结果表明:IDW法权重的选择对插值结果有很大的影响,幂指数的选择要根据研究区域的具体情况确定;在插值点稀少或数据缺乏的地区,适当的提高IDW的幂指数值可以提高插值精度;相比IDW法,样条函数法更适合应用于表面逐渐变化的情况,如:温度、高程、地下水位温度、污染浓度等.     

基于DEM的广东省平均气温空间插值Ⅰ——研究方法

以广东省为研究区域．利用地理信息系统软件ArcGIS9．3,分别运用样条函数法、反距离权重法、普通克里格法对广东省及周边的60个气象站点2003—20｜2年的月平均气温进行空间插值,并根据气温垂直变化规律利用数字高程模型对插值结果进行了修正．采用平均绝对误差和均方根误差对插值结果进行精度评估。试图探索最适合广东省气温空间插值的方法．并通过引入数字高程模型提高插值精度。     

基于空间插值方法的路面结构设计湿度指标精度研究

目的选取最优的空间插值方法求取年降水量,为沥青路面结构组合设计提供湿度参数,进而达到依据区域湿度特点规范设计道路结构参数的目的.方法采用4种半变异函数模型的普通克里格法等3种常见的空间插值方法对辽宁省年降水量空间要素进行插值研究,采用交叉验证法评价各方法的插值效果.结果就辽宁省年降水量而言,4种半变异函数模型中的环形模型精度最高.利用CM半变异模型的普通克里格法和其他两种插值方法计算所得平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差具有一致性,其中OK法精度最高.结论选取CM半变异模型的OK法求取年降水量可满足计算要求,进而为道路结构设计的湿度参数选取提供参考.     

压缩模量融合CPT数据的贝叶斯空间插值方法

大规模现代化展览场馆对基础不均匀沉降较为敏感,持力层压缩模量的空间分布特征对于控制地基变形至关重要.常规工程勘察钻孔仅提供少量精确的压缩模量土工试验值,但原位测试可提供大量随机的静力触探值,为了融合室内试验和原位测试的数据,提出压缩模量的贝叶斯空间插值方法.核心研究内容包括:根据岩土工程勘察的数据精度,将测试数据分为硬数据和软数据;使用空间随机函数描述压缩模量的空间变异性;利用最大熵理论分析软数据的不确定性,基于贝叶斯理论,建立随机场插值方法,对未知点压缩模量的后验分布进行估计.为了验证该方法的有效性,将贝叶斯空间插值方法应用于上海国家会展中心浅部持力层(粉质黏土层)的压缩模量空间变异性分析.与普通克里金插值方法比较,贝叶斯方法能融合多源勘察数据进行空间插值,精度更高.     

高分辨率卫星影像几何纠正精度的空间可视化

针对美国高分辨率卫星影像 (IKONOS)几何变形为主的特点 ,提出对几何纠正的精度采用空间可视化的方式来表达 .并以相似变换作为影像纠正的基本模型 ,推导了纠正后任意点精度与控制点精度的关系 ,基于此选择采用空间插值方法 ,插值影像纠正后任意点不同方向上的点位的精度 .在此基础上 ,采用精度可视化的概念对影像纠正的质量加以描述 ,通过一个IKONOS影像加密前后影像纠正的实例说明其应用的方法 ,并获得了一些有益的结论     

不同地貌类型区DEM空间内插算法精度评价

数字高程模型(DEM)是数字地貌形态表达最为常用的基础数据,在工程建设规划设计、地貌定量分析、流域水文和土壤侵蚀模拟分析、土地利用、数字地质、遥感图像辅助分类等方面具有重要的用途.通过数字化等高线空间内插生成DEM是当前的主要技术手段之一,不同的空间内插算法和不同的地貌区域应用对DEM生成的质量和精度有重要的影响.本文选择了丘陵、山地和高山地3种地貌类型区,利用国际上流行的DEM专业化插值ANUDEM方法及另外5种典型常用的空间插值方法生成DEM,然后通过任意点法、等高线回放法及三维可视化叠加分析方法对生成的DEM进行了精度对比分析.结果表明,3种地貌区ANUDEM算法生成的DEM精度最高,IDW算法其次,THIESSEN算法、Kriging算法和自然邻域法精度相似,样条函数法精度最低.同一种空间插值方法,在地形起伏越大的地区,生成的DEM精度越低.     

自然邻点插值方法在三维地质建模中的应用

为了增强三维地质模型的准确性,突出复杂地质体局部相关性较高的特点,避免传统插值方法中存在的计算复杂度高、多依赖人工经验等缺点,在建模过程中引入了自然邻点插值 (NNI)方法对三维离散数据进行插值.而现有的NNI方法无法直接应用于有限域的边界插值计算,成为该方法应用于三维地质建模的最大难点问题.依据Voronoi cells和Delaunay triangles的几何性质,采用non-Sibsonian (Laplace)插值方法构造形函数,详细证明了NNI方法在边界处的连续性,实现了边界插值且降低了其计算复杂度,解决了此难点问题.通过构建城市地质模型实例,验证了该方法的正确性和有效性.     

钢丝网增强活性粉末混凝土抗侵彻特性

为研究新型钢丝网活性粉末混凝土RPC(reactive powder concrete)避弹层的抗侵彻性能,进行了抗侵彻试验和数值计算分析.制作了钢丝网RPC、钢纤维RPC试验靶体.分别采用步枪子弹和57 mm半穿甲弹进行了冲击试验,冲击试验的弹体速度分别为710、340 m/s,主要比较靶体的破坏形态和弹体对靶体的侵彻深度.为利用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件对上述靶体的抗侵彻性能进行数值计算分析,创建了新型钢丝网RPC的计算模型.计算结果与试验结果基本吻合,证明了计算模型的合理性.试验和计算结果均表明:钢丝网RPC具有较好的抗局部破坏和抗裂的性能,且具有较高的效费比.     

弹体垂直侵彻岩石的理论近似解

为了得到弹体侵彻岩石局部效应更精确的计算公式,运用空腔膨胀理论和弹塑性-连续介质理论,建立了弹体垂直侵彻岩石的解析模型,得到了侵彻深度理论近似解,揭示了尺度效应不仅与弹体直径有关,而且与材料强度、有效表面能和裂纹数有关,克服了一些传统算法的应用局限性。经过实际验算,与实验数据、经典Yong公式计算结果很接近,能够用于工程实际。     

炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的实用计算方法

为了分析炸药地面接触爆炸下空气冲击波引起的感生地冲击,利用数值模拟结果以及试验数据,对根据一维平面波理论和特征线解法得到的空气冲击波为突加三角形荷载的感生地冲击的理论计算公式进行修正,提出了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的实用计算方法,分析了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的传播规律以及本文建立的实用计算公式的特点。与试验数据以及数值模拟结果对比表明,提出的计算方法基本反映了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的传播特性。     

半敞开式隧道火灾试验

为了研究顶部开口半敞开式隧道在采用自然通风模式下的火灾特性,设计并实施了隧道火灾全尺寸实体试验,得到了温度随时间的变化数据,温度随着离开火源距离的变化数据,烟气纵向蔓延和沉降数据.用Matlab软件编程对上述数据进行统计和分析,得到了距离火源不同位置处温度随时间的变化规律、顶棚射流最高温度随着离开火源距离和纵向变化规律、安全高度处烟气温度随着离开火源距离的纵向变化规律以及烟气纵向蔓延规律和沉降规律.在对实验数据进行理论分析的基础上,评价半敞开式隧道在自然通风方式下火灾排烟的安全性并提出相应的对策措施,为未来的隧道建设采用半敞开式自然通风模式提供科学指导.     

基于可信度的节点选择算法

为了解决提高检测概率与减少网络开销间的矛盾,基于数据优化融合理论,提出了基于可信度的能量融合协同感知算法（EFCS算法）及节点选择算法。通过自适应迭代算法估计出各认知用户的感知可信度,并推导出了算法检测性能与协同用户数及感知可信度间的确定关系。算法能够在达到检测性能指标的前提下,尽可能多地删除冗余协同感知用户。仿真证明,节点选择算法在保证较高的检测概率的同时极大的节省了网络开销。     

认知无线电中的一种信道估计方法

认知无线电系统能否充分发挥其优势在很大程度上取决于信道估计的准确性和实时性。将基于新型时域内插的初始估计和EM跟踪应用于认知无线电系统,同时引入小波包对初始估计进行消噪处理,提出了一种新型的半盲信道估计方法。理论分析和仿真表明,该方法较好地解决了由于主用户存在造成的导频分布不均匀,保证了天线之间导频符号的相关性,且由于采用EM信道跟踪和小波包去噪进一步节省了频谱资源、提高了估计准确性。该方法可满足认知无线电信道估计实时性和准确性要求,具有较大的实际应用价值。     

奇异值分解与神经网络结合的卫星云图云团移动预测

云团运动和发展演变的预测是暴雨等灾害性天气监测预报的重点和难点问题,针对当前云团预测中缺乏有效的非线性、非平稳预测手段,提出了奇异值分解SVD(singular value decomposition)与径向基网络相结合的云团预测途径.首先用SVD对云图进行分解,提取主要的云团结构特征,然后用提取出的云图奇异特征值和左右奇异向量作为模式识别因子,选择特定区域和季节的云图时滞序列采样,并用前后时段样本云图的奇异值和奇异矢量作为云图预测模型的输入、输出,通过对径向基网络的学习训练和误差迭代收敛,建立了云团运动的非线性预测模型.试验结果表明,该方法能合理地描述云团运动的基本特征和演变趋势.     

一种新的可信修复网络模型及其实现

为解决目前缺乏一种可行的可信修复网络框架问题,提出了一种新的、可行性强的可信修复网络模型,详细说明了该模型提供的功能和工作流程,着重阐明了可信修复网络的通讯机制和认证方法.仿真实验表明,该框架在保证网络系统安全性和可信性的同时,实现了为不满足可信网络安全策略的终端用户提供及时可靠的修复服务.     

变径水泥土搅拌桩加固桥头软基的试验分析

变径水泥土搅拌桩是一种新型的水泥土搅拌桩技术,它针对传统水泥土搅拌桩的弊端进行了改进,取得了良好的工程效果.介绍了变径水泥土搅拌桩在高速公路桥头软基的应用情况,并对其施工机械和施工工艺进行了详细说明.试验结果表明,变径水泥土搅拌桩保证了桩体中的水泥掺入量,提高了水泥浆分布的均匀性,从而保证了桩身质量,特别是深部桩体的质量;28 d龄期桩体的强度和均匀性较7 d均有较大提高;桩身水泥土芯样的电阻率与其强度之间存在着较好的线性相关关系;在其他试验条件相同时,扩大头高度越高,变径搅拌桩的单桩极限承载力越高;在保证质量的同时,变径水泥土搅拌桩能相对节约了工程成本,经济效益明显.