基于PCE代理模型和贝叶斯优化的结构参数快速反演方法

为保证工程结构的安全,根据实测资料进行反演分析,获取真实环境下的材料参数值具有重要价值.而现有的参数反演方法普遍存在计算效率与精度不可兼得的问题.本文利用小样本构建基于混沌多项式展开(polynomial chaos expansions, PCE)的高精度代理模型,并采用贝叶斯优化进行参数反演.新方法基于大型结构响应随机量化方法,充分利用复杂因素影响下结构响应随机特性,并依据贝叶斯后验更新方法,仅需要少量正向计算样本,便可高效、精确地进行大型结构的参数反演.某混凝土拱坝材料参数的反演算例表明,与基于贝叶斯优化算法直接进行迭代优化反演方法和基于Kriging代理模型的反演方法相比,本文所构建的方法具有优异的计算效率,适合于大型复杂结构问题的快速反演,为实际工程中在线反演和实时预测提供了新的发展维度.     

零散射近似的冠层热红外辐射间隙率模型

对冠层热红外出射辐射的精确物理描述,是利用遥感技术反演植被覆盖区域地表温度工作中的关键一环．侧重于零散射近似下表达连续植被冠层热辐射特征的间隙率模型,包括基本模型与附加光照修正项并考虑热点效应的光照模型,分别对应夜间和白天的冠层热辐射特征;并着重研究辐射的方向性分布,及其与叶面积指数、叶倾角等因子的关系;由于冠层内部温差,如叶片与土壤温差、光照叶片或土壤与处于阴影中的叶片或土壤之间的温差等,引起的冠层方向辐射特性．模型的理论计算值与地面实验实测数据吻合较好,证明模型能在一定范围内较好地反映植被冠层的热辐射特征．     

单一太阳角BRDF数据反演过程中误差传播的估计

太阳光照角变化范围较小在星载多角度遥感数据集中是普遍存在的,以线性核 驱动模型的反演为例分析了用单一太阳角数据反演条件下误差传播的规律．指出在这种条件下反演ＢＲＤＦ随太阳角变化的趋势是不可靠的,因此用单一太阳角数据拟合二 向反射率的外延能力作为模型检验标准是不合理的．作为解决的方法,建议在反演中 对反照率随太阳天顶角的变化趋势加一定的限制条件．     

利用MODIS反演武汉东湖叶绿素a浓度

以武汉东湖作为研究区域,对经过大气校正后MODIS影像的波段反射率与叶绿素a浓度实测值进行相关分析,分别应用BP人工神经网络模型和线性回归模型对武汉东湖的叶绿素a浓度进行了反演,并对两种反演方法的拟合和预测效果进行了比较.利用BP神经网络反演得到的拟合值与叶绿素a实测值的拟合效果略好于线性回归方法得到的结果,神经网络模型的可决系数R2值0.90大于线性回归模型的R2值0.820.神经网络模型预测的最小绝对误差为0.07 μg/L,线性回归模型的最小绝对误差为2.08 μg/L.最后分析了两个模型各自的优势,将模型应用到武汉东湖2008年5月19日的MODIS影像上反演出东湖水体叶绿素a浓度的分布情况,并对东湖水质进行了评价,结论与多年的地面监测结果一致.     

用热辐射方向性模型反演非同温像元组分温度

在遥感像元内含有多种组分、温度不均一的情况下，地表像元热红外辐射的方 向性主要源于像元内的三维结构．研究应用多角度方向辐射观测数据对非同温像元组分温度的估计，提出了多组分像元热红外辐射模型的线性反演方法，在反演中，对观测数据信息和反演参数信息量的度量方法、对模型优化函数的改进，及对室内模拟试验观测数据进行了验证．     

空间均化分层土壤入渗模型

以通用Green-Ampt模型为基础,用概率密度函数和垂向分层分别描述了土壤饱和导水率在水平和垂直方向上的空间变异性,通过面积均化建立了宏观尺度上的空间均化分层土壤入渗模型（SAI模型）.针对典型土壤入渗过程的数值实验表明了SAI模型具有较高的精度,能够充分反映饱和导水率空间变异性对入渗的影响.分析表明在暴雨期土壤的平均入渗率随水平方向的变异性增强而减小,目前采用的垂向平均方法将低估入渗量.SAI模型本身包含了土壤的非均匀性,是一个宏观尺度的模型,在保持模型物理机理和参数物理意义的同时,有效避免了由于入渗模型非线性和土壤非均匀性引起的模型适用尺度和应用尺度不匹配问题,在空间均化水文模型中的初步应用表明,SAI模型可以用于宏观尺度水文或气象模型中暴雨期或者灌溉条件下的入渗模拟.     

压电驱动的载荷比拟方法

随着压电材料与结构大量进入航空航天结构控制领域，针对大型复杂结构的压电驱动计算与优化对计算方法提出更高的要求．本文提出并验证了压电驱动载荷比拟方法．使用该方法可以大大降低有限元模型规模，避免多压电铺层面内电压定义困难、简化材料参数在材料主向与单元主向之间的复杂转换，特别适合于结构强度工程人员进行压电驱动的振动与形状控制设计．     

基于红外辐射特征的空间目标属性预测

利用空间目标红外辐射测量数据,提出了系统的计算分析方法,对空间目标的温度、发射率等属性进行预测,进而判断空间目标的类型和运行状态.通过建立空间目标红外辐射光谱计算模型,模拟了探测器接收到的红外辐射光谱信号,采用独立成分分析方法提取了空间目标不同材料的光谱发射率特征,判断了空间目标的部件个数和材料类型,采用最小二乘拟合方法反演了空间目标各部件的投影面积与表面温度.模拟结果表明:该方法对空间目标参数的反演误差较小,能够实现对空间目标属性的预测.研究成果对于空间目标类型和状态的判断,具有十分重要的意义.     

基于BP神经网络的杭州湾北岸水下地形遥感反演研究

基于BP神经网络模型,利用同一时期的遥感影像和实测杭州湾北岸海图资料,构建了影像灰度值和水深值之间的单隐层BP神经网络模型,用以反演杭州湾北岸水下地形。结果表明,与传统的统计模型比较,所建神经网络模型反演地形的精度达84％。由此可见,基于影像灰度值和水深值建立的BP神经网络模型在反演海岸水下地形方面具有较强的应用价值。     

区域目标ET的理论与计算方法：应用实例

目标ET是指在一个特定发展阶段的流域或区域内,以其水资源条件为基础,以生态环境良性循环为约束,满足经济持续向好发展与和谐社会建设要求的可消耗水量.基于目标ET的水资源配置用耗水量代替需水量,突出了资源节水理念,是未来水资源管理的发展趋势.本文采用先分项、再综合、后评估的方法计算了天津市2010水平年的目标ET.分项目标ET包括不可控ET和可控ET,不可控ET利用分布式水文模型和遥感监测模型互为校验得到;可控ET主要包括灌溉耕地ET和居工地ET,灌溉耕地ET利用土壤墒情模型和蒸散发模型计算,居工地的工业生活用水ET通过定额和耗水率计算.论文根据不同的水资源条件组合,设置了八套计算方案,分别计算了各种方案的目标ET,并对计算结果进行了评估,给出了推荐方案.     

超声测量结构内部瞬态温度场的重建方法研究

固体结构内部瞬态温度场的无损测量在航空航天、机械制造与材料加工等领域都具有十分重要的作用.本文基于超声波传播速度与温度的相关性,建立了超声测量各向同性材料内部瞬态温度分布的模型,从反演角度入手,将瞬态非均匀温度场的重建问题转化为热边界的反演和热传导正问题计算的问题,应用参数辨识中的共轭梯度法,发展了一种高分辨率的温度场重建方法,并通过数值仿真系统分析算法的精度、抗噪性和稳定性等特性,最后,进行了实验验证与分析.研究表明:基于超声渡越时间反演得到的热边界条件,符合物理实际,重建得到的结构内部瞬态温度分布精度较高、实时性好、适用性强,有利于促进超声无损测温技术的发展,具有重要的工程应用价值.     

基于边界元和分散式模糊推理的圆筒内壁形状识别算法

利用边界元法(BEM)和分散式模糊推理(DFI)算法求解二维稳态传热学几何反问题。首先,给定边界形状的初始猜测值,利用BEM求解传热学正问题,得到边界温度计算值;然后,根据DFI反演算法,利用温度测量值与其计算值的差值推理得到一组模糊推理分量;最后,对模糊推理分量进行综合加权,得到边界形状的补偿量。本文通过数值实验验证了DFI方法的有效性,讨论了初始猜测值、测量点数目以及测量误差等因素对反演结果的影响,并与共轭梯度法(CGM)的反演结果进行了对比。数值实验结果表明,与CGM相比,DFI降低了反演结果对温度测量点数目的依赖程度,增强了对温度测量误差的抗干扰能力,具有更好的抗不适定性。     

多光谱水深遥感方法及研究进展

文中简单回顾了多光谱水深遥感的国内外研究进展。将当前水深反演模型归为3类：即波浪法、统计法和水体散射遥感测深法,对各模型作了简单介绍,以时间为顺序列出了各模型在实践中的应用状况,分析对比了各种模型的优势和劣势。最后对当前水深遥感的发展趋势谈了自己的两点认识：即高分辨率数据的应用,改进的或新的水深反演方法不断涌现。     

环境一号B星热红外波段单通道算法温度反演

文中在考虑环境一号B星(HJ-1B)热红外波段(infrared scanner,IRS4)光谱响应函数和有效波长的基础上,通过MODTRAN4模型模拟,对Jimenez-Munoz和Sobrino(JM&S)单通道算法中的大气函数进行改进,重新计算得到了适合HJ-1B星IRS4地表温度(land surface temperature,LST)反演的3个大气函数公式,并反演了福州地区的地表温度.采用基于星上辐亮度法对反演的地表温度进行精度评价,并将反演的地表温度与JM&S算法、段四波等修正的JM&S算法反演的地表温度进行对比分析.结果表明:使用文中改进后的大气参数对HJ-1B星IRS4进行地表温度反演,可取得较好结果.     

航天成像光谱仪CHRIS辐射与光谱性能评价

CHRIS是欧空局于2001年10月成功发射的PROBA卫星上搭载的探索性高光谱遥感器,它共有5种可选择的作业模式,在可见光到近红外(0.4～1.05μm)范围,最多可以获取62个波段.文中采用基于图像自身的大气校正方法(模型法ACORN和经验法),在图像上选取最具代表性的植被和土壤光谱,对CHRIS这一新型的航天成像光谱仪进行了光谱与辐射性能评价.计算显示,ACORN校正得到的玉米反射率在498～750nm波长区间能够较好地表征植被的反射率光谱特征(如红边特征),尤其是在对气溶胶敏感的蓝光部分比经验方法更有优势,但是在750nm之后就有很大偏差,表明CHRIS在750nm之后的波段存在光谱定标误差;土壤光谱反射率在800nm之后有递减的误差趋势,表明CHRIS在部分波长区间还不能满足模型法大气校正的要求;ACORN反演得到的水汽含量分布图上存在的竖条纹,则表明CHRIS的辐射定标性能的不足.CHRIS仪器作为欧空局第一个真正意义上的航天高光谱遥感器在光谱和辐射性能上仍有待改善.     

一层随机小椭球手征粒子Stokes矢量的极化散射与传输

推导了任意取向的手征性小椭球粒子的2×2维散射振幅函数及矢量辐射传输方程的Mueller矩阵解, 得到了一层非均匀分布的随机小椭球手征粒子的全极化散射, 计算了任意极化入射下的同极化及交叉极化后向散射系数和极化度. 对穿过手征粒子层的相干波的4个Stokes参数也进行了讨论. 粒子的非均匀取向和手征性都能产生非对角的消光矩阵和满特征矩阵, 由此造成4个Stokes参数的耦合. 对手征和非手征粒子的全极化散射做了比较, 得到了手征性对极化电磁散射和传输特性的影响.     

分形粗糙面分维数的反演

用Monte Carlo方法,采用归一化的带限Mandelbrot-Weierstrass分形函数来模拟分形粗糙面,建立和发展了利用最小目标函数反演分形粗糙面分维数的方法.计算结果表明: 该方法不受分形特征尺度性变化因素的影响,对于反演具有分形特征的被探测物体的分维数,具有很高的精确性.     

Si-Mn非调质钢终轧冲击功的理论计算

用合金相最强键上的电子数n_A、合金相界面的最小电子密度差Dρ及使界面电子密度保持连续的原子状态组数σ, 结合热连轧工艺, 计算了Si-Mn非调质钢终轧冲击功α_k. 计算表明, 固溶强化、析出强化、界面强化将引起终轧冲击功α_k的降低. 界面上使电子密度保持连续的原子状态组数σ 对α_k的影响则不同, 以α-Fe和α-Fe-C相界面α-Fe/α-Fe-C上的冲击值与电子密度的连续组数σ₀为参考值, 当某界面的σ＞σ₀时, 该界面产生冲击值的增加, 而σ＜σ₀时, 冲击值将降低. 于是可由终轧后细化了的α-Fe基体冲击值与固溶强化、析出强化、界面强化以及使界面电子密度保持连续的原子状态组数σ 引起冲击值变化计算出终轧冲击功α_k. 计算结果与生产实测值符合较好. 同时也讨论了S对冲击功值的影响.     

一层随机小椭球手征粒子Stokes矢量的极化散

推导了任意取向的手征性小椭球粒子的2×2维散射振幅函数及矢量辐射传输方程的Mueller矩阵解, 得到了一层非均匀分布的随机小椭球手征粒子的全极化散射, 计算了任意极化入射下的同极化及交叉极化后向散射系数和极化度. 对穿过手征粒子层的相干波的4个Stokes参数也进行了讨论. 粒子的非均匀取向和手征性都能产生非对角的消光矩阵 和满特征矩阵 , 由此造成4个Stokes参数的耦合. 对手征和非手征粒子的全极化散射做了比较, 得到了手征性对极化电磁散射和传输特性的影响.     

刀触点网格上整体光顺五轴数控加工刀轴方向的模型与算法

针对球头铣刀的五轴数控加工,分析了刀轴方向对切削力的影响,根据刀轴方向变化的度量指标,提出了在刀触点网格的可行空间中整体光顺刀轴方向的模型与算法,该方法有两个优势:可以同时保证进给和相邻行两个方向上刀轴方向的整体光顺性;仅需要计算网格点处的可达方向锥,提高了计算效率.用仿真方法分析了整体光顺刀轴方向对加工效率、机床进给运动平稳性和切削力的影响,并用实验验证了规划的刀具路径.