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舰载惯性基准故障下的姿态信息重构方法

中国惯性技术学报 2024年第9期32卷 924-931页

作者：吴伟李湘源马昕明秦石乔国防科技大学前沿交叉学科学院长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室长沙410073

为满足舰载武器对姿态基准信息的可靠保障需求,提出了一种基于分布式惯性基准的姿态信息重构方法。首先,基于船体模态叠加理论得到不同位置点之间的角形变关系,在此基础上建立了角形变空域预测模型;其次,利用多套惯性基准设备的姿态输出... 详细信息

为满足舰载武器对姿态基准信息的可靠保障需求,提出了一种基于分布式惯性基准的姿态信息重构方法。首先,基于船体模态叠加理论得到不同位置点之间的角形变关系,在此基础上建立了角形变空域预测模型;其次,利用多套惯性基准设备的姿态输出,通过数据预处理获得船体角形变,并用于形变空域预测模型的参数估计;最后,利用多段正常的船体角形变数据对故障惯性基准与主惯导之间的形变进行预测,再将主惯导的姿态补偿形变预测值,得到故障惯性基准的重构姿态信息。实船数据验证结果表明,利用4套正常工作的惯性基准的姿态输出,即可实现对全船任意故障惯性基准的姿态信息重构,相对预测精度比优于70%。所提方法可用于惯性基准故障条件下的应急姿态信息保障。

关键词：惯性基准船体形变模态叠加形变预测姿态重构

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低刚度铣削工艺系统的弹性铣削力建模方法

天津大学学报 2010年第2期43卷 143-148页

作者：戚厚军张大卫蔡玉俊沈煜天津大学机械工程学院天津300072 天津工程师范学院天津市高速切削与精密加工重点实验室天津300222

为了提高高速加工过程中薄壁结构件的加工精度,针对低刚度工艺系统的形变特点,建立了低刚度铣削工艺系统的弹性铣削力模型.该模型中基于弯扭剪耦合弹性力学理论,推导出了工件弹性铣削形变的解析式;并考虑到工件和铣刀的弹性形变共同引... 详细信息

为了提高高速加工过程中薄壁结构件的加工精度,针对低刚度工艺系统的形变特点,建立了低刚度铣削工艺系统的弹性铣削力模型.该模型中基于弯扭剪耦合弹性力学理论,推导出了工件弹性铣削形变的解析式;并考虑到工件和铣刀的弹性形变共同引起铣削啮合角的变化,推导出啮合角的表达式.通过铣削力和铣削变形仿真以及铣削试验验证得知:铣削力与工件的铣削形变密切相关,工件的法向铣削分力是引起工件形变的主要因素.最后,经铣削力试验验证了实测结果和仿真结果具有较好的一致性.

关键词：弹性铣削力低刚度工件形变预测弯扭耦合铣削加工

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基于回归预测的肺4D-CT多相位配准

中国生物医学工程学报 2017年第5期36卷 513-519页

作者：刘月亮房诗婷张煜南方医科大学生物医学工程学院广州510515 广东省医学图像处理重点实验室广州510515

针对由于灰度不均和局部形变较大引起的肺4D-CT图像配准精度不足问题,提出基于回归的逐块预测初始形变的方法。新方法的核心思想是:配准一幅浮动图像至参考图像时,利用与浮动图像相对应的不同相位的图像信息进行形变场预测。首先,利用... 详细信息

针对由于灰度不均和局部形变较大引起的肺4D-CT图像配准精度不足问题,提出基于回归的逐块预测初始形变的方法。新方法的核心思想是:配准一幅浮动图像至参考图像时,利用与浮动图像相对应的不同相位的图像信息进行形变场预测。首先,利用已有配准算法配准不同相位的图像至参考图像,得到各图像对应的形变场;再将图像和对应形变场分块作为训练集,利用多维支持向量回归机建立回归模型;将浮动图像分块输入回归模型中,预测出初始形变场,从而得到中间图像,并最终细化配准中间图像与参考图像。采用由德克萨斯安德森肿瘤中心DIR实验室采集并公开的数据集,评价所提出的算法。实验量化评价结果表明,与传统的Active Demons算法、Spectral Log-Demons算法相比,图像的均方误差平方和显著降低(Active Demons算法49.34±23.92,Spectral LogDemons算法31.81±15.09,所提出算法18.97±5.75,P<0.05),相关系数显著提高(Active Demons算法0.952±0.022,Spectral Log-Demons算法0.967±0.015,所提出算法0.980±0.006,P<0.05)。同时,视觉评价结果显示,所提出算法能够获得更准确的配准图像。

关键词：肺4D-CT 图像配准形变预测多维支持向量回归机

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灰色系统残差预测模型软件的研制与应用

大地测量与地球动力学 2013年第4期33卷 117-119,141页

作者：鄢子平张庆涛李振洪丁学智武汉大学自然科学学报武汉430072 国家测绘地理信息局第一大地测量队西安710054 格拉斯哥大学地理与地球科学系中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院昆明650041

基于灰色系统GM(1,1)残差模型编制了GMRCFS预测软件,并对隔河岩大坝1998-06-10—11-28日5个GPS监测点的形变进行了预测。结果表明,GM(1,1)残差模型具有较高的预测精度,合理选取预测步长可达到大坝形变预测的要求。

关键词：灰色系统 GM(1 1)模型残差形变预测大坝形变

基于InSAR监测和PSO-SVR模型的高填方区沉降预测

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中国地质灾害与防治学报 2024年第2期35卷 127-136页

作者：李华蓉戴双璘郑嘉欣重庆交通大学智慧城市学院重庆400074 长江重庆航道局重庆401147 重庆工程职业技术学院重庆402260

基于小基线集干涉测量技术(small baseline subsets interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)和机器学习知识对高填方区域进行地表沉降监测及预测,对工程项目的施工、检修、运营等工作都具有重要的指导意义。文章以重庆... 详细信息

基于小基线集干涉测量技术(small baseline subsets interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)和机器学习知识对高填方区域进行地表沉降监测及预测,对工程项目的施工、检修、运营等工作都具有重要的指导意义。文章以重庆东港集装箱码头为研究对象,选取2018—2019年覆盖研究区的31景Sentinel-1A数据,利用SBAS-InSAR技术获取该区域的地表沉降数据,并进行内外精度评定;通过信息量模型分析地表沉降易发地地势特点,选择预测点位;通过灰色关联分析计算动态影响因素与沉降量之间的灰色关联度,使用主成分分析法从影响因素中提取出主成分,构建训练集和测试集,通过粒子群算法-支持向量机法(particle swarm optimization-support vector regression,PSO-SVR)预测模型对测试集数据进行预测。为验证该模型在高填方区域沉降预测的可靠性和优异性,将自回归差分整合移动平均模型(autoregressive integrated moving average model,ARIMA)作为对比模型,分别将PSO-SVR模型的预测结果和ARIMA模型的预测结果与测试集进行对比。结果表明:PSO-SVR模型的预测精度优于ARIMA模型,在高填方区域地表沉降预测中具有较好的实用性。

关键词：高填方区域粒子群算法支持向量机回归形变预测

BP网络最佳维数建模法在变形时序预测中的应用

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大地测量与地球动力学 2009年第6期29卷 113-117页

作者：彭祥国王坚孙丽红江苏省资源环境信息工程重点实验室徐州221008 中国矿业大学环境与测绘学院徐州221008

针对BP网络在处理单一时序变形数据时,网络输入节点数目难以确定的不足,提出利用G-P算法计算单时序变形数据的关联维数,把饱和关联维数Dh所对应的嵌入维数m作为最佳建模维数,并借助重构理论进行相空间重构,得到等价的相空间,为BP网络提... 详细信息

针对BP网络在处理单一时序变形数据时,网络输入节点数目难以确定的不足,提出利用G-P算法计算单时序变形数据的关联维数,把饱和关联维数Dh所对应的嵌入维数m作为最佳建模维数,并借助重构理论进行相空间重构,得到等价的相空间,为BP网络提供合理的输入。理论上该模型既能考虑到影响变形时间序列的动力因子,又能解决网络的输入节点数难以确定的问题。实验证实,该模型应用于变形预测中能取得精度较高的预测结果。

关键词： BP网络最佳维数 G—P算法相空间重构形变预测

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基坑三维变形监测管理信息系统开发

基坑三维变形监测管理信息系统开发

作者：田武涛长安大学

学位级别：硕士

改革开放,特别是“十三五”规划以来,我国城市建筑工程建设迎来新变革。随着地上高层、超高层建筑不断涌现,地下空间的使用和利用,不论横向还是纵向,都在不断被拓展和延伸。这就势必要求建筑工程施工时的基坑开挖规模相应扩大、基坑施... 详细信息

改革开放,特别是“十三五”规划以来,我国城市建筑工程建设迎来新变革。随着地上高层、超高层建筑不断涌现,地下空间的使用和利用,不论横向还是纵向,都在不断被拓展和延伸。这就势必要求建筑工程施工时的基坑开挖规模相应扩大、基坑施工环境日趋复杂,施工难度、施工标准与安全性要求也随之越来越高。文档式的传统施工管理模式已难满足不断增长的信息传递快捷和形象直观呈现需求。因此,从基坑三维模型入手,建立网络化在线共享基坑施工管理平台大势所趋、势在必行。本文首先以基坑地表变形监测点系列数据与基坑支护结构相关资料为基础,应用BIM技术完成了基坑三维模型构建;其次,为保证基坑安全稳定,还基于时间序列变形监测数据,利用SSA-LSTM模型进行了基坑形变预测;最后,应用Web端可视化、系统后台开发及前后端数据交互等技术,研制了网络化的基坑工程三维变形监测管理信息原型系统。论文的主要工作内容与研究成果如下:(1)进行三维建模技术探索并实现基坑三维模型可视化。首先,研究了三维基坑模型发展现状,分析了不同建模技术的特点,然后选择较为适合的BIM技术进行建模;依据基坑地形表面高程点数据与基坑支护结构数据,选用Revit软件完成基坑三维模型构建;在Web端借助***引擎,完成对三维模型的加载与呈现,并添加了一些基本交互功能。(2)实现基坑边坡形变预测功能。研究了基坑监测数据预测预警现状,依据往期基坑边坡水平位移数据与沉降数据,采用SSA-LSTM网络模型对边坡监测点进行形变预测,并使用评价指标评价预测效果;集成基于Matlab开发的预测算法模型,对目标形变风险进行等级划分,实现Web端基坑边坡形变预测预警。(3)开发基坑变形监测管理信息原型系统。通过需求分析和总体设计,基于后台框架与前端开发,研制了网络化的基坑三维变形监测管理信息原型系统。该系统为免插件、易扩展、跨平台的B/S架构信息共享平台,能实现基坑工程三维模型可视化浏览、形变预测、监测数据日常管理与分析等实用功能,是基坑施工管理、甚至建筑设计决策的有力工具。

关键词：网络化基坑三维建模形变预测可视化管理信息系统设计与实现

基于InSAR的新疆阿希矿区地表形变监测及分析

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基于InSAR的新疆阿希矿区地表形变监测及分析

作者：虎小强兰州交通大学

学位级别：硕士

矿物质资源在经济发展中具有极其重要的推动作用,但在采矿过程中往往会引起诸多地质灾害和安全问题,例如破坏地表植被、引发地面沉降、破坏建筑物稳定性等,甚至影响人民的生命财产安全。因此,进行有效的、高精度、多维的地表形变监测以... 详细信息

矿物质资源在经济发展中具有极其重要的推动作用,但在采矿过程中往往会引起诸多地质灾害和安全问题,例如破坏地表植被、引发地面沉降、破坏建筑物稳定性等,甚至影响人民的生命财产安全。因此,进行有效的、高精度、多维的地表形变监测以及预测,对掌握矿区地表形变时空演变规律、未来发展趋势以及防灾减灾有着十分重要的意义。近年来,合成孔径雷达干涉测量(Interferometry Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术广泛应用诸多形变监测领域。然而在其应用的过程中却存在诸多缺陷,比如时空失相干、相位解缠误差以及数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)误差等都会影响地表形变监测结果。因此,时序InSAR技术的提出有效克服了上述问题,此外也提高了InSAR形变监测精度。但是如何将时序InSAR技术与矿区形变以及形变预测进一步结合起来,让其发挥真正作用为矿区防灾减灾工作提供数据支撑,仍是一个待解决的问题。针对上述问题,本文以新疆维吾尔自治区伊宁县境内的阿希矿区为研究对象,综合时序InSAR技术、Sentinel-1A影像数据、矿区地质构造以及机器学习知识,对阿希矿区进行高精度形变监测、空演变分析以及形变机理分析,并进一步利用三种不同的预测模型对其进行形变预测分析。为InSAR技术的广泛应用以及矿区防灾减灾工作提供快速的、高精度的监测方法支持与可靠的数据支撑。本文的主要研究内容包括:(1)总结InSAR技术的原理、研究现状、误差来源及应用中所存在的问题基于差分合成孔径雷达干涉测量(Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar,D-InSAR)技术以及诸多时间序列InSAR技术,分析现阶段时序InSAR技术在形变监测领域的国内外研究现状以及目前所存在的问题,然后对InSAR形变监测原理和误差来源进行介绍,并对现有应用最为广泛的两类时序InSAR技术做了详尽介绍,以及描述三维形变分解方法,为后续工作提供理论与方法参考。(2)基于时序InSAR技术对矿区地表形变特征进行时空演化及形变机理分析基于小基线集合成孔径雷达干涉测量(Small Base Line Subset InSAR,SBASInSAR)技术结合2017-2021年Sentinel-1A升轨雷达影像数据,对新疆阿希矿区进行地表形变监测;然后对其地表形变特征进行时空演化及形变机理分析。结果表明,在整个监测期间内,阿希矿区地表形变呈现出整体基本趋于稳定状态,局部区域地表形变较为明显。此外,造成矿区地表形变的主要因素为采矿工程,地质构造、降水及露天矿井蓄水等是影响并加剧矿区地表形变进程的重要因素。(3)融合多轨道SAR影像数据对阿希矿区进行二维时序形变估计及分析利用一个轨道数据很难获取矿区完整形变场,因为它只能获得雷达LOS向一维形变很难真实反映出矿区形变特征。所以本文融合多轨道SAR影像数据,对研究区进行二维时序形变估计。结果表明:2017-2020年新疆阿希矿区的年平均垂直向形变速率-10.49～4.41 mm/a,其东西向年平均形变速率为-4.25～3.75 mm/a;阿希矿区东西向年平均形变速率较垂直向形变速率明显较低,说明阿希矿区地表形变主要在垂直方向上;但在时空分布上,阿希矿区年平均垂直向形变速率与东西向形变速率在时空上有较高的一致性与同步性。综上所述,阿希矿区垂直向形变最为明显,形变速率最大,东西向形变不太明显,另外南北向形变极不敏感,所以本文将研究阿希矿区垂直方向以及东西方向的地表形变。(4)利用三种不同预测模型对矿区形变进行未来趋势变化预测分析基于时序InSAR技术得到的新疆阿希矿区地表形变监测结果,结合矿区地表形变时空演化特征,以及时序InSAR技术监测得到形变结果的时间序列数据集的特征;对2017年2月21日到2021年2月12日的新疆阿希矿区时序InSAR形变监测结果,采用三种预测模型即灰色模型(GM)、支持向量机回归(SVR)模型以及灰色-支持向量机回归(GM-SVR)模型对矿区形变结果进行预测分析。预测结果表明,GM模型预测效果最差,与真实值差距较大;SVR模型是优于灰色模型,但是其精度不高,稳定性也偏低;GM-SVR模型预测效果最好,RMSE优于4.02 mm,MAE小于1.55 mm,表明其预测结果可靠。因此,GM-SVR模型可以用来预测矿区地表形变,为矿区防灾减灾提供理论支撑。

关键词：阿希矿区 InSAR技术形变监测时空演化分析形变预测

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基于预测的肺4D-CT图像配准方法研究

基于预测的肺4D-CT图像配准方法研究

作者：刘月亮南方医科大学

学位级别：硕士

肺4D-CT为肺部疾病的诊断与治疗提供了重要的影像学信息,它在传统的3D-CT图像中添加了时间轴,通过外部设备对人体呼吸的监控,动态地采集病人整个呼吸周期的肺部CT图像。肺4D-CT图像真实地反应肺部组织随呼吸运动的变化规律,有效的减少... 详细信息

肺4D-CT为肺部疾病的诊断与治疗提供了重要的影像学信息,它在传统的3D-CT图像中添加了时间轴,通过外部设备对人体呼吸的监控,动态地采集病人整个呼吸周期的肺部CT图像。肺4D-CT图像真实地反应肺部组织随呼吸运动的变化规律,有效的减少了图像中由呼吸运动带来的伪影。肺4D-CT图像的配准对于肺组织的运动估计、肺通气、肺部肿瘤的定位以及放射治疗的精确性有着实际意义;同时,肺4D-CT的配准也可用于肺部分割,监控疾病的发展以及判断治疗效果等。但由于肺部器官是典型的运动器官,受呼吸运动以及心脏搏动的干扰,使得采集到的肺部图像形变较大,以及在呼吸过程中,受激发空气的影响,肺部图像密度会发生改变,以上两个因素成为肺4D-CT图像配准中最大的挑战。针对上述问题,本文以提高肺部图像配准精度为目标,研究了两种基于预测的肺4D-CT图像配准算法。其一,我们研究了基于块相似性预测的配准算法。其假设是,图像块之间结构特征相似,则其配准至同一参考图像时,其对应的形变场也应该是相似的。在本算法中我们利用肺4D-CT多相位的特点,首先将不同相位的图像配准至选定的参考图像,获取各自对应的形变场;之后将浮动图像进行分块,针对每一个目标图像块,依据一定的相似性准则在各相位图像上寻找最相似的候选图像块;同时我们定义准则函数以及给定阈值,再次对候选图像块进行筛选组成最终的候选集;利用目标图像块与候选集中图像块的灰度关系求解形变场系数,最后通过非局部均值算法预测出浮动图像的初始形变场,得到中间图像。由预测得到的中间图像与参考图像更为相似,局部形变小于浮动图像与参考图像,因此细化配准难度更低且取得的配准效果更好。实验结果表明,该算法配准精度优于传统的配准算法。其二,本文研究了基于回归预测的图像配准算法。基于块相似性预测配准算法的实验结果表明,为形变较大的浮动图像与参考图像,预测出初始形变场与中间图像以期提高配准精度这一思路是可行的,因此我们进一步研究了基于学习的预测算法。本算法在利用肺4D-CT多相位特点的同时,充分利用了肺部呼吸运动的相似性。我们先将不同相位图像同时配准至参考图像,用己知的图像表观与对应形变场构建训练样本集;之后利用多维支持向量回归机建立图像表观与形变的回归模型;利用学习到的图像表观-形变回归模型,将浮动图像分块输入回归模型中,得到图像块对应的预测形变场,拼接成整幅图像形变场之后进行高斯平滑得到预测的初始形变场及中间图像,再细化配准参考图像与中间图像。我们在肺4D-CT数据上进行了本算法的配准实验,实验结果表明,本算法在视觉与量化上均优于传统的图像配准算法。

关键词：肺4D-CT 图像配准形变预测非局部均值多维支持向量回归机