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结合维诺区域分割和路径优化的路径规划算法

计算机工程与应用 2024年第10期60卷 311-319页

作者：江纯兴吴锋中国科学技术大学计算机科学与技术学院合肥230032

在一些较大面积的建筑物内,移动机器人的路径规划算法的效率仍然面临着较大的挑战。针对这类工作场景,提出了一种结合维诺区域分割和路径优化的路径规划算法(Voronoi region segmentation and path optimization,VSO),实现在大规模室内... 详细信息

在一些较大面积的建筑物内,移动机器人的路径规划算法的效率仍然面临着较大的挑战。针对这类工作场景,提出了一种结合维诺区域分割和路径优化的路径规划算法(Voronoi region segmentation and path optimization,VSO),实现在大规模室内场景下的快速路径规划。该算法使用广义维诺图(generalized Voronoi graph,GVG)从地图中构建拓扑图,在拓扑图上可以快速获得初始启发式路径。通过将采样过程约束在初始路径周围的区域,减少了对工作空间的过度探索。在此基础上,选择路径点将采样区域划分为多个子区域,之后在子区域中并行搜索路径来减少搜索空间并提升搜索速度。最后将连接各个子区域内的路径作为结果路径,并使用优化算法来平滑最终路径。仿真实验与机器人实验验证了该算法的实用性与有效性。

关键词：移动机器人路径规划路径优化多线程

基于国产卫星紫外可见光谱仪的大气水汽总量观测

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中国科学:地球科学 2024年

作者：赵冉张成歆苏文静叶进李紫薇刘诚中国科学技术大学环境科学与光电技术学院中国科学技术大学精密机械与精密仪器系中国科学技术大学环境科学与工程系中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学技术大学精密科学仪器安徽普通高校重点实验室

大气水汽是地球水循环的重要组成部分,对天气、气候和大气化学具有重要影响.然而,目前水汽监测在覆盖率和准确性方面仍存在不足.搭载于“高分五号”卫星(GF-5卫星,自2018年5月起)和“高光谱观测”卫星(GF-5B卫星,自2021年9月起)上的2台... 详细信息

大气水汽是地球水循环的重要组成部分,对天气、气候和大气化学具有重要影响.然而,目前水汽监测在覆盖率和准确性方面仍存在不足.搭载于“高分五号”卫星(GF-5卫星,自2018年5月起)和“高光谱观测”卫星(GF-5B卫星,自2021年9月起)上的2台大气痕量气体差分吸收光谱仪(Environmental Trace Gases Monitoring Instruments,EMI),通过探测地球后向散射辐射,实现全球大气痕量气体监测.本研究利用EMI在可见蓝光波段的实测光谱反演全球大气水汽总量(Total Column Water Vapor, TCWV).然而,由于光谱信噪比相对较低且蓝光波段水汽吸收较弱,准确反演EMI TCWV面临较大挑战.为此,本文基于差分吸收光谱技术(Differential Optical Absorption Spectroscopy, DOAS),通过在轨光谱重标定、光谱拟合设置优化以及拟合偏差校正,改进了基线参数与设置,提出了适应性优化的EMI TCWV反演算法.灵敏度测试表明,经重定标后的EMI TCWV的平均误差降低了1.47kg m–2.优化拟合设置后,水汽斜柱浓度(Slant Column Density, SCD)的相对误差减少了13.42%,拟合成功次数增加了11.64%.GF-5卫星与GF-5B卫星观测的EMI TCWV数据集与对流层监测仪(TROPOspheric Monitoring Instrument, TROPOMI)卫星观测的变化趋势一致,相关系数(R)为0.98,平均偏差为1.04kg m–2(6.88%).地面验证结果显示,太阳光度计观测与GF-5B TCWV的相关性(R=0.91)显著高于与GF-5 TCWV的相关性(R=0.87),这可能与GF-5B卫星搭载的EMI仪器性能提升有关.最后,成功基于EMI TCWV数据集捕捉到强烈的大气河事件,有望为全球天气和气候的监测与预报提供重要数据支持.随着EMI及其后续卫星传感器的持续在轨工作,优化的EMI TCWV反演算法具有广泛的应用前景,有助于生成全球一致、稳定、每日2次(上午和下午)观测的TCWV卫星数据集.

关键词：水汽紫外-可见光学传感器痕量气体遥感大气成分

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基于激光跟踪仪的瑞奇角在位检测方法

光学学报 2024年第12期44卷 233-243页

作者：曾昶宇李金鹏王鑫蕊中国科学院南京天文仪器研制中心江苏南京210042 中国科学技术大学天文与空间科学学院安徽合肥230026 中国科学院南京天文仪器有限公司江苏南京210042 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031

为了减小瑞奇-康芒法中瑞奇角测量误差,提升对大口径平面镜面形的检测精度,提出了一种基于激光跟踪仪的瑞奇角在位检测方法。首先使用激光干涉仪与靶球构建离焦定位光路,根据检测结果中Zernike power项系数精确地定位干涉仪焦点的空间坐... 详细信息

为了减小瑞奇-康芒法中瑞奇角测量误差,提升对大口径平面镜面形的检测精度,提出了一种基于激光跟踪仪的瑞奇角在位检测方法。首先使用激光干涉仪与靶球构建离焦定位光路,根据检测结果中Zernike power项系数精确地定位干涉仪焦点的空间坐标;随后用激光跟踪仪的靶球对待测平面镜的镜面及外轮廓进行特征点采样,并由采样点拟合出待测平面镜及瑞奇-康芒检测光路完备的空间几何模型,通过在位计算得到瑞奇角。通过数值仿真,分析出运用该方法检测瑞奇角的相对误差不超过0.017%;相比传统利用平面镜光瞳面的图像压缩比计算瑞奇角的方法,本文方法将瑞奇角的测量误差从约0.2°减小到了0.005°以内。在对430 mm平面镜瑞奇-康芒的检测实验中,选择2个角度进行测量,得到瑞奇角的大小为39.18°和21.12°。解算面形后,得到的平面镜Zernike power项系数的复原误差从6.31%降低至0.028%。通过该方法能够更加精确地测量瑞奇-康芒法中的瑞奇角,从而提高了瑞奇-康芒法对平面镜面形的检测精度。

关键词：光学检测瑞奇-康芒检测瑞奇角在位检测激光跟踪仪

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太古宙地质与板块构造:观察与解释

中国科学：地球科学 2024年第1期54卷 1-30页

作者：郑永飞中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 中国科学院壳幔物质与环境重点实验室合肥230026 中国科学院比较行星学卓越研究中心合肥230026

建立于20世纪60年代的板块构造理论,在一开始就能够成功解释显生宙时期发生的许多地质现象、过程和事件,但是在解释大陆内部和前寒武纪时期地质记录时受到了不同程度的挑战.就板块构造与大陆地质之间的关系来说,由于将陆内构造与陆缘构... 详细信息

建立于20世纪60年代的板块构造理论,在一开始就能够成功解释显生宙时期发生的许多地质现象、过程和事件,但是在解释大陆内部和前寒武纪时期地质记录时受到了不同程度的挑战.就板块构造与大陆地质之间的关系来说,由于将陆内构造与陆缘构造之间在结构和成分上的继承和发展关系割裂开来,结果导致传统板块构造模型不适用于前寒武纪地质,特别是不能解释太古宙克拉通基本地质特征的假象.然而,这些假象并不意味着,太古宙大陆地壳不是起源于板块构造体制,而是起源于所谓的前板块构造体制.目前所提出的前板块构造过程都是在停滞层盖构造体制下的垂向运动,不仅包括像重力凹沉、地幔柱和热管构造这样的内生过程,而且包括像流星撞击这样的外生过程.这些垂向过程不仅在太古宙引起了活动层盖构造的起始,而且在显生宙时期依然活跃,都是不同深度条件下地幔极向对流的结果,并非某一时期所特有.一旦将20世纪传统的板块构造运动学理论升级为21世纪整合的板块构造运动学-动力学理论,系统深入地检查物质和能量在板块边缘的垂向传输,即可发现板块构造能够解释太古宙克拉通地壳的岩石组合、构造样式和变质演化等常见特征.通过认识和理解汇聚板块边缘的结构和组成及其动力学,可以将太古宙以来的活动层盖构造划分为前寒武纪时期的古老板块构造和显生宙时期的现代板块构造.应用21世纪板块构造理论,结合太古宙对流地幔温度比显生宙高200~300℃、新生玄武质洋壳厚度可达30~40km和软流圈成分类似于原始地幔而不是亏损地幔等特殊性,可以成功解释太古宙克拉通的主要地质现象,从而为深入理解早期地球演化和花岗质陆壳起源提供新的视角和线索.具体来说,太古宙时期的英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)岩套可以是汇聚板块边缘加厚玄武质洋壳部分熔融产物,片麻岩穹窿-绿岩带龙骨构造样式可以是TTG岩浆在浮力驱动下底辟侵位并与汇聚边缘玄武质地壳相互作用的结果,绿岩带内高温科马提岩可以是古老板块构造体制下地幔柱作用产物,高级变质岩大规模面状分布而不是带状分布可以是片麻岩穹窿与绿岩带分离所致,缺乏钙碱性安山岩的双峰式火山岩组合指示大洋俯冲带缺乏花岗质陆壳风化剥蚀来源的沉积物增生楔,缺失彭罗斯型蛇绿岩指示微板块俯冲起始后只有火山岩洋壳被刮削下来形成玄武岩增生楔,缺失蓝片岩和榴辉岩以及经典的双变质带指示汇聚板块边缘在中等地温梯度下发生玄武质洋壳硬碰撞加厚或者发生暖俯冲叠置.因此,只有正确认识和理解太古宙板块构造的性质,才能对那些基本地质特征给予合理的解释.

关键词：板块构造太古宙地质大陆起源地壳再造板块内部板块边缘

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基于CHES卫星的模拟观测与轨道反演

天文学报 2024年第4期65卷 99-112页

作者：暴春晖季江徽谭东杰晋升黄秀敏王素陈果董瑶刘佳成中国科学院紫金山天文台南京210023 中国科学技术大学天文与空间科学学院合肥230026 中国科学院行星科学重点实验室南京210023 南京大学天文与空间科学学院南京210023

迄今为止,视向速度法与凌星法发现了绝大多数系外行星,天体测量法与之相比在行星轨道参数和质量确定等方面具有独特优势.近邻宜居行星巡天计划(Closeby Habitable Exoplanet Survey,CHES)拟基于微角秒级空间天体测量方法搜寻太阳系近邻... 详细信息

迄今为止,视向速度法与凌星法发现了绝大多数系外行星,天体测量法与之相比在行星轨道参数和质量确定等方面具有独特优势.近邻宜居行星巡天计划(Closeby Habitable Exoplanet Survey,CHES)拟基于微角秒级空间天体测量方法搜寻太阳系近邻(距离太阳约10 pc)的100颗类太阳型恒星周围的宜居带类地行星;开展近邻行星系统的全面普查,获取行星真实质量和三维轨道参数,建立完备的近邻系外行星数据库.基于CHES卫星的观测模式与科学目标,针对Alpha Centauri A、模拟太阳系系统、51 Peg与黑洞Cyg X-1进行了模拟观测,生成了天体测量仿真数据,使用Lomb-Scargle与贝叶斯信息准则(Bayesian information criteria,BIC)两种周期谱分析行星轨道周期信号,并采用Markov Chain Monte Carlo(MCMC)算法对行星系统进行轨道反演,获得的结果与行星初始参数吻合.进一步讨论了参考星周围存在的巨行星对于宜居行星探测的影响,利用BIC周期谱方法可识别周围可能存在行星的参考星.

关键词：天体测量学行星与卫星:探测,类地行星方法:数值

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临近空间紫外辐射环境及影响因素研究

光子学报 2024年第3期53卷 180-194页

作者：安源王先华叶函函施海亮吴时超李超孙二昌中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230026

临近空间的紫外辐射对天体生物学、飞行器材料等产生重要影响,为加深对其的认知,基于OH与O3的光化学关系改变紫外辐射强度的原理,利用戈达德地球观测系统—化学模型对中国区域临近空间OH与O3浓度的时空变化特性进行分析。根据OH和O3浓... 详细信息

临近空间的紫外辐射对天体生物学、飞行器材料等产生重要影响,为加深对其的认知,基于OH与O3的光化学关系改变紫外辐射强度的原理,利用戈达德地球观测系统—化学模型对中国区域临近空间OH与O3浓度的时空变化特性进行分析。根据OH和O3浓度的变化,利用对流层紫外和可见光辐射传输模型对紫外B波段辐射进行模拟计算,揭示了高度在22~42 km之间的辐照度在3.43~16.15 W·m^(-2)之间;华北区域、华中和华南区域以及南海区域等的辐照度呈现出双峰和振荡相结合的特征,辐照度极值出现的月份在各区域并不一致;受O3吸收作用影响,辐照度的年较差最大值2.29 W·m^(-2)出现在华北区域的32 km高度处,最小值0.53 W·m^(-2)为南海区域的42 km高度处;辐照度变化最为剧烈的情况均出现在22 km高度处,可达2.42%~32.79%。结果表明在不同条件下紫外辐射对天体生物、飞行器材料等的影响与作用程度存在很大差异,在开展相关的研究时须具有针对性。

关键词：临近空间紫外辐射辐射传输时空分析 OH O3

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适应性JPEG图像隐私保护方案

网络与信息安全学报 2024年第1期10卷 91-101页

作者：文泓鑫胡飞俞能海中国科学技术大学网络空间安全学院安徽合肥230026

由于JPEG图像格式是一种高压缩率图像格式,JPEG图像中的隐私保护方案不仅需要保护隐私区域的内容,同时要控制文件的大小。另外,JPEG图像中包含隐私信息的区域,即感兴趣区域(ROI),往往只占整个图像的一部分。仅对ROI进行保护有助于控制... 详细信息

由于JPEG图像格式是一种高压缩率图像格式,JPEG图像中的隐私保护方案不仅需要保护隐私区域的内容,同时要控制文件的大小。另外,JPEG图像中包含隐私信息的区域,即感兴趣区域(ROI),往往只占整个图像的一部分。仅对ROI进行保护有助于控制文件的大小。基于此,提出了一种适应性JPEG图像隐私保护方案。利用人脸检测等方法从JPEG图像中提取隐私区域,使用基于块的适应性可逆修改算法对隐私区域进行保护,用可逆信息隐藏方法将复原所需的信息嵌入图像。上述隐私保护过程采用了可逆的算法,合法的被授权者可以完全恢复经过所提方案隐私保护后的区域。由于引入了可变的参数,可以选择合适的参数以适应不同的实际需求,并达到最优效果。对多个ROI重叠的复杂情形进行了讨论并提出了解决方案。在峰值信噪比(PSNR,peak signal-to-noise ratio)和文件膨胀率等指标下,通过实验探索了不同参数对方案性能的影响并找到了推荐的参数组合。实验结果表明,在合适的参数下,所提方案在隐私保护、文件膨胀率等方面中的表现优于已有方案。

关键词： JPEG图像隐私保护可逆信息隐藏人脸识别

基于密集线性台阵地震被动源成像的渭河盆地西缘精细沉积结构研究

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地质学报 2024年

作者：徐勇邓宝田晓峰倪红玉段永红肖本夫李俊伦中国地震局地球物理勘探中心中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽省地震局四川省地震局

为研究渭河盆地西缘强震风险重点区域的地下精细结构和沉积特征,本研究布设了一条由平均台站间距200 m、共254个短周期三分量节点式地震仪组成的密集线性台阵,进行了为期30天的连续地震数据采集。我们首先计算了背景噪声垂直分量的互相... 详细信息

为研究渭河盆地西缘强震风险重点区域的地下精细结构和沉积特征,本研究布设了一条由平均台站间距200 m、共254个短周期三分量节点式地震仪组成的密集线性台阵,进行了为期30天的连续地震数据采集。我们首先计算了背景噪声垂直分量的互相关,应用近期发展的拓距相移法提取了3 Hz～3.3 s的基阶瑞利面波频散曲线,进而反演得到测线下方2.5 km以浅的高分辨率横波速度结构。此外,利用采集到的三分量背景噪声数据,采用单台噪声谱比法(HVSR)计算峰值频率,根据经验公式估计了渭河盆地沉积层厚度。背景噪声成像获得的二维横波速度剖面呈现出高速—低速—高速的横向变化特征,与典型沉积盆地隆起—坳陷—隆起的地质结构吻合,清晰刻画了区域内3条主控断裂和2个地质构造单元,与地震主动源反射剖面结果一致;HVSR成像结果揭示了研究区域内沉积层较厚,层序明显,新生界的古近系、新近系和第四系的地层层序发育完整;结合背景噪声成像、HVSR和已有主动源地震反射剖面等资料,综合研究表明测线下方存在的3条主控断裂在该区域均未穿透第四系。本研究表明背景噪声拓距相移法和HVSR方法结合在沉积盆地结构探测中具有良好的实际应用效果,为沉积盆地结构探测提供了新的技术方法和途径。

关键词：渭河盆地沉积结构背景噪声成像拓距相移法场地放大效应

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基于交替优化思想的SAR成像位置误差校正

微波学报 2024年

作者：刘方喜贾远航杨弘毅牛明宇刘发林中国科学院电磁空间信息重点实验室中国科学技术大学电子工程与信息科学系

压缩感知由于其简单高效的特点，已经被广泛应用于合成孔径雷达成像领域。基于压缩感知的合成孔径雷达成像需要建立观测模型，观测模型存在误差将会导致原始场景的重构性能降低。早期的模型大都是假设观察过程的数学模型是精确的，并在... 详细信息

压缩感知由于其简单高效的特点，已经被广泛应用于合成孔径雷达成像领域。基于压缩感知的合成孔径雷达成像需要建立观测模型，观测模型存在误差将会导致原始场景的重构性能降低。早期的模型大都是假设观察过程的数学模型是精确的，并在此基础上对原始场景进行重构。但是在实践中，观测位置通常存在误差，因此，需要考虑到雷达观测位置误差带来的影响。与已有考虑位置误差的成像方法不同，本文提出的方法首先着重讨论了观测位置误差对雷达成像带来的影响，然后该方法将观测位置误差作为成像过程的一部分，直接进行误差的估计与补偿，并使用交替优化的思想，交替进行目标重建和观测位置误差的估计与补偿。仿真实验结果表明该方法可以有效的提升成像质量。

关键词：压缩感知观测位置误差交替优化合成孔径雷达