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地图综合图卷积神经网络点群简化方法

测绘学报 2024年第1期53卷 158-172页

作者：肖天元艾廷华余华飞杨敏刘鹏程武汉大学资源与环境科学学院湖北武汉430079 地理信息系统教育部重点实验室湖北武汉430079 华中师范大学城市与环境科学学院湖北武汉430079

地图综合是一个多因素影响的复杂决策过程,针对不同场景判断下的综合算子优化选择常规上通过基于规则的方法实施。顾及不同特殊条件影响,这些地图综合规则需要“打补丁”,导致地图综合规则体系越来越复杂,从而失去普适性。人工智能技术... 详细信息

地图综合是一个多因素影响的复杂决策过程,针对不同场景判断下的综合算子优化选择常规上通过基于规则的方法实施。顾及不同特殊条件影响,这些地图综合规则需要“打补丁”,导致地图综合规则体系越来越复杂,从而失去普适性。人工智能技术下的数据驱动综合方案通过机器学习提取典型案例中隐含的综合规则,并迁移到新的数据场景,为处理特殊规则下的地图综合提供了一种思路。本文引入深度学习技术,采用领域知识与数据驱动相结合的策略,提出了一种基于图卷积神经网络的点群自动综合方法。本文方法通过样本训练与深度学习获取不同数据场景下的地图综合知识,同时融入既有规则进行引导,可以更有效地向人工地图综合结果的目标迈进。首先,构建Delaunay三角网,在点群之间建立空间邻域关系,并根据地理空间上下文关联、空间异质性等领域知识计算各个点的特征信息,构造点群的特征向量。其次,引入拓扑自适应图卷积神经网络,构建点群数据自动综合网络模型。试验表明本文方法在局部区域与整体地图上均可以保持原始点群的各项特征,体现在相对数量保持、上下文特征继承、属性特征一致方面均有良好的表达效果。

关键词：地图综合点群 Delaunay三角网图卷积神经网络数据驱动

粤港澳大湾区汛期降水的多模式集成预报方法的评估检验

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热带气象学报 2024年第2期40卷 258-271页

作者：朱鹏程王东海曾智琳孙磊李智丽资桂中山大学大气科学学院/广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室/热带海洋系统科学教育部重点实验室广东珠海519082 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082 澳门海岸带生态环境国家野外科学观测研究站/澳门科技大学澳门环境研究院中国澳门999078 珠海市公共气象服务中心广东珠海519000

基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、中国气象局(CMA)、日本气象厅(JMA)、美国国家环境预报中心(NCEP)、英国气象局(UKMO)五个模式集成的交互式全球大集合预报系统(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble,简称TIGGE)资料集的确定性... 详细信息

基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、中国气象局(CMA)、日本气象厅(JMA)、美国国家环境预报中心(NCEP)、英国气象局(UKMO)五个模式集成的交互式全球大集合预报系统(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble,简称TIGGE)资料集的确定性预报、集合预报以及地面降水观测数据,采用多模式集成平均(EMN)、消除偏差集成平均(BREM)、滑动训练期超级集合方法(R_SUP)对2018年华南汛期(4—9月)粤港澳大湾区的降水预报开展了评估检验。总体而言,多模式集成预报方法在大湾区前汛期降水预报的均方根误差平均比后汛期高2 mm;多模式集成预报方法的预报能力在前汛期随着预报时效的延长而呈持续下降趋势,后汛期则表现为短期(24~72 h)下降、中期(72~168 h)持续平稳的变化特点。与预先的假设差异主要表现在:对前、后汛期的降水预报综合表现最好的均是数学原理相对简单的EMN,而BREM和R_SUP的空间平均评分指标则稍差,但其在降水落区预报中仍有较好的预报技巧。

关键词：粤港澳大湾区多模式集成预报评估检验

TC4钛合金表面超音速火焰喷涂防护涂层及其摩擦学性能研究

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表面技术 2024年第5期53卷 69-77页

作者：刘畅张春晖杜鹏程许建亮高名传陈同舟武汉材料保护研究所有限公司武汉430030 特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室武汉430030 武汉船用机械有限责任公司武汉430080 凌云科技集团有限责任公司武汉430030

目的改善钛合金零部件之间因相对滑动造成的磨损,提升钛合金零部件的使用寿命。方法采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在TC4钛合金表面上制备Cr_(3)C_(2)-NiCr、Ni50和NiCr涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计等分析涂层的显微结构... 详细信息

目的改善钛合金零部件之间因相对滑动造成的磨损,提升钛合金零部件的使用寿命。方法采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在TC4钛合金表面上制备Cr_(3)C_(2)-NiCr、Ni50和NiCr涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计等分析涂层的显微结构及力学性能,采用多功能摩擦磨损试验机及白光共焦三维形貌仪测试和分析不同涂层与TC4钛合金在干摩擦条件下的摩擦学性能。结果Ni50和NiCr涂层的硬度分别为680HV0.3和438HV0.3,低于Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层硬度1120HV0.3。在高载荷作用下,由于Ni50和NiCr涂层的硬度较低,导致其颗粒界面出现裂纹,断裂韧性测试表现低于Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层。3种涂层的摩擦系数及波动均大于TC4钛合金基材。Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层对TC4的切削和NiCr涂层对TC4的黏着导致了TC4对磨副的严重磨损。中等硬度的Ni50涂层对TC4的切削和黏着作用分别弱于Cr_(3)C_(2)-NiCr和NiCr涂层,TC4对磨副的磨损损失最低。结论采用超音速火焰喷涂技术制备Ni50涂层可以降低TC4钛合金基体和摩擦副的黏着磨损损失,本研究为钛合金表面耐磨涂层的设计和提高钛合金零部件间的摩擦性能提供了一种可行的方案。

关键词： HVOF TC4钛合金 Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层 Ni50涂层断裂韧性摩擦学性能

冲击式水轮机喷射机构结构参数对泥沙磨损特性的影响机制

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水利学报 2024年

作者：李琛玺李方郭鹏程孙帅辉沈佩荣西安理工大学水利水电学院西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室

泥沙磨损是冲击式水轮机面临的核心问题之一，特别是喷射机构直面高速含沙水流冲击极易磨损破坏，威胁机组安全运行。为深究喷射机构的磨损特性及影响机制，本文基于VOF模型、欧拉-拉格朗日方法及Oka磨损模型，构建了喷射机构的磨损分... 详细信息

泥沙磨损是冲击式水轮机面临的核心问题之一，特别是喷射机构直面高速含沙水流冲击极易磨损破坏，威胁机组安全运行。为深究喷射机构的磨损特性及影响机制，本文基于VOF模型、欧拉-拉格朗日方法及Oka磨损模型，构建了喷射机构的磨损分析模型。结合流动与颗粒运动轨迹分析可知，磨损最严重的位置在喷嘴喉部及喷针尖部，喷嘴喉部呈片状磨损且受迪恩涡对的影响在内侧的磨损范围更大，而喷针尖部主要呈点状磨损。本文选取喷针过渡段直径、喷针角度和喷嘴角度三个喷射机构的关键结构参数开展磨损特性影响机制的研究。结果表明，三个参数对喷嘴和喷针不同区域的磨损特性影响机制不同。其中喷针角度的影响最为显著，且其对磨损特性与水力性能的影响存在互抑性。一定范围内，随喷针过渡段直径的增大，喷针的磨损程度加剧，当过渡段直径增大至接近喷针直径时，针尖的平均磨损率急剧恶化为小直径时的9倍；随喷针角度增大，喷嘴喉部和喷针尖部的磨损程度改善，喷针尖部的平均磨损率最大可降低94.17%，但喷针角度对磨损特性与水力性能的影响存在互抑性；随喷嘴角度增大，可有效抑制喷针过渡段的磨损程度。因此，设计较大的喷针角度，配合较大的喷嘴角度与较小的喷针过渡段直径，可改善喷针的高磨损区与减小整体的磨损范围，并兼顾考虑水力性能的要求，进而可保障机组的高效安全运行。

关键词：冲击式水轮机喷射机构水气沙三相流动泥沙磨损特性影响机制

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一种曲线数据压缩的自编码器神经网络方法

测绘学报 2024年

作者：刘鹏程马宏然周洋邵子芹华中师范大学地理过程分析与模拟湖北省重点实验室华中师范大学城市与环境科学学院

矢量空间数据的压缩是减少存储空间以及节省网络传输带宽最直接有效的途径。利用自编码器神经网络构建了一种面向矢量曲线数据的压缩和解压模型。该模型针对不同规模和复杂度的曲线数据，首先进行分段和重采样处理进而规范化输入向量，... 详细信息

矢量空间数据的压缩是减少存储空间以及节省网络传输带宽最直接有效的途径。利用自编码器神经网络构建了一种面向矢量曲线数据的压缩和解压模型。该模型针对不同规模和复杂度的曲线数据，首先进行分段和重采样处理进而规范化输入向量，通过优化自编码器结构和调整损失函数实现了高精度的压缩解码模块，最后通过弧段数据的坐标闭合差分配确保了数据的稳定性。对山西、湖南、江西三省的1:100万县级弧段进行了压缩和还原实验，分析发现：数据还原精度随压缩率变大而变大，而压缩率小于35%后，数据还原精度呈波动趋势，25%为满足精度要求的适宜压缩率。比较傅里叶级数以及贝塞尔曲线拟合方法发现本模型压缩精度和处理速度在一定的压缩率范围内存在优势，同时该模型说明了深度学习在提取空间要素几何特征方面有一定的潜力。

关键词：自编码器矢量空间数据压缩线要素化简地图综合

基于低秩与全变分联合正则化的低剂量CT图像重建方法

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计算机应用 2024年

作者：刘宇张鹏程张丽媛刘祎桂志国张雪怡朱陈一菲汤豪威生物医学成像与影像大数据山西省重点实验室(中北大学) 中北大学信息与通信工程学院

针对采用全变分(TV)最小化方法在低剂量计算机断层扫描(LDCT)图像重建中易导致图像过平滑和块状效应等问题，提出一种基于低秩与全变分联合正则化LDCT重建的方法，以提升LDCT重建图像的视觉质量。首先，建立一个低秩与全变分联合正则化... 详细信息

针对采用全变分(TV)最小化方法在低剂量计算机断层扫描(LDCT)图像重建中易导致图像过平滑和块状效应等问题，提出一种基于低秩与全变分联合正则化LDCT重建的方法，以提升LDCT重建图像的视觉质量。首先，建立一个低秩与全变分联合正则化重建模型，从而从理论上获得更为精确和自然的重建结果；其次，通过引入具有非局部自相似特性的低秩先验改善和克服仅使用全变分最小化方法存在的局限性；最后，采用Chambolle-Pock(CP)算法优化求解该模型，提高所提模型的求解效率，保证所提模型的有效求解。在3种不同LDCT扫描条件下验证了所提方法的有效性。实验结果表明，与PWLS-LDMM(Penalized Weighted Least-Squares based on Low-Dimensional Manifold)方法、NOWNUNM(Nonlocal Weighted Nuclear Norm Minimization)方法和CP方法相比，在25%剂量下，所提方法的视觉信息保真度分别提升了28.39%、7.66%和2.84%；在15%剂量下，所提方法的视觉信息保真度分别提升了29.96%、13.83%和4.53%；在10%剂量下，所提方法的视觉信息保真度分别提升了30.22%、17.10%和7.66%。所提方法可以在消除噪声和条纹伪影的同时保留更多的细节纹理信息，验证了所提低秩与全变分联合正则化的LDCT重建方法具有较好的噪声伪影抑制能力。

关键词：低剂量计算机断层扫描 Chambolle-Pock算法低秩全变分图像重建

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一种基于稀疏先验的低剂量CT深度展开网络

北京航空航天大学学报 2024年

作者：王悦张雄上官宏崔学英张鹏程桂志国太原科技大学电子信息工程学院中北大学动态测试技术省部共建国家重点实验室

近年，深度迭代展开网络由于其可解释性高和学习能力强的特点受到了广泛关注。现有CT图像重建方法的正则化项大多只关注某一类域中的信息，重建结果常存在边缘模糊等信息丢失的问题。因此提出了一种基于稀疏先验的深度展开网络用于进行... 详细信息

近年，深度迭代展开网络由于其可解释性高和学习能力强的特点受到了广泛关注。现有CT图像重建方法的正则化项大多只关注某一类域中的信息，重建结果常存在边缘模糊等信息丢失的问题。因此提出了一种基于稀疏先验的深度展开网络用于进行稀疏角度CT重建。考虑到像素域信息和变换域信息都对图像重建具有重要作用，构建了结合变换域稀疏正则化项和像素域一致性正则化项两种具有信息互补作用的正则化项，并据此重新设计了稀疏角度CT重建的目标函数。此外，根据所构建的目标函数进行了迭代优化求解，并将得到的一系列约束关系映射为一个新的深度展开网络用于低剂量CT图像的迭代重建。实验结果表明，本文算法得到的重建结果与目前领先的重建算法相比平均峰值信噪比（PSNR）提高了5.4%，视觉信息保真度（VIF）提高了38.2%。

关键词：计算机断层扫描(CT) 稀疏角度CT重建正则化项深度展开网络迭代重建

基于实景三维的虚实互动的皮划艇运动监控系统设计与实现

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自然资源遥感 2024年

作者：吴建华孔祥麟涂浩文龚志刚郭鹏程江西师范大学地理与环境学院国家体育总局水上项目训练监控与干预重点实验室语言空间信息科学研究中心

皮划艇运动作为奥运会的重要比赛项目,目前其训练阶段尚未广泛应用高精度定位和地图的可视化技术。针对这一缺口,提出了一种国内首创的基于实景三维的皮划艇运动监控系统。该系统集成了高精度定位技术、虚拟现实技术及虚实轨迹融合技术... 详细信息

皮划艇运动作为奥运会的重要比赛项目,目前其训练阶段尚未广泛应用高精度定位和地图的可视化技术。针对这一缺口,提出了一种国内首创的基于实景三维的皮划艇运动监控系统。该系统集成了高精度定位技术、虚拟现实技术及虚实轨迹融合技术,为运动员和教练提供了一个直观且精确的数据分析平台。该文首先概述了系统建设的背景和重要性,然后阐述了系统的架构、主要功能以及数据库设计;最后,利用Cesium三维地球引擎、ArcGIS Server地图服务器、ArcGIS API for Java Script、WebSocket等技术进行了软件系统实现,并对关键功能的实现方法进行了说明。系统核心功能涵盖了训练场的三维可视化、场馆查询与定位、虚实轨迹数据接入、实时定位监控、轨迹回放以及数据分析等,具备高精度定位、三维实景可视以及虚实融合等独特特点。此系统的应用有利于提升皮划艇训练的效率和质量,并为相关研究领域提供有价值的参考。

关键词：皮划艇运动地理信息系统实景三维定位监控数据分析

甘南藏族自治州土地利用与生态风险时空演变及驱动因素

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干旱区研究 2024年第7期41卷 1140-1152页

作者：高鹏程岳艳妮鄢继选王世杰别强甘肃农业大学水利水电工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学测绘与地理信息学院甘肃兰州730070 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心甘肃兰州730070 甘肃省地理国情监测工程实验室甘肃兰州730070

本文以甘南藏族自治州为研究区域,基于1990—2020年每间隔10a的土地利用数据,拟探明甘南藏族自治州土地覆盖时空演变规律,分析土地利用时空变化和驱动因素之间的驱动机理,利用IDRISISelva软件,通过CA-Markov模型对甘南藏族自治州2030年... 详细信息

本文以甘南藏族自治州为研究区域,基于1990—2020年每间隔10a的土地利用数据,拟探明甘南藏族自治州土地覆盖时空演变规律,分析土地利用时空变化和驱动因素之间的驱动机理,利用IDRISISelva软件,通过CA-Markov模型对甘南藏族自治州2030年土地利用情况进行模拟预测并探讨了土地利用变化导致的生态风险变化情况。结果表明:(1)1990—2020年研究区土地利用结构发生了较大变化,草地和林地为优势土地利用类型,草地为主要转出土地利用类型。(2)1990—2020年耕地和建设用地的土地利用动态度较高,土地利用变化贡献率较高的是耕地、林地及草地,林地变化强度最大。(3)基于DEM、坡度、距道路距离、人口密度和经济密度因素对研究区土地利用变化驱动机理进行分析可见,人口和经济状况对土地利用结构影响较大。(4)采用CA-Markov模型对研究区2020年和2030年土地利用结构进行模拟预测的Kappa指数为0.88,预测精度较高。(5)研究区由土地利用变化导致生态风险较高的区域为夏河县和合作市北部、玛曲县东南部,其土地利用类型以未利用地、草地和林地为主。

关键词：土地利用 CA-Markov模型时空演变生态风险甘南藏族自治州

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