土壤表面不平度分形特性的图像分析方法

研究了分形几何理论和图像处理技术在土壤表面不平度分形维数计算方法中的应用。利用分形几何的相关理论针对图像预处理后的表面形貌的图像数据建立数学模型,得到可以表征土壤表面不平度的分形参数。为此,共选择了3种不同耕作方式的土壤表面作为研究对象,运用自行设计的程序进行了表面分形维数的计算。结果表明:不同类型表面的分形维数相差较大,利用分形维数能够进行土壤表面不平度的有效表征,同时能对不同类型的土壤表面进行准确分类。     

分形理论在植物形态模拟中的应用

在虚拟植物生长建模的可视化研究中,分形是其重要的理论基础。它利用自然景物本身存在的自相似性,通过多种分形造型方法对自然实体进行建模。根据植物形态学原理和计算机图形学技术,采用分形方法可绘制出形态逼真的植物。为此,介绍了分形的基本理论,并在VisualC++6.0中利用迭代法对几种经典的分形树进行了程序模拟;在此基础上,通过连续改变分形树的内部参数,模拟了植物的动态变化过程,产生计算机动画效果,有较强真实感。     

路表不平的分形特征

介绍了分形及分形维数的基本概念,用分形方法对道路表面进行了分析,并提出了表观分形维数的概念。分析表明,道路表面具有不规则性和统计自相似性,即每一部分都可视为整体缩小尺度之后的相似形。以现有的道路表现功率谱数据为例,根据频谱方法对其分形进行计算,表明测度（功率谱）与尺度（频率）在双对数坐标上呈线性关系,即具有标度不变性,呈现明显的分形特征。道路表现越平坦,其分形维数值越高。表观分形维数结合分形维数的     

分形与谐波小波相结合的车辆振动信号分析

介绍了机械振动信号分析中应用的分形方法，并对模拟信号进行了分形分析。结合谐波小波分析技术，对实际车辆的复杂振动信号进行了分形研究，得出可以把多重分形的较高维数作为判断信号复杂程度和是否存在故障的依据的结论。研究了车辆复杂振动信号的混沌特征，发现具有梳状谐波共振谱峰的信号难以进行分形分析，且具有明显的混沌特征。     

基于分形理论的水稻单产计算机视觉预测技术

以武育粳3号为试验品种,用自制计算机视觉系统,拍摄成熟期水稻群体图像,应用分形理论分析水稻群体图像的分形特征,在此基础上提取了图像的差分计盒维数和多重分形曲线;并进一步分析得出水稻单位面积产量与水稻图像分形维数具有线性相关关系,最后建立水稻单位面积产量模型,模型精度为     

分形多孔介质孔道网络模型的构

采用压汞试验获得实际多孔介质的微观结构参数.以冻干马铃薯为例计算了孔隙分形维数,结果表明冻干马铃薯结构具有显著的分形特性.运用位似变换理论、分形理论、Voronoi图以及马铃薯的特征参数等,构建出与马铃薯结构参数相对应的二维分形孔道网络模型.构建的网络模型考虑了影响多孔介质干燥的孔道微细结构特征,模型参数能够很好地反映多孔物料的微观结构.且获得了合理的分形维数.     

引黄滴灌水源中泥沙表面附生生物膜的分形特征

为了解决灌水器堵塞这个制约引黄滴灌技术应用和推广的关键问题,联合运用扫描电镜测试法和分形理论对黄河泥沙颗粒表面形貌进行了分析,结果表明:黄河泥沙颗粒表面形貌表现为以固体颗粒、微生物及其分泌的黏性胞外聚合物形成的复杂生物膜结构.黄河泥沙颗粒表面具有显著的分形和多重分形特征,简单分形维数虽然能从整体上表征颗粒物表面形貌的复杂性与不规则性,但未能刻画颗粒物局部奇异性的微观特征,而多重分形谱可以定量描述这种复杂泥沙颗粒形貌特征.黄河泥沙借助其巨大的表面积,吸附了大量的微生物,微生物分泌的胞外聚合物质量浓度高达276.08~360.68 mg/L,这就要求在控制引黄滴灌系统灌水器堵塞时,需要从以往单纯考虑泥沙颗粒物本身转变为综合考虑泥沙颗粒和微生物的耦合作用,寻求更为有效的堵塞控制策略.     

基于微DEM的黄土坡耕地微地形分形维数计算

在通过GIS技术模拟黄土高原坡耕地地表微地形特征的基础上,利用体积-表面积法对微地形分形维数进行了初步计算.结果表明,在坡度分别为5°和10°的条件下,人工锄耕,人工掏挖地微地形分形维数分别为0.130 0和0.126 6,0.174 7和0.083 5.这为系统研究黄土高原坡耕地微地形分形特征奠定基础.     

基于分形理论的地下滴灌灌水器水力特性研究

为了研究滴头工作压力和土壤物理特性对地下滴灌灌水器流量的影响,采用分形理论分析各种级配土壤的分形特征;以土壤颗粒质量分形维数、灌水器工作压力、土壤容积密度、土壤初始含水率为试验因素,运用混合水平均匀设计方法进行试验。结果表明,粘粒含量大小是土壤分形维数的主要影响因素,土壤分形维数随着粘粒含量的增加而增大;PLASSIM公司地下滴灌灌水器流量随土壤分形维数的增大而减小,即土壤质地越细地下滴灌滴头流量就越小;通过试验所建立的包含有土壤分形维数因素的地下滴灌灌水器流量计算经验公式的普适性较高。     

长期再生水灌溉后土壤孔隙分布的多重分形特征

土壤结构是表征土壤质量的重要指标之一.为了定量表征长期再生水灌溉后土壤孔隙分布的非均匀性,以不同年限再生水灌溉后的土壤为研究对象,采用KYKY-2800B型扫描电子显微镜获取土壤数字图像,利用数字图像处理技术测定了土壤的孔隙分布特征,运用多重分形谱参数描述了土壤孔隙分布的非均质性,探讨了土壤孔隙分布多重分形曲线对称性的意义.结果表明:多重分形谱可以定量描述土壤孔隙分布的非均质性,土壤孔隙分布的多重分形奇异谱函数α-f(α)表现为非对称连续性分布,奇异谱宽度Δα表征了土壤孔隙分布的非均质特征,大兴区北野厂灌区农田土壤孔隙分布的多重分形谱宽度Δα普遍大于石景山衙门口灌区土壤,即具有30 a再生水灌溉历史的土壤其孔隙分布的非均匀性较50 a再生水灌溉历史的土壤孔隙分布的非均匀性大,且北野厂灌区土壤小孔隙的数目小于石景山衙门口灌区土壤小孔隙数目.多重分形参数可以作为定量表征土壤孔隙分布非均匀性的重要指标.     

冷态压榨植物油料饼渗透率的分形模型研究

以冷态压榨成型的大豆和棉籽油料饼为研究对象,对两种油料饼的孔隙微观结构进行分形特性研究,采用Hagen-Poiseuille公式结合分形理论建立植物油料饼渗透率分形模型,以冷态压榨方式实际测定大豆和棉籽油料饼的渗透率。对模型计算值与试验测试值进行对比得到大豆饼模型的相对平均误差为18.7%,棉籽饼模型的相对平均误差为12.4%。     

施加生物质炭对盐渍土土壤结构和水力特性的影响

以江苏省沿海围垦区盐渍土为研究对象,基于Micro-CT图像扫描技术,分析施加生物质炭后改良盐渍土土壤孔隙度、土壤水分特征曲线以及非饱和导水率等土壤特性的变化,并建立分形模型预测土壤水力性质,以此揭示施用生物质炭对于海涂围垦区盐渍土土壤结构和水力特性的影响。试验设置0、2%、5%(与表层0～20 cm土壤质量比) 3个生物质炭添加水平,重复3次。结果表明:施加5%生物质炭显著降低盐渍土土壤容重,增加土壤总孔隙度和大孔隙度;大于0. 25 mm水稳性团聚体质量分数显著增加,增加土壤孔隙分形维数;提高土壤饱和含水率和饱和导水率;结合Micro-CT图像扫描技术和孔隙分形理论预测改良盐渍土土壤水分特征曲线和非饱和导水率,预测效果精度高,能够用于实际问题的研究。     

杨凌包气带深层黄土颗粒分形特性的实验研究

通过对包气带深层黄土土壤样品颗粒组成的分析,研究了土壤颗粒体积分形维数与土壤各粒级含量的关系.同时利用实测的土壤水分特征曲线,拟合得到其分形模型中的孔隙大小分形维数,最后对颗粒体积分形维数与拟合的孔隙大小分形维数的关系进行了对比研究.结果表明:体积分形维数介于2.577～2.748之间,且随包气带层深度的增加分形维数呈减小趋势;体积分形维数与0.5～0.25 mIn、0.02～0.002 mm颗粒含量呈显著负相关,与0.25～0.05 mm、＜0.002 mm颗粒含量呈显著正相关,所建立的多元回归方程拟合的体积分形维数相对误差限为0～0.42%,具有较高的精度;同一质地的颗粒体积分形维数与土壤水分特征曲线分形模型中的孔隙大小分形维数呈良好的线性关系.     

稻茬麦根系构型可视化与三向分型维研究

提出一种根系可视化分析方法用于定量稻茬田环境的小麦根系构型。使用根系构型数字化仪测试稻茬麦苗期根系构型,将所测数据导入Pro/E平台进行根系构型的3-D重构,然后对可视化根系进行3向平面投影,计算小麦根系在不同平面的分形维数与分形丰度。结果表明,该方法可以真实反映出田间稻茬麦根系构型的动态变化状况,而根系分形维数与分形丰度随时间逐步递增,正视图面的分形维数和分形丰度总大于左视图面。从播后第98天开始,俯视图面的根系构型分形维数与分形丰度出现突增。在3个投影面上稻茬麦根系的分形维数与分形丰度都高度相关,二者与根总长也存在一定的相关关系。     

分形理论及其在地学领域中的应用

介绍了分形这一新兴的理论,针对分形理论的现状,对分形理论在地学领域中的应用做了总结,在此基础上对分形理论未来的应用方向与发展前景进行了展望。     

柑桔喷灌地表水量分布与冠层特性的分形维数关系研究

以柑桔为研究对象,对喷灌条件下柑桔冠层特性对水量分布的影响进行了初步研究。利用分形维数法研究柑桔冠层对喷灌水量的截留和地面水量分布的影响,通过对不同的柑桔树冠层的分维数的计算,初步分析冠层截留对地表各部分水量分布的影响。研究结果表明,分形维数的大小明显影响冠层截留量和棵间穿透水量,冠层截留量随着分形维数的增加而线性增大,棵间穿透水量随着分形维数的增加而线性减小,分形维数对茎杆流水量的影响不明显。     

京津冀地区耕地质量空间分布分形机制研究

为了进一步推进京津冀耕地规划统筹和协调配置,实施耕地质量空间管制与全面提升机制,保障京津冀协同发展的耕地资源需求,采用GIS技术、分形理论、灰色关联度分析相结合的方法,系统研究京津冀耕地质量空间分布分形特征及其机制。主要结论为:京津冀耕地质量在空间上呈现规律分布的态势,具有南北差异明显、南高北低、区域边缘低、中间高的特征;分形理论可以用于京津冀耕地质量空间分布的结构特征研究,分形特征反映了京津冀耕地质量类型的空间形态复杂性和空间占据度。京津冀高等地空间结构最简单,形态最稳定,空间占据度在自然质量水平上最高,在经济质量水平上最低;中等地的空间结构和稳定性居中,但空间占据度最大;低等地空间结构复杂度、空间形态稳定性和空间占据度与高等地完全相反。影响京津冀耕地质量分形特征的主要因素是光温/气候等自然条件,农业生产条件和社会经济条件在此基础上进一步扰动了其分形特征。     

分形理论在减振器性能畸变判定中的应用

针对减振器速度特性中力与速度信号的特点,从分形理论出发,利用分形维数的概念,建立求解分形维数的模型,对减振器实测信号进行定量描述。试验结果表明,减振器性能畸变出现时,其分形维数明显不同,因此,可以利用分形维数有效地判定减振器性能是否畸变。     

基于分形理论的马铃薯干燥过程水分输运特征分析

基于马铃薯内部结构的异质性和分布随机性,利用分形特性模拟了在干燥过程中的水分输运过程。结果发现结合收缩和分形现象的模型呈无收缩现象连续介质模型更接近实验值,且分形模型的内部压力分布没有出现像连续模型呈比例逐层下降的现象。包括收缩的分形模型与孔的连通性、孔隙率、面积分形维数和孔最小最大直径比值成正比,与迂曲分形维数和迂曲度成反比。     

基于分形几何的植物模拟研究

分形几何是以非规则物体为研究对象的几何学,分形与计算机图形学结合起来,可以展示其无穷递归的复杂结构,从而实现对自然景物的逼真模拟。L系统文法是分形几何学的一个重要研究方法,它着重研究植物形态与生长的描述,将L系统文法与计算机图形学结合起来,为计算机模拟植物生长提供了一个有力的工具。为此,首先对分形几何及L系统文法进行了简要介绍,详细阐述了利用L系统文法对常见的小草以及灌木丛建模的生成规则,在VC++6.0环境下用字符串替换算法对小草及灌木丛进行了模拟,并通过连续改变分形草的内部参数,模拟小草在风中摇摆的效果形成摇曳的小草,从而产生动画效果,有较强的逼真感。