多源数据融合下的森林防火本底数据库建立

对森林防火三维本底数据库组成及特点进行分析,在空间信息技术、数据融合技术和三维建模技术等的支持下,提出基于MaDX和OpenGL为研究工具的森林防火三维本底数据库建立方法。该方法以OpenGL为技术基础,利用数字高程模型高程数据和OpenGL的纹理映射机制在三维地形上融合遥感数据,实现各种信息的三维真实显示。以Mapinfo所建立的属性数据为基础,通过坐标转换,实现二维矢量地图同三维地形的任意点、面的联动。在此基础上利用MapX组件从二维地图上获取乡镇边界、乡村边界和小班边界等森林资源数据,并同三维地形有机融合,实现森林资源数提的三维显示,最后融合防火资源数据和全球定位系统（GPS）数据,实现了防火队和防火物资等数据的融合与操作。     

林木联合采育机自主作业的虚拟仿真系统

针对林木联合采育机自主作业路径规划与控制的研究需求,采用Solid Works软件对林木联合采育机进行了三维实体建模,将模型导入到图形开发引擎Open Scene Graph(OSG),结合Visual C++编程语言,完成了一套林木联合采育机作业三维虚拟仿真系统。阐述了该虚拟仿真系统的架构、功能以及系统的开发流程。在对机械臂运动学建模的基础上,给出了伐木头直线、圆弧和激光反馈的路径规划和控制方法。在三维虚拟仿真系统中通过采伐虚拟立木实验,验证了自主作业路径规划与控制方法的有效性,该研究为实现林木联合采育机的无人自主采伐作业打下基础。     

多元图论非线性映射分类及其在小麦研究中的应用

本文给出了一种将多元图论及非线性映射方法结合起来对样品进行分类研究的方法一多元图论非线性映射分类法,并应用此法探讨了41个小麦材料的最小支撑树及其在二维平面上的非线性映射分类图,与系统聚类法及主成分方法聚类相比,本方法有其特殊的优越性,能更直观形象而又比较准确地在二维平面上反映多维空间中小麦样品点的全部整体的亲疏关系,从而得到二维平面上直观的分类图。对遗传育种亲本选配研究有一定参考价值,对农业科学及其它领域的多元聚类问题都有参考意义。     

基于改进遗传算法的机器人路径规划与仿真

针对标准遗传算法解决机器人处于障碍环境下寻找最优路径局部寻优精度较差、规划效率低的问题,提出一种改进遗传算法的机器人路径规划方法。该算法采用一维编码表示路径, 构造了路径最优化的目标函数和适应度函数,利用多个种群拓宽搜索空间,提高了规划效率,采用保优选择策略,避免陷入局部最优。仿真结果表明,改进遗传算法比标准遗传算法路径规划质量高,能够获得平滑的低代价路径,稳定性好,是机器人路径规划的一种较好的方法,且具有一定的推广意义。     

基于贝叶斯最大熵的多因子空间属性预测新方法

为了在空间数据预测时充分利用样点和环境数据,提出了在贝叶斯最大熵方法框架下将经典地统计方法与环境相关法结果融合、利用多源数进行空间预测的新方法;并以湖北省京山县土壤有机质含量为例,验证该方法的可行性.以由数字高程模型(digital elevation model,DEM)生成的各种相关地形因子作为环境数据,并分为密集建模集Ⅰ(330个样点)和稀疏建模集Ⅱ(100个样点),分别用普通克里金法和本文所提方法进行土壤有机质空间预测,用预留的50个样点进行精度分析.结果表明:本文所提方法的预测精度较普通克里金法的高,其Ⅰ和Ⅱ2组建模集精度分别提高了10.95%和22.72%,特别在样点较稀疏时,在相关环境因子的辅助下,精度提高幅度更大.说明将经典地统计方法与环境相关法结果相融合的多因子空间属性预测方法使预测结果既能体现样点的空间自相关,又能体现被预测属性与其他属性间的相关性.     

船舶起重机的机电液一体化联合仿真

为了研究船舶起重机的消摆操纵控制策略,需建立起重机的虚拟样机．采用Pro／E三维设计软件建立起重机的几何模型,将其导入ADAMS软件中,定义构件的材料及相对运动关系,并采用由轴套力连接小圆柱体的方法,建立钢丝绳模型;在AMESim软件平台上建立起重机回转、起升和变幅操纵机构的液压系统模型;最后在AMESim Advanced高级建模与仿真平台上建立集机械、液压与控制系统的一体化仿真模型．利用静态理论计算对所建模型进行验证,结果表明：所建模型的静态和动态仿真结果能准确代表实际起重机结构和操纵系统,该模型可以用来开展下一步的消摆控制研究．     

基于激光雷达数据的三维建筑屋顶重构算法

针对高精度建筑虚拟化中的建筑屋顶重构问题，提出了基于激光雷达数据驱动的三维建筑屋顶重构算法。首先，根据高度相似性和平面相似性将建筑物标记的点云聚类为同构簇；其次，基于分割的簇，提取线性建模线索，使用二元空间分割技术重构模型线索的拓扑元素；再次，结合最小描述长度框架和假设检验来实现正则化，发掘建筑屋顶模型的规律；最后，使用基准数据集来评估该算法。实验结果表明，所提出的方法可以生成准确的三维建筑屋顶模型。     

一种求解线性二层规划的罚函数方法

利用下层问题的最优性条件代替下层问题,同时取互补条件为上层目标函数的罚项,将线性二层规划转化为相应的单层规划.分析表明,该罚函数为精确罚函数.最后,设计了线性二层规划的罚函数算法,并用数值试验验证了算法的可行性.     

基于FVSM的核聚类算法在文本聚类中的应用

针对信息挖掘中的文本自动聚类问题,提出了一种基于模糊向量空间模型的核聚类算法。首先对聚类文本进行模糊特征提取得到模糊特征项集,然后依据模糊特征项集对每篇文本计算特征项的文档频数,进而得出每篇文本的模糊特征向量。最后利用高斯核函数将每篇文本的特征向量映射到高维特征空间,在高维特征空间中利用核聚类算法实施文本聚类。该方法在特征提取时充分考虑了特征项在文档中的位置信息,使自动聚类原则更接近手工聚类方法。以中国期刊网全文数据库部分文档数据为例验证了该方法的有效性。     

基于SketchUp与GIS的森林景观可视化实现

森林景观可视化是随着计算机软硬件、三维地理信息系统(GIS)产业发展以及森林经营管理需求而产生的一种新技术,可在景观设计、林业规划和森林防火等方面提供形象、直观的三维空间显示.以浙江省天目山国家级自然保护区为例,以AutoCAD精确绘制的二维数据为基础,利用GIS与SketchUp之间的SketchUpESRI插件把shape文件转成SketchUp可识别的.skp格式数据,再用Google SketchUp智能化软件快速批量处理GIS数据,最后将三维模型输出为Mulitpatch (*.mdb)格式的数据.在ArcScene中,将森林场景、小班线与三维地物模型进行叠加,实现漫游、查询、数据管理及空间分析,达到快速实现森林景观可视化的目的.该方法可批量处理大区域的三维建模数据.对森林景观可视化和森林旅游规划具有重要的参考价值.     

Development of a virtual reality GIS using stereo vision

This paper presents an integrated virtual reality geographic information system (VRGIS) based on computational stereo. In this system, three-dimensional (3D) and 360° panoramic scenes are reconstructed from multiple stereo image pairs acquired with a mobile stereo machine vision system. The spatial coordinates of panoramic scenes are registered to electronic maps to obtain a real scale VRGIS that is capable of efficient retrieval of spatial information and allows for navigation in virtual reality. A software program was implemented for image processing, coordinate transformation, 3D surface model building, data fusion, digital mapping, and database management for the VRGIS. In setting up 3D models for the virtual reality environment, we focused on comparisons of pattern matching algorithms for creating disparity images from stereo pairs, and adopted the graph cut method and the non-parametric local transform method in our system. Following the computation of disparity images, they are transformed into cylindrical coordinates and stitched into a 3D and 360° panoramic scene. In order to allow for virtual reality navigation, the panoramic scene is further cast into 3D triangular surface model for fast texture mapping using memoryless simplification algorithm. The effects of reducing the number of edges in a 3D surface model on computation time and discrepancy from 3D surface model with no edge reduction were also analyzed. Experimental results show that the discrepancy was about 13% when 80% edge reduction was applied to create the approximate 3D surface model. This indicates a significant computational and memory reduction while the computer graphic display of the scene model was still visually satisfactory. Finally, multiple 3D scenes were integrated into a site on the electronic map permitting the user to navigate through location to location in a virtual reality environment. The developed system may serve as a versatile platform in establishing field information for many applications such as precision agriculture, vehicle automation, geographic visualization, archaeology site modelling, etc.     

基于DEA的二阶段网络系统的固定成本分摊方法

针对传统人工势场法在智能车辆局部路径规划中未充分考虑车辆动力学和运动学约束的不足，提出一种基于动态虚拟障碍物的局部路径规划方法.首先根据环境、车辆运行状态和道路交通规则分析车辆行驶安全性并获得虚拟车道线的解析表达，再进行车辆驾驶行为决策并生成受约束的动态虚拟障碍物，最后采用考虑动力学和运动学约束的改进人工势场法进行局部路径规划.仿真实验表明，该方法在保证动力学和运动学约束的前提下，能够在不同初始速度、相对速度和相对距离工况下获得较好的规划性能.     

改进粒子群优化算法的果园割草机作业路径规划

为提高果园割草机的工作效率,降低作业成本,提出一种改进粒子群优化算法(Improved particle swarm optimization,IPSO)以解决矩形果园环境下的割草机作业路径规划问题。对苹果园割草场景下的作业路径特点进行分析,将路径规划问题转化为割草机作业行的调度排优问题,考虑多种转弯策略,以总转弯距离最小为优化目标,采用粒子群优化算法(Particle swarm optimization,PSO)求解最佳的作业行序列。为增强粒子群的寻优能力,使用随搜索进程非线性动态变化的算法参数及粒子扰动策略对PSO算法进行改进,通过仿真试验及实地试验进行验证。结果表明:1)6种不同作业行数下,与PSO算法相比,IPSO算法收敛速度减慢,算法耗时平均增加约1.0~2.5 s,但均能找到总转弯距离更少的作业路径,总转弯距离减少率为7.52%~32.72%;2)不同割草机参数(作业幅宽、最小转弯半径)下,与PSO算法相比,IPSO算法均能找到总转弯距离更少的作业路径;3)在果园环境与割草机机型确定的实际作业情况下,与传统方法和PSO算法相比,IPSO算法均能找到油耗更小的作业路径,节省油耗分别为 22.51%和1.57%。     

复杂背景下油茶果采收机重叠果实定位方法研究

油茶果机械化振动采摘技术关键在于振动点选取,判断振动点选取取决于果实生长密度测算和分布估计.然而自然环境下重叠果实的识别对判定结果有较大的影响,因此提出一种基于凸壳识别的分割边界优化方法,提升重叠油茶果识别与分割准确度.该方法先将原始图像转换颜色空间,经过阈值分割和形态学处理获得重叠果实的凹区域,然后在此基础上通过Harris角点检测得到区域的特征点集,利用主成分分析(PCA)和欧式距离方法分析特征点距离关系得到分割路径,最后采用最小二乘法对分割后的目标区域进行拟合重建得到果实轮廓.对比重建的果实轮廓与真实分布图像,该方法的平均定位误差为8.6％,比Hough方法低5.1％;平均耗时为0.52 s,比Hough方法低0.12 s.结果 表明,提出的方法可以有效解决重叠油茶果实识别与分割问题,为采摘装置的振动点选择奠定基础.     

基于量化模型的土地利用格局优化及景观效应分析

我国正处于城市化和工业化快速发展阶段,城乡结合部成为土地利用性质和生态系统变化最剧烈的地区,因此本研究建立土地利用格局优化模型模拟评价其景观效应。研究方法在Bos 森林分区模型基础上加以改进,主要包括：加入二次函数项体现土地单元的空间性;加入非对称权重系数矩阵突出相邻土地单元的用途兼容性;加入强制约束条件凸显土地单元的生态连续性。模拟结果表明：（1）“欧氏平方距离”可以令区域内含有不同保护意义的核心区;（2）“不可逆土地利用兼容性”可以聚合相似土地适宜性单元同时使边缘总长度最小化;（3）“连通性限制条件”可以降低景观破碎度并有利于兼容性土地用途的聚合。本研究是基于现有规划作出调整,只要有现存规划就能获得模型所需的大部分数据,所以不失为一种快捷且低成本的定量模型方法,既可以凸显土地利用格局的冲突,又能最大程度降低规划的主观性和不合理性,提高土地利用系统的生态功能。     

步进式横向插刀机构的运动学求解与轨迹规划

根据机构学原理,提出一种多杆步进式并联横向插草机构。通过Matlab软件求解运动学模型得到插刀机构标记点插草过程中连续变化的曲线, 利用fsolve函数进行插刀标记点的轨迹规划,借助Creo2.0对步进式插刀机构进行三维建模,并在ADAMS中对插刀机构作业时常设置的纵向宽900、1 000和1 100 mm这3种情况进行运动仿真,通过标记点P的运动轨迹分析步进式插刀机构的作业性能。结果表明:与旋转式插刀相比,步进式插刀机构具有良好的作业效率与精度,且操作灵活,能够满足铺设草方格的作业要求。      

基于鸡群优化算法的点云简化算法在粮堆检测中的应用

将鸡群优化算法(CSO)引入平均距离方法,提出了一种基于CSO的自适应简化算法,并通过使用3D点云扫描粮仓中粮堆表面验证了该算法的有效性。结果表明,与平均距离法相比,该算法具有更均匀分布的点集、更大的减速比和更高容量的估计精度,具有较好的简化性能和随时更新、减少间隔的能力。该算法和3D激光扫描仪能实时检测仓库中粮堆的体积。     

动态环境中基于遗传算法的机器人路径规划

为解决动态环境中足球机器人的路径规划问题,采用栅格法对机器人工作空间进行划分,用序号标识栅格,并以此序号作为机器人路径规划参数编码,建立了以路径最短、避障为优化目标的遗传算法个体评价函数．采用轮盘赌选择、重合点交叉、多种变异结合等方法完成了遗传操作．针对遗传算法易陷入局部最优的不足,在标准遗传算法基础上加入了复原操作和重构操作,使改进后的遗传算法收敛于全局最优．仿真结果表明：该算法能够成功地在动态环境里规划出一条近似最优的路径,算法是有效的．     

基于多目标PSO-ACO融合算法的无人艇路径规划

【目的】针对河蟹养殖过程中,水位变化以及无人艇路径规划算法收敛慢、精度低的问题,为提高算法适应性与寻优能力,提出一种多目标粒子群-蚁群融合的无人艇路径规划算法。【方法】首先,分析蟹塘环境及养殖规律等因素,建立静态水深栅格环境模型;其次,针对覆盖遍历式投饵存在局部点投喂不足及路径次优的问题,通过对惯性参数与学习因子的非线性调整,提出基于多目标的改进粒子群算法(Particle swarm optimization, PSO);然后,调整蚁群算法的初始信息素,并对蚁群算法的信息素挥发因子和启发期望函数自适应改进,提出自适应优化蚁群算法(Ant colony optimization, ACO);最后,为解决单一算法寻优不足,利用融合PSO-ACO算法,实现无人艇多目标全局路径规划。【结果】仿真结果表明：不同环境投饵策略下,PSO-ACO算法在对多目标路径寻优时,不仅环境适应性好,而且提高了寻优效率和精度,运行时间节省了32%,路径距离缩短了9.78%,迭代次数降低了62.88%,拐点数目减少了44.45%。【结论】所提出多目标点的路径规划算法适用于环境可变的蟹塘养殖,具有较好的应用价值。