基于含避障角人工势场法的机器人路径规划

针对基于距离的人工势场法(Artificial potential field,APF)存在的局部极小值问题,提出了一种含避障角的人工势场法的避障路径规划方法。在平面环境中,采用斜率判定路径规划过程中的位置关系,通过机器人当前点到障碍物的距离与障碍物的影响半径二者之差得出人工势场法中的排斥力,并对排斥力的偏转角进行调整;另外,在空间环境中利用圆弧插补理论将机器人平面避障问题转换为空间避障问题;基于机器人构型配置对改进人工势场法进一步完善以满足实际避障要求。仿真和实验研究结果表明,含避障角的人工势场法,在单个或多个障碍物环境中进行避障路径规划时解决了局部极小值的问题,同时实现了6自由度机器人末端在避障时的轨迹曲线平滑无振荡,验证了所提出避障路径规划方法的可行性。     

克里雅绿洲浅层地下水与土壤特征的局部空间关系

通过优选的空间插值方法、网格单元法、地理加权回归(GWR)与最小二乘法(OLS)等方法的综合运用,系统研究典型干旱区绿洲的浅层地下水特征(埋深、电导率)与表层土壤特征(含水率、电导率)的空间分异与局部空间关系。结果表明:空间拟合方法上,表层土壤电导率与含水率的空间关系回归适用OLS模型,其余指标间空间关系采用GWR模型更优;空间关系上,土壤电导率与含水率的全局相关系数为极显著的0.85,局部相关性上绿洲西部明显高于东部;土壤电导率与地下水电导率的全局相关系数极显著(R=0.602),但局部相关性上同时具有正相关与负相关特征;土壤含水率与埋深、地下水电导率与埋深均呈全局负相关,但在局部出现正相关;地下水埋深由绿洲西北至东南逐渐增加,地下水电导率由西南至东北依次呈现低—高—低的特征,表层土壤电导率与含水率由西至东均呈现低—高—低—次高的特征; GWR较OLS方法能够反映更多的空间异质特征,通常在总体相关水平下,局部可能出现相关性相反或大小不同的相关性。     

地理因素辅助的黄土高塬典型流域面雨量制图效果比较与评价

为了获取适宜的黄土高塬流域面雨量计算方法,选择算术平均(Am)、泰森多边形(Tsn)、普通克里金(OK)、泛克里金(UK)、反距离权重(IDW)、简单克里金(SK)、考虑海拔的简单克里金(SK_EL)以及将海拔和空间坐标信息作为辅助因子的简单克里金(SK_EXY)和地形插补法(Tr)等9种方法计算了环江下游流域2006—2011年面雨量。结果表明:(1)各年面雨量Am法全流域只有1个数值,无空间分布,Tsn法呈斑块状分布,IDW法在站点周围空间趋势表达不连续,其余6种基于克里金方法的面雨量空间变化趋势基本一致,均是从东南向西北连续递减的等值带,其中OK的插值曲面最平滑,Tr与SK法的结果更加符合降雨随地形的变化趋势;(2)24站测值为基础的单年和多年交叉验证结果均表明各种方法插值所得面雨量的精度以考虑高程和站点空间信息的Tr法最高,SK_EXY其次,并没有一种插值方法在所有的精度检验指标中都最差;(3)当只考虑面雨量值不考虑其空间分布时,可以选择Am与Tsn法相结合,其值接近各种方法的均值,而当综合考虑面雨量值及其空间分布时,则宜选择Tr和SK_EXY法。     

小流域入库河口土壤养分水平空间变异及综合评价

以丹江口水库青塘河小流域入库河口37.8 hm2面积的土地为研究对象,利用SPSS 19、Arc GIS10.0及GS+9.0软件研究该区域8种土壤养分的具体空间变异与分布。结果表明,有机质、全磷、全钾、全氮超过95%面积的土壤处于中等及以下水平;从速效养分来看,碱解氮含量较低,速效磷和速效钾含量相对较高,基本处于中等及以上水平;对土壤养分综合指标分析结果显示,贫瘠土壤占整个研究区域面积的70%以上。通过对土壤养分综合状况分析,为库区植被恢复关键技术的研究提供了数据支撑。     

基于地形要素的三维薄板样条插值方法研究——以广东省降水量空间分布为例

将海拔高程引入到薄板样条函数中,建立三维薄板样条模型(3DTPS),并借助地理信息系统对广东省降水量进行空间插值。以广东省气象站分布图、90m×90m数字高程模型(DEM)为实验数据,以Visual Basic.Net为平台,ArcGIS Engine为二次开发工具,提取DEM的海拔高程值以及广东省气象站点的经纬度坐标和年均降水量,用3DTPS进行空间插值,最后生成等间距的广东省年均降水量分布图。通过交叉实验,与普通TPS、反距离加权法、克里金插值进行对比分析,用均方误差作为评价指标,得出3DTPS插值精度最高。     

基于ROC曲线的玛纳斯河灌区土壤盐分空间分析

选择我国干旱内陆河玛纳斯河流域平原灌区为研究对象,基于区域采样点数据,应用试验诊断评价方法——受试者工作特征曲线(ROC曲线)分析了不同采样时间各土层土壤含盐量的变化以及对多种空间插值方法进行了评价,最后选择估值效果较好的空间插值方法绘制了土壤盐分空间分布图,并与传统评价方法进行了对比。结果表明,基于ROC曲线,4月、10月表层土壤盐分变化剧烈,其变化敏感于其他土层,盐分存在表聚现象,ROC曲线下面积最大且贡献均为正;传统交叉检验和ROC曲线分析均得出利用经验贝叶斯克里格方法进行表层土壤含盐量空间插值效果最优;研究区表层土壤盐分具有明显的连续变化和存在局部聚集的现象;不同采样时间土壤盐分空间分布差异显著,总体表现为低值区位于南部山区和东北部,高值区主要分布在平原水库周围以及下游地势低处。ROC曲线能够很好地应用于土壤盐分空间分析领域。     

南方复合地貌区DEM内插算法的对比研究

数字高程模型是数字地形分析的重要数据基础,在土壤、水文、地貌、生态环境、地质灾害、农业等领域均有广泛应用。插值生成的DEM精度与插值算法本身特性、插值区域地貌类型都密切相关,研究插值算法对不同地貌类型的拟合精度差异,对提高DEM插值精度具有重要意义。以平原丘陵兼有、水网密集分布的南方复合地貌区为研究区,对ANUDEM,IDW,Kriging,Spline,NNI,TIN六种插值算法生成的DEM分别从总体、丘陵岗、平原3方面进行误差评价,结果表明:在丘陵岗地区,ANUDEM精度最高,对地形因子拟合程度最为准确;在平原地区,ANUDEM,TIN精度较高,能准确刻画水网等细节信息;总体而言,ANUDEM插值生成的DEM更能够精确地模拟南方复合地貌区的真实地形。     

1976-2006年江苏省气温和降水量的时空变化特征

气候变化的时空差异及其发展趋势是我国生态环境变化的重要驱动因子。通过获取江苏省13个气象站点1976—2006年气象资料,应用空间插值、线性趋势法、滑动平均法、Mann-Kendall 非参数检验、滑动t-检验和小波变换等方法对江苏省气温和降水量进行线性趋势分析、平滑预测分析、突变分析和周期性分析,揭示该地区气候时空差异和变化发展趋势。结果表明：1976—2006年,苏北、苏中和苏南地区平均气温、平均最高气温和平均最低气温呈现波动上升趋势,且多在20世纪90年代发生突变现象,呈现明显上升趋势,在25～32 a、15～25 a和10～15 a的三类时间尺度上存在着比较稳定的周期变化规律;降水量均波动起伏较大,无明显的增减现象,且在1990—2000年间以正距平为主;年降水量多在20世纪70年代末和本世纪初发生突变;降水量在25～32 a、15～25 a和10～15 a的三类时间尺度上存在着明显的周期性变化。通过上述研究,有助于科学认识气候变化规律,积极应对区域气候变化,保障江苏省生态稳定及促进社会经济发展。     

危险性有害生物苹淡褐卷蛾在我国的适生区预测

苹淡褐卷蛾是一种危害严重的有害生物,利用 CLIMEX3.0软件对苹淡褐卷蛾在我国的适生区进行预测,结果发现该虫在我国的气候适生区域比较广泛,除新疆、吉林和黑龙江外,其他省份均有适生地区,适生面积约为369万 km2,占我国国土面积的38%。针对有害生物的传入和定殖能力,提出了相应的管理措施以防止传入我国。     

绿洲土壤表层含盐量空间变异分析的插值方法研究

为了比较土壤表层含盐量空间变异性研究的各种空间插值方法的优劣,以渭库绿洲为例,运用基于ArcGIS的4种空间插值方法（反距离加权、样条函数、克里格、协同克里格空间插值方法）,分析了土壤表层含盐量的空间变异性。并通过分析各个交叉检验统计量来验证评估数据的误差,从而选取最优的空间插值方法。结果表明:4种插值方法的插值结果基本能反映含盐量的空间分布特征,简单克里格法更适合绿洲表层土壤含盐量的空间插值;通过空间插值可以发现表层土壤含盐量呈现出东南高、西北低的态势。对渭库绿洲土壤盐分空间分布特征及空间变异进行了解,有利于土壤盐渍化的快速诊断,是盐渍化土壤治理和改良的重要基础。