顾及自适应多细节层次的八叉树点云管理算法

为了解决大规模点云不易有效组织、动态可视化时冗余度大,且较难实现自适应显示的问题,提出顾及细节层次(levels of detail, LOD)的八叉树点云管理算法.该算法基于八叉树索引将扫描点限定在每个结点范围内,利用自上而下空间分割和自下而上参数计算相结合的预处理策略,减少实时阶段计算量,通过构建保守性模拟误差,使场景各处均可自动满足可视要求,并辅之以高效加速方法,实现了点云的有效组织和自适应流畅显示.实验研究表明,在优化的预处理和辅助加速策略支持下,与经典R树算法相比,该算法实时阶段计算量小,每帧自适应漫游平均时间在0.04 s以内.      

基于九宫格的累进LOD地形绘制算法

为减少地形绘制中地形分割与视点中心块分割的次数,提高绘制效率,提出了九宫格地形快速绘制算法.利用九宫格的特性建立地面多分辨率"块"结构,将每次分辨率变换都集中在周围8格中,使地形分割与视点中心块分割合并为1次;九宫格分层结构使多分辨率模型中模型细节的处理和绘制三角形的个数以17/81的倍率递减,提高了运算速度.提出了边界裂缝消除算法,以修正多分辨率模型产生的裂缝,并对九宫格算法进行了性能分析和误差评估.实验结果表明,当分层数为3时,该算法在保持视觉效果的同时,比四叉树算法的绘制效率提高约14.7倍.     

视觉感知驱动的三维城市场景数据组织与调度方法

针对大规模复杂三维城市场景三维可视化的数据调度效率不高、视觉一致性差等关键问题,提出了一种视觉感知驱动的复杂三维城市场景数据自适应组织管理与动态调度方法.该方法根据三维场景数据的空间分布特征,利用自适应四叉树对复杂三维城市场景进行不同层次粒度的划分,并自底向上遍历四叉树,为中间节点生成LOD(level of detail)和计算各个层级的几何误差,构建灵活的多粒度三维瓦片模型,最后根据屏幕误差评估建筑物模型的三维几何特征(形状、尺寸、高度)等视觉感知参数,约束不同细节层次模型的自适应调度.选择了柏林4个细节层次的三维城市模型数据,进行交互式三维漫游测试.实验结果表明,基于视点相关HLOD(hierarchical LOD)动态调度,动态可视化的渲染帧率始终保持在40 f/s左右,达到了网络环境下复杂三维城市场景数据动态调度的高效性和三维可视化视觉一致性的要求.     

基于自适应聚概率矩阵的JPDA算法研究

为了降低联合概率数据关联(joint probabilispic data association,JPDA)算法的计算复杂度,解决跟踪临近目标时出现的航迹合并问题,基于量测自适应消除方法,提出了一种改进JPDA算法.该算法首先通过Cheap JPDA算法计算互联概率,降低算法计算量;其次对聚概率矩阵加以阈值处理,通过重建确认矩阵,进一步优化算法复杂度;最后采用自适应消除方法,去掉聚概率矩阵中易引起错误关联的量测,减小JPDA算法在关联临近目标时的误差.仿真实验结果表明:相较于JPDA算法及Scaled JPDA(SJPDA)算法,本文算法在保证跟踪精度的前提下,降低了算法复杂度,提高了时效性;在跟踪临近目标及交叉目标时,改进算法能避免航迹合并现象及跟错目标情况的发生.     

基于NURBS的船体曲面自适应三角网格剖分

针对面向曲面的三维船体性能计算和真实感图形显示问题,应用NURBS曲线、曲面理论,提出一种新颖的船体NURBS曲面三角形网格自动生成算法,运用四角编码方法和改进的曲面片平坦性检验方法,保证在递归分割船体NURBS曲面时,能够快速有效地分割出四边形网格,在曲面片的高度方向和边界处同时满足给定的精度要求,在此基础上,应用割角剖分算法将一个四边形网格剖分成两个或多个三角形网格。应用结果表明,应用该算法生成的三角形平面片能够较好地逼近船体曲面,避免出现网格间的裂缝,与二叉树、四叉树方法相比,四角编码方法明显节省了时间和空间,提高了算法效率。     

基于网络地理信息服务的选线数字地形获取方法

针对道路前期规划阶段纸质地形图陈旧、数字地形信息获取困难且成本高的特点,在综合分析当前开放网络地理信息资源的基础上,利用航天飞机雷达地形测绘使命(shuttle radar topography mission, SRTM)数据和Google Maps影像,提出了获取构建道路数字化选线系统虚拟地理环境所需的数字高程模型 (digital elevation model, DEM)和数字正射影像 (digital orthophoto map, DOM)的方法,并设计了Google Maps影像瓦片快速下载方法;基于分治法的思想,提出了一种全局非线性、局部线性的Google Maps影像变换算法,实现了与SRTM数据的快速配准,并在此基础上进行了地形数据获取与建模测试.研究结果表明:通过自动计算瓦片URL地址,采用libcurl库函数和多线程下载技术,下载影像瓦片速度稳定、快捷、自动化程度高;获取的DOM分辨率可达0.2 m以上,与DEM数据配准后,构建的虚拟地理环境能满足道路前期规划阶段开展数字化选线设计的需要.      

一种允许误差的异构图形语义匹配技术

为解决二维和三维异构图形数据匹配问题,以流程工厂协同设计为背景,提出了基于允许误差的最大语义匹配算法(MSMGE).该算法首先用类无向图描述二维和三维图形数据的工程属性和拓扑关系,消除了研究对象的异构性;然后,用语义表达式表示类无向图顶点与边的语义关系,将二维和三维异构图形数据的匹配转化为允许误差最大公共序列的匹配;最后,通过采用基于工程语义的类无向图语义分割、语义规整和语义裁剪等方法降低MSMGE的复杂度.研究表明,用此算法,匹配精度能够达到90%以上.     

基于混合粒子群优化的2维Otsu路面裂缝图像阈值分割方法

针对传统2维Otsu法由于计算量大而无法实时对路面裂缝图像进行分割的问题,将粒子群算法和遗传算法相结合,提出了一种基于混合粒子群优化的2维Otsu路面裂缝图像阈值分割方法。实验结果表明:与标准粒子群优化的2维Otsu阈值分割法相比,文中方法可以完整分割出图像中的裂缝目标;与传统2维Otsu法相比,文中方法减少了算法运行的时间,提高了路面裂缝图像的分割效率。     

多屏幕参数可配置实时显示控制系统研究与应用

在某空港货运站物流监控系统中,大量选用LED屏幕作为操作及引导信息的显示装置.50个LED屏幕分散设置于长500 m,宽200 m的货运站内,为施工方便及维护简易且使信息显示控制系统具备高的稳定性、可靠性,采用自由拓扑技术与冗余技术设计出具备串行级联拓扑结构的控制网络架构;同时,对实时显示控制系统相关算法进行了详尽的分析与设计,解决了不同屏幕间信息的准同步显示及由于工业现场偶发性干扰信号引起的数据报文丢失时的信息复现等问题;对本系统串行通信及以太网通信方式进行了较为详细的分析,提出了显示控制系统的参数化配置方案,使系统具备在不同通信方式下的相关参数自动选择匹配与手动设置功能.     

物流配送车辆路线求解算法

为进一步降低日益复杂的物流配送成本,通过对物流配送网络系统分析,提出更为接近实际的三层次物流配送网络结构。针对第二层次车辆路线问题(VRP)网络模型,运用四叉树原理进行客户分区,使用两阶段启发式算法优化车辆行驶路线,采用C语言编程实现了算法设计。运用模拟数据通过LINGO程序仿真测试,显示该算法计算结果与LINGO计算结果相同,而计算时间大幅度降低,说明了该算法快速、有效。     

大规模三维地形仿真算法的研究

采用LOD算法,以视点相关及地形本身起伏程度相关技术来决定地形应有的细节程度.在每次渲染前,都基于视点相关以及地形本身起伏程度相关的节点评价系统动态地更新地形网格,递归地分割每一个节点,直到达到需要的细节程度.地形的起伏程度事先被计算出来以提高速度.在不同的细节等级上作区分主要是为了增加地形的真实感.在编程时所使用的工具为OpenGL,主要是运用其强大的图形库去验证了细节等级在大地行中运用的正确性.     

我国海上运输关键节点安全评价研究

海上运输关键节点安全评价研究是保障我国海上运输通道安全的重要环节,为科学全面评价我国海上运输关键节点的安全状况,本文建立评价指标体系,引入投影寻踪方法构建安全评价模型,通过遗传算法求解,对关键节点的安全状况进行评价,并挖掘相关海峡的主要安全威胁.评价结果表明,涉及我国重要物资如石油、集装箱运输的霍尔木兹海峡、马六甲海峡、曼德海峡及苏伊士运河的安全水平相对较低,而且印尼地区的龙目海峡、巽他海峡及望加锡海峡的安全状况也相对较差.评价结果为我国制定保障海上运输安全措施及做出相关管理决策提供科学依据,对提高我国海上运输安全性与可靠性具有重要意义.     

基于GPS浮动车的城市主干道交通服务水平实时评估模型

提出城市主干道道路交通服务水平及其实时评估的概念,建立了基于模糊综合评判的城市主干道交通服务水平实时评估模型,模型以实时的GPS浮动车检测数据为基础,将获得的路段平均速度、速度变化系数和低速行程时间比等作为特性参数,建立了特性参数和各级服务水平下交通状态模式之间的关系,采用模糊综合评判方法,实现了道路交通服务水平的实时评估。分析了评价周期对模型实时性和有效性的影响,并运用实例进行了验证。     

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海上运输关键节点安全评价研究是保障我国海上运输通道安全的重要环节,为科学全面评价我国海上运输关键节点的安全状况,本文建立评价指标体系,引入投影寻踪方法构建安全评价模型,通过遗传算法求解,对关键节点的安全状况进行评价,并挖掘相关海峡的主要安全威胁。评价结果表明,涉及我国重要物资如石油、集装箱运输的霍尔木兹海峡、马六甲海峡、曼德海峡及苏伊士运河的安全水平相对较低,而且印尼地区的龙目海峡、巽他海峡及望加锡海峡的安全状况也相对较差。评价结果为我国制定保障海上运输安全措施及做出相关管理决策提供科学依据,对提高我国海上运输安全性与可靠性具有重要意义。     

基于人工免疫机制的营运货车运行风险评价研究

为预防营运货车交通事故,动态监管营运货车提高其运输安全性,本文从营运货车道路交通事故调查报告中统计货车交通事故发生运行风险因素频率,提取营运货车运行风险关键因素,建立完整的营运货车运行风险指标体系。运用人工免疫思想,以营运货车运行风险评价指标等级值作为抗原向量,将人工免疫危险理论的信号处理机制及改进的树突细胞算法应用于营运货车风险评价,构建基于树突细胞算法的营运货车运行风险评价模型,并以云南省某运输集团的营运货车为例进行应用分析。研究结果表明：营运货车高风险的发生通常是多因素耦合的结果;基于人工免疫机制的营运货车运行风险评价模型可利用营运车辆监控平台实时数据,从动态实时的角度评价营运货车运行风险性;模型具有合理性和有效性,且有较高的准确率及较低的误报率,可为营运货车运行风险防控提供依据。     

基于多层复杂网络的中欧班列运输网络关键节点识别研究

若运输网络中的重要节点发生故障,中欧班列的运输效率和货物流动会受到严重制约。 本文提出一种基于改进TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution) 法及灰色关联分析的多层网络节点重要性评价方法。首先,以中欧班列运输网络结构特征为基础,构建中欧班列多层网络;其次,选取度中心性、介数中心性及接近中心性等多个评价指标,运用改进TOPSIS法计算节点单层网络重要度评价值,采取灰色关联分析融合得到节点综合重要度评价值;最后,利用多层网络SIR(Susceptible Infected Recovered Model)模型验证方法的有效性。 结果表明：本文识别出的关键节点包含中欧班列主要线路的起讫城市、境内外重要口岸和中欧班列集结中心,结果与实际情况较为契合;采用排序前10%重要节点作为初始感染节点,SIR网络感染率在 20 次迭代后达到 97.8%,本文提出方法的网络节点感染率及传播速率均高于 BC (Betweenness Centrality)算法、DC(Degree Centrality)算法和PageRank算法等传统单一网络排序方法,即识别的关键节点对全局网络的影响更为普遍和高效。此外,根据排序结果从国家层面提出相应的政策建议,有助于提高中欧班列运输网络的鲁棒性。     

道路三维场景的实时动态显示技术

实时动态显示技术是实现道路三维可视化设计的关键，应用Delaunay三角化算法构建数字地面模型，基于分割—归并思想完成道路三维实体造型，在此基础上，提出并实现了有效的道路三维模型的视相关简化算法，并结合真实感图形绘制技术开发了道路三维场景的实时动态浏览平台，将该平台与路线CAD系统集成，实现了道路设计过程和设计成果的可视化。     

实时分布式地图匹配系统的设计与实现

在智能交通系统的基础上,设计实现了基于实时浮动车数据的分布式地图匹配系统.分布式架构的应用旨在提高系统数据接收和处理的实时性.同时提出了一种基于道路网格和最短路径的快速地图匹配算法,通过网格划分确定候选路段,根据二次网格划分、GPS角度和数量对候选路段权重进行修正,并利用最短路径算法寻求最符合路径,在保证处理效率的同时匹配的精度也有所提升.仿真实验选用三台匹配处理节点,经验证,完成大连市1000辆出租车约130万个GPS点的地图匹配用时为1分37秒,算法的平均正确匹配率为93.3％.实验结果满足实际智能交通系统的基本要求.     

沥青混合料拌和过程实时监控

为控制道路施工过程中沥青混合料的拌和质量与拌和状态, 提出一种以非介入方式利用模板匹配识别算法实时提取骨料、粉料、沥青质量数据、拌和时间及温度等沥青混合料主成分数据信息的方法, 根据识别到的沥青混合料数据信息建立了数据采集与传输的时序逻辑关系; 在WEB监控中心下可视化显示了沥青混合料配合比误差、级配误差、拌和时间和温度等关键信息, 并利用这些多模态信息融合策略评价了沥青混合料的拌和质量; 根据施工过程中沥青混合料类型的先验知识分析了混合料数据的动态变化, 在无人工干预的情况下自动识别了实时生产的沥青混合料类型; 建立了骨料数据的模型分布, 并结合拌和时间判断拌和设备的运行和筛分状态; 存储实时接收到的数据, 实现了沥青混合料历史数据跨时间查询和成本评判。研究结果表明: 利用模板匹配识别算法采集沥青混合料字符数据时间为4.9 ms, 识别准确率达100%, 满足了施工中沥青混合料拌和数据采集时间间隔小于0.02 s的要求, 实现了施工过程中沥青混合料数据的连续检测、自动识别、实时跟踪和可视化监控; 当沥青混合料质量不合格或拌和设备出现故障时可实时预警, 为综合评价沥青混合料拌和过程与实时掌控沥青混合料拌和质量提供了依据。