最优参数化

2024-10-13

最优参数化(精选8篇)

最优参数化 篇1

0 引言

连续潮流法通过引入负荷增长因子、采用预测校正技术、参数化等方法,避免了常规潮流方程中雅克比矩阵奇异的问题,成为电力系统电压稳定性分析的有效工具[1]。参数化方法是连续潮流法中的重要组成部分,其参数化方式、步长等选择不当都会导致潮流计算不收敛[2]。

目前针对连续潮流计算中的不收敛问题、步长控制等讨论较多,而对参数化方法的研究较少。参数化方法主要有正交、物理、局部及弧长等方法,但在电压稳定性分析中通常仅使用一种参数化方法,至于使用的方法是否最优并没有分析。为此,本文提出了一种最优参数化组合方法,这种方法首先对系统的PV曲线进行分区,然后在各个区域中对各种参数化方法进行分析,最后提出了整个区域的最优参数化方法组合。该方法不仅可以提高连续潮流法的计算效率,加快、保证计算收敛,而且还适用于交直流系统。通过对IEEE118节点交流标准测试系统以及1 1节点交直流混合输电系统进行分析,证明了该方法的有效性。

1 区域划分

P-V曲线按其弯曲程度的不同划分为3个区域,如图1所示。区域1、区域3分别为P-V曲线较为平坦的上、下半支,区域2为临界点附近弯曲程度较大的部分。

在P-V曲线的求解过程中,为了加快潮流计算的收敛,提高计算效率,需要研究各区域的最优参数化方法,而各区域最优参数化的关键问题是区域的划分。利用潮流方程雅克比矩阵的最小模特征值或最小奇异值进行区域划分,是一种常用的方法,但该方法效率低[3]。文献[3]提出了利用步长比率因子的方法,即选取变化量最大的状态变量与负荷增长值之比,作为区域划分的指标,但由于变化量最大的状态变量在计算过程中会发生变化,其划分指标的参考节点具有不连续性。文献[4]提出了一种使用梯度进行区域划分的方法,但由于涉及到导数计算,其计算效率及精度低。对于特定节点的或特定区域的PV曲线,当以电压为连续参数时,连续潮流相邻2次负荷功率变化量绝对值具有先减小后增大的趋势,且在功率极限点两侧其变化趋势基本对称。基于这一特点,本文提出了一种利用特定节点或区域负荷功率变化量绝对值大小进行区域划分的方法,图2所示为该方法区域划分原理示意图。

各区域满足的条件:

区域1:λ2-λ1>0且|Δλ|>ε

区域2:|Δλ|<ε

区域3:λ2-λ1<0且|Δλ|>ε

式中:λ1、λ2为相邻2次拓展潮流计算的负荷值;Δλ为λ1和λ2的差值;ε取值与步长有关,通常取值范围为0.01~1。

2 各区域最优参数化

分别在各区域上选择典型代表点进行一次拓展潮流计算,比较各种参数化方法计算所需的迭代次数及计算时间,对各参数化方法进行最优排序,从而得到最优参数化组合。

图3为IEEE 14节点标准系统14号节点的PV曲线图,取A、B、C三点分别为区域1、区域2和区域3中3个典型点,并将常的物理、弧长、正交及局部参数化方法分别简记为“物理”、“弧长”、“正交”和“局部”。

在P-V曲线上半支,对于点A(εA=0.966 1 p.u.),采用不同的参数化方法和预测方法,进行一次拓展潮流计算,其校正过程的迭代次数、当前负荷值以及计算的时间如表1所示。

由表1可知,在P-V曲线的上半支区域内,在负荷值相近的条件下,无论采用何种预测方法,物理参数化方法的迭代次数最少,计算时间最短,弧长参数化方法和正交参数化方法次之,局部参数化最差。这是因为物理参数化方法的参数化方程简单,残差计算量小,垂直方向校正,在斜率小的区域收敛快;而正交、弧长参数化方法的参数化方程复杂,残差计算量大,收敛性好,但计算时间长;局部参数化方法虽然简单,但为水平方向校正,在斜率较小的区域收敛很慢,迭代次数多。

在区域2,B点(λB=1.649 2 p.u.)的计算结果如表2所示。

由表2可知,物理参数化法的迭代次数最少,但在步长较大时,计算不收敛。这是由于在校正过程中,物理参数化方法是通过控制负荷参数进行垂直方向校正,当步长较大时,预估值大于极限值,计算发散;正交参数化法受步长的影响较大,也会发散。因此物理参数化法与正交参数化法都不适合用于临界点附近的潮流计算。局部参数化法和弧长参数化法在临界点附近的收敛性较好,但弧长参数化法的迭代次数更少,这是因为它的参数化方程具有二次性,在校正过程中利用最新潮流解不断地对雅克比矩阵进行更新,加快了迭代的收敛。

在区域,C点(λC=0.974 3 p.u.)的计算结果如表3所示。

由表3可知,物理参数化方法最优,弧长参数化和正交参数化次之。

综上所述,最优参数化组合方式为区域1、区域3采用物理参数化方法,区域2采用弧长参数化方法。

3 算例

将不同的参数化方法在各区域的组合,分别记为组合1~5,如表4所示。为便于比较,预测均采用相同方法。同时,为了避免步长变化对参数化方法的影响,这里对各区域均进行定步长控制。

3.1 交流系统分析

取IEEE 118节点标准交流测试系统,连续增加14节点的有功负荷,采用表4中不同参数化组合方法进行潮流计算,计算点数、计算时间以及最终负荷值如表5所示。

由表5可知,最优组合及组合1、4、5均可靠收敛并能求出完整的P-V曲线,但组合2、3在P-V曲线上半支计算时发散。从运行时间来看,最优组合计算用时最少,较组合1、4和5计算时间分别减少了22.6%,、54.1%和53.4%。可见,最优参数化组合不仅能极大地提高连续潮流法的计算效率,而且能保证潮流计算的可靠收敛。

3.2 交直流混合系统分析

由于交直流混合输电系统具有直流环节,其潮流计算比交流系统复杂得多且不易收敛。对于如图4所示交直流混合系统[5],连续增加7节点的有功负荷,不同参数化组合方法的计算结果如表6所示。

由表6可知,仅最优组合与组合1能够收敛,而其他组合在P-V曲线的求解过程中均发散。同时,最优组合的计算时间较组合1减少了9.7%。最优参数化组合方法不仅计算效率高,而且也适用于交直流混合系统。

4 结论

本文提出的最优参数化组合方法,不仅能提高电力系统P-V曲线的计算效率,更重要的是能保证计算的可靠收敛,且对交直流混合系统也能进行有效的连续潮流计算,是一种有效的电压稳定性分析方法。

最优参数化 篇2

基于遗传算法计算弹道节省参数最优节点

提出了计算弹道节省参数模型最优节点的`遗传算法.将采样时间范围视为染色体,利用实测数据与弹道节省参数模型拟合的误差设计适应度函数,当种群中最大的适应度经过n次迭代后不再变化时,将其作为算法终止条件,计算出最优节点序列.通过仿真计算表明,该算法计算量小、方法稳定.

作 者:周慧 孙艳英  作者单位:92941部队96分队,辽宁,葫芦岛,125001 刊 名:飞行器测控学报  ISTIC英文刊名:JOURNAL OF SPACECRAFT TT&C TECHNOLOGY 年,卷(期): 28(5) 分类号:V557 关键词:节省参数模型   遗传算法   B样条  

最优参数化 篇3

曲面表示形式主要有参数曲面和代数曲面两种, 它们各有其内在的优点, 能否将两种形式的曲面进行有效的转换, 一直是CAGD的重要研究课题之一[1,2,3]。从数学意义上讲, 二次代数曲面的有理参数化问题已完全解决了, 但还远不能满足工程制造、医学研究等领域实际应用的需求。

目前, 传统的代数曲面参数化算法有很好的显示效果, 根据旋转角度的变化构造的曲面图形具有很好的视觉性和美观性。但是很难做到在参数均匀选取时, 能有均匀的参数化效果。三角形网格曲面参数化[4,5]一直是曲面造型领域的热点问题, 但通过三角网格对曲面进行参数化, 它只是对物体形状的逼近, 且需要通过3D扫描技术获得曲面表面的所有网格点的几何信息, 然后通过拓扑重建得到三角网格的参数化。这种方法的缺点是需要采集曲面上的所有点并存储到计算机内, 并且这种参数化得到的网格也不是均匀的。

文章利用三角形网格均匀面积参数化的思想, 提出了衡量有理参数曲面上曲面片的最优参数化评判标准。提出了具有几何意义的二次代数曲面有理参数化的构造方法, 且通过该方法, 得到了二次代数曲面上任意曲面片的最优或逼近最优的有理参数化方程。大量实例表明, 文章方法计算量小, 效率高, 效果好。

1问题描述

设f (x, y, z) 是关于x, y, z的三元二次多项式, 方程f (x, y, z) =0定义了一个二次代数曲面C。S是曲面C上的三角形曲面片, 其三个角点为Vi, j, k, 平面Hi, j, k分别经过角点Vj和Vk, Vi和Vk, Vj和Vi, 边界线Li, j, k是平面Hi, j, k与二次曲面C的交线, 三个角点Vi, j, k所在平面为H, i, j, k=1, 2, 3, 且互不相同。如图1所示。

设二次曲面C的有理参数化方程为P (u, v) = (x (u, v) , y (u, v) , z (u, v) ) , 不失一般性, 规定三角曲面片S的三个角点V1, V2, V3所对应的参数分别为为 (0, 0) , (0, 1) , (1, 0) 即P1 (0, 0) =V1, P2 (0, 1) =V2, P3 (1, 0) =V3。三角曲面片S所对应的参数范围为uv平面上的曲边三角形s。

2最优参数化标准

文章利用三角形网格曲面参数化的思想, 将曲线的弧长参数化延伸为空间曲面的面积均匀参数化。参照文献[6]中曲线弧长最优参数化的标准, 定义曲面最优参数化的评判标准。P' (u, v) = (X' (u, v) , Y' (u, v) , Z' (u, v) ) 为参数曲面P (u, v) 的切矢量, P'u (u, v) , P'v (u, v) 分别为u向切矢量和v向切矢量, 记:显然, Γ (P (u, v) ) 叟1, 记G为曲面片S的有理参数化方程的集合, 若, 则称为曲面片S的最优有理参数化方程。

3二次代数曲面的有理参数化

设M (x0, y0, z0) 是二次代数曲面C上, 但不在三角曲面片S上的一点, 即M∈C-S。二次代数曲面的有理参数化算法的基本过程是:过点M构造一簇直线, 参数方程P (u, v) 即是这簇直线和代数曲面f (x, y, z) =0的异于M的交点。

由于f (M) =f (x0, y0, z0) =0, 则其代数曲面方程可写成以下形式:

N (xn, yn, zn) 是平面H上的点, 其面积坐标记为 (u, v, (1-u-v) ) , 则:, 即

直线MN的方程

联立 (1) (2) (3) 三式, 可解出这条直线与曲面f (x, y, z) =0的异于点M的交点, 其解即为二次代数曲面C的二次有理参数方程

其中

事实上, 在确定三角曲面片S的三个角点的参数为 (0, 0) , (0, 1) , (1, 0) 后, 当M点遍历C-S时, 就得到了对应于S的所有二次有理参数方程。因此, 上述参数化方法实际上确定了S的二次有理参数方程的几何意义。特别, 当平面H1, H2, H3的交点恰好在曲面C上, 并将其取为M时, 曲面片S所对应的参数范围为以 (0, 0) , (0, 1) , (1, 0) 为顶点的直角三角形;当平面H1, H2, H3的交点在曲面C外, 此时, 曲面片S所对应的参数域曲边三角形是只有一边为曲边的曲边三角形。

4最优参数化

根据上节二次代数曲面有理参数方程的构造方法, 若要得到曲面S的最优有理参数化方程, 只需找到点M, 使其对应的Γ (P (u, v) ) 最小。首先找出曲面片S上的三条关键曲线, 利用文献[6]和文章代数曲线的参数化算法, 得到最优时对应的点Mi (i=1, 2, 3) ;然后利用Mi构造曲面片S的最优参数化方程。基本步骤如下:

(1) 记平面Hi, j, k两两相交的交线分别为gij, gjk, gik, Vi, j, k两两相连的中点分别为Vij, Vjk, Vik, 则过gij和Vij, gik和Vjk, gik和Vik的平面为Ei, j, k, 称Ei, j, k与S的交线di, j, k为曲面片S的三条关键曲线。求交线di, j, k的最优有理参数化方程, 找到对应的最优参数化点Mi, j, k, 其中i, j, k=1, 2, 3且互不相同。 (2) 记点Mi, j, k所构成的三角形的重心为Q0, 记角点Vi, j, k所构成的三角形的重心记为V0, 连接V0Q0, 与曲面C交于两点, 则在曲面C-S上的一点即为曲面片S的最优参数化点M。 (3) 将M带入公式 (1) (2) (3) , 得到的就是曲面片S的最优参数化方程。

5实例分析

已知球面方程f (x, y, z) =x2+y2+z2-3=0, 三个角点为, 过角点V1和V3, V1和V2, V2和V3的平面H1, H2, H3为x=0, y=0, z=0。用文章方法得关于曲面片V1V2V3的最优有理参数化方程, 计算出的参数点图2所示。

6结束语

文章提出了衡量空间代数曲面最优有理参数化的评判标准。理论上, 最优有理参数化方程可求, 但是计算量非常大。文章根据二次代数曲面有理参数方程的几何意义, 构造出了二次代数曲面上任一三角曲面片的十分接近于最优的有理参数化方程, 所用计算量小, 效率高。但由于曲面本身的性质决定, 其参数域范围是一个由三条二次曲线组成曲边三角形, 在使用时会带来不便。因此, 在实际应用中, 可以选择用平面Hi, j, k与曲面的交点所对应的参数域 (只有一边为曲边的曲边三角形) , 来寻找最优。

摘要:利用三角形网格均匀面积参数化的思想, 提出了有理参数曲面上曲面片的最优参数化评判标准。根据构造具有几何意义的二次代数曲面有理参数化方法, 确定了二次代数曲面上指定曲面片的最优或逼近最优的有理参数化方程。最后通过实例对该方法与传统方法得到的参数化结果进行了对比。

关键词:代数曲面,参数曲面,均匀面积参数化,最优参数化

参考文献

[1]孟祥旭, 徐延宁.参数化设计研究[J].计算机辅助设计与图形学报, 2002 (11) :1086-1090.

[2]白晓亮, 张树生, 刘军.基于网格简化的参数化方法[J].计算机辅助设计与图形学学报, 2004, 16 (12) :1743-1749.

[3]王相海.一类三次隐式代数曲面参数化研究[J].计算机研究与发展, 2003, 40 (6) :821-824.

[4]厉玉蓉, 张彩明.三角网格上的代数曲面重建[J].计算机辅助设计与图形学报, 2007, 19 (4) :460-463.

[5]姚建强, 何援军.三角网格曲面的球面参数化[J].工程图学学报, 2010, 4.

最优参数化 篇4

关键词:全景环形透镜,坐标变换,边缘检测,三次卷积插值

传统的光学系统遵循中心投影法(central convergence perspective,CCP),为了获得360°的全景成像,需要一个无限大的像平面,而这实际上是不可能的。为了保证360°的视场,传统方法是在成像系统中安放扫描器件,然后进行图像的拼接,得到全景360°的图像。但是这种方法的缺陷也是非常明显的,就是无法在同一时刻观察到整个视场的成像,只能按照扫描顺序逐一观察小视场成像,且图像拼接处理量十分大。为了克服CCP的缺点,人们提出了平面圆柱投影法(flat cylinder perspective,FCP),并以此为基础设计出了PAL镜头,即全景环形透镜[1],此光学系统可实现无扫描器件的实时360°全景成像,在内窥、机器人视觉和虚拟现实方面有着极大的应用价值。

1 PAL成像特性

全景环形透镜(PAL)是基于FCP透视法的一种光学镜头,即把围绕光学系统光轴360°范围的圆柱视场投影到二维平面的一个环形区域,如图1所示。能够成像部分是α角的两条边绕轴旋转360°后得到的区域,像面上每一个同心圆是与轴成同一角度的点的轨迹。透镜产生的环形图像的高度对应于侧向视场的范围。2β角所代表的区域为盲区。成像在PAL内部为环形虚像,再由后继透镜将像拉出,构成全景环形成像系统。

PAL的结构如图2所示,其中1和3为反射面,2和4为折射面,L为转向透镜,使PAL成像在CCD传感器上。该系统沿光轴方向的视场角范围为(-α1,α2),α1为视场角的下限,α2为视场角的上限。

2 环形图像的处理

为了便于人们观察和测量,需要将环形图像线性化处理,也就是将环形图像展成矩形图像。由于环形图像外圆周具有最高分辨率,为了以最高分辨率为基准将全景图像展开,展开时沿其外圆周展开,内圆的分辨率和最高分辨率保持一致。环形图像的展开可以分成以下两步:

(1)切线方向线性化,即保持内外最大尺度不变,将环形图像展开为矩形图像;

(2)径向方向线性化,展开的图像需要在径向进行拉伸,满足径向无畸变的需求。

2.1 图像坐标变换

将环形图像看作是矩形图像的一种几何畸变,由于任何一种几何失真都可以描述成原始图像坐标和畸变图像坐标之间的关系,所以可采用坐标变换对目标像进行处理,以恢复原图像[2,3]。

这里用的映射方法是将环形象沿其内圆周开始展开,逐渐增加半径直到外圆周。展开后的图像长度为外圆周长,宽度为内外半径差。建立坐标系如图3所示,设P(x,y)为展开后图像的任意一点,P'(x',y')为相对应的环形图像中的点,将P'用极坐标表示,则有

式(1)中O(xo,yo)为同心圆圆心,ρ为P'到O的距离称为径向长度,θ为OP与轴的夹角称为径向角。

设环形图像初始展开角度为0,径向长度为内径r,对应矩形图像的点A(xA,yA),则有

将式(2)代入式(1)得到

(a)环形区域;(b)矩形区域

至此,便完成了矩形图像中的点P(x,y)和对应的环形图像中的点P(x',y')之间的坐标变换。

2.2 插值处理

环形图像经坐标位置变换展开后,在矩形图像中各像点的亮度值应等于环形图像对应点的亮度值,但校正后的像点往往不落在坐标点上,所以经常需要在数字图像的各像素阵列中计算一个不在阵列位置上的新像素的灰度值,这就需要根据它周围原像素的灰度按一定的权函数内插得出。数字图像处理中常采用三种内插算法:最近邻点法、双线性内插法[4]、三次卷积法。最近邻点法是最简单的方法,而三次卷积法是效果最好的插值方法,同时也是数据计算量最大的插值方法。为了减少数据计算量,根据三次卷积的衰减特点提出了最优参数的三次卷积核函数。

数字图像处理中使用的三次卷积插值核函数表达式为[5]:

其中参数a控制样条函数的衰减速率。二维图像空间的三次样条插值插值可以使用未知值每边的4个点,即水平和垂直方向的全部16个网点[6]。如图4所示。

设二维光学图像所有像素点为f(x,y),则重建信号的插值公式为:

由于PAL图像复原中存在仿射变化,必须对插值后的图像进行失真度评价,均方误差(MSE)是有效的方法。根据式(5)画出参数a与均方误差的关系曲线[7]如图5。

从图5可以看出,当a=0时,MSE达到最小值,而且式(4)第二项变为0,使得三次卷积插值的计算量大大降低。

基于以上分析,为了获取较好的图像质量,并保证处理速度,提出了基于边缘检测和最优参数的插值复原方法,在进行插值之前首先使用canny算子来判断此点是否为孤立边缘点或联通域内的点,若是则采用最优参数的三次卷积插值,其余采用双线性插值,这样既保证了图像的质量,处理速度也得到了保证。

3 实验结果

为了直观的对比不同方法的转换结果,采用了由方块、方格和同心圆组成的测试图,图6(b)为采用双线性插值复原,图6(c)为本文复原方法的测试结果。以上两种方法以及全使用三次卷积插值的时间见表1。

从测试图结果可以看出,只用双线性插值复原时,由于未考虑到邻点间灰度值变化率的影响,使得展开后的图像高频分量受到损失,图像的轮廓变得比较模糊,如图(6.b)所示。采用本文方法时,由于三次卷积插值较好保留了图像的高频成分,图像连续,轮廓比较清晰,如图(6.c)所示。从表1可以看出,本文方法在时间上比三次卷积插值复原缩减了40%左右,为数据计算量较大的高分辨率全景图像提供了一种综合效果较好的复原方法。

4 结论

全景环形透镜(PAL)独特的成像性能,使得PAL系统具有一个突出的特点即没有活动部件,能同时观察透镜周围的像。由于PAL所成的环形图像不便于人眼观察和测量且有畸变失真,本文首先利用图像坐标变换,对环形象进行线性化处理,使之转换为适合人眼视觉的矩形图像,然后结合边缘提取和最优参数的三次卷积插值函数对转换后的图像进行重构,使展开后的矩形图像保持了较高的分辨率和清晰度的同时大大减少了运算时间。

参考文献

[1]程惠全,姚炜勇,杨国光,等.全景环形成像的转像系统设计.光电工程,2002;29(2);16—19

[2]朱方明,杨国光,姚炜勇,等.全景环形透镜环形象的线性化研究.光子学报,2001;30(5):590—593

[3]姚炜勇,程惠全,朱方明,等.半球全景成像系统中的非线性映射研究.光电工程,2001;28(5):31—35

[4]Sun MicrosystemsI,nc.JDKTM 5.0 Documentation.http://Java.Sun.com/j2se/1.5.0/docs/index.html,2004

[5]Rifman S S.Digital rectification of ERTS multispectral imagery.ProcSymp Significant Results Obtained from ERTS-1,NASA SP-327,Section B:1973:1131—1142

[6]李清,侯永军,沈春林.数字地形学数据的二维三次卷积插值.南京航空航天大学学报1,997;29(4):378—283

最优参数化 篇5

作为空间结构中最有代表性的结构,单层球面网壳因其结构构造简单,造型丰富,重量轻,受力合理,已经成为大跨度空间结构中一种举足轻重的主要结构形式,在工程结构中得到了广泛的应用。与此同时,单层球面网壳的优化设计研究已经成为学界和业界研究的热点[1]。

目前对那些设计变量和约束条件较少和简单的小规模结构,其优化设计的研究比较充分,但对像单层网壳这样结构的优化研究却不多。这主要有三方面的原因:1)在对单层网壳进行有限元分析时,约束条件复杂。2)如果考虑几何非线性的影响,问题更为复杂。3)设计变量和约束条件都比较多,优化分析时不易收敛到最优解。文献[2]在单层网壳的优化过程中,虽然考虑到几何非线性的影响,但约束条件较少;文献[3]的优化模型虽有足够的约束条件,但其中的强度和稳定性约束条件不符合实际情况。

以单层球面网壳的用钢量为目标函数,按照满应力准则设计方法,通过有限元方法进行分析,对单层球面网壳工程设计中的各种参数进行优化。满应力设计是以结构构件达到满应力准则,使杆件材料得到充分利用的方法[4]。其设计思路就是对一个一定的结构形式,通过调整杆件的截面尺寸,从而使杆件的受力能力得到充分的发挥。具体表现如下:对已定型的结构在多种荷载作用下,使结构在总体荷载组合的情况下各杆件最大正应力基本达到材料强度设计值,即满应力状态,此时就认为使满足结构安全可靠条件下重量最轻。

选取结构的跨度、矢跨比、网格数(构件尺寸)、约束条件作为设计变量,通过对这些变量取不同的数值,以期得到该变量的最优设计数值。并参考JGJ 61-2003网壳结构技术规程和GB 50017-2003钢结构设计规范,来验证优化数据是否合理。

2 单层球面网壳的最优设计参数

2.1 优化思路

按照满应力准则设计方法,通过有限元方法进行分析,对单层球面网壳工程设计中的各种参数进行优化。选取结构的结构类型、跨度、矢跨比、网格数作为设计变量,通过对这些变量取不同的数值,以期得到该变量的最优设计数值,达到为工程实践服务的目的。为了使优化具有可比性,本文有关参数统一取值:均布静荷载取q=1.5 kN/m2,网壳杆件钢材密度ρ=78 kN/m3,钢材的弹性模量E=2.1×1011N/m2,约束形式为下弦周边固支。

2.2 网壳矢跨比与用钢量的关系

矢高对结构的受力状况有一定的影响,特别是对单层球面网壳结构,存在某一矢高能使结构受力极其合理,现取在相同跨度、网格数、约束条件同为下弦周边固支,以单层凯威特型球面网壳为例,对比分析不同矢跨比的用钢量。分析结果见表1,图1。

经分析可知,矢跨比在1/6~1/5这个范围内时,用钢量最省。即恰当的矢跨比取值对用钢量有着重要意义。

2.3 网壳跨度与用钢量的关系

由设计理论和实践经验可知,结构的跨度增大,可使结构的用钢量大幅增加。所以在结构选型时,要做好对比分析工作,满足结构要求的前提下尽量减小跨度,毕竟不管在哪种矢跨比的情况下,其用钢量都是随跨度的增大而增大的。采用了同矢跨比、同跨度、约束条件为周边固支、网格尺寸按照规范要求取定对用钢量进行分析。以单层凯威特型网格为例,对其用钢量进行比较分析,比较结果见表2。

2.4 构件尺寸(网格数)与用钢量的关系

根据发展已趋于成熟的混凝土薄壳结构理论进行初步分析,在单层网壳结构中,杆件大多是压弯杆,其承载能力要受到长细比要求的限制,所以,选择杆件的合适长度至关重要。现取跨度为40m、矢跨比为1/7的凯威特型单层球面网壳在不同网格划分情况下的用钢量进行分析,分析结果见表3。

由表3可知:网格划分情况不一样,其用钢量就有差别,又因网格尺寸有限制,所以在划分网格时就要不同跨度采用最优的网格划分方法。例如:跨度40m的,构件尺寸在2m~3m最节省用钢量;跨度60m的,构件尺寸在3m左右用钢量最为节省。

2.5约束条件对结构的用钢量影响分析

在以上优化计算过程中,不改变单层球面网壳的结构形式、网架跨度、矢跨比、网格(构件尺寸)都保持不变,仅仅改变结构的约束条件,其结构的用钢量不发生变化,所以约束条件对网架结构的最优设计参数没有什么影响,在对单层球面网壳结构进行优化设计时不用考虑约束条件对用钢量的影响。

3结语

1)不同的矢跨比会造成用钢量的不同,结构的矢高对其受力有一定的作用,特别对单层球面网壳结构存在某一矢高能使结构受力极其合理。根据所采用的设计方法可以得出,当矢跨比在1/6~1/5范围内时,结构的用钢量最省。2)网壳跨度与用钢量的关系比较明显,即跨度越大,其用钢量也随着增大。3)单层球面网壳的杆件大多是受压杆件,受压杆件受到长细比的限制,就影响到了单层网壳网格的划分,经对比分析,建议:跨度40m的,构件尺寸采用2m~3m;跨度60m的,构件尺寸采用3m左右。4)采用的方法就各种空间网格结构而言,可根据其特有的构成规律,通过改变其中的参数,然后加以处理,即可利用计算机进行设计,大大减少设计的工作量。

经过改变单层球面网壳的一个参数,其他参数不变,以用钢量为优化目标,通过对比分析计算,可得知各种参数的最优数据,以达到节省用钢量,减少造价的目的。因此,在实际工程设计中,应考虑各方面因素,采用最优参数,为工程实际提供最优设计。

参考文献

[1]刘宗发,李正良,晏致涛.单层球面网壳的优化分析[J].重庆建筑大学学报,2005,27(1):67-70.

[2]张年文,董石麟.考虑几何非线性影响的单层网壳优化设计[J].空间结构,2003,9(1):31-34.

[3]方有珍,王秀丽,朱彦鹏.凯威特型单层球面网壳的优化设计[J].甘肃工业大学学报,1999,25(3):91-96.

最优参数化 篇6

点源排放参数包括点源源强、排气筒几何高度、出口烟气温度、出口烟气流量、排气筒出口内径5个参数[2]。若某些不确定的参数在一定范围内的变化使输出结果产生的变化幅度很大,利用正交试验设计及分析结果,可以减少人为不当选择参数的误差、快速调试模型以及工程设计等提供依据口[3]。

贵州煤炭资源丰富,近年来煤化工产业发展迅速,以煤为原料生产甲醇作为中间产品是必不可少的一部分。在煤化工生产中甲醇洗单元H2S浓缩塔氮气提尾气、甲醇洗单元CO2塔甲醇洗尾气排放中均含有H2S,在前期工艺设计当中,H2S的排放量通过工艺优化已经控制到最低,须通过调整排放参数以使H2S的最大落地浓度满足TJ 36—79 《工业企业设计卫生标准》中0.01 mg/m3的规定。本文根据设计方提供的排放参数,以AERMOD模式为辅助工具进行大气影响预测,对污染源排放参数优化后找出最佳的排放方式。

1 基础数据及辅助工具

1.1 基础数据

实际项目中工程设计的可控污染物排放量为年产甲醇1.8×106 t的生产项目,其中甲醇洗单元H2S浓缩塔氮气提尾气烟气排放量为171 403 Nm3/h,H2S排放量为1.04 kg/h,甲醇洗单元CO2塔甲醇洗尾气烟气排放量为135 606 Nm3/h,H2S排放量为1.05 kg/h,考虑项目所在地地形因素,拟将两个污染源排气筒合为一根,爬山排气筒底标高1 455 m。

1.2 辅助工具

本文的辅助工具为AERMOD模式,地形数据精度为90 m,预测网格距为200 m,气象数据采用地面气象站常规观测数据及由国家环保部评估中心提供的同步探空气象数据。地面气象站常规观测数据采用的是2010全年的每天三次的观测数据,参数包括风向、风速、总云、低云、干球温度,利用AERMET模块插值成逐时数据。模拟区域地形图见图1。

2 研究方法及参数的选取

2.1 参数的选取

研究AERMOD模型系统以量化点源的最佳排放因素,包括排气筒几何高度H、出口烟气温度Ts、排气筒出口内径d。以工程设计提供排放参数为基础,对数据上下波动,进而研究参数变化引起模型的输出结果的变化,确定参数对输出结果的显著性。

2.2 模型参数

研究选用的模型参数主要考虑以下几个方面:(1) AERMET通用地表类型选择农作地(选项有:水面、落叶林、针叶林、湿地或沼泽地、农作地、草地、城市、沙漠化荒地);(2) AERMET通用地表湿度选择中等湿度气候(选项有:干燥气候、中等湿度气候、潮湿气候);(3) 粗糙度按AERMET通用地表类型选取;(4) 地面特征参数按地表类型生成,以四季为选项。(5) 考虑地形影响。

2.3 数据处理方法

数据处理采用正交试验中的极差分析及方差分析法进行统计分析。极差分析可以说明各因素水平改变对试验结果的影响,极差越大,表明该列因素的数值在试验范围内的变化会导致试验指标在数值上更大的变化,极差最大的就是对试验结果影响最大的[4]。方差分析可以弥补极差分析的不足,精确估计各因素对试验结果的重要程度,从而确定最佳组合方案。

3 研究结果及数据分析

3.1 因素及水平

本文研究确定的排放因素有三个,即包括排气筒几何高度H、出口烟气温度Ts、排气筒出口内径d,根据经验可知,点源排放的最大落地浓度一般规律是:与排气筒几何高度、出口烟气温度成正比,与排气筒出口内径d成反比。本文根据工程设计提供的数据确定因素水平,如表1。项目工程设计基础参数为烟气温度30 ℃、排气筒出口内径1.5 m、排气筒几何高度60 m。

3.2 正交试验预测结果

正交试验是三因素三水平试验,选用L9(34) 正交表,试验结果、均值及极差分析结果见表2、方差分析结果见表3。

注:F0.05(2,4)=6.94

从表2极差分析结果可以直观看出,试验指标是最大落地浓度,其值是越小越好,所以优化方案为A3C1D3,即烟气温度50 ℃、出口内径1.5 m、烟囱高度90 m。考虑到烟囱高度降低可以减少投资,所以另外选取一种组合A3C1D1,这种方案试验表中没有,但是,对其进行验证,结果是H2S最大落地浓度为0.0 071 mg/m3,也没有超过TJ 39—76《工业企业设计卫生标准》限值,可见也是比较好的点源参数组合方案。

由表3方差分析中F检验的结果可以看出,给定显著性水平α=0.05,因素A对试验结果有显著影响,另外,C和D对试验结果的影响不显著,从试验指标的结果也可以分析出,烟气出口温度提高到50 ℃后,烟囱高度及内径无论以哪种方式组合,其H2S的最大落地浓度预测结果均没有超过TJ39—76《工业企业设计卫生标准》限值,这样可以从降低投资及设计难度方面再考虑其他组合方案。

另外,在环境影响报告书的编制过程中,煤化工项目一般要求用Calpuff软件平台进行预测,Calpuff软件对于单个点源在相同的预测范围情况下,一年气象的预测时间很长,且由于参数不确定,重复工作量很大。因此,先利用正交试验及AERMOD平台找出最优的排放组合,再用Calpuff软件验证,可以达到事半功倍的效果,缩短报告编制时间。

4 结 语

(1)本次试验确定了甲醇装置中酸性气体排放的最佳排放参数,即烟气出口温度为50 ℃,排气筒出口内径1.5 m、排气筒高度为60 m。

(2)将确定的最佳排放参数与设计的基础数据相比,只提高了烟气排放温度,在烟囱出口增加烟气加热装置即可实现,同时也减少了设计的修改工作。

参考文献

[1]纪伟,林永波.高等级公路大气环境影响评价模式的应用研究[J].内蒙古科技与经济,2012,(9):73-75.

[2]刘辉,史学峰,李丽珍.AERMOD模型系统中点源参数敏感性影响规律分析[J].能源与节能,2012,(5):69-71.

[3]国家环境保护总局环境评估中心.HJ2.2-2008环境影响评价技术导则——大气环境[S].北京:中国环境科学出版社,2009.

[4]李云雁,胡传荣.试验设计与数据处理[M].北京:化学工业出版社,2008.

最优参数化 篇7

工程项目管理存在的主要问题

1.以包代管造成工程项目管理矛盾

采取承包制的方式是当前工程管理的主要形式。工程项目采用承包形式的优点是, 能够快速推进工程进度、划分标的责任、履行双方订立的合同、便于业主考核验收。但同时也应看到, 在这种承包制下, 一些业主认为, 工程既然承包给承包人, 从工程施工、材料采购、质量监测、安全措施等方面, 都应由总承包方及所属的一、二级承包商负责, 业主的任务就是到期按承包合同验收即可。这种做法虽然简化了业主或发包人的工作, 但是却带来另一种问题, 就是以包代管。有的业主认识到了以包代管的问题, 于是采取适度地参与工程的过程管理方法, 但往往会发生一些纠纷。当这些纠纷得不到及时有效地解决时, 就直接影响了业主或发包人与建造商之间的协作关系。例如, 某围海造地工程, 业主在工程项目承包出去后, 在主动参与工程项目的过程管理中, 电缆、仪表、桥架等重要物资丢失。业主认为, 工程项目并未交工验收完成, 其丢失的物资责任由施工方承担, 并在工程结算中要给予扣减。而施工方则认为, 虽然工程未交付业主, 但是业主却参与了工程项目的过程管理, 也有担负保卫物资安全的责任, 应“各打五十大板”, 不应由施工方独立承担责任。发生这种纠纷、“扯皮”后, 双方原有的良好协作关系受到了影响, 在业主或发包人与建造商之间形成了一定的“膈阂”, 如果处理不当, 会直接影响工程项目的施工进度和管理。

2.施工过程中的不确定性影响工程项目顺利完成

工程项目从论证、立项到实施, 是一个由理论到实践的过程。从某种意义上说, 论证方案、设计规划、重要制备选型, 虽然不能说是“纸上谈兵”, 但是也可以说是专家们的一种日常“图上作业”, 与真正的项目施工过程相比, 既不是“漏洞百出”, 也不是百分之百的“合格产品”, 大都还需要在工程项目运行中不断纠偏、细化和完善, 这就是工程项目施工过程中存在的不确性, 也可称之为施工风险。以某围海造地施工项目为例, 其不确定性主要表现在地质结构方面。虽然设计方案中对工程项目的地质结构进行了详尽的描述, 但也只是用传统的标准来反映。由于地壳板块的特殊性, 同样的地层所承受的压力用传统的标准并不能真实反映其承受的压力值, 因此设计规划中采用传统标准的做法对工程施工方来说, 就必须对施工过程中所遇到的具体问题、具体情况进行修正, 甚至还要变更设计、重新施工。再加上配套的码头工程、海底管线工程、管廊工程等都会受到影响, 势必造成原先预定的工程造价成本上升。

3.设计方案存在缺陷使工程造价上升

工程项目是按照设计方案实施的, 设计方案优, 不仅建造困难小、矛盾少, 而且其造价成本也低, 这不仅是行业内熟知的定律, 也是工程项目追求的目标。当前, 设计方案存在缺陷的施工项目比比皆是。相关资料表明, 只要是投资在5000万元以上的工程项目, 因设计方案存在缺陷, 需变更设计的占20%左右。尤其是有的工程项目, 在施工完成后才发现设计中少了必备的辅助系统, 只好再由设计方重新进行补充设计, 已完成的主体工程也要进行部分拆除, 重新增加必备的辅助系统, 这一拆一增, 自然造成工程项目造价无谓的增加。

4.影响社会环境造成工程项目投资加大

小型工程项目自不必说, 大型工程项目会直接影响到当地市政、居民, 有的还会影响到周边生态环境。对这种工程项目进行投资, 有些业主或发包人单纯地从自身的角度考虑问题, 而不是从更高的层次把工程项目对当地环境的影响纳入项目的方案论证、项目实施中。这样, 业主或发包人就无法取得当地政府、居民的支持与配合, 并为此支付较高的政府协调费用、居民补偿费用, 而这些费用最终增加了工程项目的造价成本。

深化工程项目管理的思路

1.树立市场化理念

工程项目的实施和管理, 既具有很强的时代特征, 也是社会经济现象的前沿反映。因此, 树立市场化理念、紧跟时代步伐是工程项目管理的一种标志。市场化理念, 就是在工程项目管理中, 业主或发包人要用前瞻性、时代性和实用性的方式方法, 解决施工过程中遇到的矛盾和问题, 使工程项目从论证、立项到建造、完工、验收, 形成专业化设计、市场化运营、公司化管理的系统工程, 在设计最优化、工期最短化、造价最低化的“三化体系”中, 实现高效、优质、节时的最佳效果。

2.“包”“管”结合, 重点突破

实践证明, “以包代管”虽然有推进工程项目管理的功效, 但是这种方式毕竟把复杂的工程项目管理看得过于简单化了。“包”虽然有“管”的成分, 但是“包”毕竟不直接等于“管”。因此, “包”“管”结合、重点突破是工程项目管理的重要方法。也就是在工程管理过程中, 业主或发包人依然要借助“包”的优势、发挥“包”的特长, 但不能把“包”当做万能公式, 一切用“包”解决工程项目管理中的所有矛盾和问题。应在“包”的路径下, 用“管”进行补充、完善和优化, 在“包”“管”结合中, 把工程项目管理和降低工程造价推升一个新台阶、新水平。

3.重点环节, 强化控制

对工程项目的重点环节, 业主作为出资人和工程项目的实际使用者, 不能当“甩手掌柜”, 而要与设计院所、施工单位和工程项目管理部门一起, 对工程项目的重点环节进行全过程的参与、讨论和现场施工管理。例如, 经济合同是工程项目建造过程中的重要一环, 业主或发包人对工程项目建造中的重要设备、物资合同不能任由承包方包办, 而要采取主动、积极的“参与”方式, 列席招投标会议、经济合同签订、重要设备物资验收及安装调试, 既可监督采购方案的执行情况, 也可避免承包商以次充好。这样做的优势在于, 一方面使业主能够掌握、了解工程项目的工程质量、核心设备、资产的型号、参数和性能, 杜绝施工过程中的假冒伪劣产品;另一方面, 为工程项目的投产运营打好基础。

4.优化设计, 降低造价

设计是直接决定工程造价成本高低的重要指标。工程设计决定工程造价成本不仅是一句名言, 更是一种真实的反映。因此, 优化设计是降低工程造价成本的第一生产力。

一是充分发挥设计人员的积极性、主动性和创造性, 把设计方案作得更完善、更符合业主的预期, 更能反映出时代的发展和未来的变化。

二是对设计方案要进行风险评估, 把施工过程中的困难、风险按照大小、远近的办法, 采取“两者收益取其大, 两者相害取其轻”的方式, 选择最优方案。

三是重点防范出现设计缺陷。设计缺陷是造成工程项目造价上升的重要因素, 无论是业主还是设计院所, 必须树立“向设计要效益”的理念, 最大限度地降低因设计缺陷造成设计变更, 进而造成工程项目造价成本增长的因素。

5.建立完善的协调机制

一是建立完善的当地协调机制。业主或发包人应与工程项目所在地的政府、附近居民加强沟通, 让政府、居民了解工程项目的特点、目标和意义, 以及工程项目建成后对当地经济发展的作用, 最大限度地取得政府、居民的理解和支持, 避免出现当地居民停水、断电、挖沟等阻止施工的情况, 确保工程项目有序进行。

二是建立完善的业主或发包人与承包商之间良好关系的机制。工程项目建造过程中, 不仅涉及业主与承包商之间, 还涉及一级承包商与二级承包商、三级承包商与四级承包商之间的关系, 任何一个环节出现问题都会影响工程项目的进度、质量和工期。而建立完善的业主或发包人与承包商之间良好关系的机制, 可及时发现矛盾和问题, 推进工程项目顺利实施。

三是建立完善的与工程质量监测机构良好关系的机制。建造商与工程监理方之间的关联是影响工程项目进度的重要因素。业主或发包人应及时了解双方的动态, 发现矛盾和问题后, 主动召开建造方与监理单位的现场办公会, 把工程监理机构的意见和施工方的意见, “当面锣, 对面鼓”地摆出来, 逐一排查落实, 在及时协调、友好协商的现场氛围中解决矛盾和问题, 在确保工程项目顺利实施的同时, 达到降低工程造价、缩短施工周期、提升工程效益的目标。

参考文献

[1]赵明胜.施工成本的控制与管理[J].经营与管理, 2013 (3) :64-65.

最优参数化 篇8

图像分割是指把图像分解成各具特性的区域并提取出感兴趣目标的技术和过程[1], 它是计算机视觉需要解决的关键问题, 分割结果的好坏直接影响到后续工作的准确性, 目前图像分割的方法主要包括基于区域阈值的图像分割法, 基于边缘判断的图像分割法。根据图像灰度或彩色特征可选择基于阈值的图像分割方法, 二值图像分割法适合于前景与背景灰度或色彩差别大的情况[2], 比如染色后的病理切片, 显微镜下的生物医学样本。阈值方法又分全局阈值和局部阈值两种[3], 阈值分割法中的关键是阈值的选择[4], 针对阈值的选择方法又有直方图分析法, 基于模式分类的方法:包括类别方差准则分类法、最小错误概率分类法, 已知某些约束条件的最优阈值, P-tile-thresholding (P片法) 、聚类的方法、局部自适应阈值选取等。

图像分割的好坏必须从分割的效果来判断[5]。至今, 还没有一个判断分割是否完全正确的准则, 也没有一种标准的方法能够解决所有的分割问题。只有一些针对具体问题或要求满足一定条件的方法。病理切片为了便于观察, 往往用染色的方法让目标组织与别的器官有较显著的区别, 因此病理切片表现的直方图峰值比较明显, 适用于基于阈值二值化图像分割的方式对目标区域进行提取。

但在图像阈值分割中往往会遇见以下情况, 以T2颜色深度表示背景颜色深度的最大值, T1表示前景色颜色深度的最小值, 以T2和T1分别表示背景色和前景色的阈值, 阈值T2二值化保留一些大面积的、且有灰度值含有大于T1的点的前景区域, 而不需要小面积的区域 (T1大于T2) , 这时会遇到这样的问题:当阈值选为T2时会把一些小面积区域也保留下来;若把阈值增大到T1, 小面积的区域没了, 但是原来大面积的区域又会减小;若要直接去掉阈值T2二值化图像中面积小于某一值的区域, 需要计算每个区域的面积, 计算量大, 而且有的区域中并没有含有大于T1的点, 为此根据HE染色病理切片前景色和背景色混合情况, 本文给予了4像素乘4像素区域划分的方式进行小范围的二值化分割, 在图9中获得了很好的效果。

1 阈值确定情况下的病理切片二值化图像分割效果

HE单色染色的病理切片可通过一维颜色深度的特点选择合适的方式进行二值化, 图1和图2分别为由数字显微镜采集的小鼠染色病理切片。

彩图和灰度图转化为二值化图像时, 由于阈值选取不当, 二值化图像会发生失真。采用红色信息颜色深度, 以默认阈值为0.5转化后的二值化图片如图3和图4所示。

图3和图4效果采用MATLAB函数im2bw () 获得, 以彩图RGB颜色分量中主色调R的颜色值作为二值化转换色, 以0.5为阈值, 将图像中R的值大于0.5的像素替换为值1 (白色) , 其他替换为值0 (黑色) , 同时忽略其他颜色。二值图与原图对比后, 原本需要保留的骨组织信息严重丢失, 可见单一的0.5阈值不适合这一系列的骨组织病理切片二值化。

2 最大类间方差法阈值求取及分割效果

最大类间方差法是由日本学者大津 (Nobuyuki Otsu) 于1979年提出的, 是一种自适应的阈值确定的方法, 又叫大津法, 简称OTSU。它是在最小二乘法原理基础上推导出来的, 其基本思路是将直方图在某一阈值处, 分割成两组, 当被分成的两组平均灰度值的方差为最大时, 确定为阈值。具体描述为按图像的灰度特性, 将图像分成背景和目标两部分, 当取最佳阈值时, Nobuyuki Otsu认为背景应该与前景差别最大, 在OTSU算法中这个衡量差别的标准就是最大类间方差, 也就是说背景和目标之间的类间方差越大, 说明构成图像的两部分的差别越大。

当目标和背景混淆时会导致两部分差别变小, 使类间方差最大的分割意味着错分概率必须为最小。类间方差法对噪音和目标大小十分敏感, 它仅对类间方差为单峰的图像产生较好的分割效果。当目标与背景的大小比例悬殊时, 类间方差准则函数可能呈现双峰或多峰, 此时分割效果不好, 最大类间方差法 (OTSU) 的公式推导如下:

设一幅图像的灰度值为m级, 灰度值为i的象素数为ni, 此时我们得到以下信息:

然后用k将其分成两组C0∈{1~k}和C1∈{k+1~m}, 各组产生的概率如下:

C0产生各级灰度的概率:

C1产生的各级灰度概率:

C0组的灰度平均值:

C1组的灰度平均值:

其中是整个图像的灰度平均值是阈值为K时灰度的平均值, 全部采样的灰度平均值为μ=w0μ0+w1μ1, 两组间的方差用下式求出:

从1-m间改变K, 求式 (7) 为最大值的K, 即求maxσ2 (k) 的k*值, 此时, k*值便是阈值。式 (7) 为方差公式, 当方差最大时, 可以认为此时前景和背景差异最大, 也就是此时的灰度是最佳阈值。而推导过程可以看出, 该方法是将彩图通过随机的一维颜色转化为灰度图后再进行背景和前景颜色深度作最大类间方差的。因此在彩色图转化为灰度图时, 存在颜色信号丢失和形状失真现象。图5和图6分别为原图通过类间方差最大获取阈值后转化而成的二值化图像。图5由图1灰度化后通过灰度级类间方差最大求取阈值后二值化而成, 其阈值为0.67843。

图6由图2灰度化后通过灰度级类间方差最大求取的阈值转化而成的二值化图像, 其阈值为:0.63922。

求取最大类间方差法阈值:

通过观察后可知图5和图6骨组织信息保留比较完整, 并且图6的分割效果要优于图5, 但还是可以用肉眼观察到两张图片的失真情况。

3 迭代法阈值求取及分割效果

Ridler和Calvard在1978年曾提出过选取阈值的一种迭代法, 但是十分耗时, Trussel对此作了简化, 即任意将直方图划分为两部分, 并计算每一部分的平均灰度, 然后用两个平均灰度级的平均值作为新的分割阈值。具体操作步骤如下:

(1) 求出图像中的最大和最小灰度值Z1和Zk (可根据图像的灰度直方图确定其最大和最小) , 令阈值初值

(2) 根据阈值Tk将图像分割成目标和背景两部分, 求出两部分的平均灰度值Z0、ZB, 公式如下:

式中, Z (i, j) 是图像上 (i, j) 点的灰度值, N (i, j) 是 (i, j) 点的权重系数, 一般N (i, j) 取值为1。

(3) 求出新的阈值:

(4) 当TK=TK+1时, 迭代结束, 否则K←K+1。

图7为小鼠脊锥图片1通过灰度级迭代法获取阈值进行二值化图像转化后与原图一起显示的图像。迭代后取得的二值化分割阈值为0.74902, 与图像灰度级最大类间方差求取的阈0.67843相差0.07059。

图8为小鼠脊锥图片2通过灰度级迭代法获取阈值进行二值化图像转化后与原图一起显示的图像。迭代后取得的二值化分割阈值为0.6666667, 与图像灰度级最大类间方差求取的阈值0.63922相差0.02745。

迭代法阈值的求取:

通过观察, 用灰度级迭代法获取阈值后二值化分割的图7和图8分割效果明显优于最大类间方差求取的阈值分割的图5和图6, 而两者阈值相减后的绝对值大小也进一步说明了图6分割效果要优于图5, 同时通过肉眼观察可得染色病理切片采用灰度级迭代法获取阈值后二值化图像分割是最优方法。

4 基于区域划分的欧氏距离获取阈值图像分割

两点间欧氏距离的数学模型及属性如下所示:

设ξ, η∈V将|ξ-η|称为ξ与η间的距离, 记为d (ξ, η) , 即:

性质:

根据图像颜色前景色和背景色的特点划分成4像素乘像素区域, 以x1代表所选区域骨组织切片任意点的像素RGB颜色模型中的R值, y1代表任意点像素的G值, z1代表任意点像素的B值。X2、y2、z2分别代表背景像素的RGB值。

由上所述任意点像素与背景像素点RGB颜色之间的欧氏距离可以用算术表达为:

通过颜色欧氏距离计算, 在d大于最后一个像素与背景颜色的欧氏距离的情况下, 颜色取值为1, 其他为0, 假如背景颜色不均匀可适当调整不等号右边的值, d值的调整以观察二值化分割效果为参考。

欧氏距离最佳阈值求取:

由图9获得的图像二值化, 从图像分割效果可以得出, 按区域划分后以骨小梁为前景色, 其他为背景色, RGB颜色值的欧氏距离作为阈值对图像进行二值化, 提取到完整的骨小梁。

5 结语

通过对多张HE染色骨组织病理切片图像分割效果进行比较, 发现基于颜色欧氏距离的阈值选取的二值化图像分割方法针对HE染色病理切片的分割是最优的方法。图像分割作为感兴趣区域获取的关键步骤, 图像分割算法的通用性和准确性研究对于机器视觉来说具有重要意义, 骨小梁提取是骨组织计量必须要解决的关键问题, 也是难点, 对HE染色病理切片进行区域划分并进行基于颜色欧氏距离阈值获取的图像二值化分割, 可以成功提取到骨小梁等感兴趣区域。骨小梁面积测定能定量反应骨质疏松情况, 而骨质疏松可以见于多种疾病, 如股骨头坏死, 原发性骨质疏松症等, 在骨科学实验研究中HE染色病理切片骨小梁面积检测是衡量多种研究效果的重要指标, 因此HE染色骨小梁的提取具有重要的科研意义。

参考文献

[1]Smolka B, Konrad W, Wojciechowski.A new method of texture binarization[J].Computer Analysis of Images and Patterns, 1997, 1296:629-636.

[2]Li Gang, Wan Youchuan.Adaptive Watershed Segmentation of Remote Sensing Image Based on Wavelet Transform and Fractal Dimension[J].Advances in Intelligent and Soft Computing, 2012, 111:57-67.

[3]Nava-Ortiz M, Gómez-Flores W, Díaz-Pérez A, et al.Evaluation of Binarization Algorithms for Camera-Based Devices[J].Pattern Recognition, 2011, 6718:164-173.

[4]Zhang Zhihong, Ma Guangsheng, Zhao Zhijiang.A New Image AutoSegmentation Algorithm Based on PCNN[J].Bio-Inspired Computational Intelligence and Applications, 2007, 4688:152-161.

上一篇:遥感图像恢复方法研究论文下一篇:定量评估