一種基于模糊測(cè)度的流場渦特征檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于模糊測(cè)度的流場渦特征檢測(cè)方法，目的是提高復(fù)雜流場中渦特征提取準(zhǔn)確率，技術(shù)方案是根據(jù)流場特征測(cè)度的三個(gè)原則得到臨界點(diǎn)特征向量、流線距離特征向量和歐拉距離特征向量，進(jìn)而得到流場中各個(gè)頂點(diǎn)的的渦特征的特征向量；然后將各個(gè)頂點(diǎn)的渦特征的特征向量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化特征向量；最后根據(jù)模糊聚類方法計(jì)算各個(gè)頂點(diǎn)的隸屬度，隸屬度大于0.5的頂點(diǎn)即為渦特征的特征區(qū)域。采用本發(fā)明能夠準(zhǔn)確的提取復(fù)雜流場渦特征結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確率較已有方法有很大的提高。
【專利說明】一種基于模糊測(cè)度的流場渦特征檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維流場渦特征檢測(cè)方法，尤其是一種基于模糊測(cè)度的流場渦特征檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計(jì)算機(jī)性能的飛速提升，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的計(jì)算網(wǎng)格規(guī)模越來越大，計(jì)算的解包括定義于數(shù)億個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的若干物理量。面對(duì)如此海量數(shù)據(jù)，如何利用特征提取技術(shù)捕捉其蘊(yùn)含的重要特征信息，一直是科學(xué)計(jì)算可視化研究領(lǐng)域所關(guān)注的問題之一。渦特征作為流場中的典型特征結(jié)構(gòu)，并沒有準(zhǔn)確的定義，這導(dǎo)致了渦特征檢測(cè)比較困難。而模糊集合論比較適合于描述具有非硬性邊界的集合。復(fù)雜的流場渦特征結(jié)構(gòu)，難以精確界定其區(qū)域邊界，因此適合采用模糊集理論對(duì)其進(jìn)行提取。
[0003]已有的特征提取方法如λ 2方法、Q-標(biāo)準(zhǔn)方法等經(jīng)典的渦特征提取方法都存在著誤檢的情況，尤其是針對(duì)復(fù)雜流場，渦特征提取的準(zhǔn)確率較低。如何提高復(fù)雜流場中的渦特征提取的準(zhǔn)確性，是流場特征提取的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:針對(duì)復(fù)雜流場中渦特征提取準(zhǔn)確率較低的問題，提出一種基于模糊測(cè)度的流場渦特征提取方法，該方法能夠準(zhǔn)確的提取復(fù)雜流場渦特征結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確率較已有方法有很大的提高。
[0005]技術(shù)方案是:從模糊理論出發(fā)，將流場渦特征做為模糊集合來處理，針對(duì)渦特征結(jié)構(gòu)采用不同的測(cè)度方法，根據(jù)這些測(cè)度方法計(jì)算出渦特征結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)特征向量；最后采用基于模糊聚類的渦特征結(jié)構(gòu)提取方法實(shí)現(xiàn)典型流場渦特征結(jié)構(gòu)的有效提取。
[0006]具體的技術(shù)方案是:
[0007]第一步:根據(jù)流場特征測(cè)度的三個(gè)原則得到臨界點(diǎn)特征向量、流線距離特征向量和歐拉距離特征向量，得到流場中各個(gè)頂點(diǎn)的渦特征的特征向量。
[0008]1.1:初始化頂點(diǎn)循環(huán)變量k為O。
[0009]1.2:由于渦核點(diǎn)均為臨界點(diǎn)，因此采用臨界點(diǎn)測(cè)度方法對(duì)序號(hào)為k的頂點(diǎn)進(jìn)行測(cè)度。由臨界點(diǎn)(流場中速度為O的頂點(diǎn))定義可知臨界點(diǎn)測(cè)度原則:當(dāng)流場U中的頂點(diǎn)Xk速度為零時(shí)，將頂點(diǎn)Xk的隸屬度(頂點(diǎn)的隸屬度是指該頂點(diǎn)隸屬于渦特征的程度，取值為O到
I)映射為I。其中Xk表示流場中序號(hào)為k的頂點(diǎn)。因此，根據(jù)臨界點(diǎn)測(cè)度原則可得到頂點(diǎn)Xk的6維(即6元組)的臨界點(diǎn)特征向量=V1(Xk) = (U，V, W，V1, V2, V3)，該特征向量用于計(jì)算特征隸屬度，其中前三個(gè)元素U，V, w為流場U中頂點(diǎn)Xk的三維坐標(biāo)，后三個(gè)元素V1, V2, V3為頂點(diǎn)Xk的速度值。
[0010]1.3:利用流線距離對(duì)頂點(diǎn)與渦核點(diǎn)的關(guān)系得到如下流線距離測(cè)度原則:當(dāng)流場U中的兩個(gè)頂點(diǎn)x，y相對(duì)于同一臨界點(diǎn)的流線距離滿足sd(x，c) <sd(y, c)時(shí)，x，y的隸屬度值存在μ (χ) > μ (y)關(guān)系，其中sd(x，c)為點(diǎn)χ和點(diǎn)c之間的流線距離,sd(y, c)為點(diǎn)y和點(diǎn)c之間的流線距離，兩點(diǎn)之間的流線距離是指，當(dāng)兩點(diǎn)之間存在流線經(jīng)過時(shí)，流線距離為兩點(diǎn)之間的流線段的長度；如果兩點(diǎn)之間不存在經(jīng)過該兩點(diǎn)的流線，則流線距離為無窮大，μ (χ)表示點(diǎn)χ的隸屬度值，μ (y)表示點(diǎn)y的隸屬度值。也就是說當(dāng)頂點(diǎn)χ到臨界點(diǎn)C的流線距離sd(x, c)小于頂點(diǎn)y到c的流線距離sd(y, c)時(shí)，χ的隸屬度μ (χ)大于y的隸屬度μ (y)。根據(jù)流線距離測(cè)度原則，采用距離各臨界點(diǎn)的最小流線距離作為特征向量，得到如下I維(即一元組)流線距離特征向量:V2 (xk) = (Smin(Xk)),其中Smin(Xk)為頂點(diǎn)Xk到流場中所有臨界點(diǎn)的最小流線距離。
[0011]1.4:根據(jù)歐拉距離的測(cè)度原則，采用距離各臨界點(diǎn)的最小歐拉距離作為特征向量，得到如下I維歐拉距離特征向量:v3(xk) = (dmin(xk)),其中dmin(xk)為頂點(diǎn)xk到流場中所有臨界點(diǎn)的最小距離。歐拉距離的測(cè)度原則是指當(dāng)頂點(diǎn)X，Y距離同一臨界點(diǎn)c的歐拉距離存在d(x, c) < d(y, c)關(guān)系時(shí),隸屬度有μ (χ) > μ (y)。其中d(x, c)表示x、c兩點(diǎn)之間的距離。
[0012]1.5:綜合上述測(cè)度原則，可得到渦特征的特征向量:
[0013]V (Xk) = (U，V, w, V1, V2, V3, smin (xk)，dmin (Xk))。
[0014]1.6:令 k 增加 I。
[0015]1.7:如果k小于流場U中頂點(diǎn)數(shù)目，則跳轉(zhuǎn)至1.2步，否則執(zhí)行第二步。
[0016]第二步:將各個(gè)頂點(diǎn)的渦特征的特征向量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化特征向量
2.1:初始化頂點(diǎn)循環(huán)變量k為O。
[0017]2.2:對(duì)頂點(diǎn)Xk渦特征的特征向量的各個(gè)分量即U，V, W，V1, v2, v3, smin(xk), dmin(xk)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。標(biāo)準(zhǔn)化是指對(duì)其進(jìn)行[0，1]區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)化處理。設(shè)V(X)內(nèi)的某一分量為m,其最大值、最小值分別為mmax和mmin，則標(biāo)準(zhǔn)化處理如下公式:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種基于模糊測(cè)度的流場渦特征檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟: 第一步:根據(jù)流場特征測(cè)度的三個(gè)原則得到臨界點(diǎn)特征向量、流線距離特征向量和歐拉距離特征向量，得到流場中各個(gè)頂點(diǎn)的渦特征的特征向量； .1.1:初始化頂點(diǎn)循環(huán)變量k為O ; .1.2:根據(jù)臨界點(diǎn)測(cè)度原則得到頂點(diǎn)Xk的6維臨界點(diǎn)特征向量=V1(Xk)=(U，V, W，V1, V2, V3),前三個(gè)元素U，V, W為頂點(diǎn)Xk的三維坐標(biāo),后三個(gè)元素V1, V2, V3為頂點(diǎn)Xk的速度值；臨界點(diǎn)測(cè)度原則是指:當(dāng)流場U中的頂點(diǎn)Xk速度為零時(shí)，將頂點(diǎn)Xk的隸屬度映射為1，頂點(diǎn)的隸屬度是指該頂點(diǎn)隸屬于渦特征的程度，取值為O到I ;xk表示流場中序號(hào)為k的頂點(diǎn)； .1.3:根據(jù)流線距離測(cè)度原則，采用距離各臨界點(diǎn)的最小流線距離作為特征向量，得到I維流線距離特征向量:V2 (Xk) = (Smin(Xk)),其中Smin(Xk)為頂點(diǎn)Xk到流場中所有臨界點(diǎn)的最小流線距離；流線距離測(cè)度原則是指:當(dāng)流場U中的兩個(gè)頂點(diǎn)X，y相對(duì)于同一臨界點(diǎn)的流線距離滿足sd(X，c) <sd(y，c)時(shí)，x，y的隸屬度值存在μ (χ) > μ (y)關(guān)系,其中sd (x, c)為點(diǎn)χ和點(diǎn)c之間的流線距離，sd (y，c)為點(diǎn)y和點(diǎn)c之間的流線距離，兩點(diǎn)之間的流線距離是指，當(dāng)兩點(diǎn)之間存在流線經(jīng)過時(shí)，流線距離為兩點(diǎn)之間的流線段的長度；如果兩點(diǎn)之間不存在經(jīng)過該兩點(diǎn)的流線，則流線距離為無窮大，μ (χ)表示點(diǎn)X的隸屬度值，μ (y)表示點(diǎn)I的隸屬度值；也就是說當(dāng)頂點(diǎn)X到臨界點(diǎn)C的流線距離sd(x, c)小于頂點(diǎn)y到c的流線距離sd(y, c)時(shí)，χ的隸屬度μ (χ)大于y的隸屬度； .1.4:根據(jù)歐拉距離的測(cè)度原則，采用距離各臨界點(diǎn)的最小歐拉距離作為特征向量，得到I維歐拉距離特征向量:V3(xk) = (dmin(xk)),其中dmin(xk)為頂點(diǎn)χ到流場中所有臨界點(diǎn)的最小距離；歐拉距離的測(cè)度原則是指當(dāng)頂點(diǎn)x，y距離同一臨界點(diǎn)c的歐拉距離存在d(x, c) < d(y, c)關(guān)系時(shí),隸屬度有μ (χ) > μ (y);其中d(x, c)表示x、c兩點(diǎn)之間的距離； .1.5:綜合1.1-1.4的測(cè)度原則，可得到渦特征的特征向量:
V (Xk) = (U, V, w, V1, V2, V3, Smin(Xk)，dmin (xk))； . 1.6:令k增加I ; .1.7:如果k小于流場U中頂點(diǎn)數(shù)目，則跳轉(zhuǎn)至1.2步，否則執(zhí)行第二步； 第二步:將各個(gè)頂點(diǎn)的渦特征的特征向量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化特征向量: .2.1:初始化頂點(diǎn)循環(huán)變量k為O ; .2.2:對(duì)渦特征的特征向量的各個(gè)分量即U，V, W，V1, V2, V3, smin(xk)，dmin(xk)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；標(biāo)準(zhǔn)化是指對(duì)其進(jìn)行[O，I]區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)化處理；SV(x)內(nèi)的某一分量為m，其最大值、最小值分別為mmax和mmin,則標(biāo)準(zhǔn)化處理如公式1:
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103440650SQ201310375637
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】曾亮, 徐華勛, 王懷暉, 蔡勛, 李思昆, 王文珂, 沈恩亞 申請(qǐng)人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)