[发明专利]一种基于模糊测度的流场涡特征检测方法

摘要

本发明公开了一种基于模糊测度的流场涡特征检测方法，目的是提高复杂流场中涡特征提取准确率，技术方案是根据流场特征测度的三个原则得到临界点特征向量、流线距离特征向量和欧拉距离特征向量，进而得到流场中各个顶点的的涡特征的特征向量；然后将各个顶点的涡特征的特征向量进行标准化处理，得到标准化特征向量；最后根据模糊聚类方法计算各个顶点的隶属度，隶属度大于0.5的顶点即为涡特征的特征区域。采用本发明能够准确的提取复杂流场涡特征结构，准确率较已有方法有很大的提高。

主权项

1.一种基于模糊测度的流场涡特征检测方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：根据流场特征测度的三个原则得到临界点特征向量、流线距离特征向量和欧拉距离特征向量，得到流场中各个顶点的涡特征的特征向量；1.1：初始化顶点循环变量k为0；1.2：根据临界点测度原则得到顶点x_k的6维临界点特征向量：V₁(x_k)＝(u,v,w,v₁,v₂,v₃)，前三个元素u,v,w为顶点x_k的三维坐标，后三个元素v₁,v₂,v₃为顶点x_k的速度值；临界点测度原则是指：当流场U中的顶点x_k速度为零时，将顶点x_k的隶属度映射为1，顶点的隶属度是指该顶点隶属于涡特征的程度，取值为0到1；x_k表示流场中序号为k的顶点；1.3：根据流线距离测度原则，采用距离各临界点的最小流线距离作为特征向量，得到1维流线距离特征向量：V₂(x_k)＝(s_min(x_k))，其中s_min(x_k)为顶点x_k到流场中所有临界点的最小流线距离；流线距离测度原则是指：当流场U中的两个顶点x,y相对于同一临界点的流线距离满足sd(x,c)＜sd(y,c)时，x,y的隶属度值存在μ(x)＞μ(y)关系，其中sd(x,c)为点x和点c之间的流线距离，sd(y,c)为点y和点c之间的流线距离，两点之间的流线距离是指，当两点之间存在流线经过时，流线距离为两点之间的流线段的长度；如果两点之间不存在经过该两点的流线，则流线距离为无穷大，μ(x)表示点x的隶属度值，μ(y)表示点y的隶属度值；也就是说当顶点x到临界点c的流线距离sd(x,c)小于顶点y到c的流线距离sd(y,c)时，x的隶属度μ(x)大于y的隶属度；1.4：根据欧拉距离的测度原则，采用距离各临界点的最小欧拉距离作为特征向量，得到1维欧拉距离特征向量：V₃(x_k)＝(d_min(x_k))，其中d_min(x_k)为顶点x到流场中所有临界点的最小距离；欧拉距离的测度原则是指当顶点x,y距离同一临界点c的欧拉距离存在d(x,c)＜d(y,c)关系时，隶属度有μ(x)＞μ(y)；其中d(x,c)表示x、c两点之间的距离；1.5：综合1.1-1.4的测度原则，可得到涡特征的特征向量：V(x_k)＝(u,v,w,v₁,v₂,v₃,s_min(x_k),d_min(x_k))；1.6：令k增加1；1.7：如果k小于流场U中顶点数目，则跳转至1.2步，否则执行第二步；第二步：将各个顶点的涡特征的特征向量进行标准化处理，得到标准化特征向量：2.1：初始化顶点循环变量k为0；2.2：对涡特征的特征向量的各个分量即u,v,w,v₁,v₂,v₃,s_min(x_k),d_min(x_k)进行标准化处理；标准化是指对其进行[0,1]区间标准化处理；设V(x)内的某一分量为m，其最大值、最小值分别为m_max和m_min，则标准化处理如公式1：m′=m-mminmmax-mmin]]>     公式1经过标准化处理后，得到标准特征向量V'(x_k)＝(u',v',w',v₁',v₂',v₃',s_min'(x_k),d_min'(x_k))；2.3：令k增加1；2.4：如果k小于流场U中顶点数目，则跳转至2.2步，否则执行第三步；第三步：根据模糊聚类方法计算各个顶点的隶属度，隶属度大于0.5的顶点即为涡特征的特征区域，方法是：3.1：初始化顶点循环变量k为0；3.2：定义集合I_k＝{i|1≤i≤n,d_ik＝0}和其中d_ik为流场中临界点c_i与顶点x_k的距离；令fdik=||V′(xk)-V′(ci)||=(Σj=08(Vj′(xk)-Vj′(ci))2)1/2]]>表示当前位置x_k与临界点c_i间的特征向量偏差，表示标准特征向量V'(x_k)的第j个分量，则根据公式2计算各个顶点的隶属度μ(x_k)：公式2其中c表示流场U内临界点个数，i为临界点编号，流场中的任意一个顶点相对于所有临界点都有一个隶属度值，并且同一顶点相对于不同临界点的隶属度值之和为1；3.3：令k增加1；3.4：如果k小于流场U中顶点数目，则跳转至3.2步，否则转第四步；第四步，结束。