已看一个城市的天际线的分形分析的计算方法

已看一个城市的天际线的分形分析的计算方法
已看一个城市的天际线的分形分析的计算方法

A Computational Approach to Fractal Analysis of a

Cityscape’s Skyline

Stephan K. Chalup,1? Naomi Henderson,1 Michael J. Ostwald2 and Lukasz Wiklendt1 1School of Electrical Engineering and Computer Science, The University of Newcastle,

Callaghan 2308, Australia

2School of Architecture and Built Environment, The University of Newcastle, Callaghan 2308,

Australia

?Corresponding author: Tel: 02 4921 6080; Fax: 02 4921 6929; Email:

stephan.chalup@https://www.360docs.net/doc/c3923257.html,.au

[Suggested running head: Fractal Analysis of a Cityscape’s Skyline] Abstract:This study proposes a semi-automated approach for cityscape analysis which is based on calculating the fractal dimension of a cityscape’s skyline. A software tool was developed which consists of an intensity-based skyline extraction module combined with a box-counting approach for calculation of the fractal dimension.

Obstacles such as power-lines, vertical poles or cranes which interrupt the skyline can automatically be excluded from the analysis. The paper describes the methods involved and presents three pilot experiments using the new approach which indicate that: (1) If trees intersect the skyline they typically increase its fractal dimension; (2) Different types of cities can be distinguished by their characteristic skylines; (3) The process to determine the best fit skyline in an image can require user intervention. It can be semi-automated by using the local minima of the skyline’s fractal dimension which is interpreted as a function of the image’s intensity cut-off values.

Keywords: Cityscape, Fractal dimension, Image processing, Sky segmentation, Skyline.

Introduction

Human well-being is connected to features of the built environment. Although the latter is an intuitively acceptable fact, research into the nature of this relationship has turned out to be a challenging trans-disciplinary undertaking. A recent overview of studies addressing various psychosocial features of urban neighbourhoods that can affect residents is part of a study by Spokane and co-authors (2007). Behavioural survey methods employing human test subjects are naturally dependent on a variety of subject-related factors which can affect an architectural evaluation. It was found, for example, that judgement on landscape preference can depend on the nationality (Purcell, Lamb, Peron, & Falchero, 1994) or ethnicity (Kaplan & Talbot, 1988) of test subjects.

The quest for a measure which allows direct comparability and better objectivity has motivated the use of the fractal dimension for architectural image analysis (Mandelbrot, 1983; Bovill, 1996; Ostwald, Vaughan, & Tucker,2008). A review of studies on visual perception suggests that people aesthetically prefer patterns of mid-range fractal dimensions (Taylor, 2006). This observation was corroborated by physiological pilot experiments based on skin-conductance measurements which indicated that mid-range fractal dimensions have the most positive effect on subjects’ stress (Taylor et al., 2005). A recent investigation used quantitative electroencephalography (qEEG) to record psycho-physiological responses in the cortex of subjects viewing computer-generated fractal silhouettes which underwent controlled changes of their fractal dimension. The results of this study confirmed that mid-range fractal dimensions play a unique role in visual perception (Hagerhall et al., 2008).

Architectural image analysis often focuses on the complexity of house fa?ades and streetscapes. However, for the aesthetic assessment of distant urban views, the complexities of city skylines are at least as important (Heath, Smith, & Lim,2000). The skyline is the contour of the sky

segment in an image and its fractal dimension is regarded as an important feature which may be used to characterise natural scenes (Keller, Crownover, & Chen, 1987; Keller, Chen, & Crownover, 1989; Hagerhall, Purcell, & Taylor, 2004). Psychological eye-tracking experiments have demonstrated that contours with high intensity gradients attract subjects’ attention (Rayner & Pollatsek, 1992). Fractal analysis of urban skylines has previously been conducted by several studies (Cooper, 2000, 2003; Oku, 1990). The theory of contextual fractal fit implies that cityscapes look better if the fractal dimension of their skyline matches the fractal dimension of

the environment (Bovill, 1996; Stamps, 2002).

A general aim of the present study is to understand better the impact of skyline complexity on aesthetic judgement and to develop a software tool for architectural image analysis which can help to improve comparability and objectivity. This article contributes a method which allows extraction and fractal analysis of an approximation of the skyline from digital images of cityscapes. The experimental section illustrates how to determine the skyline even in the presence of obstacles such as power-lines, poles and cranes which intersect the skyline.

In order to extract the skyline in digital images, regions which contain sky have to be identified. Specific methods for detection of sky regions have previously been developed for various applications. These include photographic image manipulation and image/video enhancement, as well as areas such as image understanding or semantic image retrieval where the sky region can help to determine the orientation of an image or to identify outdoor images. Luo and Etz (2002) proposed a model-based sky detection method that incorporates colour classification by a multilayer perceptron and a physics-motivated sky signature validation. The sky detection approach of Gallagher, Luo and Hao (2004) used a two-dimensional polynomial model of blue sky in an image to improve the approach of Luo and Etz (2002). The task of real-time sky region segmentation to improve image quality in video image streams was approached by using a

combination of colour, texture and position information (Herman & Bellers, 2002; Herman & Janssen, 2004; Herman & Bellers, 2005). In a similar series of studies probabilistic models were computed using colour, position and texture features in order to obtain a pixel-precise segmentation of sky regions (Zafarifar & de With, 2006a,b; Zafarifar & de With, 2007). These approaches were further developed into real-time implementations (Quach, 2006; Quach et al., 2007).

The application goal of the detection of sky regions in the present study is the extraction of skyline in an image in order to calculate its fractal dimension. In contrast to the work cited above on video-stream processing, our criterion for calculation of the sky region’s boundary is not processing speed but precision with respect to the fractal properties of the cityscape’s skyline. Objects in the sky or foreground that are not part of the cityscape are to be excluded from the skyline analysis by making them invisible through the segmentation process. This is in contrast to previous work, for example, on sky detection for the purposes of unmanned aerial vehicles avoiding obstacles (McGee, Sengupta, & Hedrick,2005; Todorivic & Nechyba, 2003), where objects in the sky had to be identified as obstacles, at high speed.

Method

The basic approach developed in this study can extract the skyline from standard images where the sky is a connected component adjacent to the upper edge of the image and where the sky region is of greater brightness than the rest of the image. Special cases and exceptions require separate treatment and will be addressed in Section 2.2 below.

Basic Sky Segmentation and Skyline Extraction

The skyline extraction method works on greyscale images with pixel values scaled in the range [0, 1]. Colour images are converted into greyscale before the method is applied. The method is based on the observation that, in most images, the sky region is brighter than the rest of the image. First the image is filtered by using a 3 × 3 pixel block to assign the value

outpixel = ceil(a · maxval ? b · stdev + c · (inpixel ? 1))

to the centre pixel of the block, where stdev = standard deviation of the 9-pixel block, maxval = maximum value of the 9-pixel block, inpixel = initial value of the centre pixel. The value of outpixel is clamped to [0, 1]. The parameters a, b, and c were tuned by hand to a = 0.2, b = 30, and c = 0.05 in a series of pilot tests. The image obtained at this stage of the process is shown in Figure 1(iii).

In the second step of the method the edges of the sky region are extracted. The Matlab function bwboundaries, which traces the exterior boundaries of objects in a binary image, is used to extract the edges of each blob in the filtered image (Matlab, 1992). Edges that touch the top margin of the image are added to the skyline. Finally, pixels that run along the margin of the image are removed leaving only the skyline (second row of Figure 2).

Processing Special Cases

The sky segment in an image is generally connected to the upper edge of the image, it is typically blue and it is brighter than the rest of the image. However, there are special cases which differ from this standard situation and which require special treatment so that the skyline can be extracted and appropriately analysed.

For example, the first row of Figure 2 shows images containing power-lines, cables, vertical poles or cranes. While these objects are part of the built environment, their presence in images can add irrelevant components to the skyline which would disturb an architectural analysis because the obstacles can alter the results of fractal dimension calculation (see caption of Figure 2). Utilising the unique visual properties of these obstacles we can automatically remove them from the skyline analysis. The removal process, which is described in the following subsections, involves four stages; intensity classification of sky, neighbouring sky calculation, neighbouring texture calculation, and secondary sky classification.

Intensity classification of sky. The basic sky classification method described in Section 2.1 uses a 3 × 3 pixel classifier and is fully automated. However, this does not give enough detail in problematic cases where thin obstacles interrupt the skyline, such as wires, cables or thin poles, where an accuracy of 1 pixel is required. An example of such a challenging input image, its greyscale conversion (which could involve additional histogram equalisation) and a sky-classified copy are shown in Figures 1(i), (ii), and (iii), respectively. In order to classify the sky in these special cases the observation is used that sky is typically brighter than buildings and each pixel of the greyscale image is thresholded by an intensity cut-off value (co) where pixel values are assumed to be in the range from 0 to 255. Pixel values above the intensity cut-off are classed as sky, others are classed as non-sky. This gives a sky-classified image accurate to one pixel (sky

is represented by white and non-sky by black in Figure 1(iv)). The intensity cut-off value can initially be chosen manually using visual inspection of the obtained skylines. We propose to use a semi-automated approach which first calculates the fractal dimension of valid candidate skylines obtained for a series of cut-off values. Our pilot experiments suggest that the cut-off value which corresponds to a local minimum of the fractal dimension most probably determines the locally best skyline within the set of candidates (see Figures 3 and 7 and Section 3).

Neighbouring sky calculation.Some of the problematic areas of images tend to include narrow objects such as power-lines, cables, vertical poles or cranes which have neighbouring regions of sky. To detect these, a neighbouring sky calculation is performed. For each pixel the sum of neighbouring sky pixels is calculated for a 7 × 7 block surrounding the pixel. Consequently the sum of the sky values for each 7 × 7 block ranges from 0 to 49, where 0 indicates that there are no other pixels classified as sky and a value of 49 indicates that the centre pixel itself and all surrounding pixels are classified as sky.

Neighbouring texture calculation.A visual property that differentiates sky from non-sky is the texture of the area. Within sky regions, even if they include clouds, there are smooth transitions of intensity values. If there are regions in the image that contain buildings then there are typically sharp transitions of intensity values. These transitions can be measured using the image processing technique of edge detection.

The present system employs standard Sobel edge detection with a threshold value of 0.03 to search the image for edges (Matlab, 1992). Input to the edge detection function is a greyscale image. The return is 1 for any point where the gradient of intensity change is above the threshold value and 0 otherwise (where 1 = white and 0 = black in Figure 1(v)).

For each pixel of the image, the sum of neighbouring edge pixels was calculated for a 7 × 7 region surrounding the pixel. The sum of the edge values ranges from 0 to 49, where 0 indicates that there are no edge values surrounding the pixel and 49 indicates that the pixel itself and all neighbouring pixels are edges (which is unlikely).

Secondary sky classification.The neighbouring sky and texture calculations can be used as additional information when classifying a pixel. The presence of a significant amount of sky surrounding the pixel suggests that it too should be considered as part of the sky. Furthermore a lack of surrounding edges suggests that the pixel is not part of the buildings being analysed.

The secondary sky classification process uses the intensity-classified image and re-classifies it based on the additional neighbouring sky and texture calculations. For any pixel classified as not sky it calculates its significance based on neighbouring sky and texture information. This is done using the following logical expression:

if ((intensitySkyClassifiedPixel == notSky) and

(sumNeighbouringSky > u) and (sumNeighbouringTexture < v))

then SkyClassifiedPixel = Sky

The values for u and v were tuned using several calibration tests on a set of example images: u was set to 10 and v to 30. This means that a non-sky classified pixel with more than 10 pixels of sky and less than 30 pixels of edges neighbouring it is not included in the skyline analysis. The resulting filtered image can be seen in Figure 1(vi).

The skyline extraction function is then applied to the secondary sky classified image. Examples of images where power lines, poles and cranes have been removed are shown in the third row of Figure 2.

Fractal dimension calculation by box-counting

Fractal dimension calculation by box-counting for architectural image analysis was applied by hand, for example, in the work of Bovill (1996). Automated versions of box-counting were employed in recent computer-assisted studies (Foroutan-Pour, Dutilleul, & Smith,1999; Ostwald & Tucker, 2007; Ostwald et al., 2008). To avoid any issues with scaling, all images in the present study had equal size. Input to the box-counting function was a black-and-white image of the extracted skyline. The iterative function creates at each step a grid which has half the number of boxes in each dimension (i.e., a quarter of the total number of boxes) than the grid in the previous step. At each step the function coarsens the grid by combining each 2x2 subgrid of boxes into a single box, and labels the box as 1=grey if there was at least one grey box in the 2x2 subgrid (see Figure 4) and otherwise the new box is labelled 0= white. Two vectors, r and N, are created.

The i-th component of r is the reduction factor r i =2(i+1) at iteration step i. The i-th component of N is the number of grey boxes in the scaled grid at step i. A line is fitted through the points (log(1/r i), log(N i)), where the first and last elements in N and r are suppressed for a better line fit. The fractal dimension is obtained as the slope of that line.

Experiments

The method was implemented in Matlab (Matlab, 1992) and three hypotheses were investigated in pilot experiments:

Hypothesis I: Trees as part of the skyline increase its fractal dimension.

Photographs of the same streetscape, with trees and without trees, as shown in the example in Figure 5, were analysed. In all cases the images with trees showed a higher fractal dimension, which is a plausible result given that trees typically have a higher fractal dimension than houses.

Hypothesis II: The fractal dimension of the skyline is a sensitive measure which can be used to distinguish different types of cityscapes.

The method was applied to images taken at three different locations (representative samples are shown in Figure 6): (1) Amsterdam: The extracted skylines seemed to have a relatively high fractal dimension. The hypothesis is that the mostly historical houses in the images display highly structured shapes and contours. However, closer inspection of the photographs also revealed that several trees intersect the skylines. (2) Sydney: Sydney’s skylines display a medium-range fractal dimension which could be due to the mixture of architectural styles present in the city. (3.) Suzhou: The industrial area of Suzhou is characterised by straight and modern apartment and office buildings. The extracted skylines in our experiments had a relatively low fractal dimension. These pilot experiments, which only involved a small number of samples, suggest that the method has the potential to distinguish different types of cityscapes provided a sufficiently large image database is used.

Hypothesis III: Local minima of the fractal dimension can be used to determine the intensity cut-off value which controls the position of the skyline.

The intensity cut-off value can be used to control the skyline approximation (see Section 2.2 and Figures 3 and 7). The lines with markers (o), (*), and (x) in Figure 7 correspond to the images in columns 1, 2, and 3, respectively, of Figure 3. The best fit skylines were determined for cut-off values 210, 170, and 190 for the lines with markers (o), (*), and (x), respectively. Each of these points corresponds to a local minimum of the fractal dimension (highlighted by arrows in Figure 7) which means this method determines locally the least fractal or smoothest skyline. The line with marker (*) in Figure 7 is an example of where the selected local minimum (arrow at co=170) is not the global minimum. The selected local minimum corresponds to the skyline in the image in row 2 and column 2 of Figure 3, while the global minimum appears to be at co=190 and corresponds to the skyline in the image in row 3 and column 2 of Figure 3. The latter had to be rejected by the user because the skyline jumps some gaps between buildings. In summary, these experiments suggest that qualitative features of the skyline such as “skyline invades fa?ades”, “skyline approximates top of buildings”, or “skyline takes off into the sky region” appear to be locally stable. Therefore the local selection of the skyline can be automated by using local minima of the fractal dimension. However, globally the process is only semi-automated and requires user input whenever high level context-dependent decisions are necessary to select the most appropriate local minimum.

Conclusion

An important motivation for this study is the appearance of recent physiological studies which use skin-conductance measurements or qEEG and indicate that the fractal dimension is an important feature for architectural image analysis. The present study presented details of a new approach for semi-automated fractal analysis of a cityscape’s skyline which can eliminate

obstacles such as power-lines, cranes and poles.

Pilot experiments showed that calculating a sensible skyline approximation can be an unstable process which depends on various characteristics of the input image. We proposed a new method to control the skyline approximation locally via intensity cut-off values where the best approximation is determined by a suitable local minimum of the corresponding fractal dimension.

In our experiments trees typically increased the skyline’s fractal dimension. Future investigation may address the question whether it is an advantage to remove trees or how to include them in the fractal analysis process. Other topics for future research include extreme lighting conditions, distinctive cloud structure, extreme weather conditions, and other non-standard situations.

This interdisciplinary study of architecture and computer science demonstrates how architectural analysis of cityscapes critically depends on subtle parameters in image processing. Researchers in architectural image analysis may find the presented method useful when investigating images of cityscapes where a precise analysis of the skyline is required.

Acknowledgements

This project was supported by ARC discovery grant DP0770106, “Shaping social and cultural spaces: the application of computer visualisation and machine learning techniques to the design

of architectural and urban spaces”.

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Figure 1: Stages of the procedure for processing special cases: (i) Input image (can be in colour); (ii) Greyscale (intensity) image (can include histogram equalization); (iii) Sky classified image using 3×3 pixel classifier; (iv) Intensity sky classified image using cut-off value = 200; (v) Edge image; (vi) Resulting secondary sky classified image.

fd=1.1392 fd=1.2234 fd=1.1381 fd=1.0439 (cut-off=210) fd=1.0999 (cut-off=170) fd=0.9297 (cut-off=190)

Figure 2: Skyline extraction and fractal dimension (fd) calculation applied to images containing cables, poles, or cranes. In our tests the fractal dimension of the images without skyline correction (second row) was typically higher than the fractal dimension of the corrected skylines (last row).

co=120: fd=1.1474 fd=1.1735 fd=1.1626

co=170: fd=1.2559 *fd=1.0999 fd=0.9508

co=190: fd=1.0557 fd=1.0582 *fd=0.9297

co=210: *fd=1.0439 fd=1.1094 fd=1.0866

co=220: fd=1.0804 fd=1.1271 fd=1.0783 Figure 3: Skyline extraction and fractal dimension (fd) calculation depending on different intensity cut-off values: co = 120, 170, 190, 210, 220. The best fit skylines (labelled by *fd) were obtained close to cut-off values which generate local minima for the fractal dimension.

Figure 4: Grid reduction step with box size increase in box-counting.

线面角的计算方法

教师姓名 余永奇 学生姓名 洪 懿 上课时间 2014.11.15 辅导学科 数学 学生年级 高二 教材版本 人教版 课题名称 线面角,二面角的计算方法(文科) 本次学生 课时计划 第(10)课时 共(60)课时 教学目标 线面角的计算方法 教学重点 线面角的计算方法 教学难点 线面角的计算方法 教师活动 学生活动 上次作业完成情况(%) 一.检查作业完成情况,并讲解作业中存在的问题 二.回顾上次课辅导内容 三.知识回顾,整体认识 1、本章知识回顾 (1)空间点、线、面间的位置关系; (2)直线、平面平行的判定及性质; (3)直线、平面垂直的判定及性质。 2、本章知识结构框图 (二)整合知识,发展思维 1、刻画平面的三个公理是立体几何公理体系的基石,是研究空间图形问题,进行逻辑推理的基础。 公理1——判定直线是否在平面内的依据; 公理2——提供确定平面最基本的依据; 公理3——判定两个平面交线位置的依据; 公理4——判定空间直线之间平行的依据。 2、空间问题解决的重要思想方法:化空间问题为平面问题; 3、空间平行、垂直之间的转化与联系: 平面(公理1、公理2、公理3、公理4) 空间直线、平面的位置关系 直线与直线的位置关系 直线与平面的位置关系 平面与平面的位置关系 直线与直线平行 直线与平面平行 平面与平面平行

4、观察和推理是认识世界的两种重要手段,两者相辅相成,缺一不可。 典型例题: 线面夹角的计算 例1(2014浙江高考文科20题)如图,在四棱锥A-BCDE中,平面ABC⊥平面BCDE,∠CDE=∠BED =90°,AB=CD=2, DE=BE=1,AC=2. (Ⅰ)证明:AC⊥平面BCDE; (Ⅱ)求直线AE与平面ABC所成的角的正切值. 例2(2013浙江,文20)如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,AB=BC=2,AD=CD=7,PA =3,∠ABC=120°,G为线段PC上的点. (1)证明:BD⊥平面APC; (43 3 ) (2)若G为PC的中点,求DG与平面APC所成的角的正切值; (3)若G满足PC⊥平面BGD,求PG GC 的值.(3/2) 直线与直线垂直直线与平面垂直平面与平面垂直

分形维数算法

分形维数算法. 分形维数算法 分形包括规则分形和无规则分形两种。规则分形是指可以由简单的迭代或者是按一定规律所生成的分形,如Cantor集,Koch曲线,Sierpinski海绵等。这些分形图形具有严格的自相似性。无规则分形是指不光滑的,随机生成的分形,

如蜿蜒曲折的海岸线,变换无穷的布朗运动轨迹等。这类曲线的自相似性是近 似的或统计意义上的,这种自相似性只存于标度不变区域。 对于规则分形,其自相似性、标度不变性理论上是无限的(观测尺度可以趋于无限小)。不管我们怎样缩小(或放大)尺度(标度)去观察图形,其组成部分和原来的图形没有区别,也就是说它具有无限的膨胀和收缩对称性。因些对于这类分形,其计算方法比较简单,可以用缩小测量尺度的或者不断放大图形而得到。分形维数 D=lnN(λ)/ln(1/λ) (2-20) 如Cantor集,分数维D=ln2/ln3=0.631;Koch曲线分数维 D=ln4/ln3=1.262; Sierpinski海绵分数维D=ln20/ln3=2.777。 对于不规则分形,它只具有统计意义下的自相似性。不规则分形种类繁多,它可以是离散的点集、粗糙曲线、多枝权的二维图形、粗糙曲面、以至三维的[26]。点 集和多枝权的三维图形,下面介绍一些常用的测定方法(1)尺码法 用某个选定尺码沿曲线以分规方式测量,保持尺码分规两端的落点始终在曲线上。不断改变尺码λ,得到一系列长度N(λ),λ越小、N越大。如果作lnN~lnλ图后得到斜率为负的直线,这表明存在如下的幂函数关系

-D(2-21) N~λ上式也就是Mandelbrot在《分形:形状、机遇与维数》专著中引用的Richardson公式。Richardson是根据挪威、澳大利亚、南非、德国、不列颠西部、葡萄牙的海岸线丈量结果得出此公式的,使用的测量长度单位一般在1公里到4公里之间。海岸线绝对长度L被表示为: 1-D(2-22)L=Nλ~λ 他得到挪威东南部海岸线的分维D≈1.52,而不列颠西部海岸线的分维D≈[27]。。这说明挪威的海岸线更曲折一些1.3. )小岛法(2面积如果粗糙曲线都是封闭的,例如海洋中的许多小岛,就可以利用周长-关系求分维,因此这个方法又被称为小岛法。则与λ的而面积A对于规则图形的周长与测量单位尺寸λ的一次方成正比, 二次方成正比。通常我们可以把它们写成一个简单的比例关系:1/2 (2-23) AP∝对于二维空间内的不规则分形的周长和面积的关系显然更复杂一些,提出,应该用分形周长曲线来代替原来的光滑周长,从而给出了下Mandelbrot 述关系式:21/??D??1/1/D2)(2-24)]?(?)]?[a?AP[(?)][??a(1?D)/DA(?00的P)式),使1(周长光滑时D=1,上式转化成为(2.23这里的分维D大于??的数1变化减缓,a是和岛的形状有关的常数,为小于是测量尺寸,一般取0/D)(1-D??减小而增大。作随测

线面角的求法总结

线面角的三种求法 1.直接法 :平面的斜线与斜线在平面内的射影所成的角即为直线与平面所成的角。通常是解由斜线段,垂线段,斜线在平面内的射影所组成的直角三角形,垂线段是其中最重要的元素,它可以起到联系各线段的作用。 例1 ( 如图1 )四面体ABCS 中,SA,SB,SC 两两垂直,∠SBA=45°, ∠SBC=60°, M 为 AB 的中点,求(1)BC 与平面SAB 所成的角。 (2)SC 与平面ABC 所成的角。 解:(1) ∵SC ⊥SB,SC ⊥SA, B M H S C A 图1 ∴SC ⊥平面SAB 故 SB 是斜线BC 在平面SAB 上的射影, ∴∠SBC 是直线BC 与平面SAB 所成的角为60°。 (2) 连结SM,CM ,则SM ⊥AB, 又∵SC ⊥AB,∴AB ⊥平面SCM, ∴面ABC ⊥面SCM 过S 作SH ⊥CM 于H, 则SH ⊥平面ABC ∴CH 即为 SC 在面ABC 内的射影。 ∠SCH 为SC 与平面ABC 所成的角。 sin ∠SCH=SH /SC ∴SC 与平面ABC 所成的角的正弦值为√7/7 (“垂线”是相对的,SC 是面 SAB 的垂线,又是面 ABC 的斜线. 作面的垂线常根据面面垂直的性质定理,其思路是:先找出与已知平面垂直的平面,然后一面内找出或作出交线的垂线,则得面的垂线。) 2. 利用公式sin θ=h /ι 其中θ是斜线与平面所成的角, h 是 垂线段的长,ι是斜线段的长,其中求出垂线段的长(即斜线上的点到面的距离)既是关键又是难点,为此可用三棱锥的体积自等来求垂线段的长。 例2 ( 如图2) 长方体ABCD-A 1B 1C 1D 1 , AB=3 ,BC=2, A 1A= 4 ,求AB 与面 AB 1C 1D 所成的角。 解:设点 B 到AB 1C 1D 的距离为h, ∵V B ﹣AB 1C 1=V A ﹣BB 1C 1∴1/3 S △AB 1C 1·h= 1/3 S △BB 1C 1·AB ,易得h=12/5 设AB 与 面 A B 1C 1D 所成的角为θ ,则sin θ =h /AB=4/5

分形维数算法

分形维数算法

分形维数算法 分形包括规则分形和无规则分形两种。规则分形是指可以由简单的迭代或者是按一定规律所生成的分形,如Cantor集,Koch曲线,Sierpinski海绵等。这些分形图形具有严格的自相似性。无规则分形是指不光滑的,随机生成的分形,如蜿蜒曲折的海岸线,变换无穷的布朗运动轨迹等。这类曲线的自相似性是近似的或统计意义上的,这种自相似性只存于标度不变区域。 对于规则分形,其自相似性、标度不变性理论上是无限的(观测尺度可以趋于无限小)。不管我们怎样缩小(或放大)尺度(标度)去观察图形,其组成部分和原来的图形没有区别,也就是说它具有无限的膨胀和收缩对称性。因些对于这类分形,其计算方法比较简单,可以用缩小测量尺度的或者不断放大图形而得到。分形维数 D=lnN(λ)/ln(1/λ) (2-20) 如Cantor集,分数维D=ln2/ln3=0.631;Koch曲线分数维D=ln4/ln3=1.262; Sierpinski海绵分数维D=ln20/ln3=2.777。 对于不规则分形,它只具有统计意义下的自相似性。不规则分形种类繁多,它可以是离散的点集、粗糙曲线、多枝权的二维图形、粗糙曲面、以至三维的点集和多枝权的三维图形,下面介绍一些常用的测定方法[26]。 (1)尺码法 用某个选定尺码沿曲线以分规方式测量,保持尺码分规两端的落点始终在曲线上。不断改变尺码λ,得到一系列长度N(λ),λ越小、N越大。如果作lnN~lnλ图后得到斜率为负的直线,这表明存在如下的幂函数关系 N~λ-D(2-21) 上式也就是Mandelbrot在《分形:形状、机遇与维数》专著中引用的Richardson公式。Richardson是根据挪威、澳大利亚、南非、德国、不列颠西部、葡萄牙的海岸线丈量结果得出此公式的,使用的测量长度单位一般在1公里到4公里之间。海岸线绝对长度L被表示为: L=Nλ~λ1-D(2-22) 他得到挪威东南部海岸线的分维D≈1.52,而不列颠西部海岸线的分维D≈1.3。这说明挪威的海岸线更曲折一些[27]。

通过能力计算

计算题 1.已知某地铁线路车辆定员每节240人,列车为6节编组,高峰小时满载率为120%,且单向最大断面旅客数量为29376人,试求该小时内单向应开行的列车数。 2、已知某地铁线路采用三显示带防护区段的固定闭塞列车运行控制方式,假设各闭塞分区长度相等,均为1000米,已知列车长 度为420米,列车制动距离为100米,列车运行速度为70km/h,制动减速度为2米/秒2,列车启动加速度为1.8米/秒2,列车最大停站时间为40秒。试求该线路的通过能力是多少? 若该线路改成四显示自动闭塞,每个闭塞分区长度为600米,则此时线路的通过能力是多少? 3.已知某地铁线路采用移动闭塞列车运行控制方式,已知列车长度为420米,车站闭塞分区为750米,安全防护距离为 200米,列车进站规定速度为60km/h,制动空驶时间为1.6秒,制动减速度为2米/秒2,列车启动加速度为1.8米/秒2,列车最大停站时间为40秒。试求该线路的通过能力是多少? 4.已知某地铁线路为双线线路,列车采用非自动闭塞的连发方式运行,已知列车在各区间的运行时分和停站时分如下表,线路的连发间隔时间为12秒。试求该线路的通过能力是多少?

5.已知地铁列车在某车站采用站后折返,相关时间如下:前一列车离去时间1.5分钟,办理进路作业时间0.5分钟,确认信号时间0.5分钟,列车出折返线时间1.5分钟,停站时间1分钟。试计算该折返站通过能力。 6.已知某终点折返站采用站前交替折返,已知列车直到时间 为40秒,列车侧到时间为1分10秒,列车直发时间为40秒,列车侧发时间为1分20秒,列车反应时间为10秒, 办理接车进路的时间为15秒,办理发车进路的时间为15秒。试分别计算考虑发车时间均衡时和不考虑发车时间均衡时,该折返站的折返能力是多少? 7.已知线路上有大小交路两种列车,小交路列车在某中间折返 站采用站前折返(直到侧发),已知小交路列车侧发时间为1分20秒,办理接车进路的时间为15秒,办理发车进路的时间为15秒,列车反应时间为10秒,列车直到时间为25 秒,列车停站时间为40秒;长交路列车进站时间为25秒。试分别计算该中间折返站的最小折返能力和最大折返能力分别是多少? 8.已知线路上有大小交路两种列车,小交路列车在某中间折返站采用站后折返,已知小交路列车的相关时分为:列车驶出车站 闭塞分区时间为1分15秒,办理出折返线调车进路的时间 为20秒,列车从折返线至车站出发正线时间为40秒,列车反应时间为10秒,列车停站时间为40秒。

线面角教学设计

《立体几何中的线面角》教学设计(2课时) 教学设计者杭州市余杭第二高级中学郭华 一、教学设计的指导思想 1、明确学习和研究线面角的目的: (1)解决实际问题。(线面角体现直线相对于某个平面的倾斜度) (2) 培养空间想象能力,和逻辑推理能力。 (3) 满足应试的需要。 2、教学设计的立足点:教学设计以学生掌握知识、技能、方法为目的,在媒体设计中呈现丰富的感性材料及问题解决的过程。 二、教学背景分析 立体几何中的线面角是高考中重要考查内容之一,考生必须熟练掌握常见的题型及解题方法,同时重视推理的逻辑性、严密性,确保推理语言的正确无误。《浙江省2015年高考考试说明》中对线面角的要求是:理解直线和平面所成角。《浙江省普通高中数学教学指导意见(2014版)》中指出:理解直线和平面所成角的概念,并能用向量方法解决直线与平面所成角的计算问题,体会向量方法在研究几何问题中的作用。 线面角是立体几何中的重要内容,也是核心知识。线面角问题的解决会涉及到线线垂直,线面垂直,面面垂直等问题,以及其它储备的知识,比如解三解形等,还需用到转化的思想,比如用等积法解决线面角问题等。 学生已初步学习了线面角内容,能解决一些简单的问题,但是总的来说,存在的问题是对概念的理解不够到位,解决问题的方法比较单一,推理缺乏严密性,计算不合理等等。 三、教学目标 通过线面角的进一步学习,学生能理解直线和平面所成角的概念,能具体问题具体分析,对不同的问题能灵活地采取相适应的方法解决,主要掌握以下解题策略:(1)定义法;(2)等积法;(3)向量法,在此基础上,对于较复杂的问题能进行有效的转化,使之成为较易解决的问题。 四、教学重点、难点 教学重点是在对线面角概念的理解,掌握基本的解题方法。教学难点是如何找直线在平面上的射影以及射影找不到,或不易找到时,如何找到解决问题的突破点。 五、教学过程 第一课时 (一)课的引入 (二)回顾线面角概念的形成

新课标高考立体几何线面角的计算归类分析知识分享

新课标高考立体几何——线面角的计算归类分析 深圳市第二实验学校 李平 作者简介 李平,男,1970年12月生,硕士研究生,高级教师,现任深圳市第二实验学校总务处副主任。深圳市“技术创新能手”称号、深圳市高考先进个人。在教材教法、高考研究、教材编写等方面成效显著。主持和参与省、市级课题多项,主编和参编教育类书籍多部,发表教研论文多篇,辅导学生参加各类竞赛有多人次获奖。 摘 要 求线面角的基本思想方法是将空间角的计算转化为计算平面内的角, 然后再用代数、三角的方法求解,这种将空间问题向平面问题转化的思想方法, 是立体几何中十分重要的思想方法, 同时它也体现了等价转化、数形结合的思想, 充分地展示了平移法、射影法、补形法这些立体几何特有方法的威力. 关键词 线面角 空间角 平移法 等体积法 空间向量方法 线面角——直线和平面所成的角 1.定义: 平面的一条斜线和它在平面上的射影所成的锐角, 叫做这条斜线和这个平面所成的角. 若直线l ⊥平面α, 则l 与α所成角为90?; 若直线l //平面α或直线l ?平面α, 则l 与α所成角为0?. 2.线面角的范围: [0]2 π ,. 3.线面角的求法: (1)定义法(垂线法). (2)虚拟法(等体积法). (3)平移法. (4)向量法. 线面角是立体几何中的一个重要概念, 它是空间图形的一个突出的量化指标, 是空间位置关系的具体体现, 是培养学生逻辑推理能力, 树立空间观念的重要途径, 故线面角一直以高频率的姿态出现在历年高考试题中. 求解线面角问题一般遵循(找)、证、算三个步骤, 并多以棱锥与棱柱作为考查的载体. 求解线面角的方法主要有两种: 一是利用传统几何方法; 二是利用空间向量方法. 总之, 求线面角的基本思想方法是将空间角的计算转化为计算平面内的角, 然后再用代数、三角的方法求解, 这种将空间问题向平面问题转化的思想方法, 是立体几何中十分重要的思想方法, 同时它也体现了等价转化、数形结合的思想, 充分

遥感图象分形维数的几种估计算法研究

遥感图象分形维数的几种估计算法研究1 张凯选1,郭嗣琮2 1辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院,辽宁阜新(123000) 2辽宁工程技术大学理学院,辽宁阜新(123000) E-mail:zhangkaixuan@https://www.360docs.net/doc/c3923257.html, 摘要:美籍法国数学家曼德布罗特(B.Mandelbrot)首次引入分形这个新术语,今天分形理论已经成为一门描述自然界中许多不规则事物规律性的科学,在遥感影象学中也有很大的用途。在研究遥感图像的分形维数时,通常把图像看作一个由许多像素点的灰度值构成的曲面来进行估算和分析,本文给出了遥感图象分形维数的几种估算方法,并作了相关实验。关键词:分形,分形维数,遥感图象 中图分类号:TP7 1.引言 分形理论始创立于20世纪70年代中期[1],创立伊始就引起人们极大的兴趣,与耗散结构、混沌并称为70年代科学史上的三大发现。作为一门独立的学科,该理论只有大约30多年的历史。 基于对复杂景物自相似性的描述,Mandelbrot创立了分形几何学理论,提出用分形维数( fractal dimension)D来度量自然现象的不规则程度。分形理论借助相似性原理洞察隐藏于混乱现象中的精细结构,为人们从局部认识整体、从有限认识无限提供新的方法论,为不同的学科发现的规律提供了崭新的语言和定量的描述,为现代科学技术提供了新的思想方法。近年来,分形理论在自然科学、社会科学以及遥感的许多领域中得到了广泛的应用,并逐步成为连结现代各学科的纬线。 2.分形与分形维数的定义 美籍法国数学家曼德布罗特(B.Mandelbrot) 于1967 年在《科学》杂志上发表了一篇题为“英国的海岸线有多长? 统计自相似性与分数维数” 的论文[2], 通常被认为是“分形”学科诞生的标志。自然界的许多物体在某一范围内都具有统计的自相似性,即每一部分都被认为是整体的一个缩小图像。曼德布罗特在随后两本著作《自然界的分形几何学》和《分形、形状、机遇与维数》中第一次提出了fractal这个英文词,其原意是“不规则的”、“分数的”、“支离破碎的”物体,并阐述分形理论的基本思想,即分形研究的对象是具有自相似性的无序系统,其维数的变化是连续的。 关于分形,目前还没有严格的数学定义,只能给出描述性的定义。粗略地说,分形是对没有特征长度但具有一定意义下的自相似性图形和结构的总称。它具有两个基本性质:自相似性和标度不变性。自相似性是指局部是整体成比例缩小的性质。形象地说,就是当用不同倍数的照相机拍摄研究对象时,无论放大倍数如何改变,看到的照片都是相似的(统计意义) ,而从相片上也无法断定所用的相机的倍数,即标度不变性或全息性。严格按一定的数学方法生成的许多经典的分形(如图1) 具有严格的自相似性,称之为有规分形。而一般情况下的分形都是无规分形,即自相似性并不是严格的,只是统计意义下的自相似性,其局部经放大或缩小操作可能得到与整体完全不同的表现形式,但表征自相似结构或系统的定量参数如分形维数,并 本课题得到辽宁工程技术大学青年基金(05-124),辽宁省教育厅基金项目(05L181),辽宁省高等学校重点实验室项目基金(20060370)的资助。

线段与角的计算

线段与角的计算 一、选择题 1.如图,下列不正确的几何语句是( ) A.直线AB 与直线BA 是同一条直线 B.射线OA 与射线OB 是同一条射线 C.射线OA 与射线AB 是同一条射线 第1题图 D.线段AB 与线段BA 是同一条线段 2 . 已知α、β都是钝角,甲、乙、丙、丁四人计算 6 1 (α+β)的结果依次是28°、48°、60°、88°,其中只有一人计算正确,他是( ) A. 甲 B. 乙 C. 丙 D. 丁 3. 已知A 、B 两点之间的距离是10 cm ,C 是线段AB 上的任意一点,则AC 中点与BC 中点 间的距离是( ) A.3 cm B.4 cm C.5 cm D.不能计算 4、下列各直线的表示法中,正确的是( ). A 、直线A B 、直线AB C 、直线ab D 、直线Ab 5、一个钝角与一个锐角的差是( ). A 、锐角 B 、钝角 C 、直角 D 、不能确定 6、下列说确的是( ). A 、角的边越长,角越大 B 、在∠AB C 一边的延长线上取一点 D C 、∠B=∠ABC+∠DBC D 、以上都不对 7、下列说法中正确的是( ). A 、角是由两条射线组成的图形 B 、一条射线就是一个周角 C 、两条直线相交,只有一个交点 D 、如果线段AB=BC ,那么B 叫做线段AB 的中点 8、同一平面互不重合的三条直线的交点的个数是( ). A 、可能是0个,1个,2个 B 、可能是0个,2个,3个 C 、可能是0个,1个,2个或3个 D 、可能是1个可3个

9、下列说法中,正确的有(). ①过两点有且只有一条直线;②连接两点的线段叫做两点的距离;③两点之间,线段最短; ④若AB=BC,则点B是线段AC的中点. A、1个 B、2个 C、3个 D、4个 10、钟表上12时15分钟时,时针与分针的夹角为(). A、90° B、82.5° C、67.5° D、60° 11、按下列线段长度,可以确定点A、B、C不在同一条直线上的是(). A、AB=8cm,BC=19cm,AC=27cm B、AB=10cm,BC=9cm,AC=18cm C、AB=11cm,BC=21cm,AC=10cm D、AB=30cm,BC=12cm,AC=18cm 12.汽车车灯发出的光线可以看成是( ) A.线段 B.射线 C.直线 D.弧线 13.下列图形中表示直线AB的是( ) A B C D 14.下列说确的是( ) A.平角是一条直线 B.角的边越长,角越大 C.大于直角的角叫做钝角 D.把线段AB向两端无限延伸可得到直线AB 15.木匠在木料上画线,先确定两个点的位置,就能把线画得很准确,其依据是( ) A.两点确定一条直线 B.两点确定一条线段 C.过一点有一条直线 D.过一点有无数条直线 16.如图,若∠AOC=∠BOD,则∠AOD与∠BOC的关系是( ) A.∠AOD>∠BOC B.∠AOD<∠BOC C.∠AOD=∠BOC D.无法确定

车站通过能力计算

车站通过能力 车站通过能力是在车站现有设备条件下,采用合理的技术作业过程,一昼夜能接发和方向的货物(旅客)列车数和运行图规定的旅客(货物)列车数。 车站通过能力包括咽喉通过能力和到发线通过能力。 咽喉通过能力是指车站某咽喉区各衔接方向接、发车进路咽喉道岔组通过能力之和,咽喉道岔通过能力是指在合理固定到发线使用方案及作业进路条件下,某衔接方向接、发车进路上最繁忙的道岔组一昼夜能够接、发该方向的货物(旅客)列车数和运行图规定的旅客(货物)列车数。 到发线通过能力是指到达场、出发场、通过场或到发场内办理列车到发作业的线路,采用合理的技术作业过程和线路固定使用方案,一昼夜能够接、发各衔接方向的货物(旅客)列车数和运行图规定的旅客(货物)列车数。 车站咽喉通过能力计算 咽喉占用时间标准 表咽喉道岔占用时间表 顺序作业名称时间标准 (min) 顺序作业名称 时间标准 (min) 1 货物列车接车占用6~8 4 旅客列车出发占用4~6 2 旅客列车接车占用5~7 5 单机占用2~4 3 货物列车出发占用5~7 6 调车作业占用4~6 道岔组占用时间计算 表到发线固定使用方案 线路编号固定用途 一昼夜 接发列车数 线路 编号 固定用途 一昼夜 接发列车数 1 接甲到乙、丙旅客列车8 7 接乙到甲直通、区段货物列车9 4 接乙到甲旅客列车 5 8 接甲、乙到丙直通、区段货物列车10 接丙到甲旅客列车 3 9 接丙到甲、乙直通、区段货物列车10 5 接甲到乙直通、区段货物列车11 10 接发甲、乙、丙摘挂货物列车10 表甲端咽喉区占用时间计算表 编号作业进路名称 占用 次数 每次 占用时间 总占用 时间 咽喉区道岔组占用时间 1 3 5 7 9 固定作业 1 1道接甲-乙,丙旅客列车8 7 56 56 2 4道发乙-甲旅客列车 5 6 30 30 30 3 4道发丙-甲旅客列车 3 6 18 30 30 5 往机务段送车 3 6 18 18 6 从机务段取车 2 6 12 12

分形维数算法

分形维数算法 分形包括规则分形和无规则分形两种。规则分形是指可以由简单的迭代或者是按一定规律所生成的分形,如Cantor集,Koch曲线,Sierpinski海绵等。这些分形图形具有严格的自相似性。无规则分形是指不光滑的,随机生成的分形,如蜿蜒曲折的海岸线,变换无穷的布朗运动轨迹等。这类曲线的自相似性是近似的或统计意义上的,这种自相似性只存于标度不变区域。 对于规则分形,其自相似性、标度不变性理论上是无限的(观测尺度可以趋于无限小)。不管我们怎样缩小(或放大)尺度(标度)去观察图形,其组成部分和原来的图形没有区别,也就是说它具有无限的膨胀和收缩对称性。因些对于这类分形,其计算方法比较简单,可以用缩小测量尺度的或者不断放大图形而得到。分形维数 D=lnN(λ)/ln(1/λ) (2-20) 如Cantor集,分数维D=ln2/ln3=0.631;Koch曲线分数维D=ln4/ln3=1.262; Sierpinski海绵分数维D=ln20/ln3=2.777。 对于不规则分形,它只具有统计意义下的自相似性。不规则分形种类繁多,它可以是离散的点集、粗糙曲线、多枝权的二维图形、粗糙曲面、以至三维的点集和多枝权的三维图形,下面介绍一些常用的测定方法[26]。 (1)尺码法 用某个选定尺码沿曲线以分规方式测量,保持尺码分规两端的落点始终在曲线上。不断改变尺码λ,得到一系列长度N(λ),λ越小、N越大。如果作lnN~lnλ图后得到斜率为负的直线,这表明存在如下的幂函数关系 N~λ-D(2-21) 上式也就是Mandelbrot在《分形:形状、机遇与维数》专著中引用的Richardson公式。Richardson是根据挪威、澳大利亚、南非、德国、不列颠西部、葡萄牙的海岸线丈量结果得出此公式的,使用的测量长度单位一般在1公里到4公里之间。海岸线绝对长度L被表示为: L=Nλ~λ1-D(2-22) 他得到挪威东南部海岸线的分维D≈1.52,而不列颠西部海岸线的分维D≈1.3。这说明挪威的海岸线更曲折一些[27]。

立体几何线面夹角的计算培训资料

αO A B C αO A B 直线和平面所成的角 1. 斜线,垂线,射影 ⑴垂线自一点向平面引垂线,垂足叫这点在这个平面上的射影.这个点和垂足间的线段叫做这点到这个平面的垂线段. ⑵斜线一条直线和一个平面相交,但不和这个平面垂直,这条直线叫做这个平 面的斜线.斜线和平面的交点叫斜足;斜线上一点与斜足间的线段叫这点到这 个平面的斜线段. ⑶射影过斜线上斜足外的一点向平面引垂线,过垂足和斜足的直线叫做斜线 在这个平面内的射影.垂足和斜足间线段叫这点到这个平面的斜线段在这个 平面内的射影. 直线与平面平行,直线在平面由射影是一条直线.直线与平面垂直射影是点.斜线任一点在平面内的射影一定在斜线的射影上. 2. 射影长相等定理:从平面外一点向这个平面所引的垂线段和斜线中 ⑴射影相交两条斜线相交;射影较长的斜线段也较长. ⑵相等的斜线段射影相等,较长的斜线段射影较长 ⑶垂线段比任何一条斜线段都短. ⑴O B =O C ?AB =AC O B >O C ?AB >AC ⑵AB =AC ?O B =O CAB >AC ?O B >O C ⑶O A

路段通行能力计算方法

根据交叉口的现场交通调查数据,通过各流向流量的构成关系,可推得各路段流量,从而得到饱和度V/C 比。路段通行能力的确定采用建设部《城市道路设计规范》(CJJ 37-90)的方法,该方法的计算公式为:单条机动车道设计通行能力n C N N a ????=ηγ0,其中N a 为车道可能通行能力,该值由设计车速来确定,如表2.2所示。 表2.13 一条车道的理论通行能力 其中γ为自行车修正系数,有机非隔离时取1,无机非隔离时取0.8。η为车道宽度影响系数,C 为交叉口影响修正系数,取决于交叉口控制方式及交叉口间距。修正系数由下式计算: s 为交叉口间距(m),C 0为交叉口有效通行时间比。 车道修正系数采用表 2.3所示 表2.3 车道数修正系数采用值 路段服务水平评价标准采用美国《道路通行能力手册》,如表2.4所示 表2.4 路段服务水平评价标准

由路段流量的调查结果,并且根据交叉口的间距、路段等级、车道数等对路段的通行能力进行了修正。在此基础上对路段的交通负荷进行了分析。 路段机动车车道设计通行能力的计算如下: δ m c p m k a N N = (1) 式中: m N —— 路段机动车单向车道的设计通行能力(pcu/h ) p N —— 一条机动车车道的路段可能通行能力(pcu/h ) c a —— 机动车通行能力的分类系数,快速路分类系数为0.75;主干道分类 系数为0.80;次干路分类系数为0.85;支路分类系数为0.90。 m k —— 车道折减系数,第一条车道折减系数为 1.0;第二条车道折减系数 为0.85;第三条车道折减系数为0.75;第四条车道折减系数为0.65.经过累加,可取单向二车道 m k =1.85;单向三车道 m k =2.6;单向四车道 m k =3.25; δ—— 交叉口影响通行能力的折减系数,不受交叉口影响的道路(如高架 道路和地面快速路)δ=1;该系数与两交叉口之间的距离、行车速度、绿信比和车辆起动、制动时的平均加、减速度有关,其计算公式如下: ?+++= b v a v v l v l 2/2///δ (2) l —— 两交叉口之间的距离(m ); a —— 车辆起动时的平均加速度,此处取为小汽车0.82/s m ; b —— 车辆制动时的平均加速度,此处取为小汽车1.662/s m ; ?—— 车辆在交叉口处平均停车时间,取红灯时间的一半。 Np 为车道可能通行能力,其值由路段车速来确定: 表4.1 Np 的确定

线线角,线面角,二面角的几何法

新高考一轮复习之立体几何线线角、线面角、面面角的几何解法 一、异面直线所成角 解题口诀:一平二构三边四余弦 一平:异面直线通过平行线平移至相交 二构:构造三角形 三边:计算三角形的三边长(注意是否为特殊三角形) 四余弦:利用余弦定理求角(注意异面直线的夹角范围为00(0,90],所以余弦值应该为正的) 练习题: 1、在正方体1111ABCD A B C D -中,E 为棱1CC 的中点,则异面直线AE 与CD 所成角的正切值为( ) A B C D 2、在正方体1111ABCD A B C D -中,O 为AC 的中点,则异面直线1AD 与1OC 所成角的余弦值为( ) A 、12 B C D 3、在四面体ABCD 中,若2AB CD ==,,,E F G 分别是,,BC BD AC 中点,若 FF =AB CD 与所成角为( ) A 、030 B 、045 C 、060 D 、0120 4、在长方体1111ABCD A B C D -中,12AB BC AA ==,则异面直线1A B 与1B C 所成的角的余弦值为( ) A B 、15 C D

5、已知直三棱柱111ABC A B C -中,0120ABC ∠=,2AB =,11BC CC ==,则异面直线1AB 与1BC 所成角的余弦值为( ) A 、3 B 、15 C 、10 D 、3 6、如图,在三棱锥A BCD -中,3AB AC BD CD ====,2AD BC ==,点M N 、分别为,AD BC 的中点,则异面直线,AN CM 所成的角的余弦值是 答案:78 二、线面角(线面角的难点在于找出垂线以及计算边长) 题型一:能证明出垂线的 解题步骤: ①先找斜足 ②过斜线上一点作平面的垂线,交点为垂足(线面垂直,需要证明) ③连接斜足和垂足,称为斜线的射影,射影和斜线所成的角即为线面角 基础例题: 1、正方体中,(1)求1BD 和底面ABCD 所成的角 (2)求1BD 和面11AA D D 所成的角 A B C D 1A 1B 1C 1D

简单分形维数的探究

简单分形及维数的研究 (河南大学,物理与电子学院,物理学,河南开封,475004)摘要:本文介绍了分形、维数的相关知识,并以简单分形做例子进行了演示,又求得了Sierpinski三角分形及埃侬映射的维数。 关键词:分形,维数,程序设计。 一、分形 分形(fractal)是指由各部分组成的形态,每个部分以某种方式与整体相似。对这一描述加以引伸,它可以包括以下含义: 分形可以是几何图形,也可以是由“功能”或“信息”架起的数理模型;分形可以同时具有形态、功能和信息三方面的自相似性,也可以只有其中某一方面的自相似性。 分形的创建历史: (1)曼德勃罗在美国《科学》杂志上发表论文《英国的海岸线有多长》震惊学术界(1967 年)。 (2)法兰西学院讲演报(1973年)。 (3)“病态”“数学怪物”命名——分形(Fractal)(1975年)。 (4)法文版《分形对象:形、机遇和维数》出版(1975年)。 (5)英文版《分形:形、机遇和维数》出版(1977年)。 (6)英文版《大自然的几何学》出版(1982年) 。 分形是由Mandelbrot在20世纪70年代为了表征复杂图形和复杂过程而引入自然领域的。原意是破碎的、不规则的物体。分形分为两类,规则分形,又称决定类的分形,它是按一定的规则构造出的具有严格自相思的分形;另一类是无规则的分形,它是在生长现象中和许多物理问题中产生的分形,其特点是不具备严格意义上的自相似,只是在统计意义上是自相似的。本文研究的是规则分形。 有以上可知,自相似性是分形最大的几何特征。下面我们就科赫曲线和Sierpinski对此进行讨论。 1、科赫曲线 科赫曲线的生成方法:把一条曲线三等分,中间的一段用夹角为60的折线替代,得到第一个生成元;把第一个生成元中的每一条直线都用生成元迭代,得到第二个生成元;经过无数次迭代,即可得到科赫曲线。 实现程序如下: s=[0,1];t=[0,0];n=8; for j=1:n

立体几何-空间角求法题型(线线角、线面角、二面角)

空间角求法题型(线线角、线面角、二面角) 空间角能比较集中的反映学生对空间想象能力的体现,也是历年来高考命题者的热点,几乎年年必考。空间角是线线成角、线面成角、面面成角的总称。其取值范围分别是:0°< θ ≤90°、0°≤ θ ≤90°、0°< θ ≤180°。 空间角的计算思想主要是转化:即把空间角转化为平面角,把角的计算转化到三角形边角关系或是转化为空间向量的坐标运算来解。空间角的求法一般是:一找、二证、三求解,手段上可采用:几何法(正余弦定理)和向量法。下面举例说明。 一、异面直线所成的角: 例1如右下图,在长方体1111ABCD A B C D -中,已知4AB =,3AD =,12AA =。E 、F 分别是 线段AB 、BC 上的点,且1EB FB ==。求直线1EC 与1FD 所成的角的余弦值。 思路一:本题易于建立空间直角坐标系, 把1EC 与1FD 所成角看作向量EC u u u r u u u r 1与FD 的夹角,用向量法求 解。 思路二:平移线段C 1E 让C 1与D 1重合。转化为平面角,放到三角形中,用几何法求解。(图1) 解法一:以A 为原点,1AB AD AA u u u r u u u r u u u r 、、分别为x 轴、y 轴、z 轴的 正向建立空间直角坐标系,则有 D 1(0,3,2)、E (3,0,0)、F (4,1,0)、C 1(4,3,2),于是 11(1,3,2),(4,2,2)EC FD ==-u u u u r u u u u r 设EC 1与FD 1所成的角为β,则: 112222221121 cos 14132(4)22 EC FD EC FD β?===?++?-++u u u u r u u u u r u u u u r u u u u r ∴直线1EC 与1FD 所成的角的余弦值为 21 14 解法二:延长BA 至点E 1,使AE 1=1,连结E 1F 、DE 1、D 1E 1、DF , 有D 1C 1//E 1E , D 1C 1=E 1E ,则四边形D 1E 1EC 1是平行四边形。则E 1D 1//EC 1 于是∠E 1D 1F 为直线1EC 与1FD 所成的角。 在Rt △BE 1F 中, 2222115126E F E F BF = += += 。

路区间通过能力计算办法

路区间通过能力计算办法 1984年10月1日,铁道部 第一章总则 第1条为了保证铁路完成和超额完成不断增长的运输任务,以适应国民经济发展和国防建设对铁路运输的需要,铁路必须大力加强运输组织工作,采取有效措施,积极提高铁路线路通过能力。 铁路线路通过能力,是根据现有技术设备、行车组织方法及规定的技术作业过程确定的在一昼夜内所能通过的最大列车对数或列数。 铁路线路通过能力,系按区间、车站、机务段设备和整备设备、车站给水设备、电气化铁路的供电设备分别确定,以其中最小的通过能力,作为该区段的限制通过能力。 为了计算铁路区间通过能力,本办法规定了铁路区间通过能力的计算办法。 第2条铁路区间通过能力,是指每一区间在一昼夜内所能通过的列车数量(列数或对数)。 区间通过能力的大小,在一定的行车组织条件下,主要取决于正线数目、区间长度、线路纵断面、信联闭设备、牵引机车类型和列车运行速度等因素。 第3条计算区间通过能力时,应先计算平行运行图通过能力,再计算非平行运行图通过能力。 平行运行图通过能力,一般应按货物列车对数或列数计算;非平行运行

图通过能力,系在规定旅客列车数量的基础上,以扣除系数的方法计算出旅客列车和货物列车的对数或列数。 第4条铁路区间通过能力,由各铁路局或分局负责计算,并填制区间通过能力计算表及区间通过能力汇总表,经铁路局审核后报铁道部运输局。 第5条本办法系根据我国铁路现有技术设备条件及多年来编制和执行列车运行图的经验,规定了铁路区间通过能力的一般计算方法。个别特殊情况,由铁路局根据具体情况和特点,进行图解和计算。 第二章平行运行图区间通过能力 第6条平行运行图区间通过能力,应分别对区段内每一区间计算。运行图周期最大的区间通过能力,即为该区段的限制区间通过能力。 运行图周期,是指一定类型运行图的一组列车占用区间的总时间。其组成因素,在非自动闭塞区段包括:列车区间运行时分,起停车附加时分及列车在车站的间隔时间。在自动闭塞区段为追踪列车间隔时间。 平行运行图区间通过能力的基本关系式如下: 1440 N=―――― (1) T周 式中:N――平行运行图通过能力(对数或列数); 1440――一昼夜时分; T周――运行图周期。 电力牵引区段,由于每日须进行接触网检修,因此,其计算公式为:

水利计算公式.doc

1.河床稳定计算及河相分析 1.1.河床稳定计算 河床稳定指标可采用横向稳定指标、纵向稳定指标及综合稳定指标 3 种形式分析,以确定河道特性。 1.1.1.河道横向稳定分析 河道横向稳定系数按下式计算: 式中: 横向稳定系数; Q造床流量, m3/s ; J河床比降; B 相当于造床流量的平摊河宽,m。 1.1. 2.河道纵向稳定分析 水流对河床泥沙的拖曳力与床面泥沙抵抗运动的摩阻力之间的相互作用,决定河床的纵向稳定性。根据黄河水利出版社出版《治河及泥沙工程》中河道纵向稳定系数采用爱因斯坦水流强度函数按下式计算: 式中: 纵向稳定系数; D床沙平均粒径,mm; J河床纵比降; H河流平摊水深,m。

1.1.3.综合稳定指标 综合稳定指标是综合考虑河床的纵、横向稳定性。建议采用的公式为 2 (b)*h 1.2.河床演变分析与河相关系 调查工程区河道历史主流及河道变迁,分析工程区河道形态。共分为蜿蜒型河道、游荡型河道两种形式。 蜿蜒型河段一般凹岸崩退,凸岸淤长,凹岸深槽和过渡段浅滩在年内发生互相交替的冲淤变化。 游荡型河道的河岸及河床抗冲性较差,从长距离来看河道往往呈藕节状,其中窄段水流 归顺,有控制河势的作用,宽段则河床宽浅,洲滩密布,汊道交织,水流散乱,主流迁徙不 定。河道的平面状态可用“宽、浅、散、乱”四个字概括。 在水流长期作用下形成的河床,其形态有一定的规律,大量资料表明,表征河床形态的 水深、河宽、比降等,与来水来沙条件及河床地质条件之间,有一定函数关系,这种关系便 称为河相关系。 根据俄罗斯国立水文所提出公式,河道横断面河相关系公式为: B H 式中 : ξ 河相相关系数; B 造床流量下的水面宽(m); H造床流量下的平均水深(m); (蜿蜒型河道ζ 约为2~4,较为顺直的过渡性河段约为8~12,游荡型河道ζ 约为20~30)2.护岸结构设计 2.1.护岸顶高程确定 根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)(以下简称《堤防规范》)要求,堤顶高程为设计洪水位加超高值确定。堤顶超高按下式计算:

线段与角的计算及解题方法归纳

线段与角的计算及解题方法 求线段长度的几种常用方法: 1.利用几何的直观性,寻找所求量与已知量的关系 例1.如图1所示,点C分线段AB为5:7,点D分线段AB为5:11,若CD=10cm,求AB。 图1 分析:观察图形可知,DC=AC-AD,根据已知的比例关系,AC、AD均可用所求量AB表示,这样通过已知量DC,即可求出AB。 解:因为点C分线段AB为5:7,点D分线段AB为5:11 所以 又因为CD=10cm,所以AB=96cm 2.利用线段中点性质,进行线段长度变换 例2.如图2,已知线段AB=80cm,M为AB的中点,P在MB上,N为PB的中点,且NB=14cm,求PA的长。 图2 分析:从图形可以看出,线段AP等于线段AM与MP的和,也等于线段AB与PB的差,所以,欲求线段PA的长,只要能求出线段AM与MP的长或者求出线段PB的长即可。 解:因为N是PB的中点,NB=14 所以PB=2NB=2×14=28 又因为AP=AB-PB,AB=80 所以AP=80-28=52(cm) 说明:在几何计算中,要结合图形中已知线段和所求线段的位置关系求解,要做到步步有根据。 3. 根据图形及已知条件,利用解方程的方法求解

例3. 如图3,一条直线上顺次有A、B、C、D四点,且C为AD的中点,,求BC是AB的多少倍? 图3 分析:题中已给出线段BC、AB、AD的一个方程,又C为AD的中点,即,观察图形可知,,可得到BC、AB、AD又一个方程,从而可用AD分别表示AB、BC。 解:因为C为AD的中点,所以 因为,即 又 由<1>、<2>可得: 即BC=3AB 例4. 如图4,C、D、E将线段AB分成2:3:4:5四部分,M、P、Q、N分别是AC、CD、DE、EB的中点,且MN=21,求PQ的长。 图4 分析:根据比例关系及中点性质,若设AC=2x,则AB上每一条短线段都可以用x的代数式表示。观察图形,已知量MN=MC+CD+DE+EN,可转化成x的方程,先求出x,再求出PQ。 解:若设AC=2x,则 于是有 那么 即 解得:

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