路基病害识别算法与应用研究

本文通过对支持向量机原理以及路基病害特征的讨论和分析,提出了基于支持向量机的探地雷达回波信号识别算法;利用所提出的算法对探地雷达实测数据进行处理,试验结果表明该算法的识别效果优于神经网络算法,并且该算法克服了神经网络的过学习和局部极小值的缺点,是一种适合路基病害识别的高效算法.     

基于环境卫星CCD数据的太湖蓝藻水华监测算法研究

水体富营养化引起的蓝藻水华问题,是我国湖泊面临的主要环境问题,亟需加强现状监测和变化研究;我国自主研发的环境(HJ)卫星空间分辨率高,重访周期短,可用于长时间序列蓝藻水华的动态监测.本文利用HJ卫星CCD数据,通过自动控制散点回归的方法进行相对辐射校正,再将归一化植被指数和像元生长算法相结合,提出了一种可业务化运行的蓝藻水华高精度提取算法.该算法的优点为:(1)水华提取时具有统一的阈值,解决了以往一景影像一个阈值,无法大规模批处理的难题;(2)通过对像元进行线性分解,精度可达到亚像元级别.利用该算法对太湖2009—2014年蓝藻水华进行监测,发现2013—2014年太湖蓝藻水华较以往暴发面积偏小.研究表明,该算法对蓝藻水华识别能力强,自动化程度和水华提取精度高,可作为业务化算法运行.     

改进的高精度匹配追踪方法研究及应用

本文在常规算法的基础上,提出了一种改进的匹配追踪方法.该方法通过引入新的完备库构建策略,并以雷克子波作为原子,利用原始地震数据最大相关性估计完备库的原子的位置和能量,使得分解精度进一步提高,极大地提高了算法的适应性;为避免原子间隔过小问题,引进了最小原子间距,使得分解效率和分解质量进一步提高.模型试算和实际资料应用表明,本文算法不仅提高了信号稀疏表示的质量,加快了收敛速度,而且算法的适应性和分解精度也得到提高;该方法能够较好地挖掘地震有效信息,提高地震解释精度.     

电离层三维层析成像的自适应联合迭代重构算法

在电离层层析成像过程中,联合迭代重构算法是一种常用的反演算法.然而,该算法迭代收敛较慢,反演结果精度不高.为此,本文发展了一种自适应的联合迭代重构算法,该算法利用上一轮的电离层电子密度反演结果,自适应地调整松弛因子和加权参数.通过模拟数据和实测数据对该算法的反演结果进行了验证,并将得到的反演结果与电离层测高仪数据进行了比较,结果表明,该算法能够有效地反演电离层电子密度,且反演结果精度优于常用的联合迭代重构算法.     

电力供应系统地震安全性优化控制研究

在深入研究电力供应系统潮流分布特性、发电机出力和成本曲线特性、电力系统地震安全性分析与控制的基础上,将安全约束最优化控制算法运用于电力供应系统地震安全性控制中。通过对算法的网络线性分析模型、发电机出力约束条件、线路潮流约束条件和目标函数的深入研究,得出该算法的实施过程;而后,结合供电系统潮流分析的快速解耦法、安全性分析的灵敏度安全性分析法和本文的安全约束最优化控制算法,编写了相应的Fortran和Matlab计算程序,该程序能在较短的时间内计算出调度控制措施和调度费用;最后,通过一个实际算例的分析与计算,验证了该算法的实用性和优越性。本文工作可为震后供电系统功能快速恢复,减少供电系统经济损失,使系统功能得到最大发挥提供理论分析依据,具有很大的现实意义。     

基于复数道地震记录的匹配追踪算法及其在储层预测中的应用

匹配追踪算法是一种高精度的非线性的时频分析方法.该方法自从提出以来在地球物理学领域得到了广泛的应用.在以前的应用中,作者们都是在实信号的基础上对算法原理作了适当的简化.本文在复数地震道的基础上,基于复Morlet子波,阐述了匹配追踪算法的原理及其算法实现过程,并给出了具体的算法流程图.通过与传统的时频分析的比较,验证了该算法具有较高的时频分析精度.对于实际资料的应用表明,该算法能够很好的显示储层的位置与边界.     

一种基于投影变换的旋转型CL重建算法

相对于传统计算机断层成像(CT),计算机层析成像(CL)对于扁平状物体的检测具有独特的优势。旋转型CL不严格满足滤波反投影(FBP)算法的条件,针对这一问题本文提出了一种基于投影变换的旋转型CL FBP重建算法。首先介绍了旋转型CL的扫描结构;然后阐述了该结构下投影的生成方法及基于投影变换的投影数据重构方法;最后利用重构后投影数据进行滤波反投影,并通过仿真重建实验验证了算法的有效性。      

超高阶次Legendre函数的跨阶数递推算法

本文引入了Legendre函数的跨阶数递推算法,并利用该算法在双精度数范围内计算了按间隔为1°余纬从1°变化至89°对应的直到完整的20000阶次的归一化连带Legendre函数的值.为验证计算精度,通过多种途径对该算法的计算结果进行检验,结果表明:该算法算得的每个阶次连带Legendre函数的值至少具有10-10这样的绝对精度.此外还对该算法的计算用时进行了统计,结果为该算法的计算用时大约是Legendre函数计算中常用的按阶数递推算法用时的1.6倍.     

基于非结构化网格的最小二乘逆时偏移

相对于传统的逆时偏移,最小二乘逆时偏移具有更高的成像质量,这种改善是通过迭代反演来获得的,另外其精度与效率依赖于求解波动方程算法的精度与效率.本文给出了基于非结构化网格的最小二乘逆时偏移的方法,该方法能够充分结合最小二乘算法与非结构化网格精细刻画地下界面以及随速度自适应剖分的优点;并采用带补偿的拉普拉斯滤波算法,来消除梯度计算中的低频噪声,从而加速目标函数的收敛速度.通过简单倾斜模型以及复杂Marmousi模型测试,显示了该方法的有效性和潜力.     

一种改进投影系数计算的快速ART算法

代数重建(ART)是图像重建领域中的重要方法。为了提高ART算法的重建速度,本文提出了一个新的通过判别射线与网格的相交状况快速计算投影系数的算法。该算法主要使用简单的诸如加减法以及比较运算来计算投影系数。避免了传统算法中的求交排序计算,因而重建速度大大提升。仿真实验使用Shepp-Logan模型,实验结果显示该算法重建效率优于传统算法。     

瞬变电磁法正演计算进展

详细介绍了瞬变电磁法正演计算的方法、现状和发展趋势.瞬变电磁法一维正演计算需要将电磁场从频率域转换至时间域,转换方法有三种,分别是Gaver-Stehfest算法、余弦变换和Guptasarma算法.在这三种方法中,使用较多的是Gaver-Stehfest算法和余弦变换,Gaver-Stehfest算法速度较快,但精度不及余弦变换.瞬变电磁法的数值模拟主要集中于2.5维和三维,使用的数值计算方法有积分方程法、有限差分法、有限单元法和SLDM法.积分方程法主要在三维数值模拟中使用,现已很少使用;有限差分法和有限单元法是目前瞬变电磁法2.5维和三维数值模拟的主要方法;SLDM法主要应用于三维数值模拟.我国瞬变电磁法正演计算成果主要集中在回线源激发的瞬变电磁场一维数值计算和利用有限单元法进行2.5维和三维数值模拟.瞬变电磁法正演计算的发展趋势有:数值算法的改进、提高计算效率和研究地形对瞬变电磁场的影响规律.     

机载探地雷达数值模拟及逆时偏移成像

机载探地雷达可以用于人类无法到达的危险地区、植被严重覆盖的地下目标体探测,然而由于机载探地雷达的特殊性,影响机载探地雷达探测效果的因素包括天线的极化方向、天线的飞行高度以及地表粗糙度等.为了研究这些影响因素与探测效果之间的关系,用三维时间域有限差分模拟电磁波的传播过程,以沙漠地区地下空洞掩体的机载探地雷达探测为实例,分别模拟了不同天线极化方向、天线高度及地表粗糙度情况下的机载探地雷达剖面,分析了各因素对机载探地雷达探测地下空洞目标体的影响.天线极化方向与目标体走向垂直更有利于地下目标体探测;天线距离地表越近,可以获得更高分辨率的雷达剖面;沙漠地表起伏越大,雷达剖面中的散射杂波能量越强,浅部地下目标体信号容易被掩盖.为了消除起伏地形造成的散射杂波,提出用逆时偏移成像技术对共炮集机载探地雷达数据进行偏移成像,成像结果优于基尔霍夫偏移成像结果.     

时间域航空电磁2.5维非线性共轭梯度反演

对于时间域航空电磁法二维和三维反演来说,最大的困难在于有效的算法和大的计算量需求.本文利用非线性共轭梯度法实现了时间域航空电磁法2.5维反演方法,着重解决了迭代反演过程中灵敏度矩阵计算、最佳迭代步长计算、初始模型选取等问题.在正演计算中,我们采用有限元法求解拉式傅氏域中的电磁场偏微分方程,再通过逆拉氏和逆傅氏变换高精度数值算法得到时间域电磁响应.在灵敏度矩阵计算中,采用了基于拉式傅氏双变换的伴随方程法,时间消耗只需计算两次正演,从而节约了大量计算时间.对于最佳步长计算,二次插值向后追踪法能够保证反演迭代的稳定性.设计两个理论模型,检验反演算法的有效性,并讨论了选择不同初始模型对反演结果的影响.模型算例表明:非线性共轭梯度方法应用于时间域航空电磁2.5维反演中稳定可靠,反演结果能够有效地反映地下真实电性结构.当选择的初始模型电阻率值与真实背景电阻率值接近时,能得到较好的反演结果,当初始模型电阻率远大于或远小于真实背景电阻率值时反演效果就会变差.     

Induced polarization in a 2.5D marine controlled-source electromagnetic field based on the adaptive finite-element method

The induced polarization (IP) in rocks and minerals is of significance to the marine controlled-source electromagnetic (CSEM) field. We propose an adaptive finite-element algorithm for the 2.5D frequency-domain forward modeling of marine CSEM that considers the induced polarization. The geoelectrical model is discretized using an unstructured triangular elemental grid that accommodates the complex topography and geoelectrical structures. We use the Cole–Cole model to describe the IP and develop a complex resistivity forward modeling algorithm. We compare the simulation results with published 1D model results and subsequently calculate the electromagnetic field for variable azimuth sources, IP parameters, and topography. Finally, we analyze the IP effect on the marine CSEM field and show that IP of oil reservoirs and topography affects the marine CSEM electromagnetic field.     

2.5维地震波场褶积微分算子法数值模拟

早期的褶积微分算子都是基于正反傅立叶变换而实现的,其精度比四阶有限差分的精度稍高,本文将计算数学中的Forsyte广义正交多项式微分算子与褶积算子相结合,构建了一个新的快速、高精度褶积微分算子,其计算结果非常接近实验函数微分的精确值,精度与16阶有限差分的精度相当,远优于错格伪谱法的精确度.另外,2.5维数值模拟比二维模拟可以更真实地模拟三维介质的臬个剖面的波场,并且2.5维地震波模拟的计算量比三维模拟的计算量及计算耗时要大大减少.本文利用基于Forsyte广义正交多项式褶积微分算子法计算2.5维非均匀介质地震波场,模拟结果表明,该算法的计算速度快,计算精度高,能够直观、高效地反映复杂介质中波场的传播规律,并且2.5维波场数值模拟具有更高的计算效率,是一种非常值得深入研究并广泛应用的方法.     

Using multicomponent GPR to monitor cracks in a historical building

We tested the usefulness of acquiring multicomponent GPR data to detect cracks in a historical building, and to monitor their dynamics, caused by a slowly and irregularly moving landslide. We used 2 GHz bipolar antennas in a configuration that allows for acquiring the in-line and cross-line electric field components with x- and y-directed antennas. The 2 × 2 data matrix was collected on a floor in the building along transects at four different times over a period of one year. The data were processed with a standard 2D scalar algorithm and with the latest 3D single component vector algorithm that corrects for antenna effects. We have implemented a 3D single component vector migration algorithm in a 2.5D sense to produce 2D slices of a 3D vector migration image by applying the algorithm on line data. This procedure allows for migrating single component line data taking into account all vector effects as well as three-dimensional wave propagation. We show that the 2.5D vector migration images have a much better in-line resolution than the migration images obtained by applying a standard 2D scalar migration algorithm.The GPR profiles agree with the a priori information about the structure of the floor. In particular, we detected two different types of anomalies, only a few of which can be due to utilities and to metallic mesh. Some shallower anomalies agree well with the cracks visible on the tiling, suggesting that some cracks can be directly detected using GPR. Visually there were no changes in the cracks on the floor and no clear changes in the GPR data could be attributed to possible subsurface changes in the cracks. The variations in the GPR images seemed primarily caused by changes in the coupling of the antennas with the investigated structure (floor) depending on the season when the measurements were made. For this reason the monitoring aspect of the survey is not successful.     

Prediction of strong earthquakes in Vrancea,Romania, using the CN algorithm

The application of the CN algorithm to a new earthquake catalogue, for the period from 1932 to 1993, obtained by merging Romanian and U.S.S.R. data, allows us to monitor, on the intermediate time scale. the preparation of strong, intermediate-depth earthquakes in the Vrancea region. Four of the five strong earthquakes with magnitudes above 6.4 are predicted. The total duration of the Time of Increased Probability (TIP) of the occurrence of an earthquake (TIP) occupies 21.7% of the time interval under consideration, i.e., about 2.5 years for each strong earthquake.     

Gravity Anomalies of 2.5-D Multiple Prismatic Structures with Variable Density: A Marquardt Inversion

We present an inversion technique based on the Marquardt algorithm to estimate the depth of a 2.5-D sedimentary basin in addition to the regional gravity anomaly that is associated with the residual gravity anomaly, wherein the density contrast varies parabolically with depth. Forward modeling is carried out through a derived analytical gravity expression of a 2.5-D vertical prism. Inversion of a theoretical gravity anomaly with and without a regional gravity anomaly illustrates the procedure that it is found to be insensitive to the regional gravity effect. Furthermore, the algorithm is exemplified with the gravity anomalies of the derived density-depth model of the Godavari subbasin, India with a parabolic density profile resulting in a more consistent geological model rather than a constant density profile. The main advantage of this method is that it works well even when the profile of interpretation does not bisect the strike length of the sedimentary basin.     

三维测量光流恢复算法结合BIM对震后建筑倾斜度测量的研究

震后危险建筑倾斜度的移动测量过程较为复杂,常规测量方法会存在对称偏差。为了提高震后危险建筑倾斜度测量的准确性,设计三维测量光流恢复算法结合BIM的震后建筑倾斜度测量方法。采用BIM技术采集并整合全部建筑倾斜度信息,构建危险建筑信息模型;采用三维测量光流恢复算法获取所构建建筑信息模型内多个目标特征点,设计震后危险建筑倾斜度的三维测量模型。仿真实验说明,所提方法测量震后危险建筑三维坐标值误差率均小于0.4%,平均评估时间仅为2.5 s,说明该方法可提高建筑倾斜度评估效果。     

Numerical Estimate of the Spectral Resonance Structure Frequency Scale of Natural ULF Magnetic Field

The spectral resonance structure (SRS) of the magnetic component of natural electromagnetic noise in the frequency range 0.5 – 2.5 Hz is investigated to estimate the frequency scale of the structure. The magnetic field data recorded at 49°20'N, 22°40'E, in the Bieszczady Mountains, Poland, at night hours of May 1996 – 2001 are used. It is assumed that the resonant frequency pattern of the ionospheric Alfvén resonance (IAR) appears in the spectral resonance structure. Both a model of the ionospheric Alfvén resonance for night-time conditions of the ionosphere and an algorithm of evaluating the frequency scale are presented. The algorithm is applied to the experimental data. The results are compared to those obtained with the International Reference Ionosphere model.