基于RS和GIS的建筑物空间分布格网化方法研究

本文在概述目前地震风险评估以及震后快速评估中建筑物空间分布格网化处理方法基础上, 提出了基于遥感和GIS的多源数据多因子建筑物空间分布格网化方法。 以云南省东川区为例, 利用DEM数据、 土地利用数据、 基础地理数据等, 提取地形、 地貌、 河流、 道路、 居民地和其他土地利用类型等各种影响因子, 以300 m格网为单元, 研究了建筑物空间分布与各类影响因子之间的相关性, 确定了各类子因子的建筑面积密度, 实现了建筑物空间分布格网化预测。 综合分析表明, 考虑多影响因子的建筑物空间非均匀性分布, 较传统的均匀性分布方法更接近真实空间分布, 因而有助于提高地震风险评估和震后快速损失评估的准确性。     

基于多源数据的建筑物空间分布格网化方法研究

利用多源数据将建筑物空间分布格网化,得到格网的单元数据,为区域地震灾害损失预评估和地震灾后快速评估提供较为详尽的建筑物格网数据支撑.以宁夏回族自治区平罗县为例,在数字城市建筑物数据、地理国情监测建筑物数据等基础上,结合高分辨率遥感影像进行目视解译,判读和更新建筑物图斑,再通过外业调绘、无人机航拍等手段对建筑物进行验证调查,得到完整的单体建筑物数据.最后再通过GIS软件的空间运算赋值,得到500m×500m的建筑物格网数据.结果表明:运用该方法得到的平罗县空间化建筑物格网数据,能够更真实地表达建筑物空间分布特点,对破坏性地震的灾害损失快速评估以及应急救援决策部署有很好的指导意义.     

基于天地图高精度建筑物的四川宝兴县人口估算

为了提高震前灾害风险评估和震后灾情快速评估工作中人口空间分布估计的准确性,利用2016年四川宝兴县乡镇人口数据及天地图中的建筑物数据,运用居住建筑人口密度方法得到四川宝兴县各乡镇居住建筑物尺度的人口分布矢量数据,并利用实地调研获取的单体建筑物实际人口进行精度验证。实验结果表明:以居住建筑物体积作为人口空间分布指示因子建模,得到的拟合精度为0.9027,人口平均相对误差为15.23%,结果具有可靠性,可为震前灾害风险评估和震后灾情快速评估提供更为可靠的数据支撑。     

基于手机位置数据的四川九寨沟7.0级地震人流分析

2017年8月8日四川九寨沟7.0级震后,浙江省地震局利用大数据采集了1031.99万条手机位置记录和4.46万个空间格网位置。本文结合24hr连续定位的手机数据,使用手机位置数据分别对九寨沟灾区人口从时间和地理维度上进行了量化分析,估计了多维人口分布的偏差,同时,探讨了剔除微观误差数据用户来估算灾区通讯基站退服分布的方法。该项工作为震后快速获取灾区人口实时动态分布提供了有效途径,同时也为地震灾害评估提供了较准确的依据。     

基于风险普查建筑物隐患数据和夜间灯光数据的云南省盈江县人口分布精细化研究

现有的在地震应急中人口空间化数据因制作方法、数据来源不同,导致人口空间化产品存在较大差异,人口空间分布数据无法满足震后地震应急期间数据需求。以云南省盈江县为研究区,基于第七次全国人口普查盈江县数据、第一次自然灾害风险普查数据和夜间灯光遥感影像数据,利用空间叠加法计算人口分布权重,结合面积权重得到盈江县100 m×100 m格网的人口空间化结果。经精度评定,研究区所有乡镇人口空间化相对误差绝对值均小于0.6%,与2020年乡镇街道人口统计数据的相关系数R²接近1。结果表明,结合乡镇尺度人口统计、夜间灯光影像和重点隐患调查等数据所构建的人口空间化模型,所获100 m×100 m格网的人口密度数据精度得到了显著提高。     

基于格网的全国尺度地震灾害损失预测系统设计与实现

空间格网数据相比于矢量数据具有运算速度快、处理简单的特点,适合地震灾害损失震前预测或震后快速评估。但地震损失评估涉及地震危险性及人口、房屋建筑及其地震易损性等不同类型数据在全国范围内的千米格网分布,数据量大,数据变化时形成新的格网数据的工作量较大,使用常规震害预测算法会影响评估效率。依据地震损失评估原理,采取前置确定性损失评估策略和算法优化,结合GIS功能设计并编程实现了具有风险评估相关数据千米格网化处理、地震损失预测与震后快速评估等核心功能的软件系统。利用该系统进行了2016～2025年中国大陆千米格网地震损失预测,结果表明评估效率显著提高,该系统为我国新一代地震重点监视防御区的确定提供了实用化的震害损失预测工具,同时,在地震损失快速评估中亦得到较好应用。     

人口、房屋数据空间化及在2021年拜城MS5.4地震中的应用

地震灾情快速评估依赖于震区准确的人口、房屋等设施的数量和空间分布,是震后地震应急救援、地震烈度评估的核心支撑。以阿克苏地区的居民点、POI数据为基础,采用核密度估算结合道路分布和房屋占地面积的方法,构建了人口密度权重模型,获得了研究区1 km×1 km的人口、房屋格网数据。结果显示,各乡镇实际人口数量与模拟人口数量线性拟合相关系数为0.909,线性拟合相对较好,表明人口空间化结果达到了较高精度。为了更好地验证上述方法和数据,以2021年拜城M_S5.4地震为例,叠加对比分析震区人口、房屋格网数据与地震评估区之间的定量关系。按照地震评估区进行了人口、房屋面积的模拟,该数据与实际现场数据之间误差较小,能够满足震后地震灾情快速评估的需求,可为灾害预评估及地震现场灾害快速评估等工作提供可靠依据和支撑,同时空间化的方法也为后续该方向的研究提出了一个新的思路。     

山西省人口空间公里格网分布模型研究

精准的人口分布信息是震后灾害快速评估、应急救援决策的重要依据。本文应用居民地这一与人口分布密切相关的基础数据,结合居民地建筑物给出不同区域人口权重,以人口统计数据为总量控制,完成人口空间公里格网数据模型建立,并与夜间灯光数据、道路数据、实际调研数据等进行对比分析。结果表明,该人口分布模型可靠性高,可为震后灾害快速评估、应急救援决策提供可参考的人口数据。     

基于无人机热红外遥感数据的地震倒塌房屋提取

遥感技术具有高效、快速获取大范围地表信息的能力,因而被广泛应用于建筑物分布和高度等参数的获取,以及震后灾情快速获取等工作,如震后倒塌房屋的研判和提取、震后滑坡、堰塞湖等次生灾害的识别等.但是,目前常用的可见光遥感技术无法在夜间获取信息.为了提高震后夜间获取灾情信息的能力,文中以北川地震遗址作为研究区,尝试利用无人机获取热红外遥感数据,并进行倒塌房屋的提取研究.将可见光遥感数据提取的倒塌房屋作为真值进行对比,发现热红外遥感数据可用于夜间倒塌房屋的识别,其总体精度为0.86,其中3种破坏类型房屋的用户精度都在0.8以上.     

一个非均匀密度分布的人口房屋格网数据模型

介绍了人口、房屋数据空间化的方法,以伊犁地区为例建立了一个符合非均匀密度分布的公里格网人口和房屋数据模型,并将其进行空间化,最后利用实地调查数据对结果进行了验证。通过数据检验,公里格网的人口密度数据、房屋密度数据客观地反映了伊犁地区统计单元内承灾体的空间分布,具有较高的精度,为地震应急救援和决策提供可靠的依据。     

单震相微地震事件识别与反演

为了对单震相微地震事件进行识别,同时将识别出来的微地震事件进行定位.根据单一震相任意两道到时差与微地震事件、检波器空间位置及震相速度关系的特征规律,研究了单震相微地震事件识别方法.首先分析到时差与以上各变量的内在变化规律,建立起到时差与各变量之间的定量计算关系,然后就相邻道到时差和检波器排列的首尾两道到时差,研究了具体...     

CPU/GPU协同计算在频率域二维全波形反演中的应用

全波形反演利用波场的运动学和动力学信息重建地下物理参数,是建立高精度速度模型的有效手段,巨大的计算量是制约其实用化的瓶颈之一。本文针对全波形反演中频率域正演的复杂计算问题,采用粗细结合的并行策略,将MPI技术应用于多炮间并行计算,同时利用GPU技术加速正演过程中大型稀疏线性代数方程组的求解,以提高频率域全波形反演的计算效率。通过理论模型验证本文方法的正确性和有效性,给出不同数据量与GPU计算效率的相关分析结论,提出频率域全波形反演CPU/GPU协同并行计算的制约瓶颈和发展方向。      

高精度静态人口空间分布研究——以银川市西夏区为例

地震发生后，人口空间分布密度是决定救援力量部署的重要依据。然而，高精度人口空间分布数据存在获取和更新困难的问题，缺少有效的解决途径。以银川市西夏区为例，基于高空间分辨率遥感影像，通过建筑物解译与实地调查相结合的方式获取住宅建筑物信息，建立人口与住宅建筑物之间的关系模型，得到更客观真实的人口空间分布情况。研究结果表明，以高空间分辨率遥感影像解译住宅建筑物作为人口空间分布指示因子建模，得到的总体预测人口误差率为3.56%，人口平均相对误差率为9.19%，研究结果具有较高的可靠性，为震前灾害风险评估和震后灾情快速评估提供可靠的人口空间分布数据。     

面向震灾调查和基础数据支撑的县级尺度下村镇民居空间化研究——以黑龙江省为例

为了能够快速有效地掌握地震现场调查工作中村镇民居的空间分布情况,并建立村镇县级尺度的不同结构类型民居的基础数据库,本文以黑龙江省为例,对县级尺度下的村镇民居的空间化展开了相关的研究。第一,基于已有的统计资料,分析并提取对村镇民居数量空间分布有影响的因素。第二,利用双变量相关分析方法,以相关系数为评价指标,研究了所提取的影响民居分布的因素,即地区总建筑面积、地区生产总值、购(建)房费用对村镇民居分布的影响程度;第三,基于村镇民居基础数据和相关统计资料,构建了多元线性回归模型,给出了黑龙江省砖砌体房屋和土坯房屋的空间分布规律,经验证本文给出的模型有较高的精度,并且利用GIS技术得到了黑龙江省村镇民居县级尺度的空间分布。本文所得到的村镇民居空间分布,在以下两个方面都起着重要的作用:首先,当有重大地震发生时,可以高效准确地给出灾区村镇民居的数量空间分布,为地震现场调查工作提供基础数据的支持;其次,在未来的村镇民居规划与易损性分析过程中,可提供相应的技术支持和数据支持。     

基于柯西分布约束和快速近端目标函数优化的三维重力反演方法

优化算法的选取在很大程度上影响着三维重力反演的计算效率,从而制约着三维重力反演的实用性.在复杂地质构造背景下,不同岩性单元之间可能会发生物性突变,产生尖锐边界.为此,本文提出了一种新的基于柯西分布约束和快速近端目标函数（Fast Proximal Objective Function,FPOF）优化的三维重力反演方法.FPOF优化方法的一个突出特点是在每一步迭代过程中逐一计算剖分网格内的未知密度参数,因此,有较低的计算复杂度和较高的计算效率.此外,目标函数中柯西范数（Cauchy norm）的引入会对反演结果施加稀疏性,有助于产生块状效果.理论模型测试表明,本文方法不仅能产生更加聚焦的反演效果,而且反演所需的时间也比传统的共轭梯度优化方法少.最后将本文方法应用于我国西部某地区实际重力数据,反演结果与已知的地质信息有较好的一致性.     

An integrated optimization algorithm for parameter structure identification in groundwater modeling

The inverse problem of parameter structure identification in a distributed parameter system remains challenging. Identifying a more complex parameter structure requires more data. There is also the problem of over-parameterization. In this study, we propose a modified Tabu search for parameter structure identification. We embed an adjoint state procedure in the search process to improve the efficiency of the Tabu search. We use Voronoi tessellation for automatic parameterization to reduce the dimension of the distributed parameter. Additionally, a coarse-fine grid technique is applied to further improve the effectiveness and efficiency of the proposed methodology. To avoid over-parameterization, at each level of parameter complexity we calculate the residual error for parameter fitting, the parameter uncertainty error and a modified Akaike Information Criterion. To demonstrate the proposed methodology, we conduct numerical experiments with synthetic data that simulate both discrete hydraulic conductivity zones and a continuous hydraulic conductivity distribution. Our results indicate that the Tabu search allied with the adjoint state method significantly improves computational efficiency and effectiveness in solving the inverse problem of parameter structure identification.     

基于Born波路径的高斯束初至波波形反演

为了提高表层速度反演精度,本文提出了一种新的波形反演方法.该方法只利用初至波波形信息以减少波形反演对初始模型的依赖性,降低反演多解性与稳定性.由于只利用初至波波形信息,所以该方法利用高斯束计算格林函数和正演波场,以减少正演计算量.为了避免庞大核函数的存储,该方法基于Born波路径,利用矩阵分解算法实现方向与步长的累加计算.将此基于Born波路径的初至波波形反演方法应用于理论模型实验,并与声波方程全波形反演和初至波射线走时层析方法相对比,发现该方法的反演效果略低于全波形反演方法,但明显优于传统初至波射线走时层析方法,而计算效率却与射线走时层析相当.同时,相对于全波形反演,本文方法对初始模型的依赖性也有所降低.     

基于射线追踪的微地震多波场正演模拟

对于微地震正演模拟,本文以射线追踪的原理为基础,对两点间的射线追踪问题进行了研究,应用二分算法、改进二分算法和微变网格算法对水平层状匀速模型、弯曲层状匀速模型和复杂地质模型进行射线追踪,使得计算效率和适用范围都得到了很大的改善.文中对每种算法误差范围和计算效率进行了对比验证,对于不同的地质模型,选用合适的算法才能在计算速度和精度上得到双重保证,最后正演模拟了多波三分量记录.在模型建立上引入了超薄层概念,并在前人模拟的直达波、透射波、反射波基础上拟了折射波,使正演模拟的多波场信息更丰富.文中的应用实例及模型结果表明:与二分法相比,改进二分法能够对弯曲界面进行射线追踪,并能保证结果的精度.弯曲层状模型中,改进二分法与微变网格法相比计算速度有显著提高,能够应用到资料的反演中.     

一种全局优化的隐式交错网格有限差分算法及其在弹性波数值模拟中的应用

在数值模拟中,隐式有限差分具有较高的精度和稳定性.然而,传统隐式有限差分算法大多由于需要求解大型矩阵方程而存在计算效率偏低的局限性.本文针对一阶速度-应力弹性波方程,构建了一种优化隐式交错网格有限差分格式,然后将改进格式由时间-空间域转换为时间-波数域,利用二范数原理建立目标函数,再利用模拟退火法求取优化系数.通过对均匀模型以及复杂介质模型进行一阶速度-应力弹性波方程数值模拟所得单炮记录、波场快照分析表明:这种优化隐式交错网格差分算法与传统的几种显式和隐式交错网格有限差分算法相比不但降低了计算量,而且能有效的压制网格频散,使弹性波数值模拟的精度得到有效的提高.