改进的有序聚类分析法提取时间序列转折点

对有序聚类分析法进行改进,使其更加适用于序列转折点或突变点的提取。分别将传统和改进的有序聚类方法应用在长江下游区域年平均气温系列的转折点提取中,对两种方法提取的结果与滑动平均的结果进行比较,发现改进的方法更接近于实际。对提取点分别采用秩和检验法、游程检验法进行检验,均通过了α=0.05的置信度检验,改进后的置信度比改进前更高。     

基于主成分聚类分析的地下水化学分类方法

根据新疆巴里坤县汉水泉地区20组承压水水样的K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、C~l-和HCO_3~-等7个化学指标检测数据,采用舒卡列夫分类法进行地下水水化学类型分类。结果显示,部分同类型之间组分含量差异较大而不同类之间组分含量差异较小,分析认为是舒卡列夫分类法划分界限人为性太强导致的。因此,我们采用主成分聚类分析法代替舒卡列夫分类法,对水化学类型进行分类。本文借助SPSS软件进行主成分分析,提取2个主成分,将主成分得分作为指标进行聚类分析,最终将20组水样划分为6类。主成分聚类法通过消除变量之间的相关性使结果更加客观合理。     

基于数学统计法的海岸带溢油指纹鉴定研究：以大连石油污染事件为例

基于数学统计模式对溢油的指纹进行数字化识别对实现快速、准确进行溢油鉴别具有重要意义。介绍了重复性限法、聚类分析法和t检验法等多元统计分析方法进行溢油鉴别的方法、原理及鉴别原则;并以大连“七一六”输油管道爆炸事故为典型溢油案例,采用重复性限法对溢油鉴别常规诊断比值进行评价和筛选,并利用聚类分析法和t检验法对大连金沙滩和海贝广场附近出现的油污进行了污染源的有效鉴定。     

地层划分中有序地质量分割法

有序地质量最优分割法,目前国内应用较广,而一些简便分割法却不多见。本文欲对所知的几种方法予以比较,并提出增补意见。一最早由费歇(Fisher,1958)提出的有序样品聚类法(最优分割法),简称V型法,是目前地层划分中较普遍采用的数学方法。 V型法从有序样品分段的段内特征差异尽可能小,段间特征差异尽可能大的原则出发,寻求最优的分段结果。在数学上用方差(或离差平方和)来定义。     

东湖污染物来源的智能识别方法

为识别东湖污染物来源,建立排污口与主要致污因子之间的对应关系,提出了污染物来源智能识别方法;该方法巧妙耦合了对应分析、模糊C-均值聚类及聚类有效性函数等方法,并用加速遗传算法有效解决了这一复杂问题。使用该方法于东湖污染物来源识别,快速得出了排污口与污染物之间的6类对应关系,为东湖污染综合治理提供了合理的决策依据。该方法在排污口众多、污染物来源复杂的城市水体污染治理中,具有一定的推广应用价值。     

基于DBSCAN选择性聚类集成的岩体结构面优势产状分组方法

针对单个结构面聚类模型存在误判或漏选风险、难以有效识别噪点与孤值等问题,提出利用具有噪声的基于密度的聚类（DBSCAN）算法进行选择性聚类集成的岩体结构面优势产状分组方法。首先,将结构面产状进行空间坐标转换,以单位法向量的夹角正弦值作为相似性度量标准。进而,基于DBSCAN算法构建一定数量具有差异性的基聚类器,借助选择性聚类集成技术挑选出部分优异的基聚类器。最后采用一致性集成技术融合这些基聚类器,获得一个高可靠度的选择性聚类集成结果。将该方法应用于DIPS软件数据集与松塔水电站坝址区结构面勘察中,检验了该方法的可行性与有效性。研究结果表明：该方法聚类效果显著优于常见聚类算法,聚类结果客观合理,不仅能有效标识出噪点与孤值,还克服了单个模型易过分割或欠分割的不足。该研究成果对准确确定结构面优势组具有一定的工程价值。     

疏勒河干流中上游径流量变化趋势研究

通过对疏勒河干流出山口昌马堡水文站多年年平均流量资料分析研究,揭示了疏勒河出山口控制站径流量变化的基本规律。根据有序聚类分析法、线性趋势回归检验、坎德尔秩次检验、斯波曼秩次检验,研究发现多年径流量呈现增长的趋势,1956-1997年并不显著,1998年为径流突变年份, 1998-2017年径流量突增,多年平均流量1998-2017年比1956-1997年增加56.1%。     

基于聚类分析的华蓥山褶皱山系地下水水化学分类研究

岩性、岩石结构、地下水径流条件等不同,地下水水化学组分差异较大。研究地下水的水化学组分,对掌握水文地质条件有及其重要的作用。通过聚类分析对华蓥山地区所取水样进行聚类,取并类距离d=9将22组水样分为5类,聚类结果反映该地区的岩溶水的水化学特征,结合分类能更清楚地掌握该地区同类泉点的补径排特征,进一步研究该地区的水文地质条件。     

气候变化和人类活动影响下西江梧州站降水径流演变研究

本文采用回归分析法、Mann-Kendall秩次相关检验法、有序聚类分析法、均值检验法、小波分析对1946～2007年西江梧州站降水、径流时间序列的演变进行了综合分析,并运用Pearson相关分析法研究西江梧州站降水与径流的相关关系,最后,基于神经网络模拟的年径流结果,定量分析气候变化和人类活动对西江梧州站径流变化的影响程度.结果表明,年降水量变化趋势不明显,在1953年、1975年发生突变,存在2年、4年、12年和22年左右的周期;但年径流量有明显的下降趋势,倾向率达68.516亿m3/10a,在1952年发生突变,存在3年、16年和24年左右的周期;气候变化和人类活动影响下,气候变化是西江梧州站年径流量减少的主要原因.     

基于交会图与模糊聚类算法的复杂岩性识别

针对复杂岩性识别中存在的模糊性,应用交会图和模糊聚类方法对复杂岩性储层的岩性识别问题进行了研究。首先依据岩心取样进行岩性归类,然后通过交会图技术确定了9个对岩性反映较明显的参数,并建立起研究区域的岩性样本集。最后,通过模糊聚类的识别模式,依最大隶属度的原则,建立了岩性判别方法,并应用该方法对海拉尔盆地的岩性进行了识别,取得较好的效果。     

Evaluating differences in spatial visual attention in wayfinding strategy when using 2D and 3D electronic maps

With the evolution of mapping technology, electronic maps are gradually evolving from traditional 2D formats, and increasingly using a 3D format to represent environmental features. However, these two types of spatial maps might produce different visual attention modes, leading to different spatial wayfinding (or searching) decisions. This study designs a search task for a spatial object to demonstrate whether different types of spatial maps indeed produce different visual attention and decision making. We use eye tracking technology to record the content of visual attention for 44 test subjects with normal eyesight when looking at 2D and 3D maps. The two types of maps have the same scope, but their contents differ in terms of composition, material, and visual observation angle. We use a t test statistical model to analyze differences in indices of eye movement, applying spatial autocorrelation to analyze the aggregation of fixation points and the strength of aggregation. The results show that aside from seek time, there are significant differences between 2D and 3D electronic maps in terms of fixation time and saccade amplitude. This study uses a spatial autocorrelation model to analyze the aggregation of the spatial distribution of fixation points. The results show that in the 2D electronic map the spatial clustering of fixation points occurs in a range of around 12° from the center, and is accompanied by a shorter viewing time and larger saccade amplitude. In the 3D electronic map, the spatial clustering of fixation points occurs in a range of around 9° from the center, and is accompanied by a longer viewing time and smaller saccadic amplitude. The two statistical tests shown above demonstrate that 2D and 3D electronic maps produce different viewing behaviors. The 2D electronic map is more likely to produce fast browsing behavior, which uses rapid eye movements to piece together preliminary information about the overall environment. This enables basic information about the environment to be obtained quickly, but at the cost of the level of detail of the information obtained. However, in the 3D electronic map, more focused browsing occurs. Longer fixations enable the user to gather detailed information from points of interest on the map, and thereby obtain more information about the environment (such as material, color, and depth) and determine the interaction between people and the environment. However, this mode requires a longer viewing time and greater use of directed attention, and therefore may not be conducive to use over a longer period of time. After summarizing the above research findings, the study suggests that future electronic maps can consider combining 2D and 3D modes to simultaneously display electronic map content. Such a mixed viewing mode can provide a more effective viewing interface for human–machine interaction in cyberspace.     

基于数据融合的边坡临滑状态确定方法

安全监测及数值模拟是评估边坡稳定性状态的两种重要手段,但是,如何根据监测信息及数值模拟成果确定边坡的临界失稳状态一直是边坡工程领域关注的重点问题。首先基于层次聚类方法计算边坡不同类型状态变量监测点的欧式距离,根据距离大小筛选出边坡的有效监测点;然后,计算同种类型状态变量有效监测点的熵权值,采用熵权融合方法对有效监测点进行数据层融合,得到不同类型状态变量对应的融合监测指标曲线;其次,采用主成分分析法对多种数据层融合监测指标曲线进行特征层融合,得到可反映全部状态变量信息特征的综合监测信息曲线,进而构建了边坡渐进失稳过程中不同监测变量的信息挖掘融合框架;最后,提出了一种缓变曲线的变点搜索方法,采用该方法对综合监测信息曲线开展变点分析,搜索边坡状态渐进演化的突变点（即边坡临滑状态点）。将所提出的方法应用到某公路边坡临界失稳状态的确定中,结果表明,单个监测点或单个融合指标的累积值、变化速率作为边坡失稳判据存在不唯一性,融合多种监测数据建立的综合监测信息序列可以较好地反映边坡状态演化特征,可避免单一状态变量的单一监测点数据对边坡状态的误判,验证了所提方法的可行性和适用性。     

Assessment of uncertainties related to seismic hazard using fuzzy analysis

Seismic hazard analysis in the last few decades has become a very important issue. Recently, new technologies and available data have been improved that have helped many scientists to understand where and why earthquakes happen, the physics of earthquakes, etc. Scientists have begun to understand the role of uncertainty in seismic hazard analysis. However, how to handle existing uncertainty is still a significant problem. The same lack of information causes difficulties in quantifying uncertainty accurately. Usually, attenuation curves are obtained in a statistical manner: regression analysis. Statistical and probabilistic analyses show overlapping results for the site coefficients. This overlapping takes place not only at the border between two neighboring classes but also among more than three classes. Although the analysis starts from classifying sites using geological terms, these site coefficients are not classified at all. In the present study, this problem is solved using fuzzy set theory. Using membership functions, the ambiguities at the border between neighboring classes can be avoided. Fuzzy set theory is performed for southern California in the conventional way. In this study, standard deviations that show variations between each site class obtained by fuzzy set theory and the classical manner are compared. Results of this analysis show that when we have insufficient data for hazard assessment, site classification based on fuzzy set theory shows values of standard deviations less than those obtained using the classical way, which is direct proof of less uncertainty.     

水平土层特性变异性对传递函数影响分析初探

采用Monte Carlo模拟手段,提出描述场地土层特性变异性对传递函数变异性影响的分析方法。选取日本Kik-Net强震数据库中软（FKSH14）、硬（FKSH12）两类场地,建立场地概率模型。应用Monte Carlo技术随机生成50组场地剖面,分别计算场地的传递函数STF及STF标准差,讨论场地土层厚度、剪切波速,以及二者组合情况下场地传递函数的标准差及场地特征频率的变化。结果显示：对于硬土场地而言,场地特征频率标准差相对于软土场地较大,且剪切波速变异性影响比土层厚度变异性的影响略大,而二者组合工况下最大;而软土场地,土层厚度、剪切波速变化工况下场地特征频率的标准差相当,比二者组合工况下略低;软、硬两类场地,土层厚度与剪切波速二者组合工况下STF的标准差比单一量变化情况下略大,但3种工况下场地STF标准差相差不明显;场地STF的标准差在场地自振频率附近的频率段取值较大,极值点与场地STF的极值点相对应。     

真三轴条件下的原状黄土增湿变形特性

为了研究复杂应力条件下原状黄土的增湿变形特性，利用改进的非饱和土湿陷真三轴仪，在测量吸力条件下对原状黄土进行双线法分级浸水增湿试验，探讨力?水耦合作用下吸力的变化特性，研究真三轴浸水试验的增湿变形特性，以及吸力、净围压、中主应力和应力比对增湿变形的影响。研究结果表明：由ei-lgp压缩曲线确定了非饱和土的屈服点，屈服点之前，曲线的斜率近似相等；屈服点之后，曲线的斜率随着初始吸力的减小而减小，且非饱和土与饱和土的交点随着初始吸力的增大呈右下方移动趋势。等向压缩过程中，吸力随着净平均应力的增加近似呈线性减小趋势，初始吸力越小，吸力减小的速度越慢，且吸力变化量越小。均压分级浸水增湿时，吸力s随着浸水量w的增加而减小，增湿体变 随着浸水量w的增加而增大，不同净围压下的 -w关系曲线相互有交叉。交叉区域之前，净围压越大，增湿体变越小，而交叉区域之后，净围压越大，增湿体变越大。在同一净围压条件下，浸水量相同时，初始吸力越大，增湿体变越大。真三轴剪切增湿试验中，应力比k、中主应力参数b值和净围压?3皆对增湿变形有一定的影响。当q/p≤1时，增湿变形曲线前段下凹后段上凹，主要表现为体积增湿变形；当q/p>1时，增湿变形曲线只有下凹部分，主要表现为剪切增湿变形。增湿变形曲线的形态取决于k值和b值的不同组合。     

1961-2014年黄河源区蒸发皿蒸发量变化的多尺度特征及突变分析

基于黄河源区相关气象站1961-2014年蒸发皿蒸发数据,利用线性倾向分析、滑动平均法、Mann-Kendall法等方法,对黄河源区各分区及整个源区蒸发皿蒸发量变化进行多尺度变化特征及突变分析。结果表明：近50余年来,空间上,黄河源区年平均蒸发量经历了从上游到下游先减小后增加的过程,季节蒸发量变化稍有差异;时间上,黄河源区季节及年平均蒸发量总体呈上升趋势,各分区略有差异,各分区及整个源区蒸发量年代际变化具有较好的一致性。各分区及整个黄河源区年平均及季节平均蒸发量突变点基本一致,均出现在2000年前后,且年与季节平均蒸发量在突变前均值大部分小于突变后的均值。位于源区下游的玛曲-兴海平均蒸发量发生突变的时间较早,且跳跃幅度较小,位于源区中游的达日-玛曲平均蒸发量发生突变的时间较晚,且跳跃幅度较大。对各气象因子的相关分析表明,影响源区年蒸发量变化的主要因子为平均温度。     

沉管接头突发渗漏水的红外监测模型试验

在沉管隧道的应用中,渗漏水已经成为威胁到沉管建设和运行过程中的重大问题。针对沉管隧道接头渗漏水的问题,通过建立等尺寸模型进行室内试验,模拟港珠澳大桥沉管隧道接头渗漏。采用红外技术建立无接触、无明水渗漏监测系统,收集沉管接头渗漏的红外辐射图像数据,并采用Matlab对图像数据进行分析。采用温度突变法,通过分析不同温度的水渗入接头OMEGA中导致构件红外辐射特征发生变化,从而对是否有渗漏水发生进行有效的判断,同时对影响判别的因素进行分析。试验结果表明：采用温度突变法的红外监测系统在沉管隧道中的监测,可以对突发渗漏水进行判别;当快速渗漏的水体与沉管接头处构件存在较大温差,则会造成构件表面温度突变;温差越大,造成的温度突变越明显,监测系统判定出渗漏所需时间越短。研究成果为红外监测在沉管隧道以及其他类似工程中的应用提供了一种思路,并验证了其可行性。     

吸力历史对非饱和土力学性质的影响

现在被广泛公认的由Fredlund提出的非饱和土力学的双参数理论,即净应力和吸力为非饱和土的应力状态变量,不能直接考虑吸力历史及其饱和度对非饱和土的应力-应变关系和强度的影响。非饱和土三轴试验结果表明,即使净应力和吸力相同的条件下,经过干-湿循环试样与未经过干-湿循环试样的应力比-应变关系和强度是不相同的。在其他条件相同时,经历过干-湿循环的试样比未经过干-湿循环试样的应力比-应变关系要高、强度大和体变小。经过干-湿循环试样的饱和度低而强度高,主要是由于经过先期较高的吸力,相当于受过较大的前期有效压力,使试样成为超固结土。更多不同吸力历史的对比试验有待于进一步研究,以便为非饱和土的水力-力学特性耦合弹塑性本构模型定量地表示上述非饱和土的性质提供基础性试验数据。