Towards new applications of underwater photogrammetry for investigating coral reef morphology and habitat complexity in the Myeik Archipelago,Myanmar

Photogrammetry represents a non-destructive, cost-effective tool for coral reef monitoring, able to integrate traditional remote sensing techniques and support researchers’ work. However, its application to submerged habitats is still in early stage. We present new ways to employ Structure from Motion techniques to infer properties of reef habitats. In particular, we propose the use of Digital Surface Models and Digital Terrain Models for assessing coral colonies extension and height and discriminating between seabed and coral cover. Such information can be coupled with digital rugosity estimates to improve habitat characterization. DTM, DSM and orthophotos were derived and used to compute a series of metrics like coral morphologies, reef topography, coral cover and structural complexity. We show the potentialities offered by underwater photogrammetry and derived products to provide useful basic information for marine habitat mapping, opening the possibility to extend these methods for large-scale assessment and monitoring of coral reefs.     

顾及像面畸变的卫星视频稳像

卫星视频每帧影像外方位元素数值存在差别,相邻帧影像间的同名点在像面位置不同,且由于每帧影像均存在几何畸变,经典的帧间的投影变换模型、仿射变换模型等视频稳像的配准模型不能精确描述帧间的同名点关系。针对该问题,本文提出顾及像面畸变的卫星视频稳像算法,基于仿真的卫星视频,验证了该算法的可行性和精度。     

一种基于灰度块匹配的视野监测算法

针对视野移动方向的判断问题,该文介绍了运动补偿的常用方法及应用,提出了基于灰度块匹配的视野移动监测算法。通过对比各种算法计算复杂度和计算时间,发现灰度投影算法准确率低、计算量较小;块匹配搜索算法中的穷尽搜索算法准确率高,但是计算量较大。为了发挥以上两者算法的优势,将两者结合形成了灰度块匹配算法,并通过实验证实了灰度块匹配算法在实时监测系统中的可行性。     

油气上窜速度实用计算方法

油气上窜速度对钻井施工中下一步施工方案的制定具有重要参考价值。文章在总结分析前人经验的基础上结合现场施工实际对传统油气上窜速度计算公式加以修正,并对修正后的公式中涉及到的参数进行了逐一分析,在不影响正常施工工序的条件下使公式中各参数取值准确性进一步提高。通过现场工程测试,该方法简单实用且计算准确性较高。该计算方法在保证计算结果准确性的同时,也具备较强的现场可操作性,通过大量的实践检验后可进一步推广。     

垂荡式波浪能装置运动模型数值分析

垂荡式波浪能装置在海洋可再生能源开发中被广泛应用,通过浮子与摇杆在垂荡方向的相对运动吸收波浪能。在以往相关的运动预报数值分析中,通常基于微幅波假设,仅考虑浮子与摇杆在垂荡方向的运动,忽略摇杆其他自由度运动。建立并求解了垂荡式波浪能装置的非线性联合运动方程组,分析垂荡式波浪能装置的波浪载荷、浮子与平台连接处的受力情况。数值计算系统的运动响应,并将计算结果与已有的试验数据进行比较验证,结果表明数值模拟的垂荡式波能装置的运动响应与试验结果相符合。最后,应用本计算方法分析PTO(power take-off)参数对波能装置发电性能的影响。     

应用两次展开法求解系泊柱体慢漂运动方程

在深海中系泊的海洋平台,如Spar平台,水下部分为带有系泊的圆柱结构,其水平方向运动响应往往具有较低的自振频率,容易在低频波浪力(源于非线性的差频效应)作用下发生共振响应,使结构发生大幅水平慢漂。当浮体的瞬时位置大幅偏离初始位置时,基于初始平衡位置的摄动展开法会存在较大误差。针对这一问题,采用两次展开方法,对大幅慢漂运动开展时域模拟研究。对双色波作用下自由漂浮圆柱的大幅运动响应问题进行数值分析,并与采用基于初始平衡位置的摄动展开法的计算结果进行了对比。结果表明,采用新的两次展开法可以计算出波浪遭遇频率的变化和波浪漂移阻尼,而这无法从基于初始平衡位置的常规摄动展开法中得到,体现了两次展开法在分析大幅慢漂问题上的优势。     

阿留申俯冲带几何学特征及运动学成因模式

阿留申俯冲带位于环太平洋俯冲带最北端,是东太平洋型俯冲和西太平洋俯冲的过渡区域。该俯冲带火山岛弧距离海沟的距离从东向西逐渐增大,而形成地球上独特的岛弧火山链与海沟V字型斜交的现象。这一现象的运动学成因目前并没有统一的认识。本文通过对阿留申俯冲带几何形态数据、运动学数据进行整理分析,尝试运用构造赤道理论探讨该现象形成的运动学背景。阿留申俯冲带的几何学数据表明:从俯冲带东段(175°E)至俯冲带西段(155°W),火山岛弧距俯冲海沟的距离从80 km增加至250 km。与此同时,俯冲板片的倾角由60°减小至30°。板块的运动学分析表明:相对北美板块,太平洋板块的东段的运动矢量为48 mm/a,向北运动;逐渐转变为西段的78mm/a,向西北方向运动。相对于软流圈,太平洋板块的运动方向没有改变,始终向西北方向运动,速率向西逐渐增加。因此,在俯冲带的东段太平洋板块的绝对运动方向和相对运动方向存在30°左右的夹角,而这个夹角在西段几乎不存在。太平洋板块的绝对运动方向和相对运动方向之间的夹角不同,会导致软流圈对俯冲板片的反作用力差异,从而形成不同的俯冲角度和俯冲带宽度。太平洋板块相对北美板块和相对地幔的速度方向夹角的变化被认为是引起阿留申火山弧与海沟"V"字型斜交的运动学成因。     

青藏高原东部暴雨的中尺度有效位能收支分析

针对2018年7月10-11日青藏高原东部一次暴雨过程,利用模式模拟资料分析了有效位能分布特征,成因及其对降水发展演变的影响.结果表明,有效位能主要分布在对流层低层4km以下和高层8-14km,高层有效位能和降水有更好的对应性西北冷平流和降水粒子下落的蒸发作用是低层有效位能高值中心的主要成因,而降水过程释放潜热带来的热力扰动叠加高原大地形造成的位温扰动是导致高层有效位能高值的主要原因.有效位能收支分析表明,有效位能的通量输送项以及与动能间的转换项是主要源汇项.低层有效位能的经向通量输送和动能向有效位能的转化补给了有效位能的耗散;高层有效位能向垂直动能转化增强垂直运动是促进降水发展演变的主要因素.高层有效位能与垂直运动之间的正反馈过程使得两者相关性较强;低层较长时间内均存在垂直动能向有效位能的转化,削弱了垂直运动,而西北冷平流使得低层有效位能有增强的趋势,因此二者相关性较弱.     

储集层中高压流体引爆强地震的机理——以5.12汶川地震为例

目前产生地震的机制仍以弹性回跳说为主:地震是因为断层错断使岩层的弹性能释放而引发。但越来越多的学者开始质疑,仅断层错断后的弹性能,是否真能达到实际地震所释放的巨大能量。因此,有必要探讨地震初动后破坏性强震的性质及其真正的能量来源。文章根据沉积地层中的储集层及其压力的特点分析得出,储集层内含有大量的高压流体,其压力在一定条件下可以释放出来,产生流体物理爆炸,有可能是强震能量的重要组成部分。通过计算得出,当断层破裂并刺穿面积较大的储集层时,其压力释放所产生的弹性能可以达到震级8.0以上地震所释放的能量;人为的工程活动也可引发小规模的流体压力的释放现象,如钻井时的井喷、水力压裂会诱发有感地震等。同时,文章根据对距离震中较近的地震台的波形及传播射线路径分析认为,强震波动可能不是横波S波,而是涨缩波P波,据此不能排除强震是由爆炸所致。综合汶川地震多个台站记录到的地震波的时间域和频率域特征、地面观测到的爆炸现象、地震后科学钻探获得的岩心等大量直接或间接证据,说明了这种流体爆炸能量释放的可能性。最后,文章提出了地震活动可分为三个阶段:微破裂阶段Ⅰ,该阶段有流体活动,并可产生动电效应,但未触发地震初动;地震初动后的断裂破裂阶段Ⅱ;由流体压力释放产生地震强震阶段Ⅲ。      

基于地面运动强度及标准贯入试验的上海地区砂土地震液化评价

上海市地处长江三角洲前缘,黄浦江和苏州河交汇区域,特殊的地理环境与沉积环境导致浅部砂层广泛发育。随着城市建设的不断推进,上海城市区域范围的砂土地震液化风险评价成为亟待研究的课题。文章基于上海市工程钻孔数据,结合地震地面运动加速度分布与标准贯入试验,建立区域性地震液化危险性评价模型,对上海市进行了地震液化危险性评价。研究认为当发生50年超越概率10%的地震条件下,上海市陆域面积的66.0%将不会产生地震砂土液化灾害,21.8%的陆域面积仅发生轻微液化,只有崇明、横沙、长兴三岛,黄浦江及苏州河两岸地震液化等级达到中等甚至严重,占全市陆域面积12.3%;50年超越概率2%的地震条件下,随着峰值地面运动加速度整体升高,全市范围内轻微—严重液化区域明显增多,可能发生地震液化的总面积达到全市陆域面积46.25%。上海市存在砂土地震液化的危险性,但是发生概率较低。研究认为,目前的抗震设计规范中上海市的设防烈度偏高,可能导致不必要的建设成本。同时研究中的不同超越概率下的地震液化危险性评价结果为上海市工程建设相关标准的合理化改进的提供了建议和参考。