2011~2020年勘查地球化学数据处理研究进展

我国建立了包含海量数据的高质量的勘查地球化学数据库,为矿产勘查、环境评价和地质调查等提供了重要的数据支撑。如何高效处理勘查地球化学数据,并从中发掘和识别深层次信息一直是勘查地球化学学科研究的热点和前沿领域。本文在系统调研国内外学者过去十年发表的论著基础上,对勘查地球化学数据处理方法进行分析与对比,从勘查地球化学数据库建设、地球化学异常识别及其不确定性评价等方面概述了我国近十年来在该领域取得的主要研究进展,包括:(1)分形与多重分形模型由于考虑了地球化学空间模式的复杂性和尺度不变性,在全球范围内得到极大的发展和推广,我国学者引领了基于分形与多重分形的勘查地球化学数据处理;(2)机器学习和大数据思维开始在该领域启蒙,并迅速得到关注,正在成为研究热点和前沿领域,我国学者率先开展基于机器学习算法的勘查地球化学大数据挖掘研究;(3)我国学者需要进一步加强勘查地球化学数据缺失值处理以及成分数据闭合效应研究。今后该领域应进一步加强对弱缓地球化学异常识别、异常不确定性评价以及异常识别与其形成机理相结合等方面的研究。     

基于多源遥感影像的长春市城市建成区提取

夜光遥感影像记录的城市灯光与人类活动密切相关,已广泛应用于城市信息提取。珞珈一号作为新一代夜光遥感数据源,比以往的夜光数据具有更高的空间分辨率和光谱分辨率,可以更清晰地表达城市建成区范围和内部结构。本文利用珞珈一号夜光遥感影像,通过人类居住指数（human settlement index, HSI）、植被覆盖和建筑共同校正的城市夜光指数（vegetation and build adjusted nighttime light urban index, VBANUI）及支持向量机（support vector machine, SVM）监督分类3种方法对长春市城市建成区进行提取,并与利用NPP/VIIRS（suomi national polar-orbiting partnership/visible infrared imaging radiometer suite）夜光遥感影像、采用同样方法得到的结果对比。结果显示：本文提出的VBANUI提高了传统植被覆盖校正的城市夜光指数（vegetation adjusted nighttime light urban index, VANUI）的提取精度,使用珞珈一号夜光遥感影像通过VBANUI提取的城市建成区结果最优,其Kappa系数为0.80,总体分类精度为90.74%;使用珞珈一号和NPP/VIIRS夜光遥感影像通过HSI按最佳阈值提取城市建成区的Kappa系数分别为0.75和0.72,总体分类精度分别为88.27%和86.54%;复合数据的SVM监督分类法中Landsat-NDBI、Landsat-NDBI-VIIRS、Landsat-NDBI-LJ和Landsat-NDBI-LJlog的Kappa系数分别为0.602、0.627、0.643和0.681,总体分类精度分别为81.11%、81.52%、82.25%和84.48%。研究结果表明：3种提取方法下,均为使用珞珈一号夜光遥感影像的结果优于使用NPP/VIIRS夜光遥感影像的结果,证明相比于NPP/VIIRS夜光遥感影像,珞珈一号夜光遥感影像更适用于城市尺度的建成区范围提取。     

机器学习与成矿预测:以闽西南铁多金属矿预测为例

作为近年来爆炸式发展的方法模型,机器学习为地质找矿提供了新的思维和研究方法。本文探讨矿产预测研究的理论方法体系,总结机器学习在矿产预测领域的特征信息提取和信息综合集成两个方面的应用现状,并讨论机器学习在矿产资源定量预测领域面临的训练样本稀少且不均衡、模型训练中缺乏不确定性评估、缺少反哺研究、方法选择等困难和挑战。进一步以闽西南马坑式铁矿为实例论述基于机器学习方法的矿产预测基本流程:(1)通过成矿系统研究建立成矿模型,确定矿床控矿要素;(2)通过勘查系统研究建立找矿模型,并为评价预测提供相关的勘查数据;(3)通过预测评价系统研究,建立预测模型,并提取预测要素;(4)利用机器学习模型对预测要素进行信息综合集成,获取成矿有利度图;(5)对预测性能和结果进行不确定性评估;(6)找矿靶区/成矿远景区圈定及资源量估算。最后,总结建立以地学大数据和地球系统理论为指导,以“地球系统-成矿系统-勘查系统-预测评价系统”为研究路线的基于地学大数据的矿产资源定量预测理论和方法体系的研究愿景。     

面向自然资源信息提取的多源异构数据融合技术——以汉江流域NDVI数据为例

高时空分辨率的自然资源指标数据对大尺度自然资源动态观测与趋势评估至关重要。大数据时代下的海量多源数据为数据高效融合利用提供了可能。以重构汉江流域归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)数据为例,搭建了PostgreSQL自然资源时空大数据处理底层架构,集成了数据级融合法、特征级融合法和决策级融合法,基于机器学习算法构建了一套面向自然资源信息提取的多源异构数据智能融合技术,实现了多源数据的高效利用与特征空间优选。同时,重构了2000—2019年汉江流域NDVI 1 km逐年数据集,全面反映了汉江流域植被动态变化。研究结果可为地球科学时空大数据的高效提取与模拟分析提供科学参考,为定量核算林草资源禀赋规模、探究生态系统时空演变规律提供一种更精准、更便捷的技术手段。     

Modeling 3D thermal fracture propagation by transient cooling using virtual multidimensional internal bonds

Thermal fracturing can play an important role in development of unconventional petroleum and geothermal resources. Thermal fractures can result from the nonlinear deformation of the rock in response to thermal stress related to cold water injection as well as heating. Before the rock reaches the final failure stage, material softening and bulk modulus degradation can cause changes in the thermo‐mechanical properties of the solid. In order to capture this aspect of the rock fracture, a virtual multidimensional internal bond‐based thermo‐mechanical model is derived to track elastic, softening, and the failure stages of the rock in response to the temporal changes of its temperature field. The variations in thermo‐mechanical properties of the rock are derived from a nonlinear constitutive model. To represent the thermo‐mechanical behavior of pre‐existing fractures, the element partition method is employed. Using the model, numerical simulation of 3D thermal fracture propagation in brittle rock is carried out. Results of numerical simulations provide evidence of model verification and illustrate nonlinear thermal response and fracture development in rock under uniform cooling. In addition, fracture coalescence in a cluster of fractures under thermal stress is illustrated, and the process of thermal fracturing from a wellbore is captured. Results underscore the importance of thermal stress in reservoir stimulation and show the effectiveness of the model to predict 3D thermal fracturing. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Modeling three‐dimensional hydraulic fracture propagation using virtual multidimensional internal bonds

Propagation of fractures, especially those emanating from wellbores and closed natural fractures, often involves Mode I and Mode II, and at times Mode III, posing significant challenges to its numerical simulation. When an embedded inclined fracture is subjected to compression, the fracture edge is constrained by the surrounding materials so that its true propagation pattern cannot be simulated by 2D models. In this article, a virtual multidimensional internal bond (VMIB) model is presented to simulate three‐dimensional (3D) fracture propagation. The VMIB model bridges the processes of macro fracture and micro bond rupture. The macro 3D constitutive relation in VMIB is derived from the 1D bond in the micro scale and is implemented in a 3D finite element method. To represent the contact and friction between fracture surfaces, a 3D element partition method is employed. The model is applied to simulate fracture propagation and coalescence in typical laboratory experiments and is used to analyze the propagation of an embedded fracture. Simulation results for single and multiple fractures illustrate 3D features of the tensile and compressive fracture propagation, especially the propagation of a Mode III fracture. The results match well with the experimental observation, suggesting that the presented method can capture the main features of 3D fracture propagation and coalescence. Moreover, by developing an algorithm for applying pressure on the fracture surfaces, propagation of a natural fracture is also simulated. The result illustrates an interesting and important phenomenon of Mode III fracture propagation, namely the fracture front segmentation. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

离心式泥浆机械净化设备的研制与应用

本文介绍了两种离心式泥浆净化设备——NL-227型离心除泥器和WL-230型连续除泥离心机的结构、特点和应用效果,讨论了几种净化设备的分离物的粒度分布.     

人工心肺机流量计的研制

本文介绍了如何应用单片微型计算机和光电传感器组成人工心肺机(或称体外循环机)流量计。该仪器对人工心肺机的泵的各种转速能够准确地采集,对不同的患者能够精确地计算出所需血液流量,从而定量地控制输送给病人的血液流量,以保证心脏手术顺利进行,改变了临床手术时手工计算的落后情况。流量计是一台新型的智能化仪表。     

虚拟实体生成技术研究

介绍了虚拟实体的定义、研究内容和一个研究实例，并指出了虚拟实体生成研究对测绘保障的意义。     

地形RSG模型的动态构网算法

论述了一种基于规则格网地形模型的动态构网算法。通过定义模型中顶点间的约束关系以及顶点误差的继承方法，利用四叉树构建出顶点的层次结构，有效解决了不同分辨率网络间接边的裂缝问题，实现在模型误差控制下的多分辨网络的实时正确构网。实验证明，该方法对于实时控制地形模型的细节层次，增强地形模型的绘制效率是非常有效的。