城镇化与生态环境耦合的动态模拟——研究进展与展望

Urbanization and eco-environment coupling is a research hotspot.Dynamic simulation of urbanization and eco-environment coupling needs to be improved because the processes of coupling are complex and statistical methods are limited.Systems science and cross-scale coupling allow us to define the coupled urbanization and eco-environment system as an open complex giant system with multiple feedback loops.We review the current state of dynamic simulation of urbanization and eco-environment coupling and find that:(1)The use of dynamic simulation is an increasing trend,the relevant theory is being developed,and modeling processes are being improved;(2)Dynamic simulation technology has become diversified,refined,intelligent and integrated;(3)Simulation is mainly performed for three aspects of the coupling,multiple regions and multiple elements,local coupling and telecoupling,and regional synergy.However,we also found some shortcomings:(1)Basic theories are inadequately developed and insufficiently integrated;(2)The methods of unifying systems and sharing data are behind the times;(3)Coupling relations and the dynamic characteristics of the main driving elements are not fully understood or completely identified.Additionally,simulation of telecoupling does not quantify parameters and is not systemically unified,and therefore cannot be used to represent spatial synergy.In the future,we must promote communication between research networks,technology integration and data sharing to identify the processes governing change in coupled relations and in the main driving elements in urban agglomerations.Finally,we must build decision support systems to plan and ensure regional sustainable urbanization.     

不同顶管组合方式的管幕冻结温度场模型试验

拱北隧道作为港珠澳大桥珠海连接线的关键性工程， 在国内外首次成功运用了管幕冻结技术。以此为背景， 为更加全面地掌握饱和软土地层中管幕冻结温度场的分布特点， 开展了不同顶管组合方式下的管幕冻结温度场模型试验研究。试验结果表明： 各测点温度曲线在积极冻结期前4 h急剧下降， 随后逐渐减缓， 降至砂土冰点后趋于平稳， 三种布管方式均满足冻结设计要求； 冻结管中低温盐水提供的冷量首先传递给顶管管壁， 再以“面”的形式均匀地传递给周围土体； 积极冻结21 h后， 采用四根空顶管组合的C区冻结壁竖向范围最大， 空管管壁正上方冻结壁平均厚度约为105 mm， 在满足管幕刚度设计要求的前提下， 可采此布管方式以达到快速形成冻结帷幕的目的。限位管开启后的4 h内， 实顶管中线垂直距离100 mm范围内测点温度曲线虽有明显回升但仍维持在冻土冰点以下， 超出此范围后温度变化影响逐渐减弱， 且顶管间冻结壁稳定存在， 表明限位管在满足管间有效封水的条件下， 能在一定范围内起到定向限制地层冻胀的作用。优化后的双圆形冻结管在满足冻结设计要求的同时， 更加便于安装且经济环保。     

高分三号SAR影像双阈值变化检测

双阈值合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)变化检测算法具有在发现变化区域的同时还能确定地表发生后向散射变化类型的优点。针对广义高斯双阈值最小误差法D-GKIT(Dual Generalized Kittler and Illingworth Thresholding)在进行阈值选取时直方图中不同类别像素灰度级重叠严重时,分割结果容易在尖峰单侧选取出双阈值而导致无法正确分割差异图的问题,本文提出一种结合归一化最大类间方差和广义高斯最小误差法GKIT(Generalized Kittler and Illingworth Thresholding)的双阈值SAR变化检测方法。首先,提出以归一化最大类间方差值作为灰度级重叠程度的判别参数,确定阈值的选取顺序及两个候选区间;然后,利用GKIT在候选区间内进行分割,获取单侧阈值及非变化类拟合函数;最后,提出利用非变化类拟合函数更新后的直方图作为另一侧阈值选取基础进行分割,得到对应分割阈值。以宁波地区高分三号(GF-3)SAR卫星影像作为试验研究数据,结果表明:本文方法能较好地解决灰度级重叠时D-GKIT无法进行正确分割的问题,具有良好的变化检测效果和更强的鲁棒性且达到了利用研究区数据验证利用GF-3号SAR卫星影像进行变化检测研究可行性的目的。     

车载移动测量系统大比例尺测图精度控制研究

车载移动测量系统作为一种先进的测绘技术,已广泛应用于大比例尺测图项目中。SSW车载激光建模测量系统能够快速、高效、精确地完成大比例尺测图数据采集、处理等工作。不同比例尺对精度的要求不一样,而本文选择若干试验区,探讨不同的数据采集与处理方式对精度的影响,然后制订相应的精度控制方案,提高数据的精度,满足1∶1 000比例尺测图要求。     

水源钻机在超深土层绳索取心钻进中的应用

山西省清徐县区域地质调查项目设计800、2000、3000 m科学钻探孔，以调查填补新生界底板埋深控制空白区，各孔钻入基岩30 m完钻。要求全孔取心，岩心采取率≮85%，岩心直径≮60 mm，采用塑料保护管采取原状岩样。针对超深软土层、各组地层特性及厚度未知、钻遇基岩完钻深度未知、大直径高保真全孔取心、项目价格远低于目前市场成本等难题，经过“水源钻机+大提钻取心+长裸眼孔段”实施800 m孔、“岩心钻机+绳索取心+套管固井”实施640 m参数对比孔，创新性使用“水源钻机+绳索取心+长裸眼孔段”工艺完成了2000 m孔的施工。该工艺岩心采取率达到93%，孔径和孔斜符合地质要求，为3000 m孔顺利施工打下了坚实的基础，为同类型项目提供了经验和借鉴。     

中国深层地热能开采的地质条件评价

深层地热能是指深度大于3 000 m的地热能。我国深层地热能资源丰富,但是开采条件怎么样呢?本文基于地热地质学原理,结合岩石力学等相关学科的理论,提出一种对深层地热能开采条件进行评价的指标体系,对各单一指标采用专家打分的方法赋值,继而采用模糊数学定量计算和评估深层地热能资源开发的难易程度。该方法考虑了深层地热能开发利用中的增强地热系统(EGS)的环境安全问题,即传统的“刚性造储”可能带来的诱发地震等不利于地热能行业健康发展的因素,倡导“柔性造储”和广义EGS理念,强调储层属性和地物理场的整合,针对我国地热能分布与构造活动关系密切、地壳总体上活动性强、地应力高、地震频发等构造型地热特点,是对以往评价方法的补充和拓展。该方法充分利用了专家知识,发挥了模糊数学综合评估作用,给出的量化结果易于对比和使用,可以更好地支持决策。本文基于新的评估方法,利用现有的深部地热研究及勘探成果,评估了中国大陆地区九个区域深层地热能开发的难易程度,评价区包括西藏南北地堑系、云南西部火山型地热区、青海东部共和盆地以及东北、华北等。从本文的结果可以看出,我国深层地热能开采的地质条件复杂,开采难度较大。     

西太平洋Y3海山对营养盐的影响及其生态环境效应

作为大洋典型地貌特征的海山,其邻近的海洋生境并不被人熟知。依据2014年冬季对热带西太平洋Y3海山及其邻近海域的综合调查,首次探讨了该海山区海水中营养盐的分布特征及其与生态环境的耦合关系。结果表明Y3海山区是典型的热带寡营养海域。在50~125 m的深度,温跃层和高盐区双重作用对底部高浓度营养盐向上输送的阻碍,是导致真光层上部营养盐浓度较低的重要原因;同时,浮游植物和异养细菌的消耗也加剧了该区域营养盐的缺乏。Y3海山突出的地形地貌对营养盐的分布产生重要的影响,海山对流经的海流产生阻碍,形成上升流,使底部高浓度的营养盐突破温跃层和高盐区的阻碍向上输送,从而使海山周围营养盐的平均浓度高于远离海山的海域。相关性分析显示,Y3海山区真光层中营养盐浓度与温度、盐度、叶绿素a浓度和异养细菌丰度分别呈负相关、正相关、负相关(除NO₂-N外)和负相关关系。海山区特殊的营养盐分布及其与生态环境的耦合是其成为一种独特的大洋生态系统的重要因素。     

船舶航行安全信息可视化关键技术研究

针对当前NAVTEX和EGC接收机无法实现船舶航行安全信息可视化的问题,提出一种基于电子海图显示与信息系统的船舶航行安全信息可视化方法,研究并解决涉及的若干关键技术。经实践应用表明,该方法可有效解决报文信息存在的效能低、标绘难、非图形化显示等弊端,同时可推动海岸电台进一步发展基于新型通信手段的海上安全信息播发业务。     

基于斩波轮技术的K波段接收机噪声校准研究

接收机是射电天文中用于探测微弱射电信号的重要接收设备.接收机的强度校准就是将接收机对射电源的响应转换为天文意义上的流量密度.常规方法就是使用经典的冷热负载法,将接收机自身的强度响应转换为一个等效的温度值,之后再据此对射电源做进一步标定.通过搭建基于斩波轮技术的K波段接收机强度校准平台,使用斩波轮法测试K波段常温接收机的噪声温度,并与传统冷热负载法的测试结果进行比对.结果显示,在晴好天气条件下,斩波轮法在30°、90°仰角下噪声温度的最大测试误差为7.5%和8.4%,可以很好地应用于实际噪声温度测试中;但在5°仰角测试中,由于过低仰角引入了地面噪声,使得斩波轮法的测试误差上升至20%–30%之间而无法使用.希望在此基础上进一步开展K波段天空亮温度的理论计算与实测,从而完善斩波轮技术的应用,使之可以满足在不同气象条件下的噪声校准测试需求.     

全张量磁梯度数据的斜导数特征值边界识别方法研究

本文提出了一种全张量磁梯度数据的斜导数边界识别方法，该方法利用全张量磁梯度数据定义了北向斜导数、东向斜导数和垂向斜导数.模型试验表明，北向和东向斜导数无法有效识别磁性异常体边界，异常形态复杂虚假异常较多，而垂向斜导数在高纬度斜磁化或者垂直磁化条件下可以清晰而准确得识别地质体的边界，具有一定的深度识别能力.与现有磁张量梯度的边界识别方法相比，识别效果好，可以有效均衡不同深度地质体的响应.将上述方法应用于大兴安岭地区实测航磁三分量数据转换得到的全张量数据，获得了研究区浅部磁性体的分布，并与三分量数据进行联合解释，取得良好的地质效果.