形态参数下地表采动裂缝三维建模及可视化方法

实现对地表采动裂缝的三维建模及可视化能促进裂缝的形状、成因研究,并为开采沉陷监测和生态环境恢复提供科学支持。目前三维建模方法和软件主要面向建筑物、管道、地质体等地物地貌,若直接应用于地表裂缝的建模与表达会存在野外测绘工作量大、形态规律表达不准确、呈现不逼真等问题。本文结合三维地形建模、分形、空间插值等理论,提出了基于几何形态参数的地表裂缝三维建模方法,并利用ArcEngine平台实现了对裂缝的三维可视化;选取甘肃省东峡矿区为试验区,根据裂缝分布与形态预计参数,实现了对区域内裂缝的模拟,并通过与实测数据和高分辨率影像进行对比,验证了该方法能真实逼真呈现裂缝的形态、延伸与细节信息。     

基于DeepLabv3+与GF-2高分辨率影像的露天煤矿区土地利用分类

遥感与深度学习为及时掌握露天煤矿区土地利用情况提供了高效率的技术手段。基于国产高分二号(GF-2)卫星高分辨率遥感影像,利用深度学习DeepLabv3+模型实现露天煤矿区土地利用识别,并与U-Net、FCN、随机森林、支持向量机、最大似然法等方法进行对比。首先,制作高分辨率影像样本数据,通过敏感性测试确定适合研究区露天煤矿场景的样本最佳裁剪尺寸和方式;然后,训练深度神经网络DeepLabv3+模型,进行土地利用识别实验;最后,比较不同方法的识别结果。结果表明:研究区露天煤矿场景下的样本最佳裁剪尺寸为512像素×512像素,最佳裁剪方式为随机裁剪。采用的DeepLabv3+模型对露天煤矿区土地利用识别的总体精度、Kappa系数分别为80.10%、0.73,均优于U-Net、FCN、随机森林、支持向量机、最大似然法等方法的识别精度。DeepLabv3+模型的识别速度与上述5种方法保持在同一数量级,验证了DeepLabv3+模型和GF-2卫星影像在露天煤矿区土地利用识别中的可行性,对露天煤矿区生态环境监测与修复规划具有重要意义。      

采煤塌陷裂缝对沙蒿吸水来源影响试验研究

采煤塌陷引起的地裂缝不仅造成地质灾害,还会影响矿区植被的生长发育,破坏矿区生态系统。为深入探讨采煤塌陷裂缝对沙蒿吸水来源的定量影响,在神东矿区活鸡兔井田22312工作面选取了受采煤塌陷裂缝影响程度不同的3个试验区进行同位素标记水模拟降水试验。3个试验区根据沙蒿与裂缝的距离不同划分,其采煤塌陷情况分别为未开采区(试验样地内沙蒿距离裂缝大于50 m)、受采煤塌陷影响但无明显裂缝区(简称无明显裂缝区,试验样地内沙蒿距离裂缝大于5 m)以及裂缝区(试验样地内分布有宽度15 cm左右的裂缝通过,且距离沙蒿0~20 cm)。本次试验选择6株沙蒿作为研究对象,划分6个土壤剖面,采用液态水同位素分析仪LGR和Isoprime 100同位素比值质谱仪IRMS分别计算不同土层土壤水和植物样本木质部水的δ18O和δ2H同位素含量,并利用R脚本的MixSIAR贝叶斯混合模型量化降水后不同土层对沙蒿吸水的贡献,探讨土壤水分补给机制和植物水分来源。结果表明:(1) 裂缝区的优先流比例为18.2%;(2) 在未开采区,沙蒿吸收的59.7%的水分来自10~20 cm的土层;(3) 在无裂缝区,沙蒿主要从40~60 cm土层(46.6%)和0~10 cm土层(39.4%)吸水;(4) 在裂缝区,沙蒿吸收的85.9%的水分主要来自40~60 cm的土层。研究结果对揭示采煤塌陷裂缝区土壤水补给机制以及沙蒿吸水模式具有重要意义。      

LiDAR虚拟仿真实践教学平台设计与建设

为适应测绘工作从三维空间测量向多维空间、从静态测量向动态实时测量、从地面向全域空间拓展的高新技术发展趋势,更好地应对信息化教育背景下的知识获取和传授方式、教与学关系等教改创新要求。本实验教学项目在现有实训课程基础上,以建构筑物三维空间信息快速采集与建模的真实测绘项目为基础,将三维激光测量技术、虚拟仿真技术与LiDAR技术进行深度融合;设计并建设了LiDAR虚拟仿真实践教学平台,运用C#开发程序界面和Pr视频编辑软件制作仿真动画,结合VLCPlayer视频播放插件,实现了对LiDAR仪器认知,测量模拟,数据处理和实践展示等功能,帮助学生理解并掌握LiDAR的相关知识和操作技能,取得了良好的教学效果。     

垂直无碰撞激波的离子加速机制

利用一维全粒子模拟得到的垂直无碰撞激波的位形，通过试验粒子方法研究了不同初始能量粒子的激波加速机制.将与激波相互作用的离子分成反射和直接穿过两类，发现只有被激波反射的离子可被激波明显加速，其中初始能量较小的反射离子通过激波冲浪机制加速，而初始能量较大的离子通过激波漂移加速机制加速.同时激波厚度还对离子被加速过程有重要影响.     

内蒙古大青山地区英安岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其构造意义

在内蒙古大青山地区逆冲推覆构造所截切的英安岩中获得锆石~(207)Pb/~(206)Pb表面年龄加权平均值为1870±19Ma,认为英安岩为华北克拉通古元古代末—新元古代一次裂解事件的产物.同时,据安山岩锆石U-Pb年龄谐和度(102)较好的锆石~(206)Pb/~(238)U表面年龄436±4Ma及英安岩锆石U-Pb年龄谐和度(104)较好的锆石~(206)Pb/~(238)U表面年龄153±2Ma和160±2Ma,表明大青山地区逆冲推覆构造存在构造复活或构造追踪现象。这一认识为大青山地区逆冲推覆构造的研究积累了新的资料,提供了新的研究思路。     

秦岭造山带基础地质研究新进展

“八五”－“九五”期间秦岭的多项研究中，主要取得以下新认识：①创立了抽拉－逆冲岩片构造新理论，丰富和发展了岩石圈板块或壳块运动方式的多样性；②发现了东西向的秦岭造山带从显生宙以来有南北向的隆升带和沉积盆地，特别是太白、宝鸡－佛坪－汉南隆升带的发现，将从根本上改变秦岭乃至中国中东部构造格架的认识；③南北向沉积盆地转变为东西向造山带的Ⅱ型造山带，深部构造岩片抽拉－逆冲推覆在中（新）生代陆相沉积盆地之上所形成的Ⅲ型造山带，为地壳表层增添了两种新型的造山带；④提出秦岭造山带中存在3类沉积盆地，3种盆－山转换，3个发展阶段及3种型式（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）的造山带；⑤重新厘定商丹带、勉略带和二郎坪带的构造属性、形成时代，首次提出秦岭受3种体制，4个发展阶段的新观点，由抽拉构造形成的陆内造山带是秦岭最重要的划时代发展阶段；⑥提出立交桥式结构观点；⑦发现了一批前震旦系变质地层结晶岩系，重新厘定了一些地层的时代，特别是西秦岭、西成铅锌矿田中元古代地层的发现和超大型厂坝矿床产于其中，有重大的理论和实际意义；⑧提出准浊流态流体的新概念；⑨提出中国和秦岭大地构造发展演化的新全球动力学理论。     

利用遥感数据对单株木和森林场景进行建模

针对遥感在三维可视化方面的不足,提出了用SRTM(航天飞机雷达地形测图任务)和TM(陆地资源卫星专题绘图仪)数据建立森林场景的方法。利用L系统语言和L-studio软件,通过提取的分枝规则建立了针叶树和不同叶面积指数(LAI)落叶树的几何模型,并将其作为森林场景内树木的纹理贴图。实验区的三维地形用四叉树结构建立,综合应用数据分块、动态载入、双缓存数组等措施提高大范围场景的漫游速度。从TM影像获取目视判读的遥感分类图和LAI反演图,结合控制树木的栽种位置和纹理选择,建立了单幅TM影像大小的森林场景。实验为其他遥感数据的三维显示提供了通用的建模方法。     

基于勘探数据的数字盆地建设研究

中国在２０００年已经进入数字盆地建设研究阶段，传统建设思路是整体考虑，局部细化，实践证明，依照该思路建设数字盆地，只有建的过程，没有用的过程。为了使数字盆地与油田科研活动紧密融合并可持续发展，提出了从局部走向整体的分布式建设数字盆地的新思路，即将数字盆地划分成若干个勘探区带，每个勘探区带采用统一的数据描述、数据访问接口、Ｗｅｂ页面管理。结合专业应用，基于模型缓存机制、图形引擎以及第三方 ＵＩ框架，形成了一款数字盆地图形可视化软件，并支持 Ｗｅｂ页面的三维可视化调用。最终搭建了一套基于 Ｗｅｂ发布和应用的数字盆地综合管理平台，将若干个分散的勘探区带汇聚成数字盆地，既实现了数字盆地数据模型的高效管理、可视化展示与专业应用，又实现了不同部门、不同人员、不同时期的勘探地质认识在三维地质空间里的可视化集成，从而有益于整体解剖盆地结构，为有利区带优选、勘探决策提供参考。