北京城市绿化的时空动态分析

城市绿化覆盖是城市生态系统的重要组成部分,合理的绿化率和绿化布局可以改善城市环境,提高城市人居适宜性。研究中将2005、2010、2015年北京市土地利用（LUC）数据中的城市居民用地作为城区范围,应用Landsat 5、GF-1影像数据和MODIS产品,利用支持向量机的监督分类方法,提取了2005、2010、2015年的北京市城市绿化覆盖数据,并获取了同期的植被指数（NDVI）数据;继而以城市绿化覆盖率、绿化覆盖均匀度和植被指数为评价指标,在公里栅格和行政区2个尺度上探讨了北京市城市绿化覆盖的空间分布格局和时间变化动态特征。研究表明：① 3个指标在空间和时间2个维度、区县和栅格2个尺度上都表现一致。这反映北京市过去10年中,在绿化面积增加的同时,绿化的空间布局得到优化改善,绿化的质量得到提高。② 2005-2015年,北京市城市绿化覆盖面积由518.93 km² 增加到1405.54 km²,绿化覆盖率由39.9%增加到49.13%,绿化覆盖均匀度由0.598增加到0.653,植被指数由0.42增加至0.5。③ 北京市城市绿化建设存在明显的时空差异。中心城区绿化建设缓慢,成效不明显;重大绿化建设成果主要集中在城市边缘地区和远郊区县。城市绿化改善过程主要发生在2005-2010年。     

A-FPN算法及其在遥感图像船舶检测中的应用

光学遥感图像船舶检测主要面临两个挑战:光学遥感图像背景复杂,船舶检测易受海浪、云雾及陆地建筑等多方面干扰;遥感图像分辨率低,船舶目标小,对于其分类与定位带来很大困难;针对上述问题,在FPN的基础上,提出一种融入显著性特征的卷积神经网络模型A-FPN (Attention-Based Feature Pyramid Networks)。首先,利用卷积提取图像特征金字塔;然后,利用顶层金字塔逐级构建显著特征层,抑制背景信息,通过金字塔顶层的细粒度特征提高浅层特征的表达能力,构建自上而下的多级显著特征映射结构;最后利用Softmax分类器进行多层级船舶检测。A-FPN模型利用显著性机制引导不同感受下的特征进行融合,提高了模型的分辨能力,对遥感图像处理领域具有重要应用价值。实验阶段,利用公开的遥感目标检测数据集NWPU VHR-10中的船舶样本进行测试,准确率为92.8%,表明A-FPN模型适用于遥感图像船舶检测。     

高精度直升机机载LiDAR在高速公路改扩建勘测中的应用可行性研究

机载LiDAR在公路勘测方面的用途日益广泛。该文对直升机机载LiDAR在高速公路改扩建中的应用技术路线可行性进行了研究论证,从地面控制测量、点云数据获取、点云数据处理、成果应用等多个方面进行了阐述,通过分析LiDAR点云数据在5种不同地面控制点布设方案校正下的点云数据精度,论证了利用地面控制点对直升机机载LiDAR点云数据进行平面和高程校正的可行性。     

圆形数值波浪水池斜向和多向入射波浪模拟研究

为了研究斜向入射波浪,基于三维不可压缩两相流模型,开发了一套圆形数值波浪水池数值模型。在圆形波浪水池中,通过源项造波法成功生成了任意入射方向的波浪,并且利用人工摩擦项模拟阻尼区以数值耗散反射波浪。模型基于嵌入式多块网格体系,采用FVM法(finite volume method)离散Navier-Stokes方程,VOF法(volume of fluid)追踪自由水面。试验结果表明,斜向入射波浪的模拟结果与理论值基本一致,圆形波浪水池在模拟斜向入射波浪时,有效区域的面积较传统波浪水池显著增大,而且有效区域受波浪入射角度的影响也较小。同时,通过叠加多列斜向入射波浪,模拟出了多向交叉波列,并通过与理论结果对比,发现其具有较高的精度。     

Determination of subcatchment and watershed boundaries in a complex and highly urbanized landscape

Urban development significantly alters the landscape by introducing widespread impervious surfaces, which quickly convey surface run‐off to streams via stormwater sewer networks, resulting in “flashy” hydrological responses. Here, we present the inadequacies of using raster‐based digital elevation models and flow‐direction algorithms to delineate large and highly urbanized watersheds and propose an alternative approach that accounts for the influence of anthropogenically modified land cover. We use a semi‐automated approach that incorporates conventional drainage networks into overland flow paths and define the maximal run‐off contributing area. In this approach, stormwater pipes are clustered according to their slope attributes, which define flow direction. Land areas drained by each cluster and contributing (or exporting) flow to a topographically delineated catchment were determined. These land masses were subsequently added or removed from the catchment, modifying both the shape and the size. Our results in a highly urbanized Toronto, Canada, area watershed indicate a moderate net increase in the directly connected watershed area by 3% relative to a topographically forced method; however, differences across three smaller scale subcatchments are greater. Compared to topographic delineation, the directly connected watershed areas of both the upper and middle subcatchments decrease by 5% and 8%, respectively, whereas the lower subcatchment area increases by 15%. This is directly related to subsurface storm sewer pipes that cross topographic boundaries. When directly connected subcatchment area is plotted against total streamflow and flashiness indices using this method, the coefficients of variation are greater (0.93 to 0.97) compared to the use of digital elevation model‐derived subcatchment areas (0.78 to 0.85). The accurate identification of watershed and subcatchment boundaries should incorporate ancillary data such as stormwater sewer networks and retention basin drainage areas to reduce water budget errors in urban systems.     

Analytical study of ground motion caused by seismic wave propagation across faulted rock masses

Studying seismic wave propagation across rock masses and the induced ground motion is an important topic, which receives considerable attention in design and construction of underground cavern/tunnel constructions and mining activities. The current study investigates wave propagation across a rock mass with one fault and the induced ground motion using a recursive approach. The rocks beside the fault are assumed as viscoelastic media with seismic quality factors, Q_p and Q_s. Two kinds of interactions between stress waves and a discontinuity and between stress waves and a free surface are analyzed, respectively. As the result of the wave superposition, the mathematical expressions for induced ground vibration are deduced. The proposed approach is then compared with the existing analysis for special cases. Finally, parametric studies are carried out, which includes the influences of fault stiffness, incident angle, and frequency of incident waves on the peak particle velocities of the ground motions.     

基于“DEM-NDVI-土地覆盖分类”的天山博格达自然遗产地山地垂直带提取与变化分析

本文基于Landsat影像数据获取天山博格达自然遗产地土地覆盖分类,结合归一化植被指数（NDVI）和数字高程模型（DEM）构建“DEM-NDVI-土地覆盖分类”散点图分析研究区植被受海拔和坡向的水热空间变化影响的分布特征,通过概率统计分析提取博格达遗产地山地垂直带,并结合研究区的气温、降水数据和NDVI变化特征分析垂直带变化的原因。研究结果表明：① 本文利用“DEM-NDVI-土地覆盖分类”散点图,揭示了研究区1989年和2016年的NDVI值和分类类别随着海拔上升的变化特征,其中NDVI值随着海拔上升呈现“倒U形”变化,而不同分类类别在一定的海拔区间内呈现出聚集效应,且不同分类类别有明显的高程界限。② 1989年和2016年博格达遗产地山地垂直带分带上限分别为：1278 m和1185 m（温带荒漠草原带）、1784 m和1759 m（山地草原带）、2706 m和2730 m（山地针叶林带）、3272 m和3293 m（高山草甸带）、3636 m和3690 m（高山垫状植被带）。③ 博格达遗产地1989年和2016年山地垂直带受区域气温升高和降雨增加的影响有较为明显的改变,其中温带荒漠草原带最为敏感,其上限变化最大,向下收缩93 m;山地针叶林带的分布范围则向两侧扩张49 m;山地草甸带带宽基本保持不变,但整体上移了约20 m;冰雪带则受到全球气候变暖的影响向上退缩54 m。     

基于高斯两步移动搜寻法的村镇避难场所可达性研究

避难场所可达性是指避难场所与受灾居民之间的通达性,即灾害发生时,避难人员通过避难疏散通道到达避难场所的难易程度,是评价避难场所布局合理性的重要指标。本研究结合高斯两步移动搜寻法和网络分析法,从供需双向出发对村镇地区避难场所进行可达性分析。2种方法的结合,既充分考虑了需求点与设施点的相互作用,又充分考虑了设施点的吸引力随距离的衰减关系,并基于实际道路,以步行疏散时间作为搜索半径,降低了传统研究中因忽略供需间相互作用及实际距离而引起的可达性结果的误差。最后,以神农架松柏镇区为例,验证该方法的实际应用价值。结果表明,该方法能够有效测定村镇地区避难场所的空间可达性,同时,基于GIS软件可以直观地揭示研究区域内避难场所可达性空间分布差异。该方法可为制定科学的村镇防灾减灾规划提供方法支持。     

1970-2016年青藏高原岗扎日冰川变化与物质平衡遥感监测研究

可可西里处于青藏高原腹地,是青藏高原自然环境的交接与过渡地带。近年来该区域冰川物质平衡可能有从西向东由正转负的趋势,但是其过渡地带岗扎日地区冰川状态未知。本研究利用地形图、SRTM、ASTER和Landsat等资料分析了岗扎日地区冰川面积变化和物质平衡变化,并对可可西里地区冰川变化空间规律进行了探讨,结果表明：①1970-2016年岗扎日冰川总面积年均缩小率为0.08±0.02%。2006年后冰川退缩趋势减缓。②1970-2012年岗扎日冰川平均减薄-8.64±0.30 m,体积减少1.45±0.06 km³,平均物质平衡为-0.21±0.01 m w.e. a^-1。冰川物质平衡趋势由负转正（1970-1999年：-0.34±0.01 m w.e. a^-1;1999-2012：0.16±0.02 w.e. a^-1）。③东南、南、西南朝向作为迎风坡,1970年以来其冰川物质亏损较小,1999-2012年呈现强烈的正平衡。冰川面积变化滞后于物质平衡变化,东朝向和东南朝向冰川面积缩小率最大,主要是因为冰川冰舌较长,末端所处的海拔较低。④气温升高是岗扎日冰川1970-1999年呈现负物质平衡状态的主因,降水增多是1999-2012年正平衡状态的主因。⑤可可西里地区冰川1970s以来面积年均缩小率从西向东不断增大、物质平衡下降,与西风环流和季风环流相关,但局地气候也影响冰川变化和物质平衡。