程控步进测控技术在DSG形变测量仪自动标定中的应用

简单介绍程控步进测控技术及其在DSG型(CCD)水平变形测量仪中的应用以及现场自动化标定的实现过程。给出了观测仪器在北京牛口峪地震台的实际应用与现场标定结果:现场标定结果表明:由于在仪器标定系统中引用了步进电机程控技术,明显地提高了仪器标定装置的技术含量,同时也提高了标定精度,克服了在仪器标定中人为因素的影响。在提高仪器的技术指标的基础上,首次实现了断层形变类观测仪器自动化标定的功能。     

伪随机源时间域航空电磁响应系统辨识

在时间域航空电磁系统中,采用高频伪随机序列作为激励源是实现浅层高分辨地质探测的有效途径。为了提高大地脉冲响应的辨识精度,在基本相关辨识方法的基础上,本文提出了一种基于时间域循环相关计算的高精度辨识方法,通过消除旁瓣效应影响和在时间域下求解维纳-霍夫方程获取大地脉冲响应。数值模拟仿真结果表明,辨识大地响应相对误差均方根为2.2×10^-7,早期大地响应辨识误差小于10^-10。该高精度辨识方法具有较好的噪声压制能力,在观测时间较短时,单周期辨识提升的信噪比为8.7 dB,优于同等条件下线性叠加降噪方法提升的信噪比6.1 dB。     

采用多项式拟合修正法提高CCD垂线仪的测量精度

通过分析CZ型CCD垂线坐标仪的标定数据,提出了使用3段2次多项式拟合修正法减小仪器非线性误差,提高测量精度的方法。在实际应用中明显提高了该产品的测量精度。     

页岩岩屑高精度波速测量的仪器与方法

压裂改造是页岩气开发的关键技术,岩石的脆性评价是储层可改造性的重要参数之一。实验室中通常利用岩芯柱进行波速测量,获得杨氏模量和泊松比以评价页岩的脆性系数。但规则的页岩岩芯很难获得。为此,利用非规则的页岩岩屑,设计并提出了一套基于脉冲回声法的岩屑高精度波速测量的仪器和方法。分析了影响岩屑波速测量精度的主要因素,引入了新针式高频声波探头和新数字信号分析方法,利用脉冲回声法,通过提高采样率和信噪比、使用自相关的方法来提高精度,形成了一套页岩岩屑高精度波速测量的仪器与方法。同时试验结果也与规则岩芯测量结果进行了对比,证实了此仪器与方法的可靠性。     

侧装式弯曲元测量软黏土剪切波速的试验研究

判断剪切波到达时间并计算相应的剪切波速是弯曲元试验的关键问题之一。受到试验仪器差异和研究者波速判断主观性的影响,很难客观地、准确地获得土体的剪切波速。针对该问题,提出采用侧装式弯曲元测试系统测量剪切波传播时间和土体的剪切波速,利用上海典型的淤泥质黏土进行试验,分别采用初达波法、特征值法和互相关法计算土体的剪切波速。试验结果表明,（1）初达波法在信号判定过程主观性较大,土体剪切波速受发射信号频率的影响明显;（2）采用第二峰值点（特征点法）得到的试验结果波动性较小;（3）在满足相似性的前提下,互相关法在一定频率范围内（20～30 kHz）提高了确定剪切波速的客观性,降低了因试验者或激发频率的不同对试验结果产生较大影响的可能性。     

DFG型断层形变垂直分量测量仪自动化标定

本文介绍了自主研发的DFG型断层形变垂直分量测量仪的测量原理及自动化标定系统。结合在北京市丰台区大灰厂地震台该仪器的安装,介绍了标定的实现过程,标定结果满足地壳形变观测仪器相关技术标准的要求。     

基于多重互相关函数分析剪切波速

介绍了一种提高单孔法剪切波速测量精度的新方法-多重互相关函数法。考虑到判断场地剪切波到时差的困难,提出了用多重互相关函数来求得两剪切波的到时差。互相关分析可求取两相似信号的到时差,但当两信号相似性比较差时,所求得到时差的误差较大;自相关函数本身可进行多重自相关分析,互相关函数结合多重自相关函数后,也可以进行多重互相关分析来求取两相似信号的到时差。试验表明：相比互相关函数,多重互相关函数可改善触发信号和井中三分向探头输出信号的相似性及更好地抑制噪声,因此能更精确地计算出触发信号和井中三分向探头输出信号的的到时差。基于此原理设计了剪切波波速的测试系统,此系统能自动分析出测点的剪切波速和形成完整的报告。     

PIV技术的几种实现方法

PIV技术是一种基于流场图像互相关分析的二维流场非接触式测试技术。在介绍利用Fourier变换的互相关特性及其快速算法实现PIV技术的基础上,介绍了可提高分析效率的实序列Fourier变换的实现方法,并进而提出了一种更高效的基于Hartley变换的分析法,给出了分离式内核的Hartley变换互相关特性的明确表达式。从算法复杂性理论与实际分析时间两方面对3种方法进行的比较,充分说明了Hartley变换在PIV技术应用中的优越性。     

主动源勘探中震源编码与解码方法

依据人工主动震源的可控性,引入通讯中的编码原理,采用震源编码技术能够有效提高小当量人工震源的探测深度和信号接收距离。笔者分析研究了主动源勘探中的震源编码与解码方法,主要做了以下工作:①分析研究了震源信号自相关函数的基本性质,探讨了利用自相关函数峰值间的零值区进行信号检测的可能性,研究表明编码方法能够通过相关增加有效信息的检测范围,提高监测能力;②研究了震源编码的三种基本方式,分析了它们的旁瓣压制效果,通过不同激发能量的源在不同时刻重复激发建立编码震源,信号能够在相关峰值和相关旁瓣间有效检测出;③探讨了迭代相关法解码的基本原理,编码方法能够大幅度提高地震探测能力,利用小能量震源获得大的探测距离和高分辨率,具有很强的抗干扰能力。     

基于相关函数理论的动模量和阻尼比计算新方法

基于相关函数理论,提出一种新的计算动三轴试验动模量和阻尼比的方法。假设土体为黏弹性体,采用自相关函数分析应力、应变波形的平均幅值,进而计算动模量;采用互相关函数分析应变滞后于应力时程波形的相位差,进而计算阻尼比。利用饱和珊瑚砂、南京细砂和原状粉质黏土的不排水应变控制分级循环加载试验数据,分析结果表明：动模量和阻尼比计算的相关函数法对不同土样具有普适性;应变幅值小于1×10?4时,相关函数法计算动模量及阻尼比的精度明显优于传统的滞回圈法;应变幅值大于1×10?3时,土体呈现强非线性特性,应力-应变滞回圈不对称,相关函数法计算的阻尼更为可靠。     

冻土侧限压缩试验仪的研制及应用

随着寒区高等级道路工程等基础设施的建设,迫切需要对冻土压缩特性和静止土压力系数（K₀系数）开展试验研究,但目前缺乏开展相关研究的专用仪器。本文基于融土侧限压缩试验的原理,结合冻土力学性质受温度控制的特性,自主研发了冻土侧限压缩试验仪。该仪器采用冷却罐内冷液循环和冷却罐外恒温箱实现二级控温,控温范围为-50℃至90℃,控温精度达±0.1℃;采用全数字伺服测控器实现温度闭环控制;采用高性能负荷框架结构,刚度大、重量轻,保证仪器在大荷载下平稳运行。利用该仪器对冻结饱和标准砂进行侧限压缩试验,试验结果验证了仪器可靠性。本仪器能准确快捷地测定冻土静止土压力系数和压缩性参数,是研究冻土力学特性并服务于寒区岩土工程建设的有力工具。     

含煤地层AVO正演模型参数优选分析

采用GEOVIEW软件,选取顶底板为泥岩,中间为煤层（厚度变化范围0～30m）的三层介质作模型,通过改变中间煤层的厚度、处理采样率、子波等参数,并保持上下围岩参数不变的方式来讨论相关参数对AVO响应的影响,结果表明当处理采样率越高时,AVO截距和梯度精度就越高;子波采样率过低,会引起AVO截距和梯度值的扰动现象;当子波采样率提高到一定程度时,扰动现象消除;子波主频的大小决定了调谐效应的范围,提高地震波主频,有利于提高分辨率;子波长度的变化对AVO截距和梯度值求取影响不大。上述结论为AVO正演模型参数优选提供了依据,其最佳参数的选取可有效提高含煤地层AVO正演模型的精度。     

基于相关函数理论的动模量和阻尼比计算新方法

基于相关函数理论,提出一种新的计算动三轴试验动模量和阻尼比的方法。假设土体为黏弹性体,采用自相关函数分析应力、应变波形的平均幅值,进而计算动模量;采用互相关函数分析应变滞后于应力时程波形的相位差,进而计算阻尼比。利用饱和珊瑚砂、南京细砂和原状粉质黏土的不排水应变控制分级循环加载试验数据,分析结果表明:动模量和阻尼比计算的相关函数法对不同土样具有普适性;应变幅值小于1×10~(-4)时,相关函数法计算动模量及阻尼比的精度明显优于传统的滞回圈法;应变幅值大于1×10~(-3)时,土体呈现强非线性特性,应力-应变滞回圈不对称,相关函数法计算的阻尼更为可靠。     

基于相关函数理论的动模量和阻尼比计算新方法

基于相关函数理论,提出一种新的计算动三轴试验动模量和阻尼比的方法。假设土体为黏弹性体,采用自相关函数分析应力、应变波形的平均幅值,进而计算动模量;采用互相关函数分析应变滞后于应力时程波形的相位差,进而计算阻尼比。利用饱和珊瑚砂、南京细砂和原状粉质黏土的不排水应变控制分级循环加载试验数据,分析结果表明:动模量和阻尼比计算的相关函数法对不同土样具有普适性;应变幅值小于1×10~(-4)时,相关函数法计算动模量及阻尼比的精度明显优于传统的滞回圈法;应变幅值大于1×10~(-3)时,土体呈现强非线性特性,应力-应变滞回圈不对称,相关函数法计算的阻尼更为可靠。     

基于GM（1，1）的组合灰色模型预测软基沉降

以灰色系统理论为基础,建立了沉降预测的组合灰色模型,对一般灰色模型具有的无限增长特性进行了改进和修正。在求解过程中,采用spline插值函数对现场观测沉降数据进行插值变换生成等时距序列,并对沉降预测模型的初值进行了优化选择,以提高预测精度。运用MATLAB语言编制模型计算程序,通过沉降预测实例及后验差法检验模型精度,表明沉降预测的组合灰色模型预测精度较高,具有较强的适用性。     

基于能量变化率法自动拾取场地剪切波速

提出了一种提高单孔法剪切波速测量精度的新方法--能量变化率的自回归曲线法。首先把剪切波的时程曲线变换为能量变化率时程曲线;然后对能量变化率时程曲线进行长短平均处理,拾取各测点P波和S波的大致初至;最后提出采用一种二次方自回归模型对初至附近的能量变化率曲线进行二次方自回归处理,精确拾取出各测点P波和S波的精确到时。采用此方法、互相关函数法和人工拾取法对某场地的剪切波速进行了对比分析。分析结果表明：此方法相比互相关函数法,具有更好的噪声抑制能力,不仅能精确地自动拾取出各测点的S波的到时差,也能更准确地自动拾取出各测点的P波的到时差。以人工拾取结果为参考,此方法在实际测试中具有很高的准确率和稳定性。此方法丰富了场地剪切波速分析方法。基于此方法、互相关函数法和人工拾取法,设计了一套剪切波波速的测试系统,此系统能自动分析出各测点的剪切波速和形成完整的报告。     

水文序列展延的MTSE法和WA-BP法研究

传统相关展延(CE)法较多地考虑了序列总体的变化特征,并且两序列需呈线性关系。但是不同的水文变量,具有不同的时空分布特性,可以提供插补展延的信息资源是不同的。因此,本文对该法进行了改进,把小波分析和BP神经网络应用于水文序列的展延,提出了两种改进方法:多时间尺度展延(MTSE)法和小波-BP网络展延(WA-BP)法,力图既考虑水文序列的多时间尺度特征,又突破线性关系的束缚,充分利用水文变量提供的信息资源。通过实例对比分析表明:(1)CE法、MTSE法和WA-BP法的展延精度依次提高。(2)当水文序列的波动变化不显著时,CE法、MTSE法和WA-BP法都满足相对误差的均值小于或等于0.2的精度要求,且WA-BP法稍优越于MTSE法。(3)当水文序列的波动变化显著时,CE法和MTSE法不是很适用,选择WA-BP法仍然可以得到较精确的展延结果。     

可控震源的互补组合激发技术

在浅层地震勘探领域,便携式可控震源的研制和应用目前仍没有达到实用化水平,震源激发能量与便携性之间的相互制约一直是困扰人们的一个棘手问题。振动式可控震源采用扫频方式激发,具有良好的相关特性,但若要增加输出力必须以增大自身重量、牺牲便携性为代价;冲击式可控震源采用冲击序列方式激发,具有能量强的特点,但若要减小解码地震记录中的相关噪声,必须增加冲击序列的长度,从而增加了勘探施工成本。研究冲击式与振动式可控震源的互补组合激发技术,保持了冲击式可控震源在能量与便携性方面的优势,在不增加冲击序列长度的前提下降低了解码记录中的相关噪声。相关分析、频谱分析、地震数值模拟和实际地震实验的结果均证实了互补组合激发方法的有效性。     

基于时间序列建模的城市热岛时间尺度成分分离方法与应用

城市热岛效应是全球与区域气候变化研究中的焦点问题。基于2001—2012年较长时间序列的北京市MODIS地表温度产品及相关NDVI和反射率产品,给出地表温度时间序列构建方法。基于站点气象观测资料进行的精度验证表明地表温度时间序列构建方法可行,并最终给出城市热岛强度的量化方案。研究选取统计学中X-11-ARIMA时间序列建模方法,分离并分析城市热岛强度时间序列的结构性成分。分析发现,以平均城乡温差为指标的北京城市热岛强度季节性特征明显,与城乡土地利用状况、季节性地表覆盖、地物热特性以及气候因子等联系密切。趋势—循环特征与城市扩张速度及入选城市区域面积相关。以已发生城市热岛区域城乡平均温差为指标的北京城市热岛强度趋势—循环特性在12年间表现平稳。时间序列建模分析提取出不规则变动成分,为定量研究偶然因素对城市热岛的影响提供了可能。     

直接解调法在野外γ能谱解析中的应用研究

本文阐述了直接调解法的基本原理,并采用直接解调方法对野外γ能谱仪的谱线进行重构,从而获得净峰面积。将该方法应用到能谱刻度和仪器标定中,通过在混合模型上的测量结果比较,表明直接解调方法可以有效提高测量精度。有效提高野外γ能谱测量效率,从而达到高效运用于核资源勘查中的目的。