地震灾害后区域生态环境修复三维建模与仿真

地震灾区生态环境复杂,区域修复效果容易受到关联信息的影响,导致修复过程复杂,形成修复碎片化,修复效果不理想。为此设计基于激光扫描的地震灾害后区域生态环境修复的三维模型,通过三维激光扫描原理,获取自然景观和设施的详细位置原始数据;引入平面特征图像分割方法,对原始数据几何纠正,并完成整体数据纠正匹配,根据修正后的生态环境数据,采用法向量实行最小化,获取拼接匹配信息;根据匹配信息进行重采样,完成三维网格模型的构建,获取区域地震灾害后生态环境整体信息;并依据模型构建地形刷物理区域,修复区域地震灾害后的破损地形环境。将该方法应用于某灾区震后生态环境修复工作中,验证得出其可控性较强,且修复后的生态环境破碎化与缩小率都低于其他修复方法,具有一定使用价值。     

右江断裂带落央小段的断层眉脊带探讨

断层眉脊带在华南地区是一种罕见的构造地貌现象。描述了在上落央发现的断层眉脊带特征,测量了断层露头的几何学特征,利用三维激光扫描技术研究了断层对水系的影响。结果显示:北侧断层眉脊面出露地表至少0.33 m,南侧为1.3 m,并形成了跌水。眉脊面在平面上呈左行右阶的雁列式展布。该露头由南北两组断层组成,它们均为左旋走滑性质,南侧断层在水平方向上左旋错移冲沟5.5 m。讨论后认为:此次发现的断层眉脊带可能是一次古地震或历史地震事件的遗迹。     

地形中的特征空间尺度与非分形构造的频谱信号

地形有时被认为是不随尺度发生变化或是随机的面,然而定性的观测结果却表明它们含有特征空间尺度。我们通过分析从加利福尼亚州北部两个地形高分辨率地形图中提取的二维傅里叶功率谱,定量研究了存在于这两个地区的特征地形空间尺度。发现两处地形的谱能量在大致对应于斜坡长度的频率都迅速衰减,意味着地形在较小的尺度上都相对光滑。功率谱图还显示两处地形均具有准周期的脊-谷构造,从中我们也得到了脊-谷构造波长的精确测量结果。通过该频谱与随机生成的地形面的统计频谱特征的比较,我们发现这种均匀的谷间隔不可能产生在随机面上。除了特征空间尺度的识别外,我们还论述了多种谱分析在地貌学上的潜在应用,包括可用于测量诸如在特定尺度或特定方位上局部起伏等地形属性的滤波技术。     

基于三维激光扫描的BIM技术在城市老旧建筑改造的应用

近年来,三维激光扫描被广泛应用于复杂老旧建筑物的数据采集,应用BIM技术实现建筑信息模型的创建是建筑信息管理的热潮。基于三维激光扫描技术和BIM技术,以深圳市光明区某复杂老建筑的自来水管网扫描工作为例,运用三维激光扫描仪器对复杂老建筑外围进行实景测量,提取原始数据导入Cyclone Register 360软件进行点云数据处理,并探索了通过Autodesk Recap将扫描的点云数据逆向建模,创建复杂老建筑的BIM模型。     

考虑视觉传达效果的震后区域三维图像虚拟重建

传统二维震害图像方法对震后区域进行研究时,由于其拍摄角度具有局限性,震后区域图像的视觉效果不理想。提出基于三维激光扫描技术的震后区域三维虚拟重建方法,采用三维激光扫描仪测量震后区域,获取该区域的点云数据,采用Cyclone软件合并点云数据后,得到震后区域拼接后的整体点云图,将该图点云数据进行去体外孤点、去噪声点以及点云取样等处理后实施封装,在封装的点云数据上采用Sketch模型实施贴图操作,实现视觉传达效果理想的震后区域三维图形的虚拟重建。实验证明,所提方法对震后区域的三维图像虚拟重建结果精度高、视觉效果好。     

位场边缘识别特征点提取方法及应用

位场边缘识别技术在地质构造特征研究中发挥着重要作用,但相关的自动化解释技术却发展缓慢.本文在位场边缘识别技术的基础上,研究了一套脊点提取、连接及特征线综合信息提取方法,可促进自动化地质解释的发展.首先,依据脊点的局部性质判断其存在性并计算其位置,采用分类连接、双向连接及排序等技术保证了脊点连接的连续性和高效性;之后,利用脊线方向、脊线笔直度、固定值线方向和固定值线扁度对特征线(脊线和固定值线)进行分区,并通过对特征线的方向、条数以及长度或面积进行综合统计,进一步提取边缘识别结果蕴含的信息.最后,通过实际资料测试验证了本文方法的有效性和实用性.     

综合InSAR和应变张量估计2016年MW7.0熊本地震同震三维形变场

利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)影像提取与地质活动相关的三维地表形变场,对深入理解地质灾害的形成机制及其潜在灾害风险评估非常重要.目前,利用SAR影像的同震三维形变场提取主要利用单个像素点的多次观测构建观测方程,然后基于加权最小二乘(Weighted Least Squares,WLS)方法分解从而获得同震三维形变场,因此该方法缺乏对相邻像素点空间相关性的约束.考虑相邻同震位移点的应力连续性,研究学者提出了顾及大地测量应变张量和卫星形变观测的SAR同震三维形变场方法(Extended Simultaneous and Integrated Strain Tensor Estimation from geodetic and satellite deformation Measurements,ESISTEM).本文以2016年MW7.0熊本地震为例,收集了覆盖此次地震的ALOS-2卫星升降轨影像,利用传统差分InSAR(DInSAR)方法和子孔径雷达干涉测量(Multiple Aperture InSAR,MAI)方法分别对升降轨SAR影像对进行处理,得到视线向(LOS)形变和方位向形变,最后利用ESISTEM方法获取此次地震的三维同震形变场.此外,利用GPS和野外考察观测对本文的三维形变场结果进行结果精度分析.研究结果表明,与传统WLS方法相比,ESISTEM方法不仅能有效抑制奇异像素点对形变结果的干扰,同时对近断层的失相干信号能进行较好的恢复,更有助于解释地表破裂区的地震形变特征和掌握地震发生机制.本文确定的三维同震形变场结果显示主形变区发生在Futagawa断层中部和Hinagu断层最北端,最大水平位移为2m,抬升为0.55m.断层破裂以NE-SW走向的右旋走滑为主兼有部分正断成分.应变张量分析表明发震断层处受到了明显的收缩力和剪切力的作用.     

基于深度信念网络的多采样点岩性识别

岩性识别是储层预测中的一个重要环节.一方面,传统的机器学习算法缺少特征自动提取的过程,且不能有效利用地震数据局部特征预测储层;另一方面,采用单一采样点作为输入,缺失相邻数据关联关系反映层位信息.针对此不足,本文以多个相邻采样点的地震数据作为输入和测井岩性数据作为输出,利用受限玻尔兹曼机(RBM)对多采样点地震数据进行特征提取,逐层堆叠受限玻尔兹曼机(RBM)构建深度信念网络(DBN),并采用随机梯度下降算法对误差进行反向传递学习,最终构建岩性识别模型.以多点地震数据为输入,利用该模型实现地层岩性识别.通过多种智能建模方法实验对比,证实了多个采样点作为输入,隐含利用了部分地层信息,有效地提高了岩性识别的精度.     

基于GPU混合反演的隧道电阻率超前探测成像研究

隧道施工期超前探测对于避免突涌水灾害的发生具有重要作用,为满足隧道三维电阻率超前探测快速化解译与成像的要求,本文提出了一种基于GPU并行的蚁群算法与最小二乘方法相结合的混合反演算法.该方法结合线性反演与非线性反演的优点,利用蚁群算法全局搜索能力强的优点为最小二乘反演提供较优的初始模型,以克服最小二乘算法容易陷入局部最优的缺点,提高了隧道三维电阻率反演成像的精度.同时,基于蚁群算法的天然并行性,提出了CUDA环境下的GPU并行策略,实现了三维电阻率反演的快速化成像.其次,开展了基于GPU混合反演的数值算例,与传统最小二乘线性反演进行了对比,基于GPU并行计算的混合反演计算效率得到了显著提高,对含水构造的位置、形态有较好的反映,压制了三维反演的多解性.最后开展了物理模型试验,结果表明基于GPU混合反演探测的低阻异常体与实际含水构造的位置较为相符,发现基于GPU加速的混合反演方法在提高探测精度与加快反演速度方面具有显著优势,为三维电阻率混合反演方法在隧道超前探测实际工程中的应用奠定了基础.     

基于粒子群算法的俯冲带三维有效弹性厚度反演

岩石圈有效弹性厚度是表征岩石圈力学性质的参数,其反映了岩石圈挠曲变形的特征.本文在传统二维挠曲模型的基础上,提出了适用于俯冲及碰撞带的三维薄板挠曲模型.并发展了基于粒子群算法的俯冲带三维有效弹性厚度反演方法.该方法适用于挠曲参数存在横向差异的俯冲-碰撞带.最后利用该方法反演了马尼拉海沟处岩石圈的有效弹性厚度,结果显示:南海中央海盆岩石圈的有效弹性厚度随着距洋中脊距离的增加而增大;马尼拉海沟轴部弯矩在洋中脊两侧呈分段性变化,这表明南海俯冲板片在深部撕裂可能对浅部的挠曲形态产生影响.     

隧道磁共振全弛豫信号三维反演研究

磁共振探测反演近些年得到较多的关注.传统的磁共振反演多为基于地面大线圈采集,基于初始振幅的反演,这种方法未考虑地下复杂的多孔地质环境,且限制了磁共振方法的应用范围.针对上述问题,本文尝试建立了基于隧道磁共振全弛豫信号的三维反演方法,在传统的磁共振三维正演核函数基础上,加入指数衰减项,在充分考虑地下电阻率不均匀体的情况下,采用有限元方法模拟了磁共振全弛豫信号响应.针对三维磁共振灵敏度矩阵的病态性和隧道中的电磁干扰,建立了考虑罚项的最小二乘目标函数,并结合实际对函数的解加以约束,利用基于不等式约束的最优化算法实现了三维反演.模型计算表明:本文的三维反演效果良好,不仅能实现掌子面前方含水异常体定位,而且能给出不同弛豫时间下的含水量信息,从而间接获知灾害水赋存状态,为隧道磁共振数据处理提供了一个可供借鉴的方法.     

三维弯曲界面炮集P波反射时距特征分析

对于三维反射地震,文中将三维弯曲界面视为倾向和倾角变化的三维倾斜界面的包络,并依据三维倾斜界面反射提出计算三维弯曲界面P波反射时距的一种新方法。该方法基于倾角CDP理论,从界面反射点出发,给出地表CDP网格点,由检波点位置计算炮点位置,得到三维地震的炮点网格和检波点网格的分布关系,最终计算P波的三维反射时距。炮集数值模拟的结果表明,该方法有较高的计算效率,便于分析反射时距随炮点位置的变化,特别能揭示界面反射点位置和时距的关系。三维弯曲界面和三维倾斜界面的反射时距特征对比表明,仅从同一测线方位的时距难以将这两种类型的界面反射区分开来,但比较不同方位的时距差异可以解决这一问题。     

基于正则化条件的地震数据局部信噪比估计方法

信噪比是衡量地震数据质量的重要指标之一,在地震数据处理和解释中有着重要的作用.目前已有的地震数据信噪比估计方法往往得到的是整个数据的全局信噪比,这种方法只能说明地震数据总体质量的好坏,无法直观细致地刻画地震信号的局部质量.本文提出一种基于正则化条件的局部信噪比估计方法.该方法的基本原理是使用正则化共轭梯度法求解局部信噪比最优解,正则化算子的参数将控制地震信号各点数据局部信噪比的平滑性.其中应用一种基于"过滤波"的级联信号估计方法来计算有效信号,该方法利用有效信号和噪声的相关性特征计算局部信噪比中的有效信号.局部信噪比估计方法利用了信号中每个数据点及其邻域各点的局部信息,避免了使用单个数据点而可能出现的信噪比不合理值,而且局部处理能够减少全局噪声对信噪比估算的影响,该方法可以更准确地表征地震资料信噪分布特征.另外,局部信噪比对去噪方法的评估也具有重要意义.理论模型测试和实际资料处理结果表明,局部信噪比估计方法能够准确反映任一给定地震信号剖面的局部信噪比特征,为非平稳地震数据质量评估提供了直观的评判标准.     

核磁共振与瞬变电磁三维联合解释方法

传统核磁共振地下含水量解释多采用基于均匀半空间或层状导电模型的一维反演,分层给出地下含水信息.然而,这些方法忽略了地下复杂电阻率分布信息对结果的影响,也不能很好地反映局部三维含水构造.本文从三维电介质中核磁共振响应的正演理论出发,提出首先利用瞬变电磁数据进行基于等效导电平面法的快速电阻率成像,然后将成像结果作为核磁共振三维反演的电性模型,进行联合解释.激发磁场的分布采用有限元法直接求解,通过引入伪δ源实现电流源的加载,并强加散度条件排除了三维磁场模拟中"弱解"的影响.针对核磁共振灵敏度矩阵的病态性和数据中存在的干扰信号,提出考虑罚项的非线性拟合目标函数,利用线性化方法进行核磁共振反演.模型数据表明该方法能较准确反映地下三维含水构造,实测算例进一步证明了方法的有效性.本研究将促使核磁共振方法在岩溶、裂隙水、孤立水体等复杂水文地质条件及隧道、矿井灾害水源探测等方面得到有效应用.     

近景摄影测量在探槽地质信息获取中的应用——以泾阳南塬庙店4#滑坡为例

探槽是最直观的地质勘查技术手段之一,也是正确认识地质体内部构造信息的关键资料。但探槽本身无法长久保存,需要及时对探槽的地质数据进行精确记录和存储。传统的探槽地质信息记录方法主要有素描法和照片拼接技术,通过其可获取探槽的二维地质信息。三维激光扫描和摄影测量技术等三维空间影像技术的发展,为获取探槽的地质信息提供了全新的思路。文中以泾阳南塬庙店4^#滑坡探槽为例,介绍了利用近景摄影测量技术记录探槽三维地质信息的方法。该方法首先在整理好的探槽表面布设像控点,然后用数码单反相机采集探槽表面相片,最后利用图像建模软件对探槽进行三维图像建模工作。为便于技术方法的推广应用,文中还对像控点的测设和相片的采集方案等关键技术问题进行了详细介绍。为验证成果的可靠性,还对近景摄影测量成果的精度进行了验证分析,并在此基础上详细讨论了数据成果的二维和三维地质应用,结果表明:与传统方法相比,利用摄影测量技术记录探槽的地质信息提高了野外工作的效率和安全性,且该方法与三维激光扫描数据相比保留了更丰富的纹理细节;数据成果在实现传统的平面应用功能的基础上,还具有很好的三维应用价值,值得推广应用。     

黑石岭隧道围岩岩爆灾害的研究

地应力环境与围岩力学属性是隧道工程中引发岩爆的两大决定性因素。为了研究黑石岭隧道开挖过程中围岩岩爆灾害的潜在威胁及其表现规律,通过对岩爆里程段的现场采样、运用Kaiser效应法测量原岩应力和室内岩石力学实验,探讨了工程区内白云岩的岩性特征及其破坏规律,并基于强度理论和冲击能指标分析了发生岩爆的可能性及其发生方式。分析得知,该工程区内岩爆的潜在威胁较大,尤其是测点1和测点2处发生强岩爆的可能性最大,须在工程开挖过程中加强防治。     

地震波传播的三维伪谱和高阶有限差分混合方法并行模拟

基于交错网格伪谱法和高阶精度有限差分方法,发展了模拟非均匀介质地震波传播的三维伪谱和有限差分混合算法.该方法在两个水平方向利用交错网格伪谱算子计算空间微分,保留了该方法高效、高精度的优势,在垂直方向采用交错网格高阶精度有限差分算子实现空间微分计算．利用有限差分方法的局部性特征,将三维计算区域在垂直方向上划分为一系列子区域,并分配给不同的处理器,实现了在并行计算机集群上的三维并行计算．通过模拟算例,与离散波数法比较,检验了该算法的精度．为了检验该方法的实用性,在64个处理器上,对三维沉积盆地模型进行了67108864个网格点的并行计算,模拟的波场主频率为1.25Hz,讨论了沉积盆地深度对三维沉积盆地地面运动的影响．      

基于潜在破裂面源模型的南北地震带南段地震区划研究

南北地震带南段大震活动频繁。已有的研究结果表明,大震近场范围场点的地震危险性与地震破裂面产状及其尺度密切相关。因此,在南北地震带南段需要考虑潜在震源三维特征进行地震危险性分析和地震区划研究。本文在充分搜集大震发震构造资料的基础上,在南北地震带南段构建了考虑震源尺度和产状的潜在震源模型,改进了地震危险性概率分析方法,进而对该地区进行地震区划研究。结果表明,考虑潜在震源三维特征的地震危险性分析结果可以有效地反映南北地震带南段发震构造的产状和尺寸特征,提高地震区划结果的合理性。     

隧道火灾时空温度场小波分析

提出了分布式光纤温度传感系统（DTS）时空温度场小波分析方法,完成了监测系统报警算法的设计;应用该算法,对隧道内弱风和强风条件下的模拟实验隧道火灾时空温度场进行了瞬态识别;基于隧道温度场监测数据时空矩阵的提取,对隧道的温度场变化规律做出了分析,并选取Ribo3.7小波基成功识别出隧道火灾时空温度场的奇异点。实验结果表明,基于小波分析定位隧道时空温度场奇异点是一种有效的隧道火灾报警方法。     

南方海相地震资料脊波非线性阈值去噪方法

小波分析方法在数据处理中已得到成功广泛的应用,这主要得益于它的局部时频分析能力,但是小波分析对方向的表征能力有限。脊波变换具备优越的方向选择性能,能更好地处理含有线状变化特征的信号。本文针对低信噪比地震记录,尝试研究利用脊波变换方法对其进行处理,提高剖面资料信噪比,突出同相轴信息。在对南方某油田的实际地震资料的处理中,可以发现处理后的地震剖面同相轴品质及连续性有了明显改善,信噪比增强,分辨率相应提高,体现出了该方法相对常规小波分析方法的优越性。