基于新的惩罚因子算法的波场重构反演

全波形反演是一种高精度的反演方法,其目标函数是一个强非线性函数,易受局部极值影响,而且反演过程计算量较大.波场重构反演是近几年提出的一种改进的全波形反演理论.该反演方法通过将波动方程作为惩罚项引入到目标函数中,通过拓宽解的寻找空间减弱了局部极小值的影响,而且反演过程不需要计算伴随波场,提高了计算效率.但该反演方法一直缺少准确的惩罚因子算法,直接影响到该方法的准确度.本文将波场重构反演拓展到时间域并利用梯度法进行波场重构.频率域的惩罚因子用来加强波动方程的约束,而时间域惩罚因子表现为调节模拟波场和实际波场的权重因子.为此,我们根据约束优化理论,在波动方程准确以及重构波场与反演参数解耦的假设下,提出以波动方程为目标函数的新的惩罚因子算法.根据波形反演在应用时普遍存在的噪音干扰、子波错误和低频信息缺失的情况下,应用部分Sigsbee2A模型合成数据对本文提出的算法进行实验.数值实验结果表明：基于新的惩罚因子算法,在其他信息不准确的情况下,波场重构反演可以给出高精度的反演结果.

     

水环境约束分区与空间开发引导研究——以无锡市为例

基于区域开发与水环境保护的相互作用关系,本文根据河湖水环境质量要求对地区开发的约束影响,分析水环境约束的区域差异及相应区域开发中水污染物排放的控制.以无锡市为例,综合考虑河湖水文及流域地貌等自然地理要素,将全市域划分为两个一级环境单元区.34个二级子环境单元区,作为水环境约束评价的基本单元;选择河湖水体使用功能、水体通达性、水质目标和引水通道、地貌特征等要素作为表征水环境约束的评价因子,运用GIS空间分析和统计分析方法,综合评价全市域水环境约束的等级分区.以此作为空间开发引导的依据,其中水环境约束较弱的地区可以适当布局水污染物排放量较大的生产生活项目.而水环境约束较强的地区需要严格控制乃至禁止水污染物排放量大的项目建设.     

三维模式约束的电离层掩星反演方法

目前电离层掩星数据反演是基于电离层电子密度分布局部球对称近似的Abel反演方法,实际电离层的非球对称性会给电子密度反演结果带来误差.本文研究利用三维电离层模式来提供电子密度水平变化的先验信息约束电离层掩星反演的方法,即三维模式约束法;并将该方法应用于模拟掩星观测数据和实测掩星数据的反演.模拟观测数据的反演结果表明,与Abel反演方法相比,三维模式约束法能够减小反演误差.采用IRI2001模式作为约束,对COSMIC电离层掩星实测数据反演,将反演结果与全球的垂测仪数据进行比较,结果表明,三维模式约束法和Abel反演方法都能很好地反演电离层掩星.     

混凝土小砌块约束砌体结构的抗震性能——基于层间位移的分析

混凝土小砌块约束砌体结构,由于加入芯柱、构造柱、圈梁,使结构整体性提高,因此具有较好的抗震性能和发展前景。通过整理94个混凝土小砌块约束砌体墙片试验数据,考虑权重,统计了混凝土小砌块约束砌体墙片延性系数,给出了延性系数与高度、延性系数比与高宽的关系,同时给出了层间开裂位移角、层间极限位移角公式,以及接近倒塌时混凝土小砌块约束砌体结构层间位移的计算公式,并与一个八层混凝土小砌块约束砌体结构的动力时程分析结果进行了对比,结果显示,最大误差在顶层,为17.7%,因此,所提层间位移计算公式是可以满足工程精度需要的,为混凝土小砌块约束砌体结构基于性态的抗震分析提供参考。     

重磁数据三维物性反演方法进展

综述了重磁数据三维物性反演方法中的几个关键问题.主要包括正演快速算法、反演框架、约束因子讨论、反演算法实现等方面.正演快速算法主要讨论了等效存储几何格架技术、基于GPU加速的并行计算技术以及小波压缩技术.三维物性反演则是在最小二乘意义下使目标函数达到极小的线性或非线性反演.指出,对于特定地质问题需要谨慎选择不同且合适的约束方法乃至反演算法,才能达到好的效果.最后讨论了重磁数据三维物性反演较好的应用前景及发展方向.     

考虑抗震性约束的建筑空间结构优化

当前对建筑空间结构进行优化时,所采用的算法趋同性高,无法实现多目标种群优化,易陷入局部最优解,存在寻优质量低、优化成本高、抗震性能低的问题。针对上述问题,提出一种基于改进粒子群算法的建筑空间结构优化方法。该方法以空间结构的抗震性能、工程造价为优化目标,来优化建立建筑空间结构设计;引入多子群协同进化机制解决建筑空间结构抗震优化设计中多目标间的种群优化问题,同时引入外部档案和精英学习策略改进粒子群算法,筛选出满足目标函数的最优设计方案,完成抗震性约束的建筑空间结构优化。实验结果表明:所提方法对建筑空间结构优化时的特点为寻优质量高、优化成本低、抗震性能高。     

基于不等式约束的最小二乘法三维电阻率反演及其算法优化

基于光滑约束的最小二乘法是三维电阻率反演的主要方法,但该方法在某些情况下存在着多解性较强的问题,且普遍耗时较长,严重制约了三维反演方法的推广与发展.为改善上述问题,将表征模型参数变化范围的不等式约束作为先验信息引入最小二乘线性反演方法中,有效地改善了反演结果的精度,降低了反演的多解性问题.为了解决耗时较长的问题,基于预条件共轭梯度(PCG)算法和Cholesky分解法的特点提出了一套优化三维电阻率反演计算效率的计算方案.在该方案中,Cholesky分解法被用来求解敏感度矩阵计算中的多个点源场的正演问题,Cholesky分解法只需对总体系数矩阵进行一次分解,然后对不同的右端向量进行回代即可.将预条件共轭梯度法引入到三维电阻率反演方程的求解中,将雅可比迭代中的对角阵作为预处理矩阵,其具有求逆方便、无需内存空间的特点,有效地加快了收敛速度.对合成数据以及实测数据的反演算例表明,借助不等式约束和反演效率优化方案,最小二乘反演方法可得到较为精确的反演结果,有效地提高了反演计算效率,具有良好的推广前景.     

基于同步辐射X射线CT的无烟煤样孔隙分布表征

本文利用同步辐射X射线对一沁水盆地无烟煤样在24 keV的能量下进行了成像,并重构得到其CT切片。分别采用数字地形模型（DTM）和数据约束模型（DCM）对样品的CT切片进行分析。研究结果表明,对本文所用煤样,DTM计算得到的煤样孔隙率与真密度和视相对密度实验法测得孔隙率较为接近,但利用DTM确定的阈值进行阈值分割提取到的样品孔隙率与DTM计算所得孔隙率之间偏差较大。DCM计算得到的孔隙率与DTM计算得到的孔隙率及实验测试结果均较为接近。DCM模型考虑了样品CT成像过程中的部分体积效应,得到小于CT体元的孔隙分布信息,在一定程度上拓展了CT成像技术的表征尺度。DCM计算结果显示,煤样中孔隙更多与煤基质和矿物组分以部分占据CT体元的形式存在。     

电离层层析重构的一种新算法

自适应联合迭代重构算法是电离层层析成像中一种收敛速度较快的反演算法.然而,在电离层电子密度重构过程中,该方法对迭代初值的精度要求较高.针对上述问题,本文提出了一种约束自适应联合迭代重构算法,该方法通过附加合理的平滑约束,减弱了没有观测信息的格网对迭代初值精度的依赖性,有效地提高了反演结果精度.数值模拟实验和实测数据的反演结果证实了该算法的可行性和在重构精度上的优越性.     

精细化纤维梁柱单元模拟分析平台FENAP的开发

为精细化模拟桥梁结构的非线性行为,在深入分析纤维梁柱单元模型原理的基础上,本文基于ABAQUS建立了钢筋混凝土精细化纤维梁柱单元模拟平台FENAP,开发了与其相适应的材料模型库FENAP/MAT,涵盖了多种材料本构模型,能够有效考虑构件的刚度退化和强度退化等损伤效应,以及模拟轴力和弯矩的多维耦合效应等复杂非线性动力行为,且可考虑箍筋对混凝土的约束作用等。利用该FENAP平台数值模拟了一个钢筋混凝土矩形截面悬臂梁,进行了Pushover分析,考虑了箍筋对核心混凝土约束效应的影响,并与OpenSEES的计算结果进行对比。结果表明:FENAP平台可有效模拟桥梁构件的多种复杂非线性行为,且具有很好的计算效率和求解精度。