Damage localization under ambient vibration using changes in flexibility

In recent years, Structural Health Monitoring (SHM) has emerged as a new research area in civil engineering. Most existing health monitoring methodologies require direct measurement of input excitation for implementation. However, in many cases, there is no easy way to measure these inputs - or alternatively to externally excite the structure. Therefore, SHM methods based on ambient vibration have become important in civil engineering. In this paper, an approach is proposed based on the Damage Location Vector (DLV) method to handle the ambient vibration case. Here, this flexibility-matrix-based damage localization method is combined with a modal expansion technique to eliminate the need to measure the input excitation. As a by-product of this approach, in addition to determining the location of the damage, an estimate of the damage extent also can be determined. Finally, a numerical example analyzing a truss structure with limited sensors and noisy measurement is provided to verify the efficacy of the proposed approach. Sponsored by: Notional Science Foundation Grant CMS 99-00234     

俄罗斯典型城市扩张时空格局与驱动机制——基于遥感决策融合与多元离散回归模型

本研究以社会经济发展统计数据和多源遥感影像数据为基础,通过决策融合遥感解译方法、多元离散回归模型、质心迁移、扇形分析法等,重点考察了伊尔库茨克(Irkutsk)、新西伯利亚(Novosibirsk)、叶卡捷琳堡(Yekaterinburg)分别在1990年、2000年、2010年、2018年城市不透水面的扩张特征,探讨了不同城市扩张的自然环境变化与社会经济发展耦合作用与驱动机制。首先不同城市的扩张方向、强度、速度、模式上存在显著时空差异,三个城市分别呈现“快速增长-增长-慢速增长”“增长-增长-慢速增长”“慢速增长-增长-慢速增长”发展趋势,其中叶卡捷琳堡扩张强度最高。而城市新增不透水面的扩张类型以蔓延式和跳跃式扩张为主,填充式扩张所占比重较小。其次典型城市扩张主要发展方向不同,伊尔库茨克城市扩张特征由南北发展向转为放射状发展,新西伯利亚由东西向发展向正西方向发展,叶卡捷琳堡城市扩张特征由放射状发展向西南方向发展,其发展方向与其自然、区位以及社会因素有关,其中自然因素和区位因素是俄罗斯三类典型城市扩张的主导因素。最后文章阐述不同类型的俄罗斯城市其发展方向与城市发展潜力,为其同类型城市发展提供科学管理依据。伊尔库茨克借助丰富旅游资源重视城市内旅游产业发展,新西伯利亚由于历史问题,对城市内外部交通网络布局提出更高标准规划,叶卡捷琳堡作为俄罗斯国内较发达城市,可加强和周边城市联系形成具有联动作用的城市群。对中国东北地区同类型城市发展规划有着一定的启示意义,包括加强发展紧凑城市、注重交通设施建设、加强周边城市联动、发展旅游等。     

基于贝叶斯时空模型的建设用地扩张格局差异分析——以长三角和中原城市群为例

基于土地利用现状遥感监测数据,采用贝叶斯统计方法对长三角城市群和中原城市群城市建设用地扩张的时空特征及其影响因素进行研究,并探讨两个间差异规律。结果表明:(1)研究期内,两个城市群的建设用地均呈现快速扩张的态势,增长速度均在2000—2005年达到峰值,对应的净增长率分别为36.6%和31.1%。(2)两个城市群城市扩张空间演化过程差异显著,长三角城市群建设用地扩张表现为“点—轴—波式循环”模式,空间异质性较高,出现多个城市扩张热点区域;而中原城市群表现为“点—轴—网”模式,地区间扩张差异较小,温点扩张区域居多。(3)影响两个城市群建设用地扩张的主要因素有经济发展、产业结构、人口规模和居民收入。从影响程度大小的区域对比来看,经济规模、产业结构和居民收入对长三角城市群的影响程度高,人口规模对中原城市群的影响程度高。     

长三角地区城市土地利用与生态环境效应的交互作用机制研究

论文以“长江三角洲城市经济协调会”内16个核心成员城市作为典型案例,构建城市土地利用与生态环境效应评价指标体系,运用灰色关联评价模型探究2000—2015年间城市土地利用与生态环境效应的时空演变规律与耦合度变化,解析系统间交互作用机制。结果表明：① 长三角地区城市土地利用指数不断增加,社会经济发展与土地利用开发均起到正向促进作用。社会经济发展对城市生产、生活空间和环境质量产生更多需求,建设用地扩张、耕地面积被侵占、人口承载增大也是导致城市土地利用指数上升的重要因素。② 区域生态环境质量整体表现平稳,效应映射到空间上,变化幅度与演变特征明显。浙江省的城市生态环境质量高于上海与江苏的城市,这与环境自净能力、污染处理设施建设以及生态保护理念的宣传等因素相关。③ 城市土地利用与生态环境效应耦合度较低的城市占多数,处于失调状态。城镇化进程中用地扩张呈现低密度、分散化倾向,对生态安全和环境质量扰动强烈,导致城市土地利用与生态环境保护的空间偏离度加大。④ 城市土地利用系统与生态环境系统各要素间存在较强的相互作用关系,要素胁迫与约束作用强度大小差异明显。     

基于城市流和层级性的城市群扩展模型构建

城市群是具有网络关系与层级性的区域空间,一直是中国推进城镇化与区域协调发展的主体单元。本文综合考虑城市群的网络与层级性特征,运用城市流刻画城际网络交互作用,采用分层广义线性模型（HGLM）揭示城市群分层驱动机制。同时,选取长江中游城市群开展实证研究,通过与元胞自动机（CA）耦合,构建HGLM-CA模型模拟城市群空间扩展。将模拟结果与Logistic-CA模型、BBO-CA模型进行比对,据此评析HGLM-CA模型的优劣与改进方向。实证结果表明：城市群空间扩展是多层驱动因素共同作用的结果,城市流不仅会推动城市群空间扩展,而且对元胞层因素起到重要的调节作用,使之具有城际分异性;HGLM-CA模型相比Logistic-CA模型模拟精度更高,说明顾及城市流与层级性的城市群空间扩展模拟结果更为精准;与智能模型BBO-CA相比,HGLM-CA模型模拟精度较低,但其便于从层级性角度把握城市群空间扩展机制。     

基于高分辨率遥感影像的2000-2015年中国省会城市高精度扩张监测与分析

21世纪以来,中国城镇化水平迅速提高,城市扩张监测成为地学应用研究的热点,但同时存在着城市区域概念不统一,城市边界提取精度较粗等问题。选取全国31个省会级城市为监测对象,利用高分辨率遥感影像进行统一标准、高精度的扩张监测及分析。基于高分辨率遥感影像数据进行2000年、2005年、2010年、2015年4期城市区域边界提取,与利用中低分辨率影像提取的成果进行比较,并开展城市规模分布和城市扩张分析。结果表明,与其他研究成果相比,本文拥有更高的精度和可靠性;2000-2015年,中国省会城市保持了高速增长趋势,总面积增加了90.15%;省会城市体系接近捷夫模式的等级规模分布;城市扩展情况地区差异显著,东部扩展速度逐步放缓,西部、东北地区加速扩张,中部地区稳步扩张;2010年确定建设的5个国家中心城市（北京、天津、上海、广州、重庆）在2015年城市区域面积位序中排名前5,15年间扩展了82.45%,单个城市年均扩展30.66 km²,其中北京扩展了三成以上,天津、上海扩展了一倍左右,广州扩展了近六成,重庆扩展了两倍以上。本研究成果为中国城镇体系的发展和规划提供了直观准确的数据,对国家全面认知城市扩张状况,掌握城镇建设方针政策实行效果,进行城市体系科学规划具有十分重要的指导意义。     

天山北坡绿洲城市空间形态时空特征分析

借助GIS 软件支持, 综合遥感影像、地形图和其它空间数据, 提取天山北坡8 个绿洲城市 1990 年和2000 年建设用地图形信息, 计算1990 年和2000 年天山北坡8 个绿洲城市的平面轮 廓形状的分维数、紧凑度以及城市用地扩展类型, 讨论紧凑度与分维数的关系。研究结果表明, 天 山北坡绿洲城市形态总体特征表现为形状规则, 结构紧凑。1990~2000 年, 城市扩展类型主要为 外延型, 城市形态分维数增加, 紧凑度降低, 城市外部形态趋于复杂化和不规则化, 而内部结构趋 于松散化, 与同时期我国大部分城市的用地扩展方式有所不同。同时, 天山北坡绿洲城市形态特 征描述参数间存在着明显的幂函数关系, 并且是一种线性负相关关系, 即随着分维数的增加, 紧 凑度呈递减的趋势。     

中国建设用地扩张对景观格局演化的影响

探索建设用地扩张对景观格局变化的影响机理是理解人类活动对生态系统功能、格局和过程变化影响机制的关键。但中国全国尺度建设用地扩张过程对景观格局演化的影响研究明显不足。基于此,突破传统行政区划单元的分析方法,以覆盖全国的10 km格网为基本单元,基于1975-2014年建成区比率数据来表征建设用地扩张水平,运用同期土地利用数据计算相应的景观指数,定量刻画了建设用地扩张及景观格局的时空演化过程,并运用空间计量经济模型定量解析了建设用地扩张过程对景观格局演化的影响效应。同时,基于全样本、不同时间点、不同规模城市和不同区域城市的对比揭示建设用地扩张过程对景观格局演化影响的时空差异性。研究结果表明：40年间建成区比率值增长了3倍,高于同期的人口城镇化增长水平,东、中和西部间呈现出显著的梯度差异性,而且差异程度逐步增加,大、中、小城市之间的差异也较为显著。1975-1990年、1990-2000年和2000-2014年3个时间段的年均增速分别为5.87%、2.32%和2.32%。景观格局总体上也经历了显著变化,优势景观类型的主导性逐步降低,景观格局趋于破碎化,复杂度增强,邻近度趋于离散,聚集度逐步降低,结合度渐高,景观多样性和均匀度均有所提高。随着建设用地扩张水平的提高,景观越来越趋于破碎化,人类活动对景观的干扰强度和频率也不断增强。例如,建设用地扩张水平每提高1%将导致景观斑块数量提高0.45%左右。但是建设用地扩张水平与景观复杂度的变化在空间上存在错位。建设用地扩张水平的提高在一定程度上使同类型斑块间的距离变近,景观聚集度出现降低趋势,景观越来越呈现多种要素的密集格局,斑块聚合和集群性增强,相应的结合度也越来越高,景观均衡化趋势和均匀分布越来越明显。同时发现,不同规模城市和不同区域的影响差异显著,除地理区位因素差异性不显著外,其他控制要素也对景观格局演化具有差别化的影响。     

1978-2014年唐山市中心建设用地扩展时空分析

针对城市的外延式扩展过程中存在的问题,该文基于多时相遥感数据,采用监督分类法初分、决策树分类法再分的解译方法高精度地提取了唐山市中心建设用地,定量分析其在1978—2014年的时空扩展特征。研究发现,唐山市城市建设用地在研究期间呈外延扩张态势,市中心以高速填充—中速填充—快速填充—快速外延式扩展为主要特点;受地质条件影响,唐山市城市扩张方向为地质条件较好的西北方向;城市扩展过程中仍存在土地利用率不高的问题,城市空间紧凑度日趋离散,但内部联系理论上相对紧密。该研究对于了解城市空间扩展形态、方向和规律提供了方法和数据参考,可为优化城市发展布局提供一定数据支撑。