基于多源高分辨率遥感影像的2 m不透水面一张图提取

不透水率是衡量城市生态环境状况的一个重要指标。当前全球范围内仅有1 km和30 m分辨率尺度的不透水面专题信息,无法满足城市尺度水文模型建模、海绵城市规划和建设需求。提出了图谱信息融合的不透水面提取模型,实现了基于深度学习的不透水面提取新方法,研制了不透水面遥感全流程提取和监测软件。基于多源高分辨率遥感影像首次完成了中国31个省（直辖市、自治区）的2 m不透水面专题信息提取,形成全国不透水面一张图,为海绵城市和生态城市的建设提供了基础数据支撑和技术监测手段。     

波致海床瞬态液化对再悬浮贡献率的深度学习预测方法

波致瞬态液化渗流导致海床内细粒沉积物向海水中运移,这一过程对海底沉积物再悬浮的贡献率不容忽视,但是贡献率的准确估计和预测比较困难。本研究将黄河水下三角洲的观测数据(包括水深、有效波高、有效波周期、实验舱内悬沙浓度、实验舱外悬沙浓度)作为模型输入数据集,基于长短时记忆循环神经网络建立了瞬态液化对再悬浮贡献率的深度学习预测模型。为了客观评价模型的性能,以平均绝对百分比误差、均方根误差和平均平方误差-标准偏差为评判标准,将该深度学习模型与其他预测模型(支持向量回归模型、人工神经网络)的预测结果进行了比较。结果表明,基于长短时记忆循环神经网络的深度学习模型对3.5d以内的瞬态泵送再悬浮贡献率预测误差最小,其平均绝对百分比误差、均方根误差和平均平方误差-标准偏差分别为5.87%、1.6730、0.1574。因此,该模型可以有效地减少机器学习方法在连续预测中产生的误差叠加问题。     

降水相态转换机制及积雪深度预报技术研究

利用2014—2017年山西省地面和高空气象观测资料、NCEP/NCAR FNL再分析资料、山西及周边地区多普勒天气雷达资料,对山西冬半年雨转雪过程进行归类与分析,探讨地面气温在降水相态转换中的作用,提取降水相态转换的前兆信息。针对降雪过程,统计分析降雪量和积雪深度增量的关系,总结提炼积雪深度预报指标。最后,选取气候特征相似的两次雨转雪过程进行对比分析,揭示降水相态转换的物理机制。结果表明:(1)山西省11月发生雨转雪的站次最多,其次为2月。地面气温作为降水相态变化的重要指标,其与气候和天气(如冷空气强度和路径)特征、地理位置等有关。(2)山西冬半年积雪深度增量与降雪量比值约0.68 cm·mm~(-1),且比值随着气温降低而增大,因此存在明显的时空差异。(3)在雨转雪的不同时段,随着对流层低层降温,冰雪层厚度在总云层的比例有所增加,且云中固态凝结物下落路径缩短,使得固态凝结物在下落过程中融化概率减小,造成相态变化。     

青藏高原积雪对陆面过程热量输送的影响研究

利用1979-2016年中国区域长时间序列逐日雪深资料,分析了青藏高原积雪深度与积雪日数的分布及变化特征,并将积雪期划分为三个阶段(积累期、鼎盛期和消融期),结合ERA-Interim月平均再分析资料,分析了积雪与地表热状况(气温、地表和土壤温度)和能量输送量(地表净短波辐射、地表净长波辐射、感热通量、潜热通量、地表热通量和土壤热通量)的相关关系,初步探讨了积雪在高原陆面过程中的作用。结果表明:研究时间范围内青藏高原积雪(深度和日数)主要呈减少趋势,仅在黄河源区及高原边缘地区为增加趋势,积雪鼎盛阶段(1-2月)的减少趋势最显著;高原积雪对地表主要起降温作用,深层土壤温度对积雪的响应存在滞后性,积雪的减少抑制了土壤向上的热量输送进而不利于冻土的发育;高原积雪与地表感热和地表热通量主要呈现负相关关系,潜热通量与积雪也呈负相关特征但比感热通量的相关性小。由于ERA-Interim资料对高原积雪深度的描述与本研究使用的卫星遥感积雪深度存在较大偏差(包括空间分布、气候倾向率、年际变化以及绝对大小等),导致本研究中积雪与地表热状况和热通量的相关度不高,需要通过陆面模式模拟做进一步探讨。     

联合地物轮廓线的三维重建算法研究

针对现有三维重建研究中对线特征利用不充分,重建精度低的问题,提出了一种联合地物轮廓线的三维重建算法。利用BDCN模型和相应预处理算法,提取出二维影像上的边缘轮廓线;基于对极几何原理的核线引导和三角测量原理,建立线段的初始匹配假设;通过相似性计算和图聚类算法重建出三维轮廓线模型结果;将结果应用于三维网格模型的优化。使用Building-Imagery-P36和DTU MVS数据集对本文算法进行验证,结果表明：本文方法提取出的轮廓线段精简而完整。相比经典的Line3D++算法,MAE和标准差值平均降低了0.321、0.699,重建时间平均降低了58%,精度和效率都有明显提升。附加三维轮廓线约束后,生成的网格模型视觉效果更佳,细节信息更为丰富。     

井资料高分辨率层序地层学

在准层序中进行层组一级地层单元的识别和对比是高分辨率层序地层学研究的主要难点.提出了一种综合应用井资料进行层组界面识别和对比的新方法.通过测井曲线形态特征、岩心观察、铸体薄片、X衍射、扫描电镜分析、FMI测井资料, 对工区内钙质夹层成因、泥岩电阻率差异、储层电阻率和海拔深度关系进行了研究.结果表明: 钙质夹层单层厚度在0.5~2m之间, 靠近风化壳和断层位置单层厚度大, 分布在水下分支河道底部和河口坝顶部; 低阻泥岩(4~5Ω·m)和高阻泥岩(> 10Ω·m) 分别来源于不同的沉积物源或者形成于不同的沉积相带; 储层电阻率随着海拔深度的增加而增加.因此, 钙质夹层可以作为层组界面识别和对比的标志, 利用泥岩电阻率差异可以确定层组的叠置关系, 判断储层连通性.据此, 建立了准噶尔盆地石南地区西山窑组含油层段等时地层格架, 确定了格架内储层的连通性及油水界面, 并且通过MDT测井资料进行了验证.在此等时地层格架内, 层组的发育顺序、叠置关系、空间展布形态、以及彼此之间的连通性都被定性、定量的表征出来.      

深基础降水喷射泵的特性方程

为方便工程技术人员优化设计并合理地选用降水同心式喷射泵, 介绍了同心式喷射泵井点降水系统结构和应用特点, 建立了深层降水喷射泵降深与结构、性能参数等之间的优化数学模型.既可通过该数学模型, 按降水深度和排水量的要求, 选择工作泵的压力和流量, 设计喷射泵的结构; 又可根据喷射泵设计的数学模型计算特定降深的排水量, 进行深基础降水设计.      

中国隧道及井巷地震波法超前探测技术研究分析

自20世纪90年代以来,反射地震波法作为一种主要的超前探测技术在我国国内隧道及井巷工程中取得了诸多成功应用的探测实例,同时在应用中不同探测方法也存在不少问题。文章结合国内外超前探测中应用较为广泛的TSP法、负视速度法、HSP法、TRT法、ISIS系统等反射波探测技术加以阐明,分析了国内超前探测技术应用与研究的现状,指出隧道及井巷超前探测数据采集与处理过程中存在的不足,并进一步提出超前探测研究在正反演理论、数据采集、偏移成像技术等方面应该注意的问题,超前探测的目标是要建立和完善一套实时的巷道前方地质体的动态监测与预报系统。     

基于走时的保幅偏移方法

振幅随偏移距变化是描述储层特征的重要方法之一,保幅偏移方法就是使偏移剖面能够反映出振幅随偏移距的变化.本论文中的保幅偏移是以走时为基础,主要的方法是采用走时的双曲线展开法,通过走时的二阶空间导数来确定波前曲率.该方法通过建立在大网格上的走时表来确定插值系数,将大网格插值成为较为精细的网格,这样就节省了数据的存储空间.对于相同的网格密度,通过插值来计算走时表比采用程函方程有限差分法直接计算走时要节省5至6倍的时间.走时的插值系数还可以用来计算几何扩散因子、权函数,不仅提高了成像质量,还大大节省了计算时间.     

空间数据计算模式分析与应用

随着传感器和其他数据采集技术的不断进步以及对地观测网络的建设和启动,空间数据的高性能处理和分析成为摆在地学工作者面前的瓶颈。本文以此为出发点,按照不同地学领域(陆地、大气、海洋)的空间数据载体的形态的不同,将空间数据划分为反映固态基质信息的陆地空间数据,反映液态基质信息的陆地水文空间数据,反映液态基质信息的海洋流体空间数据和反映气态基质信息的大气流体空间数据四类,并对每类数据的最小单元问题进行了初步的分析。本文详细阐述了地学空间计算的涵义,并根据计算行为模式及计算的侧重点的不同,将地学计算过程分为深度计算过程与主动计算过程(即“数据→特征→知识”的一般计算过程),并就此进行了阐释。以基于特征的遥感信息提取和目标识别工作为例,对上述理论进行了说明和验证。最后对空间数据计算模式相关问题进行了总结,并对以后的研究做了展望。