Accurate GPS measurement of the location and orientation of a floating platform

Abstract

This article describes the design and initial tests of the GPS portion of a system for making seafloor geodesy measurements. In the planned system, GPS antennas on a floating platform will be used to measure the location of an acoustic transducer, attached below the platform, which interrogates an array of transponders on the seafloor. Since the GPS antennas are necessarily some distance above the transducer, a short‐baseline GPS interferometer consisting of three antennas is used to measure the platform's orientation.

A preliminary test of several crucial elements of the system was performed at the Scripps Institution of Oceanography (SIO) in December 1989. The test involved a fixed antenna on the pier and a second antenna floating on a buoy about 80 m away. GPS measurements of the vertical component of this baseline, analyzed independently by two groups using different software, agree with each other and with an independent measurement within a centimeter.

The first test of an integrated GPS/acoustic system took place in the Santa Cruz Basin off the coast of southern California in May 1990. In this test a much larger buoy, designed and built at SIO, was equipped with three GPS antennas and an acoustic transducer that interrogated a transponder on the ocean floor. Preliminary analysis indicates that the horizontal position of the transponder can be determined with a precision of about a centimeter. Further analysis will be required to investigate the magnitude of systematic errors.     

非结构化网格下大范围波生流模拟和应用

波浪破碎引起的沿岸流是近岸海域的关键水动力因素。利用基于缓坡方程得到的光程函数方程和波作用守恒方程建立了考虑绕射效应的大范围波浪传播模型,模型可以考虑流场的影响;将波浪模型计算得到的辐射应力、波浪紊动系数等参数添加到三维水动力模型中,得到大范围近岸波生流的计算模型。模型中流场和波浪可以共用计算网格,且可同步耦合计算;模型基于非结构化网格,可以拟合复杂岸线的变化。模型对波生沿岸流、环流和逆流进行了验证,同时对实际海域的波生流进行了计算,结果表明:该模型对近岸波浪破碎引起的波生流具有很好的精度和适用性,可用于实际工程的计算。     

A systematic model for artificial reef site selection

Although artificial reefs are commonly used throughout the world as tools to mitigate for habitat alteration, their development is rarely subjected to a rigorous site selection process. We developed a simple site selection model using the following seven systematic steps: exclusion mapping, depth and slope verification, surficial substrate assessment, data weighting and the subsequent ranking analysis, visual transect surveys, benthic air‐lift sampling, and larval settlement collector deployment. American lobster (Homarus americanas) was selected as the target species for these investigations owing to the local commercial importance of the species. Results from each step in this process ultimately allowed us to select a site for an artificial reef at a target depth that received little wave action, had no slope, and possessed a surficial substrate type that could support the weight of a reef. The site also had the presence of a natural larval supply and low species diversity before reef installation. Each step in this site selection model was designed for easy adaptation to suit the needs of various artificial reef projects.     

变质作用p-T-t轨迹的研究方法与进展

变质作用p T t轨迹理论的提出完全改变了人们对变质作用过程的认识。地壳加厚区(造山带)内区域变质作用发生于地壳从热扰动到热松弛的动态演化过程中,岩石的p T t轨迹是地壳加厚的方式及机制、热松弛速率和岩石折返速率的综合函数。一维热模拟假设引起热扰动的构造作用在瞬间完成,岩石在折返过程中开始变质作用演化。二维热模拟结果表明在地壳加厚过程中(岩石埋藏阶段)伴随明显热效应,岩石在折返过程中有少量加热,达到温度峰值。反演变质作用的p T t轨迹包括3种方法：传统地质温压计方法,吉布斯/微分热力学方法和变质相图方法。无论哪种方法,都必须以详细岩相学研究为基础,在岩石中划分出两期以上矿物组合。传统地质温压计方法被广泛使用,但在确定不同期次矿物组合的平衡和p T条件上有若干不确定性。吉布斯/微分热力学方法理论上非常完善,依据矿物(石榴石)的生长环带计算岩石的p T t轨迹,但是由于难以确定矿物生长阶段的矿物组合变化,以及缺少复杂固溶体的活度模型等,致使该方法实用性较差。目前反演岩石p T t轨迹的最好方法是变质相图方法,该方法依据p T视剖面图上矿物等值线温压计,模拟由矿物的世代关系和生长环带所记录的p T条件变化,并可以定量模拟变质过程中的矿物组合演化、变质反应和流体行为。对不同中压型变质带和超高压型地体中岩石p T t轨迹的反演模拟表明,岩石在构造埋藏阶段应伴随明显热效应,发生一系列递增变质作用,几乎同时达到压力与温度峰值,岩石折返过程以等温降压型(ITD)为主。这与一维热模拟结果很不相同,而与二维热模拟结果大体相似,但一般折返速率更快。     

相混合计算法确定蒙脱石含量的对比研究

基于X射线粉晶衍射分析、化学成分分析数据,依据物质平衡原理,应用相混合计算法对陕西洋县、河南确山、内蒙古赤峰三地的膨润土进行了定量物相分析。根据电子探针微区分析所得蒙脱石晶粒化学成分数据,采用以阴离子为基准的氢当量法,计算了膨润土中蒙脱石的晶体化学式。应用CELLSR软件,计算得到膨润土中各主要矿物的晶胞参数。通过与传统的确定膨润土中蒙脱石含量的吸蓝量法和X射线衍射多相Rietveld分析法进行定量对比,结果表明,相混合计算法是确定多种矿物共生的膨润土中蒙脱石含量最有效的物相分析方法。尽管受不同分析方法的误差积累影响,但是由该法确定蒙脱石的含量仍能保证±20％的计算精度。     

差应变法地应力测量——以汶川地震断裂带科学钻探WFSD-1钻孔为例

岩心差应变分析法是汶川地震断层科学钻探(WFSD)项目地应力测量的主要手段之一, 该技术通过高压容器对取之于钻孔不同深度的实验样品施加围压, 观察先前由于失去地层应力而膨胀产生的裂纹重新闭合, 并通过裂纹闭合过程差应变曲线分析, 确定主应力大小和方向。WFSD-1孔12个岩心样品的DSA测试结果表明:断层上下盘的应力状态有明显差异, 区域地应力不仅随深度增加, 还与地质结构和岩石的物理性质等因素有关。      

循环荷载下加固土体孔压的模糊正交试验分析

针对地铁循环荷载下加固软粘土的孔隙水压力发展规律,对上海地铁4号线宝山-海伦引导段隧道周围的加固软黏土进行室内GDS循环三轴试验。结合重复正交设计法安排试验,借助模糊数学的理论与方法处理试验数据,充分考虑了振动频率（0.5、1.5、2.5 Hz）、动应力幅值（20、30、40 kPa）、固结比（1、1.4、2）以及超固结比（1、1.5、2）对土体孔隙水压力的影响。研究结果表明:振动频率、动应力幅值、固结比及超固结比对加固软黏土孔隙水压力的影响率分别为0.722、15.821、0.944及6.628;这说明影响加固软粘土孔隙水压力变化的主要因素是动应力幅值及超固结比,而固结比和振动频率的影响不显著。     

长白山及邻区地壳、上地幔顶部三维速度结构

根据沿长白山布设的宽频带流动地震台站及吉林省地震台网所记录的近震P波走时数据,利用层析成像方法对长白山及邻区（39°N-45°N、122°E-130°E）深至40 km的地壳和上地幔顶部三维速度结构进行了研究。结果表明：地震的发生和分布多集中于断裂等复杂地质构造。利用较高分辨率的地壳、上地幔顶部三维速度结构证实了长白山火山区岩浆囊存在,并推测岩浆囊的位置位于火山口的西南方向,深度为10~40 km。壳内岩浆囊分布对进一步解释、认识火山灾害提供了重要的深部信息。     

32 a来气候扰动下中国沙质荒漠化动态变化

借助遥感、GIS技术,利用1975年MSS、2000年ETM和2007年CBERS数据、气温和降水数据,采用基于像元的灰色关联度方法,研究1975-2007年气候因素扰动下中国沙质荒漠化时空变化规律。研究结果表明,中国沙质荒漠化虽然在2000-2007年面积减少、程度减轻,但在1975-2007年面积依然呈小幅增加趋势（增加面积为6 179.8 km²,其中重度沙质荒漠化增加面积最大）,程度加重。通过对内蒙古、新疆2个典型区的灰色关联度分析,进而研究全国范围可知,气温对沙质荒漠化变化的作用（沙质荒漠化减轻/加重与气温的相关系数分别为0.973,0.976）大于降水（沙质荒漠化减轻/加重与降水的相关系数分别为0.884,0.882）。气候因素扰动下,沙质荒漠化变化的总体趋势为,沙质荒漠化与气温变化呈正比,与降水呈反比。该趋势以甘肃、陕西为界,界线以西较为明显,而最显著区集中在新疆北部、东部,西藏北部。     

桩承式路堤土拱效应发挥过程研究

通过三维模型试验对桩承式路堤中土拱效应发挥过程进行了研究,重点分析了不同桩顶盖板尺寸、不同加筋方式下应力折减系数与差异沉降之间的关系。结果表明,土拱效应随变形的增加而发挥;加筋材料的设置减小了差异沉降,削弱了填土中的土拱效应,荷载向桩顶的传递是土拱效应和拉膜效应共同作用的结果。采用有限元法对桩间距、填土高度等未能在模型试验中考虑的关键因素进行了参数敏感性分析,总结了土拱效应发挥过程的相关规律。根据有限元计算结果、试验数据和文献中收集到的实测资料,提出用土拱效应发挥系数和归一化位移来描述土拱效应的发挥过程,建议二者之间采用双曲线方程模拟,从而在设计中体现土拱效应随位移的发展,并满足路堤填土、加筋材料和地基之间的变形协调要求。