BDS/GPS双系统组合GBAS性能评估

随着北斗卫星导航系统(BDS)全球组网进程的推进,BDS/GPS组合导航成为提高导航性能的重要方法,同时地基增强系统(GBAS)作为实现精密导航的新一代导航方式是当前研究的热点。本文通过推导BDS/GPS双系统组合GBAS数学模型,分别对BDS、GPS独立作为GBAS导航源及BDS/GPS组合导航作为GBAS导航源时系统的精度因子(DOP)、垂直保护级(VPL)性能进行了对比分析,对比验证了应用各系统时GBAS性能的差异。结果表明,基于BDS与GPS的GBAS性能接近,且互有优势;BDS/GPS组合GBAS性能优于各单系统性能。     

利用矩谐分析的局部大地水准面确定

大地水准面是重力的等位面,建立高精度的大地水准面是大地测量学的重要任务之一。现阶段建立局部大地水准面多采用球谐分析以及球冠谐分析,但都无法获得高精度、小区域的大地水准面。针对这一研究现状,本文提出了采用矩谐分析确定局部大地水准面的方法。选取所研究区域中心点为坐标原点,建立直角坐标系,并在此坐标系下求解地球引力位Laplace方程;利用模拟的陆地重力及航空重力数据,对矩谐分析建模方法进行验证与分析;并针对影响矩谐分析精度的边界效应问题,采用扩展参数的方法提高精度,针对"龙格问题",进行了最佳截断阶数的研究。结果表明:由陆地重力和航空重力数据确定的2.5'×2.5'的大地水准面精度分别能达到4.2、4.3 cm;且对于航空重力数据,矩谐分析能同时实现向下延拓和解算两个重点、难点计算过程,将航空重力解算直接化、简单化。     

煤矿掘进工作面低照度视频增强技术研究

针对煤矿掘进工作面视频光照较低、亮度不均、纹理模糊、噪声较多等问题,提出一种煤矿掘进工作面低照度视频增强算法。首先,利用卷积的可分离性将视频图像进行一维水平卷积与垂直卷积,再利用完美反射法实现视频图像自动白平衡,并使用图像混合增强技术提高视频图像整体亮度。然后,基于大气散射模型与暗通道先验方法,通过递归分割将图像分割为高光区、中间调和暗调区,并求取对应区间通道像素最大值,将其3者均值作为大气光照估计值,引入调节因子对透射率进行调整优化,并使用拉普拉斯锐化操作,增加图像高频成分、抑制图像低频成分,提高图像对比度。最后,基于改进的大气散射模型对掘进工作面低照度视频进行去雾处理。实验结果表明,视频增强算法能够对煤矿掘进工作面低照度视频进行实时增强、去雾处理,避免了视频图像暗淡、失真、模糊和突变等问题。相较于Retinex算法、ALTM算法和暗通道先验算法,视频增强算法大幅度提高了视频图像的信息熵、标准差和平均梯度,且具有较好的实时处理速度,能够为掘进工作面视频的目标识别、目标跟踪、目标监测和图像分割等后续处理提供优质、可靠的支撑。      

螺旋叶片强化中深层地热同轴换热器换热性能数值模拟

为强化同轴换热器在中深层地热开发中的传热效果,提出一种螺旋叶片形式新型地热同轴换热器。通过建立内插不同间距(d=200、150、100 mm)螺旋叶片的换热器数值模型,模拟套管中换热流体特性。结果表明：在Re=4 500～11 500的湍流状态下,螺旋叶片作为扰流元件,通过改变流体的流动形态和热边界层厚度,可以有效强化换热器的单相对流换热效果,提高开采岩土体热量的能力。随着间距减小,强化换热效果进一步增强,努赛尔数(Nu)增大。当间距d=100 mm时,强化传热效果最好,综合换热能力最强,较光滑管的Nu提高了41.05%～44.18%,传热增强因子TEF为1.16,该工作为同轴套管换热器的优化设计提供了理论基础。     

基于热流固耦合的增强型地热有机朗肯循环发电系统性能分析

本文建立了耦合井筒、热储、有机朗肯循环发电系统的详细数学模型, 包括三维非稳态热流固耦合模型和有机朗肯循环发电系统热动力学模型, 参考青海省共和县恰卜恰干热岩体地热地质特征, 包括压裂储层、围岩、裂隙、井筒等特征参数, 研究了注入流量、注入温度和井间距对系统净输出功、年均净输出功和热效率的影响规律。结果表明: 在一定的注入流量、注入温度和净间距下, 随着时间的推移, 岩石孔隙压力和热应力作用使得裂隙渗透率增大, 注入泵功耗是降低的, 净输出功和热效率也是降低的。注入流量的增大提高了膨胀机轴功、注入泵功耗和生产温度衰减速率, 进而导致热效率降低, 存在最优的注入流量50 kg/s, 使得年均净输出功达到最大值1 470.1 kW。注入温度的增大可以提高系统热效率, 降低净输出功的年均衰减速率, 当注入温度为60 ℃时, 年均净输出功最大。井间距的增大减缓了生产温度的衰减速率, 有利于热效率的提高, 但是也同时也增大了膨胀机轴功和注入泵功耗。当分支井间距为450 m时, 年均净输出功达到最大值1 497.3 kW。此研究可为增强地热发电系统的开发利用提供指导。     

频率-空间域CPML和特征分析法组合边界研究

在地震波场数值模拟过程中,边界反射是影响其模拟结果的一个重要因素。实际地下介质具有各向异性特征,传统的完全匹配层边界（PML）对于小入射角地震波具有良好效果,但该方法并不能有效地吸收低频波和大角度入射波。针对VTI介质边界反射的问题,本文提出在频率-空间域有限差分法数值模拟中采用卷积完全匹配层（CPML）和特征分析法的组合边界条件,并对该组合边界条件进行数值模拟实验和边界反射吸收效果分析,验证所提方法是一种可靠的人工吸收边界条件,能够有效地压制波场模拟过程中产生的边界反射。      

地下水机器学习方法研究

随着我国地下水监测工作的高速发展,高频率高密度水位监测数据的出现催生了对其进行深入信息挖掘的需求。在传统地下水模型研究中,地下水水位监测值常位于模型构建过程的下游,当水位监测的时空密度逐渐增大时,新增信息无法有效传导至模型的规划阶段并指导概念模型的修订。文章提出了一种地下水系统补排边界的识别方法,在不建立地下水数值模型的前提下,以监测井空间位置为节点,按照德劳内原则建立三角网格。在此网格系统中,首先定义一个水力梯度变换函数gradF,以求取网格中任意位置的水力梯度;借鉴机器学习领域的优化算法,使用水力梯度场驱动含水层中随机分布质点的运行轨迹,并以此推断和识别区域内地下水补给和排泄边界。在环境地学计算平台EnviFusion-CGS中实现,并构建了详细工作流程。以山东省青岛市大沽河中下游含水层为示范区,对含水系统的补给区和排泄区的空间分布及其动态变化进行了分析,取得了良好效果。本研究为构建和修订已有含水层概念模型提供了新思路。     

连续排水边界下考虑变荷载的软土一维非线性固结分析

土体往往具有非线性压缩特性,不同压缩特性下土体的固结规律存在差异。综合考虑土体非线性特性、变荷载作用以及连续排水边界条件建立了一维固结方程。采用无条件稳定的有限差分法和半解析法对固结方程进行了求解,两种解答方法的可靠性通过连续排水边界条件退化以及两种解答结果对比得到验证。在有限差分法解答的基础上,详细分析了界面参数、荷载参数以及非线性参数对土体固结的影响。结果表明：连续排水边界的界面参数取值越大,则超静孔隙水消散速率及土体沉降速率越大,但界面参数取值对最终沉降量没有影响;超静孔隙水压力在加载阶段逐渐增大,在恒载阶段逐渐消散;加载速率越大,则超静孔隙水压力峰值越大,并且土体固结速率越快,说明延长施工周期有利于降低超静孔隙水压力的影响;工程中要准确预测土体固结速率绝非易事,采用固结理论预测时需保证土体模型、边界条件以及土体计算参数等因素的准确性。     

基于B-DEM的颗粒聚合体应力计算和破碎路径模拟

结合边界元法和离散元法,提出一种可以进行计算颗粒内部应力和破碎路径的方法。该方法利用离散元法求解颗粒的相互作用和每个颗粒上的荷载。然后利用边界元法计算颗粒的应力分布,为了实现动态平衡,将颗粒的加速度视为恒定大小的体力。但体力导致边界积分方程中出现域积分,故采用直线积分法将域积分转化为边界积分,以保证边界元法降维的优势。为了提高边界元的计算效率,对于几何形状相似的颗粒,以其中一个颗粒作为模板颗粒,只需要计算模板颗粒在局部坐标系中的系数矩阵,其他相似颗粒可以通过局部和全局坐标系之间的映射获得。在得到应力后,基于Hoek-Brown准则来判断颗粒是否破碎。此外,将破坏路径简化为直线,并采用最小二乘法拟合得到破坏路径。