运动目标轨迹数据管理的关键技术研究

运动目标的轨迹数据是空间信息系统的重要信息源。只有科学、合理、高效地利用运动目标的轨迹数据,才能更好地掌握多维动态变化的空间环境。在介绍运动目标的概念和国内外研究现状之后,重点分析运动目标时空数据模型(Moving Objects Spatio-temporal Data Model)相关的关键技术并提出相应的解决方案。     

基于DBN的车载激光点云路侧多目标提取

提出一种基于深度信念网络（DBN）的车载激光点云路侧多目标提取方法。首先通过预处理对原始数据进行分段,并将地面和建筑物点云与路侧目标进行分离;然后利用连通分支聚类分析算法进行路侧点云聚类,并采用基于体素的归一化分割方法分割重叠点云,从而生成独立目标点云;在此基础上,生成基于多方向目标对象的二值图像并展开成二值向量作为独立目标点云的描述特征;最后构建并训练DBN,利用训练好的DBN提取行道树、车辆及杆状目标等3类路侧目标。试验采用两份不同城市道路场景的点云数据,行道树、车辆及杆状目标提取结果的准确率分别达97.31%、97.79%、92.78%,召回率分别达98.30%、98.75%和96.77%,精度分别达95.70%、93.81%和90.00%,F1值分别达97.80%、96.81%和94.73%。试验结果验证了本文的有效性。     

利用目标分解特征的全极化SAR海冰分类

特征提取及其选择是SAR海冰分类的重要步骤之一。在众多特征中选取有效特征,进而构建表达地物类型的特征空间是提高分类精度的关键。为此,本文提出一种基于目标分解特征的全极化SAR海冰分类算法。首先,对全极化SAR数据进行多视化处理及滤波操作,生成相干矩阵;其次,对相干矩阵进行目标分解,并针对分解结果提取散射特征参数,进而构建特征空间;再次,通过对所提取的特征进行统计相关性分析,并对高相关特征采用PCA降维,以优化特征组合;最后,设计BP神经网络分类器,并将所得的优化特征矢量作为输入,海冰类别为输出,实现海冰分类。本文以格陵兰中部海域作为研究试验区域,采用L波段ALOS PALSAR全极化数据。通过对本文算法与对比算法的分类结果进行定性定量分析,可以得出本文所选取的特征对海冰识别较好。此外,通过对利用各个不同特征海冰分类结果的性能分析,可以得出基于散射模型的目标分解比基于特征值的H/α/A分解更有助于海冰分类。     

基于NSGA-Ⅱ遗传算法的黄土滑坡参数反分析与稳定性预测

甘肃省永靖县黑方台台塬周边区域由于黄河移民大规模农业灌溉诱发了众多黄土滑坡灾害,其稳定性分析与滑面预测可为防灾减灾提供重要支撑,显得尤为重要.黑方台黄土滑坡具有渐进后退式的失稳特征,已发生滑坡灾害与潜在滑坡灾害具有高度相似性,其反分析结果可为未来滑坡稳定性分析提供重要数据基础.选用有限差分强度折减法,通过设定3个目标优化函数（土体抗剪强度参数均值误差函数、滑面位置误差函数和稳定性系数误差函数）,基于NSGA-Ⅱ遗传算法开展稳定性反分析获取黄土的粘聚力和内摩擦角.以黑方台党川2#滑坡为例,通过第一次滑动时观测到的滑面信息,并假设其稳定性系数等于1,利用NSGA-Ⅱ算法反分析得出当滑坡发生时,天然黄土层粘聚力为28.20 kPa,内摩擦角为25.16°,饱和黄土层有效粘聚力为16.59 kPa,有效内摩擦角为16.11°.基于该反分析结果,对党川2#滑坡后续3次失稳的稳定性系数和临界滑面进行了预测,并与实际观察结果对比验证.研究结果表明,通过多目标约束优化算法开展滑坡稳定性反分析可获得更加合理的黄土强度参数估计,为黑方台地区滑坡稳定性分析和风险定量评估提供了新的解决思路.     

基于数值模拟的戈龙布滑坡-堵江-溃决洪水地质灾害链动力学过程重建

以全新世戈龙布古滑坡堵江溃决洪水地质灾害链为例,采用野外调查、PFC3D滑坡动力学数值模拟和HEC-RAS溃决洪水模拟,再现了该滑坡滑-堵-溃灾害链全过程.首先通过野外调查查明了该滑坡的特征,戈龙布滑坡总体积约7.92×10⁷ m³,主滑方向为NW335°,最大滑动距离为2.3 km,最大堆积厚度约150 m.利用离散元软件对该滑坡启动和堆积过程模拟,戈龙布滑坡滑动过程持续了103 s,最大速度可达57 m/s,且在滑动过程中呈现出破碎程度区域差异性的运动学特性;大部分颗粒在运动过程中保持了其原始的位置顺序,堆积体物质特点为单个颗粒与块体团簇共存,破碎作用较弱.滑坡堆积体面积约为1.8×106 m²,鞍部高143 m,左岸、右岸高程分别为2 030 m和2 063 m.滑坡堵塞黄河形成的堰塞坝厚度达143 m,上游形成面积为128 km²、库容为4.87×10⁹ m³的堰塞湖.通过模拟不同溃坝程度(15%、25%、50%和75%)下洪水演进过程,溃口下泄流...     

改进鼠群优化算法在地下岩体破裂事件定位中的应用研究

在地质灾害监测过程中,地下岩体破裂事件的定位是实时监测的一项关键技术。针对传统的定位方法均存在着不同程度的误差,为了减小事件定位的误差,提高定位精度,提出了一种改进鼠群优化算法用于地下岩体破裂事件的定位,以提高岩体的定位精度。首先,将Levy飞行策略引入鼠群优化算法中,以增强算法的局部搜索能力和全局寻优能力;其次,采用时差定位(Time difference of arrival, TDOA)方法建立目标函数,将目标函数作为算法的适应度函数进行岩体破裂事件定位;最后,验证了该算法的有效性和可行性,与其他定位算法比较,本算法定位精度较高,并且具有较好的鲁棒性和收敛性。     

天津地面沉降严重区分布特征及变化规律

天津市地面沉降历史悠久,自1923年至今共经历了6个不同的阶段。截至2020年,天津市大面积的地面沉降已基本得到控制,但局部还存在年沉降量大于50 mm的沉降严重区,从大面积治理到小区域精准防控,天津市地面沉降分布特征已体现出新形势,地面沉降防治工作也面临着新的要求。为准确掌握新形势下地面沉降发展规律,精准施策,针对性治理,文中收集并分析2010—2020年天津市地面沉降水准测量、地下水位、地下水开采量等数据,对2010—2020年天津市地面沉降严重区分布特征及演化规律进行归纳总结。研究结果表明：2010—2020年,天津市地面沉降经历了沉降波动期（2010—2012年）、稳中向好期（2013—2016年）和快速减缓期（2017—2020年）三个时期,地面沉降平均沉降量下降了37%,沉降严重区面积减小了67%。各阶段沉降变化均与地下水开采量密切相关,截至2020年,天津市现存集中分布于西南部的5个沉降严重区,分布范围与深部含水组地下水漏斗分布范围基本一致。     

甘肃省庄浪县下寨村滑坡—堰塞湖链式灾害特征与滑坡稳定性分析

2020年汛期以来庄浪县降雨量超过历年平均值的11.5%,8月31日9时庄浪县郑河乡下寨村老滑坡整体复活滑动,滑坡长355.0 m,宽220.0 m,面积83 668.0 m²,厚度12.0～20.0 m,体积约130.0×10⁴m³,堆积体堵塞窑家河及支沟形成2处小型堰塞湖。本次调查运用工程地质调绘、无人机航测、工程地质勘查等技术手段进行了系统的分析,在获取了相关数据基础上,利用无人机航测高清影像比对和SlopeLE软件计算对滑坡稳定性进行了综合判定。通过2020年8月和2021年8月航测高清影像对比,滑坡前缘变形迹象极为明显,稳定性差。SlopeLE软件计算可知,滑坡自重工况下处于基本稳定状态,降雨工况处于欠稳定状态,地震工况处于不稳定状态。计算结果与航测比对数据基本吻合,在不利工况下极易发生滑动,存在再次堵塞河道形成堰塞湖的可能。     

泥石流防治对策与新方法

基于云南地质灾害防治历程和云南高原泥石流防治面临的问题,提出了资源与环境理念的泥石流防治对策与新方法。泥石流防治的基本对策是实施泥石流全流域地质灾害链的系统防治;其目标既要减灾防灾,同时保护土壤资源,兼顾实现砂石料与土壤资源的开发利用,还要避免形成堰塞湖及河湖淤积等新的环境问题;泥石流防治一是通过水土保持工程技术改善流域生态环境,减缓泥石流蓄势速度(可流动松散物质的积蓄速度),二是科学分离和处理泥石流固体物质,变“拦挡、疏排”为“拦淤、清淤”,将泥石流泥沙作为资源开发利用,将“固床、护岸,拦挡、疏排”改进为“保土、稳坡,固床、护岸,拦淤、清淤”。