均生函数与BP神经网络耦合模拟预测模型(MGF-BP-I)的建立与应用

水文气候因子模拟预测对气候变化研究、农业墒情预报、生态环境改善、水资源合理开发利用等具有一定参考意义。均生函数、BP神经网络及其结合改进方式在模拟预测中各有优点,被广泛应用,但仍有进一步改进空间。针对MGF、MGF-OSR、MGF-OSR-BP等方法粗选因子集、粗选集组合筛选、收敛适应性、精度控制等可改进空间,进一步发挥均生函数和BP神经网络优势,建立了MGF-BP-I模拟预测模型。利用MGF-OSR、MGF-OSR-BP、MGF-BP-I对科尔沁沙地区域平均年降水进行了模拟预测。结果表明,建模期MGF-OSR-BP、MGF-BP-I拟合效果均较好,MGF-BP-I建模阶段最优模式精度优于MGF-OSR-BP,MGF-BP-I整体同时最优模式结果也非常好。检验期,MGF-BP-I检验阶段最优及整体同时最优两种模式拟合效果最好,相比其他模式精度有所提高。MGF-BP-I考虑更加全面,充分发挥了均生函数和BP神经网络优势,精度远高于MGF-OSR和MGF-OSR-BP,MGF-BP-I整体同时最优模式更符合实际应用,效果理想,可用于水文气候因子模拟预测。     

基于动态极值理论和Copula函数的极端海平面高度预测建模

全球气候变化背景下,海平面上升是一个潜在的重大风险,为防范气候灾害,应对极端气象海洋事件,需客观、定量地对未来极端海平面变化进行科学预测。为此,基于Copula函数和动态极值分析理论,综合考虑平均海平面变化(包括垂直陆地运动和基准的局地变化)与潮、涌、浪等其他气候变化的增水对极端海平面高度的影响,采用DREAM方法改进Bayes推断对动态极值模型的参数空间估计问题,提出一种新的模型对未来极端海平面高度变化进行预测,旨在改进传统模型存在的不确定性问题,并运用该模型对气候变化背景下厦门地区未来35年的海平面变化情景进行了模型应用和实验模拟。     

地质统计学在细脉型矿体模拟中的应用:以新疆梅岭-红石铜矿为例

细脉状矿体由于矿脉厚度小且沿走向和倾向品位变化较大,致使其在资源模拟中很难实现三维建模.通过构建高斯变换的二维变异函数转载到单层三维块体模型,首次完成了对新疆梅岭-红石铜矿区细脉状矿体的三维建模.这一成果弥补了二维模型在空间形态、品位变化特征上的不足,避免了采用传统极小的子块模型匹配实体模型所产生的高平滑效应.单层三维块体模型能够更加有助于实际采矿生产中块段划分,具有创新性,并为矿产资源评价和开发设计提供基础,对同类矿体的三维建模具有重要的指导意义.      

基于改进Harris函数的岩石统计损伤软化模型

为了反映岩石变形全过程,通过改进Harris函数,假设岩石微元强度服从改进的Harris概率密度分布,结合连续损伤理论,考虑损伤变量修正,建立岩石统计损伤软化模型。采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机进行红层泥岩常规三轴压缩试验,基于红层泥岩试验数据对模型参数进行敏感性分析,阐述模型参数的物理意义,分析累积损伤的扩展过程。引用相关文献中二长花岗岩和砂岩的试验数据,利用本文模型对3种岩石材料的试验数据进行辨识验证,给出初始损伤系数的约束范围,对比3种岩石材料的试验曲线和理论曲线,证明本文模型的合理性和适用性。     

序贯高斯模拟在矿石品位估计中的应用研究

随机模拟是地质统计方法的重要内容。在矿石品位估计方法中克里格方法作为一种无偏估计方法,常被用于矿石品位的估计。但克里格法估值存在平滑效应。作者在分析序贯高斯模拟和普通克里格法基本原理的基础上,运用序贯高斯模拟方法和普通克里格方法对某铁矿体内全铁(TFe)品位进行估计,给出了品位估计结果模型。研究从勘探线方向、垂直勘探线方向和竖直方向分别计算变差函数,对球状模型、指数模型、高斯模型的变差函数拟合效果进行了优选,结果表明球型模型拟合效果最好。针对序贯模拟和克里格品位估值效果进行了分析,结果显示:序贯高斯模拟结果在品位分布形态上更接近样品品位分布形态,其平滑效应更小;克里格方法估计与序贯高斯模拟方法相比仅在品位均值方面更接近样本品位均值。因此,认为序贯高斯模拟方法可以更好地刻画矿体内品位分布状态。     

导纳函数的中国南海海底地形模型

针对目前大面积海域依然存在海深测量数据空白的问题,该文选取中国南海4°×4°(12~16°N,115~119°E)海域范围为研究区域,通过频率域上的相关性分析,得到重力异常在30~130km波长范围与研究海域海底地形的相关程度较高。以ETOPO1海深模型作为先验模型,应用导纳函数实现了在无船测数据情况下对海深的反演,最终得到1′×1′的海深模型。将反演结果与检核点进行比较发现,模型1在2 500m以上海域相对误差较小,反演精度较高;2 500m以下海域相对误差变化大,反演精度较低。无船测数据环境下,适当加入一定数量船测海深值作为控制点得到的海深模型2,相较于未加控制点的模型1,在1 000m以下水深处的标准差明显优于模型1,与检核点的差值精度最大提高了45%左右。     

附不等式约束平差模型的一种快速搜索算法

大地测量中常存在一些先验不等式约束信息,充分利用它们可以保证参数解的唯一性和稳定性。然而,现有的不等式约束平差算法主要是基于优化理论,算法通常比较复杂,需要选取有效约束或建立罚函数。在最小二乘平差准则基础上,把不等式约束看成是一个可行域,借助Fisher函数在可行域中快速搜索使误差平方和达到最小的最优解,推导出了可行解为最优解的充分必要条件。建立了基于Wolfe-Powell算法的非精确快速搜索算法,从而减小了搜索算法的计算量,得到了一种新的不等式约束平差计算方法。该算法的平差准则与最小二乘平差准则一致,不需要矩阵求逆运算,可适用于维数较大的平差问题解算。     

利用模拟退火算法反演多波束测量声速剖面

针对多波束测量声速剖面站点布设密度不够而引起的声速剖面代表性误差问题,提出一种利用模拟退火算法反演声速剖面的方法。首先,对测区已有声速剖面序列进行经验正交函数（empirical orthogonal function,EOF）分析,利用声速扰动矩阵和前几阶EOF求得EOF重构系数及其变化范围。其次,采用模拟退火算法对EOF重构系数进行迭代优化,以多波束测得的海底地形畸变量大小为依据构建目标函数,并设定合理的退火控制参数。最后,得到待反演区域的声速剖面数据。实例分析表明,该方法反演的声速剖面较时间就近原则选取的替代声速剖面更接近真实声速剖面,且利用反演声速剖面改正后的海底地形更接近真实地形,有效削弱了声速剖面代表性误差的影响,显著提高了多波束测量精度及数据处理效率。     

基于样条函数的海岸带变化监测影像局部配准优势分析

海岸带变化监测以遥感影像为矢量更新依据。在实际应用中,由于数据源复杂,全色影像与底图套合、多光谱影像与全色配准容易出现局部超限,为项目生产带来一定的难度。本文主要介绍利用样条函数进行影像的局部配准以满足项目精度要求。     

确定砂土动剪切模量和阻尼比的方法对比

确定土体动剪切模量的常用方法有规范法、Kumar法和自相关函数法,确定相应阻尼比的方法有规范法、Das and Luo法、Kokusho法、Kumar法和互相关函数法,为了分析不同方法所产生差异,实现定量化对比分析,笔者以福建标准砂（粒径为0.5~1.0 mm）为研究对象,采用不排水的应力控制动三轴试验,探讨不同的确定土体动剪切模量和阻尼比方法的差异性,并给出了不同土体条件建议选用的方法。结果表明：1）3种方法确定动剪切模量的结果有一定的差异,随剪应变的增大结果的差异逐渐增大,有效围压对结果的差异性有所影响,当剪应变为4×10^-3,有效围压为100 kPa时,3种方法差异显著,相对误差最大接近20%;2）而5种方法确定阻尼比的结果差异显著,随着剪应变的增大,5种方法确定的阻尼比相对误差大体上均在迅速减小,只有规范法在有效围压为100 kPa时,其相对误差有较小的增大趋势;5种方法中,Kumar法确定的阻尼比最接近平均阻尼比,互相关函数法远高于平均阻尼比,Das and Luo法和Kokusho法确定的阻尼比基本一致但低于平均阻尼比。建议以后的工程应用中,加载方式为应力控制时,可采用自相关函数法确定动剪切模量,采用Kumar法确定阻尼比,二者确定的动剪切模量和阻尼比均最接近平均值。