高性能GIS研究进展及评述

互联网技术的发展使地理信息技术得到了前所未有的发展和应用,地理信息计算呈现出计算速度快、运行效率高、应用多样化的发展特征。而随着计算机硬件性能飞速提升,传统的GIS数据处理方式并不能与之匹配,各种缺陷与弊端逐渐显现,亟待更高效的数据处理方式。目前,以并行集群计算技术和分布式网络技术为代表的高性能计算的出现,为这些问题的解决带来了新思路,并逐渐发展形成了新一代的多核并行高性能计算系统。当前,如何利用新型硬件体系结构带来的计算能力,研究新一代高性能GIS计算系统,解决现在所面临的时空数据密集和计算密集问题成为重要挑战。高性能计算是基于一组或几组计算机系统组成的集群,通过网络连接组成超级计算系统以加强数据处理、分析计算性能的一种技术。在实际应用中,逐渐形成Hadoop,Spark和Storm 3大主流分布式高性能计算系统,它们三者各具优缺点。本文从高性能GIS算法、并行GIS计算、内存计算和众核计算4个方面梳理、归纳总结了高性能GIS的技术体系,分析了每类高性能GIS技术特征,综合分析、评述了近年来高性能GIS的研究进展,并对高性能GIS未来发展进行展望,为更完备、高效的高性能GIS体系的建立、发展和应用提供参考。今后,并行GIS计算、高性能计算模式和分布式存储仍然是GIS技术领域发展的重要方向,通过高性能GIS系统可有效地解决时空数据密集、计算密集和网络通讯密集等问题,大大提升GIS地理分析效率。     

基于Hock-Brown强度准则的高应力判据理论分析

如何评价工程岩体中赋存的应力状态一直是工程设计人员所要面对的基本问题之一.应力状态评价需综合考虑岩体强度和岩体中赋存的应力两个要素,其评价结果反映了地下结构围岩在二次应力场作用下满足岩体强度准则时可能的变形破坏响应.通过对前人研究成果的分析,总结出高应力作用下地下结构的基本变形破坏规律.利用Hoek-Brown强度准则...     

高Rb/Sr岩石样品中Sr同位素多接收等离子体质谱分析校正方法研究

在利用多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICPMS)进行Sr同位素研究中,⁸⁷Rb对于⁸⁷Sr干扰严重。岩石样品经化学分离后,若Rb/Sr≤0.0005,可以采用传统的Rb干扰扣除方法对⁸⁷Sr/⁸⁶Sr测定值进行准确校正;但如果样品经化学分离后仍含有较高的Rb/Sr比,同量异位素的干扰不能完全消除,则无法准确校正⁸⁷Sr/⁸⁶Sr测定值,直接影响测试结果的准确度。本文针对Rb含量较高的地质样品设计两组实验,确定了⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素比值与Rb/Sr元素含量比值的关系曲线,并在理论分析的基础上,提出包含同位素分馏校正在内的重叠干扰校正方法。通过实际地质样品验证,该校正方法在较高含量Rb元素共存(Rb/Sr<0.2)的Sr纯化液中,能够较为准确地测量⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素比值,降低了MC-ICPMS分析地质样品中Sr同位素时对化学分离步骤的要求。而对于Rb/Sr>0.2的地质样品,因仪器分馏效应和记忆效应影响,测试精确度大大降低,无论采用何种校正方法均无法得到准确的Sr同位素组成。     

离心力场中微型土压力传感器非线性响应分析

为掌握离心力场环境下微型土压力传感器与土介质相互作用引起的匹配误差特性,结合匹配误差理论,通过液体标定试验和离心力场中土介质标定试验,讨论了微型土压力传感器在模量相对较大土介质中的非线性响应特征及其主要影响因素。试验分析表明：在液压条件下微型土压力传感器具有良好的线性响应特性;在离心力场环境中微型土压力传感器表现出的显著非线性响应特性是由加载过程中土介质模量的改变引起;基于建立的匹配误差随土介质模量变化的关系曲线对测试数据进行非线性修正,可明显提高微型土压力传感器在模量相对较大土介质中的测试精度。     

On the Parameterisation of the Effective Roughness Length for Momentum Transfer over Heterogeneous Terrain

We develop a parameterisation for the effective roughness length of terrain that consists of a repeating sequence of patches, in which each patch is composed of strips of two roughness types. A numerical model with second-order closure in the turbulent stress is developed and used to show that: (i) the normalised Reynolds stress develops as a self-similar profile; (ii) the mixing-length parameterisation is a good first-order approximation to the Reynolds stress. These findings are used to characterise the blending layer, where the stress adjusts smoothly from its local surface value to its effective value aloft. Previous studies have assumed that this adjustment occurs abruptly at a single level, often called the blending height. The blending layer is shown to be characterised by height scales that arise naturally in linear models of surface layer flow over roughness changes, and calculations with the numerical model show that these height scales remain appropriate in the nonlinear regime. This concept of the blending layer allows the development of a new parameterisation of the effective roughness length, which gives values for the effective roughness length that are shown to compare well with both atmospheric measurements and values determined from the second-order model.     

不同倾角多层节理深部岩体开挖变形破坏规律模型试验研究

深部资源开发中地下洞室围岩稳定控制必须面对峰后碎裂岩体的变形和破坏问题,目前深部多裂隙岩体开挖强卸荷引起的围岩变形破坏规律尚不清楚,常导致大体积塌方、大变形等重大工程事故。采用大尺度三维模型相似试验系统,分析具有不同倾角的多层节理的岩体在高地应力下开挖变形破坏规律。试验结果表明：裂隙倾角较小时,隧道上、下侧围岩主要发生大变形,左、右侧围岩呈现分层破裂现象,随着裂隙倾角增大,破裂区从洞室左、右两侧逐渐扩展到洞室全周,顶部岩体越容易发生大体积滑塌;隧道围岩由内向外应力和位移值呈波动状分布;洞周塑性区范围随裂隙倾角增大而增大,裂隙倾角越大,洞周塑性区越容易与洞室上、下侧裂隙面连通。该研究为保障深部工程的安全修建与运营提供了试验基础。     

福州盆地及其周围地区地壳深部结构与构造的初步研究

1986-1988年,福建省地震局在福州盆地及其周围地区完成了五条地震测深剖面:宁德-永春剖面;洪懒-宁德剖面;莲峰-福州（尚干）剖面;南平-永泰-平潭非纵剖面;并在宁德-古田-嵩口首次试验扇形剖面观测系统,结果表明,扇形剖面对确定断裂是有效的. 根据对地震波走时的正、反演计算,用理论地震图和射线追踪方法进一步修改和完善,得到了福州盆地及其周围地区地壳深部为高、低速相间的速度分布特征.地壳介质速度为6.40km/s,在中地壳普遍发育一层速度为5.80-5.90 km/s、厚度约5.0 km的低速层.Moho面深度30-33 km,福州盆地为一Moho面隆起区,隆起幅度达3.0 km.北西向断裂发育,其中,闽江断裂在纵剖面和扇形剖面均有明显的反映,并切割到Moho面2.0-3.0 km. 反射波谱频方法计算得到福州盆地地壳Q值仅120-150,比邻近地区明显偏低,中地壳低速层Q值为40-80,是一典型的低速-高导-低Q（高衰减）结构层,此层上界面埋深14-15 km,与居里面埋深较一致.这些结果为福州地区的地热资源远景预测和开发提供了地壳深部结构和某些地球物理场背景.     

水库蓄水过程中堆积体边坡瞬态稳定性分析

由现场试验结合Fredlund和Xing方法确定了堆积体的非饱和渗透性函数分布曲线。根据概化的地质模型,建立了非饱和渗流分析的有限元模型,模拟得到蓄水过程中不同时刻坡体中孔隙水压力的分布。把暂态孔隙水压力的分布和非饱和土强度理论应用到普遍极限平衡法（GLE）中,进行了库水上升过程中边坡瞬态稳定性分析。结果表明,库水上升过程中,坡体整体稳定性是下降的,而在受库水变动影响的局部区域,其稳定性系数随着库水位的上升表现出先减小后增大的趋势,即存在一个危险水位,在一定条件下,可能会诱发坡体下部局部区域失稳。     

管棚帷幕注浆法在含高压气体巷道掘进中的应用研究

帷幕注浆在建井时应用于封堵地下水涌入技术已经比较成熟,但用于封堵地层中气体涌入危害仅见个别实例。在总结前人研究成果的基础上,借用水力学安全厚度的计算方法,研究了煤矿巷道开挖碰到含高压瓦斯、H2S气体构造破碎带的情况,首次将管棚支护技术与帷幕注浆法相结合,确保安全掘进的技术措施。并将研究成果应用于四川龙滩煤矿＋450回风石门的掘进,取得了成功。     

川西前陆盆地中—新生代沉积迁移与构造转换

川西前陆盆地中—新生代各构造层的残余厚度展布和沉积特征分析发现,四川克拉通周缘的前陆盆地在晚三叠世时期发育于龙门山山前,明显属于龙门山褶皱逆冲构造载荷所形成的前渊凹陷;侏罗纪早期的沉积地层呈面状分布,没有表现出显著的挠曲沉降,指示了一个构造相对平静的阶段;中侏罗世早期前渊凹陷迁移至龙门山北段和米仓山山前,前渊沉积从晚三叠世的北东向转换为近东西向,广泛的湖泊相沉积预示了前陆盆地的欠充填状态;中侏罗世中晚期,川西盆地沉降中心又迁移到大巴山山前,相应的挠曲变形又从近东西向转化为北西向,构成了大巴山的前渊凹陷;晚侏罗世—早白垩世时期,沉降中心再次回到米仓山山前,巨厚的前渊凹陷沉积指示了米仓山冲断带的主要活动时期;白垩纪末—古近纪的前渊凹陷则跃迁至雅安—名山地区。川西前陆盆地的同造山沉降中心以四川盆地中心为核心在西部和北部呈弧形迁移,沉积序列不断更替和叠加。中生界各构造层底界构造图显示现今的构造低部位位于川西北地区和川西南地区,在川西北地区均有东西走向的等值线分布,而川西南地区等值线走向则为北东-南西向。因此分析认为,晚侏罗世至早白垩世的构造变形可能控制了川西盆地现今的地层变形,形成了川西北地区的南北向构造挤压结构,而晚期的新生代构造变形则主要体现在川西盆地的西南部,形成北东-南西向的地层展布特征。