结点虚流量法理论基础阐释及改进算法

含自由面的无压渗流问题本质上是一类非线性自由边值问题,固定网格的结点虚流量法在全域范围内不断扣除虚域流量贡献,从而使该问题得到求解。它具有网格依赖性小、出逸点收敛快等优点,但其内在理论基础尚未被完全揭示。通过引入互补型约束条件建立了结点虚流量法和Signorini型变分不等式提法的等价性桥梁,在此基础上引入过渡区放大系数 对自由面判别准则进行优化,并以砂槽模型试验为例进行验证。对比结果表明,优化后算法数值稳定性更好,计算结果与试验数据吻合度更高。研究成果为超大规模网格的渗控结构优化设计提供了有效分析手段。     

基于岩石物理模型的页岩储层裂缝属性及各向异性参数反演

针对富有机质页岩储层复杂的矿物组分与微观孔缝结构,本文提出基于岩石物理模型和改进粒子群算法的页岩储层裂缝属性及各向异性参数反演方法。应用自相容等效介质理论与Chapman多尺度孔隙理论建立裂缝型页岩双孔隙系统岩石物理模型。开发基于岩石物理模型的反演流程,引入模拟退火优化粒子群算法解决多参数同时反演问题,反演算法能够避免陷入局部极值且收敛速度快。将本文方法应用于四川盆地龙马溪组页岩气储层,反演得到的孔隙纵横比、裂缝密度等物性参数和各向异性参数与已有研究结果一致,能为页岩储层的评价提供多元化信息。     

基于倒置声学基阵的INSUSBL组合导航算法研究

文中关注水下潜航器导航定位时,电磁波传播途径中能量衰减、惯导系统长航时积累误差以及提高水下潜航器定位精度等问题。基于倒置的超短基线声学基阵,分析声波往返传播时间(RTT)、平面波近似方法和USBL导航解算方法及其坐标转换过程,结合INS误差方程,建立INS/USBL松组合模型。为进一步提高系统精度、动态性能和抗干扰性,考察USBL的原始斜距、斜距差以及声学基阵的空间分布信息,提出基于USBL原始输出信息的INS/USBL紧耦合组合导航方法。通过MATLAB仿真对导航算法进行验证,结果表明两种算法能充分抑制纯惯导误差随时间积累问题,且有效地估计出姿态、速度和位置误差角;其中紧耦合方法状态估计误差最小,导航参数精度相对松组合提高30%以上,对于提高水下载体导航定位精度、海洋探测具有重大意义。     

声学应答释放器电路部分可靠性分析

声学应答释放器是一种对可靠性要求很高的海洋环境监测设备,文中对国家海洋技术中心研制的声学应答释放器进行了可靠性分析。首先介绍了声学应答释放器的电路构成及功能;然后依据可靠性建模相关理论完成电路部分可靠性模型建立,依据可靠性模型,预计了设备的固有可靠度;最后有针对性地提出改进措施,用于指导声学应答释放器设计,为释放器技术研究提供计算模型与可借鉴的经验。     

MART算法在大气水汽层析中的应用研究

以香港连续运行参考站数据为解算实例,对MART算法进行修正,并将其应用于水汽层析方程的解算,并研究了垂直分辨率对层析结果的影响。将层析解算的结果与京士柏探空站资料反演的水汽密度进行对比分析。实验结果表明,采用修正的MART算法能够用于水汽层析的解算,层析结果与探空站资料反演的结果符合得较好,采用垂直分辨为425m更能反映出大气水汽实际分布特性。     

关于理论最低潮面定义算法的修订

在结合相关研究成果基础上,对理论最低潮面定义算法中的长周期改正与浅水改正部分进行了修订。由中国沿岸86个验潮站,利用最低天文潮面对修订算法作了检验和分析,结果表明:修订算法与最低天文潮面的差异大部分在2cm内,两者具有最低潮意义一致性;在个别浅水分潮较大的河口站,浅水改正不能充分组合出最低潮位,建议该类型站计算理论最低潮面时,应与最低天文潮面作对比。最后,分析了分潮数对最低潮面的影响,结果表明:分潮越多,组合出的最低潮面不一定越低,13个分潮是合适的选择。     

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。     

景观指数的并行计算方法

随着地理信息科学和系统的发展,GIS数据的时空分辨率和数据量呈现爆炸式的增长趋势。传统的基于个人计算机的景观指数计算软件难以有效快速地完成海量数据的空间分析。针对该问题,本文提出了一个高效的景观指数并行计算方法。首先对原有的并查集连通域标记算法进行了2点改进：① 在第2次遍历数据时,增加了计算斑块面积、周长等斑块基本信息的功能,为景观指数的计算提供必要参数;② 在第2次遍历过程中,增加了重新标记连续序号的功能,减少了原有算法在合并操作后造成的序号不连续,需要重新遍历数据的开销。在此基础上,本文利用MPI并行编程库,采用数据分割和主从进程协同的并行计算模式实现了景观指数的并行计算。实验表明,在保证计算正确性的基础上,本文的并行算法大幅度提高了景观指数的计算性能,为快速分析大规模数据的景观形态和格局提供了有效手段。     

新疆相对资源承载力评估模型构建及其实证分析

在分析了区域人地关系系统基础上构建区域PRED系统,相对资源承载力模型进行了4方面改进：（1）基于人地关系理论和可持续发展理论构建区域PRED系统模型,将人口、资源、环境、社会和经济各子系统相对资源承载力进行整合。（2）在自然资源子系统中加入了林业用地面积和建设用地面积两个重要指标,在环境资源子系统中加入了环境污染治理投资总额,并在社会资源了系统中加入了全社会固定资产投资总额这一指标。（3）提出了加权平方平均相对资源承载力模型,并利用该模型对新疆维吾尔自治区（以下简称新疆）2000-2014 年相对资源承载力进行。（4）结合脱钩理论对相对资源综合承载力与资源环境、社会经济因子之间的关系进行研究。结果表明：采用改进后的相对资源承载力模型得出评价结果更符合资源匹配度较差地区的实际情况;新疆各要素相对资源承载力平均水平由大到小的顺序是：平均自然资源承载力、平均综合承载力、平均环境资源承载力、平均社会资源承载力、平均经济资源承载力。研究期间一直处于富余状态,自然资源优势相对突出,但是环境资源、经济资源、社会资源劣势也很明显,新疆综合承载力与资源环境、经济社会要素的矛盾十分突出。     

采用支持向量回归从测井曲线定量计算油页岩含油率

获取油页岩含油率是油页岩资源评价的重要步骤,传统从测井曲线计算油页岩含油率多采用回归模型,但存在误差大或过拟合的局限性和弱点.本文尝试结合大数据概念的数据挖掘算法和测井应用知识进行油页岩含油率定量计算,提高含油率计算的精度以及模型的泛化性.利用改进的ΔlogR技术获得DT_s、DEN_s、GR_s作为解释变量.采用数据挖掘算法——支持向量回归进行定量计算油页岩含油率能够大幅提高泛化性和精度,获得模型训练样本R²得分为0.82,测试样本R²得分可达0.70,拟合精度较高.支持向量回归模型比传统回归模型泛化能力更强,能够避免过拟合问题,具有广泛的应用性.