基于人工神经网络的台风浪高快速计算方法

采用2010—2017年南海5个浮标波高观测资料和中国气象局热带气旋最佳路径集中的热带气旋参数, 基于前馈型误差反向传播(Forward Feedback Back Propagation, FFBP)神经网络(Artificial Neural Network, ANN)方法, 分别建立了各浮标站的台风浪高快速计算模型。研究显示, 基于热带气旋中心坐标、中心最低气压、近中心最大风速、热带气旋中心与浮标之间的距离和方位4个参数建立的神经网络模型经反复训练后, 模型输出结果可以很好地拟合观测数据, 各浮标有效波高计算值与观测值的均方根误差小于0.3m, 平均相对误差为5.78%~7.23%, 相关系数大于0.9, 属高度相关。独立测试结果显示, “山竹”( 国际编号: 1822)影响期间有效波高最大值的神经网络模型预报结果与观测值基本吻合, 相对误差为-31.06%~0.98%, 但计算的最大值出现时间和观测情况不完全一致。该计算方法可应用于热带气旋影响期间的有效波高最大值计算, 因而在海洋工程领域和海洋预报领域具有应用前景。     

1979-2018年间山东半岛沿海台风浪危险性分布的数值模拟研究

台风浪灾害在山东半岛沿海时常发生,对人类生命财产和基础设施构成很大威胁,因此,对山东半岛海域台风浪的危险性分析具有重要的现实意义。本研究使用ADCIRC+SWAN耦合数值模式采用Holland模型风场与NCEP再分析风场组合的风场驱动,对1979—2018年36次台风过境期间的海浪过程进行了模拟。以台风过境时最大有效波高及历时频数作为危险性评价指标,给出了山东半岛近岸台风浪强度等级分布、历时频数分布以及危险性指数分布。研究结果显示,山东半岛北部为台风浪低危险区,台风浪强度等级低且历时短;南部二级强度（有效波高范围为1.3—2.5m）以上台风浪发生较为频繁,危险性高于北部;东部台风浪强度可以达到四级（有效波高4m以上）,危险性最高。     

Effect of reciprocating and unidirectional airflow on primary conversion of a pentagonal Backward Bent Duct Buoy

An Oscillating Water Column (OWC) device can output energy through reciprocating or unidirectional airflow. The unidirectional airflow is helpful to utilize a simple and high-efficiency unidirectional air turbine. The pentagonal BBDB proposed by us based on OWC principle can be regarded as a floating Oscillating Body and its Power Take-Off (PTO) consists of a chamber, a water column, a turbine and a generator. The Capture Width Ratio (CWR) of the pentagonal BBDB model with the reciprocating and unidirectional airflow was studied in this paper. The wave flume test results indicate the mean CWR of the pentagonal BBDB model with reciprocating airflow can reach up to 121.91% and the mean CWR of the model with unidirectional airflow could reach 100.94% during the whole wave cycle in regular waves. For irregular waves, the mean CWR of the model with the unidirectional airflow is as high as 62.83% during the whole wave cycle. Hopefully, the combination of the pentagonal BBDB with the check valve to output power during the air exhalation and conventional high-efficiency unidirectional turbine will improve the total efficiency of the BBDB.     

资源三号卫星影像无控制区域网平差

国产高分辨率光学卫星影像的无地面控制精准定位是实现境外大范围区域或大规模遥感应用和中小比例尺测图的前提。针对资源三号卫星(ZY-3)影像的几何特点,以航空摄影测量中约束问题最优化方法"交替趋近法"和基于RFM的最小二乘平差为基础,提出了一种易于并行化、高效的高分辨率光学卫星影像无控制联合区域网平差方法GISIBA(GCP-Independent Satellite Imagery Block Adjustment),通过构建"平均值"虚拟控制点来解决无控制区域网平差中的"秩亏"问题,便于分析无控制区域网平差结果与影像数据的覆盖次数及时相之间的关系。首先,交替趋近法被用来实现并行处理平台基础上的待平差未知数初值的解算、中等尺度以上粗差的自动检测与剔除,并根据计算结果赋予所有未知数一定的先验权值;然后,通过最小二乘法实现大型法方程矩阵的解算,获得满足高精度影像产品生产制作需求的高精度定向参数;最后,利用多组典型区域的ZY-3影像数据试验验证了该方法的精度和实际性能。结果表明,无控制区域网平差达到了优于6.0 m/5.0 m的平面/高程精度,所提方法为全球地理信息资源建设工程、国产光学卫星影像高精度影像产品生产提供了技术保障。     

线性光谱混合模型的适用观测尺度分析

线性光谱混合模型是目前应用最广泛的光谱混合模型,但由于遥感观测多分辨率的特点,模型的适用性会受到尺度效应的影响。为探索该模型在不同观测尺度下的适用程度,本文从地物辐射原理出发,通过理论推导微面元辐射通量表达式,得出地物辐射通量除了与端元反射率和面积比有关外,也与天顶角存在显著的非线性关系。因此,在线性光谱混合模型和微面元辐射通量的基础上,推导了更具普适性的积分线性光谱混合模型的表达式,再采用数值模拟的方法,计算了两模型的相对差值Δρ,结果表明Δρ的大小仅与探测单元的半瞬时视场角β有关,并通过实测光谱实验对上述推论进行了验证。研究表明,当β13°时,Δρ较小,线性光谱混合模型是积分线性光谱混合模型的一种近似表达形式,β完全可作为确定线性光谱混合模型适用观测尺度的关键依据,并且该模型的适用程度随β的增大而降低。     

基于Model Builder DEM的明暗等高线绘制

以重庆市缙云山DEM为数据源,首先利用ArcGIS的Model Builder生成明暗等高线模型,然后导入重庆市缙云山DEM数据得到明暗等高线,最后根据明暗等高线属性字段设置受光面和背光面等高线颜色得到具有三维立体效果的明暗等高线地图。实验结果表明,根据DEM绘制得到的明暗等高线与缙云山实际地貌形态较符合,能真实反映缙云山的三维地貌形态,弥补了传统等高线表示地形立体感不强的缺点,同时空间建模也大大提高了等高线绘制工作的效率。     

基于强度折减法的土石混合体边坡长期稳定性研究

土石混合体边坡是自然界中常见的一种边坡类型,具有明显的不均匀性和不连续性。土体的蠕变是造成土石混合体边坡变形及失稳的主要原因之一,而目前关于土石混合体边坡稳定性的研究几乎均未考虑土体的蠕变性。首先运用数字图像处理技术对我国某水电站库区的一个土石混合体边坡进行建模,而后利用FLAC3D软件中的强度折减法对其进行稳定性分析,并着重研究了土体的蠕变特征及其蠕变参数对土石混合体边坡变形及稳定性的影响。计算结果表明,土体的蠕变特征会明显降低土石混合体边坡的安全系数,增大边坡变形,进而对边坡的稳定性造成不利影响;其中蠕变黏性系数对边坡的长期稳定性具有较大影响,黏性系数越大,则土石混合体边坡的安全系数越低。     

基于水文分析法的海底峡谷特征要素自动提取方法研究及应用

海底峡谷是陆源沉积物向深海运移的主要通道,也是陆架/陆坡区重要的地貌单元。随着多波束测深技术的发展,如何快速而准确地从海量数据中识别并提取海底峡谷的特征要素,是一个亟待解决的重要热点问题。文中根据海底峡谷谷底下切、谷壁高而陡等地形特征,基于水文分析法和坡度分析等原理,通过ArcGIS中的数据建模工具建立了一种从数字高程模型(DEM)数据快速识别和提取海底峡谷特征要素的方法。以南海北部陆坡神狐峡谷区为例进行算例分析,结果表明,该方法在快速了解海底峡谷的发育位置和特征要素等方面是可行的,并可以获得峡谷头尾部水深、轴线长度、峡谷范围等特征信息。为获得该方法适用于研究区的最优参数组,文中讨论分析了峡谷形态、重分类阈值及数据分辨率等影响峡谷识别的因素。结果分析表明,峡谷形态会在一定程度上影响识别结果的准确性,但不影响对峡谷的总体了解;零值汇流累积量重分类阈值和DEM数据的空间分辨率是影响峡谷识别结果准确度的两个重要因素,在神狐峡谷群区,空间分辨率200 m且重分类阈值0.4时,海底峡谷识别和特征要素提取效果最佳。     

基于POI数据的上海市餐饮业空间分布特征及影响因素

以上海市为研究对象,基于兴趣点（POI）数据,运用核密度分析刻画餐饮业空间格局,并构建OLS模型、空间滞后模型、空间误差模型探究餐饮业空间分布的影响因素。结果发现,餐饮业空间分布呈块状聚集、多中心发展的格局。其中,西餐业高度集中于内环线以内,呈东西向延伸;快餐业在中心城区和高校集聚的城郊结合部大规模集聚。空间计量回归结果表明,餐饮业分布受到人口、经济、交通、空间4类要素的影响：区域经济发展水平高、人口规模大、交通优越、相关业态丰富会促进集聚,而周边业态的混合度过高则会抑制集聚,城市空间结构也会影响餐饮业分布,商圈、中心城区的餐饮业密度更高;中餐、西餐、正餐、快餐4类餐饮业分布的影响因素存在差异性,西餐企业倾向于分布在地价较高的地区,中餐企业对交通可达性有更高的需求,正餐企业的分布与当地区域经济发展水平显著相关,快餐企业的分布与各类文娱公共设施的分布有密切联系。     

天宫二号三维成像微波高度计大气斜距时延校正

2016-09-15随天宫二号空间实验室发射升空的三维成像微波高度计（简称天宫二号成像高度计）是国际上第一个采用小入射角、短干涉基线实现宽刈幅海面高度测量的高度计。由于天宫二号没有为成像高度计配备用于大气校正的微波辐射计,因此需要采用模型方法对大气时延进行精确估计。传统高度计采用星下点观测,通常只考虑大气折射率的改变引起传播速度变化的时延。天宫二号成像高度计采用偏离星下点1°—8°的小角度观测,因此在进行大气传输时延校正时不仅要考虑雷达信号传播速度的改变,还应考虑由于传播方向改变带来的路径弯曲效应。本文针对天宫二号成像高度计的观测几何特性,提出基于数值天气模型校正大气斜距时延的算法：采用欧洲中期天气预报中心的天气数据和大气分层模型,通过气象参数计算大气折射率;根据高度计参数和各层大气折射率,依赖折射定律和信号传播的几何关系在路径上逐层积分,计算大气斜距时延的估值。通过对天宫二号成像高度计的陆地角反射器定标实测数据进行处理,经大气斜距时延校正后,角反射器的剩余距离误差的标准差约为6.2 cm,达到厘米量级的斜距测量精度,验证了在不同入射角情况下,所提出的大气斜距时延校正算法的有效性和可靠性。