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GIS支持下的街区毒气扩散过程建模与模拟

武汉大学学报（信息科学版） 2013年第8期38卷 935-939页

作者：郑茂辉金敏郭飞同济大学上海防灾救灾研究所上海市四平路1239号210092 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室南京市文苑路1号210046

运用GIS与计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的相关原理和方法,建立了一个街区尺度毒气扩散过程高分辨率建模、模拟的框架模型,探讨了街区下垫面快速建模、空间连续场表达、扩散过程模拟与可视化等关键技术,对建筑物扰动... 详细信息

运用GIS与计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的相关原理和方法,建立了一个街区尺度毒气扩散过程高分辨率建模、模拟的框架模型,探讨了街区下垫面快速建模、空间连续场表达、扩散过程模拟与可视化等关键技术,对建筑物扰动下近地面浓度扩散的过程及特性进行了模拟与分析。实验结果表明,GIS和CFD模型的耦合应用,能够较好地揭示建筑群中气云扩散和浓度时空分布的特征;近地面气云输运受建筑物布局影响显著,建筑物周围毒气浓度同该处源距、方位、高度以及来流风向偏离程度存在密切联系,泄漏停止后建筑群中气云滞留时间较长,对人群健康构成潜在威胁。

关键词：毒气扩散 CFD模型空间连续场可视化街区尺度

地下水污染源反演的Hooke-Jeeves吸引扩散粒子群混合算法

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吉林大学学报（地球科学版） 2012年第6期42卷 1866-1872页

作者：江思珉王佩施小清郑茂辉同济大学水利工程系上海200092 南京大学水科学系南京210093 同济大学上海防灾救灾研究所上海200092

根据污染物质量浓度监测数据进行地下水污染源反演是一类典型的地下水逆问题,该问题可转化为决策变量为污染源位置和强度的最优化问题进行求解。基于Hooke-Jeeves粒子群混合算法,引入吸引扩散粒子群(ARPSO)算法的粒子群发散算子,保证混... 详细信息

根据污染物质量浓度监测数据进行地下水污染源反演是一类典型的地下水逆问题,该问题可转化为决策变量为污染源位置和强度的最优化问题进行求解。基于Hooke-Jeeves粒子群混合算法,引入吸引扩散粒子群(ARPSO)算法的粒子群发散算子,保证混合算法的种群多样性,并提出HJ-ARPSO混合算法,再结合地下水污染物迁移模型MT3DMS反演地下水污染源的位置和强度信息。在已知污染源位置和未知污染源位置两种情形下,分别利用HJ-ARPSO算法、HJ-PSO算法和GA算法进行地下水污染源反演。在两种情形下,HJ-ARPSO算法均具有较高的寻优成功率(分别对应为100%和90%);与之相比,未引入粒子群发散算子的HJ-PSO算法在未知污染源位置情形下其寻优成功率迅速降为60%;GA算法寻优效率则最低。算例结果表明,HJ-ARPSO算法是一种有效的地下水污染源反演优化算法。

关键词：地下水污染源反演粒子群算法 Hooke-Jeeves算法逆问题

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GA优化ELM神经网络的排水管道缺陷诊断

哈尔滨工业大学学报 2021年第5期53卷 59-64页

作者：郑茂辉刘少非同济大学上海防灾救灾研究所上海200092 同济大学土木工程学院上海200092

为及时发现排水管道安全隐患,准确掌握管道状况,结合极限学习机(extreme learning machine,ELM)神经网络和管道闭路电视(closed circuit television,CCTV)检测,建立一个数据驱动的排水管道缺陷诊断模型.采用遗传算法(genetic algorithm,... 详细信息

为及时发现排水管道安全隐患,准确掌握管道状况,结合极限学习机(extreme learning machine,ELM)神经网络和管道闭路电视(closed circuit television,CCTV)检测,建立一个数据驱动的排水管道缺陷诊断模型.采用遗传算法(genetic algorithm,GA)优化ELM神经网络的输入权值矩阵和隐含层偏置,改善网络参数随机生成带来的ELM模型输出不稳定、分类精度偏低的问题.以上海市洋山保税港区排水管道破裂、渗漏等主要结构性缺陷的诊断为例,对GA-ELM模型进行仿真分析,并与ELM模型诊断结果进行对比.结果表明,GA-ELM模型能够更好地识别管道缺陷,获得更佳的分类性能,参数优化提高ELM模型的拟合能力和泛化能力,可应用于城市排水管道状况评价,为排水管网养护计划和修复计划的制订提供技术依据.

关键词：排水管道缺陷诊断极限学习机遗传算法神经网络 CCTV检测

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城市建筑群环境有毒有害气体扩散数值模拟

同济大学学报（自然科学版） 2013年第1期41卷 48-52,141页

作者：郑茂辉金敏许建明同济大学上海防灾救灾研究所上海200092 上海市气象局上海200135

应用计算流体力学(CFD)原理和方法建立街区尺度点源泄漏扩散的数值模型,并经风洞试验结果验证其正确性.对街区建筑物扰动和两种来流风速(1.5m.s-1,3.0m.s-1)下近地面气云扩散过程及特性进行模拟与分析.结果表明:给定合适的计算参数,基于... 详细信息

应用计算流体力学(CFD)原理和方法建立街区尺度点源泄漏扩散的数值模型,并经风洞试验结果验证其正确性.对街区建筑物扰动和两种来流风速(1.5m.s-1,3.0m.s-1)下近地面气云扩散过程及特性进行模拟与分析.结果表明:给定合适的计算参数,基于RNGk—ε模型和SIMPLE算法能够有效模拟复杂障碍物条件下有毒有害气体的扩散过程;近地面气云扩散受道路、建筑物布局和来流风速的影响明显,建筑物周围测点浓度同该处源距、方位、高度以及风向偏离程度存在密切联系;较大的来流风速加快气云水平输送,同时有利于浓度的稀释;泄漏停止后建筑物密集区间浓度稀释相对滞缓,可能对人群健康构成威胁.

关键词：有毒有害气体扩散数值模拟浓度场街区尺度

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单纯形模拟退火算法反演地下水污染源强度

同济大学学报（自然科学版） 2013年第2期41卷 253-257页

作者：江思珉张亚力蔡奕郑茂辉同济大学土木工程学院上海200092 同济大学上海防灾救灾研究所上海200092

基于单纯形模拟退火混合算法(SMSA混合算法),结合污染物迁移问题的解析解反演地下水污染源的强度变化历时曲线.SMSA混合算法结合了单纯形法的确定性搜索和模拟退火算法的全局概率搜索机制,是一种高效的混合优化算法;同时采用Yeh提出的... 详细信息

基于单纯形模拟退火混合算法(SMSA混合算法),结合污染物迁移问题的解析解反演地下水污染源的强度变化历时曲线.SMSA混合算法结合了单纯形法的确定性搜索和模拟退火算法的全局概率搜索机制,是一种高效的混合优化算法;同时采用Yeh提出的解析解,它具有可靠性强、易于编程实现和扩展性强的特点.计算结果显示,1维、2维、3维情形下点污染源的反演浓度均较好地再现了真实的污染物释放过程,这表明基于SMSA混合算法和Yeh解析解的反演方法是一种有效的地下水污染源重建方法.

关键词：污染源反演地下水逆问题单纯形法模拟退火算法

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城市地区危险气体扩散与人口暴露模拟

深圳大学学报（理工版） 2013年第3期30卷 287-293页

作者：郑茂辉金敏韩新同济大学上海防灾救灾研究所上海200092

以伦敦中心城区示踪气体扩散试验为例,对城市建筑群中危险气体的迁移扩散以及周边人口暴露风险进行数值模拟分析.通过计算流体力学模型和暴露模型的耦合,模拟街区尺度近地面气云扩散过程,结合地理信息系统和建筑物数据库估算受影响的人... 详细信息

以伦敦中心城区示踪气体扩散试验为例,对城市建筑群中危险气体的迁移扩散以及周边人口暴露风险进行数值模拟分析.通过计算流体力学模型和暴露模型的耦合,模拟街区尺度近地面气云扩散过程,结合地理信息系统和建筑物数据库估算受影响的人口及其潜在的暴露水平,求解建筑物周围的时变质量浓度和暴露剂量分布.近地面的质量浓度时间序列表明,气云扩散受建筑物和道路布局影响显著;泄漏停止后部分建筑物背风向和狭窄街段内质量浓度稀释滞后,可能对人群健康构成潜在威胁.

关键词：大气污染城市环境安全危险气体人口暴露数值模拟时变浓度流体力学地理信息系统建筑物

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基于描述逻辑本体的GIS多重表达

测绘学报 2006年第3期35卷 261-266页

作者：郑茂辉冯学智蒋莹滢黄照强南京大学城市与资源学系江苏南京210093 中兴通讯南京研究所江苏南京210012

多重表达是地理信息弹性表达和弹性存取的一个内在要求,它实质上提供了一个多尺度、多应用主题的数据集成机制。多重表达的建模不能仅限于数据库中多重几何特征的一致性表达,还必须支持不同语义粒度、不同应用主题下语义特征的弹性描述... 详细信息

多重表达是地理信息弹性表达和弹性存取的一个内在要求,它实质上提供了一个多尺度、多应用主题的数据集成机制。多重表达的建模不能仅限于数据库中多重几何特征的一致性表达,还必须支持不同语义粒度、不同应用主题下语义特征的弹性描述。基于形式化本体的地理信息建模更贴近于认知模型,还有助于语义表达以及基于语义的信息集成和共享。通过经典描述逻辑中具体域以及context的扩展,满足区域拓扑和上下文语义形式化描述的需要;给出一个基于描述逻辑的多表达地理本体方案,该方案能够为数据库中几何信息和语义信息的弹性表达提供一个统一的基于逻辑的模型理论基础。

关键词：多重表达本体描述逻辑上下文

基于粒子群优化极限学习机的排水管结构状况评价

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同济大学学报（自然科学版） 2020年第4期48卷 513-516,551页

作者：郑茂辉刘少非柳娅楠李浩楠同济大学上海防灾救灾研究所上海200092 同济大学土木工程学院上海200092

基于极限学习机(ELM)和粒子群优化(PSO)算法,建立一个新型排水管道结构性状况评价模型。采用PSO算法优化ELM中的输入权值矩阵和隐含层偏置,改善网络参数随机生成带来的分类精度偏低的问题。以上海市洋山保税港区排水管网为例,对分类器... 详细信息

基于极限学习机(ELM)和粒子群优化(PSO)算法,建立一个新型排水管道结构性状况评价模型。采用PSO算法优化ELM中的输入权值矩阵和隐含层偏置,改善网络参数随机生成带来的分类精度偏低的问题。以上海市洋山保税港区排水管网为例,对分类器模型进行训练测试,并与ELM分类结果进行对比分析。结果表明,PSO ELM算法以较少的隐含层神经元节点获得更高的分类精度,参数优化提高了模型拟合能力,对于城市排水管道结构性状况分类、判断具有可行性和有效性。

关键词：排水管道结构性状况评价极限学习机粒子群优化

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黄浦江上游流域防洪疏散计划的初步研究

中国农村水利水电 2010年第11期 15-17,21页

作者：张洪刘曙光郑茂辉同济大学土木工程学院上海200092 上海防灾救灾研究所上海200092

黄浦江上游流域防洪疏散计划的编制,旨在提高该地区的防洪能力,减少洪水造成的损失。提出了防洪疏散计划制定的4个基本步骤:①基础资料的收集与整理;②洪水风险的分析与计算;③洪水风险图的绘制;④疏散方案的设计。以此为依据,结合GIS... 详细信息

黄浦江上游流域防洪疏散计划的编制,旨在提高该地区的防洪能力,减少洪水造成的损失。提出了防洪疏散计划制定的4个基本步骤:①基础资料的收集与整理;②洪水风险的分析与计算;③洪水风险图的绘制;④疏散方案的设计。以此为依据,结合GIS等工具,设计规划出黄浦江上游流域相应工情和洪水频率组合情况下的防洪疏散方案。在初步分析和探讨了其有效性和可靠性的基础上,提出了疏散图精度不足等问题和今后的研究重点。

关键词： GIS 黄浦江上游流域洪水风险图防洪疏散计划