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联合光学和SAR数据的森林地上生物量反演研究

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联合光学和SAR数据的森林地上生物量反演研究

作者：张浚翔中南林业科技大学

学位级别：硕士

森林地上生物量(Aboveground Biomass,AGB)作为衡量森林生态系统健康状况的重要指标,不仅与全球碳循环密切相关,也在应对气候变化方面具有重要作用。遥感技术能够准确、高效地获取区域尺度上的森林地上生物量,其关键就是获得合适的遥感... 详细信息

森林地上生物量(Aboveground Biomass,AGB)作为衡量森林生态系统健康状况的重要指标,不仅与全球碳循环密切相关,也在应对气候变化方面具有重要作用。遥感技术能够准确、高效地获取区域尺度上的森林地上生物量,其关键就是获得合适的遥感特征与反演模型。光学与合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)数据分别具有丰富的光谱信息与垂直结构信息,这些遥感信息中的复杂关系可以通过机器学习模型来进行有效地处理。因此,结合光学遥感和SAR数据的优势,解决机器学习模型中参数选择的问题,对提高森林地上生物量遥感反演的准确性具有重要意义。本研究以湖南芦头林场为研究区,以Sentinel-1 SAR影像与Sentinel-2光学影像为遥感数据源,结合森林资源调查数据,对两类遥感影像进行特征提取与分析。在此基础上探究联合光学与SAR特征的具体协同方法,并基于机器学习构建芦头林场内两类树种组的森林地上生物量估测模型。针对模型参数选择困难的问题,研究提出鸽群算法优化的森林地上生物量估测方法,并与其他方法进行精度对比以验证其有效性。最后对模型的不确定性进行分析,综合比较模型的精度与不确定性,探讨适合研究区生物量反演的方法。主要研究内容和结论如下:(1)为了获取适用于建模的遥感特征,从Sentinel-1 SAR影像与Sentinel-2光学影像中获取进行极化参数、干涉参数、植被指数与生物物理参数,并对这些特征进行森林地上生物量相关性分析。结果表明,遥感特征对森林AGB的相关性在两类树种组中并不一致。在杉木树种组中,植被指数、SAR后向散射系数与森林AGB的相关性显著,其相关系数绝对值均大于0.5。叶面积指数(LAI)、植被覆盖率(FVC)、极化分解参数Alpha、DEM与森林AGB的相关性较高,相关系数的绝对值大于0.1;在其他硬阔类树种组中,植被指数、SAR极化分解参数与森林AGB的相关性显著,其相关系数绝对值均维持在0.6左右,后向散射系数、DEM与森林AGB的相关性较高,相关系数绝对值在0.1以上。(2)为了充分多源遥感的优势,研究基于类似植被指数计算的方法,联合光学与SAR特征生成新的组合指数(Combined Optical and SAR Indices,COSI)。基于新指数与初始影像特征设置五种特征组合,分别利用支持向量回归(SVR)、随机森林(RF)、长短期记忆神经网络(LSTM)以及双向LSTM(BiLSTM)构建森林AGB估测模型,以探究适用于AGB反演的特征组合与模型。结果表明,COSI指数能够显著提升四种估测模型的精度,且提升效果在两类树种组中没有显著差异,表明了光学与SAR特征结合方法在森林AGB估测中的应用价值。使用COSI1与COSI2指数的特征组合为杉木树种组的最优特征组合,使用所有变量与指数的特征组合为其他硬阔类树种组的最优特征组合。综合模型评价指标(R2、MAE、RMSE与相对RMSE),BiLSTM模型的精度优于其他三种模型,验证了该模型在森林AGB估测中的潜力,但由于BiLSTM模型中存在的参数选择问题,其精度仍然具有较大的提升空间。(3)针对模型中存在的参数选择困难、效率低等问题,研究利用鸽群算法(PIO)对BiLSTM模型进行优化(PIO-BiLSTM)。为了验证其性能,选取遗传算法、粒子群算法与鲸鱼算法分别优化BiLSTM模型,并选取四种基础模型进行对比分析。为了提高结果的可靠性,对模型的不确定性进行计算。结果表明,在最优特征组合下,PIO-BiLSTM模型的精度与不确定性均优于其余模型。两类树种组中其决定系数R2分别达到了 0.8055与0.7656,相较于其他模型,两类树种组中的平均MAE、RMSE、相对RMSE(RMSEr)与不确定性分别下降了17.0%到 39.8%、6.3%到 39.9%、1.1%到 8.7%以及 0.8%到 9.0%,改善效果较为显著。此外,四种优化模型的精度均优于四种基础模型,表明优化过程对模型精度有着积极影响。综合模型的精度与不确定性,采用最优特征组合下的PIO-BiLSTM 模型进行森林 AGB 反演与制图,并应用 Monte Carlo 模型对 AGB 图中的不确定性进行了模拟。结果表明,研究区总的AGB为5.25×105 Mg,平均值为110.35 Mg·ha-1,大部分区域的不确定性在0%-20%和20%-40%这两个区间,与测试集的不确定性结果基本吻合。

关键词：森林地上生物量光学遥感 SAR 联合反演机器学习

计及转化效率的电化学储能电站日运行策略研究

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太阳能学报 2024年第5期45卷 198-205页

作者：张浚坤雷二涛韩蓉李盈金莉马凯广东电网有限责任公司电力科学研究院广州510000 西安交通大学电气工程学院西安710049 特变电工衡阳变压器有限公司衡阳421000

电化学储能电站日运行效率和运行策略直接影响其经济性和调峰性能指标。首先,分析储能电池充放电过程,并建立基于日负荷曲线的效能转化模型,以适应单日运行条件的储能电站运行分析;然后,根据能耗模型给出一种储能电站充放电优化运行策略... 详细信息

电化学储能电站日运行效率和运行策略直接影响其经济性和调峰性能指标。首先,分析储能电池充放电过程,并建立基于日负荷曲线的效能转化模型,以适应单日运行条件的储能电站运行分析;然后,根据能耗模型给出一种储能电站充放电优化运行策略,并对经济效益和调峰性能展开分析,提出一种基于遗传算法的电化学储能电站多目标优化快速计算方法。最后,以南方某地区储能电站为例对所提优化策略进行验证,结果表明所提电化学储能电站的运行策略具有良好的技术经济性和调峰效果。

关键词：电池储能控制策略能量管理优化

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浆砌石挡墙非均匀数值模拟和电磁响应特征研究

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地球物理学进展 2024年

作者：张浚丰许明刘先珊甘峰帆蔡宇重庆大学土木工程学院库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心中国中铁二院工程集团有限责任公司重庆设计集团有限公司

探地雷达法是检测浆砌石挡墙的有效方法。目前浆砌石挡墙数值模拟常见方法是将墙体视为均匀材料，对挡墙内部异常体图像特征的研究多着眼于异常体而对挡墙产生的背景噪声研究较少。针对以上问题，提出了基于维诺图算法的非均匀浆砌石挡... 详细信息

探地雷达法是检测浆砌石挡墙的有效方法。目前浆砌石挡墙数值模拟常见方法是将墙体视为均匀材料，对挡墙内部异常体图像特征的研究多着眼于异常体而对挡墙产生的背景噪声研究较少。针对以上问题，提出了基于维诺图算法的非均匀浆砌石挡墙数值模型建模方法；通过现场试验和开源软件gprMax对完整挡墙与挡墙中的空洞、不密实区、含水区和钢筋等异常体进行雷达探测与数值模拟，研究浆砌石挡墙的电磁响应特征、雷达图像主要成像影响因素和挡墙内异常体的图像特征。试验和模拟结果表明：提出的非均匀挡墙数值模型模拟结果与实测雷达响应特征基本一致，可为挡墙雷达图像解译提供一定的指导；墙体背景波中石块反射波的同相轴趋于与石块形状一致，石块平均面积较大时需注意区分背景波和某些异常体的图像，砂浆厚度和相对介电常数差值越大背景波幅值越高，天线频率越高分辨率越好但探测深度越浅；空洞、含水区、钢筋的雷达图像为同相轴连续的曲线波形，幅值较周围墙体背景波高，不密实区雷达图像为同相轴杂乱的团块状波形，幅值与周围墙体背景波接近。

关键词：探地雷达浆砌石挡墙非均匀数值模型有限差分模拟

四面受火状态下木-H型钢-混凝土方截面组合柱温度场数值模拟

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沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2024年第5期40卷 921-929页

作者：刘永军张浚哲沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳110168

目的提出一种新型的木-H型钢-混凝土方截面组合柱,研究火灾下组合柱的温度场分布规律。方法应用ABAQUS有限元分析软件建立组合柱的热传递模型,采取ISO-834标准升温曲线进行升温,研究混凝土厚度、再生粗骨料取代率和螺栓对组合柱内木... 详细信息

目的提出一种新型的木-H型钢-混凝土方截面组合柱,研究火灾下组合柱的温度场分布规律。方法应用ABAQUS有限元分析软件建立组合柱的热传递模型,采取ISO-834标准升温曲线进行升温,研究混凝土厚度、再生粗骨料取代率和螺栓对组合柱内木材温度场和炭化的影响。结果木材的温度场呈双向对称分布;混凝土厚度每增加10 mm,螺栓孔处木材的炭化深度平均减少25.43%,初始炭化时间平均延后22.82%;再生粗骨料取代率每增加20%,木材炭化深度平均减小6.34%,初始炭化时间平均延后5.60%;螺栓的存在会加剧木材的炭化,螺栓孔处的木材的炭化深度多出57.13%。结论在火灾作用下,组合柱内部的木材炭化后仍有较大的有效剩余截面;H型钢腹板有木材包裹,强度劣化速度缓慢;木-H型钢-混凝土组合柱的抗火性能良好。

关键词：组合柱标准火灾温度场有限元分析

道路窨井盖-井周路面的病害处治与智慧检测监管综述

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中国公路学报 2024年

作者：查旭东眭子凡张浚轩许海信长沙理工大学交通运输工程学院肇庆市公路事务中心

窨井作为城镇道路的重要附属设施之一，在日益增长的交通荷载作用下易发生沉陷、倾斜和破损，井周路面也随之诱发开裂、沉降和松散等各种病害。车辆驶过病害窨井盖-井周路面时，行车安全性和舒适性变差，且会产生噪声污染，严重影响着... 详细信息

窨井作为城镇道路的重要附属设施之一，在日益增长的交通荷载作用下易发生沉陷、倾斜和破损，井周路面也随之诱发开裂、沉降和松散等各种病害。车辆驶过病害窨井盖-井周路面时，行车安全性和舒适性变差，且会产生噪声污染，严重影响着道路的使用性能和周边居民的生活品质。为此，通过收集整理国内外相关研究成果，基于试验、理论及模拟方法分析了窨井盖-井周路面病害的诱发机制，从结构优化、材料优选和设备革新等多角度评述了病害处治技术的发展现状；结合智能交通系统建设理念，剖析了窨井盖-井周路面智慧检测与监管技术取得的研究成果和局限因素，并据此展望该领域未来发展趋势。结果表明：窨井盖-井周路面在行车动载作用下病害率高达58.9%，主要病害类型为结构沉降及路面开裂，其中沉降量大多在3 cm以内，开裂范围则集中分布于井周15～40 cm区域；病害的主要成因包括井盖砂浆垫层破碎、井圈缺失、路基路面压实度不达标及井盖承载力不足等；通过优化井盖-井周路面结构、提高井盖垫层和井周路面修复材料性能、改进井盖的调平方式等方法，可有效延缓和处治井盖-井周路面病害；基于移动测量系统、无人航测机及智能手机等设备，结合深度学习算法可实现对窨井盖与井周路面及其病害的自动识别和快速判定；联合信息处理、网络传输与感知识别等技术可搭建较为完备的井盖智慧监管系统，实现对窨井盖-井周路面的建管养一体化管理。

关键词：路面工程病害处治综述井周路面诱发机制智慧检测智慧监管

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基于集成模型的锂离子电池SOH估计

电源学报 2024年

作者：雷二涛张浚坤王瑾瑜金莉马凯李盈广东电网有限责任公司电力科学研究院北京交通大学电气工程学院

准确估计电池健康状态(State Of Health， SOH)可以有效提升电池系统安全运行。针对不同工况下SOH估计精度不稳定的问题，本文提出一种基于集成模型的锂离子电池健康状态估计算法。该方法首先对电池充电阶段开展容量增量（Incremental C... 详细信息

准确估计电池健康状态(State Of Health， SOH)可以有效提升电池系统安全运行。针对不同工况下SOH估计精度不稳定的问题，本文提出一种基于集成模型的锂离子电池健康状态估计算法。该方法首先对电池充电阶段开展容量增量（Incremental Capacity，IC）分析，并提取健康因子作为电池健康状态的有效特征，采用SVR模型与BP神经网络模型组合构建集成模型，实现对电池健康状态的在线评估。实验结果表明，本文所提出的集成模型相较于两个子模型最大误差下降了38.1％和23.7％，均方根误差下降了47%和20%，所提方法能更准确估计不同工况下的电池健康状态，避免了单个模型估计的不稳定性因素。

关键词：锂离子电池容量增量法健康状态估计集成模型

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不同气候区建筑外窗遮阳设计和选型探讨

绿色建筑 2024年第3期16卷 80-86页

作者：张浚洲上海市建筑科学研究院有限公司上海200032

建筑外窗遮阳可以有效减少太阳辐射,降低夏季空调运行能耗和建筑碳排放。GB 55015—2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》的发布,对不同气候区的建筑类型和朝向的建筑遮阳提出了更高的要求,遮阳形式选型将有所改变。通过标准调研... 详细信息

建筑外窗遮阳可以有效减少太阳辐射,降低夏季空调运行能耗和建筑碳排放。GB 55015—2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》的发布,对不同气候区的建筑类型和朝向的建筑遮阳提出了更高的要求,遮阳形式选型将有所改变。通过标准调研、产品调研和案例调研,聚焦公共建筑和居住建筑,梳理了建筑节能相关的各类标准对建筑遮阳的最新要求和遮阳系数计算公式,为建筑外窗遮阳设计和选型提供参考,推动建筑领域节能降碳,助力“碳中和”目标的实现。

关键词：建筑节能气候区外窗遮阳太阳能得热系数

改良双肌肉环咽后壁瓣术矫治中重度腭咽闭合不全的临床效果研究

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中华口腔医学杂志 2024年第6期59卷 617-621页

作者：吴思默石冰赵芝鹤张浚睿李海强第四军医大学口腔医院颅颌面整形与美容外科口颌系统重建与再生全国重点实验室国家口腔疾病临床医学研究中心陕西省口腔疾病临床医学研究中心西安710032 四川大学华西口腔医院唇腭裂外科口腔疾病研究国家重点实验室国家口腔疾病临床医学研究中心成都610041

本文介绍了改良的双肌肉环咽后壁瓣术(BMR),并探讨该术式矫治中、重度腭咽闭合不全的临床效果并总结治疗经验。回顾2019年5月至2021年7月第四军医大学口腔医院颅颌面整形与美容外科接受BMR术的18例患者资料,其中男性10例,女性8例,年龄... 详细信息

本文介绍了改良的双肌肉环咽后壁瓣术(BMR),并探讨该术式矫治中、重度腭咽闭合不全的临床效果并总结治疗经验。回顾2019年5月至2021年7月第四军医大学口腔医院颅颌面整形与美容外科接受BMR术的18例患者资料,其中男性10例,女性8例,年龄中位数为8.5岁(范围5~34岁),术前临床诊断为中、重度腭咽闭合不全(腭咽闭合率<0.7)。对比分析术前及术后半年随访时鼻咽镜检查及语音评估结果,评价患者腭咽功能及语音变化。结果显示,18例患者接受BMR术,4例打鼾(3例数周后症状消失),2例伤口局部糜烂,延期愈合。全部患者术后鼻咽镜检查腭咽闭合优良,10例患者咽侧壁运动加强,全部患者咽后壁瓣可主动运动。患者术前语音评分为9分(7~12分),术后语音评分为2分(0~4分),配对非参数Wilcoxon符号秩检验显示,术后语音评分显著低于术前(P<0.05)。BMR术可作为治疗中、重度腭咽闭合不全的可靠手段。该技术在保留咽后壁瓣阻塞作用的同时实现通气孔全周长功能性收缩,有助于平衡鼻通气与腭咽闭合,并改善患者腭咽功能。

关键词：腭咽闭合不全咽后壁瓣腭裂腭咽功能

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外墙装饰砌块钢筋网拉结施工技术

建筑机械化 2024年第4期45卷 103-106页

作者：张浚宇中铁建设集团有限公司北京100131

结合工程实例,介绍了一种外墙装饰砌块钢筋混凝土基础托梁与拉结筋相结合的施工工艺,主要从方案比选、优缺点分析、施工操作要点、质量保证措施几方面进行介绍。该工艺做法操作简便、节约工期、降低成本,施工质量效果好,具有较好的社会... 详细信息

结合工程实例,介绍了一种外墙装饰砌块钢筋混凝土基础托梁与拉结筋相结合的施工工艺,主要从方案比选、优缺点分析、施工操作要点、质量保证措施几方面进行介绍。该工艺做法操作简便、节约工期、降低成本,施工质量效果好,具有较好的社会经济效益,可供类似工程借鉴。

关键词：外墙装饰砌块托梁拉结筋工艺要点