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基于自然解决方案的黄河中游国土空间生态修复——以陕西榆林国土空间生态修复为例

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地质通报 2023年第10期42卷 1745-1756页

作者：郭迟辉张茂省王尧刘永鹏刘锋冯立中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083 西安交通大学人居环境与建筑工程学院陕西西安710049 自然资源部国土整治中心北京100035 陕西省土地整理中心陕西西安710082 长安大学陕西西安710064

黄河流域生态保护和高质量发展是重大国家战略,要推进黄河流域大保护、大治理,保障黄河长治久安,让黄河成为造福人民的幸福河,在生态保护修复过程中加强对自然生态系统本身恢复能力的利用,突出水资源保护与优化配置,已成为黄河流域及黄... 详细信息

黄河流域生态保护和高质量发展是重大国家战略,要推进黄河流域大保护、大治理,保障黄河长治久安,让黄河成为造福人民的幸福河,在生态保护修复过程中加强对自然生态系统本身恢复能力的利用,突出水资源保护与优化配置,已成为黄河流域及黄土高原地区生态修复中亟需解决的重要科学问题。在分析陕西省榆林市生态特征与生态功能定位的基础上,运用现状调查、综合评判等方法识别当前存在的主要生态问题,比如水土流失、矿山生态破坏、黄河沿岸生态系统脆弱、局部地区地下水位下降趋势明显等。针对性地提出“保持水土资源,恢复自然生态”理念、以保水为主线的基于自然(NbS)的生态修复方案,构建了“一廊两带三区多点”的生态修复格局,形成了4种基于水和NbS的黄土高原地区生态修复模式,布置了16项生态修复工程。通过优化榆林地区生态修复理论与模式,增强对水资源的保护和利用,发展基于自然的生态修复模式,提高了黄河中游生态安全格局,进而促进了黄河流域高质量发展。研究成果为黄河中游国土空间生态修复提供了理论支持。

关键词：国土空间黄河流域水土保持基于自然的解决方案(NbS) 生态修复模式陕西榆林

佳芦河流域山水林田湖草沙生态保护修复实践研究

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西北地质 2023年第3期56卷 121-128页

作者：王尧张茂省陈华军魏欣郭迟辉自然资源部国土整治中心北京100035 自然资源部土地工程技术创新中心北京100035 西安交通大学人居环境与建筑工程学院陕西西安712000 陕西自然资源勘测规划设计院陕西西安710076

流域生态系统是以地表水和地下水为主要纽带,具有明确边界的国土空间地理单元,是国土空间生态修复的最佳实施单元。基于流域生态恢复理论,以黄土高原地区佳芦河流域为研究对象,在全面客观了解流域生态环境现状与生态问题的基础上,按照... 详细信息

流域生态系统是以地表水和地下水为主要纽带,具有明确边界的国土空间地理单元,是国土空间生态修复的最佳实施单元。基于流域生态恢复理论,以黄土高原地区佳芦河流域为研究对象,在全面客观了解流域生态环境现状与生态问题的基础上,按照“保持水土资源,恢复自然生态”的理念,突出水资源涵养和科学利用措施,以保水为主线的基于自然的解决方案,将流域划分为8个修复单元,实施13类工程措施,部署4个子项目,形成小流域山水林田湖草沙一体化保护和修复体系,对流域山水林田湖草沙生命共同体进行系统保护和修复。研究结果表明,开展流域山水林田湖草沙生态保护修复,有助于控制佳芦河流域及沿岸生态系统脆弱、水土流失严重、工矿与城镇水污染凸显、历史遗留矿山、农用地质量较低、生态保护和修复能力较弱等问题,有效缓解水土流失状况和减少入黄泥沙,持续提升流域生态环境质量,增强山水林田湖草沙生命共同体的稳定性,提高生态系统服务功能,筑牢中国北方生态安全屏障,对黄土高原地区流域生态保护修复具有启示意义。

关键词：流域生态修复黄土高原山水林田湖草沙基于自然的解决方案佳芦河流域

采用注意力机制和奖励塑造的深度强化学习视觉目标导航方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第7期49卷 1100-1108,1119页

作者：孟怡悦郭迟刘经南武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079 湖北珞珈实验室湖北武汉430079

视觉目标导航作为视觉导航的重要任务之一,要求智能体在给定导航目标的前提下,仅仅依靠视觉图像信息探索环境并导航到目标跟前,并提出任务结束动作。现有视觉目标导航方法基于端到端的深度强化学习框架来解决视觉目标导航问题,仍存在导... 详细信息

视觉目标导航作为视觉导航的重要任务之一,要求智能体在给定导航目标的前提下,仅仅依靠视觉图像信息探索环境并导航到目标跟前,并提出任务结束动作。现有视觉目标导航方法基于端到端的深度强化学习框架来解决视觉目标导航问题,仍存在导航成功率和效率不高的不足。为了进一步提升视觉目标导航方法下智能体的导航性能,提出了一种基于注意力机制和奖励塑造的深度强化学习视觉目标导航方法。针对强化学习中状态构建不佳和奖励稀疏问题,利用缩放点积注意力机制引入当前时间步和上一时间步的状态之间的关系,用于构建更佳的当前时间步的状态,利用奖励塑造自动化设置奖励空间,解决奖励稀疏问题。在AI2-THOR数据集上进行实验,并使用成功率和路径长度加权成功率评估方法性能。实验结果显示,相较于以往的方法,所提出的方法在成功率上提高了7%,在路径长度加权成功率上提高了20%。该方法使用注意力机制和奖励塑造构建了更好的状态和奖励空间,能够进一步提升智能体的导航成功率和效率。

关键词：视觉导航视觉目标导航深度强化学习注意力机制奖励塑造

一种世界坐标系下的GNSS/SINS松组合导航矩阵李群滤波算法

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中国惯性技术学报 2024年第3期32卷 242-249页

作者：郭迟陈毅超罗亚荣武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉430079 湖北珞珈实验室武汉430079 武汉大学人工智能研究院武汉430079

针对在地心地固(ECEF)坐标系下基于右不变误差的卡尔曼滤波在GNSS/SINS组合导航中,因位置矢量数值较大导致系统线性误差运动学矩阵和观测矩阵不稳定进而降低滤波器性能的问题,提出一种世界坐标系下的GNSS/SINS松组合导航矩阵李群滤波算... 详细信息

针对在地心地固(ECEF)坐标系下基于右不变误差的卡尔曼滤波在GNSS/SINS组合导航中,因位置矢量数值较大导致系统线性误差运动学矩阵和观测矩阵不稳定进而降低滤波器性能的问题,提出一种世界坐标系下的GNSS/SINS松组合导航矩阵李群滤波算法。首先在世界坐标系中构建导航状态和考虑地球自转的运动学方程。然后在世界坐标系下定义矩阵李群上的右不变误差,该误差在右群作用下保持不变,并重新推导和设计基于该误差的矩阵李群滤波算法,根据GNSS观测构建世界坐标系下的观测矩阵。实验结果表明,在低精度惯导场景中相对于ECEF坐标系下的传统扩展卡尔曼滤波,所提算法的北向、东向、地向位置误差均方根分别减小了82.6%、61.8%和10.6%,具有一定的实用价值。

关键词：组合导航矩阵李群卡尔曼滤波世界坐标系

鄂尔多斯盆地煤炭采动的生态系统响应机制研究现状与展望

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西北地质 2023年第3期56卷 78-88页

作者：杜臻张茂省冯立刘颢张勖郭迟辉王耀李华华西安交通大学人居环境与建筑工程学院陕西西安712000 陕西金土地乡村振兴集团有限公司陕西西安710075 榆林市自然资源和规划局陕西榆林719000

煤炭开采在为国家能源安全做出重大贡献的同时也产生了严重的矿山环境问题,煤炭作为中国主体能源的局面短期内难以扭转,煤炭采动的生态系统响应机制与生态修复技术已经成为人与自然和谐共生的现代化建设中迫切需要解决的关键科技问题。... 详细信息

煤炭开采在为国家能源安全做出重大贡献的同时也产生了严重的矿山环境问题,煤炭作为中国主体能源的局面短期内难以扭转,煤炭采动的生态系统响应机制与生态修复技术已经成为人与自然和谐共生的现代化建设中迫切需要解决的关键科技问题。笔者以国家大型能源基地鄂尔多斯盆地北部侏罗系煤田为研究区,在检索和分析大量文献资料的基础上,将煤炭开采的生态系统响应机制与生态修复关键技术按照地质环境、水环境、植被生态环境3个方面归纳总结研究进展,分析凝练目前仍存在的关键科技问题,并从多因素耦合作用下的生态系统响应机制与演化规律、生态问题快速智能识别与风险防控关键技术、人与自然和谐共生的现代化实现模式与路径等3个方面提出了进一步研究建议。

关键词：煤炭采动生态环境效应侏罗系煤田生态修复

黄土高原山水林田湖草生态保护修复模式与实践

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测绘科学 2023年第4期48卷 199-210页

作者：王尧张茂省赵财胜陈华军魏欣郭迟辉自然资源部国土整治中心北京100035 自然资源部土地工程技术创新中心北京100035 西安交通大学人居环境与建筑工程学院西安710049 陕西省水资源与环境工程技术研究中心西安710054 陕西自然资源勘测规划设计院西安710076

针对黄土高原地区城市化与工业化的发展,生态退化问题日益严重的问题,该文基于生态恢复理论,以黄土高原地区绥德县郭家沟村和常家沟村为研究对象,在全面客观了解区域生态环境现状与生态问题的基础上,按照“保持水土资源,恢复自然生态”... 详细信息

针对黄土高原地区城市化与工业化的发展,生态退化问题日益严重的问题,该文基于生态恢复理论,以黄土高原地区绥德县郭家沟村和常家沟村为研究对象,在全面客观了解区域生态环境现状与生态问题的基础上,按照“保持水土资源,恢复自然生态”的理念,提出以保水为主线的基于自然的解决方案。将研究区诊断为自然恢复类、辅助再生类和恢复重建类修复模式,并划分为一带、两岸和三坡3个生态保护修复单元,对区内受损、退化、功能与服务下降的生态系统进行整体保护、系统修复和综合治理。研究结果表明开展山水林田湖草生态保护修复,有助于提升黄土高原生态脆弱区生态系统自我恢复能力,增强生态系统稳定性,遏制黄河中游水土流失最为严重地区的泥沙流失现象,对黄土高原地区生态保护修复具有参考。

关键词：生态修复黄土高原一带两岸三坡

榆林黄河中游粗泥沙区生态问题与生态格局构建

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西北地质 2023年第3期56卷 58-69页

作者：刘颢张茂省冯立张鹏飞王耀李良娜王尧郭迟辉西安交通大学人居环境与建筑工程学院陕西西安712000 自然资源部黄土地质灾害重点实验室陕西西安710119 榆林市自然资源和规划局陕西榆林719000 陕西自然资源勘测规划设计院有限公司陕西西安710076 自然资源部国土整治中心北京100000

黄河中游粗泥沙是黄河下游地上悬河形成的最重要组成物质,从源头遏制粗泥沙入黄是保障黄河长久安澜的根本之策。笔者采用从大尺度向小尺度梯度分析、生态问题识别诊断与综合评判等方法,确定了陕西省榆林市北部7个黄河一级支流区为粗泥... 详细信息

黄河中游粗泥沙是黄河下游地上悬河形成的最重要组成物质,从源头遏制粗泥沙入黄是保障黄河长久安澜的根本之策。笔者采用从大尺度向小尺度梯度分析、生态问题识别诊断与综合评判等方法,确定了陕西省榆林市北部7个黄河一级支流区为粗泥沙主要来源区,并在识别出粗泥沙主要来源区生态问题及其之间关联性、紧迫度、优先度的基础上,提出了榆林黄河中游粗沙区生态保护修复的系统性对策。即围绕2个核心目标、3个关键问题,将研究区划分为10个保护修复单元,提出布局7类工程和29个子项目,构建“1廊2带3区多点”的人与自然和谐共生的生态安全格局,从而达到提升粗泥沙集中来源区生态系统稳定性和韧性,实现从源头遏制粗泥沙入黄,缓解拦沙坝、水库和“地上悬河”泥沙淤积压力的目标。研究成果对于保障中国北方生态安全和能源资源安全等具有极为重要的意义。

关键词：黄河流域粗泥沙区生态问题生态修复保护修复对策

基于图像和事件的无监督学习稠密连续光流估计

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年

作者：胡建朗郭迟罗亚荣武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉大学人工智能研究院湖北珞珈实验室

为了获得稠密且连续的光流，并实现长时间间隔光流估计，本文提出了一种基于图像和事件的多模态多尺度递归光流估计网络，它能够融合从输入的单个图像和对应事件流中提取的多尺度特征，并以从粗糙到精细和迭代递归的方式对输出的光流进... 详细信息

为了获得稠密且连续的光流，并实现长时间间隔光流估计，本文提出了一种基于图像和事件的多模态多尺度递归光流估计网络，它能够融合从输入的单个图像和对应事件流中提取的多尺度特征，并以从粗糙到精细和迭代递归的方式对输出的光流进行优化。为了摆脱对光流标注数据的依赖，本文采用无监督学习的方式对网络进行训练，并设计了动态损失过滤机制，该机制能够自适应地过滤训练过程中的不可靠监督梯度信号，进而实现更加有效的网络训练。本文采用MVSEC数据集对本文提出的网络和策略进行综合对比分析，结果表明，本文方法具有更高的光流估计精度，尤其是在长时间间隔稠密光流估计方面，本文方法在三个室内序列上进行测试，并在平均端点误差和异常值百分比这两项指标上取得了最优结果，分别为1.43、1.87、1.68以及7.54%、14.36%、11.46%，均优于DCEIFlow方法，这说明本文方法不仅能够实现稠密且连续的光流估计，而且在长时间间隔光流估计方面也更加具有优势。

关键词：光流估计事件相机多模态无监督学习

不变RTS平滑算法及其在5G/SINS组合导航中的应用研究

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第5期49卷 747-755页

作者：罗亚荣郭文飞齐书峰郭迟武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079

为了解决导航系统的位置误差随时间累积的问题,提出一种状态空间为矩阵李群的不变RTS(invariant Rauch-Tung-Striebel,InRTS)平滑算法来提高导航状态的精度,其核心在于导航状态及观测都利用矩阵李群进行表示及推导。首先,将系统状态及... 详细信息

为了解决导航系统的位置误差随时间累积的问题,提出一种状态空间为矩阵李群的不变RTS(invariant Rauch-Tung-Striebel,InRTS)平滑算法来提高导航状态的精度,其核心在于导航状态及观测都利用矩阵李群进行表示及推导。首先,将系统状态及其误差状态微分方程用矩阵李群来表征,相比于传统扩展卡尔曼滤波算法(extended Kalman filter,EKF),将系统状态构建在矩阵李群上,其动力学方程可以更自然更本质地描述物体在空间中的运动特性,而通过群运算定义的误差状态耦合了姿态误差而不是直接的向量相减;接着,通过李群和李代数之间的对数映射将不变误差状态变量映射到李代数空间,得到一个解析的线性微分方程,该方程与当前状态估计值无关,从而可以获得在任何线性化点处状态无关的雅克比矩阵;然后,根据5G定位中量测模型的左不变特性推导包含杆臂误差的左不变误差状态量测方程,从而得到一个左不变EKF;最后,以左不变EKF为前向滤波,提出不变RTS平滑算法,并将其应用于5G/SINS(strapdown inertial navigation system)组合导航系统,在仿真实验中与左不变EKF算法进行了精度对比。实验结果表明,InRTS算法能对左不变EKF算法得到的轨迹进行平滑,降低了前向滤波过程中导航状态的累积误差,从而证明了所提算法的有效性。

关键词：左不变扩展卡尔曼滤波不变RTS平滑矩阵李群 5G/SINS组合导航