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地形场景的地理空间认知与内容表达

地球信息科学学报 2024年第4期26卷 790-798页

作者：朱红春张怡宁徐月雪朱国灿宋词山东科技大学测绘与空间信息学院青岛266590

地球表面空间承载着诸多地理实体,随着时空大数据时代的到来,以还原论为基础、以独立分层建模为特征的传统信息描述方式越发难以描述地形及其关联环境要素所具有的海量信息、产生的复杂相互作用和呈现的时空变化规律,相关研究亟需以系... 详细信息

地球表面空间承载着诸多地理实体,随着时空大数据时代的到来,以还原论为基础、以独立分层建模为特征的传统信息描述方式越发难以描述地形及其关联环境要素所具有的海量信息、产生的复杂相互作用和呈现的时空变化规律,相关研究亟需以系统和整体的角度考察研究对象。针对这一问题,本文从场景学的视角对地形本体及关联环境要素的内容和相互作用开展系统的地理空间认知,提出了地形场景的概念,用于整体性地描述地形场景中的实体、联系与时空变化过程;分析了地形场景的要素构成和逻辑结构,使用时间、地点(空间)、事物、事件、现象为核心的更加整体化、语义化和逻辑化的要素对地形场景进行描述;对地形场景对象及其信息的内容构成进行解析和整理,创建了以“要素-对象-信息”为核心的结构描述框架,并对地形场景未来的发展与可能的技术应用进行了展望。地形场景的提出是场景学概念从整体表达朝向整体研究的一次探索,为进一步进行地形问题的场景化求解和表达奠定基础。

关键词：地形地形场景地理场景场景学地理信息地理空间认知内容表达地理规律

基于大气海洋多变量与海冰时序特征的北极海冰范围预测研究

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海洋通报 2024年第4期43卷 521-533页

作者：杨延瑞张怡宁芦智伟朱红春山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590

随着全球气候变暖加剧,北极地区的大气海洋环境剧烈变化,导致海冰变化更加不稳定,使得海冰预测的难度增大。本研究选择海表温度、2 m平均气温、二氧化碳浓度为大气海洋变量,海冰范围距平为时序特征参数,将上述参量作为北极海冰范围(Sea ... 详细信息

随着全球气候变暖加剧,北极地区的大气海洋环境剧烈变化,导致海冰变化更加不稳定,使得海冰预测的难度增大。本研究选择海表温度、2 m平均气温、二氧化碳浓度为大气海洋变量,海冰范围距平为时序特征参数,将上述参量作为北极海冰范围(Sea Ice Extent,SIE)的预测要素,建立了面向SIE的多变量长短期记忆(Long Short Term Memory,LSTM)神经网络模型,对比分析了2015-2021年不同时间序列预测模型的预测结果。结果显示:本研究所构建模型的RMSE、MAE、MAPE分别为0.353×106 km2、0.261×106 km2和3.191%。相比于其他预测模型,结合大气海洋变量和时序特征参数后的LSTM模型预测结果误差更小,拟合效果更好,可以消除夏季海冰剧烈变化对预测效果的影响,提高海冰范围的预测精度,对北极航道的通航安全保障工作具有重要的研究与应用价值。

关键词：北极海冰范围 LSTM神经网络模型时间序列预测时序特征

基于线阵相机/扫描仪的轨交隧道病害检测系统设计实现

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电子测量与仪器学报 2024年第6期38卷 181-194页

作者：石波王慧超杨晓磊李国玉赵凯王聪杨密林康山东科技大学测绘与空间信息学院青岛266590 青岛秀山移动测量有限公司青岛266590

隧道维护可以避免隧道病害引发的安全事故,有效的维护依赖于全面和准确的隧道病害检测。传统的隧道病害检测依靠人工巡检,受隧道照明不足、检测时间短等因素的影响,检测效率低下且准确率低。针对这些隧道病害检测中的难题,根据轨交隧道... 详细信息

隧道维护可以避免隧道病害引发的安全事故,有效的维护依赖于全面和准确的隧道病害检测。传统的隧道病害检测依靠人工巡检,受隧道照明不足、检测时间短等因素的影响,检测效率低下且准确率低。针对这些隧道病害检测中的难题,根据轨交隧道结构均匀、轨道线路固定的特点设计了轨交隧道病害检测系统。系统将激光扫描技术与摄影测量技术相结合,使用激光扫描仪获取隧道三维点云,使用多线阵相机获取隧道影像,借助激光跟踪仪并设计虚拟靶标场对相机和扫描仪进行标定使其坐标基准统一。系统采用分布式的软件架构研发数据采集软件进行传感器交互和数据存储,并采用外触发的方法使传感器采集频率与车速匹配,最后基于Cesium框架研发数据管理平台对隧道数据进行管理。将系统应用于某隧道进行数据精度验证,实验表明轨交隧道病害检测系统能够在实际隧道中检测宽度为0.2 mm的裂缝和错台量0.5 mm的错台,具备轨交隧道病害检测能力。最后,通过将实验采集到的数据应用于隧道裂缝检测、错台检测、变形检测等方面,并对检测出的病害进行定位,证明了轨交隧道病害检测系统的实用性,为轨交隧道病害检测提供了可靠的解决方案。

关键词：隧道病害隧道病害检测系统系统集成病害识别病害定位

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基于主客观赋权法的近海海砂开采适宜性评价

海洋地质前沿 2024年第6期40卷 53-61页

作者：程慧钟金香周圆艾波冯文君山东科技大学测绘与空间信息学院青岛266590 广东省海洋发展规划研究中心广州510000 青岛阅海信息服务有限公司青岛266590

随着中国经济高速发展,砂石资源的需求量逐年攀升,在种类诸多的砂石资源中海砂以其储量丰富、用途广泛的特点在建筑业、化工业等领域被广为使用。然而近年来,海砂行业发展中存在诸多粗放式的问题,不合理的开采不仅导致国有资源的大量流... 详细信息

随着中国经济高速发展,砂石资源的需求量逐年攀升,在种类诸多的砂石资源中海砂以其储量丰富、用途广泛的特点在建筑业、化工业等领域被广为使用。然而近年来,海砂行业发展中存在诸多粗放式的问题,不合理的开采不仅导致国有资源的大量流失,更是引发一系列环境问题。因而,在探明海砂资源后,开展海砂开采适宜性评价十分必要。本文将污染影响、社会因素、开发难度、海岸影响、海底斜坡稳定性作为评价指标,采用主观赋权法(层次分析法)与客观赋权法(结构熵权法)分别计算指标权重,通过博弈理论将二者结合,得到指标的组合权重;然后采用自然断点法对赋权后的各因子图层进行叠加分析,得到海砂开采适宜性分区图,并对广东省近海海域进行实例分析。

关键词：海砂开采适宜性评价层次分析法结构熵权法博弈理论

基于迁移学习的GOCI超分辨率重建与海洋漂浮藻类探测

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山东科技大学学报（自然科学版） 2024年第2期43卷 40-48页

作者：朱红春朱国灿李金宇张怡宁芦智伟杨延瑞刘海英山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 山东省海洋工程咨询协会山东济南250013 山东科技大学计算机科学与工程学院山东青岛266590

遥感技术是进行海洋漂浮藻类目标识别与变化监测的重要手段。GOCI遥感卫星影像具有高时间分辨率、低空间分辨率的特点,其低空间分辨率影响了海洋漂浮藻类遥感探测的效果。本研究通过对具有较高空间分辨率的Sentinel-2遥感卫星影像结构... 详细信息

遥感技术是进行海洋漂浮藻类目标识别与变化监测的重要手段。GOCI遥感卫星影像具有高时间分辨率、低空间分辨率的特点,其低空间分辨率影响了海洋漂浮藻类遥感探测的效果。本研究通过对具有较高空间分辨率的Sentinel-2遥感卫星影像结构特征的迁移学习,应用ESRGAN超分辨率重建技术,将GOCI影像的空间分辨率提升至125 m;在此基础上,构建了基于超分辨率重建GOCI遥感影像的U-Net深度学习语义分割网络,实现了海洋漂浮藻类的较高精度探测。实验结果表明:超分辨率重建的GOCI影像显著提升了影像的空间细节清晰度,基于此实现的海洋漂浮藻类探测结果取得了较高的精度,其中面积相对误差下降了51.87%,F1值提高了2.41%。本研究是应用GOCI遥感影像进行海洋漂浮藻类高精度探测的一次成功实践,为实现海洋目标的动态精细化监测提供有益的参考。

关键词： GOCI影像数据融合超分辨率重建海洋漂浮藻探测深度学习

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陆地风电空心锥形基础水平循环承载特性研究

太阳能学报 2024年第1期45卷 306-314页

作者：梁昊吴宇旗李大勇中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院青岛266580

通过开展砂土中等幅值和变幅值循环加载模型试验,针对空心锥形基础累积位移、转角和水平刚度进行研究。等幅值加载过程中,空心锥形基础沿加载方向减速移动,最终达到稳定状态;基础尺寸和荷载幅值对累积水平位移和转角影响显著,当荷载幅值... 详细信息

通过开展砂土中等幅值和变幅值循环加载模型试验,针对空心锥形基础累积位移、转角和水平刚度进行研究。等幅值加载过程中,空心锥形基础沿加载方向减速移动,最终达到稳定状态;基础尺寸和荷载幅值对累积水平位移和转角影响显著,当荷载幅值δ_(b)为0.2和0.5时,位移量和倾角随底板直径的增大而增大,而当δ_(b)为0.8时,位移量和倾角随底板直径的增大先减小后增大;当δ_(b)为0.2、0.5和0.8时,水平刚度随底板直径的增大分别降低39%、59.7%、43.9%。变幅值加载过程中,空心锥形基础在幅值逐级增加时沿加载方向加速移动,水平刚度随基础底板直径的增大先增大后减小,在幅值逐级递减时沿加载方向减速移动,水平刚度随基础底板直径的增大先减小后增大;位移量和倾角在幅值逐级递增时最大,逐级递减次之,等幅值加载最小。通过对无量纲化累积转角拟合,提出等幅值累积转角计算公式,经验证,计算公式与模型试验结果吻合较好。

关键词：陆地风电场基础循环荷载等幅值循环变幅值循环累积位移

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浅海内波环境下声速剖面的深度迁移时序预测

声学学报 2024年

作者：严娴李倩倩阳凡林彭东东隽智昊李琪哈尔滨工程大学水声工程学院山东科技大学测绘与空间信息学院

海水声速随时空起伏变化，水文资料稀缺海域声速剖面时序预测困难，为此构建了基于迁移学习的长短时记忆神经网络模型，并利用中国南海海域实测的两条温度链长时序观测数据对其进行验证。针对有无孤立子内波存在的两种场景，基于迁... 详细信息

海水声速随时空起伏变化，水文资料稀缺海域声速剖面时序预测困难，为此构建了基于迁移学习的长短时记忆神经网络模型，并利用中国南海海域实测的两条温度链长时序观测数据对其进行验证。针对有无孤立子内波存在的两种场景，基于迁移学习对预训练网络模型进行微调，分析不同训练样本量下迁移网络的有效性。实验结果表明，迁移网络在有无孤立子内波存在的两种场景下均可实现高精度高效声速剖面预测，且预测性能明显优于未迁移的处理方法。

关键词：声速剖面时序预测内波迁移学习经验正交函数

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反向传播神经网络的太平洋海域温跃层反演

应用声学 2024年第3期43卷 669-677页

作者：丁加豪李倩倩毕德凯刘胜君山东科技大学测绘与空间信息学院青岛266590

温跃层是反映海洋温度场的重要指标。针对太平洋中东部海域复杂多变的水文情况以及传统温跃层分析模式的局限性,该文基于BOA_Argo历史网格,通过BP神经网络,建立温度剖面的经验正交系数与海面遥感数据、少量深度处海水温度之间的非线性... 详细信息

温跃层是反映海洋温度场的重要指标。针对太平洋中东部海域复杂多变的水文情况以及传统温跃层分析模式的局限性,该文基于BOA_Argo历史网格,通过BP神经网络,建立温度剖面的经验正交系数与海面遥感数据、少量深度处海水温度之间的非线性映射关系,实现海洋垂向温度剖面的实时反演,最后利用垂向梯度法获得海洋温跃层的相关参数。实验结果表明,相比于传统方法,该方法反演得到的跃层深度与测量值更加吻合,其中上层深度平均反演误差从10.3 m下降到5.7 m,下层深度平均反演误差从16.8 m下降到8.8 m。

关键词：温跃层 BP神经网络经验正交函数垂向梯度法

一种基于重力正演理论的海底地形反演迭代算法

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山东科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期43卷 64-74页

作者：公维梁屠泽杰孙月文邢赛赵福玺阳凡林山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 自然资源部海洋测绘重点实验室山东青岛266590 浙江省水利河口研究院(浙江省海洋规划设计研究院) 浙江杭州310020

重力数据反演海底地形的方法是获取全球海底地形数据的重要途径。针对传统地形反演算法需要间接引入经验参数的问题,本研究以不采用经验公式为原则,从空间域方法入手,结合重力正演公式,建立重力异常与地形之间的解析观测方程,采用最小... 详细信息

重力数据反演海底地形的方法是获取全球海底地形数据的重要途径。针对传统地形反演算法需要间接引入经验参数的问题,本研究以不采用经验公式为原则,从空间域方法入手,结合重力正演公式,建立重力异常与地形之间的解析观测方程,采用最小二乘方法进行求解。为了得到观测方程最优解,建立牛顿迭代关系,引入正则化参数,增强方程组的收敛性。顾及边缘效应对正演的影响,采用双线性插值算法对原始重力异常数据进行加密处理和无约束网格扩充以削弱误差。在太平洋海域(155°E~156°E,16°N~17°N)构建了1′×1′分辨率的海底地形模型,并通过船测水深数据验证。相比于传统空间域算法——重力地质法,本研究方法的均方根误差降低了12.7%,验证了其可行性与准确性。

关键词：重力数据重力正演地形反演正则化参数边缘效应