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基于对象模型的污染场地表达方法及案例研究

资源科学 2024年第4期46卷 761-774页

作者：王嘉嚇周睿袁烨城赵鑫科沈靖雷梅万庆中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 京师天启(北京)科技有限公司北京100086 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院郑州450052 中国科学院地理科学与资源研究所资源利用与环境修复重点实验室北京100101

【目的】近几十年,中国工业和城市化进程飞速发展,但也带来一系列频发的污染事件,如石油泄漏、重金属污染等。在这样的背景下,对污染全过程的精准评估和污染场地的管控是实现污染场地治理和修复的重要环节。【方法】本文以石油泄漏污染... 详细信息

【目的】近几十年,中国工业和城市化进程飞速发展,但也带来一系列频发的污染事件,如石油泄漏、重金属污染等。在这样的背景下,对污染全过程的精准评估和污染场地的管控是实现污染场地治理和修复的重要环节。【方法】本文以石油泄漏污染为例,采用对象化的视角和系统性的分析方法,描述污染物从源到汇的完整过程,表达污染物在迁移过程中的环境行为。首先,将污染场地及关联的实体抽象表达为时空对象,并说明其组织结构;其次,围绕污染物的浓度表达,描述各时空对象与之相关的属性特征;然后,从时间、空间、属性3个方面描述各时空对象之间的关联关系;最后,描述各时空对象相互之间的动态影响。【结果】①以2014年某地的一起原油泄漏真实事件为例,以XML结构的表达方式,构建了污染场地的对象化表达模型;②构建了污染场地对象可视化表达方法,用于展示各时空对象的关联关系和属性特征;③尝试应用表达模型开展对污染物浓度的归因分析,快速获取暴露评估指标的相关计算参数,从而更便捷地进行健康风险评价。【结论】本文通过对象化表达方法构建的模型能够有效描述污染场地并对其建模,有助于对污染从源到汇的全过程分析和评估,为实现污染场地的管控和修复提供重要支持。此外,本文提出的对象化表达方法在解决复杂问题时具有实践可借鉴性。通过将研究对象视为一个对象,从组成结构、属性特征、相互关系以及行为动态等多个方面进行分析和表达,可以更好地理解研究对象内部关系和相互影响,为相关问题的分析和评估提供清晰的视角。

关键词：地理信息系统污染场地对象模型全空间信息系统时空对象空间建模

定子分段直线感应电机推进系统非线性解耦建模方法

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电工技术学报 2024年

作者：徐飞史黎明李子欣李耀华高密度电磁动力与系统重点实验室(中国科学院)中国科学院电工研究所中国科学院大学齐鲁中科电工先进电磁驱动技术研究院

定子分段直线感应电机在超高速电磁推进领域具有较好的应用前景，然而多相直线感应电机定子与动子耦合程度快速时变、供电切换晶闸管开关电流过零关断、供电电缆阻抗随动子位置变化等非线性特性显著，导致现有建模方法难以准确实时模拟... 详细信息

定子分段直线感应电机在超高速电磁推进领域具有较好的应用前景，然而多相直线感应电机定子与动子耦合程度快速时变、供电切换晶闸管开关电流过零关断、供电电缆阻抗随动子位置变化等非线性特性显著，导致现有建模方法难以准确实时模拟系统电磁暂态过程。本文将直线感应电机系统依据能量转换特性划分为有效转换、无效转换和电源三部分，采用多相电机定子空间矢量解耦建模和虚拟动子磁链方法，实现了晶闸管与直线电机、电机定子与动子之间的解耦，并建立了数学模型。硬件在环实验结果表明数学模型无迭代实时运算步长低至500ns，原理样机实验结果表明数学模型与物理实验误差小于7%，验证了数学模型的快速性和准确性，研究成果可为超高速直线感应电机推进系统高性能控制提供建模基础。

关键词：分段供电多相直线感应电机晶闸管开关非线性特性实时模型

黄河水源涵养区土地利用变化的区域分异特征及未来格局

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水科学进展 2024年第2期35卷 325-337页

作者：梁康公丽宋小青张永勇刘昌明中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院湖北武汉430074

解析黄河水源涵养区历史和未来的土地利用/覆盖变化(LUCC)对于保护黄河流域水土资源和维系生态系统服务功能等具有重要意义。在研究区及其三大子区(Ⅰ黄河上游水源区、Ⅱ渭河南山区、Ⅲ伊洛河区),基于1990—2020年的土地覆盖产品数据,... 详细信息

解析黄河水源涵养区历史和未来的土地利用/覆盖变化(LUCC)对于保护黄河流域水土资源和维系生态系统服务功能等具有重要意义。在研究区及其三大子区(Ⅰ黄河上游水源区、Ⅱ渭河南山区、Ⅲ伊洛河区),基于1990—2020年的土地覆盖产品数据,采用转移矩阵、地理探测器、CA-Markov模型等方法,分析LUCC特征、探测驱动因素和预测未来期(2025年)空间格局。结果表明:自2000s以来,研究区及分区地类呈现退耕还林还草和建设用地快速增长的2条主线变化趋势,其中,全区LUCC主要受到粮食产量、高程和人口密度驱动,Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区LUCC的主导驱动因素分别是高程、人口密度和粮食产量。未来生态保护情景相对于自然发展情景,耕地和建设用地扩张将受到约束,能更好地保障生态用地面积以支撑水源涵养等生态服务功能。

关键词：水源涵养土地利用/覆盖变化地理探测器 CA-Markov模型黄河流域

基于物理启发机器学习的属性散射中心提取方法

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 2036-2047页

作者：岳子瑜徐丰复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433

基于参数化散射中心模型进行参数估计是实现合成孔径雷达高级信息获取(SAR AIR)技术的基本思路之一,传统的属性散射中心(ASC)参数估计算法往往具有计算速度慢、算法复杂度高、对参数初值要求高等问题。对此,该文提出一个新的基于无监督... 详细信息

基于参数化散射中心模型进行参数估计是实现合成孔径雷达高级信息获取(SAR AIR)技术的基本思路之一,传统的属性散射中心(ASC)参数估计算法往往具有计算速度慢、算法复杂度高、对参数初值要求高等问题。对此,该文提出一个新的基于无监督学习的端到端框架用于从SAR图像反演ASC参数。首先,利用自编码式网络结构有效提取目标图像特征,缓解由于优化空间复杂非凸导致的直接求解困难,解决初值敏感问题;其次,通过嵌入ASC模型作为物理解码器以将编码器输出约束为正确的ASC参数;最后,通过端到端的模型架构进行学习和推理,达到降低算法复杂度及提高估计速度的目的。通过在仿真和实测数据上进行测试,实验结果表明在0.15 m分辨率测试集SAR图像上取得低于0.1 m的估计误差,反演单个散射中心平均耗时0.06 s,验证了该文所提方法的有效性、高效性与鲁棒性。

关键词：属性散射中心模型参数估计基于物理知识的机器学习

动态环境下基于语义分割与几何约束的视觉/惯性组合导航方法

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：张文珂韩鹏冯宇高东中国科学院大学计算科学与技术学院中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室

在实际SLAM应用场景中，针对大量运动物体的成像特征点参与特征追踪进而降低算法精度和鲁棒性的问题，以及传统的以剔除动态特征为策略的动态SLAM方案中存在剩余静态特征不足而影响SLAM效果的问题，提出了一种基于语义分割与几何约束的... 详细信息

在实际SLAM应用场景中，针对大量运动物体的成像特征点参与特征追踪进而降低算法精度和鲁棒性的问题，以及传统的以剔除动态特征为策略的动态SLAM方案中存在剩余静态特征不足而影响SLAM效果的问题，提出了一种基于语义分割与几何约束的动态视觉/惯性组合导航方法。使用语义分割网络以及不同类别物体的动态性信任程度生成先验动态掩码，并利用改进的抑制先验动态特征的方法提取特征点，进而利用IMU预积分分量结合几何约束技术判断特征点的真实动态性，并制定特征点剔除策略进行剔除，最终使用剩余静态特征点进行追踪与定位。相比于ORBSLAM3，算法在室内动态场景数据集TUM下定位精度平均提升了73.04%，在室外动态场景数据集KITTI下定位精度平均提升了19.85%；与传统的动态SLAM方法对比精度也更优。

关键词：动态场景同步定位与地图构建语义信息特征提取几何约束

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基于组合优化的遥感图文检索轻量化

指挥与控制学报 2024年第2期10卷 146-153页

作者：赵良瑾卢宛萱于泓峰孙显中国科学院空天信息创新研究院北京100190 中国科学院网络信息体系重点实验室北京100190

针对现有基于图网络的遥感图文检索模型存在的海量参数、模型时效性低、存储空间需求大等问题,提出一种基于组合优化的遥感图文检索轻量化方法。从模型架构角度,设计基于跨阶段融合的轻量化卷积模块精简图文检索模型的参数;从数值量化角... 详细信息

针对现有基于图网络的遥感图文检索模型存在的海量参数、模型时效性低、存储空间需求大等问题,提出一种基于组合优化的遥感图文检索轻量化方法。从模型架构角度,设计基于跨阶段融合的轻量化卷积模块精简图文检索模型的参数;从数值量化角度,设计图网络混合精度训练与量化推理策略提升模型推理速度。在多个遥感检索数据集上的实验结果表明,该方法在检索精度基本不下降的条件下,总参数量、浮点运算量相比于典型方法降低60%以上。

关键词：遥感图像图文检索图神经网络轻量化模型

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基于注意力机制的自适应光学开环斜率预测

中国激光 2024年第6期51卷 132-141页

作者：王宁朱里程葛欣兰高泽宇王帅杨平中国科学院自适应光学重点实验室四川成都610209 中国科学院光电技术研究所四川成都610209 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

自适应光学(AO)技术是一种能够补偿大气湍流的有效手段,但由于存在系统固有时延,变形镜(DM)上的补偿波前滞后于实测畸变波前,导致AO技术对高时间频率大气湍流的校正效果明显下降。因此,开展大气湍流前向预测研究对于抵消AO系统固有时延... 详细信息

自适应光学(AO)技术是一种能够补偿大气湍流的有效手段,但由于存在系统固有时延,变形镜(DM)上的补偿波前滞后于实测畸变波前,导致AO技术对高时间频率大气湍流的校正效果明显下降。因此,开展大气湍流前向预测研究对于抵消AO系统固有时延、提升系统校正带宽具有重要的研究意义和应用价值。本文提出了一种基于注意力机制的AO波前时空预测网络,该网络同时考虑了大气湍流的时间与空间特征,可通过连续6帧先验波前斜率信息预测未来第2帧的波前斜率。在具有两帧延迟的AO系统仿真中,所提预测网络使得波前校正残差均方根(RMS)下降了约40%,并且在不同的大气湍流强度下均表现出稳定的预测精度,预测残差RMS仅为真实畸变波前RMS的5.00%。最后使用1 km激光大气传输系统采集的实验数据进行了测试,验证了开环斜率预测网络的有效性。

关键词：自适应光学时延误差注意力机制波前预测

基于银川电离层垂测仪电子浓度反演的一次强电离层暴观测

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空间科学学报 2024年第5期44卷 782-793页

作者：韩思佳梁珍珍郭伟王彩云方青钰李玲玲中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 中国科学院空天信息创新研究院北京100094

根据银川电离层垂测仪的回波数据,采用脉冲压缩技术,使用Bernoulli映射序列对发射信号进行编码,解决实际探测中回波信号混合强杂波干扰的问题,从而获得高质量频高图.为从图中提取电离层的关键信息,将信号处理问题转换成计算机视觉中的... 详细信息

根据银川电离层垂测仪的回波数据,采用脉冲压缩技术,使用Bernoulli映射序列对发射信号进行编码,解决实际探测中回波信号混合强杂波干扰的问题,从而获得高质量频高图.为从图中提取电离层的关键信息,将信号处理问题转换成计算机视觉中的语义分割任务,构建原始频高图数据集,并进行离散化和人工标注等预处理.通过训练c GAN神经网络分析得到频高图中各层回波的特征参数,达到分割不同描迹的目的.采用改进式国际参考电离层底部反演模型和NeQuick顶部模型对垂测仪上空的电子浓度剖面进行反演,根据张衡一号卫星的实测数据对顶部的计算结果进行修正.通过将计算得到的总电子浓度与CDDIS公开的数据结果对比,验证了垂测仪数据的准确性.在此基础上,结合高沙窝磁通门的地磁数据,垂测仪于2023年4月23-24日的大地磁暴期间成功观测到电离层异常变化的全过程并给出了总电子浓度变化结果,为探究中国西部电磁环境变化提供准确可靠的观测数据.

关键词：电离层垂测仪 Bernoulli映射序列 cGAN网络频高图电子浓度反演磁暴观测

一种应用于卫星中红外遥感的辐射传输简化计算方案

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红外与毫米波学报 2024年第3期43卷 375-390页

作者：姚前许华樊程李莉王思恒郑杨徐文斌侯伟真徐敬海庄齐枫周鹏张灏陈震霆李正强中国科学院空天信息创新研究院国家环境保护卫星遥感重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 中国空间技术研究院遥感卫星总体部北京100094 北京环境特性研究所光学辐射重点实验室北京100854 南京工业大学测绘科学与技术学院江苏南京211816 昆明学院信息技术学院云南昆明650214

作为可见光-近红外和热红外的连接谱段,中红外(MIR)兼具短波辐射的反射特性和长波辐射的发射特性,对于温度探测、目标识别等应用场景有十分重要的意义。目前,MIR谱段辐射传输(RT)计算仍然面临背景参数输入多且不易获取的问题。基于此,... 详细信息

作为可见光-近红外和热红外的连接谱段,中红外(MIR)兼具短波辐射的反射特性和长波辐射的发射特性,对于温度探测、目标识别等应用场景有十分重要的意义。目前,MIR谱段辐射传输(RT)计算仍然面临背景参数输入多且不易获取的问题。基于此,提出了一种应用于卫星MIR遥感的RT简化计算方案。使用MODTRAN模型(MM),对MIR白天RT过程中所涉及的背景地表和大气参数定量模拟分析,得到影响RT的关键参数,据此形成一套基于MM的参数简化方案(SS)。在MODIS 6个MIR通道的中心波长处,对SS和MM计算的总辐亮度做对比验证,RMSE均小于0.004399,具有较高精度。SS仅依赖于表面温度、表面发射率、大气廓线类型、水汽和云光学厚度,不需要输入气溶胶、CO_(2)和O_(3)数据。相比MM,SS将输入参数从8类降低到5类,计算的时间效率提升了9.02%。在有限的计算资源下,本文所提的SS能够为MIR图像快速处理、大场景遥感仿真等应用领域提供支撑。

关键词：中红外(MIR)谱段辐射传输(RT)计算背景参数简化方案(SS)