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结合SAR和光学数据检索凯库拉Mw 7.8地震三维形变

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第2期49卷 303-312页

作者：王乐洋邹阿健东华理工大学测绘与空间信息工程学院江西南昌330013 自然资源部环鄱阳湖区域矿山环境监测与治理重点实验室江西南昌330013

地震的同震形变监测对于地震形变特征解释以及直观了解断层的几何特征具有重要意义。对于有地表破裂的大地震,GNSS(global navigation satellite system)技术空间分辨率较低,InSAR(interferometric synthetic aperture radar)技术由于... 详细信息

地震的同震形变监测对于地震形变特征解释以及直观了解断层的几何特征具有重要意义。对于有地表破裂的大地震,GNSS(global navigation satellite system)技术空间分辨率较低,InSAR(interferometric synthetic aperture radar)技术由于大的形变梯度会发生相位失相干,均无法获得详细的断层周围形变。基于亚像素互相关技术的光学影像相关和像素偏移追踪能够很好地解决这些问题。以2016年凯库拉Mw 7.8级地震为例,使用哨兵2号数据获取东西向和南北向形变,使用哨兵1号数据获取距离向和方位向形变。为确定获取三维形变场的哨兵2号光学数据与哨兵1号SAR数据的最佳组合,将这些形变种类进行组合,并使用最小二乘方法计算三维形变。结果表明,OIC+POT_As_Des的组合最适合获取凯库拉地震三维形变,各种观测数据类型的结合能够较好地控制三维形变的效果和精度。对凯库拉地震的三维形变进行分析,结果表明,该地震在两个不同区域发生了巨大且复杂的地表位移,是一次右旋走滑为主带有逆冲的地震,垂直形变主要表现为抬升。研究成果可以为地表三维形变的研究提供参考。

关键词：光学影像相关 SAR像素偏移追踪凯库拉地震三维形变监测

基于植被指数与连续小波变换的玉米叶片Cu^(2+)含量反演

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安徽科技学院学报 2024年第1期38卷 24-31页

作者：郭辉戴志林石海矿山空间信息技术国家测绘地理信息局重点实验室河南焦作454003 矿山空间信息技术河南省重点实验室河南焦作454003 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院安徽淮南232001

目的:确定Cu^(2+)污染胁迫下玉米叶片Cu^(2+)含量最优反演模型。方法:以室内盆栽玉米为研究对象,在采集不同胁迫梯度下玉米叶片光谱以及同期叶片Cu^(2+)含量的基础上,通过遍历计算出两波段原始光谱植被指数,并将其与叶片Cu^(2+)含量进... 详细信息

目的:确定Cu^(2+)污染胁迫下玉米叶片Cu^(2+)含量最优反演模型。方法:以室内盆栽玉米为研究对象,在采集不同胁迫梯度下玉米叶片光谱以及同期叶片Cu^(2+)含量的基础上,通过遍历计算出两波段原始光谱植被指数,并将其与叶片Cu^(2+)含量进行相关性分析;利用0.1~0.9阶、1.1~1.9阶与1~4阶共22种光谱微分预处理重采样后的光谱数据,经连续小波变换后分析小波系数与叶片Cu^(2+)含量之间的相关性;根据相关性分析提取最优植被指数与最优小波系数,建立反演模型。结果:植被指数与叶片Cu^(2+)含量显著相关,最优波段组合分别为:DI(621.5 nm, 1 889.2 nm)、RI(482.2 nm, 1 418.5 nm)、NDVI(666.3 nm, 1 917.2 nm)、RNDVI(621.5 nm, 1 889.2 nm),其光谱特征均集中在可见光与近红外波段附近;小波系数也与叶片Cu^(2+)含量之间具有良好的相关性,其敏感波段位于400、600、900、1 200、2 400 nm附近,与最优植被指数敏感波段一致。经0.9阶光谱微分预处理后得到的小波系数与叶片Cu^(2+)含量相关系数最大,为0.88;通过相关性分析提取最优植被指数和最优小波系数,以植被指数与不同阶微分变换的连续小波变换提取的小波系数为自变量,建立线性反演模型,其中利用最优植被指数建立的反演模型精度最高,模型最稳定,RMSE为4.97μg/g。结论:植被指数和连续小波变换两种方法在农作物重金属污染监测方面具有重要的参考价值,应用前景广阔。

关键词：高光谱遥感铜污染胁迫植被指数连续小波变换反演模型

高铁桥墩沉降的通用渐进分解长期预测网络模型

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测绘学报 2024年第6期53卷 1113-1127页

作者：龚循强汪宏宇鲁铁定游为东华理工大学自然资源部环鄱阳湖区域矿山环境监测与治理重点实验室江西南昌330013 东华理工大学测绘与空间信息工程学院江西南昌330013 西南交通大学高速铁路安全运营空间信息技术国家地方联合工程实验室四川成都611756

高铁桥墩不均匀沉降是导致轨道不平顺的潜在原因之一,准确预测桥墩沉降对于确保铁路建设和运营的可靠性和安全性具有重要意义。目前,常规时间序列领域的多数预测模型仅在预处理良好且没有缺失的数据集上进行测试,而在高铁桥墩沉降的真... 详细信息

高铁桥墩不均匀沉降是导致轨道不平顺的潜在原因之一,准确预测桥墩沉降对于确保铁路建设和运营的可靠性和安全性具有重要意义。目前,常规时间序列领域的多数预测模型仅在预处理良好且没有缺失的数据集上进行测试,而在高铁桥墩沉降的真实场景中,沉降数据相较于其他领域存在观测频次少且不等时距,以及沉降规律复杂多变的问题,造成长期预测困难。为此,本文提出一种高铁桥墩沉降的通用渐进分解长期预测网络(GPDLPnet),摒弃传统的预处理思想,将预处理过程嵌入网络结构,在网络训练过程中实现渐进预处理。首先,GPDLPnet在每轮迭代中利用改进对角掩码自注意力模块分析沉降数据中的缺失模式。然后,通过改进完全自适应噪声集合经验模态分解模块将沉降数据分解并重构为高频、低频和趋势子分量,将子分量作为BiLSTM-RSA-Resnet预测模块的特征输入。最后,输出递归预测结果,从而实现高铁桥墩沉降的长期预测。结合实际工程数据,将数据划分为高频观测和低频观测两类典型的观测模式进行试验,在3~4个月的预测中GPDLPnet均表现出良好的预测性能,并在精度指标上优于其他7种模型。

关键词：深度学习高铁桥墩沉降预测残差网络卷积神经网络

贝叶斯框架下利用GPS数据反演震源参数的一种改进MCMC算法

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地球物理学报 2024年第9期67卷 3367-3385页

作者：王乐洋席灿东华理工大学自然资源部环鄱阳湖区域矿山环境监测与治理重点实验室南昌330013 东华理工大学测绘与空间信息工程学院南昌330013 江西省测绘地理信息工程技术研究中心南昌330025

随着机器软硬件设施的飞速发展,贝叶斯算法在各个领域得到了广泛应用.在贝叶斯的框架下,以采样方式的MCMC方法去求解震源参数问题时,马尔科夫链的收敛对于得到合理正确的震源参数至关重要.基于此,本文在已有研究的基础上,改进了MCMC方... 详细信息

随着机器软硬件设施的飞速发展,贝叶斯算法在各个领域得到了广泛应用.在贝叶斯的框架下,以采样方式的MCMC方法去求解震源参数问题时,马尔科夫链的收敛对于得到合理正确的震源参数至关重要.基于此,本文在已有研究的基础上,改进了MCMC方法的随机步长生成方式,使其随机步长整体符合正态分布;并考虑到初值对马尔科夫链的收敛至关重要,提出以非线性启发式搜索算法结合贝叶斯框架下的MCMC算法共同反演地震震源参数.论文以MPSO算法提供初值,以一组随机生成的值作为对照,针对美浓地震,以GPS位移数据验证了改进MCMC算法在收敛速度上优于原始算法,置信区间更为合理;同时验证了以MPSO为贝叶斯算法提供初值的情况下,不仅克服了启发式搜索算法的不稳定性,且改进算法收敛速度更快.为了验证改进算法能大大缩减采样所需要的次数,拓展本文改进算法在不同类型地震中的应用,本文将改进算法以10万次采样反演了博德鲁姆-科斯MW6.6倾滑型地震震源参数.反演结果支持博德鲁姆-科斯地震断层为北向倾斜断层,形变场拟合东西方向(EW)均方根误差为1.43 mm,南北方向(SN)均方根误差为3.23 mm,垂直方向均方根误差为9.69 mm,优于大部分同类型已有文献.

关键词：贝叶斯框架 MCMC算法震源参数反演美浓地震博德鲁姆-科斯地震

大幅面高分辨率光学遥感影像的水体半自动提取

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遥感信息 2024年第1期39卷 59-65页

作者：杨蕴高松峰李玉周玉石张云诗河南城建学院测绘与城市空间信息学院河南平顶山467000 河南理工大学自然资源部矿山时空信息与生态修复重点实验室河南焦作454003 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院辽宁阜新123000

针对大幅面高分辨率光学遥感影像因背景复杂、水体内部以及周边环境变化差异等因素导致的水体提取不完整和误提取问题,提出一种水体(湖泊和水道)半自动提取方法。首先,根据水体分布将大幅面影像划分为多个具有重叠边界的子影像块,并在... 详细信息

针对大幅面高分辨率光学遥感影像因背景复杂、水体内部以及周边环境变化差异等因素导致的水体提取不完整和误提取问题,提出一种水体(湖泊和水道)半自动提取方法。首先,根据水体分布将大幅面影像划分为多个具有重叠边界的子影像块,并在其中以矩形框的形式标记感兴趣的水体;然后,由矩形框为模板计算此类水体的光谱特征,以其为匹配项实现子影像块水体的粗提取;最后,利用水体区域的形态特征对粗提取结果进行精细化处理。与基于局部二值模式和分割的水体提取方法作对比,对含有不同水体的GF-2影像进行了测试,从定性和定量两方面对提取结果进行比较和分析,结果表明了该方法的优越性。

关键词：水体半自动提取大幅面影像划分高分辨率形态特征

鄱阳湖生态经济区建设用地扩张对耕地景观破碎化的影响

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农业资源与环境学报 2024年第2期41卷 280-291页

作者：郑希平陈竹安危小建东华理工大学测绘与空间信息工程学院南昌330013 东华理工大学自然资源部环鄱阳湖区域矿山环境监测与治理重点实验室南昌330013 江西省测绘地理信息工程技术研究中心南昌330013

为分析鄱阳湖生态经济区耕地景观与建设用地扩张之间的关系,利用形态学空间格局分析法研究2000-2020年耕地景观破碎化的形态学特点,同时运用外溢效应分析、景观格局指数分析、地理加权回归等模型方法,探究建设用地扩张对耕地景观破碎化... 详细信息

为分析鄱阳湖生态经济区耕地景观与建设用地扩张之间的关系,利用形态学空间格局分析法研究2000-2020年耕地景观破碎化的形态学特点,同时运用外溢效应分析、景观格局指数分析、地理加权回归等模型方法,探究建设用地扩张对耕地景观破碎化的影响。结果表明:2000-2020年间耕地景观破碎化程度加强,核心区面积减少强度由1.33%提高到6.27%,并表现出由平原地区向山地丘陵区加强的地域性差异,且建设用地扩张会导致耕地景观破碎化;建设用地占用耕地的面积由268.60 km2增加到1 003.26 km2,主要发生在路网成熟的地区;建设用地扩张对耕地的外溢效应逐渐增强,在路网成熟地区更显著;建设用地扩张对耕地景观破碎化有较强的正向影响,道路建设对这种影响有强化作用,同时,耕地景观破碎化表现出随道路缓冲距离的减小而加强的阶梯性差异。研究表明,耕地景观破碎化程度受地形和建设用地扩张的影响显著,耕地景观破碎化现象主要发生在地势起伏大或建设用地密集、路网成熟的地区。

关键词：景观破碎化耕地形态学空间格局扩张建设用地道路网络景观格局指数

基于贝叶斯网络的生态系统服务权衡协同关系强度及其空间格局优化:以汾河流域为例

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环境科学 2024年第5期45卷 2780-2792页

作者：蔡进危小建江平梁玉琦东华理工大学自然资源部环鄱阳湖区域矿山环境监测与治理重点实验室南昌330013 东华理工大学测绘与空间信息工程学院南昌330013 江西省测绘地理信息工程技术研究中心南昌330025 武汉大学资源与环境科学学院武汉430079

了解生态系统服务(ESs)间权衡协同关系强度对于汾河流域地区的生态环境管理和恢复至关重要,然而,迄今为止,对该地区ESs间关系强度变化的驱动变量和空间格局优化仍然缺乏足够的研究.在定量评估汾河流域2000年和2020年6种生态系统服务的... 详细信息

了解生态系统服务(ESs)间权衡协同关系强度对于汾河流域地区的生态环境管理和恢复至关重要,然而,迄今为止,对该地区ESs间关系强度变化的驱动变量和空间格局优化仍然缺乏足够的研究.在定量评估汾河流域2000年和2020年6种生态系统服务的基础上,引入了生态系统服务权衡协同指数(TSI)定量衡量两两ES间权衡协同关系的强度,同时构建了贝叶斯生态系统服务权衡协同关系强度网络,识别了权衡协同强度的驱动变量,通过敏感度分析确定了关键变量对权衡协同关系强度的影响程度,并在空间格局上刻画了ESs权衡协同关系强度的优化区.结果表明:①2000年和2020年汾河流域6种ESs时空差异较为显著,在时间尺度上,产水量、净初级生产力、粮食供给、土壤保持和碳储量均呈现波动上升的趋势,在空间尺度上,6种生态系统服务在20年里空间分布变化较小.②碳储量与生境质量、土壤保持以及净初级生产力的TSI在空间上呈现出四周高中部低的格局;与产水量有关的5对服务中TSI最大的地区均分布在流域西部和南部;粮食供给与其他服务之间的TSI自北向南呈现“高-中-高”的分布特征.③敏感性分析发现,产水量与土壤保持和生境质量的强度均受到降水、根系限制性深度和降雨侵蚀等的显著影响,且根据关键变量不同状态的条件概率,发现汾河流域中部的文水县、清徐县和祁县等是权衡协同强度的高值区,可作为生态修复重点区域.研究结果对于认识多种生态系统服务间权衡与协同强度的复杂关系及其驱动变量,对后续提出生态环境可持续治理和政策制定具有重要的理论和实践意义.

关键词：生态系统服务(ESs) 权衡协同指数(TSI) 贝叶斯网络区域优化汾河流域

高潜水位矿区土地利用和碳储量时空变化规律与预测

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 355-365页

作者：徐良骥贺震东刘潇鹏张坤吴满毅安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽合肥230031 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院安徽淮南232001 矿山采动灾害空天地协同监测与预警安徽普通高校重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿区环境与灾害协同监测煤炭行业工程研究中心安徽淮南232001

高潜水位矿区采矿活动及城镇化发展会导致土地利用类型明显变化,进而影响矿区的固碳能力。采用潘谢矿区2002-2021年5期土地利用数据,利用FLUS(Future Land Use Simulation)模型,选取了采矿、社会经济和气候环境等方面数据作为驱动因子,... 详细信息

高潜水位矿区采矿活动及城镇化发展会导致土地利用类型明显变化,进而影响矿区的固碳能力。采用潘谢矿区2002-2021年5期土地利用数据,利用FLUS(Future Land Use Simulation)模型,选取了采矿、社会经济和气候环境等方面数据作为驱动因子,分别预测了自然发展和生态保护两种情景下2028年土地利用变化,再结合InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)模型,计算了潘谢矿区2002-2021年的历史碳储量以及2028年不同情景下的未来碳储量,并对潘谢矿区碳储量的时空变化特征进行了分析。结果表明:(1)2002-2021年潘谢矿区土地利用变化表现为耕地不断减少,湿地和建筑用地持续增加,其中耕地减少了147.93 km^(2),湿地和建筑用地分别增加了71.01 km^(2)和75.76 km^(2)。在此期间,潘谢矿区碳储量减少了1.62×10^(5)t,减少幅度为3.83%,其中在2018-2021年碳储量下降最快。(2)预测结果显示,2028年2种情景下研究区内土地利用变化均为湿地和建筑用地持续增加,耕地不断减少。但相较于自然发展情景,生态保护情景下矿区内耕地受到保护,面积有所增加,湿地和建筑用地的增长减缓。与2021年相比,自然发展情景下的碳储量减少了0.74×10^(5)t,生态保护情景下的碳储量减少了0.53×10^(5)t。研究结果表明,受采煤沉陷和城镇发展影响,沉陷湿地和建筑用地扩张导致耕地减少是碳储量下降的主要原因,采取生态保护措施能够在一定程度上减缓碳储量的下降。

关键词：高潜水位矿区土地利用变化 FLUS模型 InVEST模型碳储量

变分模态分解与自适应图卷积门控循环网络的交通流量组合预测模型

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年

作者：龚循强邱万锦吕开云张通张瑞罗升东华理工大学自然资源部环鄱阳湖区域矿山环境监测与治理重点实验室西南交通大学高速铁路安全运营空间信息技术国家地方联合工程实验室江西省地质调查勘查院基础地质调查所东华理工大学测绘与空间信息工程学院

针对交通流量预测中预定义静态图结构难以包含全局时空信息和非平稳性的问题，提出一种结合变分模态分解（VMD）和自适应图卷积门控循环网络（AGCGRN）的交通流量预测模型。该模型首先利用VMD算法将原始交通流量序列数据分解成一系列调... 详细信息

针对交通流量预测中预定义静态图结构难以包含全局时空信息和非平稳性的问题，提出一种结合变分模态分解（VMD）和自适应图卷积门控循环网络（AGCGRN）的交通流量预测模型。该模型首先利用VMD算法将原始交通流量序列数据分解成一系列调幅调频的本征模态函数分量，降低序列的非平稳性。然后引入自适应邻接矩阵建立自适应图卷积网络，并将自适应图卷积嵌入门控循环单元中，设计一种AGCGRN，实现自适应学习每个节点交通流量的时空特性。最后利用AGCGRN模型对各分量进行预测，并将各分量的预测值重构得到最终的预测值。采用PeMS04数据集进行实验验证，并与7种模型进行对比。实验结果表明，所提模型相较其他模型在预测性能上均有不同程度的提升，相比次优的模型在平均绝对误差、均方根误差和平均绝对百分比误差上均降低33%以上。为了评估所提模型中各个组件的有效性，将所提模型与各个消融模型进行对比，结果表明所提模型相比各个消融模型在以上3个评价指标上均降低15%以上，说明该模型在交通流量预测中的可行性和优越性。

关键词：智能交通交通流量预测变分模态分解自适应图卷积网络门控循环单元