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基于云原生的地理空间知识库管理关键技术与服务方法研究

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地球信息科学学报 2024年第9期26卷 2013-2025页

作者：仲腾张雪英许沛曹敏陈碧宇刘启亮王曙杨宜舟南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉430079 中南大学地理信息系长沙410083 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 北京吉威空间信息股份有限公司北京100043

地理空间知识的本质在于揭示地理事物和现象的时空分布、时空变化过程及其相互作用规律。地理空间知识库管理系统(GeoKGMS)以“图-文-数”一体化的地理空间知识库引擎为核心,致力于支撑地理空间知识资源的高效汇聚、地理空间知识图谱的... 详细信息

地理空间知识的本质在于揭示地理事物和现象的时空分布、时空变化过程及其相互作用规律。地理空间知识库管理系统(GeoKGMS)以“图-文-数”一体化的地理空间知识库引擎为核心,致力于支撑地理空间知识资源的高效汇聚、地理空间知识图谱的自动构建和一站式地理空间知识工程建设,旨在形成新一代地理信息系统(GIS)的重要基础平台。本文重点阐述了基于云原生的地理空间知识库管理关键技术,包括云原生的地理空间知识库微服务统一调度技术、人机协同的地理空间知识图谱构建技术、地理空间知识图谱时空混合编码技术、以及多模态地理空间知识存储技术。在此基础上,设计了GeoKGMS的服务框架,实现了地理空间知识库管理、多模态地理空间知识抽取、地理空间知识图谱人机协同构建、地理空间知识推理、地理空间知识图谱质量评估和地理空间知识可视化六大管理服务功能。以喀斯特地貌知识图谱为例,充分发挥机器挖掘和专家知识的优势,实现了可持续的地理空间知识图谱工程化协同共建。

关键词：云原生地理空间知识知识库管理人机协同知识图谱构建知识推理知识检索知识存储知识质量评估

碱水作用下弱胶结粉砂岩孔隙结构分形特征与非线性劣化机制

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中国矿业大学学报 2024年第1期53卷 34-45页

作者：范钢伟骆韬张东升张世忠范张磊中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

弱胶结岩石遇水发生强度劣化是我国西部地区煤矿开采过程中矿压显现异常、顶板事故频发的重要原因.以我国新疆哈密地区弱胶结粉砂岩和地下水赋存环境为工程背景,通过SEM电镜扫描结合数字图像处理技术,研究了不同pH值碱性溶液、不同浸泡... 详细信息

弱胶结岩石遇水发生强度劣化是我国西部地区煤矿开采过程中矿压显现异常、顶板事故频发的重要原因.以我国新疆哈密地区弱胶结粉砂岩和地下水赋存环境为工程背景,通过SEM电镜扫描结合数字图像处理技术,研究了不同pH值碱性溶液、不同浸泡时间对弱胶结粉砂岩微观结构和孔隙分形维数的影响规律,确定了孔隙分形维数、孔隙率与单轴抗压强度、抗拉强度之间的函数关系,建立了碱水侵蚀条件下弱胶结粉砂岩劣化非线性动力学模型.研究结果表明:1)浸泡溶液碱性越强,弱胶结粉砂岩矿物颗粒形态越趋于圆润,且颗粒间接触形式变得疏松多孔;浸泡初期孔隙率与孔隙分形维数增幅相对较大而后期趋缓.2)碱水侵蚀作用下孔隙结构复杂程度及分布形态对力学强度影响显著,弱胶结粉砂岩单轴抗压强度、抗拉强度与孔隙分形维数、孔隙率之间均具有较强的负线性相关关系;单轴抗压强度、抗拉强度与孔隙分形维数的相关性大于孔隙率;碱水侵蚀降低了弱胶结粉砂岩的脆性.3)选取孔隙分形维数、孔隙率和单轴抗压强度为描述水化学反应系统的变量,以相应参量的时间序列值为非线性动力学方程的特解,通过反演建立了碱水化学作用弱胶结粉砂岩劣化的非线性动力学模型;采用建立的模型计算的孔隙分形维数值、孔隙率和单轴抗压强度与试验值的误差范围分别为2.37%~2.64%,2.38%~4.57%,3.48%~8.12%,可用于弱胶结岩石碱水侵蚀不同时间后孔隙分形维数、孔隙率以及单轴抗压强度等参数的预测评估.

关键词：碱水侵蚀弱胶结粉砂岩孔隙率孔隙分形维数非线性模型

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证据理论融合多视角遥感信息的地热异常探测

地球科学 2024年第1期49卷 347-358页

作者：郝明高彦彦王青何鹏张华中国矿业大学江苏省资源与环境信息工程重点实验室江苏徐州221116 航天宏图信息技术股份有限公司湖北武汉430000 青岛地质工程勘察院(青岛地质勘查开发局) 山东青岛266000

针对传统遥感地热探测方法存在虚假异常多、效率低等问题,提出一种证据理论融合多视角遥感信息的地热异常探测方法.基于遥感数据反演的温度信息,分别从全局、局部分块和高程分区等多视角提取温度异常.采用Dempster/Shafer证据理论方法... 详细信息

针对传统遥感地热探测方法存在虚假异常多、效率低等问题,提出一种证据理论融合多视角遥感信息的地热异常探测方法.基于遥感数据反演的温度信息,分别从全局、局部分块和高程分区等多视角提取温度异常.采用Dempster/Shafer证据理论方法融合上述热异常证据,实现多视角温度异常探测.最后,根据断裂构造建立缓冲区,通过分析缓冲区内及附近的热异常圈定地热范围.以山东省青岛市为例,基于Landsat-8卫星影像利用提出方法探测地热,72.7%的温度异常分布在断裂构造的1 km缓冲区内;圈定的11处地热异常,其中3处为青岛市已全部探明的地热田或地热井,验证了方法的可靠性.与传统遥感地热异常探测方法相比,提出的方法通过融合全局、局部和高程信息,消除了大量虚假异常,提高结果的精度和可靠性.

关键词：地热异常局部分块高程分区断裂构造 D-S证据理论融合测绘学

我国城市湖泊空间分布格局特征分析及影响因素探讨

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湖泊科学 2024年第2期36卷 587-601页

作者：李林森王涵刘凯宁一航陈思宋春桥河南理工大学测绘与国土信息工程学院焦作454000 中国矿业大学环境与测绘学院徐州221000 中国科学院南京地理与湖泊研究所流域地理学重点实验室南京210008 重庆师范大学地理与旅游学院重庆401331 南京信息工程大学长望学院南京210044

城市湖泊作为城市与自然之间进行水气交换的蓝色空间,具有供水、防洪、休闲、气候调节以及改善城市生态环境等诸多生态服务功能。中国地域辽阔、城市众多,不同区域的城市湖泊受自然地理环境和社会经济发展等因素的影响而具有显著的空间... 详细信息

城市湖泊作为城市与自然之间进行水气交换的蓝色空间,具有供水、防洪、休闲、气候调节以及改善城市生态环境等诸多生态服务功能。中国地域辽阔、城市众多,不同区域的城市湖泊受自然地理环境和社会经济发展等因素的影响而具有显著的空间差异特征。目前已有研究对我国省会城市和个别大型城市的湖泊空间分布及变化特征等开展研究,但全国范围内各行政等级单元内城市湖泊分布的空间格局及其影响因素仍缺乏综合分析。本研究基于中国城市湖泊数据集,从城市分布的地域单元、行政等级、城市规模3个方面对城市湖泊分布特征进行统计分析和比较,并结合自然和人类活动要素,初步探讨影响城市湖泊分布规模和丰度的主控因子。结果表明,2020年全国共有约11万个面积大于0.001 km 2城市湖泊(不包括太湖、滇池等大型湖泊),总面积约2112 km 2,约占全国城市(遥感城市不透水层区域)面积的1.1%。城市湖泊的分布具有显著的集聚和分异特征,数量超过70%的城市湖泊分布在约20%的县(区)级行政单元,约21%的县(区)级行政单元基本没有(省会城市拥有更加密集城市湖泊分布,其湖泊密度(湖泊面积/城市面积)达到了1.6%,显著高于地级市的1.3%和县(区)级单元的0.8%。经统计分析,城市湖泊的分布与温度、降水、人口、GDP和城市面积呈现显著正相关,与城市海拔和地形起伏度呈强负相关。统计回归模型分析结果表明,城市面积、降水、GDP和地形起伏度是影响我国城市湖泊空间分异特征的主控因子。本研究将为全面认识我国城市湖泊的分布特征提供科学参考,为城市湖泊的资源利用和生态环境保护提供地理本底信息。

关键词：城市湖泊全国尺度空间分布自然环境社会经济

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循环荷载下饱和黄土的剪切特性与破坏模式

吉林大学学报（地球科学版） 2024年第5期54卷 1604-1614页

作者：刘鑫覃泽华汪潇杰兰恒星长安大学地质工程与测绘学院西安710054 自然资源部生态地质与灾害防控重点实验室西安710054 资源与环境信息系统国家重点实验室(中国科学院地理科学与资源研究所) 北京100101

饱和黄土的破坏模式和剪切特性是分析黄土地基及其构筑物地震变形的基础,为了揭示循环荷载下黄土独特的强度衰减和变形劣化规律,本文开展了饱和黄土不排水动三轴试验,控制初始剪应力(q_(s))和循环剪应力(q_(c)),研究了不同初始应力状态... 详细信息

饱和黄土的破坏模式和剪切特性是分析黄土地基及其构筑物地震变形的基础,为了揭示循环荷载下黄土独特的强度衰减和变形劣化规律,本文开展了饱和黄土不排水动三轴试验,控制初始剪应力(q_(s))和循环剪应力(q_(c)),研究了不同初始应力状态下饱和黄土的动强度、孔压发展规律及破坏模式。试验结果表明:当q_(s)

关键词：破坏模式孔压初始剪应力循环剪应力循环应力比初始孔压饱和黄土重塑黄土

宁夏回族自治区碳捕集、利用与封存源汇匹配与集群部署

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1583-1596页

作者：刘世奇莫航桑树勋刘统中国矿业大学江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室江苏徐州221008 中国矿业大学碳中和研究院江苏徐州221008 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221008

“双碳”(碳达峰、碳中和)战略背景下,碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是实现化石能源大规模低碳化利用的关键技术之一。近年,CCUS技术呈现出规模化和集群化发展趋势,而科学、合理的源汇匹配是CCUS集群部署工程选址的重要依据,能够建立高... 详细信息

“双碳”(碳达峰、碳中和)战略背景下,碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是实现化石能源大规模低碳化利用的关键技术之一。近年,CCUS技术呈现出规模化和集群化发展趋势,而科学、合理的源汇匹配是CCUS集群部署工程选址的重要依据,能够建立高效CO_(2)输运管网、降低减排成本。宁夏是国家能源安全战略布局的重要保障基地,能源结构偏煤、工业结构偏重特征明显,面临着巨大的碳减排压力。针对宁夏CCUS集群部署的源汇匹配问题,调研评估了宁夏工业碳排放源特征和地质碳汇潜力,构建了CCUS源汇匹配模型,在充分考虑源汇性质、捕集-输运-封存成本、CO_(2)运输距离、区域地理条件、土地利用类型、人口密度等因素基础上,应用改进的节约里程法和基于地理信息系统(GIS)的最低成本路径优化法,结合ArcGIS平台和优化求解软件,获得了宁夏CCUS源汇匹配优化和应用方案,并提出宁夏CCUS集群部署建议。结果表明,截止2021年,宁夏工业碳排放源107个,碳排放总量2.26亿t/a,以化工(含自备电厂)和电力行业碳排放为主。宁夏主要封存地质体包括深部咸水层、深部不可开采煤层和油气藏,CO_(2)理论地质封存容量151.55亿t,以深部咸水层封存潜力最大。宁夏CCUS源汇匹配效果较好,在源汇直接相连的情况下,区内年排放量10万t以上的大型工业排放源CCUS集群部署(30 a规划期)总成本约2.45万亿元,并以捕集成本为主,占比83.65%,单位减排成本402.32元/t,共需建设CO_(2)运输管道2 459 km;改进的节约里程法和基于GIS的最低成本路径优化法可大幅降低CCUS集群部署成本,优化后CCUS单位减排成本降至381.76元/t,节约管道建设里程938 km。宁夏应聚焦电力、化工等“两高”(高耗能、高排放)行业,在以宁东能源化工基地为重点的北部、东部地区超前应用CCUS技术,打造宁东能源化工基地、银川—吴忠、石嘴山、中卫和固原5个CCUS特色集群,构建宁夏特色的工程化CCUS全流程技术模式。

关键词：碳捕集、利用与封存源汇匹配管网优化 CCUS集群部署宁夏

中国露天煤矿70年成就回顾及高质量发展架构体系

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煤炭学报 2024年第1期49卷 235-260页

作者：才庆祥陈彦龙中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室江苏徐州221116

露天煤矿作为我国煤炭工业的重要组成部分,具有生产能力大、开采成本低、安全条件好等优势,近年来在建设规模、生产总量、开采工艺及技术装备等多方面均取得了跨越式的发展,有力保障了煤炭作为国家能源安全稳定供应的“压舱石”地位。... 详细信息

露天煤矿作为我国煤炭工业的重要组成部分,具有生产能力大、开采成本低、安全条件好等优势,近年来在建设规模、生产总量、开采工艺及技术装备等多方面均取得了跨越式的发展,有力保障了煤炭作为国家能源安全稳定供应的“压舱石”地位。首先回顾了新中国成立后我国露天煤矿70年来的发展历程,将其划分为起步恢复阶段(1949—1979年)、快速发展阶段(1980—1999年)、综合发展阶段(2000—2020年)和智能化初级发展阶段(2021年以后)4个时期;系统总结了每个时期的产量与数量规模、开采理论与技术、开采工艺与装备、资源开发与环境保护方面取得的突出成就。然后,探讨了现阶段露天煤矿发展面临的4个方面的主要问题,包括发展布局不均衡、可持续发展面临瓶颈、关键技术难题需深入攻关、人才短缺培养机制不完善。最后,提出构建以“安全、高效、绿色、低碳、智能”为总体目标的全链条、全周期、全要素露天煤矿高质量发展架构体系,其内涵特征包括以时效边坡理论、开采扰动指数理论、绿色开采理论、生态型开采理论、零碳负碳开采理论、智能化开采理论6种学术思想为理论基础,以灾害安全监测防控、复杂条件协同保障、生态源头减损开采、节能减污清洁利用、数字-自动-智能同建5类技术体系为核心支撑,以透明地质模型动态重构、边坡蠕滑全程精准预测、深大孔低扰动控制爆破、采空区超前探测与处置、粉尘抑制及煤自燃防治等30项关键技术为重点突破,以设计理念先进化、安全保障标准化、建设规模大型化、生产工艺综合化、开采装备智能化、核心制造国产化、矿区生态绿色化、煤炭利用清洁化、组织管理科学化、人才队伍国际化的“十化型”露天矿山为建设任务;同时给出了以规划引领为基础,以科技创新为驱动,以人才培育为保障的露天煤矿高质量发展实现路径。最终为推动我国露天煤矿向持续健康高质量方向发展提供指导。

关键词：露天煤矿建设历程高质量发展煤炭工业架构体系实现路径

融合地表温度与形变的地下煤火多源遥感识别研究

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煤炭科学技术 2024年第7期52卷 139-147页

作者：于灏张豪磊张子彦邵振鲁赵宏峰闫世勇中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 自然资源部国土环境于灾害监测重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 新疆维吾尔自治区煤田地质局综合地质勘查队新疆乌鲁木齐830091

地下煤火隐蔽性强且危害大,不仅破坏植被及生态环境,造成严重大气污染,且易诱发地质灾害,威胁周边人们群众的生命财产安全以及煤炭的安全生产,因此开展地下煤火灾害的准确识别与监测具有重要意义。为了解决单一遥感手段难以准确识别地... 详细信息

地下煤火隐蔽性强且危害大,不仅破坏植被及生态环境,造成严重大气污染,且易诱发地质灾害,威胁周边人们群众的生命财产安全以及煤炭的安全生产,因此开展地下煤火灾害的准确识别与监测具有重要意义。为了解决单一遥感手段难以准确识别地下煤火的问题,基于2017—2019年的多景Landsat-8影像和Sentinel-1 A影像,利用普适性单通道算法和DS–InSAR(Distributed Scatterer Interferometry Synthetic Aperture Radar)技术分别获取了水西沟煤田长时序地表温度与形变分布信息,在此基础上基于阈值分割与时空耦合叠加分析等方法开展了融合地表温度与形变的地下煤火多源遥感识别研究。结果表明:地表长时序温度和形变时空协同分析可以有效克服非煤火高温或形变等复杂异常信号产生的影响,凸显了地下煤火信号在地表温度与形变2个维度中的响应特征。而且,地下煤火区地表温度异常与形变异常空间分布形态存在细微差异,其中形变异常得益于SAR影像分辨率和外界干扰因素较少等条件,其对地下煤火识别的指示作用更强,而基于温度异常正确识别的煤火区域范围则与实勘煤火边界具备更好的空间一致性。另外,地下煤火灾害的温度与形变峰值空间位置存在一定偏移,但在时间维度上2者响应具有明显的一致性,表现为稳定的异常高温与持续沉降。可见,与单一遥感手段相比,融合2者的方法能够更加准确地识别地下煤火区,为地下煤火灾害的广域普查和及时防治提供良好的技术方法支撑。

关键词：煤火识别普适性单通道算法 DS–InSAR 多源遥感地表温度地表形变

陕蒙矿区深部开采导水裂隙带发育特征与高度预测方法

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金属矿山 2024年第4期 186-192页

作者：陈延康郭广礼孟浩张连贵郑辉李怀展张浩宇江苏省资源环境信息工程重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 兖矿能源集团股份有限公司地质测量部山东邹城273500

导水裂隙带发育高度是矿井防治水及安全开采的重要依据。由于陕蒙矿区地层沉积环境和沉积过程的特殊性,使得该区域导水裂隙发育高度与传统认识差别较大。考虑到目前围绕陕蒙矿区导水裂隙带发育高度计算方法缺失问题,以鄂尔多斯市营盘壕... 详细信息

导水裂隙带发育高度是矿井防治水及安全开采的重要依据。由于陕蒙矿区地层沉积环境和沉积过程的特殊性,使得该区域导水裂隙发育高度与传统认识差别较大。考虑到目前围绕陕蒙矿区导水裂隙带发育高度计算方法缺失问题,以鄂尔多斯市营盘壕煤矿2217工作面为工程背景,采用UDEC模拟研究了不同开采进度下导水裂隙带发育规律及演化特征,分析了大能量事件与导水裂隙带发育的关联关系,进而基于GA-SVR算法,建立了区域导水裂隙带发育高度精准预测方法。结果表明:直罗组砂岩巨厚的特性使得其在覆岩运动中表现出坚硬岩层的特点,裂隙带在其下充分发育,稳定后也形成“马鞍形”;微震监测数据能精准反映区域导水裂隙带发育高度,预测相对误差仅为3.90%;建立的导水裂隙带高度预测模型的决定系数R^(2)为0.81,相对平均误差r为14.55%,预测精度显著优于经验公式(R^(2)<0,r=59.57%)。研究成果对于陕蒙矿区保水开采与安全生产设计及矿井水防治具有重要的实践意义。

关键词：导水裂隙带陕蒙矿区深部开采支持向量机遗传算法预测方法