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无人机抛投式GNSS滑坡监测设备智能化部署选址方法

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测绘学报 2024年

作者：许豪张勤王利舒宝杜源黄观文西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室长安大学地质工程与测绘学院地理信息工程国家重点实验室

GNSS技术广泛应用于滑坡形变监测，而复杂艰险的高危滑坡往往人员难至，导致GNSS监测设备安装困难。无人机抛投部署技术为解决此问题提供了可能，然而其前提是为无人机抛投提供适宜的目标部署位置，传统的选址方法主要依赖专家现场踏勘... 详细信息

GNSS技术广泛应用于滑坡形变监测，而复杂艰险的高危滑坡往往人员难至，导致GNSS监测设备安装困难。无人机抛投部署技术为解决此问题提供了可能，然而其前提是为无人机抛投提供适宜的目标部署位置，传统的选址方法主要依赖专家现场踏勘评估，无法满足该场景应用需求。为此，本文首先利用无人机航测、InSAR-Stacking技术获取选址区域的DSM、DOM及地表历史形变速率图，然后基于深度学习、地形分析等方法提取历史形变、裂缝分布、坡度、地表粗糙度、植被指数、坡向等选址因子，最后基于层次分析方法对多个选址因子进行决策融合，智能化评估滑坡区域内不同位置的选址适宜性并推荐无人机抛投式GNSS监测设备的目标部署位置。以甘肃黑方台滑坡区域为例开展选址试验，评估了该区域内的选址适宜性并推荐了4处GNSS监测设备部署位置，现场情况及历史站点形变序列验证了该方法的有效性。该方法综合考虑了形变监测、部署难度、观测条件及持续运行等需求，可高效评估选址区域内设备部署的适宜性程度，对于提升无人机抛投式GNSS监测设备的部署效率及监测效果具有重要参考价值。

关键词： GNSS 无人机抛投滑坡监测监测站选址层次分析法

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水下重力匹配导航适配性评价方法比较研究

大地测量与地球动力学 2024年第7期44卷 737-743页

作者：陈垲宁肖云张锦柏曹杰王宇康洪晓东长安大学地质工程与测绘学院西安市710054 地理信息工程国家重点实验室西安市710054 西安测绘研究所西安市710054

重力匹配导航精度受重力适配区选取的影响。针对如何有效筛选最优适配区,采用信息熵的单特征准则与多属性决策的多特征准则评价重力底图的适配性。选择重力标准差、相关系数、粗糙度、坡度、重力特征丰度与累加梯度均值6种参数,利用单/... 详细信息

重力匹配导航精度受重力适配区选取的影响。针对如何有效筛选最优适配区,采用信息熵的单特征准则与多属性决策的多特征准则评价重力底图的适配性。选择重力标准差、相关系数、粗糙度、坡度、重力特征丰度与累加梯度均值6种参数,利用单/多特征两种准则筛选同一海域适配/非适配区,通过地形轮廓匹配(terrain contour matching, TERCOM)算法在所筛选区域进行重力匹配导航验证,对比分析两者的匹配导航精度。结果表明,单特征准则在适配/非适配区的导航误匹配率分别为30%和20%;多特征准则在适配区无明显误匹配,误差在百米级,在非适配区出现多次误匹配。分析表明,多特征分析准则与单特征分析准则相比,可更准确有效地评价重力匹配区的适配性。

关键词：重力匹配导航适配性评价重力特征参数坡度信息熵多属性决策

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自适应正则化滤波化极方法研究

地球物理学报 2024年第3期67卷 1255-1272页

作者：何涛王皓张义蜜王万银 Colin G.Farquharson J.Kim Welford 长安大学地质工程与测绘学院西安710054 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028 中国科学院海洋地质与环境重点实验室山东青岛266071 Department of Earth Sciences Memorial University of NewfoundlandSt.John'sAlB 3X5Canada

化极是消除磁力异常斜磁化影响的关键步骤,可以在波数域(频率域)和空间域中实现.相比于空间域,在波数域(频率域)进行化极简单且高效,但在低纬度地区存在不稳定性问题,因此明确低纬度地区的范围,研究稳定、实用、精度高的低纬度地区化极... 详细信息

化极是消除磁力异常斜磁化影响的关键步骤,可以在波数域(频率域)和空间域中实现.相比于空间域,在波数域(频率域)进行化极简单且高效,但在低纬度地区存在不稳定性问题,因此明确低纬度地区的范围,研究稳定、实用、精度高的低纬度地区化极方法具有重要意义.本文通过理论研究得出化极因子振幅的最大值为2时,对应的磁化倾角的值为±45°,当磁化倾角在该范围内时,引起化极不稳定.因此采用正则化思想,提出了自适应正则化滤波化极方法(ARF-RTP),该方法利用化极因子振幅构建正则化滤波函数,并以振幅值等于2作为约束计算化极方法的参数值,从而实现自适应化极处理,提高了化极方法的稳定性及实用性.同时结合迭代算法提高了此方法的精度,有效地解决了低纬度地区化极的不稳定性问题.自适应正则化滤波这一思想不但可以解决化极的不稳定性问题,而且可以解决分量转换或者磁化方向转换的不稳定性问题以及类似数据处理中的不稳定性问题,具有广阔的推广应用前景.

关键词：化极低纬度地区振幅自适应正则化滤波迭代算法

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GNSS星载原子钟在轨性能评估技术进展

测绘地理信息 2024年第1期49卷 20-28页

作者：黄观文曹钰谭粤谢威长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 自然资源部生态地质与灾害防控重点实验室陕西西安710054

星载原子钟作为全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)的核心载荷,其在轨性能指标决定着GNSS的PNT服务水平。由于太空电磁环境复杂,原子钟实际工作指标不稳定,对星载原子钟开展长期持续性能评估就显得尤为重要。... 详细信息

星载原子钟作为全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)的核心载荷,其在轨性能指标决定着GNSS的PNT服务水平。由于太空电磁环境复杂,原子钟实际工作指标不稳定,对星载原子钟开展长期持续性能评估就显得尤为重要。本文综述了目前星载原子钟评估技术现状,对相位、频率、频率漂移率、拟合精度、拟合残差、频率稳定度等性能评估指标进行了分析总结,归纳了基于精密钟差产品进行星载原子钟评估的数据处理方法和流程,统计了现阶段GNSS星载原子钟类型和指标水平,并采集一年的精密卫星钟差数据对GNSS星载原子钟进行了综合评估与对比分析。最后,对现阶段GNSS星载原子钟性能评估技术现状和问题进行了总结及展望。

关键词： GNSS 星载原子钟性能评估钟差模型稳定度

应用遗传算法估计非稳态地震数据的混合相位子波及Q值

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石油地球物理勘探 2024年第4期59卷 763-770页

作者：朱耀旭包乾宗长安大学地质工程与测绘学院地球物理系陕西西安710054 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028 自然资源部矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室陕西西安710054

地震高分辨率处理或反演的目的是获得精确的反射系数或弹性参数模型。然而地层滤波效应模糊了地震记录中的地层反射信息,因此有必要消除这种滤波效应。现有的大部分提高分辨率方法并不能完全摒弃关于地震子波和Q模型的一些假设。为了获... 详细信息

地震高分辨率处理或反演的目的是获得精确的反射系数或弹性参数模型。然而地层滤波效应模糊了地震记录中的地层反射信息,因此有必要消除这种滤波效应。现有的大部分提高分辨率方法并不能完全摒弃关于地震子波和Q模型的一些假设。为了获得更为切合实际的地震子波,同时自适应获取Q模型,文中将地震子波相位估计与Q模型估计相结合,提出了基于遗传算法的非稳态地震数据混合相位子波及Q值估计方法。首先通过井旁道记录拟合得到初始地震子波的振幅信息,然后依据子波Z变换的根关于单位圆移动与否构建用于遗传算法的编码链条。另一方面,十进制Q模型对应的二进制表示形式同样能够利用编码链条表征,因此利用全局优化算法能够同时估计地震混合相位子波以及Q模型。结合根变换和遗传算法不断改变子波相位的同时自适应生成Q模型,利用子波和Q模型构造的时变子波矩阵与测井反射系数得到合成地震记录,并与井旁道记录进行匹配,最终得到合理的混合相位子波和地层Q模型,进而构造时变子波矩阵进行时变反褶积。通过井旁道记录与测井数据拟合得到的混合相位子波,与实际地震子波相位更为接近,理论数据和实际数据处理结果证实了该方法的有效性。

关键词：高分辨率处理品质因子非稳态地震数据混合相位子波遗传算法

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微分光谱变换方法对土壤重金属含量反演精度的影响研究

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1449-1456页

作者：白宗璠韩玲姜旭海武春林长安大学土地工程学院陕西西安710075 西北有色地质矿业集团有限公司陕西西安710054

随着我国工农业的日益发展,土壤中以镍(Ni)、铁(Fe)、铜(Cu)、铬(Cr)、铅(Pb)等为代表的重金属污染对人类生活产生了严重影响。高光谱遥感技术具有实时、无损、快速等优点,为高效准确地获取土壤重金属含量提供了科学手段。而在利用高光... 详细信息

随着我国工农业的日益发展,土壤中以镍(Ni)、铁(Fe)、铜(Cu)、铬(Cr)、铅(Pb)等为代表的重金属污染对人类生活产生了严重影响。高光谱遥感技术具有实时、无损、快速等优点,为高效准确地获取土壤重金属含量提供了科学手段。而在利用高光谱数据反演土壤重金属含量时,微分光谱变换方法的选择对遥感反演土壤重金属含量的精度有显著影响。为明确二者关系,基于研究区采集的60个土壤样品,测定其Ni、Fe、Cr、Cu、Pb等含量以及350~2500 nm波段范围的光谱反射率。在相关系数(CC)分析法的基础上通过改进离散粒子群算法(MDBPSO)优选遥感探测土壤重金属含量的特征波段。最终以优选出的特征波段作为自变量利用随机森林(RF)算法构建了Ni、Fe、Cr、Cu、Pb等重金属含量的估测模型。在对原始反射率数据进行高斯平滑的基础上,对比分析了一阶微分(R′)、对数倒数的一阶微分(1/lgR)′、倒数的一阶微分(1/R)′、指数的一阶微分(e^(R))′四种微分光谱变换方法对土壤重金属反演精度的影响。结果表明,在CC分析法的基础上,MDBPSO算法可以有效地降低光谱数据的冗余度,提高模型的运行效率。其中R′、(1/lgR)′、(1/R)′、(e^(R))′中对Ni、Fe、Cr、Cu、Pb敏感的特征波段个数分别至少减少了154、363、135、744和889个。(1/lgR)′、R′、R′、(1/R)′、R′光谱变换方法分别应用到Ni、Fe、Cr、Cu、Pb特征波段的组合运算中,得到的估测模型的精度优于其他微分变换方法;模型检验集的决定系数分别为0.913、0.906、0.872、0.912、0.876,均方根误差分别为0.743、0.095、2.588、1.541、1.453。本研究为利用遥感数据反演土壤重金属含量微分光谱变换方法的选择提供了科学的参考,为进一步实现土壤重金属含量的大面积高精度遥感监测提供新的思路。

关键词：遥感高光谱土壤光谱变换方法重金属改进离散粒子群随机森林

InSAR观测揭示的2024年新疆乌什Mw 7.0地震地表形变及发震断层模型

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年

作者：能懿菡韩炳权刘振江李振洪宋闯余琛李素菊彭建兵应急管理部国家减灾中心长安大学地质工程与测绘学院西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室黄土科学全国重点实验室自然资源部生态地质与灾害防控重点实验室长安大学地学与卫星大数据研究中心

2024年1月23日，新疆维吾尔自治区乌什县发生了Mw 7.0地震，本次地震是天山地震带迈丹-沙依拉姆断裂区域近20年以来发生的最大地震，该地震的发生为深入理解天山地震带断层系统的破裂行为和构造活动提供了机会。为确定2024年乌什地震的... 详细信息

2024年1月23日，新疆维吾尔自治区乌什县发生了Mw 7.0地震，本次地震是天山地震带迈丹-沙依拉姆断裂区域近20年以来发生的最大地震，该地震的发生为深入理解天山地震带断层系统的破裂行为和构造活动提供了机会。为确定2024年乌什地震的断层几何和滑动分布并评估区域危险性，利用合成孔径雷达干涉技术研究了2024年乌什地震的发震断层模型。首先利用升、降轨Sentinel-1A卫星雷达影像获取2024年乌什地震的同震地表形变场，然后利用多峰值优化粒子群算法确定本次地震的均匀滑动模型，在此基础上基于非负最小二乘算法反演发震断层的精细滑动分布，最后利用库伦失稳准则评估发震区域周边的地震危险性。研究结果显示，升降轨视线向最大抬升位移～74 cm，最大沉降位移～14 cm；本次地震的发震断层倾向北北西，倾角55°，走向～230°，滑动角～42°，发震断层呈现逆冲兼具左旋走滑分量的运动性质，符合区域活动断裂的运动模式。综合反演结果以及前人的地震地质研究初步判断发震断层为迈丹-沙依拉姆断裂带的次级断裂。库伦应力结果表明，阔克萨勒断裂区域、大石峡断裂区域和托什干断裂（震中西北部分）区域都处于应力加载状态，这些区域未来地震风险需要被重点关注。

关键词： 2024年乌什地震 InSAR 同震地表形变断层滑动分布库伦应力变化

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考虑颗粒形状影响的砂土剪切波速研究

岩石力学与工程学报 2024年第5期43卷 1291-1300页

作者：刘鑫徐新钰黄良兰恒星长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 自然资源部生态地质与灾害防控重点实验室陕西西安710054 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

天然砂土的形状往往差异较大,为研究剪切波在不同形状砂土中的传播特性,首先选取3种不同形状的石英砂开展颗粒形状分析;其次,采用安装有弯曲元系统的三轴仪对砂土试样进行剪切波速测试及三轴剪切试验,获得3种石英砂的剪切波波速及其临... 详细信息

天然砂土的形状往往差异较大,为研究剪切波在不同形状砂土中的传播特性,首先选取3种不同形状的石英砂开展颗粒形状分析;其次,采用安装有弯曲元系统的三轴仪对砂土试样进行剪切波速测试及三轴剪切试验,获得3种石英砂的剪切波波速及其临界状态线。试验结果表明:(1)在相近的孔隙比和围压下,随着整体规则度OR降低,石英砂试样的剪切波波速Vs逐渐增大;(2)基于临界状态土力学中的状态参数,提出计算石英砂剪切波波速的归一化模型,并采用文献中的数据对模型进行验证,发现其预测精准度较好;(3)在上述模型的基础上,提出采用剪切波波速预测不同形状石英砂剪切特性的新方法。上述成果为用原位剪切波波速判别复杂形状砂土层的剪切失稳特性提供依据。

关键词：土力学石英砂颗粒形状弯曲元剪切波波速状态参数

正融碎屑冰冻体剪切强度劣化机理数值模拟研究

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煤炭学报 2024年

作者：孟秋杰宋宜祥黄达马文钟助河北工业大学土木与交通学院北京科技大学土木与资源工程学院三峡大学土木与建筑学院长安大学地质工程与测绘学院

冰川碎屑冰冻体的冰水赋存状态对温度的变化非常敏感。近年受到气候变暖影响，由碎屑冰冻升温融化而引发的冰崩灾害被广泛报道。为了研究温升条件下碎屑冰冻体的抗剪强度劣化行为，提出了正融碎屑冰冻体的有限-离散元数值模型（F-DEM）... 详细信息

冰川碎屑冰冻体的冰水赋存状态对温度的变化非常敏感。近年受到气候变暖影响，由碎屑冰冻升温融化而引发的冰崩灾害被广泛报道。为了研究温升条件下碎屑冰冻体的抗剪强度劣化行为，提出了正融碎屑冰冻体的有限-离散元数值模型（F-DEM）。模型将碎屑冰冻体概化为冻土、碎石实体单元以及粘聚力单元，将根据实验所得的碎屑冰冻体抗剪强度升温劣化描述为粘聚力单元的粘结强度的升温劣化过程。首先，在冻土内预置使用“牵引-分离”准则的粘聚力单元来代表孔隙冰。然后，在ABAQUS中使用用户自定义子程序VUSDFLD，通过温度场变量对粘聚力单元的粘结强度劣化规律进行控制。将数值结果与实验进行对比，发现峰值抗剪强度、变形模式、破坏模式等宏观响应特征和强度劣化规律与试验结果吻合较好。对融冰率、碎石率和载荷水平等条件对碎屑冰冻体剪切力学行为的影响进行了研究，结果表明当融冰率小于等于2%，剪切破坏模式为粗糙的“锯齿状”；随着融冰率增加（>2%），剪切破裂面逐渐向较为平滑的“圆弧状”转变。在冻土-碎石界面强度差异较大容易形成应力集中，导致裂缝沿该界面形成渐进式贯通。含石率的增加会导致碎屑冰冻体抗剪强度的降低。随融冰率增加，碎屑冰冻体抗剪强度对含石率的敏感性降低。对于维持着较高剪切负荷的碎屑冰冻体来说，环境温度的轻微上升可能导致剪切应变的突变。恒载下的变形可分为三个阶段：初始阶段，发育阶段以及快速变形阶段。在初始阶段，剪切应变先增加后稳定；在发育阶段，应变出现拐点；在快速变形阶段剪切应变快速增加。拐点的温度随着初始剪切应力的增加而降低，两者近似为线性关系。较高的应力水平下，碎屑冰冻体的剪切应变对温度的改变十分敏感。未来应就模型简化方法、参数取值规律、冰水相变和尺寸效应等问题进行进一步研究，以适应实际冰川案例中剪切强度劣化行为的模拟。

关键词：碎屑冰冻体融化直剪试验剪切力学行为有限-离散元