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船舶动态驱动的碳排放时空分布规律

中国环境科学 2024年第3期44卷 1769-1776页

作者：余红楚方庆龙方志祥刘敬贤武汉理工大学航运学院湖北武汉430063 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 武汉理工大学三亚科教创新园海南三亚572025

本文基于2018年全球集装箱船的AIS(Automatic Identification System)轨迹数据,采用自下而上的方法,计算2018年全球集装箱船的CO_(2)排放量.进一步,采用地理信息科学基础理论与技术,通过船舶排放量与地图的联动分析,挖掘集装箱船CO_(2)... 详细信息

本文基于2018年全球集装箱船的AIS(Automatic Identification System)轨迹数据,采用自下而上的方法,计算2018年全球集装箱船的CO_(2)排放量.进一步,采用地理信息科学基础理论与技术,通过船舶排放量与地图的联动分析,挖掘集装箱船CO_(2)排放的时空分布规律,并分析主要远洋运输航线的排放特征.结果表明,2018年全球集装箱船的CO_(2)年排放量达到1.2355亿t,1月份的排放最高,而11月份排放量全年最低,在时间上呈现明显的分异特性.集装箱船月度排放的空间分布总体较为相似,排放高峰区域主要分布在靠近海岸线和主要远洋航路上,远东-欧洲航线的排放量最高.

关键词：集装箱船 CO_(2)排放 AIS轨迹时空分布

2015年3月特大磁暴期间中国区域电离层TEC NeuralProphet预报模型研究

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地球物理学报 2024年第2期67卷 452-460页

作者：马彬黄玲吴晗楼益栋章红平陈德忠王高阳黄良珂桂林理工大学测绘地理信息学院桂林541006 广西空间信息与测绘重点实验室桂林541006 武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉430079 山东省第一地质矿产勘查院济南250014

延迟是全球卫星导航定位中重要的误差源之一,提高电离层TEC建模和预报精度对改善卫星导航定位精度至关重要.本文构建了以太阳辐射通量指数F_(10.7)、地磁活动指数Dst、地理坐标和中国科学院(Chinese Academy of Sciences,CAS)GIM数据为... 详细信息

延迟是全球卫星导航定位中重要的误差源之一,提高电离层TEC建模和预报精度对改善卫星导航定位精度至关重要.本文构建了以太阳辐射通量指数F_(10.7)、地磁活动指数Dst、地理坐标和中国科学院(Chinese Academy of Sciences,CAS)GIM数据为输入参数的NeuralProphet神经网络模型(NP模型),实现在2015年3月特大磁暴期中国区域电离层TEC短期预报.为验证NP模型的预报精度,本文同时构建了长短期记忆神经网络(Long Short-term Memory Neural Network,LSTM)模型进行对比分析.结果统计分析表明,NP模型在磁暴期(2015年DOY076-078)TEC预报值RMSE和RD分别为0.83 TECU和3.13%,绝对和相对精度较LSTM模型分别提高1.49 TECU和10.25%;且NP模型RMSE优于1.5 TECU的比例达97.24%,远高于LSTM模型.NP模型预报值与CAS具有较好一致性和无偏性,偏差均值仅为-0.01 TECU,而LSTM模型预报值的均值偏大,偏差均值为1.49 TECU.从低纬到中纬度的三个纬度带内,NP模型RMSE分别为1.12、0.83和0.44 TECU,精度比LSTM模型提高1.94、1.56和1.23 TECU.整体上,在磁暴期NP模型预报性能明显优于LSTM模型,能够精细描述中国区域电离层TEC时空变化.

关键词：电离层TEC NeuralProphet神经网络 LSTM神经网络短期预报磁暴期

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社会地理计算的理论逻辑与研究范式及展望

地理学报 2024年第1期79卷 187-205页

作者：苏世亮王卓伦何深静徐阳陈逸敏兰天武汉大学资源与环境科学学院武汉430079 香港大学城市规划及设计系中国香港999077 香港理工大学土地测量及地理资讯学系中国香港999077 中山大学地理科学与规划学院广州510275

作为一个前沿的交叉学科研究领域,社会地理计算彰显出巨大的发展前景。然而由于过度关注方法和技术本身,缺乏对“是什么”和“为什么”等底层理论问题的探讨,社会地理计算的发展面临着泡沫化、碎片化和无根化的突出困境,引发了学术界对... 详细信息

作为一个前沿的交叉学科研究领域,社会地理计算彰显出巨大的发展前景。然而由于过度关注方法和技术本身,缺乏对“是什么”和“为什么”等底层理论问题的探讨,社会地理计算的发展面临着泡沫化、碎片化和无根化的突出困境,引发了学术界对其理论“合法性”的质疑。针对这些学术挑战,本文首先在学术史回溯中寻绎社会地理计算的理论逻辑。通过考察社会学、地理学以及地理信息科学源流演化与互动融合的发展脉络,揭示出社会地理计算的逻辑理据根源于“空间转向”与“计算主义”两大标志性学术事件的碰撞;其次,以“游牧空间”反谱系学的思维模式划分了社会地理计算的概念域,进而从横向分化与融接、纵向交叉与拼装两条路径阐释其“根茎”结构;再次,立足于范式的基本准则和框架,通过系统性“理论演绎与归纳”的方式,在认知论层面界定了社会地理计算的概念范畴与核心特征、在本体论层面确立了社会系统中的何物存在、在方法论层面提出了“理论与算法双重驱动”的分析方法及具体的研究路径;最后,将社会地理计算放置于后疫情时代“百年未有之大变局”考验的现实语境下,廓清了社会地理计算所肩负的使命担当,以期为当代地理学的理论创新和实践应用提供参考。

关键词：社会地理计算社会学地理信息科学理论合法性研究范式空间转向计算主义

利用GPS数据反演震源参数的单纯形组合加权距离灰狼优化算法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第7期49卷 1140-1154页

作者：王乐洋孙龙翔许光煜东华理工大学测绘与空间信息工程学院江西南昌330013 武汉大学测绘学院湖北武汉430079 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

针对地震震源参数反演优化问题,提出了一种改进的灰狼优化(grey wolf optimizer, GWO)算法来反演震源参数。首先,采用基于余弦规律的非线性递减收敛因子策略的加权距离GWO(weighted distance GWO, wdGWO)算法来代替原来的线性递减算法... 详细信息

针对地震震源参数反演优化问题,提出了一种改进的灰狼优化(grey wolf optimizer, GWO)算法来反演震源参数。首先,采用基于余弦规律的非线性递减收敛因子策略的加权距离GWO(weighted distance GWO, wdGWO)算法来代替原来的线性递减算法。随后,配置了改进wdGWO算法和单纯形算法的组合方法,引入后者算法是为了稳定前者算法的性能。因此,组合算法(简称GWOS)在收敛性和稳定性方面都具有良好的优势。最后,通过实验测试来评估基本的wdGWO算法、遗传算法(genetic algorithm,GA)和GWOS的性能。仿真实验结果表明,GWOS对震源参数的估计优于wdGWO算法,具有良好的稳定性和准确性;GWOS既可以达到GA的反演精度,又表现出了更好的参数稳定性。将该算法应用于2014年纳帕地震和2017年博德鲁姆-科斯地震,不同类型地震的反演结果表明GWOS具有良好的实用性和可靠性。

关键词：震源参数反演灰狼优化算法单纯形算法组合算法纳帕地震博德鲁姆-科斯地震

改进的3D-BoNet算法应用于点云实例分割与三维重建

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测绘通报 2024年第6期 30-35页

作者：郭宝云姚玉凯李彩林王悦孙娜鲁一慧山东理工大学建筑工程与空间信息学院山东淄博255000 武汉大学湖北珞珈实验室湖北武汉430070 山东省国土测绘院山东济南250013

为了更好地利用点云数据重建室内三维模型,本文提出了一种基于3D-BoNet-IAM算法的室内场景三维重建方法。该方法通过改进3D-BoNet算法提高点云数据的实例分割精度。针对点云数据缺失问题,提出了基于平面基元合并优化的拟合平面方法,利... 详细信息

为了更好地利用点云数据重建室内三维模型,本文提出了一种基于3D-BoNet-IAM算法的室内场景三维重建方法。该方法通过改进3D-BoNet算法提高点云数据的实例分割精度。针对点云数据缺失问题,提出了基于平面基元合并优化的拟合平面方法,利用拟合得到的新平面重建建筑表面模型。在S3DIS和ScanNet V2数据集上验证3D-BoNet算法的改进效果。试验结果表明,本文提出的3D-BoNet-IAM算法比原始算法分割精度提高了3.3%;对比本文建模效果与其他建模效果发现,本文方法的建模效果更准确。本文方法能够提高室内点云数据的实例分割精度,同时得到高质量的室内三维模型。

关键词：点云数据 3D-BoNet-IAM 三维重建实例分割平面基元

陆地水对南海海平面变化的贡献及其对ENSO交替事件响应的再评估

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中国科学：地球科学 2024年第7期54卷 2288-2303页

作者：杨鹏飞霍学深马中天武汉大学测绘学院地球空间环境与大地测量教育部重点实验室自然资源部地球物理大地测量重点实验室武汉430079 湖北珞珈实验室武汉430079 香港理工大学土地测量及地理资讯学系中国香港999077

区域海平面变化与区域陆地水和厄尔尼诺南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)存在密切关联.本研究评估了南海海平面变化与ENSO之间的关系,陆地水储量(terrestrial water storage,TWS)对非比容海平面(nonsteric sea level,NSSL)的影响以及比容海平面(steric sea level,SSL)和NSSL对海平面异常(sea level anomaly,SLA)的贡献.在2003年到2015年期间,SLA呈现出了(6.65±0.78)mm/a的长期趋势,主要归因于SSL.此外,在这段时间内,交替出现的不同强度的ENSO事件也可能是导致SLA异常高的趋势的原因.相比于SSL,NSSL对SLA贡献了季节性信号,而NSSL在季节尺度的变化主要受湄公河流域的TWS影响,其他时间尺度的变化可由珠江流域和红河流域的TWS所解释.与TWS的贡献相比,降水和蒸散发的贡献则相对较小.此外,海平面变化与ENSO之间的负相关关系也被揭示,海洋Nino指数与SLA/SSL/NSSL之间的互相关系数为–0.36/–0.37/–0.62,分别在海平面变化滞后2/3/2个月时达到上述相关性.这些发现系统地重新审视了不同因素对海平面变化的贡献,为深入分析陆地水和其他潜在因素对南海海平面上升的影响提供了参考.

关键词：南海海平面变化陆地水储量 ENSO

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船舶远程驾驶人机主从博弈控制方法研究

交通运输系统工程与信息 2024年第3期24卷 21-31,74页

作者：李晨严新平刘佳仑黄亚敏李诗杰武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉430063 武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心武汉430063 武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430063

针对船舶远程驾驶场景下的人机目标非一致性问题,本文设计了系统人主机辅的运行模式,提出一种主从博弈框架下的共享控制方法,将船舶协同避碰转向任务中的人机交互作用描述为完全信息条件下的非合作博弈关系,通过构造驾驶员和共驾控制器... 详细信息

针对船舶远程驾驶场景下的人机目标非一致性问题,本文设计了系统人主机辅的运行模式,提出一种主从博弈框架下的共享控制方法,将船舶协同避碰转向任务中的人机交互作用描述为完全信息条件下的非合作博弈关系,通过构造驾驶员和共驾控制器的状态空间推导主从博弈的Stackelberg微分对策,使用Fan-GFlicksberg不动点定理证明纳什均衡解的存在性与唯一性。根据驾驶风格和操纵技能预分配驾驶权重,基于模型预测控制方法设计轨迹跟踪器,采取反馈校正方式在有限时域内滚动优化,综合考虑船舶安全航行边界、碰撞风险和人机冲突程度在线进行调节。选取船舶横向偏移误差和驾驶员操作负荷等评价指标,在内河操纵环境下验证了方法的有效性。仿真结果表明:本文所提出的主从博弈控制方法能够为具备不同驾驶风格和操纵技能的作业人员提供个性化辅助,当驾驶员和共驾控制器发生意图冲突时,根据航行风险对预分配权重进行调节,在确保航行安全的前提下使船舶尽可能满足驾驶员的操纵意图。

关键词：水路运输船舶远程驾驶人机协同共享转向控制模型预测控制权重调节

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融合多源海洋大地测量数据的南海海底地形多层感知机反演

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1368-1382页

作者：周帅刘新李真祝程程袁佳佳李静静郭金运孙和平山东科技大学测绘与空间信息学院青岛266590 山东建筑大学测绘地理信息学院济南250101 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院安徽淮南232001 地理信息工程国家重点实验室西安710054 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院武汉430077

本文融合SIO(Scripps Institution of Oceanography)发布的垂线偏差、重力异常和垂直重力梯度数据及NCEI(National Centers for Environmental Information)发布的船载测深数据,利用多层感知机神经网络(Multi-Layer Perceptron,MLP)建立南海海域(108°E—121°E,6°N—23°N)分辨率为1'×1'的海底地形模型(MLP_Depth).首先,将642716个船载测深控制点的位置信息与周围4'×4'格网点处的地球重力信息(垂线偏差、重力异常、垂直重力梯度)作为输入数据,将船载测深控制点处实测水深值作为输出数据,训练MLP神经网络模型,训练结束时决定系数R2为99%,平均绝对误差MAE为39.33 m.然后,将研究区域内1'×1'格网正中心点处的输入数据输入于MLP模型中,可得格网正中心点处的预测海深值.最后,根据预测海深值建立研究区域范围内分辨率为1'×1'的MLP_Depth模型.将MLP_Depth模型预测水深与160679个检核点处实测水深对比,其差值的标准差STD(75.38 m)、平均绝对百分比误差MAPE(5.89%)与平均绝对误差MAE(42.91 m)皆优于GEBCO_2021模型、topo_23.1模型、ETOPO1模型与检核点实测水深差值的STD(108.88 m、113.41 m、229.67 m)、MAPE(6.11%、6.94%、18.37%)与MAE(47.33 m、52.24 m、130.08 m).同时,为了研究不同区域内利用该方法建立的海底地形模型的精度,本文在研究区域内分别建立了A、B区域的海底地形模型(MLP_Depth_A、MLP_Depth_B).经过验证得:MLP_Depth_A、MLP_Depth_B相比于MLP_Depth模型具有更高的精度,更能反应海底地形的变化趋势.

关键词：多层感知机海底地形南海垂线偏差重力异常垂直重力梯度

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