带约束的体元属性插值方法与可视化表达

在地质体体元剖分、属性插值中如何实现属性模型和空间结构模型的一致性,体现地质知识的表达,是一个难点问题。融合边界表示法和角点网格模型,以B Rep表达地质体空间形态,以角点网格模型离散化地质体,建立地质体三维结构模型及其属性模型。充分考虑到地质原理和相关的地质约束条件,对位于断层面两边同一地层插值时,采用“距离环绕法”求点对距离参与插值计算。在地质体建模时引入“等时地层”的概念,纵向上采用分层插值的方式对属于同一等时地层的地质体属性数据进行求值,横向上采用分区域插值的方法,通过提取沉积相边界来添加控制线约束插值,很好地解决了地质体结构模型对地质体属性模型的插值约束问题。将理论与实践相结合,利用福州三维城市地质数据,将基于角点网格的体元模型和三维属性插值算法实际应用到三维城市地质系统的建模中。      

函数模型与随机模型双约束的GPS-InSAR数据融合方法建立三维形变场

针对InSAR技术研究地表三维形变时监测信息不足的问题，以GPS监测信息为先验信息，建立附有随机模型约束的地表三维形变模型。考虑到SAR卫星极轨方式运行导致LOS向观测量对南北向形变不敏感的问题，以GPS南北向形变观测值作为强约束，构建三维形变解算的函数约束条件。模拟数据与西安地区实测数据的计算结果表明，基于随机模型与函数模型共同约束的地表三维形变参数最小二乘解的精度优于仅有函数模型约束或仅有随机模型约束及无任何约束的参数解精度。     

基于灰色-最小二乘法的无人机交叉定标方法

无人机交叉定标中,时间匹配、空间匹配、观测几何、光谱匹配以及观测设备都会对数据点对的质量产生影响,从而降低传统最小二乘法计算定标系数的有效性.将灰色模型引入无人机交叉定标研究中,利用灰色模型的任意非线性函数逼近能力对数据点对中各辐射基准值的不确定度进行分析,同时将灰色模型与传统最小二乘法相结合确定定标系数的权重.基于无人机多光谱影像和高分4号卫星影像开展试验,结果表明,所提方法的定标结果相对于传统最小二乘法更优,并且具备更强的噪声鲁棒性.     

基于房屋轮廓与纹理的三维建筑模型分层次聚类研究

目前三维建筑模型已广泛应用于城市规划,导航和虚拟地理环境等领域.不同细节的模型是LOD( Level of detail )技术的基础,由于三维模型的生产成本高昂,模型自动化简逐渐引起了学者的关注.三维模型化简包括单模型化简和多模型综合2方面,目前单个模型的化简研究比较多,而模型群组综合的研究仍然处于起步阶段.本文主要研究模型群组的聚类综合,提出一种基于房屋轮廓与纹理的分层次聚类算法:首先,基于房屋的底面轮廓构建约束Delaunay三角网,以道路为基准对三角网进行划分,通过可视分析构建初始的邻接图,使建筑群组分类符合城市形态学;其次,将房屋纹理引入三维模型群聚类的过程,使用SOM( Self-organizing Map )智能分类算法对纹理进行分析,然后分割邻接图;最后,以最邻近距离对邻接图构造最小生成树,并进行线性检测,将离散的建筑合并到已聚类的群组中,最终完成模型的合并.本文利用纹理辅助轮廓特征,实现三维建筑模型的聚类,符合人类的视觉习惯,实验结果证明了本文方法的有效性.     

水平井钻柱摩阻扭矩分段计算模型

根据水平井接触和受力特点,利用分段计算方法,建立水平井钻柱摩阻扭矩计算模型;采用三维纵横弯曲梁理论,计算钻柱BHA(底部钻具组合)段摩阻扭矩;采用软杆模型,求解BHA以上钻柱段的摩阻扭矩;对井眼曲率变化较大及刚度较大的加重钻杆井段软杆模型加以修正,考虑钻柱屈曲的影响,建立适合水平井的摩阻扭矩三维分段计算模型.应用结果表...     

基于GRACE数据估计近年喜马拉雅冰川质量变化

基于CSR发布的GRACE时变重力场模型RL05数据,在频域上计算得到2002~2014年喜马拉雅山冰川质量变化。扣除GIA和水文模型影响后,喜马拉雅地区的冰川质量变化整体上呈现加速消融的趋势,消融速率约为-8.26±4.61 Gt/a,加速度约为-3.54±1.25 Gt/a2。     

基于多参数正则化的空间坐标转换功能与改精度分析

三维坐标转换广泛应用于测绘内业计算中,其转换参数直接影响到转换点的精度.采用Bursa模型通过3个以上的公共点利用最小二乘法求取转换参数时,其中的系数矩阵严重病态,使求得的转换参数在公共点范围之外并不可靠.提出了基于Morozov偏差原理的Tikhonov正则化方法,考虑平移量、旋转角和尺度的多正则化参数的计算模型.模拟实验精度分析表明:多参数正则化求得的转换参数较最小二乘和单参数正则化,可以更好地提高外推精度和稳定性.     

大范围点质量模型快速构建方法研究

针对大范围点质量模型构建中遇到的大型线性方程解算的难题,提出基于窗口控制的残差点质量模型构建方法。将点质量模型由原来的稠密线性方程转化为稀疏线性方程,并在普通计算机上完成112 896阶稀疏线性方程的求解。以空中扰动引力计算为例,与传统的点质量模型和位系数模型的计算结果进行比较。结果表明,该方法能够在保证计算精度的同时有效扩大解算范围,提高解算效率。     

1970年云南通海地震同震形变和破裂滑动初步研究结果

分别以三角测量获取的同震形变、GPS与三角测量联合获取的同震形变为约束,先采用模拟退火算法反演1970年通海地震单断裂矩形断层破裂模型,然后用约束变量的最小二乘法反演地震滑动分布模型。根据两套数据用模拟退火算法获得的单矩形断裂模型的倾角都超过80°,破裂长度都接近100 km,破裂出露地表,以走滑为主。根据两套数据用约束变量的最小二乘法反演获得的两个破裂滑动分布模型,矩震级Mw=7.4,最大破裂位置和破裂深度大致相同,西北段破裂分布比较接近,而东南段差异较大。根据GPS和三角测量确定的东南段破裂滑动较大,可能是根据GPS和三角测量计算同震变形时,由于没有坐标转换公共点而引入一些较大的误差;也可能是用三角测量计算同震形变时低估了断裂东南端的变形。     

三维地面模型的可视化研究

对于地形模型的构造有多种方法,如:规则格网法(GRID)、不规则三角网(TIN)和混合法(GRID-TIN)等.GRID模型具有较小的存储量和简单的数据结构,便于存储和管理.在对这些已有的三维地面模型进行分析的基础上,着重以DEM矩形网格法为例探讨了地面模型的构造,并在此基础上实现了三维地面模型的动态显示和交互操作等功能,最后给出了具体实例.     

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利用GRACE监测中国区域干旱及其影响因素分析

利用2003-01~2012-12的GRACE时变地球重力场模型计算我国长江中下游平原、西南地区和华北平原陆地水储量变化的时间序列。结果表明，长江中下游平原和华北平原的陆地水储量变化量最低值在2011-05，西南地区最低值在2010-03。根据陆地水储量变化的水平衡原理计算3个区域地下水储量变化情况。结果表明，长江中下游平原和西南地区地下水储量呈缓慢增长的趋势，增长速率分别为0.54 mm/月和0.34 mm/月；华北地区呈缓慢减小的趋势，减小速率为0.33 mm/月。3个区域干旱时期地下水储量的亏损情况分别为：长江中下游平原-21.31 mm/月，华北平原-19.88 mm/月，西南地区-15.72 mm/月。最后，用NOAA发布的月降雨和气温数据对3个区域干旱期间的降雨量和蒸发量进行量化，分析3次干旱产生的原因。结果表明，西南地区2010年春季干旱的主要原因是气温异常，长江中下游平原和华北平原2011年干旱的主要原因是降雨量偏少。     

利用正向建模方法反演三峡库区水储量变化

针对GRACE数据后处理过程中滤波导致的信号衰减和泄漏，利用模拟数据研究正向建模改正，改正的量级约为1 cm，在利用GRACE反演陆地水储量变化时这一影响因素不可忽略。基于2002-07~2014-12的GRACE Level-2数据反演三峡库区的水储量变化，结果表明，正向建模改正前后GRACE年周期项振幅分别为7.0±2.4 cm和7.2±2.7 cm，改正后信号泄漏有所减小；GRACE和水文模式数据均表现出明显的季节性特征，但GRACE受多种因素的综合影响，其周年项振幅略大于水文模式；水库3次蓄水引起的等效水高变化分别为60.2 mm、28.3 mm、20.5 mm，与利用水位观测估计得到的库区容量变化具有较好的一致性；分析2003~2009年正向建模改正前后GRACE反演得到的三峡地区等效水高变化速度的空间分布发现，改正后库区蓄水信号明显收敛。     

Hydrological Response to Environment Change in Himalayan Watersheds: Assessment from Integrated Modeling Approach

Land use changes such as deforestation,increase in cropping or grazing areas and built-up land, likely modify the water balance and land surface behavior in the Himalayan watersheds.An integrated approach of hydrological and hydraulic modeling was adopted for comparative analysis of hydrological pattern in three Himalayan watersheds i.e.Khanpur,Rawal and Simly situated in the Northern territory of Pakistan.The rainfall-runoff model SWAT- Soil and water assessment tool and Hydro CAD were calibrated for the selected watersheds.The correlation analysis of the precipitation data of two climate stations i.e.Murree and Islamabad, with the discharge data of three rivers was utilized to select best suitable input precipitation data for Hydro CAD rainfall-runoff modeling.The peak flood hydrograph were generated using Hydro CAD runoff to optimize the basin parameters like CN, runoff volume, peak flows of the three watersheds.The hydrological response of the Rawal watershed was studied as a case study to different scenarios of land use change using SWAT model.The scenario of high deforestation indicated a decline of about 6.3% in the groundwater recharge tostream while increase of 7.1% in the surface runoff has been observed under the scenario of growth in urbanization in the recent decades.The integrated modeling approach proved helpful in investigating the hydrological behavior under changing environment at watershed level in the Himalayan region.     

基于MLP神经网络的大气加权平均温度模型

以中国西南地区2015~2017年探空数据为实验数据,使用多层感知器（MLP）神经网络回归方法建立西南地区的加权平均温度(T_m)模型。将气象参数（地表温度、水汽压）和非气象参数（高程、纬度和年积日）作为模型输入因子,由数值积分法计算得到的T_m作为学习目标,通过神经网络模型进行迭代训练从而得到中国西南地区的T_m。以2018年探空站T_m数据为参考值,对MLP模型精度进行验证,并与Bevis模型和GPT3模型进行对比分析。结果表明,MLP模型的年均RMSE和年均bias分别为1.99 K和0.15 K,比Bevis模型、GPT3模型年均RMSE分别降低1.36 K(40.6%)和1.51 K(43.1%),年均bias分别下降0.70 K（82.4%）和1.04 K（87.4%）,且该模型在中国西南区域不同高程、纬度和季节的精度与稳定性优于Bevis模型和GPT3模型。     

Revealing storage-area relationship of open water in ungauged subalpine wetland — Napahai in Northwest Yunnan, China

Mountains and plateaus in Southwest China contain many subalpine and alpine wetlands, with significant hydroecological functions. But ungauged or poorly gauged conditions limit the study and understanding of hydrological regimes of these wetland types. This study selects an ungauged subalpine wetland-Napahai in Northwest Yunnan, China-as a case for developing a practical approach to revealing its storage-area relationship of open water. A Trimble R8 GNSS (Global Navigation Satellites Systems) RTK (Real-time Kinematic system) and sonar fathometer were used to survey fine-resolution elevation data and generate a digital elevation model of the Napahai Wetland. Forty-four Landsat images from 1987 to 2011 were collected, and the Normalized Difference Water Index was used to classify open water features in the area. The area of open water in Napahai was calculated for each phase. With these data and a developed conceptual model, the storage of open water for each phase was estimated using ArcGIS tools. Both storage and area of open water showed significant intra-annual and inter-annual variations. In the rainy season, the monthly change of average storage of open water in Napahai showed about 1-2 months lag behind mean monthly rainfall. The storage-area relationship of open water was well fit by a power function equation (R 2 ≈0.91, n=44). This study indicates that if detailedelevations are available for similarly ungauged subalpine wetlands in Southwest China, researchers can use this practical approach to estimate multi- temporal areas and storages and reveal the storage-area relationship of open water in the wetlands. The study provided valuable information of this case wetland for optimizing its hydro-ecological managements and a new method to wetland researchers and managers for the hydrological study of similarly ungauged wetland complex.     

基于GNSS的中国西南地区MODIS水汽校正研究

以GNSS水汽为标准,对中国西南地区进行MODIS水汽精度评价和相关性分析,构建MODIS水汽的区域校正模型和单站点校正模型并开展可靠性检验.分区域进行MODIS水汽校正和图像叠加得到校正后的中国西南地区MODIS水汽分布.结果表明,区域模型可替代单站点模型,中国西南地区MODIS水汽季节校正模型效果显著,在春、夏、秋...     

2002~2020年刚果河流域陆地水储量变化分析

利用德克萨斯大学空间研究中心（CSR）发布的GRACE时变重力场模型,基于最大信噪比准则确定RL06球谐系数模型（spherical harmonics,SH）的最优高斯滤波半径,在此基础上反演2002-04~2020-05刚果河流域陆地水储量变化,结合水文与降雨、蒸散资料分析其驱动因素。研究结果表明,GRACE模型估计的刚果河流域水储量变化和水文模型估计的地表水储量变化的周年振幅一致,表明刚果河流域的陆地水储量周年变化驱动因素为地表水。对于年际变化,2002-04~2020-05陆地水储量变化呈轻微增加趋势,2002-04~2006-12明显减少,RL06 SH模型估计结果为-2.30±0.24 cm/a;2007-01~2010-12呈现增加趋势,为0.38±0.24 cm/a;2011-01~2020-05水储量增速变大,为0.92±0.12 cm/a,该结果与CSR Mascon估计结果一致。     

三江源2003~2020年地下水储量变化分析

利用时变重力场模型、GLDAS水文模型和湖泊水量变化数据反演三江源区域2003~2020年地下水储量变化,使用奇异谱分析方法对地下水变化时间序列进行分析。结果表明,2003~2012年三江源区域地下水储量整体呈现增长趋势,年增长率为0.7 cm/a;2013~2020年三江源区域地下水储量整体呈现减少趋势,年增长率为-0.3 cm/a;三江源区域地下水年度变化主要受降雨补给规律的影响,降雨对地下水的补给滞后期为2个月。     

Snake Model for the Extraction of Loess Shoulder-line from DEMs

Shoulder lines are the most important landform demarcations for geographical analysis,soil erosion modeling and land use planning in the Loess Plateau area of China.This paper proposes an automatic,effective and accurate method of determining loess shoulder line from DEMs by integrating a hydrological D8 algorithm and a snake model.The watershed boundary line is adopted as the initial contour which evolves to identify the exact position of loess shoulder-line by the guidance of an external force of snake model from DEMs.Experiments show that the method overcomes the difficulties in both threshold selection for edge detection and the disconnecting issues in former extraction approaches.The accuracy evaluation of shoulder-line maps from the two test sites of the loess plateau area show obvious improvements in the extraction.The average contour matching distance of the new method is 12.0 m on 5 m resolution DEM,and shows improvement in the accuracy and continuity.The comparisons of accuracy evaluations of the two test sites show that the snake model method performs better in the loess plain area than in the area with high gully density.