多模型耦合的流域水土流失监测方法研究

濑溪河流域存在严重的水力侵蚀,同时伴随着水土流失分布点多线长面广的特点。而现有模型几乎只考虑了流域尺度上的坡面和河流侵蚀过程,或者是坡面和流域尺度的基本结合,导致对土壤侵蚀全过程的物理模拟产生高度不确定。为此提出不同尺度模型相互耦合的水土流失监测体系,从三级顺序“坡-沟-河”结构,全面反演流域水沙的时空动态迁移过程。基于多模型耦合体系的流域应用表明:①单一模型在濑溪河流域都表现出良好的适用性和准确性。RUSLE模型预测结果与实际侵蚀规律高度吻合,SWAT模型参数率定的纳什效率系数(NSE)和决定性系数(R^(2))均达到0.6以上,模拟预测结果鲁棒性较好。②不同侵蚀模型的特征反演相互关联程度都达到极显著相关水平。WEPP和SWAT模型间R^(2)为0.96,RUSLE和WEPP模型间R^(2)为0.77,RUSLE和SWAT模型间R^(2)为0.58,分析表明坡面、细沟和河道尺度下的侵蚀物理过程是紧密耦合的。③多模型耦合的水土流失全过程风险评价较单一模型更为全面。通过对土壤侵蚀物理过程的空间耦合,实现流域土壤侵蚀、细沟冲刷和河道沉积等相关侵蚀过程的整体性评价,利于从不同尺度全面反演流域水沙输移的时空动态迁移过程和预测侵蚀风险发生规律。

基于多模型耦合的永嘉县滑坡易发性评价

区域性滑坡易发性评价是制定滑坡防灾减灾方案和开展国土资源规划利用的重要依据。以浙江省永嘉县为例,在分析滑坡孕灾条件的基础上,选取高程、坡度、曲率、地形位置指数(TPI)、地形起伏度、坡向、地层岩性、距断层距离、距水系距离、年均降雨量、年均风速、距道路距离、归一化植被指数(NDVI)等13个评价因子,采用逻辑回归-信息量(LR-I)耦合模型和逻辑回归-证据权(LR-WOE)耦合模型进行滑坡易发性评价。结果表明:坡向、距断层距离、距水系距离、曲率、坡度、距道路距离和地形位置指数(TPI)等7个因子对滑坡易发性评价的影响较大;利用LR-I模型得到的高易发区和极高易发区中,滑坡数量占比86.67%,滑坡面积占比36.96%,利用LR-WOE模型得到的高易发区和极高易发区中,滑坡数量占比86.19%,滑坡面积占比36.13%;两个耦合模型的准确率均在0.8以上,显示出较高的准确度和良好的预测性能。研究结果对该区域的滑坡防灾减灾具有一定的参考价值。

基于水文水动力模型和机器学习模型耦合的河道水位预报方法

为探讨利用水文水动力模型和机器学习模型来提高河道水位预报精度的可行性,首先利用水文水动力模型进行河道水位预报,采用支持向量机模型对水文水动力模型的预报结果进行校正,进而构建了一种耦合水文水动力模型和机器学习模型的河道水位预报模型。在广州市南沙区蕉西水闸的应用结果表明,构建的耦合模型的预报效果优于单一的水文水动力模型,明显地提高了不同预见期下的水位预报精度;尽管随着预见期的增加,耦合模型的预报精度有一定的衰减趋势,但整体上仍优于水文水动力模型提供的水位预报结果。

长短时记忆网络与新安江模型耦合的降雨径流模拟性能

深度学习技术在降雨径流模拟方面具有广阔应用前景,但受训练样本限制,需与传统水文模型相耦合,由传统水文模型提供训练数据。耦合数据的选择和超参数方案对耦合模型的模拟性能影响显著,但尚未有专门的研究。本文以东湾流域为例,用双向长短时记忆网络耦合新安江模型不同模块数据,并用灰狼优化算法优化超参数,构建降雨径流模型。结果表明:模型耦合不同数据时,对日径流和场次洪水的模拟性能均有提高,尤以耦合产流量和模拟流量数据时最为明显。不同耦合数据需调整超参数方案,灰狼优化算法可满足需求。本研究为提高耦合模型径流模拟能力提供了新思路和新方法。

农业生态系统优化:基于多模型耦合的土地利用多样性与生态服务价值最大化策略

为深入探讨土地利用多样性对生态系统服务的影响,并提出一种创新的耦合模型优化策略。通过这种策略,可以最大化土地利用多样性与生态系统服务价值,从而促进农业生产、生态环境保护与人类福祉之间的和谐发展。为了实现这一目标,构建了一个综合模型,涵盖了作物生长、土地利用变动、生态系统服务评价、多目标优化4个关键模块。这个模型全面模拟并解决作物系统设计问题,考虑了农业生产、生态环境和人类福祉等多个目标和约束。通过实证分析,比较了不同土地利用配置方案的效果,以寻求最优或接近最优的选择。结果发现:优化作物情景在提升生态系统服务价值和人类福祉指数方面表现最佳。该情景不仅确保了农业生产的高效率,还在生态系统服务供给和人类福祉方面取得了显著成效。这一发现证明了多样化的土地利用配置能够带来更多的生态和社会经济效益。本研究的创新之处在于,首次将作物系统设计问题定义为多目标优化问题,并通过耦合模型进行实证分析。这一方法论为农业生态系统管理提供了新的视角和工具,有助于实现可持续发展目标。本研究结果强调了土地利用多样性在提升生态系统服务价值和人类福祉方面的重要性,为未来的土地管理政策和实践提供了科学依据。

基于I-LR模型耦合的斜坡类地质灾害易发性评价

以云南省寻甸县为研究对象,选取8个对地质灾害发生有影响的诱发因子作为评价指标,基于GIS平台与SPSS 26.0软件,采取信息量模型与逻辑回归模型耦合的方式,将研究区地质灾害易发性分为极低易发性、低易发性、中易发性、高易发性4个等级。研究结果表明:4个研究等级分区的面积占比分别为0.55%、19.37%、50.96%、29.12%;特征曲线(ROC)的线下面积(AUC)精度检验值为0.721,表明评价精度较高。信息量法与逻辑回归耦合的方法可以应用于地质灾害风险评价,为寻甸县防灾减灾和地质灾害预防提供科学依据。

基于信息量与多模型耦合的碎屑岩区滑坡易发性分区评价

滑坡是一种典型的地质灾害,在我国南部湿热条件下,碎屑岩区滑坡的形成机制有别于其他地区。因此,碎屑岩区滑坡的识别及预警较为复杂,需有系统性及针对性。以碎屑岩区的广西来宾金秀瑶族自治县范围内的滑坡为研究对象,选取岩性、坡度、坡向、地形起伏度等10个致灾影响因子,通过信息量模型(I)与逻辑回归模型(LR)、随机森林(RF)、BP神经网络(BP)、卷积神经网络(CNN)等4种模型的耦合,以此构建出相应的易发性评价模型,同时对其精准性进行有效评价,进而在研究区范围内进行滑坡易发性分区。研究表明,信息量与BP神经网络耦合模型的ROC曲线AUC值最大(0.94),因此,可用此方法进行碎屑岩区的滑坡易发性分区。最后,通过评价可知,研究区的滑坡高易发区主要集中在路网和水系两侧。文中针对碎屑岩区的滑坡易发性分区进行了一次有效探索,可为当地防灾工作提供一定依据,也可为类似区域的滑坡防治提供一种思路。

基于CFD-DEM与Archard模型耦合的锤片磨损规律与磨损失效可靠性分析

锤片磨损失效是锤片式转子常见的失效模式。为了探究锤片的磨损规律,对锤片磨损失效可靠性进行分析。采用CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)、DEM(discrete element method,离散元方法)与Archard磨损模型耦合方法对锤片磨损过程进行数值模拟,借助偏最小二乘法拟合锤片累积磨损量曲线,建立了锤片累积磨损数学模型。在此基础上,基于应力-强度干涉模型与蒙特卡洛方法对锤片磨损过程中的动态可靠度进行计算与分析。结果表明:锤片累积磨损量随时间近似呈线性递增;采用所建的数学模型算得锤片的累积磨损量为16.09 mm,其与实测值的相对误差为8.76%,说明所建立的锤片累积磨损量预测模型基本准确;在工作时间超过110 h后,锤片的磨损失效可靠度逐渐降低;在达到极限工作时间120 h时,锤片的磨损失效可靠度为0.94。研究结果可以为锤片磨损规律的研究与动态可靠性优化提供参考。

基于证据权与Logistic回归模型耦合的滑坡易发性评价

滑坡灾害易发性研究对地质灾害风险管理及减灾防灾有着重要的现实意义。目前,多模型耦合的评价方法在国内外应用较为广泛,但将证据权与其他方法相结合用于滑坡易发性评价的研究却较少。鉴于此,本文以浙江省永嘉县为例进行滑坡易发性评价,选取高程等9个因素作为滑坡易发性的评价因子。利用证据权模型计算得到的证据权对比度与分级栅格比、滑坡栅格比进行比较,实现各评价因子状态分级处理;再运用Logistic回归模型算得各评价因子的权重。综合两种模型确定的状态分级权重和评价因子权重,基于GIS的栅格运算功能得到各评价单元的滑坡发生概率,实现研究区滑坡易发性分级区划。研究结果表明,证据权与Logistic回归耦合模型的评价结果的合理性与精确度均优于两种单一模型;且极高易发区和高易发区主要分布在水系延展区、断层密集区、岩组软弱区。研究结果对滑坡灾害风险管理及城市防灾规划具有一定的参考价值。

基于CF与Logistic回归模型耦合的地质灾害易发性评价——以北京市大清河流域生态涵养区为例

在北京市大清河流域生态涵养区1450 km^(2)的区域内,以遥感影像解译为基础,结合1∶50 000地质灾害详细调查,获取全区888个地质灾害隐患点作为样本数据库,选取基岩类型、地貌类型、地形坡度、河流、公路、断裂6个评价因子,采用确定性系数(CF)与Logistic回归耦合模型评价地质灾害易发性,依照自然间断点分级法(Jenks)将研究区划分为极高易发区、高易发区、中易发区、低易发区和极低易发区。将未参与模型训练的20%地质灾害隐患点作为检验点与易发性分区结果进行叠加分析,通过频率比和ROC曲线进行精度检验。结果显示:基岩类型对地质灾害的发育具有控制作用;公路、断裂对地质灾害的空间分布影响明显;CF与Logistic回归耦合模型在实际应用中具有较高的准确性,是一种地质灾害易发性评价可靠性高的模型。

电力系统低模型耦合智能状态估计

在传统电力系统状态估计中,状态修正方程的迭代步长一般选取固定值,该方法常因数据质量低、网络条件复杂而不能有效收敛。为解决该问题并提高状态估计的适配性,首先,对经典逻辑函数进行重构,找到在图像上与状态估计高质量数值迭代具有天然适配性的母函数,并将其作为步长控制因子,通过控制参数实现步长因子的智能调整。然后,引入权因子函数,使算法在迭代过程中执行变权操作,可降低不良数据的影响。与解析方法调整步长的策略相比,该方法具有对模型耦合性较低、可移植性强的特点。最后,以IEEE 30节点系统为例,在量测出现不良数据和网络准病态、病态的条件下,验证所提方法的数值稳定性、运算效率和估计质量均明显优于传统固定步长方法。

基于土地利用分类模型和重力模型耦合的人口分布模拟——以武汉市人口数据为例

将土地分类模型和重力模型耦合形成新模型,并以武汉市人口数据为例,用耦合后的新模型模生成武汉市人口网格数据。经数据验证表明,耦合后的新模型在计算精度方面有了较大的提高。

虚拟植物系统模型耦合构建技术

在构建植物生长模型时考虑其形态结构与生理功能交互关系,建立了虚拟植物模拟模型,并基于图形技术建立了植物形态的可视化模型,通过模型耦合构建出虚拟植物系统。基于芦苇生长过程进行了模拟检验,结果表明本系统对植物生长发育具有较好的预测性和可行性。

WRMM模型与地下水利用模型耦合研究及其应用

在运用WRMM模型的基础上,综合考虑地下水利用及污水回用等,将地下水利用模型和污水回用模型分别与WRMM模型耦合,形成适用于干旱区的水资源管理模型,并应用于乌鲁木齐市水资源综合规划中,效果良好。

雷达信号级仿真中模型耦合问题及解决方法研究

对雷达信号级仿真中由于雷达采用非线性的对数接收机造成的目标回波小尺度幅度起伏特性模型与接收机模型相互耦合的原因和所产生的影响进行了分析。为消除模型耦合的影响,从模型解耦的角度出发,提出了指数恢复+直接回放方法;从保证仿真中的对数接收机输出与实际雷达的对数接收机输出相一致的角度出发,提出了输出合成方法。输出合成方法在一个雷达信号级仿真系统中得到了成功的应用。

气象水文模型耦合在黄河三花间洪水预报中的应用

水文预报的有效预见期越长,预报精度越高,其对防洪减灾的价值就越大,而气象水文模型的耦合是延长水文预报有效预见期的一个重要研究方向。选取黄河流域三门峡水库以下、花园口水文站以上集水面积为研究区域,基于空间分辨率为90 m×90 m的数字高程模型数据构建数字流域水系,利用中尺度非静力模式MM5进行降雨预报和气温预报,并将之作为分布式时变增益水文模型降雨和蒸发计算的输入进行关键站点的水文预报,实现了分布式时变增益水文模型与大气中尺度非静力模式MM5的单向耦合及定量降水预报与洪水预报的结合,为花园口防汛工作提供了一定的参考价值。2012年与2010年的流量滚动预报结果相比,2012年预报结果的效率系数较大,径流深相对误差较小,说明2012年预报效果较好。对预报结果分析表明,实测的水情资料完整性直接影响预报结果,而滚动预报时间段的增加,水文预报的初始场对径流预报的影响逐渐减弱,水文预报的精确度逐渐提高,预报的效果变好。

与马斯京根汇流模型耦合的BP神经网络修正算法

为提高洪水预报的精度,提出一种BP神经网络耦合修正算法。该方法将水文模型预报的稳定性与神经网络预报的精确性相结合,应用实测流量资料与马斯京根汇流模型耦合进行单时段修正检验,对新安江模型计算的主河道各河段区间入流进行实时修正,并将实时修正的结果与二阶AR模型进行对比分析。通过实际流域验证,结果表明:改进BP耦合修正算法修正效果稳定,收敛迅速,在提高洪水预报精度的同时不损失预见期,实时修正效果整体优于二阶AR模型。

动态数据驱动多模型耦合的滑坡稳定性分析方法

我国是一个地质灾害频发的国家,滑坡作为典型地质灾害具有时间分布上的突发性、空间分布的随机性、影响因素的复杂性的特点,受地形、地质、水文和人文因素复杂影响下的滑坡稳定性分析成为科学研究的前沿热点。传统滑坡稳定性分析基于静态的物理模型,其模型通常建立在一定的假设基础上,模型抽象,参数时变、空变,导致对滑坡稳定性分析难以满足防灾减灾的时效性、准确性需求。因此,本文提出了一种基于动态数据驱动的多模型耦合的滑坡稳定性分析方法,利用天空地一体化监测数据,建立了一套依靠动态传感数据实时驱动的地形-水文-滑坡机理耦合的滑坡稳定性分析框架,阐述了基于知识规则的监测数据智能清洗方法,数据驱动的多模态监测数据实时接入与自主加载,多模型耦合机制,监测数据与滑坡机理模型动态同化算法,从而提高了滑坡稳定性分析的时效性和准确性,变被动减灾为主动防灾。

雷达信号级仿真中的模型耦合问题研究

针对目标回波小尺度幅度起伏特性模型进行了介绍。对雷达线性接收机和对数接收机的特性和模型进行了对比。对雷达信号级仿真中,由于雷达采用非线性对数接收机造成的目标回波小尺度幅度起伏特性模型与接收机模型相互耦合的原因和所产生的影响进行了分析。提出对这样的模型耦合问题必须解决,以保证仿真研究结果的有效性。

基于模型耦合的高空系留气球升降过程研究

为了研究高空系留气球升降特点,将气球飞行动力学模型与热力学模型相结合,通过数值仿真重点模拟并分析高空系留气球的上升与下降过程。结果表明:随着气球的升降,气球内部的气体温度变化明显,在上升过程中出现超冷现象,而在下降过程中出现超热,同时,气球内气体温度的变化又影响了气球的体积,进而通过浮力、阻力等环节对气球的升降过程起到一定的“负反馈”作用;在此基础上,气球的升降过程还需要着重考虑系留缆绳的控制作用,上升过程中缆绳的释放速度需要快,不得阻碍气球上升,而在下降过程中缆绳的收卷速度需要慢,不得超过自身的强度极限,研究得出在文中工况下高空系留气球缆绳的放线速度不小于14 m/s,回收最大拉力在90 kN量级以内。研究结果对高空系留气球系统设计具有重要的指导意义。