黄河流域煤炭-煤电-煤化工场地特征精准智能识别方法及应用

黄河流域是“能源流域”,兼具生态环境治理和经济社会发展的重任,涉煤产业场地类型、数量及特征的精准智能识别是流域能源资源-低碳发展-生态保护的关键基础问题。研究融合多源数据与深度学习算法,从流域-基地-场地尺度对黄河流域13个大型煤电基地的煤基场地特征精准解析,获得煤电基地高精度、高质量的本底信息,提出一种实时实景智能识别涉煤产业空间特征的新方法。(1)筛选Google image、GF-6影像、Sentinel-2影像等多源数据,采集13个大型煤电基地煤基场地样本,构建煤炭场地(露天)、煤炭场地(井工)、煤电场地、煤化工场地4类数据集,涵盖21种样本类型。按照每种样本六面体设定6×10个样本,共计1 260个场地样本,分析得出最适样本数量-最高识别效率-最优识别模型的置信区间为80%~86%。(2)建立了煤基场地类型量化模型(Coal-based Site Classification Quantitative Model, CSCQM)和煤基场地范围特征模型(Coalbased Site Range Characteristic Model, CSRCM),模型平均精准度为0.837。明析了黄河流域涉煤产业场地本底信息,提出Google image底图叠加场地智能识别模型解算结果的高精度场地智能识别方法。(3)解析了流域神东煤炭-煤电产业集聚区精准本底数据,依据遥感生态指数(Remote Sensing Based Ecological Index,IRSE)分析,煤基场地分布2 km核心区地表生态质量受煤炭、煤电产业影响明显,5 km缓冲区则影响不明显,而8 km控制区基本不受煤炭、煤电产业影响,从而给出了“动态修复”与分区域、分阶段重点治理等低碳路径。(4)解析了流域宁东煤炭-煤电-煤化工产业集聚区精准本底数据,2022年煤炭场地17.81 km^(2)、占比34.1%,煤化工场地22.3 km^(2)、占比42.6%,煤电场地12.2 km^(2)、占比23.3%,煤化工场地>煤炭场地>煤电场地。进而采用PSR(Pressure-State-Response)模型得到风险管控综合得分53.93分,较2003年提高了27.2%。划分生态维护区、生产监测预警区、损毁修复重建区、其他调控区的分区管控模式。研究为涉煤产业煤基场地潜在污染控制、场地治理及区域生态修复提供技术方法与实践支撑。

Experimental and numerical investigation of a composite structure with frame and skin

A composite structure with frame and skin based on cabin structure in a large space telescope is studied in this paper.The frame is composed of longitudinal and transverse beams with hybrid bonded/bolted joints,and the skin is connected to the frame by bolts.Tensile tests are conducted on the structure by a set of test stand.It is observed that residual deformation occurs in the first test of the structure,which is attributed to the relative sliding between the skin and frame because of bolt-hole clearances.The high tightening torque and the increased number of the skin-frame bolts contribute to the high stiffness of the structure.A finite element model(FEM)of this composite structure is established,and the simulation model is verified by the experimental results.The FEM is contrastively analyzed with different frame joints,and it is found that adhesive joining in the hybrid bonded/bolted joints enhances the stiffness of the structure significantly.Given that adhesive plays a leading role in the stiffness of the hybrid joints,Tie contact in FEM is proposed to simulate bonded or hybrid joints when studying the stiffness performance of undamaged structure.

基于多源遥感技术的红层滑坡识别与监测研究

红层滑坡具有分布广泛、隐蔽性强、突发性高、识别难度大等特点,采用多源时序InSAR技术和光学遥感技术对四川省成都市龙泉山地区开展滑坡隐患识别,并以郑家房子滑坡为典型点开展时序监测分析,以揭示其变形规律。结果表明:基于时序InSAR技术共识别出9处滑坡地质灾害隐患点,ALOS-2数据的识别效果优于Sentinel-1数据;InSAR监测显示郑家房子滑坡变形具有周期性,变形区间与汛期重合,最大形变速率为-40 mm/a,最大变形量为134 mm。结合现场调查分析,该滑坡在强降雨等诱发因素下可能发生大规模失稳,直接威胁坡体居民区和村道,建议在雨季加强持续性监测。

青藏高原东部大渡河流域太平桥乡古滑坡群复活特征多源遥感识别

青藏高原东部大渡河流域是全球古滑坡最为发育的地区之一。由于人类工程活动的增多以及强降雨的频发,大渡河流域的古滑坡复活问题已日趋严重。本文选取大渡河流域太平桥乡古滑坡群的各洛寨村滑坡为例,采用无人机航空遥感(UAV)和Interferometric Synthetic Aperture Radar(InSAR)监测相结合的多源遥感技术手段,对各洛寨村滑坡的复活变形特征以及复活机理进行研究分析。基于无人机航空遥感影像能够有效识别各洛寨村滑坡的变形特征,两组横向贯穿中上部滑坡体的大规模拉张裂缝以及前缘左侧大型次级滑坡表明该滑坡呈现整体复活迹象。依据InSAR时序监测结果证实,2020年5月至6月持续两个月的强降雨是古滑坡复活的主要诱发因素,该滑坡目前仍处于持续变形状态。在强降雨或者地震等条件下,前缘左侧次级滑坡可能进一步下滑,甚至引发各洛寨村滑坡整体失稳滑动。基于多源遥感技术手段的各洛寨村滑坡复活变形特征及机理研究,其成果能够为大渡河流域古滑坡复活的防灾减灾工作提供有效技术支撑。

利用Stacking/SBAS技术在滇西北地区滑坡隐患的识别对比

文章以滇西北地区为例,分别利用Stacking和SBAS技术对92期Sentinel-1数据进行处理,并结合可视性开展滑坡隐患识别对比研究。Stacking和SBAS技术分别识别出32、26处滑坡隐患,其中,Stacking技术对滇西北地区滑坡隐患识别更具优势,尤其是在透视收缩区域也能保持较好的滑坡隐患识别效果;而SBAS技术识别准确率高,在获取形变速率的同时还可提取时序信息。研究表明,在西南区域利用升降轨数据开展滑坡隐患识别,首选Stacking技术,并结合SBAS技术,可有效防止隐患的漏判。

缓倾红层地区岩质崩塌基本特征及成因机理初步分析——以四川洪雅铁匠湾崩塌为例

红层区常发育缓倾角岩质边坡,因其软硬相间的岩性组合,地质灾害频发,灾害严重。基于光学卫星遥感、无人机航空摄影测量、现场调查等天空地一体化的技术手段,以2021年4月5日发生的四川洪雅铁匠湾缓倾角红层岩质崩塌为研究对象,探讨了崩塌的基本特征和成因机理,分析了铁匠湾陡崖区崩塌灾害发展趋势,以期为红层区类似灾害的研究提供资料支撑。结果表明:铁匠湾崩塌可分为主崩塌区和崩塌影响区两个区域,其中主崩塌区包括崩源区1处、铲刮区1处、堆积区1处、流水二次搬运堆积区1处,崩塌影响区包括潜在崩源区1处、扰动变形区5处。崩塌源区具有“上硬下软”的岩石组合,岩体发育两组近于垂直的优势结构面,2013年已表现出变形迹象,在降雨、温差的持续作用下导致源区危岩体的最终失稳垮塌,巨大的冲击力作用于危岩体下方的老崩塌堆积体和基岩,引起崩塌-碎屑流灾害链。在光学遥感影像解译和野外调查的基础上,认为铁匠湾崩塌存在二次崩塌的风险,在崩塌邻区识别出类似崩塌隐患点6处,建议采用无人机、机载LiDAR等技术手段开展铁匠湾陡崖区崩塌隐患的早期识别与持续监测。

不同抗体亚型重症肌无力患者的临床及电生理特征分析

目的分析不同抗体亚型重症肌无力(MG)患者的临床及电生理特征。方法纳入2019年8月至2023年8月复旦大学附属中山医院(厦门)神经内科收治的确诊为MG的患者62例,回顾性收集患者的临床资料,并根据血清抗体类型分为抗乙酰胆碱受体抗体阳性(AchR-MG)组、肌肉特异性酪氨酸激酶抗体阳性(MuSK-MG)组、血清双抗体阴性(DSN-MG)组,比较分析三组患者人口学资料、临床分型和新斯的明试验结果、首发肌群分布、伴随自身免疫性疾病、伴发胸腺病变、重复电刺激结果等。结果研究纳入的62例MG患者中,AchR-MG组患者36例(58.06%),MuSK-MG组患者5例(8.06%),DSNMG组患者21例(33.87%),DSN-MG组全身型患者比例低于其余两组,差异有统计学意义(P<0.05)。MuSK-MG组首发症状累及球部肌群比例高于AchR-MG组、DSN-MG组,差异有统计学意义(P<0.05)。MuSK-MG组首发肌群累及眼部肌群比例低于AchR-MG组、DSN-MG组,差异有统计学意义(P<0.05)。AchR-MG组新斯的明试验阳性率高于MuSK-MG组和DSN-MG组,差异有统计学意义(P<0.05)。MuSK-MG组RNS总阳性率高于AchR-MG组、DSN-MG组,差异有统计学意义(P<0.05),其中面神经RNS阳性率显著高于其余两组(P<0.05),而三组腋神经、副神经、正中神经RNS阳性率差异无统计学意义(P>0.05)。三组胸腺瘤发生率差异有统计学意义(P<0.05),而三组发病年龄、性别、风湿免疫自身抗体异常发生率、甲状腺功能异常发生率、胸腺增生/退化不全发生率差异无统计学意义(P>0.05)。结论不同致病抗体亚型MG患者在临床分型、首发肌群、新斯的明试验阳性率、胸腺瘤发生率、RNS阳性率等方面存在显著差异。

基于SBAS技术的地表形变自动识别与监测分析

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术因全天时、全天候、不受云雾影响,广泛用于地表形变监测,如何快速获取大范围内形变区域的分布情况亟须解决的问题,为此利用短基线集(SBAS)技术处理了143期Sentinel-1A数据,对山西省沁水县进行了地表形变监测,利用热点分析方法自动提取变形区域,并对提取出来的重点区域进行长时间的监测分析。研究结果表明,在沁水县共识别出15处地面塌陷区和1处滑坡。通过对两处典型区域进行时序形变监测,发现塌陷区域目前仍然处于持续变形中,且形变量级较大,最大累积形变量达到了-205.2 mm,验证了利用热点分析进行大范围结果识别监测的可靠性,研究成果可为该区域研究和矿区塌陷灾害防治提供支撑。

空间遥感器反射镜背部支撑结构设计

鉴于空间遥感器反射镜组件需要具有高面形精度、高可靠性和高稳定性支撑的性能,设计了一种应用于天基反射镜的三点背部支撑结构,该支撑结构包括锥套、柔节和修研垫。对三点背部支撑的支撑原理以及工程实现开展了深入研究。对引起三点背部支撑反射镜组件面形误差变化的误差源进行了归纳总结,研究了各个误差源引起面形变化的作用机理,对支撑结构开展相应的设计来缓解各个误差源导致的反射镜的面形精度的变化。首先采用有限元仿真的方法对设计结果开展静、动力学仿真,然后对加工装配完成的反射镜组件开展了试验测试。测试结果表明,在工作状态下采用该三点支撑结构的镜组件的面形误差优于λ/60(λ=632.8 nm),镜体刚体位移小于0.01 mm,镜体转角小于2″,质量小于4.5 kg。整个组件具有合理的模态分布,基频是254 Hz,大大高于设计要求值120 Hz。镜组件在正弦振动和随机振动下的最大放大倍率为1.73倍,在正弦振动和随机振动下的最大应力为369 MPa,远低于选用材料的屈服极限。

关闭矿山空间资源特征解析与转型路径

随着我国社会经济发展和煤炭资源的持续开发,部分矿井已到达其生命周期终点。预计到2030年,我国关闭矿井将达到15000处,矿井直接关闭不仅会造成资源巨大浪费和国有资产流失,还可能诱发生态环境问题。针对关闭矿山引起资源浪费及环境与社会问题,如何科学开发利用关闭矿山资源,促进资源枯竭型矿区转型,已成为当今世界能源环境领域的重要议题。主要研究:①分析国内外关闭矿山学术关注与相关研究热点,总结了关闭矿山领域主要有待研究解决的问题,探究关闭矿山研究理论体系及主要评价方法。②采用卫星-机载-地面数据识别关闭矿山资源特征并划分了矿井地上/下资源类型,地上资源包括地表水资源、土地资源、工业广场和生活区建筑等,地下资源包括地下水资源、残留煤炭资源、地下空间资源和井下设备等。③运用井上/下空间资源评价模型,计算得到朱家河煤矿工业广场建筑空间体积为1.04×10^(5) m^(3),井下空间包括井筒、巷道、硐室体积共1.18×10^(5) m^(3),总残留煤炭资源量近5600万t。④比较已有国内外关闭矿山转型利用方式,基于约束因子、转型适宜等级、资源条件等给出了关闭矿山转型路径技术体系。地上转型分为4个模式:矿业旅游开发利用模式、自然生态修复模式、融合地下空间利用模式、修复与开发综合利用模式。地下转型分为3个模式:地下资源再利用模式、经济利用开发模式、低碳生态发展模式。并根据资源转型路径确定步骤,制定了渭河流域15对关闭矿井最适转型路径。

空间遥感器线阵与面阵探测器共基板焦面组件设计

空间遥感器的焦面组件是空间遥感器的一个关键部组件,完成光信号到电信号的转变功能,要求其具有高拼接精度、高稳定性和高度轻量化的性能。针对某深空探测遥感器兼具推扫成像和凝视成像的功能需求,设计了一种线阵面阵探测器共基板的焦面组件,主要包括焦面基板、CCD组件、CMOS组件和视频处理电路板等。通过合理的布局,在一块焦面基板上完成了三片CCD芯片和两片CMOS芯片的布局设计,结构紧凑,散热效果好,同时利用铜片分割和电箱结构覆盖的手段提升了焦面组件的电测兼容性能。完成焦面组件的拼接,CCD探测器的搭接误差优于±2μm,各个探测器的共线和平行度误差优于±2μm,共面度误差优于±2.5μm。最终,对焦面组件开展了力、热环境试验,探测器的共线、平行度和共面度误差均无变化,表明焦面组件具有足够高的拼接精度和稳定性,焦面组件的基频为135 Hz,具有足够高的动态刚度,同时,还对整机进行了电磁兼容试验,性能良好。

典型干旱半干旱草原矿区生态累积效应

位于黄河流域中上游的内蒙古干旱半干旱草原区,是我国"两屏三带"生态安全屏障区,也是大型煤炭基地和煤电基地的分布区。由煤炭资源开采造成的土地退化、地下水位下降、生物多样性减少等生态问题,经过长期累积和空间外扩,对矿区及周边地区生态产生严重负面影响。针对这一区域生态累积效应的研究已经引起了国家和社会的关注。已有研究主要聚焦干旱半干旱草原矿区某一生态要素、某一时间段的生态效应分析,而煤矿发展具有生命周期和复杂的能量物质流动。为此,(1)阐述了国内外干旱半干旱草原矿区的相关研究,分析了煤矿生命周期阶段,给出了矿区不同生命阶段的发展过程与草原生态系统演变的空间关系;(2)解析了内蒙古东部干旱半干旱草原矿区生态效应累积特征,重点阐述了水、土、植被关键生态要素的累积源、累积途径及表征形式;采用趋势线分析法分析了内蒙古东部地区植被覆盖度时空累积变化趋势,1981—2015年61.29%的像元植被覆盖度变化不明显,通辽市西北部、赤峰市北部及呼伦贝尔市中部地区约16.86%的像元植被覆盖度呈现减少的趋势,呼伦贝尔市西部、兴安盟南部、赤峰市及通辽市西南部地区约21.85%的像元植被覆盖度呈现增加的趋势;(3)基于土地环境生态累积响应机理对生态承载力、生态累积效应、生态系统弹性3者关联关系进行了说明,提出了弹性调控的技术路径;定量研究煤矿全生命周期的生态累积效应有助于明确草原矿区生态系统演变规律,为干旱半干旱草原矿区生态修复提供理论基础和实践依据。

火星探测高分辨率可见光相机光学系统设计

详细规划了首次火星探测有效载荷高分辨率可见光相机光学系统设计方案。阐述了火星探测高分相机的科学意义以及国外火星高分相机的发展趋势。据此对光学系统的选型进行了分析,从应用优势角度选择了COOK式离轴三反系统完成光学系统设计,光学系统焦距为4 600 mm,相机对孔径1:12,实现分辨率优于0.6 m@300 km,视场角优于2°的光学系统。从工程可实现性角度,完成了相机离轴非球面反射镜检测补偿器的设计。该光学系统可保证火星高分相机指标居国际领先水平。

天问一号高分相机主光机在线装调技术研究

天问一号高分相机采用了离轴三反光学系统,指标精度高,结构复杂,研制周期短。鉴于上述要求,对离轴三反光学系统的计算机辅助装调技术进行了深入研究,并应用到天问一号高分相机主光机结构的装调过程中,利用计算机辅助装调技术使天问一号高分相机主光机结构的装调指标迅速收敛。各个视场的平均系统波像差优于λ/14,在特征频率57.1 lp/mm的平均传递函数0.381。此外,对主光机结构开展了一系列的环境模拟试验,包括力学应力筛选试验、高低温循环试验和失重环境适应性试验。在经历试验后,各技术指标均变化很小,基本满足总体设计指标要求。天问一号成功发射,传回了清晰的火星照片,进一步验证了计算机辅助装调技术的装调效果。

天问一号高分辨率相机成像参数设置及定标测试

为了使天问一号有效载荷高分辨率相机在轨工作期间获取到高质量图像,对高分辨率相机成像参数的设置进行说明。结合实验室定标测试结果,给出了相机在轨工作默认参数以及不同地面反射率和不同太阳高度角下的成像参数。首先,根据大气辐射传输模型计算出各谱段在相机入瞳处的辐亮度。接着,利用光电转换模型计算出CCD探测器信号输出电荷值。然后,在满足图像信噪比大于100的系统要求下,计算出相机成像参数。最后,在实验室条件下进行相机光谱定标和辐射定标测试及定标误差分析。实验结果表明:高分辨率相机的视频响应曲线呈线性关系,图像灰度值和成像参数呈线性关系,线性拟合相关系数均在0.999以上,线阵CCD各谱段响应非均匀性均不超过1%,典型照明条件下信噪比不低于100倍,相对辐射定标不确定度优于3%,绝对辐射定标不确定度优于7%。理论计算与实验室定标测试结果基本符合,成像参数设计合理,定标测试结果满足系统要求。

4Cr5MoSiV1热作模具钢的热变形行为与热加工图

利用Gleeble-3500型热模拟试验机对4Cr5MoSiV1热作模具钢进行单道次等温压缩试验,研究了其在变形温度750~1050℃,应变速率0.001~0.1s^(-1)条件下的热变形行为,并观察变形后的显微组织;根据试验得到的真应力-真应变曲线,构建了03真应变下的Arrhenius高温本构模型,并在动态材料模型基础上绘制了热加工图,从而得到该钢的合理热加工区间。结果表明:4Cr5MoSiV1钢的变形抗力随变形温度的升高或应变速率的降低而显著降低;4Cr5MoSiV1钢的热变形激活能为59452 kJ·mol^(-1);在试验参数范围内,4Cr5MoSiV1钢合理的热加工区间为变形温度1050℃、应变速率0.001~0.01s^(-1),此时组织中的碳化物细小且弥散分布,第二相强化效果显著。

基于时序InSAR技术的滑坡隐患识别对比研究

星载合成孔径雷达干涉测量技术(interferometric synthetic aperture Radar,InSAR)具有非接触、大范围、空间覆盖范围广、监测精度高等优势,目前广泛用于地质灾害监测。该文以植被密集区域四川省雅安市为研究区,利用时序InSAR技术(Stacking技术、小基线集(small baseline subset,SBAS)技术)开展滑坡隐患识别对比分析,通过对比基于Sentinel-1数据利用不同时序InSAR技术获取的地表形变速率图,发现SBAS结果受各种误差影响较小,监测效果较Stacking结果更好;对基于地表形变速率图解译的滑坡隐患结合野外调查结果进行统计分析发现,Stacking技术识别的隐患点数目最高,SBAS技术的隐患识别准确率最高,因此,在顾及滑坡隐患点的漏判和准确率上,在雅安市建议采用SBAS技术和Stacking技术相结合的形式开展滑坡隐患早期识别。

主动随机送风条件下大口径离轴三反光学系统的计算机辅助装调

气流扰动是决定大口径、长焦距光学系统波前检测精度的重要因素,进而影响光学系统装调的效率和质量。针对该问题,提出采取主动随机送风来抑制气流扰动对波前检测的影响。实验结果表明,通过主动随机送风,可以提高系统波前检测的稳定性,Zernike系数测量结果标准差由0.04降低到0.01以下。进一步地,在主动随机送风条件下完成了一个0.5 m有效通光口径,6 m焦距的离轴三反消像散光学系统的计算机辅助装调。经过两轮迭代,系统波像差RMS平均值由0.49λ降低到0.086λ,满足系统像质要求。通过主动随机送风可以有效地抑制气流扰动对大口径、长焦距光学系统波前检测的影响,从而为计算机辅助装调提供稳定、正确的波前数据,提高了系统装调的效率和质量,这对于研制大口径光学系统具有重要意义。

天问一号高分相机成像噪声分析与抑制

在深空探测中,为了充分利用有限的空间和视场,提出了一台相机同时含有三片线阵TDI CCD思路。为了获得高分辨率、高信噪比的遥感图像数据,针对相机成像链路,分析了影响高分相机信噪比的关键因素,提出了成像系统的串扰模型,并针对各种影响要素提出了改进措施。首先,完全独立设计各个通道,减少通道间的电路耦合。其次,调整垂直转移驱动信号的时间常数,以减小TDI CCD芯片内部的串扰噪声。最后,通过三片探测器物理隔离,减小噪声的近场耦合。对天问一号高分相机进行辐射定标试验,试验结果表明:模拟火星轨道条件,在典型工况条件,太阳高角30度、地面反照率0.2时,TDI CCD全色谱段在积分级数为32级的情况下信噪比即可达到最高115.1倍,满足火星探测的指标要求。

深空探测相机超轻主支撑结构优化设计

根据深空探测相机轻质高刚度、高性能的要求,设计了一种超轻主支撑结构。深空探测相比于地球探测环境更加严苛,主支撑结构作为主承力结构,其在发射、在轨环绕阶段都应具有高稳定性,来保持各光学元件之间的相对位置不变。与传统方法相比,文中采用拓扑优化得到清晰的主支撑结构的最佳传力路径,然后通过尺寸优化来提高主支撑结构基频。最后进行轻量化设计,其前后框架结构轻量化率达到90%以上。仿真分析和试验结果表明,主支撑结构满足公差要求且基频(80.264 Hz)远远高于整星一阶频率,应用光学测量的方法振前、振后前框架相对于后框架倾角为3″、0.3″,满足光学系统的公差要求,具有较好的稳定性。大量级力学试验后系统的波像差<λ/14,满足光学系统成像质量要求。