GNSS辅助风云三号卫星MERSI近红外通道的大气可降水量反演方法

大气水汽是对流层中的重要参数之一,已被广泛应用于短临天气预警和长期气候监测等领域。我国风云三号(FY-3)系列卫星搭载的中分辨率光谱成像仪可用于大气水汽监测,但反演大气可降水量(PWV)时存在大气透过率参数低估、水汽与大气透过率回归系数经验选取的缺陷,无法满足在短临降雨监测、数值同化等高精度PWV应用方面的需求。针对该问题,本文提出一种GNSS辅助FY-3卫星的高精度PWV反演方法。本文方法引入高精度实测GNSS PWV作为大气透过率计算模型的回归拟合参数,辅助FY-3 L1级数据精确估计PWV和大气透过率的模型回归系数;同时,该方法顾及季节和高程因素对FY-3-L1 PWV反演的影响,分季节反演PWV并引入数字高程模型修正由于部分大气透过率参数低估导致的FY-3 L1 PWV相对不准确的现象。选取中国区域2013—2014年FY-3A卫星的L1数据和中国地壳运动观测网络的260个GNSS测站数据进行试验。结果表明,本文提出的GNSS辅助FY-3系列卫星PWV反演方法优于传统方法(FY-3A-L2 PWV),其整体精度改善率为74.5%,可得到更加可靠、稳健性更强的PWV格网产品,对于其在短临降雨监测和数值同化等方面具有重要意义。

响水煤矿山体地质灾害实时在线监测技术

为掌握响水煤矿山体地质灾害的实时状态及变化情况,对滑坡体全要素数据进行实时监测,提出了一套基于MEMS三轴加速度传感器和MEMS陀螺仪的山体地质灾害监测技术,介绍了关键技术原理,分析了监测误差的关键参数并建立误差修正模型,制定了标定试验步骤,在工程案例中对结果进行了验证。工程应用试验结果表明,经过温度误差改正,该系统测量精度可达0.2 mm,分辨率和灵敏性优于0.1 mm,长期稳定性可达0.2 mm,可准确判断山体地质灾害的隐伏滑面为地面下13.0 m处,计算该隐伏滑坡体的方量和下滑力,满足山体地质灾害全要素长期实时监测和预测预警的需要。

时空加权与再分析资料相结合的GNSS PWV时序填补方法

PWV是对流层中的重要参数之一,长时序连续的PWV对长期气候变化研究具有重要影响。但受外界因素影响,目前GNSS获取的PWV长时序数据缺失严重或分辨率较差,无法满足长时序分析的应用需求。针对该问题,本文提出了一种顾及时空加权的PWV长时序填补方法(STW)。该方法引入再分析资料,同时顾及GNSS站点上空水汽在空间和时间上的变化特征,并根据测站位置给予PWV时空变化不同的权值,选取中国地壳运动观测网络的实测数据和欧洲中尺度天气预报中心第五代全球大气再分析数据集进行试验。结果表明,本文提出的STW方法在不同时间分辨率的数据缺失和PWV长时序重采样方面均优于经典的线性插值和模型替换方法,可以得到更加可靠、精确和完整的PWV长时序集。

利用均方误差相对变化规律确定正则化参数及其在PolInSAR测量反演中的应用

正则化方法是大地测量解算病态问题的常用方法,而正则化参数是影响正则化方法解算结果的关键参数。以均方误差最小为准则选取正则化参数,具有较充分的理论依据,可有效实现模型参数估值精度的提升。但是,均方误差计算过程中需要未知参数的真值,在实际情形中只能通过参数估值替代真值估算均方误差,难以获得可靠准确的均方误差值,限制了正则化参数的有效性。鉴于此,本文分析了正则化参数变化引起的方差与偏差变化规律,提出了一种均方误差相对变化值确定方法。依据不同正则化参数下模型参数真值不变原则,计算不同正则化参数下的方差与偏差相对变化量,从而消除参数真值对均方误差估计的影响。本文首先利用不同正则化参数计算两相邻正则化参数间的方差与标准差相对变化量;然后计算两正则化参数间模型参数估值变化量,通过差分运算分析得到两相邻正则化参数下的偏差相对变化量;最后综合标准差变化与偏差变化关系,得到均方误差最大降幅的正则化参数。通过PolInSAR植被高测量试验对本文方法的可行性进行了验证。试验表明,本文方法可有效改善正则化法模型参数估计精度。两个PolInSAR测量试验模型参数反演精度均得到了提高,合理验证了本文方法的可行性与有效性。

从国家自然科学基金项目资助探讨大地测量学的学科架构与发展

大地测量学是地球科学的一个重要发展领域,通过对地球和行星几何与物理量的观测与分析,研究地球和行星几何形状、物质运动状态及其空间环境响应,为国家基础设施和国防建设提供时空和重力基准保障。随着大地测量学向地球科学基础研究和交叉应用等方面的不断延伸和快速发展,其研究水平得到了显著提高,在描绘、构建和认知地球和行星中占据了越来越重要的地位。本文基于历年来国家自然科学基金申请和资助项目,从项目类型、分支领域、依托单位、研究方向和关键词等方面进行了统计分析,梳理了学科发展特点,构建了学科架构知识图谱——大地测量学科树,以期为大地测量学领域相关学者提供参考。

MR扩散加权成像信号特征在急性缺血性脑卒中中的应用研究

目的:研究急性单发脑梗死患者首次磁共振扩散加权成像(DWI)病灶信号强度在急性脑梗死分期中的应用价值,并探讨病灶信号均质度对评估患者入院病情严重程度的价值。方法:回顾性对符合入选条件的177例前循环急性脑梗死患者,通过测得整体病灶相对信号强度(relative signal intensity,rSI)作为观察指标,统计分析超急性期、急性期和亚急性早期3组之间病灶rSI是否存在差异性;分析患者总体症状发作与首次急诊入院DWI检查的间隔时间与相应rSI的相关性;采用联合rSI的综合评分法对病灶均质与非均质进行评定,把病灶信号均质组与非均质组相应的入院NIHSS评分高低四组总体分布进行比较,并进行统计学分析。结果:177例中超急性期组24例、急性期组78例及亚急性早期组75例;轻度卒中组90例、中度卒中组66例、中-重度卒中组14例及重度卒中组7例。超急性脑梗死组rSI(1.573±0.238)、急性脑梗死组rSI(1.751±0.227)及亚急性早期脑梗死组rSI(1.943±0.309),三者相互之间均有统计学差异,所有P<0.01;177例rSI与相应的症状发作与首次急诊入院DWI检查的间隔时间呈正相关(r=0.553,P<0.01);信号均质病灶组103例,信号非均质病灶组74例,两组在入院NIHSS评分高低组别总体分布有统计学意义(P<0.05),且均质组和非均质病灶组病情程度分组总体概率分布不同,均质组中轻度组出现频率高于非均质组,非均质组中中度组出现的频率高于均质组。结论:首次DWI成像的对前循环单发急性脑梗死病灶信号强度测量,有利于总体上急性脑梗死超急性期、急性期及亚急性早期的临床分期;非均质病灶患者总体上较均质病灶患者的临床病情严重程度为重,病灶均质度判定对评估临床病情严重趋势具有一定价值。

基于多源数据和广义回归神经网络的ZWD预报模型

对流层湿延迟是GNSS误差源较难改正的部分。主流的天顶湿延迟(ZWD)经验模型大多基于单源数据,如探空数据或再分析资料的一种,且通过预设模型函数表征ZWD在不同尺度上的变化,难以准确描述ZWD在不同尺度上的非线性复杂变化,精度有待进一步提高。针对此问题,基于多源数据和具有强大非线性逼近能力的广义回归神经网络(GRNN),构建了一种ZWD预报模型。首先,采用GRNN模型优化和降采样两种不同数据源的格网ZWD,并将其与探空ZWD合并,获取高质量的ZWD数据集;然后,根据ZWD受时空影响较大的特点和机器学习的特点,设计了GRNN训练模型的输入变量和输出变量;最后,采用后验寻优的方法确定模型参数,进而获得最优的预报模型。经探空ZWD验证,相比国际典范经验模型GPT2w,模型的精度提高了25.3%(以RMS计);相对同方法单源(探空)数据模型,精度改善了11.1%;且模型的预报精度具有良好的时空稳定性。此外,计算效率和PPP应用试验结果表明,模型的计算效率可满足GNSS实时应用的需求,且应用于PPP的改进效果优于GPT2w。本文所提方法无须预设模型函数即可获得较高的ZWD预报精度,为ZWD模型化提供了一种思路。

基于D-P算法和最优路径的海山地理实体边界划定方法

海底地理实体的划定与命名是当前国际海洋权益领域的热点研究问题之一。然而,由于海底地理实体边界的量化界定技术缺乏,导致其界线确定不可避免地存在人为性,为此,本文提出了一种基于D-P算法和最优路径的海底地理实体边界划定方法。将高分辨率水深模型转换为二维水深矩阵,从横向与纵向进行剖面分析,采用极值点简化和D-P算法进行二次简化的方法,通过坡度变化定位和基部高程定位等基本条件综合判断,从而实现了单体海山的山体与其基部的自动划分;在此基础上,采用路径寻优的方法实现了连体型海山的自动分割。该方法在南海海底地理实体划定中进行了验证,取得了良好的应用效果。

生长分化因子15在多发性骨髓瘤细胞MM.1R中的表达及生物学作用研究

目的探讨生长分化因子15(growth differentiation factor 15,GDF15)在多发性骨髓瘤(multiple myeloma,MM)中的表达,并初步分析其对细胞生物学功能的影响。方法应用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测GDF15在多发性骨髓瘤细胞株MM.1R中的表达水平。再通过构建GDF15的过表达和沉默质粒分别转染MM.1R细胞株,检测细胞增殖、细胞迁移、细胞侵袭、细胞周期和凋亡。结果在72 h、96 h、120 h三个时间点,过表达GDF15组细胞增殖较阴性对照组明显增高,差异有统计学意义(P均<0.05);过表达GDF15后MM.1R细胞的迁移和侵袭能力有所增加,但差异无统计学意义(P>0.05)。在72 h和96 h,沉默GDF15组细胞增殖较阴性对照组明显降低,差异有统计学意义(P<0.05);与阴性对照组相比,沉默GDF15组能显著抑制MM.1R细胞的迁移和侵袭能力。48 h后,沉默组G0/G1期细胞比例显著高于阴性对照组,沉默组S期细胞比例显著低于阴性对照组,差异均有统计学意义(P均<0.05),但未见明显诱导MM.1R细胞凋亡的作用。结论GDF15基因影响多发性骨髓瘤细胞MM.1R的增殖、迁移和侵袭能力,并调节细胞周期,这可能会促进多发性骨髓瘤的进展。

煤矿掘进工作面远程智能控制系统研究与应用

为解决掘进工作面的智能化水平低、劳动强度高、掘进效率低等问题,进一步提升工作面的智能化水平,研究了煤矿掘进工作面远程智能控制系统。该系统主要组成部分包括感知系统、控制系统、分析决策系统和地面监控系统。远程智能控制关键技术包括智能感知技术、智能控制技术、工作面重现技术和数据传输技术。在韩城桑树坪二号井北翼回风巷进行了工业性试验,取得了良好的应用效果,为掘进工作面智能化建设提供了借鉴。

利用ECMWF改善射线利用率的三维水汽层析算法

针对传统水汽层析技术只能利用完整穿过研究区域射线重构三维水汽的缺陷,提出了一种利用欧洲中尺度天气预报中心格网产品改善三维水汽反演射线利用率的方法。该方法通过引入比例因子,计算出侧面穿出射线在层析区域内的水汽含量,并参与观测方程的建立。利用香港卫星定位参考站网的实测全球定位系统和气象数据,结合该区域的无线电探空站45004和ECMWF格网点数据,对该方法的可行性及精度进行验证。试验结果表明:相对于传统方法,该方法的射线利用率和网格覆盖率分别提高了55.16%和16.46%;分别以探空数据和ECMWF格网数据为参考基准,发现提出的方法其均方根误差、平均绝对偏差和相对误差等均优于传统方法。

顾及设计矩阵误差的AR模型新解法

在自回归模型求解中,设计矩阵和观测值均存在误差,传统的最小二乘法不能很好地解决这一问题。本文提出了一种顾及设计矩阵误差的AR模型新解法,通过引入虚拟观测值,使观测向量与设计矩阵不仅同源而且带误差的元素个数相同,然后通过对观测方程进行等价变换巧妙实现了在最小二乘框架下求解自回归问题。利用模拟数据及实测数据分别对新算法进行了内符合精度检验,并利用实测数据对新算法进行外符合精度检验,结果表明新算法得到的结果显著优于奇异值分解(singular value decomposition,SVD)解法及传统最小二乘解法,验证了算法的精度和有效性。

GPT2w模型在南极地区精度分析

GPT2w(global pressure and temperature 2wet)是目前应用较为广泛的对流层延迟经验模型之一,可提供气压、温度、水汽压等气象参数。为验证和分析GPT2w模型在南极地区的精度,本文利用分布在南极区域的探空站数据和中国第33次南极科考期间的实测探空气球数据对模型气压、温度、水汽压参数进行分层精度检验。与探空站数据比较发现,在南极地区地面高度上,GPT2w模型精度较高,与全球其他区域精度较为一致;进一步通过对比1月和7月统计结果,发现Bias和RMS呈现出季节特性;同时发现模型在垂直方向存在较大误差,表现为随着高度的增加,精度随之下降并逐步趋于稳定。实测数据对比方面,首先利用ECMWF(European Centre for Medium-range Weather Forecasts)气压分层数据对实测数据的可靠性进行验证,结果显示,实测数据与ECMWF分层数据符合得较好;同时通过比对发现,GPT2w天内精度在地面高度上仍与月平均精度相当,但垂直方向随着高度的增加精度相比于暖季精度会有所下滑,说明未考虑日周期项变化对模型精度存在一定影响。用探空数据计算的对流层延迟(zenith tropospheric delay,ZTD)来分析GPT2w的计算精度,结果表明GPT2w在南极区域ZTD计算精度在厘米级,与全球其他位置计算精度相当。

大地测量学科发展现状与趋势

近50年,由于大地测量观测手段的不断进步和应用领域的不断拓展,大地测量学科不断进化,并与其他学科不断交叉与融合。本文首先简述了大地测量学发展的背景和在历史上发挥的主要作用,梳理了大地测量传统学科的形成。进一步,分析了大地测量发展现状,侧重从观测手段的进步描述学科的发展;从应用领域的拓展描述交叉学科的形成;从国家需求和科学发展出发,描述了大地测量学科未来的发展趋势。最后,综合各方面因素,提出了大地测量现阶段学科分类建议,试图为大地测量工作者的科研选题、基金申请提供借鉴。

GNSS对流层水汽监测研究进展与展望

对流层是近地空间环境中与人类活动联系最为密切的大气层,而水汽是低层大气圈中最重要的组成部分之一。尽管水汽在对流层中所占比例较小,但在一系列天气和多种气候变化中都扮演着重要角色。随着全球导航卫星系统(GNSS)的快速发展,GNSS对流层水汽监测成为重要的研究和应用方向。本文系统介绍了GNSS多维水汽监测及其在相关方面应用的研究现状和进展。GNSS水汽监测研究方面,当前主要集中在二维大气可降水量监测和三维湿折射率/水汽密度廓线反演两部分;GNSS水汽应用研究方面,当前主要包括定位、短临降雨及旱涝监测、数值同化预报等。

Bevis公式在不同高度面的适用性以及基于近地大气温度的全球加权平均温度模型

加权平均温度(T_m)是全球卫星导航系统(GNSS)反演可降水量(PWV)过程中的关键参量。利用Bevis公式和地表温度可以方便地得到地表附近的高精度T_m估计值。然而,不少研究指出,Bevis公式在高海拔地区存在较大误差。本文对Bevis公式在不同高度面的适用性进行研究后发现,Bevis公式在海拔较低时精度较高,随着海拔升高,精度逐渐降低。为了解决Bevis公式在高海拔地区适用性较低的问题,本文对近地空间范围内(本文指0～10 km的高程范围)的T_m与大气温度的关系展开了研究,发现两者在全球范围内都拥有很高的相关性,由此本文构建了基于近地大气温度的全球加权平均温度模型。对模型的检验结果表明,该模型在近地空间范围内的任意高度面上都可以提供高精度的T_m估计值。

轻便型变形监测雷达的研制与基本性能测试

本文介绍自主研发的轻便型变形监测雷达的原理结构和特点,并通过一系列实验对该雷达进行基本物理参数和精度的初步测试以及建筑物变形监测方面的应用实验。通过实验证明,该雷达的测量精度达到0.1mm,最远可以观测到800m外的目标,可以用于建筑物变形监测,该雷达也用于边坡、大坝、桥梁等目标的远程变形监测。同时,该雷达在重量、体积、功耗等方面有着优势,解决同类产品笨重、难以携带作业的问题。

顾及层析区域外测站的GNSS水汽层析建模方法

针对传统水汽层析技术无法利用层析区域外GNSS测站数据的现状,提出一种顾及层析区域外测站数据的三维水汽建模方法。基于GPT2w模型计算层析区域的水汽密度初始场,首先,引入比例系数并联合水汽密度初值确定该比例系数表达式;然后,估计层析区域外测站信号在区域内的水汽含量;最后,构建顾及层析区域外测站数据的水汽观测方程。本文方法能够有效利用层析区域外的测站数据,改善层析结果的精度和可靠性,但仅能利用层析区域外一定范围内的测站。选取浙江CORS网中24个GNSS测站和一个无线电探空站共23 d的数据进行验证。试验结果表明,相对于传统层析方法,本文方法的射线利用率和有射线穿过的体素数分别提高了26.8%和14.9%;以探空数据为参考基准,本文方法计算的IWV和水汽密度均优于传统方法。

胆道支架联合125I粒子条对恶性梗阻性黄疸的治疗效果

目的观察胆道支架联合125I粒子条植入治疗恶性梗阻性黄疸(MOJ)的临床疗效。方法回顾性分析2016—2018年确诊为MOJ的27例患者。所有患者均经DSA下行经皮肝穿胆道引流(PTCD)术,并植入自膨式胆道裸支架及125I粒子条。评价治疗效果、支架通畅时间、生存情况。结果27例患者手术均成功。疗效评价中显效18例,有效9例;14例胆管细胞癌患者术前、术后CA199变化无统计学差异;截止随访日期,17例患者死亡;支架通畅时间为(10.1±3.2)个月;高位和低位梗阻患者中位生存期分别为11和10个月。结论经PTCD行支架及125I植入术是治疗恶性梗阻性黄疸一种安全、有效,能迅速解除黄疸的治疗方法。

第24太阳活动周武汉电离层VTEC变化特性分析

利用2008-2015年(第24太阳活动周)中国地壳运动监测网络(CMONOC)武汉站(30.5°N,114.4°E)GPS双频接收机监测的垂直总电子含量(VTEC)数据,分析电离层VTEC变化特性,并讨论VTEC与太阳活动的相关性.结果表明,VTEC估值周日变化在14:00-16:00LT左右达到最大值;同时,电离层VTEC也表现出明显的逐日变化特性,特别是在VTEC峰值处呈现较大差异.在太阳活动高年(2011-2015),VTEC变化呈现明显的双峰结构,即所谓的"半年异常"现象,春季峰值大于秋季峰值,"冬季异常"也更为明显.在各个季节(除春季外),VTEC与F_(10.7p)的相关性最好,与F_(10.7)的相关性次之,与太阳黑子数(SSN)的相关性稍弱;秋季VTEC与太阳活动的相关性最好(Max_(F10.7p)=0.92232,Max_(SSN)=0.85575),冬季VTEC与太阳活动的相关性最差(Min_(F10.7p)=0.79028,Min_(SSN)=0.72703).