陶粒混凝土的破坏损伤数值模拟

全轻陶粒混凝土作为一种常见的轻骨料混凝土,具有非常好的工程前景,特别是在高层建筑和装配式结构方面。然而,目前对于陶粒混凝土的研究主要在宏观层次。在细观层次上,将陶粒混凝土视为由陶粒、水泥砂浆、陶粒-水泥砂浆界面过渡区构成的三相复合材料,采用M-T均匀化理论,通过对比试验结果验证模型参数的准确性。同时,建立陶粒混凝土细观二维模型,进一步研究陶粒混凝土的破坏损伤机理及裂缝发展规律。结果表明,通过合理的陶粒混凝土配合比设计,在陶粒等体积取代碎石下配制出可以满足LC35强度等级的陶粒混凝土,且符合规范对于轻骨料混凝土的密度要求。通过对陶粒混凝土二维150 mm×150 mm的构件进行模拟,发现陶粒混凝土的抗压破坏是从界面过渡区开始产生裂缝,随后裂缝贯穿陶粒并进一步扩展直至陶粒混凝土达到极限荷载强度;通过对陶粒混凝土劈裂抗拉的数值模拟,陶粒混凝土的端部裂缝一部分贯穿骨料,一部分沿着骨料与砂浆的界面区域发展。

中国大地测量研究进展(2019-2023)

2023年7月11日至2023年7月20日,第28届国际大地测量学和地球物理学联合会(The International Union of Geodesy and Geophysics,IUGG)大会在德国柏林举行。按照IUGG传统,国际大地测量协会中国委员会(CNC-IAG)组织国内十余家单位编写了“中国大地测量国家报告(2019—2023)”,分别总结了2019至2023年4年期间的中国大地测量各分支学科研究进展。本文主要归纳和总结了中国大地测量学科近几年的整体进展,侧重各领域代表性研究进展,主要内容包括基准框架、综合PNT与弹性PNT、重力场与垂直基准、GNSS精密产品、多源传感器组合导航和海洋大地测量6个研究方向。此外,结合国际大地测量及相关交叉学科的发展趋势,对我国大地测量学科未来发展提出了几点建议。

融合CORS网与时序InSAR研究北京地区地面形变

为提高地面形变监测的时空分辨率以及监测精度,采用CORS网与时序InSAR监测相融合的方法,对北京地区2018~2020年地面垂直方向形变进行研究。首先在InSAR监测量中去除极浅地表影响;然后对CORS站数据进行低频重构;最后以CORS网为基准,对InSAR监测时序进行整体平差,获得融合形变结果。结果表明,融合CORS网和InSAR监测能有效利用CORS网连续观测的优势,获取连续一致的高时空分辨率形变结果,融合方法在构建高分辨率与高精度地面形变时间序列中具有一定优势。在地面垂直方向上,朝阳区、通州区、大兴区中南部地面沉降最为明显,最大年平均形变速率达到-90 mm/a;昌平区中西部、海淀区西部、门头沟区东部等地存在较为明显的抬升,年平均形变速率约为10~20 mm/a;其他地区地面年平均形变速率约为-10~10 mm/a,相对变化较小,较为稳定。

基于Mask R-CNN的玉米田间杂草检测方法

针对田间复杂环境下杂草分割精度低的问题,提出了基于Mask R-CNN的杂草检测方法。该方法采用残差神经网络ResNet-101提取涵盖杂草语义、空间信息的特征图;采用区域建议网络对特征图进行杂草与背景的初步二分类、预选框回归训练,利用非极大值抑制算法筛选出感兴趣区域;采用区域特征聚集方法(RoIAlign),取消量化操作带来的边框位置偏差,并将感兴趣区域(RoI)特征图转换为固定尺寸的特征图;输出模块针对每个RoI计算分类、回归、分割损失,通过训练预测候选区域的类别、位置、轮廓,实现杂草检测及轮廓分割。在玉米、杂草数据集上进行测试,当交并比(IoU)为0.5时,本文方法均值平均精度(mAP)为0.853,优于SharpMask、DeepMask的0.816、0.795,本文方法的单样本耗时为280 ms,说明本文方法可快速、准确检测分割出杂草类别、位置和轮廓,优于SharpMask、DeepMask实例分割算法。在复杂背景下对玉米、杂草图像进行测试,在IoU为0.5时,本文方法mAP为0.785,单样本耗时为285 ms,说明本文方法可实现复杂背景下的农田作物杂草分割。在田间变量喷洒试验中,杂草识别准确率为91%,识别出杂草并准确喷雾的准确率为85%,准确喷药的杂草雾滴覆盖密度为55个/cm2,装置对每幅图像的平均处理时间为0.98 s,满足农药变量喷洒的控制要求。

顾及GRACE季节影响的华北平原水储量变化反演

基于移去-恢复方法,利用GRACE卫星重力数据研究了华北平原2003年1月—2014年6月的陆地水变化,提出了一种顾及季节影响尺度因子计算方法,用于减小GRACE后处理误差。将本文方法所得结果与水文模式和降水模型结合进行比较分析,结果表明:2008年之前华北平原发生比较明显的干旱现象,陆地水和地表水分别以(-7.9±2.4)mm/a和(-7.3±2.8)mm/a的速度下降,但地下水仅以(-0.6±1.4)mm/a的速度减少;2008年之后,陆地水和地表水分别以(4.3±1.3)mm/a和(10.9±2.1)mm/a的速度上升,期间地下水的超采严重,平均以(-6.5±1.2)mm/a的速度下降,但下降速度以0.9mm/a^2的趋势减缓。研究期间内,华北平原的陆地水、地表水和地下水整体分别呈现(-2.0±0.6)、(2.9±0.7)和(-4.8±0.7)mm/a的变化趋势。最后,利用交叉小波谱分析了GRACE滞后于降水的现象。研究结论表明,降水和地下水开采是影响华北平原水储量变化的两大决定性因素。

卫星测高与船载重力测量数据融合的点质量拟合法

以拟合方差最小为准则,通过点质量法拟合船载重力测量数据,得到点质量大小、埋深等参数。回避点质量法数值求解的不稳定性问题,借鉴移去-恢复技术的思路,利用该参数计算船载重力测量点上的重力异常,并将其在测线上的重力异常中扣除,计算出船载重力残差值。以点质量大小、埋深等参数计算卫星测高重力格网点上重力异常,同样得到测高重力残差值。采用加权最小曲率格网化方法,将船载重力残差值与测高重力残差值格网化,进而恢复由点质量大小、埋深等参数计算格网点处的重力异常,实现卫星测高与船载重力测量数据融合。经国际船载重力测量数据检核,融合后的模型较国际船载重力测量数据的平均偏差在1~2mGal(1Gal=1×10^(-2) m/s^2),标准差约为4mGal。本文的研究方法可为陆地、海岸带区域的多种重力数据的融合、航空重力及卫星重力的向下延拓等问题提供参考。

基于GNSS水准和重力场误差特性的大地水准面精度评估方法

缺乏有效的大地水准面成果精度评估方法,是高程基准现代化及其成果应用面临的关键问题。本文基于GNSS水准高程异常与重力场频域误差特性,研究GNSS水准与重力地面高程异常融合的技术要求,进而提出一种大地水准面成果的误差表达与精度评估方法。经示例测试分析,得出主要结论如下:①实用地面高程异常(即融合后的似大地水准面)精度,应采用随距离非线性变化的高程异常差误差曲线表达;②似大地水准面的精度评估,推荐采用两项误差指标和两条误差曲线共4个要素完整表达,即重力地面高程异常差误差、实用地面高程异常内部误差、实用地面高程异常差误差曲线与GNSS水准高程异常差误差曲线;③当两个GNSS水准点间距离接近或小于所有GNSS水准点平均间距时,GNSS水准高程异常对实用地面高程异常的贡献起主要作用;④较大空间尺度的实用地面高程异常精度主要依靠重力地面高程异常控制。

航空重力向上延拓的外部精度评估

分别采用基于梯度、基于泊松积分和基于快速傅里叶变换(FFT)的地面重力向上延拓方案,并提出交叉检验方法估计地面重力数据误差及其空中误差传播,对毛乌素测区GT-2A航空重力测量系统采集的空中测线数据进行外符合精度评价。对比结果表明:地面重力格网插值误差和代表性误差对空中点的影响达到0.66~0.92mGal(1Gal=1×10^(-2)m/s^2),航空重力数据误差估计必须扣除这一影响;基于泊松积分和基于FFT的地面重力向上延拓方法能够客观评价航空重力观测值的外符合精度,二者表现相当;扣除地面重力误差影响后,在包含残余边界效应的情况下,毛乌素测区GT-2A航空重力空中测线重力扰动的外符合精度优于1.42mGal。

CORS网和GNSS技术在地面变形监测中的应用——以浙江东南部为例

地面变形对工程建设安全稳定具有一定影响,对工程建设规划、地质灾害防治等具有重要意义。本文利用卫星导航定位基准站(CORS)网全球卫星导航系统(GNSS)连续观测,实现了区域地面大地高、地面重力和地倾斜变化面的监测,通过与部分地质灾害信息进行时空分析,确定了用于地面稳定性变化分析的要素和权重,进而定量分析了地面稳定性变化。该方法在浙江省东南部地区进行了测试验证,获得了较好的效果。利用CORS网连续观测能够定量监测地面变形整个面的变化,分析区域地面稳定性变化情况,可为区域规划和地质灾害防治提供技术支持和参考。

利用GRACE数据反演东海沉积物变化

GRACE卫星的成功发射为海底沉积物的监测提供了新的方法.利用2003-2014年间的GRACERL05数据,采用同期的测高数据对海面高变化进行改正,使用水文模式数据和基于均一假设的尺度因子估计方法处理泄漏误差,反演了东海地区的沉积物变化情况,并对GIA效应进行了改正.结果表明:东海入海口处沉积物的平均变化速率为5.44±0.88mm·a^-1,最大值出现在浙江沿海地区,变化速率为6~7mm·a^-1;在空间分布上,呈现河口处沉积速率大,远离河口的大洋地区沉积速率小的特征.在时空分布上均与实测数据很好的吻合.沉积物变化时间序列的周年项振为6.8cm,周年变化主要与东海泥沙扩散路径相关的海洋环流模式有关;半周年项和两周年项振幅分别为0.6cm和0.7cm,这两项变化主要与长江流域降水引起的土壤侵蚀变化有关.最后,分析讨论了本文沉积物监测方法推广到其他地区的适用性和局限性.

Lea Symbols视力表与HOTV视力表在2.5~5.0岁儿童视力发育评价中的研究应用

目的:运用Lea Symbols视力表、HOTV视力表对2.5~5.0岁正常儿童视力发育情况进行探究,并评价2种视力表的应用效果。方法:以随机顺序先后应用Lea Symbols视力表与HOTV视力表对广州地区2所早教中心及3所幼儿园共461例儿童(922只眼)进行单眼视力检查,所有儿童提前1 d行小瞳下检影验光、眼前节裂隙灯检查、眼底情况、眼球活动、眼位检查,筛选无器质性眼病、屈光度在正常范围的儿童作为研究对象。视力值采用5分记录方法表示。结果:1)可测率(视力表使用配合程度)。407名儿童完成Lea Symbols视力检查,总体可测率92.08%;402名儿童完成HOTV视力检查,总体可测率90.95%;前者可测率高于后者,差异无统计学意义(χ^(2)=0.417,P=0.580)。进一步研究发现2种视力的可测率随年龄增长不断提高,儿童3岁之后基本都能完成2种视力的检查。2)2种视力结果及比较(5分记录法表示)。Lea视力值:右眼为4.89±0.05,左眼为4.90±0.05;HOTV视力值:右眼为4.84±0.05,左眼为4.85±0.04;前者视力好于后者,差异有统计学意义(右眼:t=3.171,P=0.003;左眼:t=3.230,P=0.003)。3)视力发育与年龄的相关性。2种视力发育与年龄存在显著正相关(P<0.001),即随着年龄的增长,视力水平逐渐提高。4)视力发育与眼别、性别的关系。左右眼之间的视力发育差异无统计学意义(P>0.05);男性儿童的视力发育好于女性,且差异有统计学意义(P<0.05)。结论:Lea Symbols及HOTV视力表建议用于年龄大于3岁儿童的视力检查,且儿童更容易接受Lea Symbols视力表的检查。伴随年龄的增长,儿童的视力发育呈现提高的趋势;Lea视力优于HOTV视力。视力的发育与眼别无关,男性儿童的视力发育快于女性儿童。

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1cm,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±2.4cm和7.2±2.7cm,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60.2mm、28.3mm、20.5mm,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。

利用GRACE卫星重力数据监测关中地区地下水储量变化

关中地区作为一带一路重要的工农业发达地区之一,开展针对该地区地下水储量变化的监测和分析工作对揭示地下水储量变化特征与经济社会发展具有重要现实意义.本文基于2003—2014年GRACE卫星重力场模型数据,采用组合滤波及单一尺度因子方法反演了关中地区陆地水储量变化,扣除GLDAS地表水平均结果,对关中地区地下水储量变化进行了监测分析.将陆地水储量变化与GLDAS进行相关性分析,将地下水储量变化与WGHM地下水模型及实测地下水位结果进行对比分析.研究结果表明:(1)关中地区陆地水变化与GLDAS模型结果具有较强的相关性,相关系数多数大于0.7,其中与模型平均结果的相关系数可达0.8.(2)2003—2008年关中地区地下水呈正增长趋势,增加速率为0.25cm·a-1,与同期实测数据变化趋势一致;但2003—2013年地下水存在长期亏损,亏损速率为-0.37cm·a-1等效水高,这与同时期WGHM估算结果-0.35cm·a-1十分吻合.(3)关中地区地下水存在明显的年变化特征,在2003—2014年期间地下水减少速率为-0.44cm·a-1,与该地区降雨量有较好的一致性,在降雨偏少的2008、2012和2013年,地下水也显著减少.

GRACE/GRACE-FO空窗期的陆地水储量变化数据间断补偿:以全球典型流域为例

陆地水储量异常(TWSA)的长期可持续监测对研究水循环过程、合理配置水资源等具有重要的科学意义,针对GRACE与GRACE-FO数据之间存在空窗期问题,本文引入了奇异谱分析(SSA)与ARMA模型的组合方法对TWSA的间断进行补偿.为比较SSA+ARMA方法在典型流域的适用性,将GRACE球谐系数(SH)反演的2003年1月至2012年12月的TWSA作为训练样本,2013年1月至2016年8月的TWSA作为真值,分别利用ARMA、小波神经网络(WNN)、SSA和SSA+ARMA方法,在亚马逊流域(AZRB)、多瑙河流域(DNRB)、恒河流域(GNRB)、密西西比河流域(MSRB)、尼日尔河流域(NGRB)、伏尔加河流域(VGRB)、叶尼塞河流域(YNSRB)、长江流域(YZRB)八个典型流域进行预测试验,并采用均方根误差(RMSE)、纳什效率系数(NSE)、相关系数(R)技术指标评定不同方法的预测精度.预测试验结果表明,四种方法均在NGRB的预测效果最好,该流域TWSA序列周期特征最为明显;四种方法中,SSA+ARMA方法预测精度较高且相对稳定,多数流域的RMSE在4 cm以内,NSE值在0.75以上,R值在0.85以上.后续以2003年1月至2016年8月TWSA作为样本,利用SSA+ARMA方法补偿2016年9月至2020年2月的TWSA间断结果,并结合GRACE-FO SH反演的TWSA结果、Mascons结果、GLDAS数据评定补偿结果的精度.结果表明,TWSA间断补偿结果有较高的精度,与后续GRACE-FO SH反演TWSA结果有很强的一致性,多数流域的RMSE在4 cm以内,NSE值在0.8以上,R值在0.9以上.且与Mascons、GLDAS结果的符合精度亦能反映补偿结果的可靠性.上述研究表明,利用SSA+ARMA方法可以对GRACE/GRACE-FO空窗期的TWSA间断进行有效补偿.

基于奇异谱分析的CORS大地高时序形变信息提取

为增强信号提取的信噪比,采用奇异谱分析(SSA)对测站大地高序列进行分解与重构,利用仿真实验确定嵌入维数与截断主分量个数的选取原则,进一步将SSA方法应用到CORS时序形变信息提取中。通过FFT分析发现,大地高时序以分解的季节性变化成分为主,重构后时序标准差明显减小,表明SSA方法可有效提高CORS大地高时序信噪比,起到降噪平滑作用。研究结果对地壳垂直形变特征表达及SSA应用拓展具有一定意义。

区域地壳结构差异对GRACE-FO反演中国近10个月陆地水负荷垂直形变的影响

利用CSR、JPL、GFZ三家机构最新发布的新一代重力卫星GRACE-FO(GRACE-Follow On)时变重力场模型揭示2018-06~2019-05我国陆地水储量随时间演变的时空特征,研究利用Hard与PREM模型分析区域地球结构差异对GRACE-FO重力数据反演我国近10个月陆地水负荷垂直形变的影响。结果表明,60阶径向负荷勒夫数的相对差异为-4.267%,前60阶垂直负荷形变最大差异位于云南一带的澜沧江流域地区,幅值约为0.7 mm/a。因此在使用GRACE-FO重力卫星数据估算中国大陆地表垂直负荷形变时,区域地球结构的影响不容忽视。

基于CORS网监测台州地区陆地水负荷对地表垂直形变的影响

基于CORS站网基线综合解算,利用移去-恢复法和负荷形变法监测陆地水负荷对地表垂直形变的影响。以台州地区为例,对2017~2019年CORS站网和相关区域负荷数据进行分析。结果表明,台州地区陆地水负荷对地表垂直形变的影响存在季节性变化,地下水负荷影响较为明显,可达cm级;且该影响在年际尺度上相对稳定。利用CORS站网可以监测陆地水负荷引起的地表垂直形变,为水动力环境监测与地质灾害监测提供参考。

结合小波降噪与BP神经网络的GNSS-IR土壤湿度反演

针对如何有效提高GNSS-IR土壤湿度反演中卫星信号质量不高以及植被覆盖和地表粗糙度带来的散射影响等问题,提出了一种小波分解与BP神经网络相结合的方法,利用小波分解变换替代传统的多项式拟合法,从而获取高质量的卫星信噪比观测值进行土壤湿度的反演。利用PBO H_(2)O的土壤湿度以及近点的气象站数据作为参考依据,以2017年PBO 036测站的GNSS数据为基础建立模型并评估分析。实验结果表明,结合小波变换与BP神经网络的土壤湿度模型反演结果与实测数据在大体趋势上基本一致,其均方根误差为0.015,决定系数R^(2)为0.943,对比传统相位线性回归模型有很大的提升,同时有效改善了单颗卫星反演时出现的异常跳变现象,进一步证明了该方法的精确性与可靠性。

基于移去-恢复法的区域大气负荷影响精化——以滇西地区为例

传统的大气负荷改正根据全球大气压模型计算获取,但全球大气压模型中、长波信号占优,缺乏突显区域特征信息的短波信号,而在研究高精度的区域大气负荷影响时,空间信息中的短波信号不可忽视。为此,根据地球重力场理论,引入移去-恢复思想,结合ECMWF提供的全球大气压变化数据和区域高分辨率大气压变化数据(CLDAS-V2.0),基于负荷球谐系数和区域负荷格林函数方法得到大气压变化对滇西地区的负荷影响。结果表明,得到的大气负荷形变场在空间和时间分变率上均有一定提高。利用移去-恢复法计算区域大气压负荷影响,可为固体地球形变和CORS站时序分析提供参考。

利用矩谐分析的局部大地水准面确定

大地水准面是重力的等位面,建立高精度的大地水准面是大地测量学的重要任务之一。现阶段建立局部大地水准面多采用球谐分析以及球冠谐分析,但都无法获得高精度、小区域的大地水准面。针对这一研究现状,本文提出了采用矩谐分析确定局部大地水准面的方法。选取所研究区域中心点为坐标原点,建立直角坐标系,并在此坐标系下求解地球引力位Laplace方程;利用模拟的陆地重力及航空重力数据,对矩谐分析建模方法进行验证与分析;并针对影响矩谐分析精度的边界效应问题,采用扩展参数的方法提高精度,针对"龙格问题",进行了最佳截断阶数的研究。结果表明:由陆地重力和航空重力数据确定的2.5'×2.5'的大地水准面精度分别能达到4.2、4.3 cm;且对于航空重力数据,矩谐分析能同时实现向下延拓和解算两个重点、难点计算过程,将航空重力解算直接化、简单化。