改进Mask RCNN的盾构隧道渗漏水检测方法

渗漏水是盾构隧道结构存在潜在损伤或缺陷的重要表征,快速、准确检测出渗漏水位置,对隧道安全运营和维护具有重要意义。现有的方法大多采用光学影像对隧道渗漏水进行检测,受隧道内空间和光线条件限制,难以获得高质量病害图片。因此,本文提出了一种基于激光点云数据与改进Mask RCNN相结合的渗漏水检测方法。首先对激光点云反射强度进行修正;然后生成灰度图像并建立渗漏水病害数据集;最后在Mask RCNN算法中引入空洞卷积和变形卷积,实现了隧道渗漏水病害的快速检测。利用某地铁采集的数据进行验证,结果表明,本文提出的改进Mask RCNN算法相较于原始算法和FCN算法检测精度均有明显提升,在盾构隧道渗漏水识别方面性能表现较好。

分布式散射体相位估计奇异值分解法

常规的分布式散射体(DS)相位估计方法需要生成全组合干涉对以构建样本协方差矩阵(SCM),然后根据SCM的统计特性估计DS相位,这一过程不但计算耗时,而且占据大量存储空间。本文提出了一种基于奇异值分解技术的DS相位快速估计方法(SVDI)。该方法分析的对象是单主影像干涉对组成的干涉相位矩阵而非全组合干涉对组成的SCM,因而可以有效提高计算效率、节省存储空间。并且,理论上证明了在一定条件下SVDI的结果与常规的特征值分解方法(EVD)是一致的。模拟数据和真实SAR数据的结果表明,SVDI算法有更高的计算效率,并且其相位估计精度以及形变解算精度与常规算法是一致的。

大直径钢筒圆度异常区快速检测方法

大直径钢筒在制作、运输、安装及运行时均可能因某些原因导致其出现一个或多个圆度异常区,以至于不满足设备验收和运行的相关要求。目前,针对大直径钢筒圆度异常的检测方法均较为复杂,并不适合快速检出。为此,本文基于三坐标测量原理,结合高精度全站仪的非接触自动测量模式,并采用Matlab编制了自动搜索程序,提出了大直径钢筒圆度异常区的快速检测方法。通过AutoCAD算例模拟和现场实测,结果表明,该检测方法不仅速度快,且可通过增加测点密度实现大幅提高检出精度,为后续修复和改进工作提供准确数据。

高铁桥墩沉降的通用渐进分解长期预测网络模型

高铁桥墩不均匀沉降是导致轨道不平顺的潜在原因之一,准确预测桥墩沉降对于确保铁路建设和运营的可靠性和安全性具有重要意义。目前,常规时间序列领域的多数预测模型仅在预处理良好且没有缺失的数据集上进行测试,而在高铁桥墩沉降的真实场景中,沉降数据相较于其他领域存在观测频次少且不等时距,以及沉降规律复杂多变的问题,造成长期预测困难。为此,本文提出一种高铁桥墩沉降的通用渐进分解长期预测网络(GPDLPnet),摒弃传统的预处理思想,将预处理过程嵌入网络结构,在网络训练过程中实现渐进预处理。首先,GPDLPnet在每轮迭代中利用改进对角掩码自注意力模块分析沉降数据中的缺失模式。然后,通过改进完全自适应噪声集合经验模态分解模块将沉降数据分解并重构为高频、低频和趋势子分量,将子分量作为BiLSTM-RSA-Resnet预测模块的特征输入。最后,输出递归预测结果,从而实现高铁桥墩沉降的长期预测。结合实际工程数据,将数据划分为高频观测和低频观测两类典型的观测模式进行试验,在3~4个月的预测中GPDLPnet均表现出良好的预测性能,并在精度指标上优于其他7种模型。

基于城市CORS的快速单点定位增强服务与应用

智慧城市建设中CORS位置服务的海量、隐私及高可靠性成为重要发展趋势。本文介绍了基于PPP-RTK技术体系的城市CORS增强定位服务,推导了城市CORS增强精密单点定位的公式,给出了城市CORS增强定位参数的可估形式及其在用户端的适用方法。结合广州CORS实时数据,验证了PPP-RTK服务的有效性。试验表明PPP-RTK用户端平面首历元即可收敛到厘米级,高程7个历元左右可收敛到厘米级,并且PPP-RTK增强定位参数SSR2OSR与短基线RTK性能大体相当,可支撑海量用户的监测需求。车载试验全程保持优于0.5 m车道级的三维精度,表明PPP-RTK定位能够满足多元化高可靠性定位。

基于GRACE/GRACE-FO数据降尺度方法反演库尔勒东区地下水储量变化

GRACE与GRACE-FO重力卫星为全球中大尺度地下水反演监测提供了新的手段,但难以提供小尺度上较高空间分辨率的地下水储量变化(GWSA)信息。本文针对新疆库尔勒东部缺资料区,采用动力降尺度方法提高GRACE/GRACE-FO反演GWSA数据的空间分辨率,分析GWSA的时空分布规律。首先,基于数据融合方法构建了库尔勒东区GWSA数值模型;然后,利用优化后的模型将GWSA反演数据的分辨率从1°降尺度至0.25°和0.05°,将反演的GWSA与水井监测的地下水位(GWL)数据进行对比验证;最后,利用0.05°GWSA数据分析研究区GWSA态势。结果表明:①与降尺度前1°GWSA数据相比,降尺度转换后的高分辨率GWSA数据在空间上更加平滑、展示了更加丰富的细节,且提高了与水井GWL监测数据的相关性,改进了反演精度和可靠性;②小尺度上,降尺度后的GWSA数据能够反映水源地地下水的季节性、年际和长期开采下的亏损等动态特征;③研究区GWSA呈现出时空分布差异性,2005—2020年区内地下水储量变化率为-1~1 mm·a-1,总体上呈南增、北减态势,南、北部山区的变幅大于中部相对平坦区域。

一种融合GA和LSTM的边坡变形预测优化网络模型及其应用

考虑到BP神经网络模型忽略边坡监测数据存在的时间相关性,以及LSTM模型由于超参数选择存在主观性而易陷入局部最优等问题,提出一种基于遗传算法和长短期记忆网络(GA-LSTM)相结合的边坡变形预测模型,以发挥遗传算法全局搜索能力和LSTM预测时序数据的优势。以海明矿业露天采场边坡为研究对象,分别采用BP神经网络模型、LSTM网络模型以及GA-LSTM网络模型对边坡监测点GNSS49变形进行预测分析,并对比各模型达到收敛条件的时间。结果表明,GA-LSTM模型与其他模型达到同一收敛条件的时间差异不大,GA-LSTM模型的拟合准确度在0.1~0.2 mm,是LSTM神经网络模型的5~7倍,是BP神经网络模型的10~20倍,具有较高的精度和稳定性,其预测值与实际监测数据基本一致,可为矿山边坡的安全生产、管理以及决策控制提供科学依据。

应用时空复合趋势面Kriging方法插值地表沉降

通过布设监测点可反映地表沉降变化趋势,确保施工和运营期间安全,但沉降监测点数量有限,且易受施工作业、天气等因素干扰导致数据缺失或污染,因此需对监测区域数据进行插值处理。针对采用传统地统计插值方法估计地铁地表沉降趋势精度较低的问题,提出了一种基于时空复合趋势面的Kriging插值方法。以乌鲁木齐地铁3号线2017年6月24日—9月3日共15期地铁地表沉降观测值为实验数据,分别采用两种方法对沉降监测点缺失数据进行插补。结果表明,相较于传统方法,基于时空复合趋势面的Kriging插值方法的拟合精度更高,RMSE可降低约35%。

多源地理产品数据的元数据统一设计与采集管理技术

面向多源地理产品数据管理应用的需求,明确了本文讨论的地理产品数据的范畴,分析了地理产品数据的存储组织及应用特点。基于存储组织需求,统一设计了数据大类小类两级分类目录及类别编码,设计了地理数据产品的元数据采集规范。提出了数据集-数据单元两级元数据的设计理念以便满足不同数据粒度的管理需求,分别设计了数据集元数据和数据单元元数据的详细组成,统一设计了空间地理产品数据与非空间地理产品数据的元数据,明确了数据集目录和数据单元的命名原则。设计并实现了能够自动采集多源地理产品元数据的软件,实现了基于统一元数据设计的数据管理软件。结果表明,这种方法能够满足用户对多源地理产品数据的统一存储组织、多粒度管理、高效便捷检索等需求。

北京市地理信息公共服务平台建设及应用

为满足自然资源部和北京市对推进新一代地理信息公共服务平台建设的相关要求,北京市地理信息公共服务平台开展了从建设到应用方面的优化提升工作,取得了显著的成效。本文论述了平台的建设情况,利用数据、电子地图、在线服务等全方位服务能力,以及在政务管理、信息公开、基层治理、应急救灾、公众生活等多种场景中的应用实践,为地理信息公共服务平台的建设及应用提供参考。

地铁盾构下穿高铁站房安全监测

针对地铁盾构下穿地表建筑物形变规律监测和复杂工况环境下地基SAR数据处理等问题,提出利用广义离群检验算法对地基SAR一阶差分相位数据进行粗差探测与剔除,联合地基SAR与测量机器人监测数据对地铁盾构下穿湘潭北站高铁站房进行形变监测与安全分析,并基于力学模型和Flac3D软件进行数值模拟,较好的得出盾构下穿高铁站房各阶段形变特征与规律。结果表明,广义离群检验算法有效解决了复杂工况环境下地基SAR数据遮挡问题,联合测量机器人数据得到与数值模型变形解算结果一致,且符合施工过程物理力学客观规律,基本实现盾构下穿地表建筑物安全监测,为类似地铁盾构安全施工检测提供参考。

北京基础地理实体数据派生地形图的生产实践

根据“只测一次”新理念的基础地理实体数据,能够达到“多级复用”,并实现对现实世界分尺度表达,是目前新型基础测绘与实景三维建设中重点关注的问题。基于基础性、经济性、示范性原则,北京市作为全国率先开展新型基础测绘体系试点与建设的城市,其基础测绘成果的转型升级与高层次应用是一项重要任务。该文以北京市新型基础测绘示范区100㎞^(2)地形图标准化产品试生产为背景,利用地理实体无级综合表达技术,将基础地理实体数据通过定制选取、实体综合、制图派生、适配成图技术处理后,自动派生出1∶500、1∶2000、1∶10000地形图产品。通过分析派生成果的效果与效率,验证了该文生产实践的可靠性,可为全国新型基础测绘体系建设项目的开展提供可借鉴的方法支撑及经验成果。

新时期国土变更调查工作关键问题探究

年度国土变更调查是依据《土地管理法》和《土地调查条例》开展的一项重要国情基础调查工作。近年来,围绕生态文明建设、自然资源管理体制改革、高质量发展等目标,变更调查成果成为自然资源领域督察、考核、审计的基础材料之一,对调查工作提出了更高要求。系统分析了新时期国土变更调查工作的重大变化和挑战,思考了实施模式、技术方法、工作机制等关键问题;并通过广州市变更调查工作实践,实现了对国土利用变化信息的动态监控和全面掌握,为自然资源精细化管理提供了基础与支撑。

基于三维激光扫描技术的竣工盾构隧道渗漏水检测

渗漏水是隧道常见的病害,长期渗漏会导致隧道结构开裂、裂缝、钢筋腐蚀,威胁到隧道运营安全,因此对其检测一直受到重视。本文利用三维激光扫描技术实现了竣工盾构隧道渗漏水的位置及面积的自动检测。首先采用架站式三维激光扫描仪采集竣工隧道点云,基于修正后的反射强度值生成隧道衬砌表面灰度图,再采用膨胀法与腐蚀法对灰度图像进行预处理;然后利用连通域算法计算渗漏水位置及其面积;最后结合实际工程验证本文方法的实用性及准确性。结果表明,应用本文方法竣工隧道的渗漏水检测准确率达92%。

基于CutMix数据增强与多约束损失函数的YOLOv7盾构隧道渗漏水检测

盾构隧道强度投影图像中渗漏水尺寸不一致且像素占比偏小,现有目标检测模型的关键特征学习能力较弱,存在渗漏水病害目标检测精度偏低的问题。本文提出了基于CutMix数据增强与多约束损失函数的改进YOLOv7盾构隧道渗漏水检测方法。首先采用镶嵌CutMix方法对隧道图像进行数据增强,将多张不同的训练样本进行随机裁剪,拼接融合成具有综合特征的新样本;然后以YOLOv7网络为骨架结构,引入高效通道注意力模块,提高渗漏水关键特征的自主学习与表达能力;最后引入多约束几何条件的损失函数,提高预测框几何形状的精度,从而提升模型预测精度。在光线良好、光线不佳和存在遮挡等复杂环境情况下,选取Fast R-CNN、SSD、YOLOv5、YOLOv7这4种算法进行对比,试验表明,本文算法渗漏水检测精度达85.90%,平均精度比同类算法分别提高5.55%、8.89%、3.93%、2.75%,具有较高的稳健性和泛化能力。

特大型顺层古滑坡复活变形特征分析及变形预测研究

为有效掌握古滑坡复活特征及其变形规律,基于滑坡区现场调查成果,首先开展其复活变形特征分析,再利用WPT-ROA-RVM-CT模型进行滑坡变形预测研究。结果表明,在强降雨或持续降雨后,滑坡地表裂缝较为发育,具有张剪性质,且滑坡呈明显推移式特征,即滑坡中、后缘变形明显大于前缘,变形方向具有逆时针变化规律,充分说明古滑坡复活变形特征显著。同时,通过变形预测,验证WPT-ROA-RVM-CT模型具有较高的预测精度,并经外推预测,得到滑坡后续变形速率均为正值且较大,判断滑坡后续变形还会进一步增加,具有较大失稳风险,需尽快开展灾害防治研究。

变形监测灰色预测模型对比及替代方法研究

将变形监测灰色预测模型分为传统GM(1,1)模型及其改进模型、非齐次灰色模型、GM(1,1)幂模型及其改进模型3种类型,以Origin拟合函数Exp2PModl、Exponential和SRichards2作为3类灰色预测模型的替代方法,基于理论研究和实例验证对比分析3类灰色预测模型及其替代方法。结果表明,3类灰色预测模型在拟合函数、有无极限值、适合等时距或非等时距建模和适用范围等方面存在显著差异,需要根据变形监测数据特征选择合适的灰色预测模型类别;与3类灰色预测模型相比,Origin拟合函数在参数求解和建模数据要求上更具优势,而且可以得到相当甚至更高的拟合或预测精度,除需要编程实现的特殊优化目标外,完全可以代替灰色预测模型用于变形监测。

圆弧式地基合成孔径雷达在边坡变形监测中的应用

边坡变形监测是防止滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的有效途径之一。圆弧式地基合成孔径雷达是一种非接触式的新型地表形变监测设备,具有高分辨率、高频率、高精度、全方位、全天候实时监测等优点,更能有效地满足边坡变形监测的全面性和连续性要求。为了验证该设备在边坡变形监测中的效果和精度,本文采用两种便携圆弧式地基合成孔径雷达系统进行测试。测试结果表明,两种设备均能快速、全面地获得整个边坡的形变情况,具有较高的分辨率和亚毫米级的监测精度,且能实时发出预警,是一种全面高效的边坡变形监测手段。

基于实景三维的社区治理应用研究与探索

实景三维(3D)中国建设为数字中国建设提供了新一代的3D时空框架,面向社区治理应用的需求,本文分析了社区治理实体的空间特征、时间特征和专题特征,构建了基于实景3D的社区治理实体数据模型,提出了多源多态融合的社区治理实体数据组织和表达方法,面向社区领导、管理者和居民的察情、善治和宜居需求,打造了社区运行态势实时掌控、赋能城市运行一网统管和社区治理服务智慧升级三大业务场景,探索了实景3D成果支撑社区精细化治理的能力。

基于无人机PPK技术在免像控条件下山区光伏地形图的生产

针对光伏场区高差大、部分区域植被覆盖、通信信号弱的特点,本文提出了一种基于动态后处理技术(PPK)在免像控条件下航测光伏地形图生产的方法。该方法首先在免像控的条件下对航测获取的无人机影像定位测姿系统(POS)数据和点云数据进行PPK解算;然后利用点云后处理、影像空中三角测量、数字微分纠正等技术生成高精度数字高程模型(DEM)和数字正射影像(DOM)成果;最后利用DEM和DOM成果构建三维模型,实现地形图生产。利用两个典型应用实例,验证了该方法可完全满足光伏地形图的精度要求。