基于GIS与大数据分析的矿压监测预警平台

为响应国家关于加快煤矿智能化发展的号召,针对煤矿GIS“一张图”中巷道路径不能实现精确计算,矿压数据不能实现高效甄别、有效提取的问题,以及矿压预警需要实现在线推演、可视化展示的需求,提出建立基于GIS与大数据分析的矿压监测预警平台。采用GIS“一张图”、巷道结点-路径拓扑算法、多源异构监测数据处理技术、矿压大数据分析技术,搭建成能够实现矿井下复杂情况切实反映、矿压监测数据有效提取、采掘风险在线预测、可视化程度高的矿压监测预警平台。通过在李雅庄矿的实际应用,表明该系统运行稳定可靠,可有效提升煤矿的矿压风险监测预警。

基于GIS的公交换乘网络构建及可达性分析

为了提高公交换乘效率、优化公交系统,基于GIS软件构建公交换乘网络,运用该网络对换乘可达性进行了测度和分析.结合Space-P模型和网络分析法,以拉萨市城关区为研究区域,基于公交线路路径、站点、交叉口等基本信息构建同站换乘子网络.结合公交站点服务范围、步行通道路径、交叉口等信息构建异站换乘子网络.二者协同实现了基于ArcGIS的公交换乘网络构建,并依据该网络对公交线路的乘客在车时间和换乘系数进行测度和分析.结果表明:构建的换乘网络能够对乘客在车时间进行良好的测度,乘客在车时间最大值为68.68 min,最小值为2.00 min,乘客换乘在车时间平均值为29.90 min.该换乘网络能够对换乘系数进行良好的测度,得到有效换乘线路90 300条,换乘系数最大为4条(线路为62条),最小为0条(线路为1 354条).采用可达性度量模型,可实现对公交站点时间可达性和换乘可达性的良好测度和分析.

恒压下GIS固体绝缘界面气隙缺陷放电严重程度评估

为了研究GIS绝缘子界面气隙缺陷的放电发展过程,文中设计了空洞气隙缺陷模型,搭建了一套GIS气隙缺陷放电长期测试平台。基于缺陷模型的击穿电压对带有缺陷的试品施加90%Ub、60%Ub、30%Ub的交流恒压,使用UHF检测系统采集放电数据直至试品击穿。提取放电次数、放电幅值、放电时间间隔分析放电状态特征,发现GIS气隙缺陷放电发展过程存在两个阶段,前期放电幅值缓慢增大,放电脉冲逐渐稀疏,放电发展较为平稳;后期放电幅值急剧减小,放电脉冲密集,放电发展剧烈,采用k⁃means聚类算法及BP神经网络建立了气隙缺陷局放发展阶段的划分规则。研究表明,放电次数、放电幅值、放电时间间隔3种统计参量呈现阶段式单调性的趋势,可以用3种统计参量前向差分绝对值作为特征参量来评估GIS气隙放电严重程度;对GIS恒压试验进行聚类分析将放电过程划分为平稳劣化阶段和加速劣化阶段,随着外施电压水平的降低,平稳劣化阶段被压缩,加速劣化阶段占比升高。

直流电压下GIS盆式绝缘子表面电荷及电场分布特性仿真研究

GIS中盆式绝缘子表面在外施直流电压时会积聚大量电荷使得沿面闪络电压大幅降低,从而引发一系列电气设备故障。基于上述问题,文中分析了盆式绝缘子表面电荷的来源与传导途径,采用有限元仿真计算方法构建了二维轴对称仿真模型以及设定相关参数,研究了电压极性、不同电压幅值以及电压极性反转对盆式绝缘子表面电荷分布的影响。结果表明,在直流电压下,凹面主要积聚与外施直流电压极性相反的电荷,凸面主要积聚与直流电压极性相同的电荷,且凹面积聚的电荷密度更大;在极性反转后-100 kV直流电压下,盆式绝缘子表面原先积聚的电荷密度呈现先增大后逐渐减小的趋势,随后转换极性并达到饱和,电场在靠近高压端以及盆式绝缘子沿面0~20 mm处的畸变程度较为明显。电场在盆式绝缘子表面电荷极性发生变化前出现峰值,相比较电荷达到饱和状态,此时盆式绝缘子凹面最大场强增加46%,凸面最大场强增加5.4%。该研究可为直流电压下盆式绝缘子表面电荷分布特性提供指导。

基于双回路反馈的光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统研究

光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统受到环境干扰,会导致超声检测灵敏度降低。基于单回路反馈的传感系统能够抑制振动干扰,但长时间工作仍会出现工作点漂移。文中首先分析了单回路反馈传感系统工作点漂移的原因,指出了压电陶瓷迟滞效应的影响;其次,搭建了基于双回路反馈的光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统,引入了二次反馈回路以补偿一次反馈回路累积的低频相位调制误差;再次,通过振动干扰下的超声检测试验和GIS局部放电检测试验,证明了双回路反馈传感系统能够长时间保持稳定的超声检测灵敏度;最后,搭建了真型126 kV GIS局部放电检测试验平台,利用双回路反馈传感系统成功检测到了金属颗粒引发的局部放电和跳动声信号,检测到的最小视在放电量为5.2 pC。

基于多层融合振动数据分析的GIS设备机械缺陷诊断方法研究

气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear,GIS)机械缺陷是导致设备故障的重要因素,针对单测点、单证据机械缺陷诊断模型信息缺失和精度不足问题,该文提出一种多层融合振动数据分析的GIS设备机械缺陷诊断方法。首先,基于真型GIS设备振动模拟平台试验研究测点位置与缺陷类型对振动行为的影响特性;然后,联合统计分析、模态分解、尺度变换方法提出机械振动信号整体与局部信息关注的复合参数分析方法,引入主成分分析开展多测点振动信息的特征层融合降维;最后,提出改进放缩权重的Dempster-Shafer(DS)证据理论和Bagging投票机制的强/弱基学习器决策层融合机制,联合构建多层融合振动数据分析的GIS设备机械缺陷诊断模型。结果表明:不同类型机械缺陷信号的响应幅值、特征频点和畸变程度存在显著差异,复合特征参量大小及分散程度各不相同;同时,测点位置对缺陷信号的复合振动特征参量的表现形式及分布区间也具有一定影响;基于多层融合数据分析的诊断模型实现缺陷有效识别,辨识准确率为98.66%,相比单一分类器诊断效果提升5.83%。该文可为GIS设备机械缺陷诊断方法提供有价值的参考。

基于GIS的大汶河流域生态敏感性研究

生态敏感性评价在推进区域经济高质量发展、制定区域生态环境政策和地区城乡规划布局中扮演重要角色。以黄河下游山东省大汶河流域为研究区域,依据气象因素、地形因素和社会经济因素三个层面选取了12项敏感指标因子构建了大文河流域生态敏感评价体系,并利用地理信息技术软件GIS与层次分析法对其进行生态敏感性综合评价。研究表明:大汶河流域气象敏感性主要表现为中高敏感度,地形敏感性主要表现为中低敏感度,社会经济敏感性主要表现为中高敏感度;综合敏感性评价中,大汶河流域极低度敏感区和低敏感区面积为3024.35 km^(2),占全流域面积的27.24%,适宜进行高强度的土地开发;中度敏感区面积为2738.76 km^(2),占全流域面积为24.67%,可适度开发利用土地;极高敏感区和高度敏感区面积为5319.07 km^(2),占全流域面积为47.93%,不适宜对土地进行开发利用。

交叉学科视角下的“人文社会GIS”课程教学探索

人文社会地理信息系统(geographical information system, GIS)源于人文科学、社会科学和地理信息科学等多个学科的交叉融合,属于自然科学与人文社会科学的学科交叉领域.本文依托南京师范大学长期开展地理信息科学与人文社会科学交叉融合的科研和教学成果,系统分析了人文社会GIS的交叉学科特性,提出了人文社会GIS的内涵和知识体系,设计了“人文社会GIS”课程的创新教学模式,形成了有代表性的学科交叉课程教学实践案例,对于开展“新工科”和“新文科”背景下的交叉学科研究和复合型人才培养具有较好的参考价值.

基于GIS空间分析的城市抗震韧性评估方法研究

“韧性城乡”是《国家地震科技创新工程》四大计划之一,合理可靠的城市抗震韧性评估模型是开展地震安全韧性城市建设的前提。文章基于空间韧性提出了城市空间抗震韧性的理念。在明确韧性目标和特征并构建最不利灾害场景的基础上,以城市二级防灾分区为评估对象,从健壮性、适应性、恢复性三个维度建立了城市空间抗震韧性评估指标体系。

基于GIS的农田墒情管理系统应用研究

以农田土壤墒情监测过程和数据分析与管理过程为研究对象,建立农田土壤墒情监测和数据分析过程模型,对当前农田土壤墒情监测过程中的不足进行分析,并结合无线网络传输技术和GIS地理信息技术构建农田墒情管理系统功能模块,实现土壤墒情数据采集、分析处理及管理输出。农田墒情管理系统运行结果表明:系统能够实时快速对农田土壤含水量进行监测,同时能够对土壤水分含量数据动态变化过程进行管理,便于土壤水分含量变化趋势的预测。

SF_(6)/N_(2)介质条件下GIS隔离开关操作动态击穿特性研究及其操作过电压的计算

从工程应用角度来看,SF_(6)/N_(2)混合气体仍是替代纯SF_(6)气体最有效的方案。为给SF_(6)/N_(2)混合气体作为介质的电气设备绝缘配合提供参考,该文针对SF_(6)/N_(2)混合气体不同混合比和不同气压条件下的隔离开关操作过电压开展了研究。SF_(6)/N_(2)混合气体的击穿特性是过电压计算的基础。研究表明:SF_(6)/N_(2)混合气体临界击穿电压与其气体密度分布呈线性关系。为此,该文建立多物理场耦合模型,采用场计算的方法分析SF_(6)/N_(2)混合气体在隔离开关操作过程中的动态击穿特性。同时为模拟隔离开关的动态操作过程,采用了动网格划分技术。随后对不同条件下混合气体的击穿电压进行了数据拟合工作,并采用拟合优度和显著性检验对拟合函数进行评价,最终采用二次多项式函数进行了拟合。在上述研究基础上,利用混合气体动态击穿特性和重燃判据建立了SF_(6)/N_(2)混合气体放电模型,并根据混合气体动态击穿特性解决了混合气体单次放电模型中上升时间常数的计算问题。最后以典型的550kVGIS间隔回路为例对SF_(6)/N_(2)混合气体介质气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)隔离开关操作过电压进行了计算。计算结果表明:绝缘强度相同的SF_(6)/N_(2)混合气体与纯SF_(6)在隔离开关操作过程中重复击穿产生的特快速暂态过电压VFTO(very fast transient overvoltage,VFTO)波形及幅值相似且击穿次数相同;0.6MPa气室压强条件下,SF_(6)/N_(2)混合气体中SF_(6)体积占比从20%增加至40%时,隔离开关击穿次数及开关过程中VFTO_(SF6)/N_(2)全过程持续时间均可减少50%左右;30%SF_(6)体积占比条件下,气室压强从0.6MPa增加到0.8MPa时,隔离开关击穿次数减少一半、开关过程中VFTO_(SF6)/N_(2)全过程持续时间缩短30%左右。

“互联网+”背景下GIS开发类课程群建设探索

在“互联网+”背景下,针对教学目标单一、教学与科研相对分离、课程体系相对混乱的问题,本研究提出要进行教学目标改革,培养创新应用型人才。教学模式创新改革可以按照“课程+专业+学科”及“教学+竞赛+科研”的总体思路,推动GIS专业开发类课程的全面优化与整合;探索课程体系建设,构建GIS开发类课程群的“四类一体”课程体系。实践表明,GIS开发类课程群建设取得了较好的效果,很大程度上促进了学生端正学习态度,提高了学生的自主学习与科研创新能力,形成了具有良性循环特征的GIS开发类课程教学体系。

基于情绪计算的GIS硕士面试成绩预测

针对组织GIS专业学生面试带来人力资源与时间成本大的问题,本研究基于真实面试的视频数据和专家综合打分数据,通过人脸情绪识别与构建特征工程,使用包括偏最小二乘回归、支持向量回归、随机森林回归和梯度提升回归树的4种机器学习模型进行回归模型构建,探究情绪特征与面试成绩的关系。结果表明偏最小二乘回归模型的稳定性和泛化能力在本应用中更好,模型的决定系数为0.486。进一步分析发现,基本情绪中,我们定义的“负面情绪”与面试成绩呈显著负相关;而中性情绪、积极情绪与面试成绩呈显著正相关。本研究为GIS人才面试评估的自动化做出了有益的探索。

基于遥感GIS信息融合的测绘机器人滑模跟踪控制系统

测绘机器人是实现测绘自动化的执行设备,测绘机器人的工作空间更为复杂,给机器人的跟踪控制工作带来较大挑战;为提高测绘机器人跟踪控制效果,设计了基于遥感GIS信息融合的测绘机器人滑模跟踪控制系统;加设遥感信息采集器和GIS信息采集器,改装遥感GIS信息处理器以及滑模跟踪控制器,完成硬件系统的优化设计;考虑信息结构以及信息之间的逻辑关系,构建系统数据库,为遥感GIS信息提供充足的存储空间;根据测绘任务生成机器人滑模移动轨迹,作为机器人的控制目标;采集测绘机器人实时遥感与GIS信息,利用遥感GIS信息融合技术跟踪机器人实时位姿,比对位姿跟踪结果与生成的控制目标,计算滑模跟踪控制量,完成系统的测绘机器人滑模跟踪控制软件功能优化;系统测试结果表明:设计系统的控制误差平均值为1.9 m,抖振幅值为0.8 dB,具有较好的控制效果。

批判思维驱动的GIS专业学生创新能力培养模式探索与实践

在当前地理信息科技日新月异的发展背景下,培养具备批判性思维和创新能力的高素质GIS专业人才已成为我国高等教育的重要任务。该文以中南大学地理信息科学专业为例,从教学方法、课程体系、实践教学等方面分析当前GIS人才培养存在的问题,并在此基础上围绕多课程精细协作、“课程-大创-竞赛”贯穿式训练模式、跨学科网络训练和真实问题导向的项目驱动教学等方法,探索一种批判思维驱动的创新能力培养模式。实践结果表明,该模式取得显著的成果,可为其他院校相关专业提供一定的参考和借鉴。

基于GIS的宁夏枸杞花期冻害风险分析与区划

宁夏具有独特的地理环境和气候条件,是我国重要的枸杞产区。宁夏枸杞具有品质优良、营养丰富的特点,但枸杞花期冻害是影响其产量和品质的重要因素之一。采用GIS技术,结合气象数据、地形地貌数据、土壤数据等,对宁夏枸杞花期冻害风险进行分析与区划,为宁夏枸杞产业防灾减灾体系建设提供参考。

基于GIS的青岛市绿地景观生态格局与网络构建

定量化研究绿地景观生态格局和网络构建能够为城市绿地系统和国土空间的科学规划提供理论依据与方法支撑。研究基于无线电高空测候(RS)和地理信息系统(GIS)技术,运用总体景观生态格局分析和梯度分析方法,选取12个景观指数,对沿海城市——青岛市的绿地景观生态格局从斑块类型水平和景观水平两方面进行了定量研究。结果表明:斑块类型水平上,区域绿地以大型斑块为主且占优势地位,防护绿地以大中型斑块为主,二者虽空间分布不均匀,但生态效益较好;附属绿地以中小型斑块为主,缺乏大面积绿地建设,景观破碎度高但符合公众游憩需求;公园绿地以小型斑块为主且数量较少,在城区集中分布。景观水平上,城市绿地景观类型较齐全,但整体破碎度高,中部地区景观破碎度高,南部与中北部地区绿地类型多样,景观破碎度高且景观形状较复杂。在此基础上,进而分析了青岛城市绿地景观生态格局存在的问题,提出了“一轴、三核、廊汇成网、节点密布”的城市绿地生态网络优化与构建方案,以提高各类城市绿地连接度水平,发挥绿地生态系统的整体效益。

基于GIS-AHP的防灾避难绿地规划选址研究——以太原市为例

【目的】防灾避难绿地的建设是城市安全工程的重要工作。为增强对未来灾害的应对能力,太原市在城市建设方面做了很多工作,但目前仍然存在防灾避难绿地数量不足、分布不合理、选址缺乏科学量化的依据等问题。【方法】为解决这些问题,对太原市防灾避难绿地现状问题及选址规划进行研究,筛选出防灾避难绿地的影响因素,用层次分析法计算权重、用GIS技术进行空间分析,得出科学的选址结果。最后以太原市迎泽区作为实证研究对象,提出具体的选址建议。【结果】该方法可以为太原市防灾避难绿地的选址提供科学的理论依据,为提升城市防灾避难能力,建设生态宜居城市作出专业的贡献。

基于InSAR/GIS的矿区地下非法开采监测关键技术研究

地下非法开采是许多矿区存在的顽疾。由于地下非法开采事件的识别难度较大,尽管有关部门采取了一定的防范措施,但还是屡禁不止,严重影响矿山正常开采秩序,容易形成安全事故隐患。因此,为了实现在人无须进入井下或井下实测空间的条件下确定地下开采区域,进而进行非法采矿识别成为可能,论文从解决地表形变信息的获取,地表形变信息与地下开采位置的关联,合法与非法开采的甄别3个关键技术问题入手,综合运用空间对地观测技术、GIS、开采沉陷等技术的理论成果,解决矿区范围内InSAR获取地表形变信息的问题,以煤炭地下开采引起的地表沉陷为研究对象,在揭示地表形变信息与地下开采面的关联机理的基础上,构建能融合多源数据,反映多层次时空变化过程中地质空间与分布特征的GIS时空数据模型,建立地下合法开采和非法开采的甄别模型,并集成InSAR和GIS技术来实现矿区地下非法采矿的快速高效监测,主要内容如下。

基于OBE的地方院校GIS专业线上课程资源网站建设探索

OBE理念重视学生通过学习取得成果与进步,为了丰富学生的系统学习资源和提升学生的实践创新本领,以嘉应学院地理信息科学(GIS)专业为例,探索地方院校基于OBE理念的线上课程资源网站建设.该课程资源网站建设以专业知识、技术工具、综合能力、价值情感和实践应用这5个维度课程目标为导向,构建课程学习共同体和学生深度参与网站建设的创新教学方式体系.师生共同组织学习活动,将课堂教学、线上学习与第二课堂有机结合,以达到培养创新应用型GIS人才的目标.