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。

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。

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.

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.

Mayr电弧模型下GIS中快速暂态过电压的仿真分析

SF6气体绝缘封闭组合开关(GIS)中隔离开关进行分合母线时,产生快速暂态过电压(VFTO),幅值高且上升速率极快,威胁GIS及相邻设备的绝缘。选取某800 kV GIS隔离开关分合母线的试验电路为研究对象,采用电磁暂态程序(EMTP/ATP)进行建模仿真,隔离开关燃弧时采用Mayr电弧模型,分析其对VFTO的影响,得出考虑Mayr电弧模型时操作隔离开关、断路器侧隔离开关及变压器侧隔离开关的电压波形,并与考虑时变电阻模型的VFTO进行对比。对VFTO波形进行离散傅里叶分析,得到过电压频率、幅值的变化特征,研究结果为GIS绝缘设计提供参考。

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技术的区域多尺度空间数据集成方法

区域多尺度空间数据,其量较大,其来源、格式、特点、性质不同,数据在逻辑上或物理上的有机集中比较困难,容易导致集成路径拥塞,集成效率下降。为此,提出了一种基于GIS技术的区域多尺度空间数据集成方法。利用GIS技术搭建区域多尺度空间数据挖掘架构,结合数据转换矩阵构建多尺度空间数据库。根据多尺度空间数据库中拥塞窗口状态集合,采用不同策略对数据集成路径进行拥塞控制,通过确定理想集成效率而选择多尺度空间数据集成路径。计算不同集成路径上空间数据特征向量之间的紧密度,结合相异度阈值和空间数据权重构建数据集成函数,实现区域多尺度空间数据集成。实验结果表明:所给方法在有、无人工干预的情况下,集成延时分别控制在7 min以内和5 min以内,数据集成效率较高。

“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。

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。

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。

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。

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.

基于BIM与GIS的水利水电工程开发设计应用研究

为了解决水利水电项目建设中任务量大、专业技能多、操作难度高、环境干扰严重的问题,往往要进行多次论证和优化工程步骤,保证施工质量。采用BIM(Building Information Modeling)+GIS(Geographic Information System)技术对水利建筑模型进行优化,并对建筑进行外观设计,为模型的搭建提供坚实基础。结果表明,在水利水电项目建设过程中,以BIM+GIS技术模型为基础可快速模拟待查找的工程进度,有利于管控工程资金和监督工程实施进度,可以大幅度提升水利项目的信息化程度。

基于GIS与Scoops 3D的水动力型滑坡区域稳定性分析

库岸边坡在库水位变动、降雨等水动力因素的作用下易发生水动力型滑坡,进而威胁库区居民生命及财产安全。以某流域HD和DHQ库段为主要研究区段,在对已有滑坡点进行地质调查和遥感解译的基础上,将ArcGIS的空间分析与三维斜坡稳定性分析模型(Scoops 3D)相结合,对研究区段的潜在滑面进行系统的三维搜索及识别,并基于GIS数据与室内试验等确定计算参数,对天然和暴雨两种工况下的区域滑坡稳定性进行评价比较。结果表明:(1)研究区历史滑坡点分布与基础地质环境、岩土体强度指标参数有很强的相关性;(2)天然工况下,非稳定区主要分布在DHQ坝区、迤场、DH坝址、拉巴铁、宝塔河以及甸尾附近;(3)暴雨工况下,非稳定区面积较天然工况有显著的增大,DHQ坝址、营盘镇、甸尾、HD坝址附近有较为密集的分布;(4)暴雨工况下模型计算的非稳定区与历史滑坡点的分布特征基本一致。由此可见,三维斜坡稳定性分析模型可以较为准确模拟不同工况下滑坡稳定性,且易发程度区分明显,稳定性评价结果在一定程度上反映了研究区段的稳定性时空分布。