基于数据流的K-S变化检测的动态多目标规划算法

为了更加准确地判断环境是否发生变化并快速追踪动态多目标规划问题(dynamicmulti-objectiveoptimization problem,DMOP)当前时刻的Pareto前沿,提出了一种基于数据流的Kolmogorov-Smirnov(K-S)变化检测的动态多目标规划(DSK-SDMOP)算法。该算法以NSGA-Ⅱ为基础,通过数据流建立2个时刻的检验窗口,再利用K-S检验基于数据流的Pareto最优前沿是否发生变化,检测2个窗口的数据是否服从同一分布来判断环境是否发生变化,并就环境变化的剧烈程度实行相应的应答机制,以提高对环境的适应程度。利用基于数据流的K-S检测方法,对环境变化不会过于敏感,而且不用提前假设对应目标值的分布,易于操作。通过5个动态多目标规划标准测试函数对该算法进行测试,并和现有的2种算法进行对比分析,结果表明该算法处理动态多目标规划问题具有良好的性能。

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。

基于GRACE星间重力位差的Slepian局部地表质量变化反演法

根据Slepian基函数在频域和空域的局部集中特性,建立了利用GRACE星间重力位差(GPD)估计局部地表质量变化的Slepian基函数反演模型及病态问题求解算法,并以亚马逊流域的陆地水储量变化(TWSC)反演为例,评估了反演方法的精度和有效性.首先,通过闭环数值模拟比较了Slepian基函数法(GPD SBF)、基于GPD的mascon方法(GPD Mascon)和球谐系数法(GPD SH)反演2005年亚马逊流域TWSC的性能,结果表明:Slepian基函数法通过限定信号的频域和空域范围,降低了反演过程中向下延拓带来的不确定性,有效削弱了法方程求解的病态性,其解算结果的稳定性明显优于GPD Mascon;GPD SBF的反演精度及可靠性总体上优于GPD Mascon和GPD SH,并且能够更好地恢复边缘区域的信号和减小泄漏误差的影响.其次,利用实测的GRACE GPD数据反演了2004—2015年亚马逊流域的TWSC时间序列,结果显示:GPDSBF相比GPDMascon反演的TWSC与官方mascon模型(CSR、JPL和GSFC RL06 mascon)更为一致,并且GPD SBF反演结果呈现出更多的空间细节和更好的信噪比.最后,利用不同GRACE反演结果计算的(TWSC的一阶导数)和水文气象数据(GPCP降水、ERA5蒸散发)由水量平衡方程估计了亚马逊流域Obidos水文站的月平均径流量,并采用测站的实测径流量进行检验,结果表明:GPD SBF和GPD Mascon估计的径流量与实测值扣除季节性信号后的差值STD分别为12.35 mm和14.54 mm,相关系数分别为0.71和0.69,并且GPD SBF和各种官方mascon模型估计的径流量与实测径流量更为接近.本文研究证明Slepian基函数法可削弱病态问题求解对正则化约束的依赖,其比传统的GPD Mascon解算精度和可靠性更高,为反演高精度、高分辨率的局部地表质量变化提供了一种新的解决方案.

K-S变换及其电网超谐波时频分析应用

依据FFT→优化窗→IFFT思路,突破线性时频变换的窗函数积分性能桎梏,实现高性能优化窗函数的线性时频变换应用,建立新型时频变换算法——K-S变换.对信号x(t)的FFT频谱向量进行频移处理后,与该频移点下Kaiser优化窗的频谱向量进行Hadamard乘积,再将乘积结果进行FFT逆变换(IFFT),构造出K-S变换复时频矩阵,由此获得x(t)的时间-频率-幅值、时间-频率-相位三维信息;给出逆变换的数学推导与局部性质、线性性质和变分辨率特性;0~150 kHz电网的稳态与时变超谐波信号仿真实验表明,K-S变换的时域、频域分辨能力均优于流行的短时傅里叶变换、S变换,具有优良的变分辨率性能;0~40 kHz超谐波信号的实测证明,基于K-S变换的超谐波电压幅值测量绝对误差均小于0.032 3 V.

基于融合K-近邻算法的电压互感器在线监测方法

由于受工作时长和环境因素的影响,电容式电压互感器(capacitor voltage transformer,CVT)在运行过程中误差稳定性不高,易出现电能计量失准现象。为此,该文提出了一种基于融合K-近邻算法(fusion K-nearest neighbor algorithm,FKNN)的电压互感器在线评估方法。该方法利用互感器的历史运行数据构建虚拟标准器,通过改进K-近邻算法对互感器实时状态进行监测,实现对异常情况的报警。同时,提出了一种加权移动时间窗的方法,自适应更新异常阈值,有效削弱电网不平衡波动的影响。实验结果表明,该文方法能够准确监测互感器的0.2级误差漂移。

基于数字孪生与k-近邻算法的车间设备运行状态预测研究

由于传统车间设备运行状态预测不能有效利用历史数据进行学习,实时响应能力有限,难以在复杂调度环境中取得良好效果,因此文章提出一种数字孪生与k-近邻算法相结合的车间设备运行状态预测模型。构建车间设备实体在信息空间的数字孪生模型,并建立设备实体与模型之间的映射关系,从而获取实时特征数据,即设备的运行状态特征数据。运用k-近邻算法计算实时特征数据与历史数据之间的欧几里得距离,即计算设备当前运行状态与历史已知状态的相似度,最终通过前k个距离所对应的设备历史运行状态数据,预测设备的当前运行状态。该模型的本质是通过数字孪生的实时数据采集,获取指定设备运行状态特征数据,运用k-近邻算法预测设备的实时运行状态。相较以往研究,本研究贡献在于提高设备实时运行状态预测的准确率。如果将数字孪生、k-近邻算法与具备自我学习能力的相关算法相结合,模型的预测效果会更好。

试论美国K-12公立学校课程中的种族批判理论之争

近年来,种族批判理论开始走进美国K-12公立学校课程,成为培育学生社会情感能力、维护教育公平的一种路径。然而,伴随种族矛盾加剧和民粹主义抬头,美国社会围绕种族批判理论在K-12公立学校课程中的存废问题展开激烈争论。反对者指责该理论妨害学生的种族身份认知,曲解美国历史,破坏社会共识;支持者则认为该理论能够提升学生多元文化意识,增强种族和历史问题的课堂对话。这场以种族批判理论为核心的课程博弈,反映了当前美国两党在公共教育领域对意识形态主导权的竞争。美国K-12公立学校需要认清既有课程治理措施的缺失,及时清除影响课程设置的认知偏见,进一步拓展具有文化相关性的课程空间。

一种分配查询的k-匿名位置隐私保护方案

针对基于位置服务中移动终端用户位置隐私保护存在时空关联和背景知识攻击的问题,提出一种分配查询的k-匿名位置隐私保护方案。基于查询概率和欧氏距离,在相邻网格区域内筛选假位置,合并真实用户位置形成k-匿名;通过兴趣点语义四叉树为假位置分配合理的查询,从时间、位置及查询3个维度提升用户被识别的不确定性,从而增强用户隐私度。安全性分析表明,提出的方案满足匿名性、不可伪造性和抵抗查询服务跟踪等安全特性。仿真实验表明,提出的方案具有较高的隐私保护度和效率以及较低的通信开销。

美国K-12“天才时刻”项目与学生创新素养培养

为建设教育强国,拔尖创新人才受到社会各界高度重视,但我国对拔尖创新人才的关注主要集中在高等教育阶段,对基础教育阶段学生创新素养的关注不足。而美国K-12“天才时刻”项目的核心理念是通过创建探究式的学习活动,培养学生以创造性思维为主的高阶思维技能。“天才时刻”项目的主要做法为:创设自由支持的环境;为学生提供个性化的学习指导;以及引导学生重视项目的反思与自我评价等。研究表明,“天才时刻”项目促进了中小学生创新素养的发展。为培养我国中小学生的创新素养,学校应创建有利于学生创新人格培养的学习氛围;为学生提供个性化的自由发展创新思维的机会;引导学生反思创新实践的过程与自我评价。

K-凸函数的性质

借助集值映射的K-回收映射和K-雅可比映射得到了K-凸函数的两个性质。

基于K-距离拓扑的大规模电子通信信息云存储技术

针对云存储技术在传输或存储过程中信息可能会受到攻击、窃取或丢失的问题,提出基于K-距离拓扑的大规模电子通信信息云存储技术,结合大规模电子通信特征构建云存储系统模型,根据云存储系统特性建立云存储系统拓扑,在拓扑结构的基础上采用经过信息熵优化的K-距离算法选择合适节点数,通过分布式大数据存储技术完成信息云存储。实验结果表明,当占比为75%时,所提方法的恢复成功率降至70%左右,其他2种方法均降为0,开销始终保持在1.25 TB左右,说明该方法能够有效的提高恢复成功率、降低传输开销。

美国加州K-12族裔研究课程探绎

近年来,美国加州政府开展了一项极具话题性和挑战性的基础教育课程改革,即在K-12阶段推行族裔研究课程。K-12族裔研究课程以批判性种族理论为理论基础,主张通过“反叙事”打破白人对主流课程的叙事控制、文化独裁和知识霸权;超越教育机会与过程平等,力主教育结果平等;揭露、反对教育中的“色盲”现象。为保障K-12族裔研究课程的实施,加州教育厅研制了《族裔研究示范课程》,从目标、原则等方面对课程进行了规范与指导。在加州政府的支持下,K-12族裔研究课程在合法化、制度化的进程中取得了初步成果,但仍面临多方面争议,其发展前景尚不明朗,实际成效仍有待考察。围绕K-12族裔研究课程展开的“大辩论”是美国无休止“文化战争”扩大化的缩影,它折射出当前美国社会的紧张和分裂。

基于随机森林模型的GRACE数据3种空间降尺度对比

陆地水储量是赋存在陆地上各种形式水的综合体现,研究其时空变化对认识区域水循环过程和水资源调控等具有重要意义。然而现有陆地水储量变化数据实际分辨率较低,限制了其在中小流域或地区中的应用。针对这一问题,本文基于GRACE重力卫星和其后续卫星GRACE-FO反演的陆地水储量变化数据,首先采用随机森林模型,分别基于格点、区域(流域)和区域(全国)3种空间降尺度思路将GRACE数据降尺度至0.25°×0.25°,后结合GLDAS模型数据,基于水量平衡原理计算得到地下水储量变化数据,最后基于降尺度模型模拟效果和实测地下水位数据评估3种降尺度思路在全国的适用性。结果表明:随机森林模型能够较好地模拟驱动数据(降水、气温、植被条件指数和土壤水储量)与GRACE数据的统计关系,验证期格点降尺度思路的平均相关系数总体在0.6左右,区域降尺度思路的平均纳什效率系数、相关系数和均方根误差分别>0.5、>0.75和<6.6 cm,3种空间降尺度思路的模拟精度均满足基本要求;2003—2021年间,GRACE数据、格点降尺度、区域降尺度(流域)和区域降尺度(全国)得到的我国陆地水储量亏缺量分别约为119.5×10^(8)、62.4×10^(8)、121.1×10^(8)和121.8×10^(8)m^(3)/a,地下水储量亏缺量分别约为230.0×10^(8)、171.8×10^(8)、235.6×10^(8)和236.4×10^(8)m^(3)/a,受制于样本数较少等原因,格点降尺度结果精度较差;两种区域降尺度思路得到的水储量变化速率均和原始GRACE数据基本一致,模拟结果均优于格点降尺度,且细化到流域的区域降尺度对地下水储量变化验证精度有一定的改善。区域降尺度具有适用性强、模拟精度高、计算效率高的优势,研究结果可为流域水资源可持续利用以及水资源规划等提供精细化的水储量变化数据。

基于GRACE的青藏高原地下水储量时空变化研究及干旱性监测

随着全球气候变暖,了解和掌握青藏高原地下水储存变化对水资源管理和利用具有重要意义。本文基于GRACE重力卫星数据开展青藏高原2002年4月至2022年8月地下水储量变化研究,并进行干旱性监测。研究结果表明:青藏高原平均地下水储量在近20年期间呈小幅上升趋势,平均增加速率为0.33 mm/a;在空间上表现为柴达木盆地和藏北高原呈漏斗状增加,其他区域都减小的特征。青藏高原年际降雨快速下降或上升时,地下水储量会在当年下降或次年出现相应的上升。年内时空变化格局存在明显区域差异性,青藏高原北部主要受降雨影响,增加强度和范围随夏秋降雨增多逐渐增大,且地下水储量变化响应降水时间自西向东逐渐延长;而青藏高原南部地下水储量表现为夏秋减少、冬春增多的特征。WSDI能够有效监测青藏高原干旱事件,干旱主要分布在青藏高原北部,东北及东南区域。

基于GRACE的新疆平原区地下水干旱时空变化及其对气象干旱的响应

地下水资源具有重要的资源保障和生态安全维系功能,随着全球气候变暖及人类活动强度增大,导致新疆平原区地下水资源量呈减少趋势,进一步加剧地下水干旱发生的风险。揭示新疆平原区地下水干旱时空变化特征及其对气象干旱的响应关系,对区域经济可持续发展、生态系统安全有重要意义。基于GRACE重力卫星数据和全球陆地同化系统(GLDAS)数据估算2003—2022年新疆平原区地下水储量变化,在此基础上对地下水储量变化进行标准化处理,构建地下水干旱指数,分析新疆平原区地下水干旱时空变化特征,最后使用最大相关系法分析地下水干旱对气象干旱的响应关系。结果表明:(1)新疆平原区地下水储量变化呈下降趋势,其下降速率为0.60 cm·a^(-1),下降较为明显的区域主要集中在天山区域山前平原区,上升区域主要集中在昆仑山北麓山前平原区及阿尔泰山南麓西部山前平原区。(2)地下水干旱指数监测到新疆平原区于2014年4月—2015年4月、2022年5—12月分别发生了历时13个月、8个月的地下水干旱事件。整体来看,新疆平原区地下水干旱频率为0.21,地下水平均干旱强度为1.0~2.0,地下水平均干旱历时为4~28个月;其中,平均干旱历时为4~10个月、11~16个月、17~22个月、23~28个月的面积占比分别为80.68%、9.54%、4.15%、5.63%。(3)新疆平原区地下水干旱对气象干旱的平均响应时间为18个月;响应时间为1~3个月、4~6个月、7~9个月、10~12个月、13~24个月的面积占比分别为11.00%、2.13%、2.75%、2.00%、82.12%。其中,近20 a来天山北麓山前平原区的响应时间呈增大趋势,响应时间由1~3个月增大为18~24个月,昆仑山北麓山前平原区部分区域的响应时间则先由9~12个月减缓至1~3个月,后延长至12~24个月。

联合GNSS和GRACE数据分析华北平原地表垂直形变

为了分析华北平原陆地水储量变化等环境因素对GNSS非线性垂向时间序列产生的影响,结合GRACE数据和GNSS数据以水井水位数据为补充对华北平原进行研究。研究结果表明,华北平原地区GNSS垂向位移时间序列与GRACE负荷形变具有较好的相关性,改正后的GNSS观测与GRACE负荷形变的相关性有较大程度地减少。基于水井静水位资料对结果的可靠性进行了验证,扣除GRACE负荷形变影响后的GNSS垂向位移时间序列与水井静水位观测之间的相关系数相较于扣除前降低了40%~96.7%。将GRACE观测得到的负荷形变从GNSS时间序列中扣除,可以有效降低包括陆地水储量变化在内的环境因素导致的负荷形变对GNSS观测造成的非构造运动影响。研究结果为获取华北平原及其周边地区更为精确的垂向构造运动变形提供了科学参考。

联合GNSS与GRACE/GRACE-FO数据反演中国西南地区陆地水储量变化

GNSS和重力恢复与气候试验(GRACE)及其后续任务(GRACE-FO)给陆地水储量变化(TWSC)研究带来了技术革新,但这两种技术估计的区域TWSC具有不同的时空尺度和精度特性。因此,有必要融合两种观测数据,以获得同一尺度且高精度的TWSC。本文基于GNSS独立反演模型,使用求和算子对喷气推进实验室(JPL)的GRACE/GRACE-FO Mascon数据进行求和运算来构建约束,通过赤池贝叶斯准则选择最优模型参数,构建了一种联合GNSS与GRACE/GRACE-FO数据的区域TWSC反演模型。随后,本文设计数值模拟试验,以验证利用该模型反演中国西南地区TWSC的可行性。结果显示,1000次试验中联合反演估算的均方根误差均值为10 mm,比GNSS独立反演结果低47%。基于此方法,本文联合GNSS与JPL Mascon数据反演了中国西南地区2011年1月—2022年6月的时变TWSC。对比联合反演、GNSS独立反演、GRACE/GRACE-FO和高分辨率全球陆地数据同化系统(GLDAS)的结果,发现联合反演与GLDAS的TWSC周年振幅空间分布特征最吻合,表明联合反演估计的TWSC空间分辨率优于GNSS独立反演和GRACE的结果。最后,结合水平衡方程估算的区域水文收支情况,并通过广义三角帽方法评估陆地水储量等效水柱高的变化率(d(EWH)/d t)的不确定性。结果显示,联合反演估计的d(EWH)/d t不确定性为8 mm/月,较GRACE/GRACE-FO、GNSS独立反演和水平衡方程结果分别低33%、68%和62%。研究结果表明,与GNSS和GRACE/GRACE-FO独立反演方法相比,联合反演能够改善TWSC估值的精度,可为水资源管理决策及水文气候学研究提供更可靠的数据支撑。

贝叶斯三角帽法的GRACE/GRACE-FO组合模型及其不确定性

利用贝叶斯三角帽法将多个GRACE/GRACE-FO重构模型进行融合,提升基于深度学习的地表质量变化重构模型的精度,为高精度填补及重构GRACE/GRACE-FO数据提供参考。实验表明,组合模型估算的全球陆地水储量变化的不确定性最低,其结果在多数流域与参考模型的一致性更佳;较最优的重构模型,组合模型全球及流域的不确定性降低约15%,纳什效率系数(NSE)提升约5%,尤其在半干旱、半湿润及湿润区域,其精度提升更明显。

基于GRACE数据重建的黄河流域实际蒸散发及其时空演变特征分析

利用多种深度学习方法对重力场恢复与气候试验(GRACE)数据进行插补,利用随机森林算法对GRACE数据进行空间降尺度,基于水量平衡方程计算黄河流域实际蒸散发,并采用4种蒸散发产品进行验证,进而分析黄河流域实际蒸散发的时空演变规律。结果表明:长短期记忆神经网络的整体插补精度优于深度神经网络和卷积长短期记忆神经网络;基于GRACE数据估算的实际蒸散发与4种蒸散发产品的平均相关系数为0.903,表明基于GRACE数据估算的实际蒸散发结果适用性较好;2003—2021年黄河流域多年平均实际蒸散发为144.38~775.62 mm,空间上呈南多北少的分布特征,时间上呈夏多冬少的季节变化特征,2003—2016年以2.51 mm/a的速率上升,2017年后呈下降趋势。

基于质心定标机动信号估计GRACE-FO卫星激光测距系统TTL耦合系数

GRACE-FO卫星搭载的激光测距系统(LRI)能够以纳米级的精度测量星间距离,LRI测距误差低频部分最大噪声源来自于TTL耦合噪声.TTL耦合噪声源于卫星姿态变化与质心(CoM)和三面镜顶点(VP)偏差产生的耦合效应.本文采用线性估计模型,并利用卫星在质心定标阶段的机动信号数据,基于不同方向的子机动,采用整体参数估计和独立参数估计共三种参数估计策略,获得了合理的TTL耦合系数,结果表明TTL耦合系数满足200 um·rad^(-1)的设计指标要求.另外,将TTL耦合系数换算为质心和三面镜顶点(VP-CoM offset)偏差,可间接获得卫星质心偏差估计结果序列,且该结果序列与基于加速度计的估计结果(卫星质心与加速度计检验质量块的偏差,ACC-CoM offset)序列吻合较好,表明该方法可作为GRACE-FO卫星质心偏差估计的补充方法.