基于“空-天-地”一体化的地震灾害风险动态监测与评估策略研究

针对当前城市地震灾害风险监测手段单一、数据库不够精细以及风险评估静态化等问题,基于“空-天-地”一体化理念,探讨地震灾害风险动态监测和评估的策略研究:将卫星遥感、无人机拍摄和地面观测集成起来,构建了“空-天-地”一体化的监测体系,实现地震灾害全方位动态监测;建立数据信息网络层,使得各种终端能够实现数据共享;通过和风险普查数据相结合,构建了精细化的动态数据库;基于收集到的数据,进行动态风险评估。该地震灾害风险动态监测与评估策略具有高效、智能的特点,对加强普查成果数据的精细化管理以及城市防灾减灾事业的发展具有积极的作用,有望在未来地震预警和防范工作中得到广泛应用。

空-天-地一体化移动边缘计算系统的部署优化和计算卸载

空-天-地一体化的通信技术作为一种新兴的架构,能够有效提高地面终端的网络服务质量,近年来引起了广泛关注。文中研究了一种空-天-地一体化的移动边缘计算系统,其中多台无人机为地面设备提供低延迟的边缘计算服务,近地轨道卫星为地面设备提供无处不在的云计算服务。由于无人机的部署位置和计算任务的卸载方案是影响系统性能的关键因素,因此需要对无人机的部署位置、地面设备与无人机之间的连接关系以及计算任务的卸载比例进行联合优化,实现系统内系统平均任务响应时延最小化。并且,由于形式化定义的联合优化问题是一个混合非线性规划问题,因此设计了一种双层优化算法,在该算法的上层,提出了一种结合了遗传算法算子的粒子群优化算法来优化无人机的部署位置,并在算法的下层采用贪心算法来实现对计算任务卸载方案的优化。大量的数值仿真实验验证了所提算法的可行性和有效性。结果表明,与其他基准算法相比,所提算法能有效降低系统的任务平均响应时延。

粤港澳大湾区水安全要素“天-空-地-水”立体观测体系建设探讨

聚焦粤港澳大湾区的复杂水情及严峻水安全问题,分析当前大湾区水安全观测主要依赖传统观测方法的不足,提出基于卫星遥感、无人机、高精度传感器、5G、移动互联网等高新技术,构建粤港澳大湾区水安全要素“天-空-地-水”立体观测体系,实现对水安全要素的全覆盖、多尺度、高精度、智能化立体观测,为大湾区推进水治理、保障水安全、实现水利现代化提供支撑。

支-卸一体化沿空留巷围岩控制技术研究

针对沿空留巷受采动影响次数多、巷道变形量大、控制困难等问题,提出恒阻大变形高强度锚索巷内主动支护+顶板预裂爆破切顶卸压+分区域临时支护的支-卸一体化围岩协同控制技术,经工程应用检验,该技术方案所留巷道顶板、底板以及两帮之间的相对移近量较小,围岩控制效果良好,有助于节约煤炭资源,提高矿井回采率。

“空—天—地”一体化的矿山地质环境动态监测研究

为实现矿产资源开发利用与矿山地质环境保护修复协调统一的新格局,本文利用当前的监测技术和手段,构建了全覆盖、全时段、全要素的矿山地质环境保护、治理和恢复“空—天—地”一体化的监测体系,探讨了“空—天—地”一体化矿山地质环境动态监测工作流程,阐述了监测体系中的卫星遥感监测技术、全景影像监测技术以及巡查填报监测技术三大关键技术,搭建了矿山地质环境监测系统,实现了违法图斑展示、采集、查询、统计和分析,地质环境治理恢复监管等功能,有效提高了矿山地质环境治理恢复能力。

基于优视摄影测量的天-空-地协同实景三维构建方法

随着信息技术的发展,实景三维模型已成为城市数字空间的数据基础。新兴无人机摄影测量方法通常以粗略模型为依据,通过多次飞行完成建模,存在效率低下和计算资源浪费问题。本文以优视摄影测量方法为技术基础,提出了天-空-地协同实景三维构建方法:使用卫星影像重建生成概略模型,并优化生成无人机实景三维数据采集方案,同时结合地面补拍,实现精细化实景三维数据采集及建模。试验结果表明,相比于常规的倾斜摄影测量方法,协同实景三维构建方法能够在保证相对高效率和便利性的前提下,实现高质量的精细化实景三维模型生产和输出。

基于“天-空-地”一体化的生态保护红线区监管评价体系构建及应用

科学监管评价生态保护红线区生态环境是合理利用自然资源和充分保护生态环境的基础,对推动国家生态文明建设具有重要意义。该研究基于"天-空-地"一体化获取多源数据,结合GIS和RS空间分析,从生态系统格局和质量、人类活动、环境限制4个方面选取25个指标,构建了生物多样性维护生态保护红线区监管评价体系,并以泰山生态保护红线区为例进行分析研究。结果表明:2000-2015年,研究区生态系统格局、生态系统质量、人类活动状况3个分指数得分及生态环境综合得分均呈现先降后升的趋势,就综合得分而言,2000-2005年、2005-2010年得分降幅分别为18. 73%和5. 24%,2010年得分最低(41. 97分),而2010-2015年得分增幅为81. 63%,2015年得分为76. 23分,生态环境综合得分评价等级由Ⅱ级升为Ⅰ级。其中城乡居民和工矿用地面积占比、生态系统破碎度和分离度、植被生物量是影响研究区生态环境的关键指标,相关部门应加强对研究区边界处人类活动的监管,并注重生态系统完整性和植被生长状态的保护。该监管评价体系具有较强的实践性、科学性和可操作性,可为生态保护红线区的监管评价提供新思路。

“空-天-地”一体化技术在滑坡隐患早期识别中的应用——以兰州普兰太公司滑坡为例

长时间序列SBAS-InSAR形变监测,能够减弱误差带来的影响,提高监测精度,有效识别地质灾害隐患。研究获取了兰州地区2019年9月至2020年4月的L波段升轨ALOS-2编程数据,利用“空-天-地”一体化地质灾害监测体系,基于小基线集(SBAS-InSAR)技术对兰州市普兰太有限公司滑坡进行了有效识别。经现场核查,滑坡宏观变形迹象明显,并与同期C波段Sentinel-1A升轨数据处理对比分析,表明基于L波段的SBAS-InSAR形变监测在兰州市典型滑坡早期识别中发挥了很好的作用,可以在区域滑坡早期识别中推广应用。

顶空-气相色谱串联质谱法测定白酒和葡萄酒中甲醇的含量

利用顶空-气相色谱串联质谱(HS-GC/MSMS)技术,建立白酒和葡萄酒中甲醇定性定量的检测方法。样品无需前处理直接装入顶空瓶中自动完成进样,顶空平衡温度为80.0℃,恒温时间35 min,盐析剂为2 g氯化钠,采用分流进样,分流比为100∶1,以电子轰击源(EI)为离子源,采用多反应监测(MRM)模式进行分析。经确认,白酒采用内标法、葡萄酒采用外标法得到的准确度更高。甲醇在0.201416~10.0708 mg/L和10.0708~402.832 mg/L的质量浓度范围内线性关系良好,相关系数R 2均>0.999,方法测定低限为0.2 mg/L,加标回收率为97.51%~102.05%,精密度RSD为0.583%~3.814%(n=6)。方法简便、灵敏度高、干扰少、准确度高,适合于白酒和葡萄酒中甲醇的快速检测。

“天-空-地”协同滑坡监测技术进展

滑坡灾害是全球范围内发生频率最高、分布范围最广、造成损失最重的自然灾害之一,严重威胁着人类生命财产和重大工程设施的安全。科学监测是实现滑坡预警预报与主动防范的重要技术前提,经过多年的技术攻关,融合高分辨率光学遥感、卫星InSAR、无人机摄影测量、无线传感网络(WSN)等多种新技术方法,滑坡监测已从传统点式人工监测逐步发展到“天-空-地”多维协同监测,在我国地质灾害风险识别与监测预警方面取得显著成效。本文结合多年来对滑坡发生机理与变形破坏过程的研究认识,从天(光学遥感和InSAR)、空(无人机摄影测量)、地(全球导航卫星系统、裂缝计等专业监测)三维立体角度对我国滑坡监测技术的最新研究进展进行了系统总结,分析讨论了不同技术在工程实践中的技术优势和适用性,构建了滑坡变形破坏全过程的“天-空-地”协同监测技术体系,为滑坡地质灾害的科学防范提供一种新的思维范式和经验指导。

基于能源设备的空-地立体化协同碳流分析研究

为了有效确保二氧化碳含量监测的实时性、准确性和全面性,并探究影响二氧化碳含量的因素,设计基于能源设备的空-地立体化协同碳排放监测系统。搭建地面和空中两种二氧化碳监测环境,利用地面传感器获取排放口碳数据,利用无人机搭载传感器获取空间内二氧化碳特征信息。通过Pearson相关系数法探究二氧化碳含量与环境因素之间的关联性,并融合空-地数据进行碳流分析。实验结果表明,该系统能较好地反映空间内二氧化碳含量的分布,具备较好的实时性、准确性和全面性。

基于天-空-车-地一体化铁路路基灾害隐患早期识别与服役状态监测

气候系统变化背景下铁路路基灾害呈高发态势,表现出点多面广、隐蔽性强和突发性高等特征,且路基灾害“一点受灾,全线受阻”的巨大危害,已经使其成为铁路安全运营的“瓶颈”难题。多次铁路事故表明风险源大多不在已知灾害隐患点范围内,传统监测手段已难以满足复杂孕灾环境下的路基服役安全监测需求。鉴于此,首先总结了不同孕灾环境下路基灾害隐患特征,将路基服役状态监测定义为长期服役过程中受突发型灾害、缓变型致灾作用下可能导致路基结构损伤或功能损失等服役状态劣化的危险源及路基本体受灾程度监测,监测内容包括路基变形监测、结构健康监测、沿线地质灾害监测、几何状态测量和外部环境监测;提出了天-空-车-地多源协同路基灾害隐患早期识别与服役状态监测体系,形成了平台协同、尺度协同、参数协同、多部门协同的路基灾害协同监测内涵,初步提出多源协同路基灾害及服役状态监测方案,实现区域-工段-工点为主线的星地协同的工作模式,并在沪宁城际高速铁路路基服役状态监测中得到应用;最后对路基服役状态监测发展方向进行了展望。

盐湖流域空-天-地立体监测系统结合VIC模型径流模拟初探

盐湖流域属于无资料地区且基础资料稀缺,使用传统方法开展水文模拟存在困难。为了研究盐湖流域生态环境、水文气象等变化,综合利用卫星遥感、无人船等技术,建立盐湖流域空-天-地立体监测系统,构建盐湖水位-面积-容积关系曲线,并通过月尺度遥感数据解译了盐湖月尺度湖泊面积,推算了盐湖蓄变量和盐湖入湖月尺度径流量。通过收集并整理中国区域地面气象要素驱动数据集CMFD和MODIS LAI叶面积指数等数据,构建了基于多源数据的VIC模型,开展盐湖流域湖泊径流模拟研究。结果表明,盐湖流域径流模拟纳什系数NSE和相对误差分别为0.87和11.81%,表现出实际径流的丰枯变化情况。盐湖流域空-天-地立体监测系统结合VIC模型能够模拟盐湖流域的月尺度径流变化过程,对无资料区域河湖水文模拟具有一定参考意义。

基于两次相平衡的静态顶空-气相色谱仪一体化性能确认方法

建立了静态顶空-气相色谱-氢火焰离子化检测器(FID)一体化性能确认的新方法.基于两次相平衡原理,以乙酸乙烯酯为标准物质,分析平衡状态下的气相即可测定气液分配常数、顶空实际进样量及FID的检测限.确认的静态顶空-气相色谱-FID仪器检测限为0.19 ng/s,保留时间的RSD为0.06%,峰面积的RSD为0.27%,符合相关技术要求.方法操作简单、结果可靠,解决了静态顶空-气相色谱-FID性能确认工作中测定顶空实际进样量的难题,为仪器设备维修后性能核查、周期检验符合性核查及样品检测方法确认提供技术支持.

美国海军一体化火力控制-制空能力解析

海军一体化火力控制-制空(NIFC-CA)是美国海军近年来重点发展的一体化防空项目。在协同交战能力(CEC)的支持下,NIFC-CA将先进的传感器和新一代面空导弹武器系统集成为一体,提供网络化、分布式的远程防御性火力,具备对低空威胁目标的超视距拦截能力。本文介绍了海军一体化火力控制-制空的发展概况、结构组成,并对其能力和战略意义进行深入解读。

基于IGWO算法的冬小麦作物-土壤全氮含量一体化监测

为对冬小麦作物-土壤全氮含量进行一体化监测,提出一种基于改进灰狼优化算法(Improved grey wolf optimization algorithm,IGWO)的冬小麦作物-土壤全氮含量共同冠层高光谱特征波长选择方法。以河南省漯河市郾城区的40块拔节期冬小麦农田为研究区,通过采集冬小麦冠层反射光谱,结合实验室测定精确全氮含量,利用IGWO算法选择冬小麦作物-土壤共同特征波长。结果表明,相较于遗传算法(Genetic algorithm,GA)等其他仿生学优化算法,改进灰狼优化算法可以选择冬小麦作物-土壤共同冠层反射光谱特征波长。在随机森林(Random forest,RF)回归模型下,冬小麦作物和土壤全氮含量测试集的决定系数(Coefficient of determination,R^(2))分别为0.7888和0.7534。与其他仿生学算法相比,IGWO选择的特征波长405、495、582、731、808 nm预测性能最佳,能够有效利用全谱信息且符合冬小麦生理特征。改进灰狼优化算法能够选择冬小麦作物-土壤共同的冠层反射光谱特征波长,实现对冬小麦作物-土壤全氮含量的较高精度估计,可作为估测田间冬小麦作物-土壤全氮含量的有效途径。

滑坡一体化全维度监测预警技术进展与展望

为应对我国复杂多变地质环境下工程活动与自然地质作用的叠加效应,突破单一化监测手段在表征滑坡灾变演化过程中的局限性,以实现滑坡隐患早期识别和灾害精准预警,首先概括性描述当前用于滑坡监测的天基、空基、地基与体基的天-空-地-体一体化全维度监测预警技术的研究现状;然后从隐患早期识别与应急监测、多源多维一体化智能监测、新材料、新工艺交叉监测及基于分布式声学感测(DAS)技术的海底滑坡监测等方面,总结近年来滑坡监测预警领域中理论、技术与应用方面取得的成果;最后基于多种监测技术的局限性,展望滑坡监测面临的挑战与发展趋势。研究表明:通过综述性对比滑坡一体化全维度监测预警技术,得出多种技术的适用条件和优缺点,然而由于这些技术的指标差异,往往会导致数据漏判与误判,未来应将研究重点聚焦于预警判据标准和系统建模方面。

顶空固相微萃取—三重四极杆气质联用内标法测定水中土臭素和2-甲基异茨醇

目的建立顶空固相微萃取—三重四极杆气质联用内标法测定水中土臭素(GSM)和2-甲基异茨醇(2-MIB)。方法采用二乙烯基苯-宽范围碳纤维-聚二甲基硅氧烷(DVB/Carbon WR/PDMS)固相微萃取头对水样进行萃取,70℃萃取30 min,250℃下解析5 min进样,采用三重四极杆气质联用内标法检测GSM和2-MIB,多反应监测模式(MRM)进行定性定量。结果GSM和2-MIB在质量浓度2~50 ng/L范围内线性良好(r2>0.999),加标回收率为92.3%~118%,相对标准偏差(RSD)均<5.0%。方法检出限均<1 ng/L,定量限<2 ng/L,可以满足日常检测要求。结论建立的方法灵敏度高、准确度高,样品前处理简便快速,适用于水中GSM和2-MIB的痕量测定。

基于空-地协同的公路边坡施工监测与策略调控探究

为保障全~强风化类边坡在降雨和施工扰动作用下的安全施工,以湖南省平益高速某边坡为工程背景,基于边坡岩土特征、施工工序,在不同施工阶段采用UAV航拍和GNSS+物联网进行空-地协同式监测,通过对多源监测信息开展分析,提出了—系列基于安全与成本考虑的动态调控策略,有效保障了整个边坡工程建设的顺利开展。结果表明,在抗滑桩施工期和锚固施工期,UAV和GNSS都监测到了边坡的变形趋势,可作为变形诱因分析和策略措施调控的数据支撑。同时证明了空-地协同在公路边坡施工监测中具有一定可行性,2种方法可以发挥各自的优势,相互印证,取长补短,及时反映出边坡变形趋势,避免以查看失稳破坏先兆迹象为依据的滞后决策手段,为尽早进行边坡动态设计、施工策略调控、安全隐患排查提供重要的基础信息,可为类似工程提供参考借鉴。

S1306工作面开采沉陷“天-地”协同监测方案研究

厚煤层综放开采条件下的地表沉陷规律呈现新的特征,仅获取地表点状形变信息的传统沉陷观测站已很难满足地表形变监测的需求。文章以古城煤矿S1306工作面的开采为研究背景,对地表沉陷“天-地”协同监测的技术方案进行设计,以获取更为丰富的地表形变信息,为后续沉陷规律的研究和预计参数的反演提供数据基础。研究成果对矿区地表相关设施的影响分析､保护煤柱留设､生态环境修复等亦具有重要的现实意义。