星载雷达降水反演算法敏感性分析

以全球降水测量卫星(GPM)Ku PR的实测资料作为代理数据,评估了风云三号G星降水测量雷达(FY-3G PMR)原型算法的精度。在此基础上,对降水率和质量加权平均直径(R-D_(m))初始关系、降水相态以及不均匀波束充塞效应(NUBF)订正因子(param NUBF)进行了降水反演的敏感性分析。首先对调层云和对流云的R-D_(m)初始关系,比较初值调整前后滴谱廓线、雷达反射率因子廓线及降水率廓线的变化;其次设计敏感性试验,分析相态的误判对降水反演精度的影响;最后通过设置不同的param NUBF,评估param NUBF对降水反演的敏感性。结果表明,FY-3G PMR原型算法反演的降水结构及强弱分布和GPM Ku PR具有很好的一致性,反演的相对误差小于10%,相关系数大于0.95。敏感性分析显示雷达反射率因子廓线和降水率廓线的反演对R-D_(m)初始关系不敏感,但滴谱廓线的反演对R-D_(m)初始关系比较敏感。0℃亮带层相态误判尤其是混合相态和固态以及混合相态和液态的误判,影响0℃层附近的空中降水反演,但对地面降水反演影响不大。param NUBF作为高敏感性因子,与真值的差异越大降水率廓线反演的误差越大。开展星载雷达降水反演算法的敏感性分析不仅可以加深对降水反演理论和算法的认识,提高降水反演精度,还可以为FY-3G PMR即将开展的外场试验提供设计思路。

面板堆石坝主要分区渗透系数反演及敏感性分析

参数反演是工程渗流分析中确定材料合理的渗透系数的常用手段,但对材料分区较多的面板堆石坝等工程,若对所有分区渗透系数进行反演,将会降低反演效率和精度。对此,以某面板堆石坝工程为例,建立其三维有限元稳定渗流分析模型。通过设计5因子3水平正交试验,并采用测点水头值为分析指标,开展了各分区材料渗透系数对渗流场的敏感性分析,最终确定对渗流场影响较大的材料分区。利用ELM-GA算法对其渗透系数进行反演,结果表明测点水头计算值与实测值最大相对误差仅为2.2%,得到的渗透系数可用于坝址区的渗流计算分析。研究结果可为类似工程提供借鉴。

红外光谱指数反演大田冬小麦覆盖度及敏感性分析

植被的覆盖度能反映植被对光的截获、指示植物的生物产量等。常用的红光/近红外构成的植被指数能指示作物覆盖度,但它们易受到不确定因素的影响,估测结果往往偏差较大。该文以冬小麦为例,研究了利用近红外和短波红外光谱指数估测覆盖度的可行性,并评价了这些指数对品种、肥水处理和叶色的敏感性。试验中对冬小麦用数码相机垂直成像获取照片,利用分类算法自动提取覆盖度。根据同步获取的冬小麦光谱特征,构造了56个红外比值和28个红外归一化光谱指数,并选取了8个基于红光近红外的植被指数,利用通用线性模型(GLM)评价它们对覆盖度的预测能力及敏感性分析。结果表明,短波红外光谱指数R1690/R1450,R1450/R1690及(R1450-R1690)/(R1450+R1690)等不易受品种,肥水管理及叶色的影响,能很好地预测大田冬小麦覆盖度。

基于敏感性分析的围岩力学参数反演方法研究

由于影响隧道变形的围岩强度参数和变形参数较多,现有的反分析研究主要集中在算法的优化上,因而忽略了工程应用的便利性和实用性。针对这种状况,以南京某隧道工程为依托,结合数值模拟,提出了基于敏感性分析的反演方法。根据工程实际,将围岩和支护结构综合考虑分为初始围岩区(简称Z1),松动圈与锚杆锚固共同作用区(简称Z2)以及钢支撑和喷射砼等效作用区(简称Z3);通过安排试算初始值,利用FLAC3D程序计算并分析不同的力学参数对不同隧道变形的敏感性,从而确定反演流程;根据反演流程结合各测点的实测变形值获取合理、准确的围岩力学参数。研究结果表明:与常规的反演方法相比,通过敏感性分析确定隧道不同变形的主控因素,以此变形来反演该主控因素参数在很大程度上提高了工程应用的效率与可靠度;拱顶下沉受Z1区弹性模量E1、Z2与Z1区弹性模量比值n的影响较大,受围岩泊松比μ1的影响相对较小;隧道收敛受E1、n、μ1三者的影响都较大;围岩力学参数反演结果为E1=362.6 MPa、n=0.62、μ1=0.30;现场应用证明了该方法的有效合理性。

基于敏感性分析与粒子群算法的拱坝原型动弹性模量反演方法

拱坝在长期服役过程中受材料老化、环境侵蚀等因素影响,其动弹性模量真实值与设计值存在一定差异,合理确定运行期高拱坝及其地基的原型动弹性模量参数对于监控拱坝的振动安全至关重要。由于模态参数更能从整体上反映结构的振动特性,基于拱坝原型振动模态参数反演拱坝及地基的动弹性模量在理论上更为精确,为此,本文提出了一种基于敏感性分析与粒子群算法的拱坝原型动弹性模量反演方法。首先,建立了反映拱坝及地基各分区动弹性模量与拱坝模态参数之间非线性映射关系的响应面数学模型,基于正交试验法分析了拱坝及地基的动弹性模量区域对拱坝模态参数的敏感性,并以此确定了待反演的动弹性模量区域。其次,提出了基于响应面数学模型计算模态参数和原型振动模态参数的拱坝及地基分区动弹性模量反演最优化数学模型,将动弹性模量参数反演问题转化为目标函数最优化求解问题。最后,采用自适应惯性权重的粒子群优化算法对目标函数进行寻优求解,反演出各分区实际动弹性模量。通过原型工程实例分析表明,该方法合理可行且具有很好的精度,为反演拱坝的动弹性模量提供了一条新思路。

降雨条件下弃土场滑坡力学参数敏感性反演研究

为了研究不同降雨工况下的滑坡稳定性机理及变形规律,以兰原弃土场滑坡为例,首先在GeoStudio中建立二维剖面模型,然后从内因和外因两个角度出发,选取了内摩擦角、黏聚力、降雨强度、渗透系数、降雨入渗补给系数、饱和体积含水率等6个影响因子作为研究对象,设计了25组正交试验并采用极差分析法对滑坡影响因子进行敏感性分析,并结合监测数据对内摩擦角、黏聚力和渗透系数进行参数反演;同时,结合当地多年降雨数据资料,对滑坡进行了3种极端降雨工况条件下的稳定性影响规律研究。研究表明:兰原弃土场滑坡6个影响因子的敏感性大小为:内摩擦角>黏聚力>降雨强度>渗透系数>降雨入渗补给系数>饱和体积含水率;经参数反演计算后,得出的参数值较室内试验组有了进一步的修正,使得滑坡变形趋势更加符合实际监测资料分析的结果,同时得出双日降雨对滑坡稳定性影响更大,更易导致滑坡失稳破坏。通过本文的研究,可在后期不同极端降雨条件下对其采取针对性的防治措施及稳定性判别,并可为同类滑坡的研究提供借鉴意义。

某船闸枢纽主要分区渗透参数敏感性及反演分析

渗透参数的确定是水利工程渗流分析的前提,而渗透参数反演是确定材料渗透系数的有效手段之一。为定量分析某船闸枢纽主要分区材料渗透系数对枢纽渗流场的影响,建立某大型船闸三维渗流有限元分析模型。以不同测点水头值为指标,设计以混凝土闸体、基岩、防渗帷幕和排水孔幕渗透系数为因素的三水平正交试验,开展各区渗透系数对船闸渗流场的敏感性分析,采取可变容差法反演确定主要分区材料渗透系数。结果表明:各分区渗透系数对测点水头的敏感性从高到低依次为帷幕、基岩、孔幕和混凝土,其中帷幕、基岩和孔幕的影响较为显著;反演时需重点关注帷幕和基岩等影响程度较大的分区渗透系数;反演计算值和实测值最大误差为2.37%,帷幕和基岩的渗透系数分别为3.04×10^(-6)和5.51×10^(-6)cm/s,反演参数可用于该船闸枢纽渗流稳定分析,研究成果可为类似工程提供借鉴。

滑坡滑带土探查、强度参数反演及敏感性分析

滑带土由于成因和结构的特殊性,在实际工程中,采用钻探无法准确的揭露其埋深、分布情况和获得良好的试样,为了查明某滑坡滑体的岩土层分布情况、裂缝发育情况及滑带的埋深,并得到滑带土的抗剪强度参数,结合钻孔、探槽和探井三种方式对某滑坡进行地层结构研究,并对滑带土进行土工试验、强度参数反演计算和敏感性分析,通过研究发现:(1)钻孔、探槽和探井都可以很好的揭露滑体岩土层分布情况,此外,探槽能够揭露滑体裂缝的发展和分布情况,探井可以到达滑带,有助于滑带土的观察和取样;(2)采用规范法反演计算出来的强度参数与试验结果接近,证明了该方法具有较高的准确性,适用于工程实践;(3)强度参数C和φ值的增大都会引起滑坡稳定性系数的增大,其中稳定性系数对φ值的敏感性强于C值。

基于RLPM模型的ET反演参数在时间尺度上的敏感性分析

为研究和提高RLPM模型反演ET精度,探究各项气象参数和遥感参数对于ET反演值就时间尺度变化规律的影响,基于RLPM反演模型,采用改进的摩尔斯分类筛选法,将黄土高原2010-2015年98个站点ET值结果对NDVI、相对湿度,日照时数、气温和太阳辐射在月尺度和年尺度变化进行敏感度分析研究。研究表明除相对湿度外,各项因子的敏感系数的绝对值在夏天达到最高值,而相对湿度的敏感系数在冬季达到最高值。ET反演值对于太阳辐射的敏感性最强,对NDVI和日照时数的敏感性次之,而对气温和相对湿度的敏感性最小。

极软弱围岩巷道反演参数敏感性分析

人们在位移反分析的过程中试图通过复杂的模型选取以逼近巷道的真实力学模型,但是复杂模型就意味着需要反演较多的参数,并且要建立较严格的反演理论与方法,然而在实践应用中遇到了较多的困难。通过参数敏感性分析以确定待反演参数是目前在反演过程中通常的做法。本研究利用正交数值模拟试验法对各煤岩体弹塑性力学参数及侧压力系数进行了敏感性分析,揭示了各参数对巷道不同部位位移的影响度,并通过相应的影响度评价方法,确定了待反演参数。

滑带岩土参数反演与敏感性分析

利用中山市某山体滑坡勘察成果,选取Ⅰ-Ⅰ’典型剖面进行参数反演,根据滑坡实际状态将Ks确定为1.03,利用反演及试验结果确定滑带天然工况最终c、φ建议值为17.0k Pa和14.0°。对反演结果进行敏感性分析时发现天然工况下Ks对φ的敏感性与c基本相当。

局部叠加地震振幅数据AVA同步反演控制因素的敏感性分析

认为合成地震振幅与记录地震振幅反演随AVA数据角度的变化，可用于评价与数据有关的各因素对预测弹性属性空间分布垂向分辨率及精度的影响程度。利用墨西哥湾中部深水油气藏测量数据生成合成地震振幅数据，并分别用合成振幅及记录地震振幅评价反演结果。详细的合成振幅敏感性分析结果表明，即使在最理想的状态下（完全偏移数据、各向同性介质、无噪声地震振幅数据、足够的远角度覆盖范围、以及准确估算的与角度有关的子波和低频成分），输入的弹性模型仍不能通过合成地震振幅准确重建。我们将这一结果归因于地震振幅数据较低的垂向分辨率。P-波阻抗是反演属性中最为准确的参数，其次为S-波阻抗和体密度。此外，足够的远角度覆盖范围对于准确估算一维线性S-波阻抗和体密度的分布至关重要。用于剩余动校正（NMO）效应的局部角度叠加时间排列有助于提高预测弹性属性空间分布的垂向分辨率并可稳定降低数据错合。最后，研究发现反演弹性参数分布的精度可通过以下方法得以显著提高：（1）通过多次单角度叠加增加AVA信息；（2）对用于计算局部角度叠加的P-波速度场进行校正；（3）剔除低信噪比的远角度数据。

滑坡滑动面强度参数敏感性分析及其反演

滑坡滑动面抗剪强度参数的选取是滑坡勘查工作的关键性问题之一。以新洞滑坡为例,在室内土工试验结果的基础上,对滑带土强度参数进行敏感性分析,并采用反演法确定了滑动面强度参数。结果表明内摩擦角φ值比粘聚力c值对滑坡的稳定性更敏感,反演值位于室内土工参数的中位数附近,说明反演参数较为合理。可为类似滑坡勘查及治理工程设计提供一定的参考借鉴。

温度与发射率分离模型的改进及其敏感性分析

针对温度与发射率分离模型的缺陷,提出了一种模型改进方法,利用模拟数据对比研究了模型改进前后温度与发射率的反演精度;并从理论分析和模拟计算两个角度探讨了修正前后模型对初始发射率设定的变化、大气下行与上行辐射和大气透过率等校正误差的敏感程度.研究结果表明,修正后模型的反演精度明显高于修正前的模型,除大气下行辐射校正误差外,其它误差都影响着两种模型的反演精度,但修正后的模型对这些误差的敏感性小.

敏感参数分析在叠前反演流体识别中的应用

单一的岩性或物性参数均无法很好的满足复杂油气藏流体检测的需要。从测井岩石物理参数统计入手,找出与油气特征关联程度高的多个敏感参数进行交会分析,优选出流体敏感参数。基于叠前弹性参数反演成果,探索了井—震联合进行流体检测的方法。通过实际应用,明显的改善了叠后反演的多解性问题,取得了较好的应用效果。

基于接触面参数反演的格栅式地下连续墙桥梁基础竖向承载特性数值分析

格栅式地下连续墙是一种新型的桥梁基础形式,其竖向承载特性研究在国内外尚处于起步阶段。首先,在接触面参数敏感性分析的基础上,提出了一种接触面参数反演的简化分析方法。然后,基于接触面参数反演方法,利用FLAC3D对日本青森大桥主塔P9基础(六室墙)进行了数值模拟,研究结果表明:数值计算的Q–s曲线与实测曲线基本吻合,从而验证了所提出接触面参数反演方法的正确性;基础的外侧摩阻力沿墙身在深度和宽度方向上表现为空间差异分布,外侧摩阻力在外墙边角位置处的发挥程度最高,且外墙短边的外侧摩阻力发挥程度略高于外墙长边;由于格室数目较多,六室墙内部土芯应力重叠现象严重,即"群墙效应"明显,从而使得内摩阻力的发挥十分有限;在较大荷载下,端部边角位置处会出现较为严重的应力集中现象,在基础设计时应引起重视;在加载过程中,基础的荷载传递特性表现为逐渐由"端承–摩擦墙"向"摩擦–端承墙"转变。

巷道工程位移反分析的可反演性评价研究

为了更好地利用位移反分析方法指导巷道工程实践,对巷道位移反分析中各力学参数、初始地应力的可反演性进行了较深入的研究,提出了用影响度和敏感度两个指标来评价弹塑性模型下的E,μ,C,φ,σx,σy,xτy的可反演性.研究表明:各参数对巷道位移的影响度由大到小的依次顺序是E,μ,C,σx,xτy,yσ,φ,它们之间差别显著;各参数对巷道位移的敏感度也是不同的,E,μ的敏感度相对较高,C,σy,xτy,φ,xσ的敏感度相对较低,同一参数在不同区间敏感度差别也较大.在相同条件下,影响度和敏感度大的参数更为容易反演.在各反演参数中,弹性模量E具有良好的可反演性.

邓肯-张模型参数敏感性分析

在岩土介质非线性弹性模型的反演分析中,采用邓肯-张模型,计算卸载时采用卸载模型,这一模型中与弹性模量和泊松比有关的参数有8个。如果将这8个参数都进行反演,计算工作量太大,也没有必要,因此文中对这些参数进行敏感性分析,通过计算得出:参数(?)、Rf、K、c相对来讲敏感性较强,而参数F、n、G、d相对来讲敏感性较弱。

堆石料的邓肯E-B模型参数敏感性分析

针对在反演分析中模型参数的敏感性分析是确定待反演参数的重要方法,结合水布垭混凝土面板坝应力变形计算,利用正交试验法对邓肯E-B模型参数进行敏感性分析,获得了邓肯E-B模型各参数对坝体垂直及水平位移的影响状况,研究结果可为确定待反演参数提供参考依据。

基于iTOUGH2的生物降解模型全局敏感性时变分析

Monod动力学方程被广泛应用于描述地下水中有机污染物微生物降解过程。由于Monod方程参数众多,采用敏感性分析可识别参数的重要程度,有助于参数反演和理解微生物降解过程。已有敏感性分析一般仅关注敏感性的整体平均值及其随空间的变化,很少考虑敏感性随时间的变化。以一个好氧生物降解甲苯的一维砂柱试验为例,基于iTOUGH2采用Morris法和Sobol’法对降解过程参数及试验条件参数开展全局敏感性时变分析。研究结果发现,由于微生物好氧降解能力随时间先提高后减弱,导致降解过程参数的敏感性相应地随时间先增加后减少。最大基质降解速率k的Sobol’一阶敏感性指数在试验早期小于10%,中期最大为62%,晚期减至49%。参数间的相互作用效应随时间先增大后减小。k的参数间相互作用效应根据Sobol’总敏感性指数与一阶敏感性指数的差值表征,该值在试验早期和晚期近乎为0,中期达6%。通过敏感性以及参数间相互作用效应的时变分析发现,试验晚期的观测数据对模型过程参数的敏感性较大以及相互作用效应较小,因此选择试验晚期数据更有利于降解过程参数的反演识别。同时由于试验条件参数在早期敏感性较大,为避免试验条件控制不当导致的观测数据误差增大,试验早期应较中期和晚期更严格控制试验条件。