面向地质图的知识图谱构建及智能问答应用

海量地质图件蕴含着丰富的地学基础知识及专家经验知识。地质图主要表达了通过区域地质调查、矿产地质调查所获取的地球表面的地质知识(如地层单元、岩体、断裂等)。如何快速地从矢量地质图件中抽取地质知识并形成知识服务是目前地学知识图谱及知识服务研究的前沿。由于传统的地质图知识抽取主要依赖人工方式进行综合分析,本文聚焦于矢量地质图件知识表达与抽取研究,提出了一种地质图知识表达框架,提取地质图中所包含的地质实体及关系,将地质图信息以知识图谱的形式表达,并开展了基于地质矢量知识图谱的智能问答应用。最后以江西省于都县银坑幅矢量数据集为例开展实验验证分析,结果表明,本文方法能够较为全面地获取地质图中各个地质对象的信息,提高了地质图语义表达的效果,同时也可以提高地质学习人员对地质图的理解和认识,让计算机能够大规模获取地质图的知识内容。

多模态数据的地质图关联网络构建及知识服务

地质图件及其附属资源(如描述文本)作为地质知识的重要存储媒介,蕴含着大量的地学知识及专家经验知识及隐式知识。快速精准地对多模态地质数据进行知识规范化定义、形式化表达、语义化关联和精准化推理是目前地学知识抽取及挖掘的前沿。当前,海量的地学数据中图件及附属描述信息知识分布零散,图件中的信息无法有效地与描述信息进行关联并提供知识服务。笔者等以多模态地质数据为数据源,建立了多源数据驱动下的地质图知识表达模型,通过地质基础知识、规则知识及决策知识来表达图件中蕴含的显隐式地质知识,从语义、空间、属性3个维度表示地质对象间的关系;并基于领域知识针对地质图件及描述信息开展了地质实体及关系的精准抽取及存储研究,最后以江西省于都县银坑幅G50E011007图幅1∶50000矿产地质调查矢量数据为例进行了验证与分析,实验结果验证了笔者等所提出的知识表达模型及知识抽取方法,能够较好地解决地质知识建模中图文关联弱、知识挖掘不充分等问题。

太阳系天体熔岩管探测研究现状

由火山熔岩流动和冷却过程形成的熔岩管已经在太阳系多个天体表面被发现,成为了认识类地行星火山活动和热历史的窗口。同时,由于熔岩管内部具有恒温和防辐射的特点,也是未来人类探测活动或地外生存的天然庇护所,因此具有极为重要的科学和工程应用价值。总结了熔岩管的形成机制、探测和识别方法,月球和火星等太阳系不同天体表面熔岩管的分布,探讨了熔岩管探测的科学意义和应用前景,提出地球熔岩管是开展行星熔岩管类比研究和探测的重要对象,并进而介绍了熔岩管类比研究的理论和方法,为未来地外熔岩管的探测提供理论依据和模拟实验支撑。

重力数据探测地下目标的贝叶斯方法研究

针对地下目标空间位置和形状均未知的情况,基于重力数据,分别以区域测量和线测量2种场景进行建模分析,研究贝叶斯推断用于地下目标探测的效果。结果表明,将贝叶斯推断用于重力梯度探测,比微重力探测更具优势,能有效反演出目标的未知参数。

削弱磁暴对PPP影响的周跳探测阈值模型

为了减少磁暴环境下全球卫星导航系统(GNSS)载波相位观测值的周跳误探率,从而提高GNSS精密单点定位(PPP)性能,提出一种可削弱磁暴对PPP影响的周跳探测阈值模型:利用不同磁暴强度下15个磁暴日的国际GNSS服务组织(IGS)站总计3524组观测数据构建顾及电离层扰动指数(ROTI)的周跳探测阈值模型,简称ROTI_CSTM;并通过采用强磁暴、中磁暴、弱磁暴下全球158个IGS跟踪站观测数据对ROTI_CSTM模型进行PPP实验验证。结果表明,相比于常用的图尔博·埃迪特(TurboEdit)周跳探测阈值,采用ROTI_CSTM的全球定位系统(GPS)PPP在弱磁暴、中磁暴、强磁暴环境下的水平方向定位精度可分别提高16.98%、17.06%和52.44%,在高程方向的定位精度可分别提高25%、16.39%和59.43%;相比于甘普(GAMP)软件的阈值模型,在弱磁暴、中磁暴、强磁暴环境下的水平方向定位精度可分别提高4.04%、11.40%和20.90%,在高程方向的定位精度可分别提高5.37%、7.75%和26.23%。

基于Jason-3的海洋二号C卫星IGDR数据质量评估

为了评估国产第3颗海洋动力环境卫星海洋二号C卫星(HY-2C)高度计产品质量,选择HY-2C卫星15~56周期的IGDR数据进行统计分析与质量评估。首先分析了HY-2C卫星IGDR数据的完整性和有效性;然后以同期Jason-3卫星GDR数据为参考,利用标准差、均方根误差(RMSE)、皮尔逊相关系数等方法分析了两卫星之间的后向散射系数、有效波高、海况偏差、电离层延迟改正和湿对流层延迟改正等地球物理参数的日均值情况;最后统计了HY-2C卫星地面轨迹自交叉点海平面异常(SLA)不符值以及HY-2C和Jason-3之间的互交叉点SLA差值。结果显示:HY-2C数据完整性较高,有效性较好;与Jason-3对应的地球物理参数日均值一致性较好;地面轨迹自交叉点SLA不符值的RMSE为5.80 cm,平均值为0 cm;互交叉点SLA差值的RMSE为5.46 cm,平均值为1.84 cm。因此,HY-2C卫星整体运行稳定,精度与Jason-3接近,达到了设计要求。

基于RS和GIS技术的浅层地下水富集性调查评估

通过水文地质遥感解译,分析了影响地下水赋存的各因素,基于RS和GIS技术,构建了格网化的地下水富集性评估指标体系,设计了集成指标体系、格网化分析,结合人工经验的熵权法、Gamma变换以及自然断点分类法的地下水富集性格网化评估模型,完成了西部某地区地下水富集性格网化评估,并圈定给水保障有利区域。结果表明,研究区地下水分布总体不均,富水潜力的高低与泉点、含水断裂的分布具有较强的相关性,该评估方法将客观的相对权重和主观经验指导结合起来,降低了评估过程对人工打分的依赖。

基于图顶点深度聚类的建筑物合并方法

建筑物要素合并是大比例尺地图缩编过程中实现空间结构简化的重要手段。基于综合规则的合并方法难以同时顾及要素形态、分布等诸多特征,受预设算法参数影响大,综合过程缺乏灵活性。针对这一问题,本文提出了一种基于图顶点深度聚类网络的建筑物合并模型,利用Delaunay三角网构建建筑物群组表征图模型,结合自编码器与图卷积网络学习剖分三角形的几何形态、空间分布特征,采用自监督学习方式实现三角形的聚类与分类(保留、删除),最终在不依赖样本条件下实现建筑物要素端到端智能化合并。试验表明,该方法对预设合并参数依赖低,能同时顾及建筑物要素的形态与分布特征。合并过程具有一定灵活性,合并结果能较好满足地图可视化要求。

基于层次分析和关联规则的陆路交通工程间接勘察技术方案决策方法

勘察技术方案的决策是开展陆路交通工程勘察的首要工作,然而在不同的勘察阶段,由于成本、效率、效果等需求不同,对勘察技术及手段的要求也不同。现阶段勘察技术的选取长期单纯地依赖从业者经验,导致其无法满足信息化、智能化勘察的需求;同时,实用的新型勘察技术由于缺乏科学有效的决策机制,导致工程实践中无法及时融入。因此,需要建立科学的决策机制,结合新技术,制定更加精准、高效的勘察方案。将层次分析法和关联规则进行融合,提出了一种基于两者的间接勘察技术方案决策方法。首先,根据勘察技术本身具备的特性和目标地区地层参数进行定量分析,确定主要的勘察类别;然后,利用层次分析法选取该类别中满足勘察准确性、技术可靠性、经济合理性的最佳勘察技术;最后,运用关联规则围绕最佳勘察技术补齐在应用中存在的短板,综合新型勘察技术的应用实践结果,构建间接勘察技术组合方案。通过本决策方法的应用,极大程度地减小了勘察技术选择的随意性,据此建立的间接勘察技术组合方案符合现场需求和实践经验,证明了本方法的可行性。

淮北及邻区地壳均衡异常与构造背景

淮北地区位于华北板块东南缘,东侧以郯庐断裂为界与扬子板块相接,研究这一区域的地壳密度结构以及分析其地壳均衡状态对于认识该地区深部构造特征和构造背景具有重要的参考价值.本文基于实测地震数据和重力/GNSS同址观测数据,获取了研究区域重力异常值以及剖面S波速度场,以其为约束反演了剖面地壳密度结构.基于均一和分层地壳模型假设,反演得到了研究区域的莫霍面深度、均衡面深度、均衡异常与均衡附加力,分析了深部构造特征.结果表明,区域内莫霍面深度范围为32~41 km,地壳自西向东逐渐变薄,且上地壳、中地壳和下地壳的变化趋势与莫霍面的变化趋势较为一致,在郯庐断裂带所在区域上地幔物质存在隆起的现象.研究区域整体处于正均衡异常状态,在淮北以东区域,地壳处于较为稳定的状态,均衡面深度范围为30~32km,均衡异常在-2~10 km变化.研究区域内的均衡附加力主要为正值,大小在-20~64 MPa之间变化,整体呈现正均衡异常状态,地壳处于抬升趋势.

铀同位素反演古海洋环境的研究进展

铀同位素因可定量反演全球尺度古海洋缺氧洋底分布面积占比(%)而被广泛应用在埃迪卡拉纪末期以来的重要大洋缺氧或生物事件中。通过对国内外相关文献进行综述,系统总结了利用铀同位素开展定量反演的原理、方法与成果,初步构建了铀同位素定量反演的还原性海洋洋底面积占比(%)与大气氧气浓度、大洋缺氧或生物事件的耦合关系,发现:(1)铀同位素反演结果与各缺氧或生物事件吻合度较高,表明铀同位素确实为有效的全球尺度深时尺度定量反演指标;(2)还原性海洋洋底扩张与大气氧气浓度变化之间普遍存在滞后性,推测与海平面、海洋生产力、海洋内部环流变化及底层水氧化还原反应的滞后性相关。指出铀同位素反演受样品后期成岩、风化蚀变作用的影响,可能存在解译误差;铀同位素单指标解译结果存在精准度偏低的缺点,需采用多指标综合反演的方法提升反演精度。

基于EEMD-CNN-LSTM的新型综合模型在滑坡位移预测中的应用

滑坡位移预测是滑坡稳定性评价的重要环节。尽管基于深度学习范式的时间序列方法预测滑坡位移取得了一定的成果,但由于滑坡位移数据的非平稳性、周期性和趋势性变化特征,导致当前时间序列模型的滑坡位移的多变量预测容易过拟合。为解决这一问题,针对滑坡位移数据的波动性和由周期项与趋势项位移叠加组成的特性,提出一种基于孤立森林(Isolation Forest,IF)异常检测、集成经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)、卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)和长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)相结合的滑坡位移预测模型。选择三峡库区以降雨为影响因子的阶跃型白家包滑坡为研究对象,引入IF算法对滑坡原始位移数据进行异常检测,使用EEMD方法提取滑坡趋势项和周期项位移,通过CNN捕捉局部周期项和趋势模式,并基于LSTM模型预测总体位移。结果表明,EEMD-CNN-LSTM在预测降雨情况时滑坡总体位移的均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、评价绝对百分比误差(MAPE)和决定系数(R2)4种指标分别为0.4190、0.3139、0.2379和0.9997,前3种精度评价指标较现有模型分别提升32.3%、25.1%、7.3%。相较于传统的LSTM模型、随机森林方法和EEMD-LSTM方法,EEMD-CNN-LSTM模型在有、无降雨这一外部影响因素下具有显著优势,能够较大地降低过拟合,提高预测的准确性。

一种基于谱分析的重力场统计特征建模方法

重力场的统计特征主要包括协方差(相关函数)、功率谱密度、球谐阶方差等参量,是从空域、频域和球谐域描述重力场变化规律的主要依据.本文以扰动位的距离倒数协方差模型为核函数,研究了一种能在不同重力场元之间自洽解析转换的统计特征建模方法.分别利用高分辨率的地面重力异常和实测航空重力梯度数据进行功率谱分析,结合EGM2008模型构建了3组重力场统计特征模型,分析了本文模型与经典模型的差异,并用于高频重力场随机模拟,验证了本文方法在不同频率区间建模的可行性和实用性.本文模型可用于重力梯度探测、高频重力场随机模拟、重力场推估等方面的定量分析,相关算法和思路也可为构建更精细的统计特征模型提供借鉴.

航空重力梯度地形改正

地形改正是航空重力梯度数据处理的重要环节,其改正精度不仅取决于地形精度和分辨率,还与改正模型有关。本文基于棱柱积分公式研究了地形精度和分辨率、观测点高程误差对地形改正的影响,导出了一种量化评估模型。为了在不降低改正精度的前提下提高计算效率,设计了一种基于CUDA的棱柱积分并行算法,在GPU端实现了地形改正分量的快速计算。分别在地形起伏平缓和剧烈区域进行模型验证,结果表明,当测量高度大于40 m时,精度优于0.5 m的10 m分辨率地形数据可使地形改正精度优于1 E,验证了本文量化评估模型的有效性。棱柱积分并行算法在普通GPU显卡上实现了15倍以上的效率提升,在NVIDIA TiTan V专业计算显卡上效率提升了150倍以上,完全能够满足大范围高精度地形改正应用需求。本文的量化评估模型和并行算法可为航空重力梯度测量任务设计和数据处理提供参考。

基于变分模态分解的GNSS高程时间序列时变信号提取

针对GNSS坐标时间序列中的时变信号难以由现有最小二乘、最大似然估计(MLE)等参数化方法准确提取的问题,本文采用变分模态分解(VMD)方法将中国内地构造环境监测网络(CMONOC)测站的高程时间序列分解为一系列本征模态函数(IMF),进而重构出测站位置时间序列中含有的时变信号。结果表明,相对于MLE方法,VMD方法在97.9%的测站上均方根误差(RMSE)改进率为正值,因此该方法有助于绝大多数测站精确提取出时变信号,减弱高程时间序列中的非线性形变。另外,从相关系数和信噪比的角度来看,VMD方法得到的重构序列与原始序列之间的相关系数更高,信噪比也更大,表明降噪效果较好。通过特定测站的分析表明,VMD方法能有效探测出GNSS高程时间序列预处理中包含遗漏的阶跃信号的测站,表现为较大的RMSE改进率,这在大批量测站的阶跃信号探测中具有一定的实用价值。VMD方法相对于小波分解(WD)经验模态分解(EMD)具有更好的自适应性,但IMF分量个数仍然需要针对具体测站进行逐一确定,当分解个数和重构分量选取恰当时,VMD方法在GNSS高程时间序列中的应用效果可进一步提高。

多源遥感影像融合处理提取格拉丹东雪山区域特征信息

2022年7月中国地质大学(武汉)冰川勘测组与登山组,在格拉丹东雪山开展了“第二次大学生长江源科考”工作。为详细分析该区域冰川时空特征信息,以此次科研数据为支撑,结合光学遥感影像解译、InSAR形变信息提取、激光雷达测高及高精度大地测量,进行了多源遥感影像融合处理研究。针对格拉丹东雪山及典型冰川,采用高分卫星GF1、GF6、GF7、ZY3与Landsat7遥感影像,利用空三加密、频域影像互相关匹配、波段比值法及目视解译,提取区域DOM、冰川面积及条数分布;利用Sentinel-1A、ICESat-2影像,以SAR影像空间域互相关偏移量追踪方法为支撑,分别提取冰川表面流速及高程变化;利用青海省域北斗CORS站点,采用Gamit/Globk双差无电离层组合模型、卫星星站差分(real-time extended,简称RTX)及RTK(real-time kinematic)方法,计算所有控制点三维空间坐标及高程异常值。结果表明:格拉丹东雪山共发育冰川512条,年均增长率为3.12%,面积1111.96 km^(2),年均退缩速率为0.63%;姜根(古)迪如冰川日均最大流速为0.25 cm/d,年均最大流速为91.25 cm/a,其南支最大退缩值、堆积值及年变化速率分别为-74.63 m、38.44 m、-5.29~3.09 m/a,北支最大退缩值、堆积值和年变化速率-39.17 m、35.74 m、-3.02~2.85 m/a;所有控制点中误差及区域似大地水准面精化模型精度均达到了mm级。研究成果可以为后续在该地区开展相关冰川研究工作提供数据支撑。

基于迁移学习和残差网络的SSVEP信号识别

针对脑电信号中的稳态视觉诱发电位(SSVEP)信号目标识别难以适应个体差异、识别稳定性差、精度低的难题,提出了一种参数共享迁移学习的残差网络SSVEP信号识别方法。首先,利用离散小波变换将多通道SSVEP信号转化为小波系数,并与变换前信号构成特征矩阵作为输入特征集,提升特征提取的丰富性;其次,建立融合空间注意力机制的残差网络,利用清华大学脑—机接口提供的两个SSVEP信号数据集,包括105名被试,进行跨任务的迁移训练,把源域上训练完成的网络逐模块迁移至目标网络以获取合适的迁移模块,迁移后连接2层残差块和模式识别单元得到跨个体差异识别结果。实验结果显示,在1s时间窗口,训练与测试使用被试无交集情况下,测试集的总识别率达到84.2%,提升了脑电信号识别的个体适应性,验证了提出的方法在提高SSVEP信号识别的稳健性和准确性上具有优势。

原位技术在聚合物固态电解质中的应用进展

聚合物固态电解质因安全性高、柔性大、种类丰富、价格低等优势,为高能量密度锂金属电池产业化奠定基础。但受界面等问题的限制,目前聚合物固态电解质的电化学性能仍然较差。近几年,原位技术在电解质的研发领域受到越来越高的关注。以原位聚合和原位表征为代表的原位技术极大促进了聚合物固态电解质的发展。原位聚合通过优化电极、电解质界面提升电池电化学性能,原位表征可在无破坏的前提下探究电池内部的电化学机制。本文综述了聚合物固态电解质与原位技术的发展背景,重点讨论了近几年原位聚合在不同种类聚合物固态电解质中的应用进展以及原位表征在原位制备聚合物电解质中的应用,并指出原位技术在聚合物固态电解质的制备和表征方面极具应用前景,同时针对原位聚合存在聚合程度难以控制、基质结构缺乏设计等问题提出了专注于机理研究、开发新的引发条件及反应体系等解决建议。

地下空间坍塌应急救援现场环境安全风险评价及预测

为保障地下空间坍塌应急救援现场救援行动的安全开展和设备的正常运转,提高应急救援安全保障能力,首先通过构建地下空间坍塌应急救援现场环境安全风险评价指标体系,结合层次分析法(AHP)和理想点法(TOPSIS),对现场环境的安全状态进行评价;然后结合自回归移动平均模型(ARMA)和指数平滑模型,对未来一定时间内现场环境的安全状态进行预测;最后将该评价及预测模型应用于某煤矿巷道救援案例,并对救援工作提出建议和改进方案。研究结果可为地下空间应急救援现场的安全防护系统、通风设施配置等提供数据及决策依据。

火星资源赋存状况及其原位利用技术研究进展与展望

太空资源的勘探及利用是深空探测的重要目的之一。火星是人类最容易到达和资源利用最为迫切的行星,对火星资源进行勘查和原位利用是未来火星载人探测及基地建设需要解决的重要问题。本文对火星大气资源、水资源、土壤与岩石矿物资源、风能与太阳能资源等可利用资源的类型及赋存状况进行了分析,制作了火星资源的全球分布图,并从资源分布的角度提出了未来火星资源探测及火星基地建设的首选区域。同时,本文也总结了火星原位资源利用技术的研究进展及问题,认为未来需要从以下几个方面开展进一步研究:加强火星资源的针对性勘查与评估;开发新的资源利用模式与技术;建立资源利用成本的综合评估模型;完善资源开发与利用相关的法律法规。