土石坝力学参数反演技术研究进展与展望

系统梳理了影响力学参数反演结果的三项基本要素(待反演参数、反演方法和实测数据),并从4个方面系统总结了近年来土石坝力学参数反演技术的研究进展:(1)发展了智能反演算法;(2)针对多材料、多模型的参数反演问题,发展了"参数解耦"方法;(3)发展了影响反演结果可靠性的测点布置优化方法,以及消除观测误差、补充虚拟测值等测值预处理方法;(4)反演结果唯一性可通过相关性分析和试算验证等方式进行评判,反演结果的唯一性与工程特性、反演分析的基本要素相关。随着土石坝工程规模的扩大以及坝料、坝型的创新,需进一步发展实时动态反演技术和适用于新材料坝、新坝型的反演技术。     

美国星站GPS效力三峡工程

在三峡工程建设中,高效率、高质量是对水文监测工作的基本要求。2003年12月,在水文局支持下,三峡局投资购置了一台(套)美国双频星站差分GPS(全球卫星定位系统),并在三峡工程水文监测中取得明显成效。与一般的GPS不同的是,这台产自美国SDS公司的SF2050G型星站GPS收到的载波相位平滑伪距差分信号来自与地球同步运行的国际海事卫星,即已经把参考台全天候地设置于国际海事卫星上,外业测量时仅使用GPS流动台、一台笔记本电脑和一个手簿控制软件即可采集信号。星站GPS效力于三峡工程,使三峡局测绘队伍在设备方面更强、更精,在所承担的三…     

基于实测数据的鄱阳湖悬浮泥沙粒度遥感反演模式分析

水体悬浮泥沙粒度是重要的水质参数之一,影响着水体的遥感反射率。研究两者之间的关系对于内陆湖泊水环境遥感监测具有重要意义。基于鄱阳湖实测数据,采用相关分析方法,用不同数学模型进行鄱阳湖悬浮泥沙粒度反演研究。研究结果表明:(1)浑浊区适合采用体积百分比众数粒径建立反演模型,清水区适合采用数量百分比中值粒径建立反演模型;(2)浑浊区悬沙粒度的敏感单波段是环境卫星Ⅳ波段,在清水区悬沙粒度的敏感单波段有环境卫星Ⅱ和Ⅲ波段,而环境卫星Ⅱ,Ⅲ波段比组合是整个研究区水域的敏感波段;(3)单波段反演模型中,幂函数适用于鄱阳湖粒度遥感反演;波段比反演模型中,多项式模型适于鄱阳湖粒度遥感反演。     

多层土中桩的极限侧摩阻力值反演分析研究

为研究由桩的荷载-沉降(Q-s)曲线确定单桩侧摩阻力,通过静载荷试验和数学分析的方法,研究在已知静载试验结果的情况下,用线性最小二乘法反演桩周各土层的极限侧摩阻力,并利用有限元法对桩基沉降、极限摩阻力和桩端阻力进行分析。结果表明,由线性最小二乘法计算所得多层土中桩的极限侧摩阻力值为单桩极限承载力值的53%～66%,比有限元法偏大约23%,单桩极限侧摩阻力值为单桩极限承载力值的40.3%;2种方法的计算结果与静载试验的Q-s曲线呈现的变化规律一致,说明线性最小二乘法可满足多层土中桩的极限侧摩阻力值反演预测的要求。     

基于遗传优化神经网络的多源遥感数据反演土壤水分

为快速反演较高精度土壤水分,提出用遗传算法优化后的神经网络辅以多源遥感数据的方法进行地表土壤水分反演。首先建立4层神经网络并用遗传算法优化此网络,之后以雷达数据不同极化(VV、VH、VH/VV)的后向散射系数、雷达入射角、光学数据的归一化植被指数(NDVI)、以及高程数据作为网络的输入,土壤水分数据为输出,对网络进行训练与仿真,再运用地表实际测量数据与反演数据做对比验证。结果表明:反演结果与实际测量数据相关性良好,R2可达0. 79。采用遗传算法对神经网络优化的土壤水分反演方法可行,且添加光学数据等辅助数据后土壤水分反演效果更优,为多源遥感土壤水分的协同反演研究提供新思路。     

基于MCMC和ES-MDA方法的地下水数值模型非均 质参数场及开采量的反演研究

马尔科夫链蒙特卡罗方法(MCMC)和多重数据同化集合平滑器方法(ES-MDA)近年来在地下水参数反演得到广泛应用，但对三维多层非均质含水层参数反演精度和计算效率还缺乏对比分析。本文构建了含有基于Karhunen-Loève展开的非均质参数场的潜水和多层承压水含水层案例，并建立了地下水数值模型和基于Kriging方法的替代模型，模拟含水层分层水头变化，探讨了基于替代模型的MCMC、替代模型和数值模型相结合的两阶段MCMC以及ES-MDA方法反演的含水层渗透系数以及开采量。结果表明，针对本文算例，在非均质参数和开采量的反演中，相比而言，两阶段MCMC反演参数精度更高，ES-MDA方法计算效率更高。本研究为地下水数值模型参数反演方法选择提供参考依据。     

GPS形变监测技术在天荒坪电站水库坝区的监测网试验

就天荒坪抽水蓄能电站水库坝区的GPS试验,介绍GPS在使用单、双频机及不同观测时间段的定位精度.针对GPS在大坝滑坡监测中存在每个监测点上都需要安装GPS接收机而导致费用较高的问题,提出了GPS多天线新技术———由1台接收机连接多根天线,每个监测点上只安装GPS天线,即多个监测点共用1台接收机.此外,给出了该技术在水库坝区监测的试验结果.     

利用多测点混合模型对混凝土坝受冻区坝体弹性模量的反演

位于严寒地区的混凝土坝,由于没有及时做好保温措施,甚至某些早期建造的大坝由于施工条件的限制导致其在浇筑过程中受冻,坝体的参数会受到影响。通过改进一般的单测点混合模型,采用约束弹性模量调整系数范围的优化算法进行拟合计算,选取测量精度较高的测点建立多测点联合反演受冻区弹性模量模型。以某混凝土重力坝为例对坝体受冻区弹性模量进行反演,得到的多测点混合模型拟合的复相关系数在0.98以上,与单测点混合模型反演结果相差不大,验证了方法的合理性。结果证明采用多测点混合模型联合反演法反演大坝受冻区参数是可行的。研究结果可为评价严寒地区大坝坝体受冻区域混凝土强度提供依据。     

GPS在天荒坪抽水蓄能电站水库大坝、边坡变形监测中的应用

结合天荒坪抽水蓄能电站水库坝区的GPS试验，介绍GPS在使用单、双频机及不同观测时间段的定位精度。提出了GPS多天线新技术——由1台接收机连接多根天线，每个监测点上只安装GPS天线，实现用1个天线代替1台高精度GPS接收机并给出了该技术在水库坝区监测的试验结果。     

北斗+GPS双星系统在长河坝水电站高边坡安全监测中的应用

介绍了长河坝水电站泄洪放空洞进口高边坡采用北斗+GPS双星系统实现外部变形监测的自动化,验证了基于北斗+GPS双星系统在高边坡监测中应用的可行性和实用性,同时指出了在系统改进中需要继续研究解决的问题和思路。     

双频星链差分NavCom GPS在高等级施工控制网中的应用

双频星链差分NavCom GPS在动态RTG方面优势显著,且技术成熟,重点探讨NavCom GPS在江西石虎塘航电枢纽高等级施工控制网静态方面的应用,同时研究和分析NavCom GPS与其他品牌GPS数据兼容性的问题。     

北斗GPS双源同步时钟在百龙滩电厂中的应用

目前电厂大多采用单GPS对时,存在不可靠因素,笔者介绍了北斗GPS双源同步时钟的特点、常用对时接口,并着重说明了北斗GPS双源同步时钟在广西百龙滩电厂对时信号改造中替换原有单GPS对时的方法及应用结果。改造后,经过一年时间的运行检验,效果良好。     

基于GF-1 WFV影像与神经网络模型的水库水质多参数反演研究

利用国产GF-1 WFV影像和神经网络建立多光谱遥感影像水质多参数定量反演模型,能实现高效率、大范围、连续空间的水库水质多参数变化监测,探究了国产卫星影像于水质遥感反演的可行性,并为湖长制和湖泊富营养化评估提供技术支持。以广东省佛山市一中型水库为例,基于GF-1 WFV影像,利用神经网络模型建立了东风水库叶绿素a(Chl-a)、透明度(SD)、总磷(TP)、总氮(TN)、高锰酸盐指数(COD_Mn)5个水质参数与影像数据间的定量反演模型,5个水质参数反演模型预测值与实测值之间的决定系数R²均达到0.8以上,平均相对误差均在40%以下,研究结果证实了国产卫星影像于水质遥感反演的可行性,研究成果可为水库的水质和富营养化监测提供参考。     

星站差分GPS在水下地形测量中的应用

介绍星站差分GPS的原理。通过SF-2050G型星站差分GPS在长江王家渡水道的应用测试,分析了星站差分GPS较传统差分GPS的优势:无需建立GPS本地基准站,单机作业便能大范围应用,并且随着时间的增长其定位精度可收敛至5 cm。测试结果证明星站差分GPS能稳定、高效、高精度地应用于水下地形测量。     

基于小波分析的坝区GPS信号噪声研究

坝区观测条件复杂，观测的全球定位系统（GPS）信号含有多种噪声。提取某坝区GPS控制网观测数据中的原始载波信号，利用小波分析在多尺度、多分辨率、可伸缩、可平移等方面的优势，对GPS原始载波信号、单差观测值、双差观测值进行小波分解，研究高频信号的特点。利用小波分析工具实施GPS观测数据的小波分解和重组，研究GPS信号噪声的特性，对GPS网数据处理具有较好的指导和实用意义。     

基于数据同化的珠江河口悬沙浓度多模型协同反演

以珠江河口为研究区,根据2014-2015年珠江河口野外实验数据,构建了8个悬沙浓度的反演模型,并对各模型反演结果进行了比较评价。基于数据同化思想,利用此模型集进行了多模型协同反演算法的构建。结果表明:构建的悬沙反演模型中近红外与蓝波段比值的指数函数模型整体精度较高,平均绝对误差MAPE为27.1%,多模型协同反演算法能够有效融合不同反演模型的优势,改善单模型反演精度较低区域的反演结果,且随着模型个数的增加,多模型协同估算精度越高,较单模型提高了整体反演精度及稳定性,最优模型组合的MAPE为25.8%。该算法为悬沙浓度大范围、高精度业务化监测提供了一种新的思路。     

海域组合单元水质模型参数时空反演方法研究

将基于人工神经网络的数据驱动模型同水质模型有机结合,考虑模型参数的时域和地域差异性,建立海域组合单元水质模型参数时空反演的新方法:将研究海域划分为若干单元,模拟总时间划分为若干时段,敏感参数在各单元和各时段内独立赋值;通过水质模型计算多参数匹配设计的工况,构建海域内部观测点的解集;以数据驱动模型建立时空、空间、时间和非时空四种反演方式,并分别确立状态变量(污染物浓度)同多个控制变量(模型参数)之间的非线性关系;将实测资料带入关系中,进行模型参数随时域和地域动态变化的组合单元优化反演研究。以渤海海域水质模型多参数匹配反演为例,采用"孪生"实验验证参数组合单元时空反演新方法的可行性,结果表明该方法是有效的。     

单多普勒雷达风场反演的理论分析与数值试验

本文利用变分伴随方法,结合正则化思想,提出了一种反演单多普勒雷达风场和参数的新方法。首先利用伴随方法导出了反演时所需的泛函梯度,然后进行了数值试验。试验结果表明,在引入误差系数与最优选择正则化参数的前提下,新反演方法不但解决了不适定问题,而且风场、源项和涡旋扩散系数的反演精度比普通反演方法都有提高。同时,新反演方法具有目标泛函下降速度快、迭代次数少、计算效率高等优点。     

基于CORS模式的GPS差分系统的应用探讨

通过对单基站GPS差分系统与CORS系统对比分析,给出了基于CORS模式的GPS差分系统的建立方法.通过应用实例表明,单基站GPS差分系统采用GPRS通讯网络,克服了距离与地形的限制,其精度精度可满足河道整治测绘需要,建设与维护费用低,具有很强的灵活性.     

基于SSA-MSVR的混凝土拱坝材料参数反演模型

为进一步提高混凝土拱坝材料参数获取的准确性,构建了基于多输出支持向量回归(MSVR)和麻雀搜索算法(SSA)的混凝土拱坝材料参数反演模型。为了快速模拟坝体径向位移与材料参数的非线性关系,建立了高精度的MSVR模型代替有限元模型计算,并利用SSA对所需参数进行寻优反演。工程实例验证结果表明：构建的反演模型计算精度高,计算速度快,能快速反演坝体与坝基材料参数,可用于实际工程的材料参数反演分析。