2013年Ms 7.0级中国芦山地震断层曲面模型的构建及其滑动分布的大地测量反演--《武汉大学学报(信息科学版)》2017年11期
2013年Ms 7.0级中国芦山地震断层曲面模型的构建及其滑动分布的大地测量反演
【摘要】：根据中国芦山地震的余震序列分布和地质构造情况,联合GPS同震位移和水准测量数据,采用格网搜索法和方差分量估计(variance covariance component,VCE)方法建立了芦山地震的断层曲面模型。以建立的断层曲面模型为基础进行滑动分布反演,反演结果表明此次地震以明显的逆冲滑动为主,存在左旋趋势,断层的滑动主要发生在4.56~18.25km深度范围内,最大滑动量为0.70m,在深度12.64km附近,释放的能量为8.77×10~(18) N/m(相当于Mw 6.57级)。对曲面模型进行棋盘检验,结果表明其能够较好地分辨出断层深度浅于13km的凹凸体,其面积最小为8km×8km。
【作者单位】：
【基金】：
【分类号】：P315.7【正文快照】：
日,中国四川芦山地区发生Ms 7.0级地震,震源深度为13km,震中位于(103.0°E,30.3°N),在中国汶川地震破裂带的西南端约80km处[1]。目前已有不同的学者对芦山地震的断层模型和断层滑动分布进行了反演研究。文献[2]通过分析余震的分布得到呈“半碗状”的断层几何模型,
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400-819-9993光纤布里渊矢量分布式传感技术研究--《国防科学技术大学》2015年博士论文
光纤布里渊矢量分布式传感技术研究
【摘要】：光纤布里渊分布式传感技术是一种全分布式的光纤传感技术,能够实现对光纤沿线任意位置处温度和应变信息的连续测量,具有测量精度高、传感距离长和空间分辨率高等优势,在国家经济建设中有着广泛的应用。作为光纤布里渊传感领域一个新的研究方向,光纤布里渊矢量分布式传感技术,将矢量信号分析技术融入到光纤布里渊传感中,可以同时测量布里渊增益和相移,能够大大提高系统的信噪比,在长距离分布式传感和动态应变测量方面有着突出的技术优势,刚好契合光纤布里渊传感近年来的两大发展趋势,因此备受瞩目。本论文深入研究了光纤受激布里渊散射的增益和相移特性,分析了布里渊矢量分布式传感的外差探测基本原理,设计适合光纤布里渊矢量分布式传感的信号处理算法,进行了光纤布里渊特性的分布式矢量测量,开展了光纤布里渊矢量分布式传感实验,利用布里渊矢量分布式传感技术,分别进行了长距离布里渊分布式传感和动态应变测量的研究。本论文的主要研究成果和创新点归纳如下:1、在阐述受激布里渊散射的基本概念和光纤布里渊矢量分布式传感的外差探测原理及温度、应变传感机理的基础上,从非线性波动方程和声场物质方程出发,在缓变振幅近似条件下,详细推导了光纤中受激布里渊散射的三波耦合方程。考虑到布里渊矢量分布式传感的实际应用情况,利用三波耦合方程,忽略泵浦消耗,建立了脉冲泵浦条件下光纤中布里渊增益和相移的积分解模型。该模型可以用于研究具有任意泵浦脉冲波形的布里渊增益和相移特性,能够为设计脉冲波形来改善布里渊传感性能提供理论指导。2、设计了适合布里渊矢量分布式传感的信号处理算法,仿真分析了信号分析带宽对系统空间分辨率的影响,得到了空间分辨率与信号分析带宽成反比的经验公式,可以用于指导布里渊矢量传感信号处理算法的设计。深入研究布里渊矢量分布式传感的实验系统,重点研究了单边带信号的产生和性能,在1.42km长的传感光纤上成功进行布里渊矢量分布式传感实验。传感系统的空间分辨率是1m,温度和应变的精度分布大约是0.5?C和10με。最后进行了布里渊矢量分布式温度和应变传感实验,标定了布里渊频移的温度和应变系数,分别大约是1.05 MHz/?C和0.047 MHz/με。3、利用外差探测技术的高信噪比优势,分别采用正交解调算法和基于广义小波谐波变换的包络解调技术,进行了外差型光纤布里渊长距离分布式传感研究。理论分析和实验结果都表明,外差探测的优势主要体现在滤除泵浦光后向瑞利散射引入的噪声,在泵浦光与探测光功率相等的条件下,外差探测方法能够提高信噪比大约7dB。利用外差探测技术,本论文在24.4km长的传感光纤上,实现了空间分辨率约为2m温度和应变精度分别大约是0.7?C和14με的分布式传感;在48.7km长的传感光纤上,实现了空间分辨率约为3 m、温度精度分别大约是2.5?C的分布式温度传感。将基于广义小波谐波变换的包络解调技术,应用于外差型光纤布里渊长距离分布式传感,实现了与正交解调算法相比拟的传感性能。该技术通过实时调节广义谐波小波变换的通带参数,能够适应不同的空间分辨率或传感精度需要,非常适合用于布里渊长距离分布式传感。4、阐述了布里渊增益谱和相移谱边沿检测方法用于光纤布里渊动态应变传感的基本原理,分析了布里渊增益和相移动态应变传感的最佳工作点和应变灵敏度。搭建了布里渊动态应变传感的实验装置,分别通过测量布里渊增益和相移,在46 m长的传感光纤上进行了空间分辨率为1 m、等效传感采样率为1 kHz的动态应变测量实验,成功测量40Hz、60Hz、80Hz、100Hz的动态应变信号。实验结果表明,在1MHz测量频率精度条件下布里渊动态应变测量的动态范围约为47 MHz(940με)。理论和实验都证明,布里渊增益动态应变传感的最佳工作点是νB±√3?νB/6,而不是通常认为的νB±?νB/2,其中νB是布里渊频移,?νB是布里渊线宽。布里渊动态应变传感性能的研究,特别是布里渊增益动态应变传感最佳工作点的确定,将为实际动态应变测量和进一步提高布里渊动态应变传感的性能提供指导。
【学位授予单位】：国防科学技术大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2015【分类号】：TP212
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400-819-9993戈壁表面多尺度砾石特征参数估算及其空间分布规律研究--《中国林业科学研究院》2017年博士论文
戈壁表面多尺度砾石特征参数估算及其空间分布规律研究
【摘要】：戈壁是干旱环境中的一种独特地貌景观。戈壁表面砾石形貌参数研究对于研究戈壁形成演化过程和风沙活动影响,以及开展戈壁地区生态保护和经济开发都具有重要意义。目前在戈壁区开展的大范围、高精度的砾石形貌特征参数研究较少,究其原因主要是地面测量精度高,但受人工测量效率的限制难以获得大量的样本;遥感估算覆盖面积大但是由于遥感影像空间分辨率较低,难以直接测量砾石形貌特征。随着近地面遥感技术的发展,在戈壁表面获取较大覆盖范围、超高地面分辨率的数字图像越来越便利。因此,利用计算机图像模式识别领域先进的图像分析技术发展针对高空间分辨率图像的图像分析技术具有重要的科学意义和应用前景。然而,迄今为止,基于图像自动计算砾石形貌参数的方法在戈壁的形成演化研究中尚未见到报道。因此,本研究提出一种基于图像,利用机器学习算法快速、准确测量戈壁表面砾石覆盖度、粒径、形状比率和方位角等形貌参数的新方法,并利用地面实测和人工矢量化地面摄影数字图像验证了新方法的精度。应用该方法以中国新疆维吾尔自治区哈密市天山南麓洪积扇(93°0′0″E,43°10′0″N)为研究区域,利用野外地面摄影、近地面无人机遥感和卫星影像三种不同尺度数据源,实现了天空地一体化的戈壁表面砾石形貌特征和空间分布规律研究。主要研究成果如下:(1)提出了一套基于决策树图像分类算法、分水岭图像分割算法,快速、准确测定戈壁表面砾石覆盖度、粒径、形状比率和方位角等形貌特征的新技术(Morphological characteristics gain effectively technique,McGET)。通过与地面测量和人工矢量化测量的形貌特征参数进行比较,评估了McGET方法的精度。结果显示:与地面测量结果比较,McGET计算的大砾石(粒径不小于对应样方地面测量粒径最小值)粒径均值与地面测量结果非常接近(y=1.00x+2.74,R2=0.89,P0.001)。与手动勾绘结果比较,McGET计算的砾石覆盖度精度范围在92.6%~99.9%;在戈壁表面不存在大量叠置的砾石的情况下,McGET计算的粒径均值精度大于69%;McGET计算的砾石形状比率均值精度在88%~99%;在戈壁表面不存在大量近圆形砾石的情况下,McGET获得的砾石方位角分布与手动勾绘一致。更重要的是,McGET大大缩短了野外地面测量及室内图像处理花费的时间。因此,McGET可以同时处理大量戈壁样方图片,快速、准确获取多类型的砾石形貌参数数据。(2)McGET技术在样方(1m×1m)、景观(3 ha)和区域(300 km2)尺度上的适用范围有所差异。在样方尺度上,McGET可以提取到单个砾石的所有形貌特征,包含砾石覆盖度、粒径、形状、方位角等,只不过受图像地面分辨率和覆盖范围的限制,样方尺度上提取的砾石粒级范围多在4mm到256mm左右,比较适合粒级较小的戈壁表面砾石研究。在样区尺度上,McGET也可以提取到单个砾石,只不过受图像地面分辨率限制,提取的砾石粒径在32mm以上,比较适合粒级较大的戈壁表面砾石研究。在区域尺度上,McGET可以获取像元内砾石特征的均值,适合通过遥感反演进行大尺度上砾石粒径的分级研究。(3)应用McGET技术结合运动恢复结构和遥感反演技术,分别以地面数字图像、无人机高分辨率图像和卫星影像为数据源,在样方、景观和区域尺度上上对戈壁表面的砾石形貌特征进行了估算。样方尺度上,砾石覆盖度均值约为75%;砾石呈现单峰左偏态分布,砾石粒径均值约为15砾石形状比率均值约为1.57。景观尺度上,自扇心到靠近扇缘,三个样区的砾石覆盖度分别为34.22%,26.85%,21.88%;砾石粒径均值分别为130,95,78 mm。区域尺度上,以Landsat 8 OLI地表反射率产品为数据源,结合地面样方调查,建立了戈壁表面砾石粒径遥感估算模型,获得了较好精度(R2=0.549)。(4)本研究通过综合样方、景观及区域尺度上砾石特征的测定结果,分析了砾石特征随海拔、坡度等因素的变化,得到了景观和区域尺度上戈壁表面砾石的空间分异规律。在景观尺度上,沿海拔变化方向,砾石覆盖度和砾石粒径变化与海拔关系不大,可能受到植被分布和局部地形的影响。以地貌单元为单位分析,在靠近扇心区域,平地砾石覆盖度和粒径都明显高于坡地,扇中区域二者差异不大,靠近扇缘区域平地上砾石覆盖度和粒径都略低于坡地上。自扇心到扇缘,平地上砾石覆盖度和粒径的下降速度由快变缓,坡地上砾石覆盖度和粒径的下降速度相对平地较为均匀。在进行景观尺度的戈壁表面砾石特征空间分布研究时,局部微地形的影响不可忽略。在区域尺度上,从洪积扇扇心到扇缘,戈壁表面的砾石覆盖度和砾石粒径都逐渐减小,而砾石形状比率略微增大。线性回归分析显示,海拔每升高100m,砾石覆盖度显著增加了2.2%,砾石粒径均值显著增加了0.5mm左右,而砾石形状比率下降了0.004左右。沿着海拔变化方向,砾石粒径均值逐渐减小且在扇心和扇缘区域下降速度较快,随水平距离增加分别为1.83mm/km和0.31mm/km,在扇中区域下降速度较慢,为0.15mm/km。同一海拔梯度上,在接近洪积扇中轴线的位置砾石粒径较高,而两侧粒径较小;其中扇心区域,二者差别最大,大于3mm,扇中区域二者差别最小,接近2mm。在区域尺度上,砾石粒径变化受宏观地形下的坡度影响较大。
【学位授予单位】：中国林业科学研究院【学位级别】：博士【学位授予年份】：2017【分类号】：P931.3
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