• 2023年第51卷第7期文章目次
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    • >特约专题:地球观测与智慧时空
    • 基于重力卫星数据探测核幔边界动态过程信号

      2023, 51(7):973-985. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23119 CSTR:

      摘要 (229) HTML (1369) PDF 4.66 M (499) 评论 (0) 收藏

      摘要:使用GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力场数据,联合多源数据模型剔除地表过程的重力信号,以分离得到核幔边界处包含液态外核流体运动特征的重力信号,同时根据CHAOS-7地磁场模型重建核幔边界与地球表面的地核地磁场变化,以此为基础使用主成分分析(PCA)与独立主成分分析(ICA)方法对重力信号与磁场信号进行统计分解,得到2种信号的时变模态与空间模态,对比分析2种信号分解结果的相关性,研究表明,重力信号第3模式的时变模态与磁场信号第2模式的时变模态相关性较好,同时,其空间模态反映了太平洋低纬度地区较为明显的东西向“偶极子”形式的变化特征,与地磁场二阶导数在太平洋地区的空间变化特征相对应,在2014年以后重力信号的时变模态与磁场信号二阶导数的时变模态均表现出相同的线性快速变化特征,与现有的研究成果相符合。

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    • 国际航空网络与国际关系网络的特征提取及关联分析

      2023, 51(7):986-993. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23143 CSTR:

      摘要 (223) HTML (969) PDF 1.64 M (584) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探索国际关系与国际航空交通的相互影响,通过国际航空网络探测各国各地区之间人员交流、贸易往来关系;通过国际关系网络探索各国各地区之间的合作、冲突等国际关系。以国家为节点、国家之间的航空交通或国际关系为边,并嵌入地理空间,构建地理多元流网络,提取其时空特征,并分析其关联关系,分析和探索国际关系网络与国际航空网络间的关系和相互影响。利用2013—2022年10年的OAG (官方航线指南)数据、GDELT(全球事件、语调与语言)数据,分别构建国际航空网络、国际关系网络,基于复杂网络理论和社会网络分析方法提取2种主题网络的时空特征,并探索其关联。研究结果表明:① 2种网络都具有无标度特性和小世界特性;② 2种网络的规模都具有先升后降的趋势,国际关系网络规模的峰值出现在2015—2016年,国际航空网络规模的峰值出现在2020年;③ 2种网络的节点和结构具有相似性,但是自俄乌冲突发生后,相似性显著降低;④ 国际关系网络对国际航空网络的影响具有时间滞后性。

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    • 基于树冠体素特征的森林机载-地基激光点云无控配准

      2023, 51(7):994-1001. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23138 CSTR:

      摘要 (255) HTML (869) PDF 1.86 M (515) 评论 (0) 收藏

      摘要:高精度森林机载-地基点云配准能够极大提高点云数据完整性,为森林生态参数反演提供良好的数据支撑。针对森林环境特征稀疏下的机载-地基点云配准问题,提出了一种基于树冠体素特征的机载-地基激光点云数据无控配准方法。通过包围盒位置方向初始化、树高-频数的树冠点云滤波、树冠点云体素化、基于滑动模板匹配的特征提取以及旋转矩阵求解等步骤实现机载-地基点云配准。通过不同森林结构复杂度的4组数据对所提出的方法进行了实验验证,获得的平均距离差异分别为0.245m、0.238m、0.184m以及0.020m。与最近邻迭代法、人工配准及二者组合方法这3种方法进行对比实验,结果表明,本文提出的无控配准方法在精度和稳定性上均优于这3种方法。

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    • 基于手机导航轨迹数据的城市大规模人群出行模式分析

      2023, 51(7):1002-1009. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23137 CSTR:

      摘要 (366) HTML (1297) PDF 1.43 M (650) 评论 (0) 收藏

      摘要:手机导航轨迹数据具有多种交通方式,反映大规模人群的活动情况,适合开展不同交通方式下的出行模式研究。基于手机导航数据,利用LightGBM模型实现出行交通方式分类,得到步行、机动车和非机动车3种交通方式下的人群轨迹。基于这3类交通方式,给出人群出行在周末和工作日下时间、空间和距离的分析指标,并对上海4天数百万条手机导航数据开展了实验分析。结果表明:在时间分布上,上海居民的周末出行高峰比工作日更晚并且持续时间更短,出行方式主要以机动车和步行为主;在空间分布上,机动车主要集中在高架区域,步行主要集中在地铁站附近,高架路和地铁站的引导标志不充足,周末交通枢纽和商圈类热点区域比工作日多;在距离分布上,导航出行距离符合截断幂律分布,人群导航出行以中短距离为主,并随距离增长迅速衰减。研究结果可以为城市规划、城市交通管理政策的制定提供理论依据和技术支撑。

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    • 小行星采样返回任务的选址方法进展与启发

      2023, 51(7):1010-1017. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23144 CSTR:

      摘要 (201) HTML (983) PDF 1.65 M (432) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对小行星采样返回任务,回顾不同小行星采样选址任务中的选址方法,阐述日本的隼鸟二号和美国的奥西里斯号采样返回任务中从初选采样区中选出最终采样区L08-E1和夜莺区的流程、采样选址涉及的工程和科学价值因素的分析方法与采样选址结果,并介绍了其他小行星附着任务的选址过程;对不同小行星采样返回任务的选址方法进行了对比分析与归纳,阐释了隼鸟二号和奥西里斯号采样选址所用到的载荷、选址方法以及得到的选址结果,并对选址方法进行对比分析,可作为今后小行星采样返回任务中采样选址方法的参考。结合我国小行星探测任务规划,展望了今后小行星采样返回任务中的选址方案。

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    • 河道健康管理本体模型构建与数据存储方法设计

      2023, 51(7):1018-1024. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23142 CSTR:

      摘要 (178) HTML (1022) PDF 1.44 M (442) 评论 (0) 收藏

      摘要:河道的有效管理是维持河道健康生态状况的前提条件。针对河道健康数据存在的跨部门管理、存储效率低下、语义信息被忽略等问题,提出了一种基于本体的河道健康数据存储方法。构建了河道健康领域的本体模型,设计了基于Neo4j图数据库的河道健康数据存储方法。以上海市宝山区河道为例,开发了河道健康可视化原型系统,实现了河道健康本体数据在概念、关系、属性和实例的存储与查询。设计了2种不同本体存储方式查询效率的对比试验,验证了本文方法的有效性和可行性。

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    • 遥感智能信息处理的发展及技术前景

      2023, 51(7):1025-1032. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23145 CSTR:

      摘要 (469) HTML (1417) PDF 742.96 K (967) 评论 (0) 收藏

      摘要:遥感信息提取技术虽不断推陈出新,但在智能化、精准实用性方面始终存在巨大的瓶颈问题,有必要围绕遥感智能计算和信息提取这个发展主题进行总结和讨论。从“机理—尺度—数据—智能”4个层面,逐步就遥感信息提取与定量反演路径的发展融合、基于像素和面向对象不同处理单元模式、时空谱数据融合、遥感解译的智能化因素四方面进行剖析,从而提出未来“数据获取知识”和“知识引导数据”双向驱动、遥感大数据和地学知识图谱相融合的遥感智能计算架构,尝试推动遥感科学从经典向现代化的跃迁。

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    • >土木工程与建筑学
    • 基于流固耦合的含水合物地层井壁稳定非稳态解析模型

      2023, 51(7):1033-1043. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22090 CSTR:

      摘要 (185) HTML (106) PDF 2.03 M (462) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对深海水合物地层钻井过程中的井壁稳定问题,考虑水合物分解、热传导、力场-渗流场全耦合作用,建立了过压和欠压钻井下渗流、温度、力场随时间和空间变化的非稳态解析模型。解析结果与相同条件下的数值结果吻合良好,且与力场-渗流半耦合解析结果进行了对比。基于解析模型对井壁稳定的关键参数如钻井液压力、水合物分解引起的地层弹性模量劣化程度等进行了分析,结果表明:①与半耦合分析结果相比,考虑体变对渗流的影响后,过(欠)压钻井时孔压减小(增大)、应力增大(减小),增量径向位移减小;②最危险位置在井壁处,过高或过低的钻井液压力均会导致井壁失稳,水合物分解引起的地层劣化将降低最安全钻井液压力;③水合物分解引起的地层刚度降低极易诱发井壁失稳。在通常条件下,过压钻井时分解域弹性模量降低50%即可导致井壁失稳。

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    • 拼装式增强结构加固盾构纵缝力学特性试验

      2023, 51(7):1044-1053. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21620 CSTR:

      摘要 (182) HTML (90) PDF 2.40 M (476) 评论 (0) 收藏

      摘要:内部加固技术是控制盾构衬砌环及局部接缝变形的有效方法,常用的加固技术多为在隧道内部添加钢板等结构,但具有加固后遮挡衬砌表面、不利于观察衬砌病害等缺陷。鉴于此,提出了一种拼装式增强结构,并对安装与未安装拼装式增强结构的盾构纵缝开展正、负弯矩试验研究。试验结果表明:拼装式增强结构对正、负弯矩承载的纵缝均具有一定的加固作用,在纵缝张开后,拼装式增强结构与螺栓共同承载,可限制接缝张开、提升接缝承载能力。但拼装式增强结构对纵缝在负弯矩荷载作用下的加固作用有限,不如正弯矩承载时明显,主要原因是该结构安装于接缝内弧面,对接缝内弧面的张开可以有效控制,对接缝外弧面的张开限制作用较小。另外,拼装式增强结构与管片连接位置周边的混凝土出现了破坏,该连接位置对于拼装式增强结构加固效果的发挥极为关键,需进一步优化。

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    • 2.5维有限元分析高铁荷载下弹塑性地基动偏应力与沉降

      2023, 51(7):1054-1064. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21587 CSTR:

      摘要 (174) HTML (124) PDF 2.04 M (408) 评论 (0) 收藏

      摘要:为分析高铁荷载引起的弹塑性地基动偏应力分布规律并据此开展沉降计算,建立了高铁荷载下弹塑性地基2.5维有限元计算模型,将高铁荷载分别简化为准静态列车荷载和考虑随机激振力的修正列车荷载,对比了2种荷载下弹塑性地基中动偏应力的分布规律,并利用循环荷载下软黏土累积塑性应变模型计算了均质弹塑性地基沉降。研究表明,弹塑性地基中动偏应力呈马鞍形分布,最大值出现在道床边缘附近土体中;车速小于土体瑞利波速时沿地基表面和轨道中心沿深度方向土体动偏应力的衰减曲线光滑,车速接近或大于土体瑞利波速时,在马赫效应的影响下动偏应力呈波动衰减;修正列车荷载下弹塑性地基中动偏应力分布更符合实际情况;高铁运营初期地基沉降较快,随时间增加沉降速率逐渐趋于稳定;计算高铁运行产生的地面沉降时,需同时考虑列车运行速度和随机激振力的影响。

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    • 纤维增强复合材料筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算

      2023, 51(7):1065-1072. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22013 CSTR:

      摘要 (210) HTML (168) PDF 934.88 K (436) 评论 (0) 收藏

      摘要:为评估和校准现行规范中纤维增强复合材料(fiber-reinforced polymer, FRP)筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算公式,系统收集了国内外FRP筋混凝土(FRP-RC)受弯构件裂缝宽度试验数据。基于若干筛选原则,建立了包含111根FRP-RC受弯构件的数据库。通过对比最大裂缝宽度试验值和计算值,评估了国内外3部常用规范的适用性。结果表明,规范GB 50608—2010严重低估了裂缝宽度,尤其低估了GFRP-RC和BFRP-RC构件的裂缝宽度;相比之下,规范CJJ/T 280—2018能较准确地预测裂缝宽度,而规范ACI 440.1R-15高估了裂缝宽度。基于该数据库,通过引入弹性模量比Ef / Es修正了规范GB 50608—2010中的裂缝间纵向受拉筋应变不均匀系数ψ,并分别校准了3部设计规范中的FRP筋表面形态黏结特性系数。

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    • 透水鱼礁型潜堤内部流场及绕流特性模拟

      2023, 51(7):1073-1084. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22249 CSTR:

      摘要 (231) HTML (125) PDF 2.53 M (411) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究透水鱼礁型潜堤近区绕流结构的形态和水动力特性,通过水槽试验和数值模拟对均匀来流作用下单体鱼礁型潜堤近区绕流结构展开精细化研究。水槽试验采用粒子图像测速技术获得礁体内外的三维湍流特征,内部湍流在时均流场中呈现出横向对称的连续涡旋结构,揭示了鱼礁型潜堤表面的穿孔设计增强礁体内外水交换的流动机制。基于有限体积法建立了三维水槽数学模型,采用标准k-ε、重整化群k-ε、可实现k-ε和大涡模拟4种典型湍流模型模拟鱼礁型潜堤绕流流场,并根据试验结果评估各湍流模型的计算精度和效率。数值结果表明:大涡模拟方法对Navior-Stokes方程直接求解大涡的优势使其对礁体内部的流动分离现象预测最为精确,但模型计算效率最低;可实现k-ε模型对礁体结构内外的流速和涡旋分布的模拟基本反映了实测结果,且计算效率最高,是在计算能力有限时最适用于模拟透水鱼礁型潜堤的湍流模型。

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    • >交通运输工程
    • 总弯沉比及其在机场刚性道面板底脱空判定中的适用性

      2023, 51(7):1085-1093. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22096 CSTR:

      摘要 (106) HTML (138) PDF 1.44 M (462) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种板底脱空判定弯沉指标——总弯沉比(RTD),分析了其理论特征;为探究RTD在机场刚性道面板底脱空判定中的适用性,基于Abaqus有限元软件建模,以弯沉比和截距为对比对象,计算分析了道面结构参数、接缝传荷能力和脱空参数等对指标的影响。结果表明:相比弯沉比和截距,RTD与道面结构参数相关性更高,可据此建立相对精确的判定标准;此外,RTD在对脱空参数敏感的同时可避免接缝传荷能力与板底脱空的耦合影响。综合而言,RTD在机场刚性道面板底脱空判定中具有更好的适应性。

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    • 基于自然驾驶数据的分心状态特征分析与跟驰行为建模

      2023, 51(7):1094-1104. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22061 CSTR:

      摘要 (220) HTML (125) PDF 1.83 M (590) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于行为特征对分心跟驰行为进行分类和建模,根据模型标定的方法探究不同状态下跟驰模型的适应性。首先从持续开展3年有余的上海自然驾驶数据中提取了大量分心跟驰样本,基于驾驶行为刺激反应框架对分心状态特征进行了初步分类,得到了5类分心跟驰行为;其次分析了现有4类经典跟驰模型(GHR、GIPPS、IDM和Wiedemann)对分心跟驰行为的适应性,同时根据五折交叉验证适应性结果对分心跟驰行为分类进一步优化,最终得到3类分心跟驰行为(麻木反应、过激反应和延迟反应);最后探讨了分心状态下的2种跟驰行为建模策略(AIDM和TDIDM)。结果表明,对IDM模型进行合理标定即可较准确地描述不同类型的分心跟驰行为。

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    • 上海郊区轨道站客流与站域出行活力匹配性研究

      2023, 51(7):1105-1113. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22057 CSTR:

      摘要 (196) HTML (114) PDF 1.42 M (477) 评论 (0) 收藏

      摘要:依据手机信令数据构建站域活力指标对站域人群出行强度与范围进行测度,针对站域活力与站点客流量的匹配差异性,利用象限法将上海郊区77个轨道站分为3类,即高活力高客流、高活力低客流、低活力低客流,分别占比38%、18%、44%。结合站域开发强度、轨道自身性质等多维属性构建多分类Logit模型,结果表明,相对于高活力高客流站点,高活力低客流站点主要分布于未直接穿越城市主城区的线路上,更需要提高轨道竞争力及地面公交与轨道的接驳水平、降低站域人群对小汽车的依赖度来提高客流;低活力低客流站点,主要分布于开发密度低的远郊,加强站域开发水平是提高站域活力与客流的关键。研究结果为超大和特大城市郊区轨道站点客流与站域活力两者协同发展机理提供参考。

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    • >机械、车辆与能源工程
    • 流程布置对电动汽车热泵车外换热器性能的影响

      2023, 51(7):1114-1123. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21621 CSTR:

      摘要 (166) HTML (105) PDF 2.04 M (450) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对电动汽车热泵用平行流车外换热器,通过建立基于制冷剂不均匀分配的分布参数模型,发现单流程和四流程结构的冬夏总体性能较差。单流程布置与二流程布置相比,夏季工况和冬季湿工况的换热能力分别下降25.3%和23.3%,四流程、三流程和二流程布置的换热能力差别不大。四流程布置和三流程布置的制冷剂侧压降分别是二流程布置的2.5~2.8和1.8~2.5倍。系统试验结果表明:在冬夏各工况下,二流程换热器系统的性能系数COP均高于三流程换热器系统,其中在冬季湿工况下,二流程换热器系统的制热量和COP较三流程换热器系统分别提高6.4%和9.4%。与三流程结构相比,二流程结构更适合电动汽车热泵的车外换热器。

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    • 水滴在撞击不同厚度水膜条件下产生的二次液滴特性

      2023, 51(7):1124-1132. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22006 CSTR:

      摘要 (193) HTML (114) PDF 1.89 M (604) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用高速相机对水滴撞击水膜的飞溅过程进行了详细测量,分析了水滴撞击水膜的飞溅临界值、二次液滴的直径分布和二次液滴的速率等飞溅特性。结果表明,在实验参数范围内,当韦伯数增大时发生飞溅现象。此外,可以使用量纲为一参数K 来描述飞溅临界值,K=We·Oh-0.4。当K值大于2 100时发生飞溅现象,二次液滴的量纲为一直径和二次液滴的量纲为一速率随着K值的增大而增大。水膜量纲为一厚度对二次液滴直径分布的影响不明显,但由冠状水花产生的二次液滴的平均量纲为一速率随水膜量纲为一厚度的增加而减小。

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    • >海洋与地球科学
    • 南大西洋至几内亚湾冬季海浪传播特性

      2023, 51(7):1133-1142. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22032 CSTR:

      摘要 (111) HTML (103) PDF 3.55 M (486) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决南大西洋至几内亚湾海域的海浪组成成分、传播特性及来源这3个该海域一直需要解决的问题,建立SWAN (Simulating WAves Nearshore)双层嵌套海浪模型对南大西洋至几内亚湾冬季海浪时空分布进行模拟分析,结果表明:南大西洋海浪有效波高呈高纬度区(30°S以南)向低纬度区(30°S以北)递减的趋势 ,高纬度区海浪传播方向与风场关系密切,低纬度区则与风场差异明显;南大西洋涌浪波高与混合浪波高分布高度相关,涌浪在混合浪中所占比例较大,尤其在风速较小的低纬度海域更为显著;南大西洋中部至几内亚湾存在相对固定的S-SW涌浪系统,其能量在二维海浪谱上分布集中,空间方向上分布范围较窄;模拟时段内几内亚湾呈明显的涌浪主导状态,通过对有效波高最大时刻的一次涌浪过程溯源发现,影响几内亚湾的涌浪可追溯至约6.5天前南大西洋咆哮西风带海域的强风浪。

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