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武汉大学学报（信息科学版）
武汉大学学报（信息科学版）

刘经南

月刊

1671-8860

journalw@whu.edu.cn

027-68778465

430072

武汉市珞喻路129号武汉大学测绘校区

武汉大学学报（信息科学版）/Journal Geomatics and Information Science of Wuhan UniversityCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为测绘专业学术期刊，主要刊登测绘、遥感、图形图像处理等专业及相关学术论文。发表论文强调先进性、创造性。该刊发表的论文部分收录于EI、SCI、AJ等。
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    城市生命线安全工程关键技术研究进展

    袁宏永章翔黄丽达潘睿...
    1251-1263页
    查看更多>>摘要：城市生命线安全工程是保障城市燃气、供水、供电等系统安全运行的国家重大民生工程.当前城市生命线安全工程面临三类难题:机理揭示和实验复现难,风险探测和早期识别难、精准预警和协同防控难.为突破机理揭示和实验复现难题,研发了全球首套全尺寸城市生命线多灾种大型科学装置,建立了生命线系15类、169种灾害耦合致灾模型,提出了地下管线与地上承灾体耦合的综合风险动态评估方法;为攻关风险探测和早期识别难题,发明了有源光栅与波长偏置的高灵敏燃气传感激光芯片和探测器,研发了基于惯导、力平衡、声学频谱及北斗的供水管网泄漏定位智能球,突破了桥梁整体模态(指纹)监测技术;为解决精准预警和协同防控难题,攻克了城市生命线安全风险物理启发式人工智能预警技术,研发了具备协同感知、融合监测、靶向预警、联动响应等功能的监测预警系统.系列相关成果带动了安全应急产业发展,为城市生命线风险防控作出了开创性和实质性贡献.

    城市生命线风险评估承灾体致灾机理监测预警系统

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    2024年4月广东韶关江湾镇极端降雨诱发群发性滑坡初步分析

    许强徐繁树蒲川豪李为乐...
    1264-1274页
    查看更多>>摘要：2024年4月中下旬,广东省韶关市发生极端强降雨事件,在韶关江湾镇地区诱发大量滑坡灾害,造成部分地区持续断联近36 h,引起了社会的广泛关注.快速准确地查明滑坡基本特征、发育分布规律及形成条件对于灾害应急决策和风险隐患排除处置至关重要.利用灾后的光学遥感影像并结合深度学习模型,对韶关江湾镇降雨诱发滑坡进行了快速智能识别与人工校核,共解译出1 192处滑坡,总面积约3.14 km2.滑坡规模以中小型滑坡为主,主要沿河流呈北东-南西向聚集带状分布,群发性效应显著.空间统计分析表明,滑坡主要分布在200～300 m高程范围内、坡度为10°～30°的凹坡上.进一步使用随机森林模型与SHAP理论对滑坡的地貌主控因子进行量化分析,发现不同地形地貌因子对滑坡形成均有不同程度的非线性影响,高程、坡度和汇水条件等多因素耦合作用共同控制了滑坡的形成.该研究突出了基于深度学习的智能识别与分析技术在滑坡灾害应急调查与形成条件分析中的巨大优势,可为灾害损失快速评估和风险隐患排查提供重要技术支撑.

    极端降雨群发性滑坡智能识别分布规律形成条件

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    采用交通-灾害双层模型的公路网有效路径集构建方法

    贾兴利郭旭亮杨宏志张晔...
    1275-1286页
    查看更多>>摘要：有效路径集的构建是公路网交通控制与诱导的关键环节,对灾后路径规划有重要作用.针对当前应急路径规划未及时纳入灾害动态变化的问题,提出了一种耦合路网拓扑结构和交通流、灾害事件状态的双层路网模型,引入线性参考与动态分段技术将路径和事件相关联,反映路段之间的拓扑关系和储存路段的动态属性信息.基于Dijkstra算法改进深度优先搜索算法,降低了计算复杂性,提出了结合时变路网、灾害及交通状态的有效路径搜索算法,利用双层路网模型实现了有效路径集的搜索与构建.在研究区域进行了实例应用与验证,结果表明所提方法能够根据时变交通状态与灾害动态地搜索有效路径集.该模型增强了道路数据的表达与分析能力,能够服务于灾情变化下的交通分析与控制,满足灾后路网的交通运行态势评估需求.

    有效路径集交通-灾害双层模型公路网拓扑处理Dijkstra算法

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    GRACE/GRACE-FO揭示黄河上游2002-2022年GWS及可持续性时空演化

    瞿伟陈沛男张普方唐兴友...
    1287-1299,1336页
    查看更多>>摘要：开展黄河流域上游地下水储量(groundwater storage,GWS)时空变化及可持续性时空演化特征研究,可为黄河流域水资源可持续合理开发提供有力的参考依据.利用GRACE(gravity recovery and climate experiment)和GRACE-FO(GRACE follow on)重力卫星Mascon和球谐数据,联合先验水文模型,反演估算了黄河流域上游2002-04-2022-12陆地水储量及GWS变化时空演化特征,通过计算区域水资源可持续性指数(sustainability index,SI)评估该区域地下水可持续性概况,并探讨了降雨量变化、归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、蒸散发量(evapo-transpiration,ET)与区域GWS变化的相关性及其贡献度.结果表明,研究区域GWS变化以约-3.89士 0.37 mm/a速率呈整体下降趋势,在空间上呈现出明显的南、北量值差异分区的特性,与实测水井监测结果较一致(相关度约为0.73);研究时段内区域地下水几乎均处于重度不可持续状态,空间上可持续性也呈现出 自南向北逐渐降低的趋势,平均可持续性指数仅为0.38;贡献度量值大小显示出NDVI对研究区域GWS变化产生的影响最大,ET次之,降雨量影响最小;NDVI、ET与区域GWS变化呈显著负相关关系(相关系数分别约为-0.76和-0.77),黄河流域上游南、北部降雨与相应GWS变化呈正相关关系(相关系数分别约为0.54和0.50).

    黄河流域上游GRACEGRACE-FO时变重力场地下水储量变化可持续性指数

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    基于XGBoost模型的高分辨率遥感滑坡快速提取与分析研究

    林娜冯珊珊王斌唐菲菲...
    1300-1313页
    查看更多>>摘要：为了提高滑坡提取工作效率,探寻区域性滑坡与单体滑坡的时空分布特点,设计了一种滑坡快速提取模型,旨在为滑坡灾害防治管理提供科学依据.以多时相国产高分辨率遥感卫星影像、先进对地观测卫星12.5 m数字高程模型、历史滑坡隐患点为基础数据源,选择位于中国重庆市奉节县西北部的8个滑坡易发乡镇组成研究区,将基于SHAP解释框架的特征优选和基于Optuna框架的贝叶斯超参数自动优化方法引入极端梯度提升算法(extreme gradient boosting,XG-Boost)算法中构建并优化滑坡提取模型,实现了 2013年、2015年、2018年、2020年研究区滑坡空间信息的快速提取和滑坡时空分布的定量分析.结果表明:(1)在模型精度对比中,以优化XGBoost基础算法构建的滑坡提取模型的准确率、精确率、Kappa系数、受试者工作特征曲线下的面积值分别为96.26％、90.91％、0.860 2、0.970 5,高于对比模型GBDT、LightGBM与Adaboost.(2)2013-2020年研究区滑坡发育程度整体偏高,滑坡在乡镇间的空间分布不均,沿河谷、河流两侧呈条带状分布,具有地段集中性特点.(3)2013-2020年庙湾滑坡发育强度高、活动强烈、复活现象多次发生并曾诱发新生滑坡,其所处斜坡坡度约25°～45°,地形特征变化较小,显著性变化主要集中在色调、纹理、几何形态与植被覆盖率等特征表现上.

    快速提取滑坡XGBoost高分辨率遥感

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    利用光学遥感影像光流场模型进行地表形变分析

    丁明涛陈浩杰李振洪刘振江...
    1314-1329页
    查看更多>>摘要：光学遥感影像像素偏移量追踪是反演同震形变场和监测滑坡的一种重要手段.基于相关性匹配的传统像素偏移量追踪方法,通过搜索相关性最强的匹配窗口估计中心像素的位移,计算效率低且在大梯度形变区域失相关现象严重,存在形变边界提取不精确的问题.为高效获取精确的地表形变,将计算机视觉领域的光流场模型引入像素偏移量追踪问题,提出适用于光学遥感影像反演地表形变的光流场方法,给出像素偏移量时序反演的加权改进算法.通过塔吉克斯坦同震形变场模拟实验,评估光流场方法估计地表形变场的可行性及其在最小可探测形变方面的性能;通过加州地震同震形变场反演和白格滑坡偏移量估计实验,讨论光流场方法的计算效率优势和形变区域提取的精确性;通过白格滑坡时序形变分析,进一步论述利用光流场方法估计大梯度形变的有效性和时序反演加权改进算法的鲁棒性.结果显示,相比于传统窗口相关性匹配方法,光流场方法的偏移量追踪精度为0.032像素,计算效率提升了 20倍左右,形变区范围提取精度提升了 25.9％;改进的加权时序反演算法将光学遥感影像东西向和南北向位移估计的不确定性分别降低了 16.2％和 12.4％.

    光流场方法滑坡同震形变计算效率加权时序反演算法

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    地基雷达干涉测量动态高频次数据用于滑坡早期预警方法研究

    秦宏楠马海涛于正兴刘玉溪...
    1330-1336页
    查看更多>>摘要：矿山边坡失稳是制约中国露天矿山安全生产的主要因素之一.地基雷达干涉测量技术近些年被逐步引入露天矿山边坡安全监测及预警预报应用中,但测量数据高频次滚动更新的特点造成了数据误差累积大,曲线灾变特征不显著.对原始监测数据进行挖掘,通过错位相减和速度倒数法等处理方法减少了高频次数据的振动性,提高了临滑数据的易读性,揭示出关键变形数据的趋势性特征.研究对累积位移曲线、采用不同周期处理过的速度曲线和速度倒数曲线组进行分析,发现了曲线组中存在明显的变形突增点、速度增长点、稳定振动点3个特征点,这些特征点可以用来提前预警预报边坡滑坡灾害.通过对3个特征点的识别可以有效提前识别可能发生的滑坡,预报滑坡时间,为基于地基干涉雷达的滑坡预警预报分析提供了新的技术路径和解决方案.

    滑坡预警地基雷达干涉测量动态高频次数据

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    南水进京后利用升降轨InSAR解译北京地面沉降发展态势

    张双成张雅斐司锦钊罗勇...
    1337-1346页
    查看更多>>摘要：地下水长期超量开采引发的地面沉降是北京市面临的一个重大问题.中国南水北调中线工程通水极大地缓解了北京市水资源短缺问题.针对南水北调中线工程对北京地面沉降的影响,利用升降轨时序合成孔径雷达干涉测量(in-terferometric synthetic aperture radar,InSAR)分析2015-12-2020-12期间南水北调中线工程通水后北京地面沉降发展态势.研究结果表明,北京市沉降分布不均匀,升轨形变速率及累积形变量最大值分别为-134 mm/a和-697 mm,降轨形变速率及累积形变量最大值分别为-135 mm/a和-734 mm.对比地下水位数据和抗差最小二乘拟合法融合的InSAR形变结果发现,北京地区的沉降速率随着地下水位的上升而逐渐减小,也即南水北调中线工程在一定程度上缓解了北京的地面沉降扩张趋势.

    地面沉降时序InSAR升降轨抗差最小二乘拟合南水北调

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    考虑时间滞后效应的库岸滑坡位移预测

    杜岩宁利泽谢谟文白云飞...
    1347-1355页
    查看更多>>摘要：在库区滑坡位移预测预报研究中,库水位响应的滞后性使得传统滑坡位移预测模型难以分析单调增长的阶跃式变形特征,严重影响预测结果.基于此,在考虑库水位时间滞后效应基础上,建立了一套可应用于工程现场的自回归分布滞后位移预测模型,并在金沙江上游某库岸滑坡进行工程应用.工程研究案例得出,库水位上升、地震是该滑坡变形加剧的主要诱发因素,且库水位作用于滑坡变形的滞后天数为8天,新模型计算滑坡累积位移与实际位移相关系数高达0.992 7,均方根误差为14.11 mm.此外,通过计算趋势速率比指标可以为滑坡监测预警提供新的敏感性评价参量.该研究不仅建立了一套具有物理意义的库岸滑坡位移预测模型,实现了滑坡位移的综合分析,而且实现了地震对滑坡位移演化贡献的定量计算,为蓄水期库岸滑坡演化全过程的安全风险管理提供了新的技术支持.

    滑坡位移预测时间滞后效应自回归分布滞后模型库水位趋势速率比

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    淮南矿区关闭矿井地表次生沉陷InSAR监测与规律分析

    郑美楠邓喀中郭庆彪赵若南...
    1356-1366页
    查看更多>>摘要：不同地质采矿条件下关闭矿井地表次生沉陷规律是国内外关注的问题之一,对此进行研究具有重要的理论和实用价值.淮南矿区地下潜水位高、第四系松散层厚、煤层开采多,监测分析淮南矿区关闭矿井地表次生沉陷规律具有典型性.基于160景Sentinel-1A数据,利用永久散射体干涉法(persistent scatterers interferometry,PSI)和小基线集(small baseline subset,SBAS)技术分别获取了 2016-01-14-2022-05-30淮南矿区关闭矿井地表次生沉陷.结果表明,新集三矿、李嘴孜-新庄孜-谢一矿关闭后地表上升,新庄孜矿最大上升速率为51.1 mm/a,而潘一矿因关闭时间晚(2018-09)受采空区残余形变影响地表仍表现为下沉.由PSI和SBAS同名点监测结果统计分析可知二者相关性为0.74,标准偏差为1.59 mm/a,证明了合成孔径雷达干涉结果的可靠性.通过时序形变分析,将淮南矿区关闭矿井地表次生沉陷规律归纳为下沉阶段—稳定阶段—上升阶段,但下沉、稳定和上升阶段并不一定随时间推移逐次发生.由地表上升起始时间及李嘴孜矿、新庄孜矿和谢一矿的位置关系可知,三矿之间可能存在水力联系,地下水先从新庄孜矿和谢一矿交界处开始回升,后流向东南和西北两侧.研究成果对完善关闭矿井地表沉陷规律、构建地表沉陷预测模型具有重要意义.

    关闭矿井淮南矿区地表次生沉陷InSAR

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