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地球科学 2022年第10期47卷 3900-3901页

作者：彭建兵李振洪长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 长安大学地学与卫星大数据研究中心陕西西安710054

1问题背景现代信息技术及对地观测技术的快速发展,使得大数据在地球科学领域具备了坚实的数据基础;而大数据具有5V特征,即Volume(数据规模大)、Variety(数据类型多)、Velocity(数据增长速度和处理速度快)、Value(数据价值密度相对较低... 详细信息

1问题背景现代信息技术及对地观测技术的快速发展,使得大数据在地球科学领域具备了坚实的数据基础;而大数据具有5V特征,即Volume(数据规模大)、Variety(数据类型多)、Velocity(数据增长速度和处理速度快)、Value(数据价值密度相对较低但潜在价值高)和Veracity(数据准确性和可信赖度高),这五大鲜明特征进一步使得大数据在地球科学领域作用愈加突出.除了传统的野外调查采样和岩土工程监测,地学大数据还包括其他新型数据来源,如卫星影像、无人机影像或视频、无线传感器网络(记录温度、压力、位移速度等信息)、激光雷达、数值模拟、全球卫星导航系统、众包和社交媒体信息等.地学大数据对于研究地球科学的前沿问题之一——地质灾害预警预报,具有重要价值.海量高价值的地学大数据和基于人工智能的数据挖掘可以增进人类对地质灾害分布规律,启动机制和演化过程的理解;地学大数据已经在地质灾害预警中发挥显著作用(如Dai et al.,2020;Guzzetti et al.,2020),但其在地质灾害预报中的作用仍有待发掘和验证.

关键词：大数据无线传感器网络数据挖掘数据规模人工智能数据类型数据价值全球卫星导航系统

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北斗三号卫星天线相位中心改正模型对精密定轨和定位的影响

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大地测量与地球动力学 2022年第12期42卷 1227-1232,1261页

作者：任琛王晨李振洪长安大学地质工程与测绘学院西安市710054 长安大学地学与卫星大数据研究中心西安市710054

基于实测数据分析天线相位中心PCO改正模型和观测值频点选择对北斗三号卫星精密定轨和定位的影响。结果表明,基于北斗官方CSNO发布的PCO模型定轨定位表现稍优于IGS协议模型。此外,相较于两者PCO模型差异的影响,B1C/B2a与B1I/B3I观测值... 详细信息

基于实测数据分析天线相位中心PCO改正模型和观测值频点选择对北斗三号卫星精密定轨和定位的影响。结果表明,基于北斗官方CSNO发布的PCO模型定轨定位表现稍优于IGS协议模型。此外,相较于两者PCO模型差异的影响,B1C/B2a与B1I/B3I观测值频点的选择对精密定位影响更为显著。以IGS B1I/B3I PCO模型为参考,CSNO B1C/B2a PCO模型定位坐标在E、N、U方向上的精度分别提升约5%、13%、14%,可应用于北斗高精度数据处理。

关键词：北斗三号天线相位中心改正模型精密定轨精密定位

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一种基于多源遥感的滑坡防灾技术框架及其工程应用

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地球科学 2022年第6期47卷 1901-1916页

作者：李振洪张成龙陈博占洁伟丁明涛吕艳李鑫泷彭建兵长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 长安大学地学与卫星大数据研究中心陕西西安710054 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室陕西西安710054

我国是世界上受滑坡影响最大的国家之一,也投入了大量的人力物力开展区域性滑坡隐患探测工作.近年的政府工作表明,80%的滑坡发生在已圈定的隐患点范围外,80%的滑坡发生在防灾减灾工作条件相对薄弱的边远农村地区.为了解决这个困境,亟需:... 详细信息

我国是世界上受滑坡影响最大的国家之一,也投入了大量的人力物力开展区域性滑坡隐患探测工作.近年的政府工作表明,80%的滑坡发生在已圈定的隐患点范围外,80%的滑坡发生在防灾减灾工作条件相对薄弱的边远农村地区.为了解决这个困境,亟需:(1)厘清不同类型滑坡宜选用的广域探测技术,解决滑坡隐患广域探测的漏检问题;(2)突破社区协同滑坡防灾的难题,助力滑坡隐患探测和风险评估.本文将滑坡隐患分为4类:斜坡变形区、复活历史变形破坏区、稳定历史变形破坏区和潜在斜坡变形区,以便充分发挥多源遥感数据和技术的优势;进而提出一种“滑坡隐患广域探测-单体滑坡隐患风险评估-社区协同防灾”的多源遥感滑坡防灾技术框架.以青藏高原交通工程关键区段约10 000 km;区域作为研究区,协同社区(如设计和建设单位)共识别出滑坡隐患263处,其中斜坡变形区249处,复活历史变形破坏区5处,稳定历史变形破坏区9处,并针对3个典型滑坡隐患进行风险定量评估和社区协同防灾.该多源遥感技术框架将有助于提高社区滑坡防灾的能力,也将直接服务于青藏高原交通工程的建设与运维.

关键词：滑坡隐患滑坡类型滑坡探测风险评估社区协同防灾.

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多源地表温度估算近地表气温的精度对比

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武汉大学学报（信息科学版） 2023年第4期48卷 568-578页

作者：许慧慧高美玲李振洪胡羽丰长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 长安大学地学与卫星大数据研究中心陕西西安710054 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室陕西西安710054

气象站点稀疏会导致观测到的近地表气温空间不连续,基于地表温度数据结合辅助变量估算气温成为获取气温空间分布的有效方式。目前,已有多种地表温度产品,但鲜有研究评估多源地表温度数据在估算气温时的精度及其适用性。针对该问题,首先... 详细信息

气象站点稀疏会导致观测到的近地表气温空间不连续,基于地表温度数据结合辅助变量估算气温成为获取气温空间分布的有效方式。目前,已有多种地表温度产品,但鲜有研究评估多源地表温度数据在估算气温时的精度及其适用性。针对该问题,首先,利用Google Earth Engine平台和随机森林算法,基于Landsat、中分辨率成像光谱仪(moderateresolution imaging spectroradiometer,MODIS)、全球陆面数据同化系统(global land data assimilation system,GLDAS)3种地表温度数据源估算了黄河流域近地表气温的最大值、最小值和平均值;然后,结合站点观测分析了多源地表温度估算气温的精度及适用性。结果表明,3种地表温度数据源估算夏季气温平均值时精度差异较小;对于气温极值估算,GLDAS数据显著优于MODIS和Landsat数据;每种数据源估算气温极值的精度低于其估算气温均值;此外,地表温度的时间分辨率会显著影响近地表气温的估算精度。该成果可以为长时序气温产品估算提供科学参考。

关键词：全球陆面数据同化系统中分辨率成像光谱仪 Landsat 地表温度近地表气温 Google Earth Engine

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利用GPS-IR技术快速估计雪水当量

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武汉大学学报（信息科学版） 2021年第11期46卷 1666-1676页

作者：王佳彤胡羽丰李振洪张成龙张苗苗杨璟姜万冬长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 长安大学地学与卫星大数据研究中心陕西西安710054 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室陕西西安710054

雪水当量的监测对于气候变化的预测、水资源管理、农业生产规划具有重要意义。GPS干涉反射(GPS interferometric reflectometry,GPS-IR)技术是一种十分有效的地表积雪监测技术,基于GPS-IR技术提出了一种雪水当量的快速估计方法。首先基... 详细信息

雪水当量的监测对于气候变化的预测、水资源管理、农业生产规划具有重要意义。GPS干涉反射(GPS interferometric reflectometry,GPS-IR)技术是一种十分有效的地表积雪监测技术,基于GPS-IR技术提出了一种雪水当量的快速估计方法。首先基于GPS-IR技术获取美国板块边界观测(plate boundary observatory,PBO)GPS站的雪深时间序列;然后利用美国积雪遥测(SNowTELemetry,SNOTEL)站观测数据构建雪水当量转换模型;最后以北美历史与预测气候数据项目(historical and projected climate data for North America,ClimateNA)的气候预测数据作为参数约束,将GPS日雪深快速转化为雪水当量,并对雪水当量估计与验证过程的影响因素进行评价。实验结果表明,基于GPS-IR技术得到的雪深序列具有良好可靠性,与观测值的相关系数(R^(2))达到0.98,均方根误差(root mean square error,RMSE)为11.1 cm,偏差(Bias)为-3.7 cm;快速转化模型对雪水当量估计具有较高精度(R^(2)=0.98,RMSE=4.2 cm,Bias=-2.5 cm)与稳定性;转化模型时空稳定性较高,残差集中在5 cm内;气候预测数据的引入、积雪分布差异对雪水当量估计与验证影响较小。所提方法在积雪监测设备缺乏区域可实现雪水当量快速估计,同时也为现有积雪观测网络增强、积雪产品改善等研究提供参考。

关键词： GPS干涉反射技术积雪深度雪水当量快速估计

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利用时序InSAR技术反演邯郸平原区地表形变与含水层参数

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地球物理学报 2022年第9期65卷 3351-3362页

作者：白林李振洪宋莎刘东长安大学地质工程与测绘学院西安710054 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室西安710054 长安大学地学与卫星大数据研究中心西安710054 机械工业勘察设计研究院有限公司西安710043

邯郸平原区承压地下水长期处于严重超采状态,导致大面积地面沉降,直接威胁到该地区重大基础设施安全.因此,查明地面沉降时空演变特征,厘清承压地下水变化与地面沉降的耦合关系,对预防和治理地面沉降地质灾害具有重要意义.本文利用Sentin... 详细信息

邯郸平原区承压地下水长期处于严重超采状态,导致大面积地面沉降,直接威胁到该地区重大基础设施安全.因此,查明地面沉降时空演变特征,厘清承压地下水变化与地面沉降的耦合关系,对预防和治理地面沉降地质灾害具有重要意义.本文利用Sentinel-1A数据进行时间序列分析,获取了2015—2019年邯郸平原区地表形变时空分布结果,并结合水头数据分析了含水系统对水头变化的不同响应.利用谐波函数分离了地表形变及水头变化的季节性变化,并用其估算了邯郸平原区空间差异变化的弹性骨架释水系数;基于顾及弱透水层延迟排水的一维水头变化-形变模型,反演了非弹性骨架释水系数和时间常数.结果表明:(1)邯郸平原区以沉降为主,最大沉降速率可达14 cm·a^(-1);通过与水头数据对比发现该地区地面沉降主要是由承压含水层水头下降及弱透水层的延迟排水引起.(2)水头的季节性变化引起了明显的季节性形变,沉降区季节性形变幅度可达25 mm,峰值时间为1—3月.(3)邯郸平原区弹性骨架释水系数介于1.51×10^(-3)~4.05×10^(-3)之间,与抽水试验结果较为相符;非弹性骨架释水系数为3.62×10^(-2)~4.57×10^(-2),时间常数为0.47~0.77 a.本研究表明时序InSAR技术在含水层参数估算,地下水超采相关的地质灾害监测方面有良好的应用潜力.

关键词：河北邯郸时序InSAR 地表形变承压地下水骨架释水系数

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基于InSAR和热点分析技术的黄土高原地质灾害隐患识别

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工程地质学报 2023年

作者：李晶朱武张关龙许炫宇张勤长安大学地质工程与测绘学院长安大学地学与卫星大数据研究中心生态地质与灾害防控自然资源部重点实验室

黄土高原面积约64万km2，受到自然和人为因素的影响，近年来地质灾害呈现多发频发趋势，严重威胁了人民的生命财产安全。对黄土高原开展地质灾害隐患早期识别和动态监测，对当地防灾减灾具有重要意义。目前已开展的工作多集中于黄土高... 详细信息

黄土高原面积约64万km2，受到自然和人为因素的影响，近年来地质灾害呈现多发频发趋势，严重威胁了人民的生命财产安全。对黄土高原开展地质灾害隐患早期识别和动态监测，对当地防灾减灾具有重要意义。目前已开展的工作多集中于黄土高原局部范围内单一灾种的研究，缺乏全局尺度上多灾种的调查和分析。基于此，本文采用短基线干涉测量(SBAS-InSAR)技术，对覆盖整个黄土高原的1994景Sentinel-1A数据进行处理，得到了黄土高原2019年1月1日至2021年3月31日的年平均形变速率以及时间序列结果。采用热点分析技术提取了有效形变区域，在此基础上借助光学影像，采用人工目视判读的方法，识别出黄土高原3240处地质灾害隐患点，其中采矿沉陷1920处，地面沉降593处，滑坡727处。对灾害隐患点的空间分布规律及原因进行分析，得出采矿沉陷区域基本为煤炭资源分布区域，其与地层岩性具有较好的一致性，主要沿着地层岩性走向分布；地面沉降主要分布于城市区域，地下水开采和人类工程建设是主要驱动因素；地层岩性、人类活动、河流等都会对黄土高原滑坡的发育产生一定的影响，滑坡灾害点的分布与高程、坡度、坡向也存在一定的相关性，滑坡灾害点在高程1500～3000 m，坡度10°-30°，坡向北、东北、东、东南方向上分布较多。

关键词：灾害识别黄土高原 InSAR 热点分析

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模拟困难样本的Mask R-CNN滑坡分割识别

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武汉大学学报（信息科学版） 2023年第12期48卷 1931-1942页

作者：姜万冬席江波李振洪丁明涛杨立功谢大帅长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 长安大学地学与卫星大数据研究中心陕西西安710054 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室陕西西安710054

随着人工智能的发展,利用高分影像进行滑坡等地质灾害识别逐渐成为研究热点。滑坡目视解译需依赖专家经验,传统滑坡自动识别方法又易将滑坡和裸地、道路等地物混淆。针对以上问题,提出了基于模拟困难样本的掩模区域卷积神经网络(mask re... 详细信息

随着人工智能的发展,利用高分影像进行滑坡等地质灾害识别逐渐成为研究热点。滑坡目视解译需依赖专家经验,传统滑坡自动识别方法又易将滑坡和裸地、道路等地物混淆。针对以上问题,提出了基于模拟困难样本的掩模区域卷积神经网络(mask region-based convolutional neural network,Mask R-CNN)滑坡提取方法。在现有样本的基础上,利用滑坡的形状、颜色、纹理等特征模拟更为复杂的滑坡背景进行困难样本挖掘增强,并将得到的困难样本输入Mask R-CNN网络进行滑坡精细检测分割。在实际研究区域中,由于滑坡数量有限,因此在频率域进行小样本学习,在减少数据需求的同时,保证分割识别的准确度。中国贵州省毕节市的实验结果表明,基于模拟困难样本的Mask R-CNN方法检测精度为94.0%,像素分割平均准确率为90.3%,可实现低虚警率下的高性能检测分割;采用频率域学习,在一半数据输入量的情况下,模型检测精度仍可得到提升。利用中国甘肃省天水地区的滑坡区域进行实际验证,进一步证明了所提方法的有效性。

关键词：深度学习滑坡提取 Mask R-CNN 困难样本频率域

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典型人类活动对关中平原城市群PM_(2.5)浓度的影响

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地球科学与环境学报 2024年第2期46卷 180-195页

作者：李常巘佶高美玲李振洪长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 长安大学地学与卫星大数据研究中心陕西西安710054 长安大学自然资源部生态地质与灾害防控重点实验室陕西西安710054

为应对突发公共卫生事件而采取的流动限制性措施,为研究人类活动对PM_(2.5)浓度的影响提供了一个独特的自然实验环境,但该期间关中平原城市群PM_(2.5)浓度分布及驱动力有何变化尚缺乏关注。基于2018~2020年PM_(2.5)遥感反演数据,采用空... 详细信息

为应对突发公共卫生事件而采取的流动限制性措施,为研究人类活动对PM_(2.5)浓度的影响提供了一个独特的自然实验环境,但该期间关中平原城市群PM_(2.5)浓度分布及驱动力有何变化尚缺乏关注。基于2018~2020年PM_(2.5)遥感反演数据,采用空间自相关分析、地理探测器和多尺度地理加权回归(MGWR)模型,分析2020年2月至3月实施流动限制性措施期间关中平原城市群PM_(2.5)浓度及驱动因子的时空演变特征。结果表明:①2020年2月至3月PM_(2.5)浓度显著下降,2020年2月热点减少,3月冷点减少。②相比历年同期,所有人为因素单因子在2020年2月对关中平原城市群PM_(2.5)浓度的解释力最低,自然因素解释力较高。其中,工厂兴趣点分布(POI_D)及路网分布(RD)解释力相比历年同期平均解释力降幅最大,分别为20.3%和38.6%。所有人为因素双因子交互影响解释力在2020年2月最低。③所有人为因素在2020年2月对关中平原城市群PM_(2.5)浓度的作用尺度最小,当不同时期人为因素强度处于平均水平时,实施流动限制性措施期间的PM_(2.5)浓度更易降低,但东部地区的PM_(2.5)浓度防治强度还需增大。

关键词：驱动因子时空演变 PM_(2.5)浓度空间自相关地理探测器多尺度地理加权回归模型关中平原

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基于光学遥感像素偏移量的金沙江流域2018年白格滑坡演变过程

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地球科学与环境学报 2022年第6期44卷 1002-1015页

作者：董岳丁明涛李鑫泷张雪松黄武彪刘振江李振洪长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 长安大学地学与卫星大数据研究中心陕西西安710054 长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室陕西西安710054

随着光学遥感卫星的增多以及影像质量的提升,利用光学遥感影像监测地表形变呈现出极大的发展潜力。以金沙江流域典型的高位远程滑坡——白格滑坡为例,选取Sentinel-2光学影像,综合利用像素偏移量跟踪(Offset-tracking)技术和时序反演(Ti... 详细信息

随着光学遥感卫星的增多以及影像质量的提升,利用光学遥感影像监测地表形变呈现出极大的发展潜力。以金沙江流域典型的高位远程滑坡——白格滑坡为例,选取Sentinel-2光学影像,综合利用像素偏移量跟踪(Offset-tracking)技术和时序反演(Time-series Inversion)算法,对2018年“10·10”白格滑坡和“11·3”白格滑坡前后的地表形变进行了反演与分析。结果表明:①“10·10”白格滑坡发生前(2015年11月13日~2018年2月5日)坡体最大水平位移为31.69 m,时序位移呈现出明显的“初始启动→等速变形→加速变形”过程特征;②“11·3”白格滑坡发生前(2018年10月28日~2018年11月2日)东西向(主滑方向)形变高达12.89 m,与雷达影像偏移量跟踪结果一致;③“11·3”白格滑坡发生后(2020年1月16日~2022年2月4日)部分残留堆积体东西向累计形变最高达7.71 m,滑移迹象明显,存在再次成灾风险。通过分析COSI-Corr和CARST两种光学影像偏移量跟踪软件的形变结果、InSAR形变探测结果和无人机三维变化检测结果,验证光学影像偏移量跟踪方法探测地表形变具有较好的精度和可靠性。

关键词：光学遥感偏移量跟踪技术时序反演算法 COSI-Corr CARST DEM差分形变监测白格滑坡金沙江流域

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