牛腾
, 岳德鹏, 李倩
NIU Teng, YUE Depeng, LI Qian
通讯作者:
收稿日期: 2018-06-15
修回日期: 2018-09-11
网络出版日期: 2018-11-20
版权声明: 2018 《地球信息科学学报》编辑部 《地球信息科学学报》编辑部 所有
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作者简介:
作者简介：牛 腾（1995-）,男,石家庄人,硕士生,从事3S技术在资源环境中的应用研究。E-mail: niuteng21@bjfu.edu.cn
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摘要
以斜坡灾害易发地带兰州市城关区为研究区,通过PS-InSAR技术提取地表形变点的地表形变速率,反映地质灾害在空间范围内的分布。以协克里金插值为基础,结合广义线性模型（GLM）和粒子群优化算法（PSO）,构建PSO-GLM-coKriging插值模型,以地表形变速率为主变量,DEM,岩土疏松度和NDVI拟合参数为协变量,进行空间插值模拟。与co-Kriging模型和GLM-co-Kriging模型相比较,PSO-GLM-coKriging插值模型具有更高的精度和更好的模拟效果,消除了多维度产生的复杂度,改善了小尺度范围内的插值效果,3个模型的误差分别为1.25 mm/year,0.70 mm/year,0.47 mm/year。因此,通过PSO-GLM插值模型对形变点空白区的插值模拟,对城关区城镇化的规划建设提供一定的数据和理论支撑。
关键词：
Abstract
Taking the Chengguan District of Lanzhou City as a research area in the slope disaster-prone area, the surface deformation rate of surface deformation points is extracted by PS-InSAR technology, and the deformation rate can effectively reflect the distribution and uplifting of geological disasters in the spatial range. Based on the coKriging interpolation, combined with the generalized linear model (GLM) and the particle swarm optimization (PSO) algorithm, the coKrigong interpolation is optimized by fitting the linear model to construct the PSO-GLM-coKriging interpolation model to the surface deformation rate. The main variables, DEM, geotechnical porosity and NDVI fitting parameters were covariates, and spatial interpolation simulations were performed. Compared with the co-Kriging model and the GLM-co-Kriging model, the PSO-GLM-coKriging interpolation model has higher precision and better simulation effect, eliminating the complexity of multi-dimensional generation and improving the small-scale range. Interpolation effect, the error of the three models is 1.25mm/year, 0.70mm/year, 0.47mm/year. By comparison, the PSO-GLM-coKriging interpolation model has higher simulation accuracy and better simulation results. In the overall range, the interpolation results of the three models are similar in spatial distribution, in line with the actual situation of the surface. Therefore, the interpolation simulation of the blank area of the deformation point is carried out by the PSO-GLM interpolation model to fill the gap that the PS-InSAR technology can not extract the surface information at the non-deformation point, and the ground subsidence and uplift with sudden degeneration and sudden landslides will be completed. Geological disasters have been effectively combined, and the coupling relationship between geological disasters with high uncertainty and the monitoring of surface deformation can be established, which provides certain data and theoretical support for the planning and construction of urbanization in Chengguan District.
Keywords：
PS-InSAR技术是目前国内外用来监测地表形变最为前沿的方法。众多学者利用PS-InSAR技术进行轨道交通,断裂带,建筑载荷,冻土等地表形变相关检测[1,2,3,4,5,6]。在大尺度下,PS-InSAR技术能够充分展现其在地表形变检测的优越性,通过多幅雷达影像与地面高程的干涉处理,能够去除地形误差和时间失相干,有效地监测多年间的地表形变速率。但在较小的尺度,形变点分布不均匀的情况下,地表形变的监测就充满了不确定性,如：形变点分布不均,离散程度较高,受多种地面因子的影响过大,各维度的变化量不同等多种多样的问题。为了解决这些问题,有学者提出用插值法模拟地表形变。但熊思婷等[7]也证明普通的插值方法对地表形变进行插值的结果误差很大,因此,改进地表形变插值模型是很有必要的。
兰州市城关区属于黄河河谷型城市,地表山体不稳定,斜坡居多,且易发生滑坡、泥石流和山体崩塌等地质灾害,由于地表形变的缓变性,可以通过相关的监测手段,来有效的预测和防护地质灾害的发生[8,9]。本文利用协克里金插值模型[10],结合地面高程、植被覆盖度和岩土疏松度3个协变量拟合主变量地表形变速率,解决形变点分布不均和离散度较高的问题。在函数拟合的过程中利用广义线性模型[11],将离散型数据和连续性数据拟合为一个线性模型,并加入粒子群算法对广义线性模型进行优化[12,13],进一步对模型进行优化,提高预测精度。通过GLM-PSO-coKriging插值模型对城关区的地表形变结果进行模拟,以期为城关区的地表形变的监测与地质灾害的预测提供理论与方法支持。
兰州是中国西北地区的第二大城市群中心,市区南北方向群山环抱,东西方向黄河穿城而过。城关区作为兰州市的政治、经济、文化、科研、交通中心,在兰州市范围内占据很重要的地位,城关区地理位置介于北纬35°58′~36°09′,东经103°46′~103°59′之间,位于兰州盆地东部,地形地貌复杂多样。城关区内有黄河穿城而过,城区内宽度约在0.5~0.8 km之间,黄河北岸主要是为丘陵沟壑区,海拔1600~2032 m,其中西北部由庙儿岔、大破沟至黄河沿岸一带有城区呈扇形分布。黄河南岸为山地区,海拔在1900~2171 m之间,其上为大面积黄土覆盖,厚度约200 m左右,山坡坡度较陡,一般15~25°左右,从城关区最西端至最东端,黄河南岸的城区呈纺锤型分布,城区最宽处从黄河沿岸到将军山山脚有 4 km的距离。由于黄土斜坡所特有的地形地貌、地层岩性、气象水文、植被覆盖和强烈的人类活动,导致城关区范围内地质灾害频发,如滑坡、泥石流、地面塌陷、崩塌等。地质灾害主要分布在黄河北岸的沿河沟壑地带和黄河南岸的城区与山地接触边缘,地质灾害主要沿这两条地表形变带分布。而不同的地质灾害的构成因素和易发程度与附近的地面抬升或沉降有较强的相关性。
地表形变点的形变速率是反映地表形变的重要体现。地表形变速率对于景观格局的适应性评价和规划有着重要作用,地表形变反映的是一个地区的土壤疏松性和地块活跃性。利用PS-InSAR技术提取研究区范围内的形变点和形变速率。对获取41幅欧空局2010-2016年的Envisat SAR影像数据,利用Linux系统平台下的STAMPS/MIT软件进行PS-InSAR处理,选取2014年5月17日的影像为主影像,与剩余40幅影像形成40个干涉对。将外部引入的DEM与干涉图进行差分干涉处理,对得到的差分干涉图提取PS点。在具备PS点的基础上,用DEM进行相位纠正和相位解缠,进而得到PS点的形变速率图[14,15,16,17,18,19,20,21,22,23]。
兰州市城关区范围内共提取PS点8336个,研究区范围内形变点密度为37.89 PS/km²,远大于有效探测要求的4 PS/km²。由于PS点位过于密集,大部分PS点的形变速率过小,为降低插值中整体区域的误差,按照国际范例,选取地表形变大值点范围内形变速率大于2 mm/year的PS点,共108个,占形变速率大值点的40%,基本覆盖所有形变大值点所在的区域,形变速率小于2 mm/year的PS点54个,如图1,共162个形变点进行空间插值分析,形变速率在-6 ~ 5 mm/year之间,有效PS点基本覆盖研究区所有范围。
在地表形变PS点提取的基础上,发现地表形变点受很多因素的影响,如：地面高程（DEM）,植被覆盖指数（NDVI）,气候及降水,土壤岩性,人类利用等等。在这些环境因子的共同作用下,地表形变点呈一种不规则的状态分布,影响因子在区域范围内不同方向分布的不均匀的,在定量描述地表形变速率时需要通过构建一种更加有效的模型进行模拟分析。其中DEM数据来源于日本地球遥感观测数据中心下载的30 m分辨率的GEDM数据[24];土壤岩性数据来源于1:20万地质图,根据地质图进行矢量化得到研究区的岩性数据,岩性代表岩石的风化程度,决定了固体松散物的形成,岩性可通过不同的质地和强度进行分级,区分出不同的岩土疏松度;植被覆盖指数（NDVI）来源于兰州市城关区的Landsat 8影像计算结果,经过波段计算后得到同样为30 m分辨率栅格数据。
协同克里金插值（co-Kriging）是在区域范围内进行插值的主变量与多个属性变量之间存在很强的空间相关性[25],相对于普通克里金插值方法,协克里金插值是将区域的空间估计值的参考变量在一个主变量的基础上增加了多个区域化协同变量的方法,通过模型的拟合,分析主变量与协同变量之间的相关性[26],更好地估算整个区域范围内的因变量分布情况[27,28,29,30,31,32,33]。
本文将地表形变点的形变速率v作为协同克里金插值主变量,选取多个影响因子作为插值方法的协同变量,因在协同克里金插值的模型里,不仅考虑了主变量的自相关性,还将具有交叉相关性的协变量的因素考虑在内[34]。本文将与地表形变速率具有强相关性的地面高程数据/归一化植被指数和岩土疏松度作为协变量进行参考分析。
协同区域化的协变量k所对应的影响因子数据{Zk（x）,k=1,2,…,k},其中k0为主变量地表形变速率。在各地表形变点上形变速率
ZVk0对中心点x0在待估测区域V（x0）上区域化变量地表形变速率k0估测的平均值：
Zαk是在承载Vαk上的平均值：
整个区域范围内的地表形变速率估测值
式中：
协同化区域变量在地表形变点{x1,x2,x3, …,xn}的范围内符合二阶平稳假设,二阶平稳假设是指区域化变量Z（x）的任一n维分布函数不因空间点x发生位移而改变,具有数学期望存在且平稳,方差和协方差存在且平稳的性质。在本文中协同化区域变量为DEM,岩土疏松度和NDVI,分别用ui(i=1, 2, …, n),vj(j=1, 2, …, m),ps(q=1, 2, …, r)来表示：
式中：ai,bj,cs分别为DEM、岩土疏松度和NDVI的权重系数。
传统的协同克里金插值模型对于多种协变量和主变量进行插值分析时,没有考虑到多种协变量与主变量之间的定量关系,仅仅用主变量和协变量进行简单的插值,无法有效反映不同变量对于插值点的作用程度,应该通过一定的模型拟合,赋给不同协变量相应的权重,定量地反映协变量DEM,NDVI和岩土疏松度与主变量地表形变之间的相互关系。需要通过一种模型拟合,在不影响协变量与地表形变相互关系的基础上,更加具体地反映底边形变速率的空间分布。
广义线性模型是常规正态线性模型的推广和延伸,它适用于连续性状和离散形状数据的统计分析[35]。相对于典型的线性模型,广义线性模型没有正态性的要求;相对于非线性模型,它没有明确随机误差分布[36]。本文中的地表形变速率受DEM,NDVI和岩土疏松度的影响,其中DEM和NDVI是连续性数据,而岩土疏松度根据不同岩石的硬度、脆性和弹性,不同土壤颗粒的松散度不同,分成多个级别,属于离散型数据[37,38]。GLM-co-Kriging模型虽然在插值过程中增加了模型拟合过程,但是量化了协变量与主变量的相互关系,实际上将插值中的模拟误差转移到模型拟合中,在相互关系不变的情况下,双变量的协克里金插值过程误差范围会相应减小,3个协变量的权也会相应减小。
广义线性模型主要由3种要素构成。
随机成分,指的是响应分布类型或者误差结构
因变量服从比正态分布更一般的概率分布,即指数分布。因变量的每个观测值相互独立且服从指数型分布族中的一个分布,指数型分布族包括许多常见分布,如正态分布,泊松分布,逆高斯分布,二项分布,伽马分布等[39,40]。
线性预测：
即解释变量的线性组合,表示为μ=β1x1+…βpxp。
连接函数,随机成分和系统成分之间连接函数
随机成分：
似然函数：
式中：
粒子群算法（PSO）源于鸟群捕食行为的研究,是通过无数的迭代从随机位置寻找最优解的过程,再利用适应度来评价解的品质,之后在当前最优解的基础上寻找全局最优解[41,42,43]。
将粒子群算法与广义线性模型相结合,改进为GLM-PSO-coKriging模型,在广义线性模型的基础上,通过粒子群算法优化参数拟合过程：
式中：vD表示地表形变速率;NDVI表示归一化植被指数;DEM表示地表高程;Li表示岩性;a、b、c分别表示这3类指标在线性拟合中所占的比例,d为拟合系数。
在拟合这些系数的过程中,通过粒子群算法降低广义线性模型拟合的误差,以训练样本的输出值与实际的均方差作为适应度函数寻找最优解。实现过程如下：
（1） 设置粒子群计算参数;
（2） 设置适应度函数;
（3） 将第i组学习样本影响因子（DEMi,NDVIi,Lii）代入GLM拟合函数（转换成二次函数）,计算适应度值;
（4） 比较粒子所经过的所有位置的适应度值,确定其最优位置;
（5） 比较所有粒子在其最优位置的适应度值,确定整个种群的最优位置;根据各粒子自身位置及最优粒子位置调整粒子的速度和位置;
（6） 达到迭代终止条件,得到函数拟合最优解vDi;
（7） 将最优解与地表形变实际值vi进行对比,通过最优解vDi与实际值vi的差值重新拟合模型参数a,b,c,d。
GLM-PSO模型流程图如图2。
相较于原始的co-Kriging模型,GLM-PSO-coKriging模型在增加协同变量的基础上,利用广义线性模型,将协变量的组合进行优化,突出了主变量地表形变速率的主导影响,直接将主变量与协变量建立联系,通过协变量组合参数,尽量消除主变量的偶然误差。在此基础上,利用粒子群优化算法实现函数拟合最优解,使组合参数的误差降到最低。
PS-InSAR提取的地表形变数据,高精度形变点无法覆盖所有区域,因此,通过改进模型后的空间插值分析来确定未知点的地表形变速率。克里金插值是最基础的插值分析方法,现实空间上的地表形变速率不仅要通过空间距离的权重进行数值内插研究,更要充分考虑各种影响因子对于的地表形变速率的影响,对比地形地貌、气象水文、地层岩性、地质构造、人类活动等各种环境影响因子,选取其中空间相关性最大的DEM,NDVI和岩土疏松度,如图3所示。DEM主要反应地面高程信息,随着海拔的升高,地表形变速率的绝对值是降低的;相对应NDVI反应的是植被覆盖指数,植被覆盖是地表形变的一个重要影响因素,植被覆盖度越高,产生较大地面形变的概率越小;岩土疏松度越大,地表形变速率是升高的。利用协克里金插值,确定地表形变点的形变速率为主变量,将在1485~2161 m范围取值的地面高程DEM,主要区间在0.25-0.5的NDVI和量化指标的岩土疏松度作为协变量,共同模拟形变点空白地区的形变速率[44,45,46]。
从162个地表形变点中提取135个形变点作为样本点,剩余27个点作为检验样本。在协克里金插值中选择不同插值方式和参数应用,确定最好的插值效果图像。在ArcGIS中分别选择普通克里金插值（Ordinary）,简单克里金插值（Simple）,泛克里金插值（Universal）,和析取克里金插值（Disjunctive）进行插值比较,普通克里金插值多用于单个变量的无偏估计,泛克里金插值需要知道整个插值空间的整体变化趋势,析取克里金插值是非线性的插值模型,基于研究地表形变及其影响因子的耦合关系分析,确定简单克里金插值效果最好。通过分布直方图和正态QQ图的检验,主变量地表形变速率和 3个协变量都满足正态分布。选择不同协方差函数进行函数拟合精度分析,在环形模型（Circular）,球面模型（Spherical）,三球模型（Tetraspherical）,五球模型（Pentaspherical）,指数模型（Exponential）,高斯模型（Gaussian）,有理二次模型（Rational Quandratic）,空穴模型（Hole Effect）,K-贝塞尔模型（K-Bessal）,J-贝塞尔模型（J-Bessal）和稳定模型（Stable）11个函数模型的对比中,在对协方差模型的精度验证中,选择最优模型的标准是通过标准平均值（Mean Standardized）,均方根预测误差（Root Mean Square）,平均标准误差（Average Standard Error）和标准均方根预测误差（Root Mean Square Standardized）4个指标来构建。当标准平均值趋近于0,均方根预测误差最小,平均标准误差趋近于均方根预测误差,标准均方根预测误差趋近于1时,说明此协方差模型是最优模型。由此判断,在11个模型中稳定模型的效果最好[47,48,49]。
对地表形变速率构建协方差模型,经过拟合后的稳定协方差函数为：
Var（地表形变速率）-Var（DEM）
Model：-0.32671×Stable（0.056957,2）,如图4（a）。
Var（地表形变速率）-Var（岩土疏松度）
Model：0.36996×Nugget+0.35143×Stable（0.056957,2）,如图4（b）。
Var（地表形变速率）-Var（NDVI）
Model：0.18513×Nugget+0.82464×Stable（0.056957,2）,如图4（c）。
其中,Nugget为块金值,反映最小抽样尺度以下变量的变异性及测量误差;Stable为稳定模型协方差数学方程。
将地表形变速率作为主变量,DEM,NDVI和岩土疏松度作为协变量的稳定模型协克里金插值的模拟结果如图5所示。将模拟结果与27个检验样本叠加,提取对应形变点的协克里金插值的预测值,与形变点实际的形变速率进行对比。
27个检验样本形变速率的对比如表1所示：在整体的分布上,大部分形变点的地表形变速率预测值的绝对值相对于实际值都偏小,在协克里金插值的过程中,通过稳定协方差函数拟合3个影响因子的过程中,增加了插值的复杂度,3个影响因子的维度多样性制约了插值过程中某个方向上较大值的出现;在较小的尺度上,地面沉降较大的形变点分布在黄河南岸主城区和山地区的连接带,城关区西北部丘陵区,少部分分散于黄河北岸丘陵区,其中黄河北岸的大值点误差相对较大,南岸城区山地区连接带误差相对较小;地面抬升的形变点主要分布在黄河沿岸,少部分分布在黄河北岸丘陵区,地面抬升的形变点的形变速率预测值整体比实际值小2mm/year;绝对值较小的地面形变点相对来说误差范围很小,综合各种协变量的协克里金插值,插值范围在-2 ~2 mm/year之间。
表1 模型对比评价
Tab. 1 Model comparison and evaluation
| OBJECTID | 地表形变速率（实际） | 地表形变速率（co-Kriging） | 地表形变速率（GLM-co-Kriging） | 地表形变速率（PSO-GLM-coKriging） |
|---|---|---|---|---|
| 1 | -5.6 | -1.658 598 | -3.746 961 | -4.618 687 |
| 2 | -2.3 | -1.296 831 | -2.134 503 | -2.317 376 |
| 3 | -2.4 | -1.273 715 | -2.093 304 | -2.275 046 |
| 4 | -2.7 | -1.250 287 | -2.051 728 | -2.231 728 |
| 5 | -4.3 | -1.814 903 | -2.879 605 | -3.130 972 |
| 6 | -2 | -1.555 483 | -1.663 416 | -1.798 855 |
| 7 | -2.1 | -2.037 225 | -2.296 454 | -2.394 602 |
| 8 | 2.1 | 0.824 218 | 1.614 265 | 1.708 631 |
| 9 | 2 | 0.391 450 | 1.074 233 | 1.137 565 |
| 10 | -3.1 | -2.075 240 | -2.734 641 | -2.734 221 |
| 11 | 3.7 | 2.059 876 | 2.232 309 | 3.111 206 |
| 12 | 2.1 | 0.533 751 | 1.116 056 | 2.006 622 |
| 13 | -3.5 | -2.120 437 | -2.331 069 | -3.405 210 |
| 14 | -3.6 | -1.580 881 | -2.870 344 | -2.769 015 |
| 15 | -2.2 | -1.026 174 | -2.185 163 | -2.781 297 |
| 16 | 2.4 | 0.467 513 | 1.093 025 | 1.102 090 |
| 17 | 2.2 | 0.231 962 | 1.412 381 | 1.466 303 |
| 18 | -2.1 | -0.169 692 | -1.212 495 | -1.578 251 |
| 19 | 2.3 | 0.923 981 | 1.146 161 | 2.017 496 |
| 20 | 0 | -0.836 368 | -0.316 787 | -0.462 244 |
| 21 | 0 | -0.947 541 | -0.434 894 | -0.480 970 |
| 22 | -1.9 | -1.393 763 | -1.317 613 | -1.512 581 |
| 23 | 1.6 | 1.222 541 | 1.248 370 | 1.357 471 |
| 24 | 0.5 | 0.966 701 | 1.020 924 | 0.841 816 |
| 25 | 0.7 | 0.844 806 | 0.919 411 | 0.647 823 |
| 26 | -1.3 | -0.317 138 | -0.447 999 | -0.653 810 |
| 27 | -0.5 | -0.635 594 | 0.018 314 | -0.247 485 |
通过训练样本对协克里金插值的结果验证,发现简单的协克里金插值在综合多个协变量后的结果预测值出现聚集效应,90%的预测值在 -2~2 mm/year的范围内。基于此,在协克里金插值的基础上,通过加入广义线性模型,进一步明确地面形变点形变速率的主变量效应,突出形变速率的主导性。广义线性模型对DEM,岩土疏松度和NDVI 3个协变量的拟合的优势体现在广义线性模型可以将离散变量岩土疏松度和连续变量DEM,NDVI放到同一个线性模型中进行函数拟合。再将拟合后的函数公式用来对整个研究区范围内的协变量影响因子计算,并将这个函数拟合值作为一个协变量代入到协克里金插值的运算中。
通过数理统计软件SPSS对样本点的线性属性进行检测（图6）,在SPSS的回归分析检验下,对地表形变速率取绝对值,将地面抬升和地面塌陷的形变速率统一于一个函数体系中,整体用地表形变量表示,DEM,NDVI和岩土疏松度在研究区的空间范围内与地面形变速率是呈近似线性相关分布的：DEM在城关区与地表形变速率的绝对值是呈负相关的分布,城关区属于河谷型城区,黄河对于河谷平原的侵蚀,人类的各种开发利用,疏松的岩土质地和低植被覆盖度等各种因素导致随着DEM的增加,地表形变速率呈现出近似线性减小的趋势;NDVI也与地表形变速率呈现出线性负相关的关系;岩土疏松度与地表形变速率呈现出近似正相关的关系,在岩土疏松度较小,土壤质地较为疏松,岩石硬度较低的几类岩土地类中,随着岩土疏松度的增加,地表形变速率增大,而当岩土疏松度增大到某个量级时,地表形变速率趋于平稳,不会发生太大变化。
通过统计软件SPSS对162个PS点形变数据进行广义线性模型拟合,选择地表形变速率的绝对值为因变量,DEM,NDVI和岩土疏松度为协变量,模型构建项中选择因子模型,参数估计方法中选择混合模型的极大似然估计,通过函数拟合,得到广义线性模型公式：
式中：V代表研究区范围内各点的广义线性模型的拟合值;F代表对应点岩土疏松度;H代表地面高程DEM;P代表植被覆盖指数NDVI。
利用广义线性模型拟合出来的函数式,计算135个样本点的地表形变速率协变量拟合值,将其作为样本点的协变量,消除之前协克里金插值协变量过多引发的误差,通过协克里金插值得到城关区研究区范围内的GLM-co-Kriging模型图像。将 co-Kriging模型和GLM-co-Kriging模型的插值图像进行对比,插值的整体趋势是类似的,西北向东南地面形变速率逐渐减小再逐渐增大,由地面抬升到地面沉降。从总体来看,GLM-co-Kriging模型的插值的取值区间更大,插值结果的渐变性也更为明显,灵敏度也高于co-Kriging模型。co-Kriging模型的插值结果的渐变较为迟钝,而实际情况是临近各个形变点的形变速率数值差值和形变方向差距可能会很大,而GLM-co-Kriging模型在这方面差值效果较好,陆家沟马家沟村一带有一个地表抬升向地表塌陷的突变,徐家山国家公园和黄河改道一带也有一个地表抬升向塌陷的突变。整个研究区插值空间,尤其是这些区域,形变速率为0或者趋近于0的范围很少,更贴近实际情况。分析2种模型插值情况的具体差异,其中GLM-co-Kriging模型生成的图像在西南山区五泉山公园和兰山公园附近的形变速率趋近于0,而co-Kriging模型拟合出地面抬升;GLM-co-Kriging模型相对于co-Kriging模型在研究区在西北部到东北部福儿沟-马家沟村-台湾沟一线地面沉降的值也较大。
通过27个检验样本点对GLM-co-Kriging模 型和co-Kriging模型进行量化对比和精度验证,如图7。对误差进行统计分析,co-Kriging模型中误差大于1 mm/year的检验样本有17个点,GLM-co-Kriging模型中只有5个检验样本点的误差大于 1 mm/year,对2种模型的形变速率误差的绝对值取均值,co-Kriging模型的误差为1.25 mm/year,GLM-co-Kriging模型的误差为0.7 mm/year。在实际形变速率偏大的区域,co-Kriging模型的插值精度远小于GLM-co-Kriging模型。
图7 co-Kriging模型与GLM-co-Kriging模型误差对比图
Fig. 7 Comparison of error between co-Kriging model and GLM-co-Kriging model
由GLM-co-Kriging模型的插值结果与实际地表形变速率对比分析可知,这种模型还存在着一定的误差,在地表形变速率较大的形变点,依旧存在较大的误差。为了降低这种误差,将粒子群优化算法加入模型中,通过无数次的迭代运算,优化广义线性模型的拟合参数,通过统计软件MATLAB的粒子群优化算法相应工具箱,对其中一部分代码进行修正之后,在MATLAB R2014 a中设置迭代次数为2000,输入135个学习样本点和广义线性模型对应的联系函数,对其进行迭代运算。通过PSO-GLM模型拟合的插值函数为：
将PSO-GLM-coKriging模型拟合的插值函数导入到ArcGIS中,再次对135个地表形变样本点计算预测值,并将预测值作为协变量和主变量地表形变速率进行协克里金插值。对插值结果图像进行分析,在整体趋势上,地面形变速率的绝对值进一步增大,与实际的地面形变进一步趋同,同时地表形变速率大于0,即地面抬升的形变点更加集中。相较于GLM-co-Kriging模型,PSO-GLM-coKriging模型的插值大值区域在减小,也就是在某些范围内的插值变化很明显,反应迟钝现象大大减少,在插值结果中体现为在城关区西北部新城区附近石门沟村和徐家山国家森林公园一带PSO-GLM-coKriging模型的插值结果比周围地面抬升地区的形变速率有一段突增,效果图中颜色的对比很明显;而在GLM-co-Kriging模型中,地面抬升的整个范围内插值的渐变效果较为平缓,同时在地面沉降地区,也具备这个特点,地面沉降的大值点集中分布在研究区的中东部主城区的东部,因此可以看出PSO-GLM-coKriging模型对于地表形变空间分布引起的变化更为灵敏。而且,PSO-GLM-coKriging插值模型在小范围地区的插值效果相较于GLM-co-Kriging模型更能突显细节,从研究区西北部到东北部的王家庄-陡道沟-大红沟-桑院子村一线地面抬升带并不是一个连续的形变带,在北部陡道沟大浪村沟和东北部大牛圈附近地表形变值趋近于0。福儿沟-马家沟村-台湾沟的地面沉降带也更加明显。因此,在较小的尺度下,PSO-GLM-coKriging插值模型也能体现出其特有的优越性。
将PSO-GLM-coKriging插值模型的数据提取到27个检验样本点,在小尺度上通过检验样本量化对比3个模型的预测效果。用折线图来展示3个误差的范围和变化趋势,由图8、图9和表1可以明显看出,co-Kriging模型,GLM-co-Kriging模型和PSO-GLM-coKriging插值模型的预测精度是逐步提高的,3个模型的平均误差分别为1.25、0.70、0.47 mm/year,尤其是在地表形变较大的地区PSO-GLM-coKriging插值模型的预测精度远超于其他 2个模型,预测的误差大部分在1 mm/year之内。其中误差较大的形变点1,形变点5,形变点9和形变点16主要分布在研究区中部的主城区内,因主城区内地表形变量受新增建筑等多种人为因素的影响,所以预测误差在这部分范围内较大[55]。
图8 城关区地表形变速率预测图
Fig. 8 Prediction map of surface deformation rate in Chengguan District
通过PSO-GLM-coKriging插值模型对城关区研究区地表形变的模拟分析,能够较为精确的构建地面高程,岩土疏松度,植被覆盖度与地表形变速率的联系,并将样本点的地表形变速率作为主变量,3个影响因子拟合的地表形变速率预测值为协变量通过协克里金插值构建整个城关区空间范围内地表形变的预测模型。通过这个模型,填补了西北部和北部丘陵九州台墩洼山大破沟地区和狼舌头和刘家坪地区,南部山地白家湾皋兰山乡红沟村地区形变点较少,无法通过PS-InSAR技术提取地表形变速率的不足。
通过PSO-GLM插值模型的预测,对城关区城区的城市化规划建设提出相应的参考依据。通过地表形变PSO-GLM插值模型提取的地表形变数值来评价和分析相应地区的发展规划,区分不同类型的地区,并对该地区的城市化提出相关的建议。通过地表形变的量化分析,有效规划对旧城区,棚户区和城中村的改造,对黄河北岸新城区的开发,对建城区的生态修复和休闲旅游观光产业的升级。
PSO-GLM-coKriging插值模型对地表形变和地质灾害建立了相关联系,对具有缓变性的地面沉降和抬升与突发性的山体滑坡等地质灾害进行了有效的结合。结合近年来兰州市城关区的地质灾害发生情况,其中,地质灾害中的地面坍塌和崩塌在城关区内发生频率较小,主要分布在城关区东部老城建城区附近,属于地面沉降的集中区;另外3种地质灾害,泥石流灾害在城关区主要分布在建城区与山区的交界地带,南北两条,带状分布,较为均匀,泥石流的地表形变主要发生在地表抬升或沉降2 mm/year的范围内;滑坡灾害主要分布在城关区的西部,地表形变以地面抬升为主;不稳定斜坡在研究区范围内较为分散,没有统一的规律来体现这种灾害的分布情况。将具有高度不确定性的地质灾害与可监测的地表形变建立相关的耦合关系,通过对地表形变监测来预测各类斜坡灾害的发生情况是未来的发展方向之一,并具有重要意义。但插值方法毕竟是理论化的一种分析手段,还需要结合更多的环境影响因子合实地情况进行综合监测才能达到最好的预测效果。
（1）利用PS-InSAR技术提取地表形变点的形变速率描述兰州市城关区的各种地质灾害的发生情况,之后通过收集地表形变速率信息就可以对地质灾害进行有效的分析和预测。而在小尺度范围内,PS-InSAR技术下的形变点分布不均匀,因此提取的形变速率在空间范围内的部分也很不均匀。利用协克里金插值的方法对研究区范围内地表形变速率进行模拟,结合DEM,岩土疏松度和NDVI这3个协变量,弥补了普通克里金插值主变量地表形变速率单一,样本点少引起模拟精度不高等缺陷。
（2）在简单的协克里金插值的基础上对模型进行改进,加入广义线性模型,可以将离散型数据岩土疏松度,连续型数据DEM和NDVI拟合到同一个公式中,在普通协克里金插值中,过多的协变量制约了多维度的最大值出现,广义线性模型拟合后的公式降低的协变量的复杂度。在细节方面,通过粒子群优化算法不断对拟合系数进行迭代,使形变速率模拟值在较小的尺度上也能具备很高的精度。对比3种模型,co-Kriging模型、GLM-co-Kriging模型和PSO-GLM-coKriging插值模型的平均误差分别为1.25、0.70、0.47 mm/year。但利用改进的PSO-GLM-coKriging插值模型相较于实际的地表形变还是存在一定的误差,要达到最好的预测效果,还需要结合更多的环境因素和实地的综合监测。
（3）通过对比可知,PSO-GLM-coKriging插值模型具备更高的模拟精度和更好的模拟效果。在整体范围内,3种模型的插值结果在空间分布上是类似的,符合地表实际情况。通过PSO-GLM插值模型对形变点空白区的插值模拟,可以对地质灾害进行初步的预测,对城关区城镇化的规划建设提供一定的数据和理论支撑。
The authors have declared that no competing interests exist.
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Landslide susceptibility zoning study in Lanzhou city based on GIS and Logistic Regression Model [J].
<p>针对兰州市脆弱的地质环境和频繁发生的滑坡灾害,采用Logistic回归模型,以ArcGIS和SPSS软件为工具,选取地层岩性、断层构造、坡度、地貌、植被覆盖度、7~9月平均降水、道路(公路、铁路)作为滑坡灾害影响因子。首先对每个影响因子分级并计算每个因子指标值,然后在ArcMap中对影响因子图层进行叠加操作,最后在SPSS软件中运用Logistic回归方法,计算出每个影响因子的系数值并建立Logistic回归模型。根据Logistic回归模型在ArcMap中绘制兰州市滑坡灾害敏感性区划图,区划图和实际的滑坡分布情况基本吻合。模型的Kappa系数值和ROC曲线下面积值(AUC值)分别为0.623和0.709,两种方法的检验结果均表明模型模拟效果较好,能应用于兰州市滑坡灾害敏感性区划研究中。</p>
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基于数据同化的地下水埋深插值研究 [J].Interpolation of groundwater depth based on data assimilation [J]. |
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基于广义线性模型的森林植物多样性估测的研究[D] .Estimating forest plant-diversity based on Generlized Linerar Models[D] . |
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怒江州滑坡地质灾害气象预警模型研究 [J].https://doi.org/10.7540/j.ynu.20150810 URL [本文引用: 1] 摘要
根据怒江州2012—2014年87个雨量监测站点的降雨数据,首先研究降雨量及降雨过程与地质灾害空间分布的对应关系,再用信息量模型对地质灾害易发性进行静态评价.在此基础上,应用广义线性模型将动态降雨预报和静态的易发性评价结合起来,分别建立了地质-气象耦合模型和地质-降雨综合模型.实例检验并分析了2种模型,结果表明:地质-降雨综合模型的指标计算结果更具有科学性;同时地质-降雨综合模型在时间与空间的结合上更有优势;此外,地质-降雨综合模型的预警准确度较高,且在地质-降雨综合模型的预警图上除灾害当天的预警显示外,相近时间发生的灾害也有所反映.综上,地质-降雨综合模型比地质-气象耦合模型更适合怒江州滑坡地质灾害预报预警.
A prediction model study on landslide in Nujiang State [J].https://doi.org/10.7540/j.ynu.20150810 URL [本文引用: 1] 摘要
根据怒江州2012—2014年87个雨量监测站点的降雨数据,首先研究降雨量及降雨过程与地质灾害空间分布的对应关系,再用信息量模型对地质灾害易发性进行静态评价.在此基础上,应用广义线性模型将动态降雨预报和静态的易发性评价结合起来,分别建立了地质-气象耦合模型和地质-降雨综合模型.实例检验并分析了2种模型,结果表明:地质-降雨综合模型的指标计算结果更具有科学性;同时地质-降雨综合模型在时间与空间的结合上更有优势;此外,地质-降雨综合模型的预警准确度较高,且在地质-降雨综合模型的预警图上除灾害当天的预警显示外,相近时间发生的灾害也有所反映.综上,地质-降雨综合模型比地质-气象耦合模型更适合怒江州滑坡地质灾害预报预警.
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The effectiveness of high-resolution LiDAR data combined with PSInSAR data in landslide study [J].https://doi.org/10.1007/s10346-015-0663-5 URL [本文引用: 1] 摘要
The spatial resolution of digital elevation models (DEMs) is an important factor for reliable landslide studies. Multi-interferometric techniques such as persistent scatterer interferometric...
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Landslide susceptibility map refinement using PSInSAR data [J].https://doi.org/10.1016/j.rse.2016.07.018 URL [本文引用: 1] 摘要
61We performed the landslide susceptibility map of the Messina Province (Sicily, Italy).61We collected several PSInSAR data over the same area.61The two data sets were integrated by using a new contingency matrix.61The accuracy of the landslide susceptibility map was increased.
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Application of an ensemble smoother with multiple data assimilation to the Bergermeer gas field, using PS-InSAR [J].https://doi.org/10.1016/j.gete.2015.11.003 URL [本文引用: 1] 摘要
61Satellite radar data were used to constrain subsurface model parameters.61Ascending and descending line-of-sight measurements were used without decomposition.61A multiple data assimilation ensemble smoother was applied.
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Exploring temporal-spatial characteristics of Shanghai road networks settlement with multi-temporal PSInSAR technique [J].https://doi.org/10.13203/j.whugis20150430 URL [本文引用: 1] 摘要
The continuous monitoring of the stability of urban road networks is not only of utmost significance to mitigate the financial and human losses,but also beneficial to the sustainable development of economy and society.For the long-distance and long-span real time monitoring requirements,this article introduced PSInSAR(persistent scatterer synthetic aperture radar interferometry)technology to the deformation monitoring and warning of urban road networks.We processed 26 time series TerraSAR-X images in Shanghai and focused on the temporal-spatial analysis of the subsidence along the road networks.In the space,the overall land subsiding characteristics of road network was first demonstrated,and then the detailed subsidence detail and the subsidence driving force of the typical road.In the temporal time,we discussed the temperature variation associated with temporal displacements of asphalt pavement and verified the accuracy of the results.The results show the settlement of Shanghai road network is mainly distributed in Pudong district,which is associated with the density of roads.The rapid urbanization construction has become a main cause of urban road network subsidence.The temporal deformation shows some time correlation with the temperature variation.The verify results showing fairly consistent agreement.
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Surface motion and structural instability monitoring of Ming Dynasty city walls by two-step Tomo-PSInSAR approach in Nanjing city, China [J].https://doi.org/10.3390/rs9040371 URL [本文引用: 1] 摘要
Spaceborne Multi-Temporal Synthetic Aperture Radar (SAR) Interferometry (MT-InSAR) has been a valuable tool in mapping motion phenomena in different scenarios. Recently, the capabilities of MT-InSAR for risk monitoring and preventive analysis of heritage sites have increasingly been exploited. Considering the limitations of conventional MT-InSAR techniques, in this study a two-step Tomography-based Persistent Scatterers (PS) Interferometry (Tomo-PSInSAR) approach is proposed for monitoring ground deformation and structural instabilities over the Ancient City Walls (Ming Dynasty) in Nanjing city, China. For the purpose of this study we utilized 26 Stripmap acquisitions from TerraSAR-X and TanDEM-X missions, spanning from May 2013 to February 2015. As a first step, regional-scale surface deformation rates on single PSs were derived (ranging from 40 to +5 mm/year) and used for identifying deformation hotspots as well as for the investigation of a potential correlation between urbanization and the occurrence of surface subsidence. As a second step, structural instability parameters of ancient walls (linear motion rates, non-linear motions and material thermodynamics) were estimated by an extended four-dimensional Tomo-PSInSAR model. The model applies a two-tier network strategy; that is, the detection of most reliable single PSs in the first-tier Delaunay triangulation network followed by the detection of remaining single PSs and double PSs on the second-tier local star network referring to single SPs extracted in the first-tier network. Consequently, a preliminary phase calibration relevant to the Atmospheric Phase Screen (APS) is not needed. Motion heterogeneities in the spatial domain, either caused by thermal kinetics or displacement trends, were also considered. This study underlines the potential of the proposed Tomo-PSInSAR solution for the monitoring and conservation of cultural heritage sites. The proposed approach offers a quantitative indicator to local authorities and planners for assessing potential damages as well as for the design of remediation activities.
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The influence of external digital elevation models on PS-InSAR and SBAS results: Implications for the analysis of deformation signals caused by slow moving landslides in the Northern Apennines (Italy) [J].https://doi.org/10.1109/TGRS.2017.2648885 URL [本文引用: 1] 摘要
Advanced interferometric synthetic aperture radar (InSAR) postprocessing, like persistent scatterer InSAR (PS-InSAR), offers the possibility to investigate slow moving landslides, where standard interferometry is problematic. These advanced algorithms involve the analysis of a series of SAR acquisitions in both time and space. One input that requires particular attention for landslide applications is the external digital elevation model (DEM) that is used to correct the interferograms for the topographic phase term. When multiple elevation data sets are available for a given study area, it is difficult to decide which one should be used. In this paper, we test the sensitivity of PS-InSAR/Small Baseline Subset (SBAS) results to different DEMs. The study area is located in the Northern Apennines of Italy, where chaotic clay shales and fine-grained flysch host slow-moving earth flows and ancient rock slides. C-band (Envisat) and X-band (Cosmo-SkyMed) data are processed with different DEMs. We describe a simple framework to statistically analyze the influence of these models on the final PS-InSAR/SBAS results. We find that individual interferograms do not vary much depending on the DEM, while the results from PS-InSAR and SBAS analysis do vary. This is likely caused by the way the DEM error is estimated. We find also that the quality of the DEM is more important than the resolution and that X-band InSAR data are more sensitive to the choice of the DEM than C-band. The significance of the results is discussed with reference to two landslide areas.
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基于SAR干涉点目标分析技术的城市地表形变监测 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-1595.2009.06.003 URL [本文引用: 1] 摘要
通过深入研究干涉点目标的相位模型，提出基于空间搜索的邻近点目标干涉相位差解缠方法，用以计算点目标的地形残差和线性形变，以及分离点目标大气延迟相位和非线性形变相位的时空域滤波方法，解决干涉点目标分析中的关键问题。最后，以苏州地区地表沉降监测为应用试验，利用形成的SAR干涉点目标形变信息提取技术，获取苏州市区1992--2002年间的地表沉降信息。研究结果与已有文献记录保持比较好的一致性，证明SAR干涉点目标技术完全可以发展成为应用于城市地表形变监测的实用化技术。
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高分辨率PS-InSAR在轨道交通形变特征探测中的应用 [J].https://doi.org/10.11947/j.AGCS.2016.20150440 URL [本文引用: 1] 摘要
为了确保城市轨道交通的安全运营和可持续发展,将高分辨率PS-InSAR技术引入城市轨道交通的形变监测领域。以上海为例,分析了城市轨道交通网络专题的形变特征。首先,利用26景TerraSAR-X影像在上海开展高分辨率PS-InSAR沉降精细测量,得到轨道交通网络整体的沉降格局;然后,针对不同建成时期和建设形式的路段,分类探讨其形变特性及原因;最后,进行测量结果的精度验证。分析结果表明,快速的城市化发展建设已成为上海轨道交通沿线主要的沉降原因;不同建成时期和建设形式的路段表现出不同的形变特征,早期建设路段比晚期建设路段更稳定,高架路段比地下路段沉降速率更小;PS-InSAR与水准数据保持很好的一致性。证实了高分辨率PS-InSAR技术在城市轨道交通形变监测、管理维护和预警方面具有一定的可行性,可以为城市公共交通的规划和建设提供决策支持。通形变监测、管理维护和预警方面具有一定的可行性,可以为城市公共交通的规划和建设提供决策支持。
Applications of high-resolution PS-InSAR in deformation characteristics probe of urben rail transit [J].https://doi.org/10.11947/j.AGCS.2016.20150440 URL [本文引用: 1] 摘要
为了确保城市轨道交通的安全运营和可持续发展,将高分辨率PS-InSAR技术引入城市轨道交通的形变监测领域。以上海为例,分析了城市轨道交通网络专题的形变特征。首先,利用26景TerraSAR-X影像在上海开展高分辨率PS-InSAR沉降精细测量,得到轨道交通网络整体的沉降格局;然后,针对不同建成时期和建设形式的路段,分类探讨其形变特性及原因;最后,进行测量结果的精度验证。分析结果表明,快速的城市化发展建设已成为上海轨道交通沿线主要的沉降原因;不同建成时期和建设形式的路段表现出不同的形变特征,早期建设路段比晚期建设路段更稳定,高架路段比地下路段沉降速率更小;PS-InSAR与水准数据保持很好的一致性。证实了高分辨率PS-InSAR技术在城市轨道交通形变监测、管理维护和预警方面具有一定的可行性,可以为城市公共交通的规划和建设提供决策支持。通形变监测、管理维护和预警方面具有一定的可行性,可以为城市公共交通的规划和建设提供决策支持。
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Monitoring urban subsidence based on SAR interferometric point target analysis [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-1595.2009.06.003 URL [本文引用: 1] 摘要
通过深入研究干涉点目标的相位模型，提出基于空间搜索的邻近点目标干涉相位差解缠方法，用以计算点目标的地形残差和线性形变，以及分离点目标大气延迟相位和非线性形变相位的时空域滤波方法，解决干涉点目标分析中的关键问题。最后，以苏州地区地表沉降监测为应用试验，利用形成的SAR干涉点目标形变信息提取技术，获取苏州市区1992--2002年间的地表沉降信息。研究结果与已有文献记录保持比较好的一致性，证明SAR干涉点目标技术完全可以发展成为应用于城市地表形变监测的实用化技术。
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利用SAR影像配准偏移量提取地表形变的方法与误差分析 [J].https://doi.org/10.11947/j.AGCS.2015.20130782 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
单一的InSAR观测技术可提取地表沿雷达视线方向(LOS)上的一维位移,而利用SAR影像配准过程中的同名像素偏移量可提取地表沿雷达方位向(近南北向)与距离向(近东西向)的二维形变场,与LOS方向的一维形变形成优势互补.本文在分析SAR影像配准偏移量提取地表形变场方法的基础上,推导建立了雷达方位向与距离向形变提取的误差模型,探讨了该方法提取地表形变的主要误差源.以Bam地震ASAR影像和玉树地震PALSAR影像为数据源,分别开展同震形变场的提取与误差分析试验,结果表明,基于SAR像素配准偏移量提取同震形变场的精度主要受匹配窗口尺寸与过采样因子影响,形变提取误差随匹配计算窗口的增大而减小,形变提取精度随过采样因子的增大有适量提高,地形起伏效应在高差较大的SAR影像区域中表现较为显著.
Method and accuracy of extracting surface deformation field form SAR image coregistration [J].https://doi.org/10.11947/j.AGCS.2015.20130782 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
单一的InSAR观测技术可提取地表沿雷达视线方向(LOS)上的一维位移,而利用SAR影像配准过程中的同名像素偏移量可提取地表沿雷达方位向(近南北向)与距离向(近东西向)的二维形变场,与LOS方向的一维形变形成优势互补.本文在分析SAR影像配准偏移量提取地表形变场方法的基础上,推导建立了雷达方位向与距离向形变提取的误差模型,探讨了该方法提取地表形变的主要误差源.以Bam地震ASAR影像和玉树地震PALSAR影像为数据源,分别开展同震形变场的提取与误差分析试验,结果表明,基于SAR像素配准偏移量提取同震形变场的精度主要受匹配窗口尺寸与过采样因子影响,形变提取误差随匹配计算窗口的增大而减小,形变提取精度随过采样因子的增大有适量提高,地形起伏效应在高差较大的SAR影像区域中表现较为显著.
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北京地面沉降InSAR监测效果分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1329.2013.04.006 URL [本文引用: 1] 摘要
在分析北京地面沉降灾害现状、现有监测方法和技术手段基础上，对比InSAR监测与传统分层动态监测、高精度水准测量、GPS测量等在区域地面沉降监测时效性、精确性和经济性等之间的差别，并以北京地铁13号线地面沉降InSAR监测为例，分析其优势与不足，为优化北京地面沉降监测资源、全面开展线性工程地面沉降灾害监测提供参考，以助于推进首都减灾防灾工作进程。
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PS-InSAR processing methodologies in the detection of field surface deformation—Study of the Granada basin (Central Betic Cordilleras, southern Spain) [J].https://doi.org/10.1016/j.jog.2009.12.002 URL [本文引用: 1] 摘要
Differential SAR interferometry (DInSAR) is a very effective technique for measuring crustal deformation. However, almost all interferograms include large areas where the signals decorrelate and no measurements are possible. Persistent scatterer interferometry (PS-InSAR) overcomes the decorrelation problem by identifying resolution elements whose echo is dominated by a single scatterer in a series of interferograms. Two time series of 29 ERS-1/2 and 22 ENVISAT ASAR acquisitions of the Granada basin, located in the central sector of the Betic Cordillera (southern Spain), covering the period from 1992 to 2005, were analyzed. Rough topography of the study area associated to its moderate activity geodynamic setting, including faults and folds in an uplifting relief by the oblique Eurasian鈥揂frican plate convergence, poses a challenge for the application of interferometric techniques. The expected tectonic deformation rates are in the order of 1 mm/yr, which are at the feasibility limit of current InSAR techniques. In order to evaluate whether, under these conditions, InSAR techniques can still be used to monitor deformations we have applied and compared two PS-InSAR approaches: DePSI, the PS-InSAR package developed at Delft University of Technology (TU Delft) and StaMPS (Stanford Method for Persistent Scatterers) developed at Stanford University. Ground motion processes have been identified for the first time in the study area, the most significant process being a subsidence bowl located at the village of Otura. The idea behind this comparative study is to analyze which of the two PS-InSAR approaches considered might be more appropriate for the study of specific areas/environments and to attempt to evaluate the potentialities and benefits that could be derived for the integration of those methodologies.
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Monitoring of post-failure landslide deformation by the PS-InSAR technique at Lubietova in Central Slovakia [J].https://doi.org/10.1007/s12665-011-0951-x URL [本文引用: 1] 摘要
AbstractInterferometric synthetic aperture radar data from ERS and ENVISAT sensors were utilized in the analysis of the post-failure deformations in the area of Lubietova town in Central Slovakia. The catastrophic landslide of 1977 together with surrounding landslides in the Lubietova area were analysed with the help of persistent scatterers (PS) technique in order to evaluate recent and past deformations of the unstable slopes. Although long-term precise geodetic monitoring of the 1977 landslide revealed differential deformations inside the sliding mass, due to the lack of the PS located inside the landside caused by temporal decorrelation, unfortunately, these records could not be directly compared. The adjacent landslides with sufficient number of PS were analysed by transformation of the line of sight displacements recorded by the sensors to the slope vector direction. This procedure allowed identification of the precise boundaries of the actively moving landslide parts and the updating of the landslide inventory for the Lubietova area.
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Effectiveness of InSAR monitoring of land subsidence in Beijing [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1329.2013.04.006 URL [本文引用: 1] 摘要
在分析北京地面沉降灾害现状、现有监测方法和技术手段基础上，对比InSAR监测与传统分层动态监测、高精度水准测量、GPS测量等在区域地面沉降监测时效性、精确性和经济性等之间的差别，并以北京地铁13号线地面沉降InSAR监测为例，分析其优势与不足，为优化北京地面沉降监测资源、全面开展线性工程地面沉降灾害监测提供参考，以助于推进首都减灾防灾工作进程。
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基于SBAS-InSAR的长治矿区地表形变监测 [J].https://doi.org/10.6046/gtzyyg.2014.03.06 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
小基线集InSAR（SBAS-InSAR）时序分析方法能够较好地克服InSAR时空失相干限制，抑制地形和大气影响，增加时间采样率，在监测地表形变随时间演化方面取得了较好的应用。为了有效监测山西省长治矿区地表形变，利用DInSAR方法监测开采矿区的快速大形变，得到形变区30 d的最大沉降量为11 cm；利用SBAS方法监测矿区边缘微小缓慢形变，得到2003年7月-2010年7月期间区内地面沉降的空间展布及时间序列相对形变量。对于矿区周围相干性保持较好的居民区，SBAS方法监测结果表明其整体形变表现为沉降趋势，沉降面积较大，沉降速率为5~15 mm/a，最大累计沉降为90 mm。矿区因开采时间、开采方式、采储量以及地形等因素的不同而呈现出不同的沉降结果。
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基于PSInSAR技术的海原断裂带地壳形变初步研究 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.0001-5733.2011.04.013 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
常规差分干涉测量(DInSAR)受时间、空间失相干的严重制约和和大气延迟等相位误差的影响,难以实现对长期累积微小地壳形变场的有效探测.PSInSAR技术克服了常规DInSAR的局限性,能够高精度监测微小地壳形变.本文首先介绍了PSInSAR技术的算法模型和处理方法.该方法通过二维线性相位模型,对时序干涉图象上相干点目标的差分干涉相位进行回归分析,逐次消除大气延迟、轨道残余和地形残余等相位误差,提取出准确可靠的形变相位,进而得到相干点目标上的累积形变量和形变速率.在此基础上,以祁连山海原断裂带为实验研究区,利用2003~2009年的21景ENVISAT ASAR数据,采用上述相干点目标处理方法进行了海原断裂带地壳微小形变的探索性研究,得到海原断裂东段绝大多数高相干点的形变速率在6~7 mm/a,2003~2009年共6.3年累积位移平均值约为4.2 cm,运动性质为左旋走滑.这一结果与GPS,库仑应力反演和地质学方法得到的结果基本一致,说明PSInSAR技术在长期累积微小地壳形变探测中具有广阔的应用前景和巨大发展潜力,有望成为探测震间微小形变,获取地震形变异常的有效途径之一.
The PS-InSAR technique and its application to the study on crustal deformation of the Haiyuan fault zone, Chinese [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.0001-5733.2011.04.013 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
常规差分干涉测量(DInSAR)受时间、空间失相干的严重制约和和大气延迟等相位误差的影响,难以实现对长期累积微小地壳形变场的有效探测.PSInSAR技术克服了常规DInSAR的局限性,能够高精度监测微小地壳形变.本文首先介绍了PSInSAR技术的算法模型和处理方法.该方法通过二维线性相位模型,对时序干涉图象上相干点目标的差分干涉相位进行回归分析,逐次消除大气延迟、轨道残余和地形残余等相位误差,提取出准确可靠的形变相位,进而得到相干点目标上的累积形变量和形变速率.在此基础上,以祁连山海原断裂带为实验研究区,利用2003~2009年的21景ENVISAT ASAR数据,采用上述相干点目标处理方法进行了海原断裂带地壳微小形变的探索性研究,得到海原断裂东段绝大多数高相干点的形变速率在6~7 mm/a,2003~2009年共6.3年累积位移平均值约为4.2 cm,运动性质为左旋走滑.这一结果与GPS,库仑应力反演和地质学方法得到的结果基本一致,说明PSInSAR技术在长期累积微小地壳形变探测中具有广阔的应用前景和巨大发展潜力,有望成为探测震间微小形变,获取地震形变异常的有效途径之一.
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An analysis of surface deformation in the Changzhi mining area using small baseline In SAR [J].https://doi.org/10.6046/gtzyyg.2014.03.06 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
小基线集InSAR（SBAS-InSAR）时序分析方法能够较好地克服InSAR时空失相干限制，抑制地形和大气影响，增加时间采样率，在监测地表形变随时间演化方面取得了较好的应用。为了有效监测山西省长治矿区地表形变，利用DInSAR方法监测开采矿区的快速大形变，得到形变区30 d的最大沉降量为11 cm；利用SBAS方法监测矿区边缘微小缓慢形变，得到2003年7月-2010年7月期间区内地面沉降的空间展布及时间序列相对形变量。对于矿区周围相干性保持较好的居民区，SBAS方法监测结果表明其整体形变表现为沉降趋势，沉降面积较大，沉降速率为5~15 mm/a，最大累计沉降为90 mm。矿区因开采时间、开采方式、采储量以及地形等因素的不同而呈现出不同的沉降结果。
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基于雷达干涉测量技术的不同环境影响因子下兰州市区斜坡灾害识别及敏感性分析研究[D] . |
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多轨道集成PS-InSAR监测高速公路沿线地面沉降研究——以京沪高速公路(北京—河北)为例 [J].https://doi.org/10.13474/j.cnki.11-2246.2014.0331 URL [本文引用: 1] 摘要
监测和治理公路等线性工程沿线地面沉降是保证线性工程正常运营的一项重要基础性工作。本文以京沪公路为试验区,基于2008—2010年相邻轨道的ENVISAT ASAR数据,利用多轨道永久散射体差分干涉测量(PS-InSAR)技术集成方法成功提取了京沪公路(北京—河北)沿线的沉降速率图和沉降剖面图。试验结果表明,该方法不仅统一了不同轨道间影像的坐标系与参考基准,而且使跨轨道、多幅影像的大范围PS-InSAR监测成为现实;同时,确认了京沪公路(北京—河北)沿线的9个沉降中心,分析了沿线6 km范围内的地面沉降情况,该结果与已有研究相吻合。因此,PS-InSAR集成方法丰富了线性工程沿线地面沉降的监测手段,可为线性工程的正常运营提供基础性数据。
Study On multi-track intergration PS-InSAR monitoring The land subsidence along the Highway: Taking JingHu Highway (Beijing-Hebei) as an example [J].https://doi.org/10.13474/j.cnki.11-2246.2014.0331 URL [本文引用: 1] 摘要
监测和治理公路等线性工程沿线地面沉降是保证线性工程正常运营的一项重要基础性工作。本文以京沪公路为试验区,基于2008—2010年相邻轨道的ENVISAT ASAR数据,利用多轨道永久散射体差分干涉测量(PS-InSAR)技术集成方法成功提取了京沪公路(北京—河北)沿线的沉降速率图和沉降剖面图。试验结果表明,该方法不仅统一了不同轨道间影像的坐标系与参考基准,而且使跨轨道、多幅影像的大范围PS-InSAR监测成为现实;同时,确认了京沪公路(北京—河北)沿线的9个沉降中心,分析了沿线6 km范围内的地面沉降情况,该结果与已有研究相吻合。因此,PS-InSAR集成方法丰富了线性工程沿线地面沉降的监测手段,可为线性工程的正常运营提供基础性数据。
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Slope hazards identification and susceptibility analysis in Lanzhou urban based on PS-InSAR[D] . |
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一种基于主成分分析的协同克里金插值方法 [J].
针对协同克里金插值方法在插值时,辅助变量较多造成计算复杂度增加,而辅助变量较少引起插值精度降低这一问题,提出了一种基于主成分分析的协同克里金插值方法(PCA-CoKriging)。该方法首先使用主成分分析对插值相关变量进行将维,得到较少几个综合指标,然后里利用这几个综合指标作为辅助变量进行协同克里金插值。为验证该方法的有效性和数据分布对该方法的影响,本文选取了2016年北京市范围内4个季节中PM2.5浓度满足正态分布效果不同的4组数据,分别使用PCA-CoKriging和普通克里金插值方法、常规协同克里金插值方法,进行了插值试验。结果表明,本文方法与普通克里金插值方法、常规协同克里金插值法在4组试验中的平均绝对误差分别为4.91、6.04、5.61,平均均方根误差分别为6.65、8.76、7.57。综合比较,本文方法比常规协同克里金插值的平均绝对误差与均方根误差分别提升了10.73%、12.56%,比普通克里金插值法的平均绝对误差与均方根误差分别提升了18.71%、24.09%。
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基于PS-InSAR和GIS的北京平原区建筑荷载对地面沉降的影响 [J].
北京平原区地面沉降问题日益突出,成因复杂,既包括人为地下水开采和城市建筑荷载作用,又包括自然土体固结和活动构造影响.地下水开采和建筑荷载是重要的驱动因素.如何提取区域尺度建筑载荷,评价其对地面沉降影响,是地面沉降灾害防治工作需要开展的重要环节.本文以简化后的容积率表征建筑载荷,首先利用PS-InSAR技术获取研究区地面沉降信息,然后使用GIS空间分析的方法提取出同等地下水开采影响下的不均匀沉降分布,其次采用阴影长度法提取了研究区建筑体高度,最终结合空间分析和回归分析方法研究建筑容积率与地面沉降之间的关系.主要研究结论:①北京地区地面沉降比较严重,沉降速率大于30 mm/a的区域占比21.08%;②地下水开采同等影响下的不均匀沉降区呈H形分布于平原区中部和北部;③阴影长度法能够较准确的评估出建筑容积率,可用于区域尺度静载荷的提取与分析;④在地质条件相似、水位变化相同的局部区域内,地面沉降速率与建筑容积率具有一定相关性,但相关系数较低.
The influence of building load to land subsidence in Beijing plain based on PS-InSAR and GIS [J].
北京平原区地面沉降问题日益突出,成因复杂,既包括人为地下水开采和城市建筑荷载作用,又包括自然土体固结和活动构造影响.地下水开采和建筑荷载是重要的驱动因素.如何提取区域尺度建筑载荷,评价其对地面沉降影响,是地面沉降灾害防治工作需要开展的重要环节.本文以简化后的容积率表征建筑载荷,首先利用PS-InSAR技术获取研究区地面沉降信息,然后使用GIS空间分析的方法提取出同等地下水开采影响下的不均匀沉降分布,其次采用阴影长度法提取了研究区建筑体高度,最终结合空间分析和回归分析方法研究建筑容积率与地面沉降之间的关系.主要研究结论:①北京地区地面沉降比较严重,沉降速率大于30 mm/a的区域占比21.08%;②地下水开采同等影响下的不均匀沉降区呈H形分布于平原区中部和北部;③阴影长度法能够较准确的评估出建筑容积率,可用于区域尺度静载荷的提取与分析;④在地质条件相似、水位变化相同的局部区域内,地面沉降速率与建筑容积率具有一定相关性,但相关系数较低.
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A CoKriging interpolation method based on principal component analysis [J].
针对协同克里金插值方法在插值时,辅助变量较多造成计算复杂度增加,而辅助变量较少引起插值精度降低这一问题,提出了一种基于主成分分析的协同克里金插值方法(PCA-CoKriging)。该方法首先使用主成分分析对插值相关变量进行将维,得到较少几个综合指标,然后里利用这几个综合指标作为辅助变量进行协同克里金插值。为验证该方法的有效性和数据分布对该方法的影响,本文选取了2016年北京市范围内4个季节中PM2.5浓度满足正态分布效果不同的4组数据,分别使用PCA-CoKriging和普通克里金插值方法、常规协同克里金插值方法,进行了插值试验。结果表明,本文方法与普通克里金插值方法、常规协同克里金插值法在4组试验中的平均绝对误差分别为4.91、6.04、5.61,平均均方根误差分别为6.65、8.76、7.57。综合比较,本文方法比常规协同克里金插值的平均绝对误差与均方根误差分别提升了10.73%、12.56%,比普通克里金插值法的平均绝对误差与均方根误差分别提升了18.71%、24.09%。
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克里金(kriging)插值方法在煤层分布检测中的应用研究[D] . |
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邻轨PS-InSAR地面沉降结果拼接处理方法与实验 [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2014.00797 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>目前，我国许多经济发达地区都面临着地面沉降灾害的困扰，沉降范围扩大，程度日益加剧，逐渐成为城市发展中亟待解决的问题。永久散射体合成孔径雷达干涉测量（Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar，PS-InSAR）作为地表形变测量的主要手段之一，在地面沉降监测中发挥着重要作用。而单轨星载SAR影像成像幅宽有限，在开展大范围地面沉降调查时需要将多轨道PS-InSAR沉降速率图进行拼接。本文重点讨论了入射角效应和参考点差异对PS-InSAR沉降结果的影响，分析了相邻轨道PS-InSAR沉降速率拼接中存在的PS点位置差异和沉降量偏移，鉴此，提出了采用区块法和插值法对异轨重叠区的形变结果求差的思路，以及基于现有软件PS-InSAR地面沉降速率的跨轨拼接处理流程，利用广东珠三角地区ENVISAT ASAR数据进行了实验分析。结果表明，相邻轨道入射角不同会造成沉降量的差异，在多轨道情况下对沉降量影响增大，因此，在拼接过程中需要进行入射角纠正。本文提出的区块法和插值法能有效地求解异轨重叠区的形变差，结果表明区块法优于插值法；相邻轨道参考点差异会造成沉降量偏移，通过区块法或插值法求差可以消除该偏移量。本文提出的拼接流程可将多轨道PS-InSAR地面沉降速率统一到同一基准下，从而获得大范围一致的地面沉降速率。</p>
Methods and experiments of splicing ground subsidence results of adjuacent track PS-InSAR [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2014.00797 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>目前，我国许多经济发达地区都面临着地面沉降灾害的困扰，沉降范围扩大，程度日益加剧，逐渐成为城市发展中亟待解决的问题。永久散射体合成孔径雷达干涉测量（Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar，PS-InSAR）作为地表形变测量的主要手段之一，在地面沉降监测中发挥着重要作用。而单轨星载SAR影像成像幅宽有限，在开展大范围地面沉降调查时需要将多轨道PS-InSAR沉降速率图进行拼接。本文重点讨论了入射角效应和参考点差异对PS-InSAR沉降结果的影响，分析了相邻轨道PS-InSAR沉降速率拼接中存在的PS点位置差异和沉降量偏移，鉴此，提出了采用区块法和插值法对异轨重叠区的形变结果求差的思路，以及基于现有软件PS-InSAR地面沉降速率的跨轨拼接处理流程，利用广东珠三角地区ENVISAT ASAR数据进行了实验分析。结果表明，相邻轨道入射角不同会造成沉降量的差异，在多轨道情况下对沉降量影响增大，因此，在拼接过程中需要进行入射角纠正。本文提出的区块法和插值法能有效地求解异轨重叠区的形变差，结果表明区块法优于插值法；相邻轨道参考点差异会造成沉降量偏移，通过区块法或插值法求差可以消除该偏移量。本文提出的拼接流程可将多轨道PS-InSAR地面沉降速率统一到同一基准下，从而获得大范围一致的地面沉降速率。</p>
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Applied reseach of kriging interpolation method in distributed detection of coal seam[D] . |
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The cokriging method in the process of developing land value maps [C]. |
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兰州市回族人口空间演化及其社会响应 [J].
<p>基于1982~2010 年兰州市街道和乡（镇）层面人口普查数据，运用反距离权重插值和空间关联分析等方法，结合ArcGIS 9.0 和GS<sup>+</sup>7.0 等软件对兰州市回族人口空间演化及其社会响应进行了全面分析。结果表明，首先，兰州市回族人口呈一主一次“双峰体”结构，“峰体”之间回族人口不断填充。其次，回族人口空间分布表现出强正相关性，集聚趋势增强，空间结构相对稳定。“热点区”位于老城区，范围不断扩大，且向东西方向延伸；“冷点区”位于老城区外围，范围逐步缩小，且向西偏移。而回族人口增长空间则表现为弱正相关性，空间结构具有明显的随机性和不稳定性。“增长热点区”范围持续缩小，“增长冷点区”范围不断扩大。在此基础上，从传承民族文化，增强城市包容，繁荣城市经济，构建和谐城市4 个角度对回族人口空间演化过程的社会响应进行了系统地归纳和总结。</p>
The spatial evolution of Hui population and its social response in Lanzhou [J].
<p>基于1982~2010 年兰州市街道和乡（镇）层面人口普查数据，运用反距离权重插值和空间关联分析等方法，结合ArcGIS 9.0 和GS<sup>+</sup>7.0 等软件对兰州市回族人口空间演化及其社会响应进行了全面分析。结果表明，首先，兰州市回族人口呈一主一次“双峰体”结构，“峰体”之间回族人口不断填充。其次，回族人口空间分布表现出强正相关性，集聚趋势增强，空间结构相对稳定。“热点区”位于老城区，范围不断扩大，且向东西方向延伸；“冷点区”位于老城区外围，范围逐步缩小，且向西偏移。而回族人口增长空间则表现为弱正相关性，空间结构具有明显的随机性和不稳定性。“增长热点区”范围持续缩小，“增长冷点区”范围不断扩大。在此基础上，从传承民族文化，增强城市包容，繁荣城市经济，构建和谐城市4 个角度对回族人口空间演化过程的社会响应进行了系统地归纳和总结。</p>
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Cokriging for enhanced spatial interpolation of rainfall in two Australian catchments [J].https://doi.org/10.1002/hyp.11163 URL [本文引用: 1] 摘要
Abstract Rainfall data in continuous space provide an essential input for most hydrological and water resources planning studies. Spatial distribution of rainfall is usually estimated using ground-based point rainfall data from sparsely positioned rain-gauge stations in a rain-gauge network. Kriging has become a widely used interpolation method to estimate the spatial distribution of climate variables including rainfall. The objective of this study is to evaluate three geostatistical (ordinary kriging (OK), ordinary cokriging (OCK), kriging with an external drift (KED)) and two deterministic (inverse distance weighting, radial basis function) interpolation methods for enhanced spatial interpolation of monthly rainfall in the Middle Yarra River catchment and the Ovens River catchment in Victoria, Australia. Historical rainfall records from existing rain-gauge stations of the catchments during 1980-2012 period are used for the analysis. A digital elevation model of each catchment is used as the supplementary information in addition to rainfall for the OCK and KED methods. The prediction performance of the adopted interpolation methods is assessed through cross-validation. Results indicate that the geostatistical methods outperform the deterministic methods for spatial interpolation of rainfall. Results also indicate that among the geostatistical methods, the OCK method is found to be the best interpolator for estimating spatial rainfall distribution in both the catchments with the lowest prediction error between the observed and estimated monthly rainfall. Thus, this study demonstrates that the use of elevation as an auxiliary variable in addition to rainfall data in the geostatistical framework can significantly enhance the estimation of rainfall over a catchment.
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Contrast on anusplin and cokriging meteorological spatial interpolation in Southeastern Margin of Qinghai-Xizang Plateau [J].
Meteorological data is the essential data of ecological,resources,environment,global change and other research areas.However,the meteorological in Mountain are rare and complex than in plain.And acquiring precise spatial grid meteorological data has been a difficult task in this area.Anusplin and Cokriging interpolation method are one of the most common method that considering terrain'impacts during the Meteorological Spatial Interpolation.To ensure which one is more suit for complex area,we take the most complex mountain area(the Southeastern margin of the Qinghai-Xizang Plateau)as study area to compare the two methods.Based on Anusplin and Cokriging meteorological spatial interpolation method separately,combined with the terrain data and 96 meteorological stations in the southeastern margin of the Qinghai-Xizang Plateau region,250 m resolution average temperature and total precipitation interpolated surfaces in 2010 was obtained.With the cross-validation method comparison method,the interpolation accuracy of Anusplin and Cokriging was compared,and the spatial distribution of errors was analyzed.Applying relevant information,accurate of the two methods in local area where the result of interpolation are quite different was qualitatively analyzed.Through this,the method which is more suit for this area is sought out and the applicability of Anusplin in this area was assessed.The results showed that,Anusplin interpolation outperformed Cokriging.In the comparing of mean square error(RMSE)of the interpolation of temperature and precipitation,Anusplin temperature is only 0.82 and Cokriging is 1.45 ,the RMSE of precipitation of the two methodes are consistent,but Anusplin are superior to Cokriging in the highly heterogeneous area.Therefore Anusplin can achieve better results than Cokriging,indicating that Anusplin is suit for the interpolation in Southeastern Margin of Qinghai-Xizang Plateau.
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Determination of reservoir thickness and distribution using improved rescaled cokriging [C]. |
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Comparison of a cokriging method with a Bayesian alternative [J]. |
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Indicator cokriging-based subpixel mapping without prior spatial structure information [J].https://doi.org/10.1109/TGRS.2014.2321834 URL [本文引用: 1] 摘要
Indicator cokriging (ICK) has been shown to be an effective subpixel mapping (SPM) algorithm. It is noniterative and involves few parameters. The original ICK-based SPM method, however, requires the semivariogram of land cover classes from prior information, usually in the form of fine spatial resolution training images. In reality, training images are not always available, or laborious work is needed to acquire them. This paper aims to seek spatial structure information for ICK when such prior land cover information is not obtainable. Specifically, the fine spatial resolution semivariogram of each class is estimated by the deconvolution process, taking the coarse spatial resolution semivariogram extracted from the class proportion image as input. The obtained fine spatial resolution semivariogram is then used to estimate class occurrence probability at each subpixel with the ICK method. Experiments demonstrated the feasibility of the proposed ICK with the deconvolution approach. It obtains comparable SPM accuracy to ICK that requires semivariogram estimated from fine spatial resolution training images. The proposed method extends ICK to cases where the prior spatial structure information is unavailable.
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Cokriging-based sequential design strategies using fast cross-validation techniques for multi-fidelity computer codes [J].https://doi.org/10.1080/00401706.2014.928233 URL [本文引用: 1] 摘要
Cokriging-based surrogate models have become popular in recent decades to approximate a computer code output from a few simulations using both coarse and more complex versions of the code. In practical applications, it is common to sequentially add new simulations to obtain more accurate approximations. We propose a method of cokriging-based sequential design, which combines both the error evaluation provided by the cokriging model and the observed errors of a leave-one-out cross-validation procedure. This method is proposed in two versions, the first one selects points one at a time. The second one allows us to parallelize the simulations and to add several design points at a time. The main advantage of the suggested strategies is that at a new design point they choose which code versions should be simulated (i.e., the complex code or one of its fast approximations). A multifidelity application is used to illustrate the efficiency of the proposed approaches. In this example, the accurate code is a two-dimensional finite element model and the less accurate one is a one-dimensional approximation of the system. This article has supplementary material online.
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基于线性加权回归模型的降水量空间插值方法研究[D] .Research on the spatial interpolation for precipitation data using weighted Linear Regression Model[D] . |
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基于GLM的非正态响应稳健设计研究[D] .Study on Non-Normal response robust design based on GLM[D] . |
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广义线性模型中极大拟似然估计的强相合性 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1006-9232.2005.03.007 URL [本文引用: 1] 摘要
假定在一个具有一般联系函数的广义线性模型中,q×1响应变量yi是可观测的,p×q协变量Zi是固定设计的,以λ-n记∑ni=1 ZiZli的最小特征根.在λ-n≥nα(对某个α＞0),supi≥1 E‖yi‖r＜∞(对某个r＞1/α)和其他正则条件下,证明了以概率为1,当n充分大时,未知回归参数向量的拟似然方程有一个解,它收敛于参数真值.这一结果是对文献中的相应结果的实质性改进.
Strong consistency of maximal quasi-likelihood estimators in generalized linear models [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1006-9232.2005.03.007 URL [本文引用: 1] 摘要
假定在一个具有一般联系函数的广义线性模型中,q×1响应变量yi是可观测的,p×q协变量Zi是固定设计的,以λ-n记∑ni=1 ZiZli的最小特征根.在λ-n≥nα(对某个α＞0),supi≥1 E‖yi‖r＜∞(对某个r＞1/α)和其他正则条件下,证明了以概率为1,当n充分大时,未知回归参数向量的拟似然方程有一个解,它收敛于参数真值.这一结果是对文献中的相应结果的实质性改进.
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GLM estimation of trade gravity models with fixed effects [J].https://doi.org/10.1007/s00181-015-0935-x URL [本文引用: 1] 摘要
Many empirical gravity models are now based on generalized linear models (GLM), of which the poisson pseudo-maximum likelihood estimator is a prominent example and the most frequently used estimator....
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Applying the GLM variance assumption to overcome the scale-dependence of the negative Binomial QGPML Estimator [J].https://doi.org/10.1080/07474938.2013.806102 URL [本文引用: 1] 摘要
Recently, various studies have used the Poisson Pseudo-Maximal Likehood (PML) to estimate gravity specifications of trade flows and non-count data models more generally. Some papers also report results based on the Negative Binomial Quasi-Generalised Pseudo-Maximum Likelihood (NB QGPML) estimator, which encompasses the Poisson assumption as a special case. This note shows that the NB QGPML estimators that have been used so far are unappealing when applied to a continuous dependent variable which unit choice is arbitrary, because estimates artificially depend on that choice. A new NB QGPML estimator is introduced to overcome this shortcoming.
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缺失数据下广义线性模型的经验似然推断 [J].Numerical experiment on the analytic hierarchy process [J]. |
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基于改进力导向模型的生态节点布局优化 [J].https://doi.org/10.6041/j.issn.1000-1298.2017.11.026 URL [本文引用: 1] 摘要
在西北干旱半干旱生态脆弱区,构建生态网络可以连接破碎的生境斑块,提高景观之间的连通性。而生态节点的布局优化能够降低能量损耗,增加稳定性,对维持区域生态环境安全稳定具有重要意义。以生态脆弱区典型县域磴口县为研究区,在现有生态网络基础上,改进了H＆V算法的力导向（force-directed）模型,通过优化生态节点的布局对生态网络进行优化。研究结果表明,在磴口县选取的局部研究区内,与H＆V算法相比,改进force-directed模型优化的生态节点布局覆盖率达到90.79%,提升了4.08个百分点;平均聚类系数升高至0.071,是未改进H＆V算法的1.4倍;分布均匀度降低至2.629,比未改进H＆V算法降低了0.629。通过模型优化使得网络结构清晰、生态节点布局均匀,节点覆盖率更高,表明优化后生态网络结构更为稳定。
Layout optimization of ecological nodes based on improved force-directed model [J].https://doi.org/10.6041/j.issn.1000-1298.2017.11.026 URL [本文引用: 1] 摘要
在西北干旱半干旱生态脆弱区,构建生态网络可以连接破碎的生境斑块,提高景观之间的连通性。而生态节点的布局优化能够降低能量损耗,增加稳定性,对维持区域生态环境安全稳定具有重要意义。以生态脆弱区典型县域磴口县为研究区,在现有生态网络基础上,改进了H＆V算法的力导向（force-directed）模型,通过优化生态节点的布局对生态网络进行优化。研究结果表明,在磴口县选取的局部研究区内,与H＆V算法相比,改进force-directed模型优化的生态节点布局覆盖率达到90.79%,提升了4.08个百分点;平均聚类系数升高至0.071,是未改进H＆V算法的1.4倍;分布均匀度降低至2.629,比未改进H＆V算法降低了0.629。通过模型优化使得网络结构清晰、生态节点布局均匀,节点覆盖率更高,表明优化后生态网络结构更为稳定。
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Improved binary PSO for feature selection using gene expression data [J].https://doi.org/10.1016/j.compbiolchem.2007.09.005 URL PMID: 18023261 [本文引用: 1] 摘要
Gene expression profiles, which represent the state of a cell at a molecular level, have great potential as a medical diagnosis tool. Compared to the number of genes involved, available training data sets generally have a fairly small sample size in cancer type classification. These training data limitations constitute a challenge to certain classification methodologies. A reliable selection method for genes relevant for sample classification is needed in order to speed up the processing rate, decrease the predictive error rate, and to avoid incomprehensibility due to the large number of genes investigated. Improved binary particle swarm optimization (IBPSO) is used in this study to implement feature selection, and the -nearest neighbor (-NN) method serves as an evaluator of the IBPSO for gene expression data classification problems. Experimental results show that this method effectively simplifies feature selection and reduces the total number of features needed. The classification accuracy obtained by the proposed method has the highest classification accuracy in nine of the 11 gene expression data test problems, and is comparative to the classification accuracy of the two other test problems, as compared to the best results previously published.
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An efficient hybrid approach based on PSO, ACO and -means for cluster analysis [J].https://doi.org/10.1016/j.asoc.2009.07.001 URL [本文引用: 1] 摘要
Clustering is a popular data analysis and data mining technique. A popular technique for clustering is based on k-means such that the data is partitioned into K clusters. However, the k-means algorithm highly depends on the initial state and converges to local optimum solution. This paper presents a new hybrid evolutionary algorithm to solve nonlinear partitional clustering problem. The proposed hybrid evolutionary algorithm is the combination of FAPSO (fuzzy adaptive particle swarm optimization), ACO (ant colony optimization) and k-means algorithms, called FAPSO-ACO–K, which can find better cluster partition. The performance of the proposed algorithm is evaluated through several benchmark data sets. The simulation results show that the performance of the proposed algorithm is better than other algorithms such as PSO, ACO, simulated annealing (SA), combination of PSO and SA (PSO–SA), combination of ACO and SA (ACO–SA), combination of PSO and ACO (PSO–ACO), genetic algorithm (GA), Tabu search (TS), honey bee mating optimization (HBMO) and k-means for partitional clustering problem.
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A hybrid SVM-PSO model for forecasting monthly streamflow [J]. |
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成都市热岛效应与城市空间发展关系分析 [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2014.00070 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
利用Landsat卫星影像反演成都市中心城区1992、2001和2009年的地表温度，建筑用地和植被等信息，计算其城市热岛比例指数（URI），对成都市中心城区热岛效应与城市空间发展关系进行了分析。结果表明，在1992-2009年期间成都市主城区范围从91.24km<sup>2</sup>扩展到403.8km<sup>2</sup>。成都市建成区的大面积扩展导致了城市热岛空间分布发生迁移，从单中心聚集分布转变为多中心环状分布。回归分析说明，建筑用地和植被都是影响地表温度的重要因素，其中建筑用地与地表温度呈指数型正相关关系，而植被与地表温度呈负相关关系。总的看来，成都市中心城区在这17年间的热岛效应有了明显的缓解，城市热岛比例指数从0.72下降到0.33。城市植被覆盖率的增加和合理的规划对缓解城市热岛效应起到了积极的作用。
Analysis of the relationship between urban heat island effect and urban expansion in Chengdu, China [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2014.00070 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
利用Landsat卫星影像反演成都市中心城区1992、2001和2009年的地表温度，建筑用地和植被等信息，计算其城市热岛比例指数（URI），对成都市中心城区热岛效应与城市空间发展关系进行了分析。结果表明，在1992-2009年期间成都市主城区范围从91.24km<sup>2</sup>扩展到403.8km<sup>2</sup>。成都市建成区的大面积扩展导致了城市热岛空间分布发生迁移，从单中心聚集分布转变为多中心环状分布。回归分析说明，建筑用地和植被都是影响地表温度的重要因素，其中建筑用地与地表温度呈指数型正相关关系，而植被与地表温度呈负相关关系。总的看来，成都市中心城区在这17年间的热岛效应有了明显的缓解，城市热岛比例指数从0.72下降到0.33。城市植被覆盖率的增加和合理的规划对缓解城市热岛效应起到了积极的作用。
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城市空间形态与特征的定量分析——以重庆市主城区为例 [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2013.00297 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
本文梳理了城市空间形态研究的理论与方法, 系统分析了城市空间形态研究的趋势。鉴此, 构建了城市形态定量化研究的测度指标体系, 并以RS和GIS技术制定了城市形态定量化分析方法框架, 对重庆市主城区空间形态进行了系统的定量分析。在城市用地扩展的时空特征上采用了面积增长量、城市用地扩展速度、扩展强度, 及各方位用地扩展强度等指标;在城市外部空间形态特征方面采用了紧凑度、分形维数和形状指数等指标。结果表明:主城区空间形态演变受其重大事件影响较大, 呈“突变”和“整合”相结合的演化过程;重庆市主城区空间扩展呈现明显的阶段性, 以集约式和内涵式扩展为主;由于受主城区扩展的各向异性影响, 主城区扩展以北向和西向扩展为主。本研究为城市空间形态的定量分析提供了参考。
Quantitative research of urban spatial morphology: A case study of the main urban zone of Chongqing [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2013.00297 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
本文梳理了城市空间形态研究的理论与方法, 系统分析了城市空间形态研究的趋势。鉴此, 构建了城市形态定量化研究的测度指标体系, 并以RS和GIS技术制定了城市形态定量化分析方法框架, 对重庆市主城区空间形态进行了系统的定量分析。在城市用地扩展的时空特征上采用了面积增长量、城市用地扩展速度、扩展强度, 及各方位用地扩展强度等指标;在城市外部空间形态特征方面采用了紧凑度、分形维数和形状指数等指标。结果表明:主城区空间形态演变受其重大事件影响较大, 呈“突变”和“整合”相结合的演化过程;重庆市主城区空间扩展呈现明显的阶段性, 以集约式和内涵式扩展为主;由于受主城区扩展的各向异性影响, 主城区扩展以北向和西向扩展为主。本研究为城市空间形态的定量分析提供了参考。
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地下水渗流与地面沉降耦合模拟 [J].https://doi.org/10.3799/dqkx.2014.058 URL [本文引用: 1] 摘要
为了准确模拟由地下水开采导致渗流场和应力场发生变化而引起的地面沉降问题,根据Terzaghi有效应力原理,建立了地下水三维渗流与一维垂向固结的地下水渗流与地面沉降耦合数值模拟模型和以比奥固结理论为基础,并结合土体非线性流变理论,将土体本构关系推广到粘弹塑性,同时考虑土体力学参数及水力参数的动态变化关系的地下水渗流与地面沉降三维全耦合数值模拟模型.通过对比分析,结果表明：基于Terzaghi有效应力原理建立的地下水三维渗流与一维垂向固结地下水渗流与地面沉降耦合数值模拟模型模拟所得地面沉降与地下水位呈现出同步变化的趋势,并且当地下水位逐步回升至初始水位时,地面沉降也逐步回升到初始的零沉降状态.而以比奥固结为基础建立的地下水渗流与地面沉降三维全耦合数值模拟模型模拟所得的地面沉降变化趋势滞后于地下水位的变化趋势,并且当地下水位逐步回升至初始水位时,地面沉降虽也逐步得到回升,但回不到初始的零沉降状态,存在一个永久的残余沉降量.在土体参数变化方面,土体的孔隙度、渗透系数及泊松比均呈现先减小后增大的变化趋势,而弹性模量则呈现先增大后减小的变化趋势,与地面沉降的变化相对应.
Coupling simulation of groundwater seepage and land subsidence [J].https://doi.org/10.3799/dqkx.2014.058 URL [本文引用: 1] 摘要
为了准确模拟由地下水开采导致渗流场和应力场发生变化而引起的地面沉降问题,根据Terzaghi有效应力原理,建立了地下水三维渗流与一维垂向固结的地下水渗流与地面沉降耦合数值模拟模型和以比奥固结理论为基础,并结合土体非线性流变理论,将土体本构关系推广到粘弹塑性,同时考虑土体力学参数及水力参数的动态变化关系的地下水渗流与地面沉降三维全耦合数值模拟模型.通过对比分析,结果表明：基于Terzaghi有效应力原理建立的地下水三维渗流与一维垂向固结地下水渗流与地面沉降耦合数值模拟模型模拟所得地面沉降与地下水位呈现出同步变化的趋势,并且当地下水位逐步回升至初始水位时,地面沉降也逐步回升到初始的零沉降状态.而以比奥固结为基础建立的地下水渗流与地面沉降三维全耦合数值模拟模型模拟所得的地面沉降变化趋势滞后于地下水位的变化趋势,并且当地下水位逐步回升至初始水位时,地面沉降虽也逐步得到回升,但回不到初始的零沉降状态,存在一个永久的残余沉降量.在土体参数变化方面,土体的孔隙度、渗透系数及泊松比均呈现先减小后增大的变化趋势,而弹性模量则呈现先增大后减小的变化趋势,与地面沉降的变化相对应.
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基于ArcGIS的克里金插值方法及其应用 [J].https://doi.org/10.1007/s12204-013-1367-4 URL [本文引用: 1] 摘要
介绍地统计学的概念和克里金插值的原理及步骤,从地统计学的角度出发,借助ArcGIS软件的GA功能,针对试验区域高程点数据进行试验分析,介绍GA模块中克里金插值法的应用,给出克里金插值方法的精度分析及应用优势。
ArcGIS based Kriging Interpolation Method and its application [J].https://doi.org/10.1007/s12204-013-1367-4 URL [本文引用: 1] 摘要
介绍地统计学的概念和克里金插值的原理及步骤,从地统计学的角度出发,借助ArcGIS软件的GA功能,针对试验区域高程点数据进行试验分析,介绍GA模块中克里金插值法的应用,给出克里金插值方法的精度分析及应用优势。
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基于空间插值的风场模拟方法比较分析 [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2015.00037 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>计算流体动力学方法是目前风场空间格局模拟的主要方法之一,该方法由于受到软硬件局限,多应用于小尺度的风场模拟及分析。该方法精确程度极大地依赖于3D建模的精细程度和迭代计算模型的准确程度,与现实风场的发育过程存在明显差异。而随着物联网技术的发展,我们可通过大量的现场传感器进行风场数据的实时采集,为风场动态实时化模拟提供精确的参数。为了确定风场动态实时化模拟的最佳方法,本文以中国科学院城市环境研究所园区内32 个风场传感器的月平均风速数据为研究案例,综合分析了反距离权重插值、全局多项式插值、局域多项式插值、径向基函数插值、最近邻域法插值、普通克里格插值6 种空间插值方法,并采用交叉验证的方法对插值结果进行比较。结果表明,反距离权重插值在模拟的误差范围、模拟的准确度、反映极值的能力上优于其他5种方法,为1:500 尺度的风场空间格局模拟提供了参考。</p>
Comparative analysis of methods of wind field simulation based on spatial interpolation [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2015.00037 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>计算流体动力学方法是目前风场空间格局模拟的主要方法之一,该方法由于受到软硬件局限,多应用于小尺度的风场模拟及分析。该方法精确程度极大地依赖于3D建模的精细程度和迭代计算模型的准确程度,与现实风场的发育过程存在明显差异。而随着物联网技术的发展,我们可通过大量的现场传感器进行风场数据的实时采集,为风场动态实时化模拟提供精确的参数。为了确定风场动态实时化模拟的最佳方法,本文以中国科学院城市环境研究所园区内32 个风场传感器的月平均风速数据为研究案例,综合分析了反距离权重插值、全局多项式插值、局域多项式插值、径向基函数插值、最近邻域法插值、普通克里格插值6 种空间插值方法,并采用交叉验证的方法对插值结果进行比较。结果表明,反距离权重插值在模拟的误差范围、模拟的准确度、反映极值的能力上优于其他5种方法,为1:500 尺度的风场空间格局模拟提供了参考。</p>
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基于约束粒子群优化的克里金插值算法 [J]. |
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基于GIS和Logistic回归模型的兰州市滑坡灾害敏感性区划研究 [J].
<p>针对兰州市脆弱的地质环境和频繁发生的滑坡灾害,采用Logistic回归模型,以ArcGIS和SPSS软件为工具,选取地层岩性、断层构造、坡度、地貌、植被覆盖度、7~9月平均降水、道路(公路、铁路)作为滑坡灾害影响因子。首先对每个影响因子分级并计算每个因子指标值,然后在ArcMap中对影响因子图层进行叠加操作,最后在SPSS软件中运用Logistic回归方法,计算出每个影响因子的系数值并建立Logistic回归模型。根据Logistic回归模型在ArcMap中绘制兰州市滑坡灾害敏感性区划图,区划图和实际的滑坡分布情况基本吻合。模型的Kappa系数值和ROC曲线下面积值(AUC值)分别为0.623和0.709,两种方法的检验结果均表明模型模拟效果较好,能应用于兰州市滑坡灾害敏感性区划研究中。</p>
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Kriging interpolation algorithm based on constraint particle swarm optimization [J]. |
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