数据同化

摘要： 由于人工经验选取的局限性,难以获取决定模型重构精度的最优网络参数是目前使用深度学习方法在自动历史拟合中对油藏地质模型进行降维时的难点之一。针对此问题,通过将深度自编码器与粒子群优化算法相互结合实现最佳网络架构的自动搜索,并以此构建一种基于集合数据同化和神经网络架构自动搜索的油藏自动历史拟合方法。分别对一个二维河流相油藏渗透率场分布模型以及SPE-10单层油藏数值模型应用该方法,并与单一的自动历史拟合方法进行对比验证。结果表明,经优化后自动搜索出最优神经网络构架的自动历史拟合方法要比优化前及单一的自动历史拟合方法能够更准确地提取出油藏数值模型的地质特征。

摘要： 地应力及地质力学参数分布是石油工业井壁稳定性分析、水力压裂以及防砂措施制定等所需的关键参数。提出一种反演地质力学模型参数的方法,该方法通过优化算法依次调整地质力学模型的边界条件与力学参数场,以匹配模型计算地应力与硬数据(一维室内实验测量地应力或一维测井综合解释地应力)为优化目标。利用条件Karhunen-Loève展开(KL-E)生成满足特定位置地质力学属性硬数据的地质力学参数随机场,可以将基于网格单元的地质力学参数量减少为一组一维随机变量,加快算法收敛速度。通过测试算例和四川盆地某页岩气井区的现场实例,验证了该方法的适用性。该方法不仅提高了模型计算结果与硬数据的匹配程度,同时更准确地描述了未知位置的地质力学参数分布情况。与地质力学参数场的反演相比,边界条件反演过程收敛速度更快。

摘要： 公园绿地服务水平评价,对人为干预、优化公园绿地配置,促进公园绿地服务被高效公平地提供与使用,具有切实意义。以杭州市核心建成区为例,以100×100m的单元栅格同化多源异质数据作为基本空间数据单元,实现公园绿地服务供需数量的基础计算与空间信息链接;进而从公园绿地服务数量、服务人口的供需匹配状况两个维度,在街道、市辖区与市三个尺度评价公园绿地服务水平;最后使用公园绿地服务供需空间匹配指数、匹配聚类分析解析公园绿地服务水平的空间分异,指导公园绿地布局优化与建设选址。结果表明:杭州市核心建成区公园绿地的规划建设仍存在提升空间;建成区间的公园绿地服务水平存在差异,建成早、成熟度高的建成区的公园绿地服务水平相对更高;差异化的公园绿地布局优化策略、精细化的公园绿地选址可以有效与公平地优化杭州市公园绿地服务水平。

摘要： 基于集合卡尔曼滤波(EnKF)法,在合理量化模型模拟和径流观测误差、有效处理模型参数演变及过拟合问题的基础上,以淮河上游淮滨水文站以上流域为研究区,构建了基于径流数据同化的SWAT分布式水文模型参数优化方案,就站点实测径流数据同化对模型参数的优化效果进行了评估。结果显示,数据同化过程中,被更新的模型参数集合逐渐收敛并趋于稳定,基于稳定后的参数获得的模拟径流与实测径流过程接近,流域出口径流模拟的纳什效率系数可达0.88,说明基于EnKF法的径流数据同化对SWAT模型参数具有一定的优化估计能力,且采用数据同化方式进行模型参数率定具有一定的可行性。

摘要： 草地地上生物量监测是合理利用草地资源,掌握草原生态演替过程的重要依据。但是,实时观测草地地上生物量信息需要耗费大量的人力物力,亟需借助遥感、数学等工具进行间接观测。本文系统阐述了国内外主流的草地地上生物量估算方法,包括遥感统计模型、草地生长模型、作物生长模型、光能利用率模型和生态过程模型等模型,以及遥感与机理模型耦合模型,概述了当前主流模型的特点及其适用条件,总结了相关的研究策略。结合草地估产的现实需求,梳理了现有的农业遥感数据同化研究进展,展望了基于遥感数据同化方法的草地地上生物量估算思路,为草地生长模拟的大区域、高精度研究提供了新的思路。

摘要： 利用MT3DMS程序构建地下水污染物运移模型,采用迭代局部更新集合平滑(iterative local updating ensemble smoother,ILUES)算法作为数据同化方法并引入(Karhunen Loeve,KL)展开对渗透系数场进行降维,通过融合高密度电阻率法(electrical resistance tomography,ERT)测量数据和传统观测数据(水头与浓度)实现地下水污染溯源和渗透系数场的联合反演。结果表明,融合ERT数据的ILUES数据同化方法反演效率更高,模拟结果也更精确;对场地非均质渗透系数场的刻画,融合ERT数据的ILUES数据同化方法明显优于用水头与浓度数据作为观测值的情形,融合ERT等环境地球物理数据的数据同化框架能够有效地提高参数反演效果。

摘要： 提出一种基于集合卡尔曼滤波和相空间重构的组合模型来优化预测结果。对于负荷数据时间序列,首先使用延迟坐标嵌入方法对其进行相空间重构。基于局部平均法对下一时刻的负荷状态进行预测,其中最临近向量的数目采用循环迭代的方式选取,以获得对不同负荷序列的自适应性。根据无迹变换理论,对负荷预测值选取合适数量的Sigma点组成集合并使用集合卡尔曼滤波器进行数据同化,从而能够在容忍采样噪声的同时给出负荷的最优估计。以非侵入式量测方式获取河北保定市50个家庭用户的负荷数据作为训练集进行试验,给出了电热水器和空调负荷以及家庭总负荷的预测结果和误差分析。结果显示,与单纯基于相空间重构的预测结果进行比较,该组合模型具有更好的预测性能,且对分项电器负荷和家庭总负荷均具有较好的适应性。

摘要： 由太阳活动引起的耀斑和日冕物质抛射等短时间尺度变化的空间天气事件会影响并危害地球磁层、电离层、中高层大气、卫星运行安全以及人类健康,因此对这些空间天气事件的预测显得尤为重要。数据同化在稀疏观测和异步采集的情况下能够增加模型的预测能力,对模型变量进行自洽分析。在数值预报中引入数据同化方法,能够提高预测可信度。本文从数据同化方法的角度出发,主要分析了数据同化目前在大气、电离层、磁层、太阳及其他行星科学研究中的应用,并初步讨论了数据同化未来在空间天气方面的应用。

摘要： 为探究同化遥感数据对监测区域尺度土壤含盐量时空信息的适用性,以河套灌区沙壕渠灌域为研究区,以高分一号卫星影像为数据源,通过灰度关联法筛选光谱指数,采用岭回归法构建不同深度的土壤含盐量反演模型,使用集合卡尔曼滤波同化算法将遥感数据应用于HYDRUS1D模型中,开展区域尺度不同深度土壤含盐量的同化研究。结果表明,基于不同深度土壤含盐量的岭回归法模型,其R^(2)均在0.64以上,RE为0.14~0.22,反演精度较高,得到的反演值较为准确;在单点尺度上,与模拟值、反演值相比,同化值更接近实测值,其EFF为0.84~0.93,NER为0.61~0.73,均为正数,且RMSE降低到0.006%~0.011%,提高了HYDRUS1D模型模拟精度;在区域尺度上,不同深度同化值的r均为0.94以上,NER为0.61以上,优于模拟值和反演值,且同化精度随着深度的增加而降低。本文基于遥感数据和HYDRUS1D模型的集合卡尔曼滤波同化研究,提高了土壤含盐量的模拟精度,对提高监测区域尺度土壤含盐量时空信息的精度具有一定的参考价值。

摘要： 数据同化利用观测信息对模型状态场调整的同时也可以对数值模型中的不确定参数进行估计,从而改进数值模型,提高数值模拟的精度。本文基于集合调整卡尔曼滤波方法,采用广义坐标系统的美国普林斯顿大学海洋模式的外模式开展了渤海和部分黄海海域M_(2)分潮模拟中的水深估计研究。理想数据同化试验结果表明,集合调整卡尔曼滤波方法能很好地降低模式模拟的水位误差并反演出“真实”的水深参数。而在NAO.99Jb和验潮站数据的实际数据同化试验中,与验潮站数据相比较,水深参数估计后,模式模拟的M_(2)分潮振幅与迟角误差分别降低了40.27%和49.19%。

摘要： 城市内涝因其受灾范围之广、财产损失之重、伤亡人数之多已经成为城市居民最为关注的问题之一[1],本文从城市内涝成因分析,提出基于智慧水尺的实时传感、模型模拟和数据同化的融合应对城市内涝风险管理体系,首先对城市排水设施安全运行在线监测与预警预报,其次通过模型模拟与数据同化,最后实现城市内涝风险预报预警的实时化,提高城市内涝防治管理水平,保障城市的安全运行与居民的正常生产生活.

摘要： 高时空分辨率反照率产品对地表辐射能量平衡估算和气候变化监测具有重要意义.本文将MODIS反照率的直接反演方法拓展到“高分一号”(GF-1)影像上,将GF-1光谱响应函数和MODIS双向反射分布函数(BRDF)数据库输入辐射传输模型中,从而直接从GF-1表观反射率数据中估算地表反照率.通过黑河通量站点的实测数据对逐景16米空间分辨率的GF-1反照率反演结果进行验证,结果表明:均方根误差(RMSE)低于0.04,决定系数(R2)高于0.693.同时,为了得到高时空分辨率的反照率结果,本文提出了一种基于改进卡尔曼滤波器的数据同化方法,该方法用于整合高时间分辨率的MODIS反照率和高空间分辨率的反照率以获得高时空分辨率的反照率数据.通过将GF-1加入观测数据中,数据同化算法输出的反照率RMSE低于0.034,R2高于0.787,相比于单一使用Landsat8反照率作为观测数据,反照率的时间序列长度得到明显的提升,验证的精度也得到提升.同时,该研究也可以为其他国产高分辨率卫星反照率的反演提供技术支撑.

摘要： 海洋数据同化是一种将海洋观测资料融合到海洋数值模式中的有效手段,经过同化的海洋数据更加接近海洋的真实情况,对人类理解和认识海洋具有重要意义.本研究围绕海洋数据同化设计了一种基于区域分解的一般性并行实现方法.在此基础上,提出了一种基于IO代理的新并行算法中.首先,IO代理进程负责数据的并行读取;接下来,IO代理进程对数据进行切块,然后将块数据发送给相应的计算进程;当计算进程完成局部数据同化后,IO代理进程负责收集计算进程的同化结果,并将其写到磁盘.该方法的主要优势在于:利用IO代理进程来负责IO,而不是像传统方法那样让所有进程都来参与IO(直接并行IO),这样可以防止大量进程对磁盘的同时访问,有效避免进程排队所导致的等待.在天河二号集群上的测试结果表明,对于1度分辨率的数据同化,在核心数为425时,提出的并行实现的总运行时间为9.1S,相对于传统串行程序的加速比接近38倍.此外,对于0.1度分辨率的数据同化,基于IO代理的并行同化算法在使用1万核时依然具有较好的可扩展性,并且可将其IO时间最大限制在直接并行IO时间的1/9.

摘要： 在物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术浪潮的助推下,传统水利管理业务正在向智慧水利转型升级.数据同化技术作为智慧水利系统构建中的关键技术之一,可以有效地将高水平水科学数值模拟和先进水利观测技术有机结合,通过将精确可靠的水利实时观测数据合理地融入到水数学模型的运行过程中,提升水数学模型实时模拟预报的精度和可靠度,为防洪减灾、合理调度水资源、治理水环境、保障水安全、实现科学治水提供重要的科学支撑.本文对当前数据同化技术在水利学科中水文、水沙、水环境等领域的现有研究与应用进行了介绍和阐述,并对数据同化技术在智慧水利中的未来发展进行了展望.

摘要： 临近空间大气环境信息对于飞行器的安全具有重要意义.临近空间数据同化技术和数值预报技术是提供这些信息的重要手段,目前处在发展阶段.本研究将三维变分同化方法应用于可准实时获取能提供10-96km高度范围全球覆盖的Aura/MLS卫星数据同化,根据观测数据和背景模式特性制定了独特的观测误差协方差、背景误差协方差和观测算子,实现了对该颗卫星数据的连续同化.在2016年3月23日-5月25日开展了连续同化实验,结果表明,同化效果显著,对背景温度的调整高达几十K.同化结果用于NSSC临近空间数值预报实验系统作初始场驱动数值模式向前预报3天.对预报结果与实况数据的统计比较结果表明,该同化场确实提高了20-100km高度范围的数值预报精度.定量评估结果显示,在96km高度上的预报精度(RMSE)从原来的30K减小到14～20K.

摘要： 波动方程的数值求解是科学与工程计算中的重要内容,高效、精确的数值模拟方法对于获得所需的物理信息具有十分重要的意义.在地球物理科学中,波动方程数值求解更被广泛应用于分析和获取地球的内部信息,目前常用的数值方法有有限差分法、伪谱法、有限元法、射线追踪法等.这些方法有各自的优缺点,但都有一个共同的问题,就是假设模型的初值以及观测值没有误差,但是在实际生活中,这种假设是不现实的.rn 在地球物理科学中，经常要涉及反演问题，也就是给定观测数据来求解地球内部的信息。数据同化方法(data assimilation)是指利用各种观测资料提供的有效信息来估计模型的初值、边值及模型参数等信息。rn 数据同化的方法有很多，最初主要应用多项式插值、连续修正法、松弛法等经验方法。后来逐步发展出了优化插值方法以及三维变分方法。目前实际应用较为广泛的是以四维变分为代表的连续方法以及由Kalman滤波为代表的顺序方法。rn 本文分析各种数据同化算法的原理和计算方法，并将其应用到地球物理科学的实际计算中，通过数值算例可以看出数据同化算法在改善模型，得到反演问题更加精确的解以及扩大解的收敛范围方面的作用。

摘要： 本文首先在MM5四维变分同化系统中同化Bogus资料，对模式初始场进行初步调整，将改进的初始场在WRFDA中同化AMSU-B卫星资料，将最后得到的改进初始场放入WRF模式进行预报。BDA方案对于风场、海平面气压的改变较大，在强度方面更接近于台风背景场的实际情况。同化AMSU-B卫星资料可以更准确的描述台风系统的水汽分布，对于相对湿度有更准确的模拟效果。BDA方案能改进台风的强度预报，在动力结构上对台风模拟进行优化，同化AMSU-B卫星资料能在优化背景场的同时对水汽等变量的分布进行修正，两者的结合既有利用强度的预报，也能改进路径预报，是一种模拟台风运动的有效方案。

摘要： 本文首先在MM5四维变分同化系统中同化Bogus资料，对模式初始场进行初步调整，将改进的初始场在WRFDA中同化AMSU-B卫星资料，将最后得到的改进初始场放入WRF模式进行预报。BDA方案对于风场、海平面气压的改变较大，在强度方面更接近于台风背景场的实际情况。同化AMSU-B卫星资料可以更准确的描述台风系统的水汽分布，对于相对湿度有更准确的模拟效果。BDA方案能改进台风的强度预报，在动力结构上对台风模拟进行优化，同化AMSU-B卫星资料能在优化背景场的同时对水汽等变量的分布进行修正，两者的结合既有利用强度的预报，也能改进路径预报，是一种模拟台风运动的有效方案。

摘要： 本文首先在MM5四维变分同化系统中同化Bogus资料，对模式初始场进行初步调整，将改进的初始场在WRFDA中同化AMSU-B卫星资料，将最后得到的改进初始场放入WRF模式进行预报。BDA方案对于风场、海平面气压的改变较大，在强度方面更接近于台风背景场的实际情况。同化AMSU-B卫星资料可以更准确的描述台风系统的水汽分布，对于相对湿度有更准确的模拟效果。BDA方案能改进台风的强度预报，在动力结构上对台风模拟进行优化，同化AMSU-B卫星资料能在优化背景场的同时对水汽等变量的分布进行修正，两者的结合既有利用强度的预报，也能改进路径预报，是一种模拟台风运动的有效方案。

摘要： 本文首先在MM5四维变分同化系统中同化Bogus资料，对模式初始场进行初步调整，将改进的初始场在WRFDA中同化AMSU-B卫星资料，将最后得到的改进初始场放入WRF模式进行预报。BDA方案对于风场、海平面气压的改变较大，在强度方面更接近于台风背景场的实际情况。同化AMSU-B卫星资料可以更准确的描述台风系统的水汽分布，对于相对湿度有更准确的模拟效果。BDA方案能改进台风的强度预报，在动力结构上对台风模拟进行优化，同化AMSU-B卫星资料能在优化背景场的同时对水汽等变量的分布进行修正，两者的结合既有利用强度的预报，也能改进路径预报，是一种模拟台风运动的有效方案。

摘要： 本发明提供一种车间控制系统、等同化数据选择装置以及等同化数据选择方法。支援装置(1)具有：对象选择部(11)，其按每个变量，作为列表提示候补数据的变量，从而从该列表选择同化对象数据；对象一览表(12)，其按照每个构成控制用程序的功能元素，存储该功能元素处理的各变量的数据作为同化对象数据的候补数据；和对象通知部(13)，其将所选择的同化对象数据的特定信息即按每个变量的等同化可否信息分别通知给运转系统控制装置(2)和待机系统控制装置(3)，执行从运转系统控制装置(2)向待机系统控制装置(3)的同化对象数据的按每个变量的同化处理。据此，在冗余系统中高效地选择要等同化的数据。

摘要： 本发明提供一种车间控制系统、等同化数据选择装置以及等同化数据选择方法。支援装置(1)具有：对象选择部(11)，其按每个变量，作为列表提示候补数据的变量，从而从该列表选择同化对象数据；对象一览表(12)，其按照每个构成控制用程序的功能元素，存储该功能元素处理的各变量的数据作为同化对象数据的候补数据；和对象通知部(13)，其将所选择的同化对象数据的特定信息即按每个变量的等同化可否信息分别通知给运转系统控制装置(2)和待机系统控制装置(3)，执行从运转系统控制装置(2)向待机系统控制装置(3)的同化对象数据的按每个变量的同化处理。据此，在冗余系统中高效地选择要等同化的数据。

摘要： 一种用于使用物理系统的校准模型来输出物理系统的状态的方法和系统，其中校准模型用于生成模型预测。该系统包括连接到路由节点的多个传感器，用于监视物理系统的测量数据。多个传感器中的第一传感器包括逻辑模块，其被配置成确定不确定性量化，并且将不确定性量化与模型预测组合以输出物理系统的状态。

摘要： 本发明公开了卫星数据同化在垂直方向的适应性局地化方法及集合卡曼滤波天气同化预报方法。适应性局地化方法根据集合卡曼滤波同化系统中给出的任意观测资料和模式变量，计算出观测资料和模式变量的相关系数；接着利用分组后的相关系数估计该观测资料和模式变量的原始局地化函数；根据相关系数的廓线估计出卫星观测的位置po，并将原始局地化函数以位于po位置处的GC函数最大值进行拟合，得到卫星观测的影响范围co。位置po、影响范围co即为本发明所求的适应性局地化参数。将所得到的适应性局地化参数用于区域模式中预报台风，预报结果与没有使用本发明的预报结果相比，相对于观测的误差明显减小，同时使用本发明还明显改进了台风快速增强阶段的预报。

摘要： 本发明公开了卫星数据同化在垂直方向的适应性局地化方法及集合卡曼滤波天气同化预报方法。适应性局地化方法根据集合卡曼滤波同化系统中给出的任意观测资料和模式变量，计算出观测资料和模式变量的相关系数；接着利用分组后的相关系数估计该观测资料和模式变量的原始局地化函数；根据相关系数的廓线估计出卫星观测的位置p

摘要： 本发明公开了一种基于数据同化和气象数据的土壤墒情站自动校核方法，选用两个模型，将来自FDR未校准的土壤水观测数据同化，结合气象数据，实现FDR观测的自动无偏差校准；当需要更好地消除极端异常的观测数据影响时，采用模型一，模型一在考虑到观测中存在的系统偏差以及兼顾实用性的前提下，将线性的偏差校准模型耦合到现有的基于集合卡尔曼滤波和气象数据的土壤水数据同化方法中；当需要用较少的观测数据消除观测噪声影响时，采用模型二，模型二在考虑到观测中存在的系统偏差以及兼顾实用性的前提下，将线性的偏差校准模型耦合到现有的基于迭代型集合平滑和气象数据的土壤水数据同化方法中。本方法实现了观测校准的自动化。

摘要： 本发明公开了一种基于数据同化的多模型裂纹扩展实时预测方法，以标准试验件作为研究对象，考虑不确定性因素，采用数据同化方法中的粒子滤波算法为基本算法，实现裂纹扩展实时预测的功能，且考虑目前裂纹扩展研究方法的单一模型研究的不足，采用三个裂纹扩展模型以达到对裂纹扩展研究的全面性，结合数据同化算法实现多模型裂纹扩展实时预测；本发明采用新Metropolis‑Hastings方法对粒子滤波的重要性采样方法进行改进，改善滤波过程粒子多样性，提高裂纹扩展实时预测方法的准确性；同时通过贝叶斯方法将多模型的预测数据进行同化，更全面考虑裂纹扩展实际工况，提高对裂纹扩展实时预测的精度。

摘要： 本发明公开了一种兼容地基GNSS和掩星资料的电离层数据同化观测矩阵构建方法，包括如下步骤：步骤A，计算GNSS卫星‑接收机之间信号传播路径坐标：步骤B，计算信号传播路径与同化区域内离散化网格交叉面的纬度、经度和高度：步骤C，计算传播路径上的所有相交点的位置坐标：步骤D，构建电离层数据同化观测矩阵。本发明提供了的电离层数据同化观测矩阵构建方法，兼顾了地基GNSS和掩星的特点，特别考虑了掩星接收机与GNSS卫星传播路径上纬度和高度变化非单调递增或递减的关系，有效避免了观测矩阵构建过程中射线在网格内的截距求解误差，实现了数据同化观测矩阵的准确估计。

摘要： 本发明公开了一种基于多数据同化集合平滑刻画地下水简单面源信息的方法，包括以下步骤：确定可疑污染区范围、设置初始椭圆面源各信息参数初始值及观测数据同化次数；同化观测数据，结合污染物溶质运移模型并利用多数据同化集合平滑方法对各面源参数进行更新；循环上一过程直到设定的同化次数为止。本发明能够通过旋转椭圆近似刻画简单面源的位置、形状、污染物释放时间、释放时长以及释放浓度；仅需已知面源各参数的大致取值范围，就可通过同化状态变量的观测数据来识别污染源各信息参数；验证了多数据同化集合平滑在识别面源方面的可行性。

摘要： 本发明公开了一种利用数据同化改进的滑坡位移预测装置，其结构包括山体模型、检测装置、防护装置、测试滑块、倾斜面板，本发明进行使用时，测试滑块从倾斜面板上向下滚动会撞击在接收件上，接收件会将所受到的撞击力通过弹力球传导到传感器上，传感器会将受到的撞击力数据传送到电脑上，工作人员根据传感器的数据进行预测判断滑坡上测试滑块的位置移动，测试滑块向下滚动后会撞击在防护挡板，导电杆在防护挡板的带动下会向内活动，导电杆会与导电板相接，使得连通件内部与报警器相通电，使得报警器通电后会发出警报，有效提高设备的警示性。