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兰恒星课题组在地表灾害动力学研究方面取得进展

文章来源:  |  发布时间:2019-12-16  |  【打印】 【关闭

  

2019年度,兰恒星课题组在地表灾害动力学研究方面取得如下两个方面进展: 

    

1. 考虑块体异质性的滑坡运动GIS模拟模型 

    

  滑坡是我国最为普遍的地质灾害。特别是,高远程滑坡具有隐蔽性强,破坏力大,运动距离长凳特点,常常造成大量人员伤亡和财产损失。但是,由于其运动过程是非常复杂的,既有流体的运动,又有刚体的运动,常常很难估计其运动距离和破坏能量。现有的模型是基于传统的力学分析平台进行滑坡模拟,很难快速获取滑坡运移距离。此外,传统的模型和GIS平台的矢量和栅格数据结构耦合较为困难,造成传统模型很难在GIS平台上进行集成。 

      研究组针对复杂的滑坡运动过程,参考流体和刚体运动理论,基于GIS的数据结构,在传统的条柱法基础上,综合流体动力学和离散元两者的优点,建立了一种考虑滑坡内部异质性特征的滑坡运动模型。加入蒙特卡洛模拟,采用二阶段计算方法解决流固耦合的难题。为滑坡危险性评价提供了一种GIS分析工具。通过与前人的实验文章比对,该模型具有输入参数少,运算速度快,结果准确等特点。并具有刮产过程计算功能,使得新磨滑坡等实例模拟结果更接近真实的运动过程。 

      他们把传统复杂的滑坡模型耦合进GIS平台,为滑坡快速分析,提供了一种可能,为震后承载力评估、灾害范围预测提供了相关理论依据。 

    

2. 崩塌滚石运动学视频测量中的绝对尺度恢复 

    

  崩塌滚石是一种单个岩石沿斜坡高速向下滚落的现象。崩塌滚石因其高速和远程运移等特点,通常具有很大破坏性。构建崩塌滚石运动路径模拟模型,需要获取大量的崩塌滚石运动学数据,包括崩塌滚石在飞行中的平动速度和滚动速度。视频测量具有非植入、非接触、效率高和简便易行等优点,已被众多学者用于崩塌滚石运动学的测量。然而,目前的视频测量方法在前期工作上,依赖人工标记识别目标;在后期解算上,依赖目标的已知几何(包括形状和大小)。这使得试验必须使用已知几何的样品,进一步导致数据获取效率低。 

  研究人员在崩塌滚石运动学的视频测量基础上,提出一种基于自由落体运动定律约束进行SfM(Structure from Motion,运动恢复结构)几何重建绝对尺度恢复的方法。他们通过对试验样本进行几何重建来实现对试验样本的运动学测量。此方法所采用的运动学约束来源于相机和目标之间的相对自由落体运动。并且,这种相机和目标之间的相对自由落体运动直接由SFM几何重建获得。因此,此方法避免了外部传感器记录的相机运动不能代表相机透视中心的本质问题。试验表明,使用此方法所恢复的绝对尺度误差可达到5%以内。解决了以往利用视频(图片序列)进行几何重建的方法仅能实现目标形状的重建,而不能实现目标尺度(大小)的恢复的问题。 

  本研究首次利用自由落体运动定律对SfM几何重建进行了约束,进而实现了试验目标绝对几何尺度的恢复。使得试验不必使用已知几何(形状和大小)的样品,因此有助于提高崩塌滚石运动学测量和数据获取的效率。 

    

  相关论文发表在灾害领域分区排名第一的“Landslides”等杂志上。  

    

相关研究论文: 

  Wu Yuming(伍宇明), Lan Hengxing*(兰恒星), 2019. Landslide Analyst — a landslide propagation model considering block size heterogeneity. Landslides, 16(6), 1107–1120. https://doi.org/10.1007/s10346-019-01154-2 . 

    

  Li Langping(李郎平), Lan Hengxing*(兰恒星), 2019. Recovering absolute scale for Structure from Motion using the law of free fall. Optics and Laser Technology, 112, 514–523. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2018.11.045 .