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题名基于人工神经网络的黄土含水率光纤被动感测技术研究
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作者
郭旭辉
朱鸿鹄
吴冰
高宇新
胡乐乐
曹鼎峰
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机构
南京大学地球科学与工程学院
江苏省大地感知与控灾工程研究中心
中山大学土木工程学院
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出处
《岩土力学》
北大核心
2025年第2期653-664,共12页
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基金
国家重点研发计划课题(No.2023YFF1303501)
国家杰出青年科学基金(No.42225702)
国家自然科学基金面上项目(No.42077235)。
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文摘
土体含水率时空分布的精准监测对于岩土工程监测、地质灾害防治具有重要意义。针对被动分布式温度传感(passive distributed temperature sensing,简称PDTS)技术在监测土体含水率方面存在的局限性,引入斯皮尔曼相关性分析法,定量分析辐射、气温、升温速率、土体温度、含盐量与含水率之间的相关性,并结合误差反向传播网络(back propagation network,简称BP神经网络),建立了一个考虑水-热-盐综合作用的土体含水率被动感测模型,用以替代传统PDTS技术中复杂的数值迭代算法。此模型不仅扩展了PDTS技术的应用范围,还大幅提高了含水率预测的精度。在黄土高原开展了长期观测,利用原位观测数据验证了所提模型的有效性。分析结果表明:黄土含水率与其含盐量、温度之间的极强正相关关系可以实现深度上的互补,输入变量与含水率在2 m深度内存在显著的相关关系;模型可对黄土含水率进行精确预测,其均方根误差低于0.0068 m^(3)·m^(-3);模型误差主要来源于降雨及土体冻融效应,且整体上呈现出冬季小、夏季大的特征。研究内容为将PDTS技术应用于土体含水率监测提供了理论支持和实践参考,并揭示了黄土水盐运移机制。
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关键词
被动分布式温度传感(PDTS)
人工神经网络
含水率
水热盐运移
光纤布拉格光栅
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Keywords
passive distributed temperature sensing
artificial neural network
moisture content
hydrothermal-saline transport
fiber Bragg grating
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分类号
TU444
[建筑科学—岩土工程]
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题名地面塌陷分布式光纤监测技术研究综述(特邀)
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作者
任绪言
朱鸿鹄
高宇新
谭道远
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机构
南京大学地球科学与工程学院
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出处
《红外与激光工程》
2025年第4期233-253,共21页
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基金
国家自然科学基金项目(42225702,4241101112)。
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文摘
分布式光纤传感技术(DFOS)在地面塌陷监测中具有重要作用,能够实时监测地表沉降、裂隙发育及地下结构变形,为地质灾害预警和安全评估提供保障。文中通过系统阐述DFOS技术的基本原理及其相较于传统监测技术的性能优势,如抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高且可实现长距离连续监测,结合地面塌陷光纤监测技术研发、基于实测的塌陷灾变机理研究及地面塌陷光纤监测的工程应用研究,论证了该技术的适用性与创新价值。此外,文中还分析了DFOS技术在地面塌陷监测中的瓶颈问题,包括传感器适应性不足、解调稳定性与可靠性有限、智能化分析能力不足等,指出未来研究热点方向。
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关键词
分布式光纤传感(DFOS)
地面塌陷
变形
预警
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Keywords
Distributed Fiber Optic Sensing(DFOS)
ground collapse
deformation
early warning
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分类号
P694
[天文地球]
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