玛纳斯河流域积雪遥感地面同步观测

积雪作为冰冻圈主要组成部分,是全球能量和水循环的重要环节.利用卫星遥感技术获取的高时空分辨率的积雪分布和状态信息对寒区水资源管理、经济发展和社会稳定具有重要意义.目前,利用高分辨率光学和合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)卫星数据能够实现积雪覆盖范围的识别和雪层物化参数的反演,但识别和反演的精度在高寒山区条件下受地形影响严重.为改进现有识别和反演模型在山区条件下的适应性,以新疆天山北坡玛纳斯河流域为研究区,分别在2013年冬季积雪期和2014年春季融雪期进行了两次与SAR卫星同步的野外积雪观测,为山区积雪识别和积雪参数反演获取了地面实测光谱和积雪参数数据.对两次积雪观测的目的、方法和初步结果进行介绍.观测初步结果显示了积雪在研究区内空间分布不均一,季节性差异性明显,为后续通过高分辨率遥感手段获取山区积雪参数时间和空间变异性提供了基础.     

基于GF-1 WFV影像的浑河悬浮物浓度和浊度遥感反演研究

综合利用高分一号(GF-1)卫星WFV影像和地面同步水质实测数据,以沈阳浑河为实验区,分别建立悬浮物浓度和浊度反演经验模型。经验证分析GF-1WFV数据可有效反映浑河悬浮物浓度和浊度,且反演精度较好,结果均符合常规水质监测规律。同时基于浊度数据模拟的悬浮物浓度也具有较高的精度,拟合度达到0.68,可为今后简化浑河悬浮物浓度反演流程提供经验。将反演模型应用于GF-1卫星WFV数据,得到2016年9月浑河悬浮物浓度和浊度分布图,反映了浑河流域悬浮物浓度和浊度的空间变化规律。对GF-1卫星WFV数据和Thermo便携式浊度计综合运用进行中小尺度河流水质遥感监测有一定的参考价值。     

基于MODIS数据的地面颗粒物浓度估算方法

提出了一种基于卫星遥感数据的近地面颗粒物质量浓度(PM值)估计方法 .采用Terra/MODIS卫星数据和基于连续两天MODIS数据的气溶胶光学厚度反演算法,反演出无锡地区的气溶胶光学厚度;再利用所反演的气溶胶光学厚度与地面实测颗粒物质量浓度数据进行分析,得出颗粒物质量浓度的大小分布范围与气溶胶光学厚度的关系模型;进一步利用研究区域中地面站点监测到的颗粒质量浓度数据对估算结果进行评估.结果表明该方法所估算的PM值与地面实测数据具有较好的相关性,且地面监测的颗粒物质量浓度均分布在卫星遥感数据所估算的范围之内.本研究证明了MODIS卫星数据监测地面颗粒物质量浓度的可行性,为近地面PM值的估算提供了有效手段.     

基于GF-1遥感数据的大兴安岭林区雪水当量反演

【目的】以Landsat-8卫星数据为对照,探索国产GF-1卫星数据对林区积雪特征的估测能力,实现基于国产卫星对东北林区雪水水文过程的监测。【方法】以大兴安岭北部林区为研究区,结合同期的地面雪水当量野外观测数据,利用偏最小二乘回归与BP神经网络两种方法建立线性与非线性雪水当量反演模型。通过平均均方根误差(E_(RMSE))、平均相对均方根误差(r_(RMSE))和平均估测精度这3个评价指标对所建模型进行对比评价。同时,利用两种遥感数据建立的最优模型对研究区内雪水当量分布特征进行反演,并对反演结果进行对比分析。【结果】基于GF-1数据所建立的线性与非线性模型性能均略低于以Landsat-8数据构建的模型,其中GF-1数据最优反演模型精度为80.3%,较Landsat-8反演模型低1.6%;基于GF-1数据反演的雪水当量值与Landsat-8的基本相同;两类遥感数据反演得到的雪水当量在空间分布特征上基本一致,均反映了雪水当量与地形、植被及土地利用类型的高度相关性;由于山地林区植被和地形复杂,并且春季升温过程中地面积雪日消融速率快,GF-1数据以其高空间与时间分辨率上的优势能够更好地对研究区雪水水文过程进行监测。【结论】国产GF-1卫星能够替代Landsat-8卫星成为对大兴安岭北部林区雪水水文过程监测的遥感数据源。     

基于卫星气溶胶光学厚度反演地面能见度算法的研究

为了获得大范围的能见度空间分布信息, 提出一种把MODIS卫星气溶胶光学厚度陆面产品转化为地面能见度分布的反演算法。该算法以 CALIPSO卫星的气溶胶标高为更新观测值, 以GEOS-Chem模拟的气溶胶标高场为背景场, 通过最优插值的资料同化方法, 将两者整合成误差更小的气溶胶标高分析场, 然后通过气溶胶标高分析场, 把MODIS卫星气溶胶光学厚度转化为地面能见度。与中国地区地面气象多年观测资料的对比结果表明, 反演能见度与观测能见度之间, 点对点的月相关系数可达0.5以上, 两者多年的逐月变化趋势与地域分布形势较为一致。     

阿拉善右旗一次雾霾天气成因分析

利用天气形势和地面气象要素、相关回归分析方法及雾霾期间浓度值,对2018年10月19日至21日发生在阿拉善右旗的一次雾霾天气进行了分析。得出结论:霾期间天气形势,右旗处于偏西或西南气流影响,且有暖平流输送,空气相对干燥,地面处于高压区底部,非常有利于霾的形成。雾期间地面条件能见度低,19日夜间的降水可以提供充足水汽,因而相对湿度大,霾就会转化成雾,大雾期间温度和露点温度接近于一点,气温较低,雾霾期间风速呈静风状态,地面条件利于雾霾的形成。能见度和相对湿度作相关回归分析来看,呈现明显负相关。雾霾期间PM_(10)、SO_2、NO_2浓度值超标,属于重度污染。     

基于图像自适应增强的轻量级雾天车牌检测和识别算法

针对雾天图像降质带来的车牌识别难题,提出一种采用图像自适应增强的轻量级车牌检测和识别算法。以目标检测网络YOLOv5s和车牌识别网络LPRNet为基础,设计一个改进的图像自适应增强模块级联于YOLOv5s之前,并引入混合注意力(SA)机制改进LPRNet。图像自适应增强模块由带参数的图像去雾和纹理增强模块以及自适应参数预测模块组成。自适应参数预测模块是轻量级卷积神经网络,与YOLOv5s联合训练,为不同程度的带雾图像自动提供合适的去雾和纹理增强参数以获得更准确的车牌检测结果。利用车牌位置的真实标签和实际检测结果,采用混合注意力机制和迁移学习策略得到最终的SA-LPRNet模型,缓解识别模型对检测结果的敏感性以获得更高的车牌识别准确率。在合成的雾天车牌数据集上的实验结果表明：本文算法对雾天车牌检测的mAP@0.5-0.95指标达到70.6%,车牌识别准确率达到93.5%,优于对比算法,且识别速度满足实时性要求。     

一种基于AMSR-E和ASAR数据的土壤水分协同反演方法

在缺乏卫星过境时地面同步观测数据的情况下, 大范围高时空分辨率的土壤水分监测存在一定的困难。针对这一问题, 提出一种不依赖地面土壤水分同步观测数据的主、被动微波协同反演逐日高空间分辨率的土壤水分观测新方法。该方法将补偿后的 AMSR-E 土壤水分作为“高时间分辨率土壤水分观测控制值”, 以此计算逐日土壤水分变化量, 并结合 ASAR 交替极化模式数据, 反演高空间分辨率的土壤水分基准日期值, 然后基于两者建立土壤水分协同反演模型。该模型适用于地势比较平坦、地表粗糙度较小且无植被覆盖或植被覆盖度较低的区域。在陕西省渭北台塬西部地区的试验结果表明: 该方法参数拟合的决定系数约为0.81; 反演得到的土壤水分与凤翔县农业气象站地面实测土壤湿度数据对比, 两者的决定系数为 0.92, 土壤体积含水量的均方根误差为0.025。反演结果可用于水分限制条件下作物生长模拟。     

碳核查遥感技术体系研究

主要研究内容:(1)制定实验场地设置标准规范、数据采集仪器和方法标准规范、生态系统抽样技术标准规范、植物生物量测定标准规范和固定样地选择标准规范、元数据标准规范以及数据交换标准规范、数据和模型质量检查与控制标准规范、数据和模型更新标准规范,在发展高精度高速度曲面建模(HASM)方法快速算法和智能化准则基础上(这里的"曲面"是碳源汇空间分布的数学抽象表达),构建以全局性近似数据为驱动场,以局地高精度数据为优化控制条件的碳源汇模拟系统,并利用地面实测数据和碳卫星载荷航飞实验数据验证模拟系统的精度和可靠性。(2)发展高分辨率卫星土地覆盖类型识别方法,产生示范区的土地利用和植被分类图;在光能利用率模型的基础上,建立全遥感驱动的水分和温度限制方程,反演普适的最大光能利用率参数,构建遥感反演算法和生态系统呼吸遥感机理模型,利用碳卫星反演的区域粗分辨率陆气碳通量数据,进行空间分辨率转换,与遥感机理模型反演的中高分辨率的碳通量结果,以及碳卫星载荷航飞实验数据进行比较研究,检验三者在实验区的差异。(3)采用点、线、面、体相结合的观测方式,基于遥感技术和无线传感网技术构建城市碳排放多层次、动态、立体监测网络,对城市碳排放进行多尺度、全方位观测;针对不同的组织类型,以组织碳排放地基监测数据、碳卫星反演数据为基础,综合运用源解析模型、大气扩散模型、GIS空间关联方法等技术手段,对城市组织碳排放特征进行评价,编写城市碳核查技术规范报告。(4)研究典型森林生态系统碳观测与分析技术、碳储量综合观测与模拟技术,编制森林生态系统碳储量测算规程,开展碳核查数据获取、处理,整合,结合碳卫星载荷航飞实验数据,建立碳核查验证数据库,为我国典型森林生态区域碳排放可测量、可核查、可报告提供技术支撑。研究目标:建立HASM优化控制条件标准规范和驱动场标准规范,发展HASM方法的快速算法和智能化准则,构建以全局性近似数据为驱动场、以局地高精度数据为优化控制条件的碳源汇模拟系统;开展基于组织碳循环模型及其与碳卫星数据比对研究;在组织尺度遥感碳核查技术体系研究的基础上,选择吉林省(中国中部)、苏州市、珠海市(中国东部)、江西省(中国中部)和内蒙古大兴安岭样区典型森林生态系统(中国西部)实验示范区,结合碳卫星载荷航飞实验数据,实现3 km×3 km空间分辨率碳通量和碳源汇模拟分析。     

利用遥感数据反演长江三角洲瞬时地表反照率的研究

利用极轨气象卫星遥感影像处理软件挑选出无云的长江三角洲地区的NOAA-AVHRR影像数据,对该数据应用Liang（2000）算法进行瞬时地表反照率的反演,从中提取出不同下垫面的反照率,并与已有的研究结果进行对比.结果显示,各主要下垫面的卫星反演结果基本在地面观测和已有的结果范围之内,反演精度比较高,可为如何利用热红外遥感数据有效进行区域性或全球性的大范围地表反照率的反演提供科学依据.     

高速公路团雾视频监测预警研究

摘要：随着高速公路建设发展，运行车辆的增加，高速公路团雾天气常造成重大交通事故。高速公路团雾监测预警工作尚未开展，为推进团雾分级预警相关标准实施、减少交通事故，利用公路沿线发光目标物的视频图像分析、前散式能见度仪资料校验，基于大气衰减定律，探究水平能见度与发光目标物光亮度参数的关系。结果表明：（1）公路团雾天气水平能见度与发光目标物光亮度参数之间存在显著相关性。（2）水平能见度与发光目标物光亮度部分参数存在线性关系，并可建立线性回归模型。（3）结合“高速公路团雾预警等级”标准，可对高速公路团雾天气进行分级预警。（4）使用高速公路团雾视频监测预警平台可向交通运营、管理部门、交通参与人发布团雾分级预警信息。（5）发光目标物团雾视频图像监测预警方法具有科学性、创新性、可行性，可实现连续监测预警。发光目标物视频分析技术与GIS分析技术、GMS导航技术相结合，将形成及时、准确的高速公路团雾分级预警体系。视频图像团雾监测预警模型将会成为高速公路团雾监测预警的主要手段之一。     

天气现象影响公路低能见度的特征

 公路能见度的优劣与气象条件密切相关,影响公路能见度的天气现象主要有雨、雪、雾、霾、沙尘等。本研究利用全国间隔为5km的气象站2002年9月至2010年3月逐日地面气象观测资料,以及全国2413个自动气象站2008年1月1日至12月31日逐小时能见度及地面气象观测资料,分析了天气现象对公路能见度的影响。根据高速公路上行驶车辆对能见度的要求,结合中国大陆地区的实际情况,确定低能见度范围是水平能见度距离小于1000m,考虑到不同距离的低能见度对交通运输造成的影响程度不同,将低能见度划分为3个等级。利用统计学方法分析了影响高速公路的天气现象(雨、雪、雾、沙尘)的时空分布特征,以及全国1h降水与能见度的相关关系。研究结果表明,不同天气现象影响低能见度的时段不同;影响公路低能见度的主要天气现象中,就影响程度而言,雾对低能见度的影响最大;从影响范围上,各区域有所不同,新疆南疆盆地、内蒙古西部、青海北部等地区主要受沙尘影响,东北、华北、西南等地受雨雪影响较大,江南和华南等地主要受降雨影响。     

雾天高速公路交通事故的特征及与能见度的关系

 从全国雾天交通事故多发的10条高速公路路段中选取交通气象观测条件较好的4条路段作为研究对象，主要研究了雾天交通事故的特征，并通过雾天交通事故与能见度的关系分析，定量研究了交通事故在不同能见度区间的分布规律。与晴天交通事故相比，雾天交通事故后果更为严重，伤亡率明显增加。事故类型以撞固定物和刮擦为主。雾天事故中，肇事车辆为重型货车、中型货车和大型客车的比例比晴天增加。雾天事故的原因主要有在同车道行驶未按规定与前车保持安全距离、操作不当、低能见度下不按规定行驶。统计表明，雾天交通事故主要发生在秋冬季节的凌晨至早上时段，事故高峰期为早上7∶00左右，这与大雾日数的时间分布具有较高的一致性。70%~90%的雾天交通事故发生在能见度低于1 km的情况下，其中能见度低于100 m的区间内比例最高，为25%~50%。能见度低于1 km时，交通事故发生的概率密度随能见度增加而减小，尤其当能见度低于300 m时，交通事故发生的概率出现突发性增长，当能见度低于100 m，交通事故发生的概率密度增长到30%左右。根据交通事故在不同能见度区间的分布，将能见度对交通安全的影响划分为4个等级，实现了气象能见度到交通安全等级的转化，可为交管部门制定雾天交通事故防范对策，以及气象部门开展交通气象服务提供科学依据。     

基于FY2E可见光波段的北部湾白天海雾检测

利用2012年国产FY2-E静止卫星数据,结合地面能见度观测资料,分析北部湾地区晴天海雾、云、洋面的辐射性质、光谱及纹理特征,利用面向对象分类方法对白天海雾进行检测提取。结果表明:FY2-E卫星影像对北部湾地区晴天海雾的区分度较高,其光谱及纹理特性与洋面、中高云多无交叠现象;但大雾与低云区有部分混淆。利用面向对象分类方法,在选择合适分割尺度的基础上根据光谱Spectral_Mean和纹理Texture_Mean两个影像特征可将海雾进行有效分离。精度分析结果表明,2012年全年晴空海雾监测误警率为9.1%,命中率为76.9%,成功指标为71.4%,总体监测效果较理想。     

江苏省沿海高速公路雾的时空变化特征研究*

利用江苏省沿海高速公路2012年6月~2014年5月逐分钟AWMS实时监测数据,按能见度大小和物理成因对雾的发生过程进行分类统计,分析了它们的时空变化特征,探讨了造成各种时空分布差异的原因。研究结果表明:1江苏省沿海高速公路不同浓度雾的日、年变化特征相似,一天中各种浓度雾均出现在夜间的21时~次日凌晨07时之间,消失在凌晨05时~上午09时之间,持续时长由长到短依次为:重浓雾、浓雾、大雾和雾;一年中,夏季和秋季是各种浓度雾的重发和多发季节;2局地地理环境差异对不同地段雾日数的分布有着明显的影响,不同浓度雾的发生频次在空间分布上也有明显差异,能见度为1 000~500 m、500~200 m和200~50 m三种浓度雾的多发区均在公路北段;而能见度小于等于50 m的重浓雾频发区出现在高速公路中段;3不同物理成因导致的各类雾的发生频次和时间分布有明显的差异。团雾出现频次最多,辐射雾次之,蒸发雾最少;一天中,团雾出现的时间覆盖范围最宽,平流雾次之,锋面雾最窄;消失的时间跨度为团雾最大,平流雾次之,蒸发雾最窄;持续时间为混合雾最长,锋面雾次之,团雾最短;团雾的频发季节为夏季,辐射雾的多发季节为秋季,平流雾在冬季出现概率最高;4辐射雾多发于北部地区,平流雾多发于南部地区,团雾的空间分布比较复杂,与江苏沿海地区复杂的地形分布有关。     

高速公路雾天安全管理系统

以沪宁高速雾天安全管理为依托，基于雾天交通安全管制决策模型、高速公路雾天安全保障方案和地理信息系统、信息管理等应用技术，开发建立了高速公路雾天安全管理系统．系统由雾情监测与信息采集、基于GIS的数据库管理、雾情预警与安全管理决策支持、雾情发布等子系统组成，可实现雾天高速公路交通管制、路网交通流协调与应急处理等功能．并在系统开发过程中，提出了管理单元划分原则、能见度采集设备布设原则和可变信息发布设施布设原则．     

排水管道图像雾气及光斑干扰去除方法研究

近年来,管道内窥摄像检测是常用的排水管道缺陷检测技术,由于大部分管道内部具有一定污水充满度,管道图像往往存在白雾以及光斑等干扰,影响图像缺陷的识别和解译,为此,提出了一种排水管道图像雾气及光斑干扰去除方法,首先结合管道雾气特征,构建暗通道先验算法去雾,针对去雾后的色偏问题,使用一种多尺度Retinex色偏恢复算法,最后改进二维伽马函数,通过降低镜头污染,实现对图像光斑的压制。实验结果表明,该方法能有效去除排水管道内视频图像中的雾气和光斑的干扰问题,提高排水管道图像的可视度、对比度和清晰度,从而提高排水管道病害解译准确度。     

辅助驾驶系统中浓雾天识别方法分析

辅助驾驶系统中通过计算能见度信息对雾天进行识别的方法存在一定的局限性。针对此问题,利用机器学习方法设计了可用于辅助驾驶系统的浓雾天识别算法,避免了基于能见度识别雾天的局限性。首先建立了基于驾驶场景的图像训练集;然后基于卷积神经网络和胶囊网络分别设计卷积神经网络-浓雾识别(convolutional neural networks-dense fog recognition, CNN-DFR10)和胶囊网络-浓雾识别(capsule networks-dense fog recognition, CN-DFR5)两种浓雾天识别算法模型,算法模型通过设置概率阈值的方法对天气类型进行区分,不同的概率值范围对应不同的天气类型。最后对比分析CNN-DFR10和CN-DFR5在浓雾天、雨天、阴天和晴朗天4种天气类型中的测试结果。结果表明:CNN-DFR10算法对天气的识别准确率为86.9%,CN-DFR5算法的识别准确率为97.5%,后一种算法比前者能够更有效地从4种天气类型图像中区分出浓雾天和非浓雾天。     

基于数字摄像的双目标法测量夜间能见度

利用数码相机拍摄图像,模拟人眼对能见度进行测量是最理想的道路能见度探测方法,它具有极强的实用价值。本文介描述了基于数字摄像的双目标法测量夜间能见度。所谓双目标法就是利用数码相机拍摄地平线附近的两个距离不同的目标物(这里采用的是两个路灯),并将这两个目标物呈现在同一张图像上。这样保证了拍摄的两个目标不会存在时间的差异。该方法消除了大气消光系数、亮度阈值的测量,从而使得夜间能见度的测量变得简单可行。并且将测量的结果与气象局发布的能见度值进行了比较。     

大气对星载盐度计辐射传输特性及盐度反演的影响研究

利用MPM93模型, 根据微波辐射传输方程, 仿真不同天气情况下的L波段大气辐射参数及盐度计观测亮温, 并用最大似然估计法反演海表盐度, 研究不同天气情况对海表盐度反演值的影响。仿真结果表明: 考虑了悬浮液滴影响的云、雾及霾情形的大气辐射参数与晴空时差别不大, 可以忽略天气的影响。然而, 降雨对大气辐射参数的影响不可忽略, 并且随着降雨率的增加, 盐度反演误差明显增大。在降雨率不变的情况下, 盐度反演误差随着海表温度增加而减小, 在盐度低值时误差较小。盐度反演误差随海表气温的升高呈现先变大后变小的趋势, 受海面风速、海面气压以及海面水汽密度的影响极小。