MODIS和降尺度TM数据反演叶面积指数相互验证中几何处理方法的研究

提出了利用MODIS产品中的几何信息,把经过几何校正的TM数据反演叶面积指数(LAI)模拟成具有MODIS成像几何的降尺度LAI,然后与MODIS数据反演LAI进行对比验证的几何处理方法.以江西千烟洲研究区为例,采用经验公式反演TM和MODIS数据以获得两个尺度的LAI图像,分别用本文提出的新方法和传统方法进行尺度转换和对比验证.由反射率和LAI散点图得:新方法能显著提高TM降尺度图像与MODIS对应区域图像像元的对应精度.并且,新方法对大倾角观测MODIS图像与TM图像之间像元对应关系的改善更明显.因此,本文提出的几何处理方法可以建立不同尺度的遥感数据间更为准确的像元对应关系,更适用于不同尺度遥感数据反演产品的相互验证.     

附加IRI模型约束的全球电离层建模及定位精度分析

采用载波相位平滑伪距的全球电离层建模方法,确定了添加国际参考电离层（IRI）模型约束和不同数据选取策略的有效性和必要性。实验分析表明,采用P₁、P₂原始双频观测数据并添加IRI模型约束后,部分历元电离层建模的整体效果得到了显著提高,在观测数据不足的区域内定位误差在北、东、高方向上分别减小了0.260 m、0.146 m和0.103 m,验证了该方法的有效性;将C₁观测值作为低精度数据取代缺失P₁观测值后,电离层建模的整体效果进一步提升,但损失了模型精度,在观测数据不足的区域内定位误差在北、东、高方向上分别增加0.524 m、0.111 m和1.549 m,说明了利用P₁、P₂双频观测数据的必要性。     

基于波谱数据库先验信息的地表参数同化反演方法

我国典型地物波谱数据库的构建为地表参数反演提供了先验信息,而时间序列遥感观测数据则能够提供反演目标参数的动态变化信息．文中将描述植被冠层反射的遥感辐射传输模型与描述作物生长变化的过程模型结合,提出了综合利用时间序列遥感观测数据和波谱库所提供的参数先验信息对农作物生长过程中的关键结构参数叶面积指数（LAI）进行反演的方法．时间序列遥感观测数据能为目标参数LAI的反演提供更多信息,而作物生长模型的引入则能够对反演过程中LAI的变化趋势进行约束．实验结果表明,利用地物波谱库中提供的参数先验信息结合时间序列遥感观测数据,采用变分数据同化算法可以明显提高具有时间变化特征的地表目标参数反演精度．     

基于卫星遥感降水反演产品在黄河源区的水文应用研究

多卫星遥感降水产品具有高时空分辨率、覆盖范围广等特点,弥补了传统地面观测时空上的局限性,并为无或缺资料地区提供新的数据来源。为评价TRMM 3B42-V7降水产品在地形复杂的高原山区的精度及适用性,以黄河源区为例,利用地面观测降雨站点对卫星数据的精度及适用性进行评估,并结合大尺度陆面分布式水文模型VIC进行水文模拟验证。研究结果表明:3B42-V7与地面观测站点的流域平均月降水之间的相关系数达到0.99;空间尺度上,流域尺度相关性优于网格尺度;时间尺度上,月尺度相关性较日尺度好。该产品可在一定程度上代替黄河源区的地面观测,但使用时需要根据实际情况对模型的参数重新率定。     

遥感地表参数反演中的一种不确定性知识处理方法

在基于贝叶斯网络的遥感参数反演模型中引入虚拟节点,提出不确定性知识表示与知识更新方法,推导了遥感反演中的参数后验信息更新公式.用北京顺义遥感实验的多尺度数据对冬小麦的叶面积指数和叶绿素面质量进行反演计算,验证了多知识源反演过程中不确定性知识对参数后验分布概率的调整模式.     

低精度ADC下大规模机器类通信中的 低复杂度信号检测算法

免授权大规模机器类通信(massive machine-type communication, mMTC)系统上行链路面临低分辨率量化、相关衰落信道以及机器类设备(machine-type device，MTD)活跃概率未知等实际挑战。针对上述问题，引入广义期望一致性(generalized expectation consistent, GEC)算法，然而GEC算法涉及高维矩阵求逆，其复杂度高达O(N³)，其中N为MTD数量。结合Woodbury公式与诺曼级数近似，并利用发射数据帧的结构稀疏性，提出了一种基于多测量矢量的近似广义期望一致性(approximate generalized expectation consistent multiple measurement vector, AGEC-MMV)算法，在mMTC系统中(基站天线数量M)，该算法能够规避GEC中的高维矩阵求逆，使其复杂度由O(N³)降至O(N²M)。仿真结果表明，所提AGEC-MMV算法能以较低复杂度取得接近GEC算法的性能，且在鲁棒性方面优于现有先进算法。     

基于自动监测和Sentinel-2影像的钦州湾溶解氧反演模型研究

钦州湾是广西近岸海域水质较差的区域,为及时了解钦州湾海域水质状况,本文借助遥感水质监测技术范围广、快速、连续、可视化程度高的优势,以高分辨率遥感卫星Sentinel-2影像数据为数据源,结合广西近岸海域自动监测数据,通过一元与多元,线性与非线性的回归分析方法建立钦州湾溶解氧浓度反演模型。研究表明,在构建的370个波段组合中,最佳波段组合分别是1/B3、lnB3/（lnB1+lnB2）和B3/（B1+B2）,其Pearson相关系数（R）分别为0.905 2,-0.897 0和-0.889 2。钦州湾溶解氧浓度反演模型中,逐步回归模型拥有最低的平均相对误差MRE （6.47%）,最低的均方根误差RMSE （0.584 5）,同时模型验证精度R²为0.654 3,稳定性较佳。本文突破了广西近岸海域传统监测的局限性,同时为钦州湾溶解氧遥感监测提供参考。     

多尺度超完备字典的飞机目标检测算法

天空背景的复杂性与飞机目标的多样性,对基于传统目标检测算法的飞机目标检测带来了巨大的挑战。按图像的稀疏表示理论,提出了多尺度超完备字典的飞机目标检测算法。算法综合了不同尺度下超完备字典各自的优点:利用低分辨率图像块学习小尺度字典,构造小尺度分类器,在低分辨率测试图像中完成前景粗检测;利用高分辨率图像块学习大尺度字典,构造大尺度分类器,在高分辨率测试图像中完成前景精检测;最后通过飞机图像块学习飞机目标字典,构造飞机目标分类器,完成前景目标分类。实验结果表明,算法能有效完成天空背景下的飞机目标检测任务,并在耗时、检测命中率、误检率等方面均有良好表现。     

森林叶面积指数遥感研究进展

介绍了叶面积指数(LAI)的不同定义,论述了LAI遥感定量估算的经验模型和物理模型.分析了森林LAI遥感定量反演和LAI多尺度问题的国内外研究进展.针对目前的研究进展和存在问题,就森林LAI遥感定量反演的研究趋势和方向进行了展望.     

基于多尺度超完备字典的飞机目标检测算法

天空背景的复杂性与飞机目标的多样性,对基于传统目标检测算法的飞机目标检测带来了巨大的挑战。本文基于图像的稀疏表示理论,提出了基于多尺度超完备字典的飞机目标检测算法。算法综合了不同尺度下超完备字典各自的优点：利用低分辨率图像块学习小尺度字典,构造小尺度分类器,在低分辨率测试图像中完成前景粗检测;利用高分辨率图像块学习大尺度字典,构造大尺度分类器,在高分辨率测试图像中完成前景精检测;最后通过飞机图像块学习飞机目标字典,构造飞机目标分类器,完成前景目标分类。实验结果表明,算法能有效完成天空背景下的飞机目标检测任务,时间开销与小尺度字典目标检测相当,但在精度上逼近大尺度字典目标检测。     

地表参量反演与遗传自组织神经元网络联合估算子像元地表温度

在热红外遥感成像模拟中,高空间分辨率的地表温度场景可以由中、低分辨率的热红外遥感数据估算得出。基于可见光 近红外数据反演的若干地表参量和低分辨率的地表温度数据,在二者间引入遗传自组织神经元网络,建立非线性像元分解方法,最终获得高空间分辨率的地表温度场景。利用ASTER卫星产品数据对该方法进行了验证,结果表明： 对于无法直接进行高分辨率地表温度反演,或缺少大量地表先验知识情况下,该方法只需利用两组遥感数据即可估算出不同地表覆盖下子像元地表温度,方法简便易行,精度较高,为快速模拟和估算高分辨率地表温度分布提供了一条新途径。最后对方法的估算精度、适用性及应用前景进行了探讨。     

台湾海峡及其邻近海域AVHRR遥感SST的初步验证

采用现场走航数据与站点观测数据分别对台湾海峡及其邻近海域的高(1.1 km、每天)、低(9 km、月平均)时空分辨率遥感AVHRR MCSST和PFSST产品进行检验.结果表明,MCSST和PFSST产品与两种现场资料在时空变化趋势上都有着很好的一致性,相关系数的平方(R2)在0.68以上.高分辨率MCSST精度为(0.11±0.97)℃,与美国沿岸海域验证精度相当,达到当前国际上利用NLSST算法反演LAC数据所能达到的水平.虽然低分辨率PFSST在探测强烈的温度梯度时存在不足,趋向于削弱实际的温度锋.但总体来看,AVHRR SST遥感数据可适用于分析台湾海峡及其邻近海域温度场的时间变动趋势及空间变化特征.     

壁面绿化及热效应对浅型街谷内污染物扩散与转化的影响研究

采用经风洞实验验证的CFD数值模型,就壁面绿化和热效应对浅型街谷内污染物扩散和NO_x-O₃光化学转化的影响开展研究。考虑了4种壁面受热模式以及4种叶面积密度的壁面绿化模式,并采用臭氧消耗率衡量光化学反应的剧烈程度。结果表明,壁面受热会改变街道峡谷内的流动结构,背风面受热和地面受热能够增加峡谷内顺时针旋涡的尺度,迎风面受热会削弱该旋涡的尺度,全壁面受热则会破坏旋涡结构。壁面绿化的设置能够有效降低峡谷内平均温度,促进峡谷内旋涡结构的重构,并且不同程度降低平均臭氧消耗率。因此,壁面绿化对缓解城市热岛效应和光化学污染具有积极的意义。     

一维速度结构的地震波全波形反演理论测试

为了验证地震学研究中全波形反演方法的有效性, 并研究其收敛特点, 编写基于共轭梯度法的一维地震波全波形反演程序。首先使用单个震源和台站反演出一维非均匀速度结构, 然后通过改变此过程中的各个条件, 讨论不同因素对反演结果的影响。结果显示, 全波形反演在数据较好的情况下能够得到很精确的反演结果; 震源和台站是影响反演的最主要因素; 多尺度反演以及更好的初始模型能够有效地提高反演的稳定性; 观测数据的噪声可使结果产生小尺度的波动, 但在大尺度上对结果的影响相对较小。     

基于模拟退火的多尺度岩心三维图像融合重建

在岩心图像分析中,低分辨率岩心图像能够显示较大视域,具有较好的全局代表性,而对于低尺度信息无法准确表征;高分辨率岩心图像能够准确地表征岩心的低尺度信息,但通常仅能显示较小的视域.为了能综合分析高低分辨率下的不同岩心图像,本研究提出了一种基于模拟退火,将低分辨率三维岩心图像和高分辨率二维岩心图像融合重建为高分辨率三维岩心的算法.具体地,对于给定的高分辨率二维岩心图像,首先,将低分辨率三维岩心图像进行插值放大以统一两者的点长度,统计二者在二维中的孔隙分布情况,只保留高分辨率二维岩心图像中的小尺寸孔隙,以作为训练图像;然后,在融合重建过程中将低分辨率三维岩心中的大尺寸孔隙相设置为硬数据,以两点相关函数为目标函数重建其中的小尺寸孔隙.实验结果表明,本研究提出的融合重建算法可以很好的将低分辨率岩心重建为高分辨率岩心结构,且融合重建结果有效,准确.     

空间l2(Z×Z)上正交小波基的频域特征刻画与算法

小波基的频域特征刻画有助于小波基的构造。首先给出了函数空间l²(Z×Z)上正交小波基的频域特征刻画，再根据正交小波基的频域特征刻画，可以容易验证：一维空间的两个正交小波基的乘积是二维空间的正交小波基。最后还给出了完美重构条件以及快速分解重构算法。     

北京地区大气气溶胶的激光雷达观测及反演算法研究

利用微脉冲激光雷达在北京地区的观测,研究两种避开利用高空信号的反演算法。算法一,根据Fernald的反演算法把边界取在混合层中间某处,并结合太阳光度计的观测进行反演。通过激光雷达与同一地点自动气象站的地面观测比较验证了反演结果,表明该方案用于激光雷达的气溶胶消光系数反演是可行的。算法二,由于激光雷达近端处的信号和地面气溶胶消光系数线性相关,从而利用地面气溶胶观测数据反演雷达常数和观测期间气溶胶平均后向散射比,结果与第一种方案一致,表明利用该方法反演是可行的。最后利用这次激光雷达的观测,分析北京地区冬季一次西伯利亚高压过境时的气溶胶演变过程,将激光雷达观测与南郊观测站地面观测进行比较,并验证了激光雷达的反演结果和算法的可靠性。     

GPM DPR雷达联合地面S波段雷达反演雨滴谱

针对GPM-CO DPR观测数据反演雨滴谱算法中存在的双值问题, 提出通过匹配地面S波段天气雷达与GPM-CO DPR观测数据, 为双值问题提供判断依据的方法。在建立反演查算方法的基础上, 利用雷达仿真程序Quickbeam进行算法的理论验证, 并使用观测数据进行实例验证。理论验证的结果表明, 反演结果数据和输入数据的相关系数达到0.99以上; 实例验证的结果显示, 利用此反演算法得到的雨滴谱可以反映降水过程中雨滴粒径的分布情况, 在一定程度上解决双值问题。     

北京地区大气气溶胶的激光雷达观测及反演算法研究

利用微脉冲激光雷达在北京地区的观测, 研究两种避开利用高空信号的反演算法。算法一,根据Fernald的反演算法把边界取在混合层中间某处, 并结合太阳光度计的观测进行反演。通过激光雷达与同一地点自动气象站的地面观测比较验证了反演结果, 表明该方案用于激光雷达的气溶胶消光系数反演是可行的。算法二,由于激光雷达近端处的信号和地面气溶胶消光系数线性相关, 从而利用地面气溶胶观测数据反演雷达常数和观测期间气溶胶平均后向散射比, 结果与第一种方案一致, 表明利用该方法反演是可行的。最后利用这次激光雷达的观测, 分析北京地区冬季一次西伯利亚高压过境时的气溶胶演变过程, 将激光雷达观测与南郊观测站地面观测进行比较, 并验证了激光雷达的反演结果和算法的可靠性。     

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。