HJ-1B卫星遥感数据在重庆市城市热环境监测的应用分析

本文以MODIS反演大气透射率,以HJ-1B/CCD分类结果反演地表比辐射率,并基于单窗算法,利用HJ-1B/IRS4数据反演地表温度.在此基础上,提取研究区的热场变异指数来分析重庆热岛空间分布特征,并就NDVI与NDBI对热岛效应的影响进行了分析.其结果如下:1)重庆城市热岛大致位于中梁山、铜锣山之间,呈东北、西南走向分布;2)热岛中心不在市中心,而是集中在大渡口工业园区、江北机场这些能耗大、人口密集区域,热岛强度范围在5?C-10?C之间;3)接近长江、嘉陵江水域的建筑用地密集区域,其热岛效应并不明显;4)NDVI与热岛强度呈负相关关系,NDBI与热岛强度呈现较为明显的正相关关系,二者对热岛都有重要影响,而NDBI的影响更大.因此,利用HJ-1B数据监测城市热环境,能较好地揭示重庆城市热岛空间分布特征,为城市环境监测与改善提供参考.     

星敏感器高精度星点提取系统误差分析及补偿方法研究

星点质心位置提取系统误差是影响星敏感器姿态测量精度的重要因素, 从理论上提出这种误差的来源、大小和物理机制, 能够为进一步提高星敏感器精度提供有效的帮助.根据星点质心提取的物理过程, 分析误差的来源和大小, 利用频域分析方法, 从采样频率限制及采样窗口限制2 个角度出发对星点图像亚像元质心提取系统误差进行了理论分析, 导出了亚像元质心提取系统误差的解析表达式, 得到该系统误差与像点高斯半径、像点的真实位置及采样窗口像元数量的函数关系, 并在此基础上提出了以像点高斯半径为参数的误差补偿方法. 研究表明, 在进行了误差补偿后, 像点高斯半径在0.2~1.4 像元范围内, 3 像元窗口质心提取残余误差小于2×10^-3像元, 而5 像元窗口质心提取残余误差小于2×10^-4像元.     

基于自适应尺度的遥感影像渐进配准

图像配准是遥感图像处理中的基本问题.本文针对多源多时相遥感影像的特点,提出了一种基于自适应尺度的渐进配准方法,在从粗到细的迭代配准过程中,可以通过上一次配准结果的几何定位误差来确定本次匹配的尺度,并按该尺度提取特征角点和特征邻域进行匹配,与常规金字塔渐进配准方法相比,减少了匹配次数,提高了配准效率.另外,特征提取和匹配过程中提出一种基于Harris-Laplace算法和相位相关算法的遥感影像配准算法,利用Harris-Laplace角点代替原始图像,能够综合区域和特征的优点,对亚像元偏移、旋转、尺度变化具有不变性,同时对对比度和灰度的变化不敏感,具有很强的抗噪性.在特征检测和匹配的过程中采用限定搜索区域、抽稀角点等多种优化策略来提高算法的性能.实验证明,算法具有很好的精度,对几何攻击具有很好的鲁棒性,该算法已经应用于CBERS-02B星3级数据的批量自动化生产,具有很好的应用效果.     

基于图论的多尺度特征点匹配

文中针对在视觉测量系统中双目立体视觉特征点同名点匹配问题,提出基于图论的稀疏特征点全局匹配算法.首先,提出多尺度特征点提取算法来获得特征点的准确位置.算法引入多尺度小波变换,利用变换后的系数构建自相关矩阵从而进一步确定特征点的位置.然后,根据图理论将提取的稀疏特征点构建一个图,从而使特征点匹配问题转化为可用能量最小化方法解决的图的标记问题.此多尺度特征点全局匹配算法利用多尺度分析来提高匹配精度,并且利用特征点构建图降低了图的规模,同时根据极线约束选择潜在视差值进行计算,降低了计算量.实验结果表明此算法可获得精确的匹配结果.     

尺度效应及几何光学模型用于尺度纠正

是“非同温黑体表面上普朗克定律的尺度效应”一文的续篇．一方面更详细地举例说明了尺度效应的一般性,并进一步将Ｐｌａｎｃｋ定律的尺度纠正推广到一般的非同温三维结构非黑体表面,对其热辐射在像元尺度上的方向性和波谱特征建立了概念模型．这一概念模型也是李．Ｓｔｒａｈｌｅｒ．Ｆｒｉｅｄｌ概念模型的进一步完善和逻辑发展,即用像元尺度上的统计参数,即组分温度的方差及其与材料发射率的协方差来纠正 Ｐｌａｎｃｋ定律,而不再要求使用亚像元尺度上的参数,实现了前文建议两个进一步工作中的第１个．     

基于混合像元分解的遥感图像融合实用算法

传统的图像融合算法,如IHS变换、合成变量比、主成分替换等方法所得到的融合图像通常存在不同程度的光谱扭曲现象.一种基于混合像元分解的图像融合算法(FSMA)可以很好地保持图像的光谱信息,但该算法仅在以终端端元为先验知识的模拟数据中得到了成功的应用.分析表明,由于全色波段与多光谱波段光谱响应函数不同以及多光谱波段通常不能覆盖整个全色范围,原有的FSMA算法并不能直接应用到真实遥感数据中.文中提出了一种改进的基于混合像元分解的图像融合算法(IFSMA).该算法通过重构原有算法中优化问题的目标函数,降低了对利用多光谱数据模拟全色波段亮度值的难度,使得基于混合像元分解的图像融合算法可以推广应用到真实遥感数据中.实验结果表明,IFSMA算法在光谱信息和空间信息的保持方面均优于IHS变换、合成变量比、主成分替换以及原有的FSMA等算法.     

用CBERS-02卫星和MODIS数据联合反演地表蒸散通量

用低分辨率遥感数据计算地表蒸散通量时, 如何减小空间尺度误差是需要考虑的重要问题. 在用MODIS数据计算蒸散时尝试加入高分辨率中巴资源卫星CBERS-02提供的地表分类图像, 根据此分类信息在每个MODIS 1 km像元内统计各种地表类型所占的面积比例, 并分别计算各亚像元的热量通量, 然后用面积权重平均的方法得到MODIS像元的热量通量. 结果表明, 将CBERS高分辨率地表分类数据和MODIS低分辨率遥感数据结合, MODIS 1 km混合像元的土壤热通量、显热通量和潜热通量都有所改变. 进一步分析这种变化产生的原因, 结合地面实验观测数据的验证, 作者推断, 经过处理以后, 混合像元的显热通量和潜热通量的误差都有所减小.     

基于距离的数据流离群点快速检测

提出了快速的基于距离的数据流离群点检测算法.该算法使用滑动窗口模型处理数据流,并利用向量内积不等式进行剪枝,在保证正确性的前提下,显著的提高了执行效率.实验表明,该算法是有效可行的.     

东亚赤道异常区电离层结构与扰动的CT成像

介绍东经 12 0°低纬电离层CT实验及CT重建结果 .提出一种改进的电离层CT算法 .该算法通过联合使用差分Doppler相位和差分Doppler频率数据 ,把相位积分常数估算融入重建过程之中 .CT重建结果发现 ,赤道异常峰电子密度等值线沿磁力线倾斜 ;峰位置逐日变化时 ,倾斜程度也随之改变 ,使峰电子密度等值线仍沿磁力线 ;峰朝赤道的运动通常伴随峰区展宽 .此外 ,对一次中等强度磁暴期间电离层响应的分析发现 ,在赤道异常峰区 ,磁暴急始之后 2 0min出现电子密度的深度耗空 ,这种耗空遍及从底到顶的整个F区 .结果表明 ,电离层CT技术在研究电离层赤道异常的动力过程、电离层行扰和不规则结构的时空演变以及暴时电离层响应等方面具有重要的应用价值与前景 .     

在线焊接管道设计压力的影响因素

提出了预测在线焊接管道设计压力及烧穿的方法. 运用有限元法对不同参数下在线焊接时的温度场进行了数值模拟, 内部介质流动对焊接温度场的影响通过确定介质与管壁间的换热系数来考虑, 并根据温度计算结果, 获得了管道的剩余强度因子和设计压力, 进而判定管壁是否烧穿. 研究表明: 在线焊接管道的设计压力随着焊接热输入的增大而降低, 当热输入增大到一定程度时, 曲线趋于平缓; 随着流速的增大, 在线焊接管道的剩余强度因子及所能承受的设计压力呈上升趋势, 且在一定范围内增大明显, 故应充分利用该流速变化范围的特点以确定最佳施工条件; 剩余强度因子随着壁厚的增加而升高, 当壁厚增大到一定程度时, 在线焊接管道的剩余强度因子增大速度减缓, 此后继续增加壁厚, 则对材料的利用率有所下降. 根据设计压力与各参数的关系曲线可以获得安全操作条件.     

基于角度不变的线阵推扫式CCD相机几何畸变在轨检校方法

对航天遥感相机进行在轨检校,是提高卫星产品质量,扩大产品应用效果的重要技术内容.文中研究了一种基于角度不变的线阵推扫式CCD相机几何畸变在轨检校方法.该方法利用相机外方元素对于相机视向量夹角角度影响比较小的原理,根据地面控制点和一级产品图像,求解相机视向量夹角,从中提取相机光学部件的畸变模型参数,从而实现相机内外方元素解耦.相机畸变模型采用一维3阶多项式,对焦距和主点等引起的低阶误差能够很好地吸收.该方法用在HJ-1A/B卫星的宽幅盖CCD相机几何畸变校正上,检校误差残留在2—6个像元,和参考数据精度相似,表明取得了很好的校正效果.     

基于HJ-1B卫星的作物秸秆提取及其焚烧火点判定模式

作物秸秆焚烧产生的气体和颗粒物严重污染大气环境,威胁人类健康,给交通带安全带来隐患,利用遥感技术优势监管秸秆焚烧火点具有重要的现实意义.文中基于HJ-1B卫星CCD多光谱遥感数据和IRS热红外遥感数据,以中国江苏中东部为研究区,开展作物秸秆提取及其焚烧火点判定的一体化研究.根据秸秆的光谱特征研究建立了秸秆乘积指数(SMI),结合其纹理信息可从HJ-1BCCD遥感图像上快速有效的提取出秸秆分布,继之结合修正后的火点探测算法可对HJ-1BIRS遥感数据进行火点提取.在秸秆分布和火点探测结果矢量化的基础上,通过GIS技术进行火点叠置分析,可有效地判定作物秸秆火点分布,同时结合实地调研及与MODIS火点产品比对分析验证评价了本研究方法的可行性和有效性.     

基于遥感信息和作物生长模型同化的水稻估产方法研究

本研究的目的是通过数据同化方法,将国产环境卫星HJ-1A/B数据提取的水稻叶面积指数LAI信息和作物生长模型相结合,以提高水稻估产的精度.具体方法为:首先通过分析水稻叶面积指数LAI和水稻归一化植被指数NDVI的时域变化关系建立模型反演水稻LAI,并应用研究区历史数据和作物生长模型WOFOST建立初始水稻生长模型估算水稻产量.在构建代价函数的基础上,采用SCE(shuffledcomplex evolution)数据同化方法对初始水稻生长模型参数进行优化,使水稻生长模型估算的水稻LAI和遥感数据反演的LAI差值最小.最后将采用同化方法的水稻生长模型估算的研究区水稻产量和不加同化方法的原始水稻生长模型估算的水稻产量进行比较,结果显示水稻估产精度有明显提高.研究结果表明采用遥感数据提取的农作物实时生长信息可以修正作物生长模型关键参数以提高区域范围的农作物估产精度,同时也显示国产环境卫星数据在农作物生长监测上具有广阔的应用潜力.     

环境一号B星热红外波段单通道算法温度反演

文中在考虑环境一号B星(HJ-1B)热红外波段(infrared scanner,IRS4)光谱响应函数和有效波长的基础上,通过MODTRAN4模型模拟,对Jimenez-Munoz和Sobrino(JM&S)单通道算法中的大气函数进行改进,重新计算得到了适合HJ-1B星IRS4地表温度(land surface temperature,LST)反演的3个大气函数公式,并反演了福州地区的地表温度.采用基于星上辐亮度法对反演的地表温度进行精度评价,并将反演的地表温度与JM&S算法、段四波等修正的JM&S算法反演的地表温度进行对比分析.结果表明:使用文中改进后的大气参数对HJ-1B星IRS4进行地表温度反演,可取得较好结果.     

北部湾红树林的HJ星多光谱遥感提取模式

大区域红树林多光谱遥感提取易受多种地物及自身覆盖度等因素影响,针对这一难题,文中以广西北部湾为研究区,基于HJ星CCD影像,并结合红树林空间分布特征和图谱特征,建立一种适合大区域海岸带的红树林识别提取模式.首先分析影像地物图谱特征,提出用于瞬时海水边线提取的海水比值指数,以及指示红树林的特征指数:红波段角度植被指数和像元波段反射率标准差指数.再从红树林空间生境判定和不同覆盖度反射率变化两方面入手,划分生长适宜区,通过特征指数辅助判定建立最终提取模式.应用结果表明该模式能完整准确地提取不同覆盖度红树林,最大程度消除其他干扰因素影响,总体制图精度达83.70%,用户精度为79.37%,同时也证实HJ卫星CCD多光谱遥感数据应用于海岸带红树林研究的有效性.     

可控环境生产系统建模、仿真与控制研究进展

可控环境生产系统属于复杂系统,目前对这类系统的建模及控制问题没有形成系统的方法与理论,因此在对这类系统进行控制时,缺乏理论依据.本文在回顾过去几十年可控环境生产系统建模与控制的各种方法的基础上,探讨了当前可控环境生产系统在系统建模、仿真及控制中存在的问题,如支持生产可使用的作物生长数学模型信息的不完整性,水肥系统的模型信息的时间尺度问题,环境模型的动态时变特性以及作物、土壤、大气相关变量的作用关系,耦合的多环境因子的控制问题、包括能耗在内的冲突多目标控制问题和考虑模型误差和气候突变等不确定性的鲁棒控制问题等.在此基础上,根据系统的特性:多变量,非线性,多模型(作物模型,土壤模型,大气模型)、模型之间强耦合、大尺度、能量有限、分布参数、冲突多目标等的特点,提出了该系统有效建模、仿真、控制急需解决的瓶颈问题和可能的研究趋势.     

基于国产卫星数据的深圳城市化进程中土地利用/覆盖变化探讨

土地利用/覆盖变化是全球变化中的重要组成部分,城市化进程将导致大规模的土地利用/覆盖变化.文中首先分别对1999年、2006年、2010年的CBERS和HJ-1B数据进行几何校正、拼接裁剪、分类等处理,生成土地利用/覆盖分类图,然后分别计算求得深圳市1999年到2006年和2006年到2010年的土地利用/覆盖变化转移矩阵.在此基础上,研究深圳市从1999年到2010年期间土地利用/覆盖变化的空间过程.结果表明:深圳市在快速城市化进程中发生了大规模的土地利用/覆盖变化,大量的草地、耕地、未利用土地转化为城镇用地,草地和林地之间部分结构相互转化调整.同时,10年来深圳市土地利用/覆盖变化区域差异明显,伴随着宝安和龙岗两区城市化进程加快,关外土地利用/覆盖变化强度逐渐加强,而关内逐渐减弱.在深圳城市化进程中,城镇用地重心呈现出向北部扩展的趋势.