FY-3D/MERSI-Ⅱ数据无缝拼接真彩色影像处理方法

针对我国极轨气象卫星风云三号D星搭载的第二代中分辨率光谱成像仪MERSI-II(Medium Resolution Spectrum Imager-Ⅱ)数据提出一种宽幅真彩色影像图处理方法。该方法通过对MERSI-II的3个250 m分辨率的可见光波段进行大气校正处理以及分段增强实现真彩色合成影像,并基于像素加权融合方法和Wallis匀光方法实现了多轨道数据的无缝拼接处理。应用案例显示通过上述处理方法能够获得高质量的直观易解译的遥感监测影像,并且有效地解决了极轨气象卫星单轨数据扫描幅宽限制的缺陷,该方法有助于在突发事件的应急响应中发挥极轨卫星数据的监测服务作用。     

基于数据矢量特性的MODIS数据几何校正

MODIS探测器的大扫描角多探元并扫方式是造成扫描图像严重畸变的主要根源,应用基于SWATH的卫星遥感数据处理策略,分析MODIS 1B各分辨率数据空间位置关系及图像数据与经纬度数据的对应情况,结合探测器扫描方式、卫星升降轨和地球曲率等各方面因素按像元地理位置合成图像,抛弃数据光栅特性采取矢量特性实现对像元几何精定位。结果表明：应用该种方法处理的MODIS数据几何校正精度高,方便进行亚像元级精确几何校正,而且可以避免2次或多次像素重定位导致信息丢失,不会出现“BowTie”现象。     

极轨气象卫星自动地标导航方法

该文实现了一种极轨气象卫星的自动地标导航方法。地标导航能够纠正由于姿态而引起的定位误差。首先根据当前轨道遥感卫星图像中海洋、陆地、河流等地物特征能量的概率分布情况,利用全球模板,建立地标库,然后通过最大相关系数方法计算地标偏移量,从而获得姿态偏差,之后利用计算得到的姿态偏差对遥感卫星图像重新导航,获得地理定位结果。利用FY-1D扫描辐射计的遥感数据对方法进行检验,结果表明:该文所提出的自动地标导航方法可以有效纠正由姿态而引起的定位误差,达到像素级的定位精度。该方法能够突破传统地标导航方法需要丰富的遥感卫星历史资料的限制,拓展传统地标导航方法的适应范围。该方法已在我国2008年5月发射的新一代极轨气象卫星FY-3号上得到应用,并将在下一代静止轨道气象卫星FY-4号上进一步开发。     

基于单CCD尺寸检测的摄像机标定方法

为提高机械零件尺寸检测的精度,针对Tsai两步标定法中初始参数不精确的问题,提出了基于直线投影约束的三步标定方法.该方法首先利用直线投影约束条件求解出图像中心点和畸变参数的初始值,然后结合径向排列约束条件求解超定方程组得出全部外部参数和余下内部参数值,最后对全局参数进行非线性优化.为验证提出方法的效果,通过建立基于图像模板的世界坐标系实现,即首先利用图像像素坐标求取摄像机坐标,再将摄像机坐标进行归一化,利用外参数矩阵就可以求解出图像点的世界坐标.结果表明,该方法可以有效提高摄像机标定的精度,像素误差可达0.126 5像素点,单目视觉尺寸检测中任意两点距离误差小于0.41%.     

一种地学要素场透视方位投影图的原理及应用

给出了一种地学要素场透视方位投影图的原理,它是将地球球面上任意点O（称投影中心）正上方h高度处A点（称视点）看到的球冠区要素场透视投影在相应球缺的底面（即投影面）上。借助球面三角计算公式,导出了球冠区任意点q与其在投影面上投影点q′的坐标转换关系;给出了绘图步骤,利用MATLAB设计了绘图程序。实际绘图效果表明,所绘图形具有球面立体感和直观性,该透视方位投影图可广泛用于绘制地学要素场图像。     

1960—2008年南方地区冰冻时空分布特征

利用地基多普勒天气雷达数据,提出机载雷达扫描的模拟仿真算法,并建立了仿真扫描的理论模型。该模型利用数据分层几何投影,处理速度较快、精度较高,可应用于扇形扫描和圆锥扫描。在理想情况下,设计了消除地物回波的算法及多普勒速度退模糊的算法。试验表明,仿真回波可应用于机载气象雷达实际观测前的扫描方式可行性研究,有助于分析机载雷达探测的云雨回波特性。     

机载气象雷达扫描的理想模型仿真算法

利用地基多普勒天气雷达数据,提出机载雷达扫描的模拟仿真算法,并建立了仿真扫描的理论模型。该模型利用数据分层几何投影,处理速度较快、精度较高,可应用于扇形扫描和圆锥扫描。在理想情况下,设计了消除地物回波的算法及多普勒速度退模糊的算法。试验表明,仿真回波可应用于机载气象雷达实际观测前的扫描方式可行性研究,有助于分析机载雷达探测的云雨回波特性。     

东亚多卫星集成降水业务系统

静止气象卫星与极轨气象卫星的集成应用,能够充分发挥静止气象卫星与极轨气象卫星的各自优势。东亚多卫星集成降水业务系统采用拉格朗日集成算法,利用静止气象卫星的红外观测信息计算的红外冷云移动矢量,为极轨气象卫星微波降水的发展提供约束条件,实现了静止气象卫星红外观测信息与极轨气象卫星微波降水的集成,综合了两类卫星观测的优势。同时业务系统的设计考虑了多数据分级管理、多业务单元的协同工作和插件式的系统整体框架,为业务系统合理、快速处理多种来源的红外观测数据、微波降水数据,以及未来的数据更迭和算法更新提供了必要保障。     

投影网格中的坐标确定及在台风数值试验中的应用

在数值计算中,对于已知经纬度的某点,需确定其在不同投影法得到的矩形网格中的具体位置坐标.导出在极射赤面投影、麦卡托圆柱投影和兰勃脱正形圆锥投影等算法中确定位置坐标的精确公式.通过台风路径预报对比试验表明:该方法能有效地减少计算误差的引入,具有较好的应用价值.     

面向高光谱图像分类的超像素级Gabor特征融合方法研究

由于高光谱图像中的地物空间分布具有规整性和局部连续性,同时超像素分割是一种将空间图像分割成多个同质区域的有效方法,因此从超像素的角度进行高光谱图像分类将具有重要意义.本文提出了一种超像素级Gabor特征融合的高光谱图像分类方法,简称为SPGF.首先,使用一组预定义的二维Gabor滤波器与原始高光谱图像进行卷积运算,提取有效特征.同时,利用简单线性迭代聚类（简称SLIC）超像素分割方法将原始高光谱图像划分成互不重叠的超像素.然后,对于每个Gabor特征模块,利用支持向量机分类器进行分类,并使用多数投票策略实现各模块分类结果的融合.最后,使用通过SLIC算法得到的超像素图对分类结果进行修正.在2个真实高光谱数据集上的实验结果表明,本文提出的SPGF方法能够比领域内的一些经典算法获得更高的分类效果.     

基于ARM与Linux的姿态角测量系统的研制

选取旋转矢量算法作为姿态角测量系统的姿态矩阵更新算法.针对三子样算法采样周期长的特点,提出了重复使用采样数据的方案以保证系统的实时性.选取陶瓷静电陀螺仪CG-L53为角速率传感器,设计了以AT89S51为MCU的信号采集板,搭建了以ARM芯片为CPU的计算机平台,完成了系统各模块的软件设计.仿真测试结果表明,系统能较稳定地输出姿态角信息.     

Cloud Classification and Distribution of Cloud Types in Beijing Using Ka-Band Radar Data

A cloud clustering and classification algorithm is developed for a ground-based Ka-band radar system in the vertically pointing mode. Cloud profiles are grouped based on the combination of a time–height clustering method and the k-means clustering method. The cloud classification algorithm, developed using a fuzzy logic method, uses nine physical parameters to classify clouds into nine types: cirrostratus, cirrocumulus, altocumulus, altostratus, stratus, stratocumulus, nimbostratus,cumulus or cumulonimbus. The performance of the clustering and classification algorithm is presented by comparison with all-sky images taken from January to June 2014. Overall, 92% of the cloud profiles are clustered successfully and the agreement in classification between the radar system and the all-sky imager is 87%. The distribution of cloud types in Beijing from January 2014 to December 2017 is studied based on the clustering and classification algorithm. The statistics show that cirrostratus clouds have the highest occurrence frequency(24%) among the nine cloud types. High-level clouds have the maximum occurrence frequency and low-level clouds the minimum occurrence frequency.     

局部均值伪最近邻算法在降水预报中的应用

分析北京地区日降雨量资料发现,相较于其他降雨事件,大雨或暴雨事件发生的次数较少,因此该地区的降水量预报属于样本不均衡问题。在样本不均衡的情况下,K最近邻算法的分类误差率将会大大提高,这也就使传统的基于K最近邻算法的降水量预报方法的应用受到了限制。针对北京地区降水量预报这一样本不均衡问题,应用局部均值伪最近邻算法构建了北京市的降水量预报模型。该方法利用北京地区日降雨量资料和美国国家环境预报中心全球格点资料,将降雨量作为类,将美国国家环境预报中心全球格点资料的各种因子场作为天气样本特征,计算得到不同天气样本在所有类中的局部均值伪最近邻,通过决策规则实现最优分类。利用提出的降水预报模型对北京市2010年6—8月进行了24 h降水预报,实验结果表明,提出的预报方法对于降水等级预报的预报准确率以及晴雨预报的TS评分、正样本概括率、空报率和漏报率均优于传统的K最近邻预报方法,该方法具有较好的预报效果。     

基于卫星云图的对流初生预测技术综述

简要回顾了国内外利用静止气象卫星云图资料进行对流初生预测研究工作的进展,详细介绍了近年来国外提出的对流分析追踪(SATCAST)和对流初生临近预报(UWCI)两种方法的原理和流程,重点对这两种方法在实际应用中的技术性能进行了对比分析。     

基于Xgboost算法的短时强降水预报方法

基于EC细网格模式的再分析场计算诊断参量,并结合重庆地区2011—2014年5—9月间短时强降水个例建立训练集,进而根据箱线图差异指数提出的阈值法对样本初步消空,然后通过K均值聚类和Relief算法分别重建了类别平衡的训练集,并优选了平均权重较大的参量进入模型,建立了一个以Xgboost算法为核心的重庆地区短时强降水预报模型。结果表明:(1)模型可输出概率预报或用户自定义概率阈值生成确定性预报。(2)2015年独立样本测试表明,当概率阈值取0.1时,模型的AUC为0.92,总体分类效果较好,全体样本的短时强降水TS评分可达0.3,高于EC再分析场;对其中两次个例分析表明,Xgboost方法的短时强降水客观概率预报能更好描述强降水发生的概率和落区,逐时次的预报效果仍优于EC,TS评分在0.2～0.4之间。(3)模型对近年来短时强降水过程的回报TS在0.1以上,仍然高于EC并与常规业务水平持平,具有一定参考意义。     

多普勒天气雷达中气旋产品在强风预报中的应用

在深入了解WSR-88D多普勒天气雷达产品——中气旋算法的基础上,对上海地区近6年间中气旋产品的几个重要特征参数进行了统计研究,并结合局地强风的个例分析,总结了上海及周边地区中气旋发生发展过程中各阶段的基本特征。最后综合参考雷达其他相关产品,提出利用中气旋产品进行强风预报的思路,以期为准确预报局地强风天气提供一些参考信息。     

三维可视化技术在雷达三维组网产品显示中的运用

采用三维可视化技术,将三维面重建算法和体重建算法引入气象雷达回波图像的分析中,同时与中国气象科学研究院国家灾害天气重点实验室开发的新一代3D组网拼图产品相结合,对2007年9号台风"圣帕"进行了三维显示。结果表明:对于单部雷达体扫产品,三维组网拼图产品能全面地掌握更大范围内雷达回波的演变过程;相对于单一的二维平面的分析显示,三维可视化技术在构建回波的空间分布状况,尤其是回波的空间结构上有更大的优势,三维可视化技术结合雷达三维组网拼图产品为雷达回波的分析提供了一种更为全面的方式。     

WSR-88D冰雹探测算法在贵州地区的评估检验

通过制定一定的规则,使用贵州504个防雹炮点的冰雹观测资料及2005,2006年贵阳雷达站8次冰雹过程观测资料,使用时间窗方法间接地将风暴单体与降雹记录相联系,建立了冰雹算法校验数据库,并对降雹校验数据库的数据进行统计分析,应用探测概率、虚警率、临界成功指数来检验冰雹探测算法。强冰雹概率 (POSH) 的强冰雹探测算法的总体评估结果表明:当POSH算法的强冰雹预警阈值为30%时,在贵州地区获得最高的临界成功指数评分,但这个阈值在每次强冰雹预警时并不是都获得最佳结果。强冰雹预警阈值选择模式 (WTSM,即根据冻结层高度动态选择每天强冰雹指数的预警阈值) 在不同地区气候状况下的差异,是导致缺省的POSH算法在贵州地区应用不佳的最主要原因,这也说明对冰雹探测算法的局地性适用评估非常必要。通过对WTSM的调整,改进了原来的POSH算法。     

热红外遥感反演地表温度研究现状

地球表面温度是一个重要的水文、气象参数,它影响着大气、海、陆之间的感热和潜热交换,是诸多研究领域不可或缺的基础资料,精确定量反演陆面温度的成果将推动旱灾预报和作物缺水研究、农作物产量估算、数值天气预报、全球气候变化和全球碳平衡等领域研究的进展。因此,利用卫星遥感资料进行地表温度的反演已成为目前遥感定量研究中的重要任务之一。本文阐述了遥感反演地表温度的原理及各种方法,对各种方法所要解决的关键问题及优缺点做了评述,最后展望了遥感反演地表温度的发展趋势。     

基于WRF模式的青岛近海能见度算法比较研究

采用GFS背景场资料和ADAS资料同化系统,使用WRF模式对2014—2016年青岛近海17个海雾个例进行了模拟,分析了3种能见度算法的预报效果。结果表明, FSL（Forecast Systems Laboratory）算法对于沿海站、岸基站雾的预报较SW99（Steolinga and Warner 1999）算法有优势;对于海岛站而言,SW99算法则优于FSL算法。混合算法CVIS（Combined Visibility）较单一算法预报雾准确率有所提高。3种能见度算法基本上是高估能见度的,SW99算法能见度预报均方根误差最大。另外,SW99算法对沿海站、岸基站雾开始时间预报较实况多偏晚,结束时间预报较实况多偏早,持续时间预报较实况多偏短。