一种抗差的形变数据插补方法

针对传统基于空间插值和时间序列上的插值补全形变缺失数据的方法在空间点位分布稀疏、观测值连续缺失以及含有粗差的情况下插补效果不佳的问题,提出了一种基于抗差Kriged Kalman Filter的形变缺失数据插补方法。该方法是一种时空插值的算法,在空间点位分布稀疏时考虑时间上的相关性,在时间上出现连续缺失时考虑其他点位对插补点的影响,以提高插补缺失数据的精度。又将抗差估计融合到Kriged Kalman Filter中以抵抗形变数据中粗差对插补精度的影响。利用模拟数据及天津GPS地面沉降数据进行了实验分析。结果表明:由于该法考虑了监测点的时空相关性以及具有抗差性能,使得插补结果在空间点位稀疏、连续缺失或具有粗差的情况下都具有较高的插补精度。     

基于Kriging空间插补海表叶绿素遥感缺失数据的研究

完整的长时间序列遥感数据是大尺度环境监测工作顺利完成的重要保证。本文选取2007年1月至2010年12月南海北部MODIS海表叶绿素a浓度月平均遥感影像为基础数据,利用地统计的Kriging空间插值方法对月平均影像中的缺失数据进行插补,并从多个角度对插补结果进行分析和评价。结果表明:Kriging方法的插值结果能突出研究海域海表叶绿素a浓度一定时期的特殊变化,在一定程度上也能体现研究海域海表叶绿素a浓度的时空变化规律;但是Kriging方法空间插值操作复杂,精度较低,可变性估计不足,均方根误差平均值为0.459 8,标准化均方根误差的平均值为2.608 2。     

黄河三角洲地区地下水埋深遥感反演

黄河三角洲地区地理位置特殊,水资源供需矛盾尖锐,为了研究其地下水分布状况,使用MODIS遥感数据、实测土壤相对含水量和地下水埋深数据,利用温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI)和表观热惯量法(apparent thermal inertia,ATI)对研究区土壤相对含水量进行遥感估算;通过分析不同深度处土壤相对含水量与地下水埋深的相关性,建立了反演地下水埋深的线性方程,得到了研究区地下水埋深分布状况图.结果表明:利用地表10 cm深度处测得的土壤相对含水量反演地下水埋深的结果较为合理;在缺少土壤相对含水量数据时,可以用反映土壤相对含水量高低的因子估算地下水的埋深.     

湖南省年均降水量空间插值比较分析

本文以湖南省及周边区域98个气象站点1981-2010年降水量数据及该地区的DEM为基础进行空间插值,选择38个站点作为检验站点,其余站点分别取60,40,20个作为插值站点。采用整体插值法、局部插值法和混合插值法分别计算研究区的面雨量,比较不同插值模型的精度,结论如下:插值站点数量和模型类型及其参数均会影响插值精度;混合插值法相比于整体插值法和局部插值法更加稳健;20,40,60个插值站点的最优模型分别为BP神经网络、经验贝叶斯克里金法和张力样条插法;不同插值方法的降水空间分布格局大体相似,近似呈现出降水高值与降水低值两个"凹"形区域相毗连,东部降水量高于西部,南部高于北部。     

多卫星传感器南海叶绿素a浓度遥感数据融合

利用平均法、生物光学模型法和最优插值法3种数据融合方法对卫星传感器MODIS-Aqua、MOIDS-Terra及MERIS获取的南海叶绿素a浓度的数据进行了融合,通过比较融合产品的质量,对3融合方法进行了评价。(1)利用现场测量的南海遥感反射率和叶绿素a浓度数据建立了南海叶绿素a浓度的反演模型,并应用于MODIS-Aqua、MOIDS-Terra及MERIS Level 2反射率数据,获取南海叶绿素a浓度。(2)将平均法、生物光学模型法、最优插值法分别应用于上述3颗卫星的叶绿素a数据进行数据融合,并用现场测量的同步叶绿素数据对融合后的产品进行了印证。(3)利用3种融合方法分别对南海2011年MODIS-Aqua、MODIS-Terra和MERIS等3个传感器的叶绿素a数据进行了月融合,分析了融合的南海叶绿素a浓度的时空分布特征。结果表明,融合数据大幅度提高了空间覆盖率,且具有较高可信度。平均法、生物光学法和优化插等3种融合方法性能有较大的不同,生物光学法具有高的运行速度,但有时空间覆盖率仍不能满足要求;优化插值法具有高的空间覆盖率,但其运行速度较慢。因此,在具体应用中,应根据需求选择合适的融合方法。     

集成学习支持的复杂地貌类型区土壤全钾含量自适应曲面建模

土壤属性空间分布受复杂地学环境要素影响，空间分异特征十分明显，用单一全局插值模型进行土壤属性模拟，难以实现高精度模拟。对于空间不连续、全局插值模型精度有限及适应性差的特点，本文提出了一种集成学习支持的、融合地学环境变量的土壤属性自适应曲面建模方法（ASM-SP）。利用2013年采集的110个样点数据，使用回归克里金（RK）、贝叶斯克里金（BK）、普通克里金插值法（OK）、反距离加权法（IDW）、ASM-SP，分别对青海湖复杂地貌类型区进行土壤全钾含量的插补。本文采用逐点交叉验证（LOOCV）插值方法模拟精度。结果表明，ASM-SP不仅考虑了地学环境变量与土壤属性的非线性关系，而且融合了多个模型的适应性优势，是实现复杂地貌类型区土壤全钾含量的高精度模拟的一种新方法。     

基于GRACE数据的陆地水储量空间插值方法研究——以科尔沁沙地为例

在地统计学函数模型和地理信息系统技术的支持下,本文利用多种插值方法对GRACE重力卫星解算出的水储量数据进行空间插值方法精度研究,并探讨了科尔沁沙地的水储量空间分布特征。结果表明:1)总体上看,地统计学插值方法优于确定性插值法的反距离权重插值、径向基插值、全局多项式插值和局部多项式插值;2)在地统计学方法中,仅引入高程数据插值,精度并没有提高,综合考虑高程和降水量的协同克里格插值方法的误差最小,插值精度最好。利用协同克里格插值法插值得到科尔沁沙地的水储量空间分布图,由图可知,科尔沁沙地的水储量呈现由南向北增加的空间分布特征。     

基于综合干旱指数的淮河流域土壤含水量反演

为了方便快捷地得到大范围的土壤含水量产品,以MODIS数据为数据源,淮河流域为研究区域,结合表观热惯量模型和植被供水指数模型的适用性特点,根据地表植被覆盖度的不同,建立综合干旱指数(comprehensive drought index,CDI)模型,对土壤含水量进行反演;然后,将反演的CDI结果与地表实测数据进行相关性建模,得到CDI与实测数据间的最佳拟合模型,利用该模型把CDI结果转化为最终的土壤含水量值;最后,通过实测含水量数据来验证反演结果的可靠性和精度。结果表明,反演得到的土壤含水量与实测土壤含水量相关性较高,相关系数R~2均在0.7左右,该方法对于高效地获取大面积土壤含水量信息具有较好的应用价值。     

PPP与NCEP再分析资料在水汽反演的研究

对基于PPP水汽反演时站点气象数据(温度、气压)缺失的现象进行了研究,提出一种基于NCEP数据的插值方法。选择4个提供气象文件的IGS站点,将插值方法得到的温度、气压与站点实测数据比较,以实测气象数据反演得到的PWV为真实值,比较不加入气象数据、加入插值气象参数反演得到的PWV与真实值的差异。结果表明,站点插值法得到的气压与真实值差值平均RMS分别为1.39 mbar,插值温度与实测温度差值的平均RMS分别为3.83℃;不加入气象数据反演的PWV与真实值差值平均RMS为2.34 mm,而加入插值气象后,反演PWV与真实值差值平均RMS为0.37 mm,说明插值法可大大提高PWV反演精度,该方法在缺乏实测气象数据时是一种行之有效的补充方式。     

GPS卫星精密星历内插方法比较分析

借助GPS卫星精密星历,使用Lagrange多项式插值法和Chebyshev多项式拟合法内插出GPS卫星的瞬时位置,确定了插值精度与插值阶数的关系,并对这两种方法的优缺点进行了对比分析。计算结果表明:内插卫星瞬时坐标时所选取的插值阶数不应过高或过低,三维坐标分量在最佳插值精度时选取的插值阶数并不完全相同,Chebyshev多项式拟合法相比Lagrange多项式插值法的插值效果更好。因此,建议在优先选用Chebyshev多项式拟合法内插卫星瞬时坐标的同时,对三维坐标分量分别选取不同的插值阶数,以达到最优的插值精度。     

广义延拓插值法在BDS精密钟差中的应用

在高精度卫星数据处理中,卫星钟差数据的插值是一项重要的工作,其插值精度直接影响到卫星定位的精度,而传统的插值和拟合方法各有一定的局限性． 本文尝试将广义延拓插值法应用在北斗卫星导航系统（BDS）卫星钟差数据的处理中,通过把5 min历元间隔的钟差数据插值为30 s,再与30 s的精密钟差数据进行对比,并对其插值精度进行评估．讨论三个参数不同的取值组合与其插值结果精度之间的关系,得到最优参数组合,在该参数组合条件下与传统的Lagrange插值法的插值结果进行对比,得出的结果表明:利用广义延拓插值法对BDS卫星钟差数据进行插值时,其精度能够满足要求且略高于Lagrange插值法．      

资源型城市长时间序列土壤含水量变化分析——以锡林浩特市为例

大规模的煤炭开采活动将对生态环境产生扰动,而土壤含水量是受扰动的生态参数之一,且具有重要意义。现有的土壤含水量产品分辨率较低,不适用于区域尺度的研究,而高精度的微波反演由于数据的局限性无法进行长时间序列的研究。本文以我国的重要产煤基地锡林浩特市为研究区,以2004—2020年的AMSR-E与AMSR-2土壤含水量产品及同期的Landsat遥感影像为主要数据源,采用随机森林方法对AMSR-E/2土壤含水量产品进行降尺度处理,通过标准差椭圆等方法对研究区土壤含水量的变化特征进行分析。结果表明：①被动微波土壤含水量降尺度方法可实现对资源型城市的土壤含水量进行长时间序列、高空间分辨率的监测;②无论在矿区还是非矿区,降水均是影响土壤含水量变化的主导因素;③研究区土壤含水量的整体分布在空间上由西北向东南呈现逐渐升高的变化特征,且此分布格局在长时间尺度上保持稳定;④煤炭开采活动对土壤含水量产生扰动,且不同开采阶段的影响具有不同特征。研究结果可为资源型城市生态环境的评价与保护提供科学依据。     

气象要素空间插值方法优化研究

运用反距离加权插值法(IDW)和梯度反距离加权插值法(GIDW)对全国183个气象站的2001年、2002年平均气温进行了内插,并在此基础上进行了幂指数优化和邻近点选择优化。交叉验证结果表明,对于IDW方法,幂指数为3、邻近点选择采用三角网法的插值结果最优;对于GIDW方法,幂指数为2、邻近点选择采用固定数目法的插值结果最优。在幂指数和邻近点选择优化的基础上,比较了IDW方法与GIDW方法的插值结果,考虑经纬度和海拔高程的GIDW方法明显优于IDW方法。在此基础上,提出了基于K-means聚类的空间插值优化方法,实践证明聚类后再插值比直接插值效果更佳,聚类为插值前的数据预处理提供了一种新的思路。     

基于TVDI的江苏省淮北地区干旱监测技术研究

以江苏省淮北地区作为研究区,利用MODIS遥感数据,选择温度植被干旱指数对研究区进行干旱监测对比分析,建立基于温度植被干旱指数的研究区干旱遥感监测模型;结合土壤含水量数据和降雨量数据,确定研究区的干旱等级划分标准;利用干旱遥感模型对2011年夏旱进行监测研究。结果表明,建立干旱遥感监测模型对研究区干旱研究有很好的适用性和推广性。     

改进的表观热惯量法反演土壤含水量

提出一种改进的表观热惯量计算模型,以中科院栾城农业生态系统试验站为基地,通过实测的模型参数,利用提出的表观热惯量模型计算不同植被覆盖下、不同实验区土壤含水量的热惯量值,并与土壤含水量进行相关性分析,以找到热惯量方法可以用来反演土壤含水量的适用条件(归一化植被指数NDVI的阈值).实验结果表明,该模型监测土壤含水量是可行的,在植被覆盖度较低的情况下(NDVI≤O.35)具有较高的精度,在植被覆盖度较高(NDVI＞0.35)时,热惯量模型失效,因此用热惯量方法反演土壤含水量植被覆盖时将NDVI阈值的最大值设为0.35.将该方法应用到MODIS数据中,以河北省栾城县、赵县、藁城市3市县为研究区,分别反演该区土壤含水量,反演结果与实际情况相符合.实地取点人工监测土壤含水量为25.1％,栾城站模型计算结果为22.4％,匹配性较好,该方法在遥感数据中得到了很好的应用.     

克里金插值法内插IGS电离层图精度分析

采用克里金插值法和常用插值方法内插IGS电离层图数据,获得重庆CORS网5个基准站电离层穿刺点处的VTEC值,和利用5个基准站的GPS平滑伪距观测值解算的VTEC值进行比较,发现克里金插值法和常用插值方法的内插精度相当,故克里金插值法内插IGS电离层图的精度是可靠的。     

基于点云数据内插DEM的精度比较研究

利用3维激光扫描技术,以云南元谋干热河谷地区冲沟为研究对象,扫描获得大量具有冲沟坐标信息的点云数据。离散的点云数据之间没有明显的拓扑关系,不能表达连续的地表形态,通过建立格网DEM可视化表达地形信息,利用不同的内插方法生成DEM并进行精度评定,以便在不同的地貌区和采点方式下选用最佳的内插模型。点云数据经过数据配准拼接以及噪声剔除,在ArcGIS软件中,通过数据格式转换,利用反距离加权插值、克里金插值、自然领域法插值三种不同的内插方法生成DEM模型,通过检查点法分析已有的固定点高程和内插相应点的高程值做误差比较,分析不同的内插精度。实验表明,反距离加权插值法和克里金插值中误差基本相同,自然领域法插值中误差最大。分析比较不同的内插精度,对地表的坡度、坡向、等高线的研究具有重要的意义。     

PM2.5浓度插值中不同空间插值方法对比

针对不同插值方法对于重点大气颗粒物污染源PM_(2.5)大区域内整体分布情况的插值效果和精度存在差异性的问题,该文以石家庄市赵县100个点的PM_(2.5)的数据作为样本点,利用反距离权重法、普通克里格插值法和协同克里格插值法,分别进行PM_(2.5)浓度的空间插值。利用研究区内另外20个PM_(2.5)的数据点进行插值精度的检验。研究结果表明:协同克里格插值的精度最高,但可视化效果不如其他两种方法。     

国产HJ-1B卫星数据的地表温度及湿度反演方法——以呼伦贝尔草原伊敏露天煤矿区为例

草原露天煤矿的土壤湿度遥感监测可以反映露天开采活动对生态环境的扰动程度。选择国产环境卫星(HJ-1B)多光谱及热红外光谱数据,探讨HJ-1B数据在中国北部呼伦贝尔草原伊敏露天煤矿区地表温度及湿度的反演模型及适宜性,对比分析JMS,Qin和Artis算法在研究区温度反演中的精度及适用性;进一步利用归一化植被指数和地表温度(NDVI-LST)的特征空间反演温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI);通过野外实测土壤湿度数据对NDVI–LST特征空间中的干边模型进行修正。结果表明:基于Qin算法反演的温度数据精度最高;干边纠正系数为0.3时,TVDI与实测土壤含水量相关性最高,"湿边"呈现剖物线特征,"干边"呈现线性规律。反演结果能够很好地反映露天煤矿区内不同地物的地表干旱状况及空间异质性,可为草原露天煤矿区的长周期陆面演变监测提供基础数据。     

植被覆盖地表土壤水分遥感反演

以地域特色突出的新疆渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,联合使用雷达数据和光学遥感数据,对干旱区绿洲土壤和植被水分信息进行提取。在同期光学遥感影像数据提取植被归一化差分水分指数基础上,利用"水-云模型"从雷达数据总的后向散射中去除植被影响,建立土壤后向散射系数与土壤含水量的关系,相关系数为HH极化R2=0.5227,HV极化R2=0.3277。结果表明利用C波段HH极化雷达影像数据结合光学影像数据,进行干旱半干旱地区棉花、玉米等农作物种植区地表土壤水分反演时,在中等覆盖条件下去除植被影响有较好的效果。