MODIS多波段数据对南极海冰变化的监测研究

以归一化雪被指数法为基础,根据南极的环境特点,提出了MODIS影像的0.86μm与1.24μm的新波段组合方法,分别实现了晴空与薄云下的海冰提取,大幅度地提高了南极海冰监测的效率与分辨率。结合AMSR-E微波数据进行了海冰变化研究,得到2002~2010年的全南极海冰范围与净冰面积都在2月份达到最小值,均值分别为3.17×106 km2与2.42×106 km2;都在9月份达到最大值,均值分别为18.40×106 km2与16.60×106 km2。而全南极海冰的年际变化可分为三个阶段:从2002~2004年,海冰基本持平;2005~2007年,海冰减少;2008~2010年,海冰重新增长,这与南极海冰20a长周期的推断相符合,但9年间的全南极海冰无明显的趋势性变化。     

基于卫星测高后向散射系数的极区海冰分布特性研究

海冰对气候变化非常敏感,了解极地海冰分布范围和表面属性不仅对于极地环境非常重要,对全球温度趋势估计和建立全球气候模型非常关键。ENVISAT卫星可覆盖至南北纬81.4°,其携带的RA2雷达高度计为极地海冰研究提供了周期性的主动微波海冰探测途径。本文用ENVISAT雷达高度计探测的Ku波段后向散射系数对2011年南极和北极各月份的海冰覆盖特征（范围和海冰表面属性）进行了详细研究,利用海水和海冰的不同散射特征,设置后向散射系数阈值为13db可成功分离海冰和海水。除夏季外,雷达高度计和美国冰雪数据中心基于辐射计获取的极区海冰覆盖边界高度符合。因北极中央区域（81.4°N以北）没有轨迹覆盖,本文只估计了南极海冰的覆盖面积,夏季海冰的覆盖范围面积比辐射计探测结果偏大,这和雷达高度计对离散薄冰较强的观测能力关,在海冰密集分布的其他季节结果则有很好的符合,其中冬季面积平均差异为0.17 Mkm2。分析了南极和北极海冰的分布特征差异,和南极相比北极冬季海冰表面较粗糙干燥,而夏季海冰表面湿度较大。本文研究结果表明ENVISAT雷达高度计可准确的探测包括海冰覆盖和海冰表面属性变化在内的海冰季节性演变过程,可在海冰监测、极地科考等领域中发挥重要作用。     

面向极地海冰变化监测的卫星遥感技术研究进展

介绍了遥感传感器技术的发展,着重探讨了其在观察极地地区进行观测的适用性。极地地区与全球气候变化之间的关系和相互作用是气候变化研究的焦点。海冰的广泛覆盖对大气、海洋和极地地区特别是对其他地方的、其他进程的陆地和海洋生态系统产生重大影响。海冰覆盖了极地海洋广阔的区域,而两极地区的海冰受气候变化影响而产生的变化却不同,北极海冰面积减少趋势明显而南极海冰面积却有上升趋势。本研究回顾了海冰遥感领域的相关文献,评估不同传感器监测海冰物理特性的优势和劣势。分析了传感器的规格和获取的数据,概括了它们如何发展以满足用户不断增长的需求。同时,讨论了不同的遥感技术和观测方法及其在监测海冰变化方面的适用性。本文利用不同的数据集对海冰特性进行进一步的研究,总结了用于海冰监测的数据集以监测这些实地很难到达的区域。     

验潮与GPS联合监测南极中山站附近海冰厚度变化

基于力学平衡原理,提出了一种联合验潮与GPS测量极区海冰厚度的新方法。由海冰上的GPS观测可得到海冰上表面高,验潮可提供海水面高,联合两种观测数据可计算得到海冰干弦高度,再结合海冰表面积雪厚度与冰雪密度数据,由力学平衡原理可构建海冰厚度的计算模型。根据这一原理,通过中国第28次南极科考队在中山站附近海冰上的实验,监测到了2012年9月22日至11月9日的海冰厚度变化。与钻孔实测冰厚相比,其总体精度达到了cm级,最大差异为8.9cm,差异的均方根为5.4cm。     

基于多源遥感数据的北极新冰提取及范围时序变化分析

本文利用多源遥感数据从不同空间尺度对2004年至2012年间北极地区新冰进行了提取并对其范围变化进行了分析。统计分析结果表明,北极海冰总体覆盖面积与北极近地表气温的变化呈反比;新冰覆盖面积的变化与海冰总面积的变化相比较缓慢;北极各个区域新冰覆盖范围的变化与各区域近地表温度的变化有较大的关联。     

基于形态学的海冰外缘线自动提取

海冰外缘线是一个描述北极海冰快速变化的重要指示参数,对近岸冰区航行保障和海冰灾害预警具有实际意义。本文首先基于形态学中的方法分别识别数据中的主体冰域、主体水域和碎冰区。其次利用可变图像闭运算方法将较大碎冰与主体冰区合并,最后再利用连通域方法提取海冰外缘线。该方法可适用于任何冰水二值数据集,包括海冰密集度产品数据、卫星图像、航拍图像以及其他冰水混合数据。本文基于AMSR-E海冰密集度数据,利用此方法提取了北冰洋10个区域的海冰外缘线,与15%海冰密集度等值线比较表明,本文方法能够保留较大面积的碎冰区域,并将其与主体冰域合并处理,因此所提取的海冰外缘线在衡量大尺度海冰范围方面更为合理。     

利用CryoSat-2测高数据研究南极威德尔海海冰出水高度时空变化

为了提高南极海冰出水高度的估算精度,以威德尔海为例,基于CryoSat-2卫星测高数据,联合冰桥计划(IceBridge)机载测高数据和科考船走航观测数据,获取应用最低点高程法反演海冰出水高度的最佳估计参数,进而估算并分析了 2011-2017年,每年5月-10月威德尔海海冰出水高度的时空变化.结果表明,最佳的出水高度...     

利用船测数据以及Landsat-7 ETM+影像评估南极海冰区AMSR-E海冰密集度

利用第26次中国南极科学考察期间收集的海冰密集度船基观测资料以及由Landsat-7 ETM+得到的海冰密集度来验证AMSR-E南极海冰区海冰密集度产品的精度。AMSR-E海冰密集度与船基目视观测的海冰密集度存在着一定的线性关系(R²=0.816), 但两者匹配得并不是很好。与ETM+海冰密集度相比,AMSR-E数据趋向于低估海冰密集度,在25景晴空条件下的ETM+影像中,平均海冰密集度偏差(AMSR-E海冰密集度-ETM+海冰密集度)从-5.33%到-21.5%,而相应的均方根误差RMSE (Root Mean Squared Errors)从13.7%到33.8%。依据Landsat-7 ETM+ 海冰分类,AMSR-E数据海冰密集度最大的误差产生于新冰区。     

利用FY-3B MWRI遥感数据反演南极海冰表面积雪厚度

海冰表面积雪厚度是冰冻圈和全球气候系统的重要组成部分,在海洋、海冰和大气的能量传输中起着关键的作用。针对目前缺乏南极海冰表面积雪厚度国产卫星遥感数据产品的问题,本文探索应用FY-3B MWRI被动微波亮温数据开展南极海冰表面积雪厚度的遥感反演研究。结果表明基于2016年FY-3B MWRI 18.7 GHz、36.5 GHz垂直极化亮温及海冰密集度数据,采用Comiso03模型反演的积雪厚度结果较Markus98更好,与AWI2016年部署在威德尔海的浮标(2016S31、2016S37、2016S40)观测的积雪厚度同日同像元对比的偏差为-1.72 cm。FY-3B MWRI反演的2016年南极海冰表面积雪厚度与美国雪冰数据中心发布的GCOM-W1 AMSR-2积雪厚度产品整体上具有较好的一致性(时空平均偏差为-0.11 cm、相关系数为0.90),积累期和稳定期(4—10月)两者差异较小(时空平均偏差为-0.81 cm,相关系数为0.93),消融期(11月—次年3月)差异较大(时空平均偏差为2.76 cm,相关系数为0.85),差异主要分布在威德尔海北部和东南极冰边缘区。开展FY-...     

利用全极化SAR数据的极化特征获取海冰密集度的算法

本文提出了一种利用全极化SAR数据的极化特征获取海冰密集度算法。首先,对全极化SAR数据进行多视化及滤波等预处理,以获取相干矩阵与协方差矩阵;其次,通过相干矩阵与协方差矩阵获取若干极化特征,对这些极化特征进行相关性与冗余性分析,构建最优特征空间;然后,将最优特征空间作为输入量放入神经网络分类器中,得到海冰分类结果;最后,根据海冰分类结果提取海冰密集度。选用拉布拉多南部海域2景全极化Radarsat-2影像获取海冰密集度,与业务化海冰密集度产品ASI-3125进行对比研究。本文算法结果与ASI-3125海冰密集度分布趋势基本一致,总体上略大于ASI-3125海冰密集度,标准差值分布为3.46%和6.82%,说明利用高分辨率全极化SAR数据在监测边缘区域小尺寸破碎海冰方面具有优势。     

基于框架的时空对象模型研究

空间数据模型反映现实世界中空间实体及其相互间的联系,但现有G IS数据模型主要表达某一时刻的空间实体及其相互之间的联系,没有考虑表示空间实体的时空变化,本质上是非时态的,无法满足各种用户的需求。本文分析了G IS应用的过程本质,系统地研究了地理信息系统过程建模的概念和类型,讨论了过程模型中的地理时空概念、空间数据模型的研究现状和存在的问题,以空间系统理论为依据,提出了空间数据模型结构,设计了适于表达G IS过程模型的基于框架的时空对象数据模型,并探讨了空间对象的时态表示和处理操作。     

再论快速确定线路加桩的方法

在线路测设过程中,对重要的位置需设置加桩。本文提出了一种加桩的新方法——交点加桩法,推导了相关的计算公式和算法,编写了电算程序。该法利用大地直角坐标,直接用坐标放样法进行放样,计算简单,提高了作业效率。     

基于时空信息的应急案例库系统关键技术研究

首先对应急决策的流程进行了分析,总结出案例对于应急决策的支撑作用主要体现在可以增强决策的科学性,缩短决策的时间。然后,总结分析了应急案例库系统的总体结构,以及实现的关键技术,包括应急案例的时空表达,基于时空关系的应急案例选取,基于时空相似性的应急处置方案修正,应急案例的评价,应急案例的系统学习,并在实践中进行了应用,取得了较好的应用效果。     

基于SOA的国土资源应用系统架构设计

文章分析了新形势下国土资源应用系统建设需求,阐述了目前SOA标准化与应用现状,提出了基于SOA的国土资源应用系统技术参考架构,给出了SOA在国土资源信息化建设中的典型应用场景,总结了采用SOA的效益及实施策略。     

GPS导航在制导中的应用研究

现代实战数据表明,精确制导武器在战争中正发挥着越来越重要的作用。而提高武器的制导精度,也是提高武器打击效果最有效的手段。随着科学技术的发展,全球定位系统（GPS）由于其全球性、全天候以及连续实时三维定位等特点,在武器制导领域正得到越来越多的应用。本文结合GPS／INS复合制导,对GPS导航在制导中的应用进行了探讨。     

基于GIS的石家庄市雾霾分析

为了得出雾霾气象成因机制、影响因素和时空分布特征,以石家庄市区与郊县为研究区域,将2013年9月至2016年12月石家庄市各市区、郊县的PM2.5历史监测数据中的有效数据进行了数据分析处理得到雾霾浓度数据,还有温度、降水、风速、地形和人口密度等数据,运用GIS分析的方法,模拟绘制石家庄雾霾的时空分布图、雾霾与各影响因子的专题对比图,得到雾霾形成机制的因子、雾霾的时空分布规律、雾霾季节变化特征、雾霾与地形间的关系等;运用数据分析软件OriginPro8.SR3分析雾霾浓度与风速数据、降雨数据、温度数据间的相关性。     

基于Android平台的移动GIS地图服务模式研究

移动智能终端正在迅速成为地图服务的增值平台,基于Android平台的移动GIS地图服务技术将成为研究热点。本文首先研究了移动GIS地图服务的特点、形式和模式,提出了一种地图混合服务模式;然后在此基础上,探究了Android平台下地图服务模式的技术开发,建立了一种基于自定义瓦片地图的服务开发模式;最后以客户端移动GIS地图服务演示系统为例,进行了技术验证。     

等分分层组合投影研究

针对中国地理格网(1°、10°等多级格网系统)的分割方法,设计了一种适合该格网系统的新型地图投影——分层组合投影。从微分几何的观点出发,把地球椭球按等纬度分割成若干层圆台,分别建立每个圆台的投影模型,即可得到一种地图投影。这种投影还可根据格网间隔的不同进行细分,从而发展成为一种适合多分辨率格网模型的动态地图投影。通过对该投影进行变形计算表明,该投影可以保持等角,而且面积和长度变形都很小,特别是在高纬度地区,与Mercator投影相比变形明显减小。     

GPS RMBS起算点偏差对定位影响的研究

GPS RMBS(Relative Moving Baseline System)在工程中有许多重要的应用,例如,远洋编队航行、舰载飞机着舰、编队飞行、空中加油等,但在RMBS中需要伪距单点定位来提供起算点。本文讨论了伪距单点实时定位的精度,由于其精度有限,导出了该起算偏差对定位影响的模型。通过实验,其实算结果表明:由伪距实时单点定位来作为起算点,无论对于基线长还是基线分量都有影响,并且对基线分量的影响大于总基线,但对于10km范围内,其影响仍可以满足cm级高精度的相对定位要求。     

基于尺度转折点的尺度转换方法研究

如何用一种向上的尺度转换方法使得一幅高分辨率的遥感图像经向上尺度转换后可以生成一幅低分辨率的遥感图像,并且使这幅新生成的图像所描述的地物空间关系、空间格局及破碎程度等信息与实际情况下该尺度下的信息保持一致,损失的信息量最少。如何找到这样一种尺度转换的方法是尺度问题中的核心部分,也是遥感中最终要解决的问题。本文一方面结合景观生态学中有关空间分析和尺度转换的方法及最近提出的基于直方变差图的尺度转换方法,对这些方法加以对比并分析了它们各自的优缺点;另一方面在直方变差图的基础上结合分形理论引入了尺度转折点这一概念。通过各个尺度转折点可以确定各个尺度域。。如何找到不同尺度域之间的尺度转换方法将是本研究的重点。本文拟采用的数据为互联网上的IKONOS天安门地区图像。