基于卷积神经网络的极光图像分类

极光是由带电粒子经磁层—电离层碰撞大气而产生的。面对形态各异、演变过程复杂的极光图像,对其合理分类为进一步探究日地电磁活动和能量耦合等空间物理问题奠定了基础。针对该问题,引入深度学习的方法,通过卷积神经网络模型自主表征极光特征并实现极光图像分类。该方法对2003年北极黄河站越冬观测的38 044幅和8 001幅典型极光图像分类正确率达93.17%和91.5%;自动识别2004—2009年观测数据的极光形态,4类极光时间分布规律与三波段激发谱能量分布基本一致。实验结果表明,基于卷积神经网络的极光表征方法,能有效实现极光图像的自动分类。     

日侧极光卵的可见光多波段观测特征——中国北极黄河站首次极光观测初步分析

中国在斯瓦尔巴特(Svalbard)群岛新奥尔松(Ny-Alesund)地区建立了一个永久性科学考察站--北极黄河站。北极黄河站(78．92°N,11．93 °E)的修正磁纬为76．24°。2003年11月黄河站建立了一套多波段(427．8nm,557．7nm,630．0nm)单色极光全天空CCD成像观测系统,并于2003年12月11日-2004年2月25日极夜期开展了首次极光越冬观测,获得了1200多小时的连续观测数据。利用这1200多小时观测数据制作了以时间为横轴的南北向极光活动图,对日侧极光卵的极光活动特征进行了研究。初步分析发现,沿日侧极光卵不论磁静日还是磁扰日,在三个波段上都同时观测到了四个重复出现的极光活动区,即0900MLT(磁地方时)附近的 A区、1330MLT的B区和1630MLT的C区以及1200MLT附近的G区。A区内的极光活动由低纬向高纬运动,强度逐渐变弱,形态由较宽的弧状极光向冕状极光演变;B区内的极光活动由高纬向低纬方向运动,形态呈现为冕状极光向较窄的极光弧的演变,极光强度逐渐增强;C区极光活动向高纬方向展宽,强度逐渐变弱,极光由单弧向多重弧演化;而在A与B之间存在一个纬度范围相对较窄的极光活动区G区,该区的极光呈现暗弱的冕状极光。日侧极光活动随时间从午前、正午到午后呈现出一个系统的光谱变化:绿色-红色-绿色。A区的位置出现在卫星探测的午前极光峰之中;而正午附近极光强度暗弱的G区,可部分地解释卫星观测的所谓“正午极光空白区”;卫星观测到的1500MLT附近的“极光热点”区在地面观测中可以区分为以红色极光为主的B区和以绿色极光为主的C区。     

极光全天空图象移动速度的一种计算方法

用随机变形图案分析法计算极光全天空图象的移动速度。与过去直观估计方法不同的是,这样得到的是极光的整体移动速度或整个极光图象的平均速度,而不是个别部分（如最亮部分、边缘或某条亮射线等）的速度。对１９９７年６月２３日一段持续１００秒的平静带状极光记录进行了具体分析,得到极光东西向移动的最大速度为２．８ｋｍ ／ｓ。     

基于全天空极光图像方向能量表征方法的极光事件分类

针对基于全天空极光图像的极光事件自动分类问题,提出一种基于方向能量二元编码重组表征的自动分类方法。首先,通过对多个方向上能量分解来描述极光事件中的局部纹理和各个方向上的运动信息,并且结合分块策略获得极光事件的全局形态信息;然后,借鉴一种二元编码重组的方式对多个方向能量进行融合,从而使得极光事件的表征具有同时表征局部纹理、全局形态和运动信息的能力。该表征方法完全不依赖于极光事件的长度,可用于表征不同持续时间的极光事件,并且不需要复杂的训练过程。利用最近邻和支撑向量机分类器分别对从中国北极黄河站拍摄到的极光图像中挑选的特定极光事件进行自动分类,结果表明,与其他两种典型的动态纹理描述方法相比,本文所提出的表征方法结合最近邻分类器,得到了最好的分类效果,能有效用于极光事件的分析,为海量数据中的极光事件自动分类提供了一种新方法。     

基于北极黄河站观测的日侧极光研究新进展

回顾了基于中国黄河站全天空极光观测对日侧弥散极光与喉区极光研究的最新进展。首先,利用黄河站极光观测,对日侧弥散极光展开系统性分类与统计研究,对这一重要空间物理现象取得新认识,指出日侧弥散极光对研究日侧外磁层冷等离子体的分布、形成及磁鞘粒子进入磁层都具有重要启示作用;同时发现并定义了一种新型分立极光结构——喉区极光,并推断其可能对应磁层顶的局地变形。喉区极光是指发生在电离层对流喉区附近、从极光卵赤道侧向低纬方向延伸出来的分立极光结构。全天空极光观测表明喉区极光走向大致与电离层对流方向一致。之后,观测验证了喉区极光对应磁层顶局地内陷式变形的推测;统计发现喉区极光是一种非常高发的现象,对应的磁层顶变形尺度可达2—3 Re,并指出这种变形最可能由磁鞘高速流冲击磁层顶产生;发现在喉区极光产生过程中还可能触发磁重联;证实伴随喉区极光的产生,磁鞘粒子会进入磁层并诱发产生一种新型弥散极光。通过喉区极光研究,可以将已有的磁鞘瞬态过程研究和触发式磁重联研究有机地结合在一起,对太阳风-磁层耦合过程形成一种新的认识,即:在磁鞘中局地产生(而不是存在于太阳风中)的瞬态过程可以在日下点附近频繁地导致磁层顶局地变形、触发重联、引发系列地球空间效应,可能对太阳风-磁层耦合具有不可忽略的重要性。以此为基础,讨论了日侧极光研究引出的新课题。     

基于子空间聚类算法的时空轨迹聚类

已有的时空轨迹聚类方法一般以整条轨迹作为聚类单元,聚类效果较低且不能识别轨迹局部特征;另一种轨迹聚类方法是以划分后轨迹段为聚类单元,算法效率较低且不能很好地支持多属性聚类。该文提出基于子空间聚类算法的时空轨迹聚类。首先引入数据归约的思想,将轨迹进行离散化处理,再运用CLIQUE算法对离散化后的轨迹段进行聚类。实验结果表明,此轨迹聚类方法具有较高的伸缩性,能有效地处理多维轨迹数据并识别轨迹的局部聚类特征,能揭示时空轨迹在不同子空间的运动规律。     

南极中山站极光形态的统计特征

利用极光全天空摄象机１９９５年和１９９７年在南极中山站观测的极光数据,对中山站上空极光的出现情况进行了统计分析。在南极中山站,午后（磁地方时１４００～１８００ＭＬＴ）和子夜前后（２２００～０３００ＭＬＴ）出现极光的情况比较多,在傍晚（１８００～２２００ＭＬＴ）出现极光的情况要少一些;较强的极光主要也出现在午后和子夜附近。冕状极光主要出现在子夜附近和午后的极向侧和天顶,在傍晚出现很少;带状极光主要出现在午后和赤道侧的傍晚与子夜;极光浪涌主要出现在子夜前后;向日极光弧则主要出现在子夜前后,子夜前比子夜后多,极向和天顶比赤道侧多。除向日极光弧外,其它形态的极光在中山站的出现情况与Ｋｐ指数相关。中山站进入极光带的时间通常在午后,具体时间也与Ｋｐ指数有关     

基于小波变换的栅格数据聚类

为了提高K均值聚类算法的质量与收敛速度,提出一种基于小波变换的栅格数据聚类新算法。该算法利用小波分析塔式算法得到的顶层栅格数据,既较好地保留原始数据的特征信息,又大幅减小了数据量,在保证聚类质量前提下,提高了算法的收敛速度;针对分解后的低频数据应用K均值算法,得到后续迭代所需的聚类中心初值,避免了初值选择的盲目性。试验表明,该算法具有计算效率高、稳定性好、聚类质量有保证等优点。     

基于K-Means聚类的辽宁省主体功能区试划研究

在国家提出的新的主体功能区概念体系和划分思路前提下,基于辽宁省主体功能区划定要求的8个基本指标项定量综合评价基础数据,选择“典型的”优化开发区、重点开发区、农产品主产区和重点生态功能区,采用K-Means聚类方法,分别在不指定初始聚类中心、指定初始聚类中心、以及PCA分析（即主成份分析）基础上指定初始聚类中心3种方法,对于全省100个县市区做4类主体功能区试划分.分别将划分结果与全省最终采用的划分方案进行比较,结果表明采用在PCA分析基础上指定初始聚类中心技术方法的划分结果更接近最终采用方案.     

地区综合实力的灰色聚类评价

根据灰色聚类分析的原理与方法,对金华市等县（市）社会经济发展进行了灰色聚类分析,确定了该地区各县（市）综合实力的等级,为进一步深化改革、持续发展提供重要的依据     

多尺度空间分层聚类算法在土地利用与土地覆被研究中的应用

利用遥感数据,综合最大似然法监督分类、多尺度空间分层聚类的部分监督分类方法和主成分方法,分析黄河上游龙羊峡水库库区1987～1999年间土地利用土地覆盖变化.提取专题信息,不同要素采用不同方法;具体分类中,土地利用类型的一级类型耕地、水体及未利用土地类型采用主成分分析和最大似然法监督分类方法;对一级类型草地采用多尺度分层聚类算法的部分监督分类方法.结果表明,草地信息利用SSHC方法提取结果较好,与Bayes分类方法相比,精度提高4.2%,SSHC所获结果数据Kappa系数为0.84,Bayes所获结果数据Kap-pa系数为0.78.对某专题要素分类,此方法结果较优.     

基于感知形象调查的沙漠旅游行为意向研究

近年来,沙漠旅游呈现蓬勃发展之势。应用问卷调查法对国内居民的沙漠感知形象进行调查,在此基础上进一步对其沙漠旅游行为意向进行研究。结果表明,沙漠旅游具有广阔的市场前景,人们对沙漠旅游十分向往,愿意支付较高的旅游费用并花费较长的旅游时间,但对沙漠的感知形象支离破碎,且对已开发的沙漠旅游景区认知度较低。研究还发现,市场营销力度不够和交通可达性差是阻碍目前中国沙漠旅游业发展的主要因素。提出推动中国沙漠旅游快速发展的3点建议,即丰富旅游产品体系,重点发展观光旅游;塑造鲜明旅游形象,加大市场营销力度;提高交通可达性,完善旅游配套设施。     

Development of a cloud detection method from whole-sky color images

A method is proposed for detecting clouds from whole-sky color images obtained with an all-sky camera (ASC) system. In polar regions, cloud detection using whole-sky images usually suffers from large uncertainties in fractional cloud cover retrievals because of large solar zenith angles (SZAs) and high surface albedo, which cause “whitening” in the images. These problems are addressed by using differences between real images and virtual clear-sky images for a particular observation time with the same SZA. The method is applied to ASC images obtained at Ny-Ålesund, Svalbard in May of 2005–2007, and the results are compared with Micro-Pulse Lidar (MPL) measurements. When no clouds were detected by MPL, the false cloud detection rate from ASC classification was 2.1% in total hours. Conversely, when clouds were detected by MPL, the ASC classification underestimated the clouds by 11.6%. In most cases, this occurred when MPL detected very optically thin clouds. Furthermore, the variability of cloud fractions estimated by MPL and ASC was roughly constant regardless of the SZA. Thus, it is confirmed that the method developed in this study is valid for cloud detection from whole-sky color images.     

基于DCT变换的多光谱与全色影像融合方法

针对IHS融合法的融合影像相对于原多光谱影像光谱扭曲严重、小波变换融合法运算量大的缺点,依据影像成像时传感器像素间的对应关系,提出应用遥感影像空间分辨率比值关系对影像进行分块,采用离散余弦变换与IHS变换相结合的融合方法进行多光谱影像与全色影像融合,以提高遥感影像的应用能力。仿真实验表明,该方法融合结果的光谱保持性与小波变换方法相近,均优于IHS变换融合影像,对全色影像空间信息集成能力稍弱,但计算效率明显改善,适合于对大数据量的遥感影像融合。     

基于多尺度空间聚类的江西省经济区域划分

经济区划是区域经济规划中的一个重要方面,以传统聚类方法进行的经济区划不能兼顾区划单元的属性特征与空间邻接性。运用基于尺度空间理论的空间聚类方法、综合区划单元的属性特征与空间邻接性,对江西省县域单元经济区划进行研究。结果表明:江西省可划分为五类经济区,分别是昌九经济区、赣东北经济区、赣西北经济区、赣中南经济区和赣南经济区,区划结果与江西省实际经济发展情况基本吻合。     

A Spatial Dependence Approach to Retrieving Industrial Complexes from Digital Images

This article reports preliminary results of using a spatial dependence approach to retrieving industrial building complexes from digital aerial photographs. Because image retrieval was originally developed outside geography, this paper first discusses the principle of image retrieval in the context of geographic studies, the basic types of geographic features for retrieval, and the spatially dependent nature of geographic features. Based on these discussions, the spatial dependence approach is presented for the intended retrieval. Semivariogram is used to represent the spatial dependence of geographic features and for the subsequent retrieval of these features. Results show the effectiveness of this approach and warrant further investigations.     

基于单元复形的数字图像多级别层次表达

基于复形理论定义了数字图像空间的拓扑元素及其性质,在此基础上提出一套完备的保持拓扑等价性的层次表达数字图像的数学模型体系框架,并验证了层次表达结构中的Jordan曲线定理.同时,基于单元复形扩展模型,对SPOT影像实施了渐进式离散分割,有效地利用影像蕴含的空间信息,获得了比最大似然分类法更优的分割结果.     

利用多时相Landsat影像生成白洋淀湖底DEM的研究

该文使用多时相Landsat影像,以白洋淀地区为例,阐述基于中等分辨率的可见光—近红外遥感影像生成具有较高精度数字高程模型的非常规方法。对覆盖同一研究区的不同时相影像分别进行淹没区与非淹没区的分类,提取不同水位高度时的水域边界,并以此为相应水位高度的等高线,对获得的等高线进行插值生成数字高程模型(DEM)。这种由一系列遥感影像提取的水域图生成数字高程模型的方法适用于人为干预较少、地形相对简单的湿地或季节性湖泊,可以弥补该类地区数字高程信息不足或精度不够的缺陷。     

A Spatial Dependence Approach to Retrieving Industrial Complexes from Digital Images*

This article reports preliminary results of using a spatial dependence approach to retrieving industrial building complexes from digital aerial photographs. Because image retrieval was originally developed outside geography, this paper first discusses the principle of image retrieval in the context of geographic studies, the basic types of geographic features for retrieval, and the spatially dependent nature of geographic features. Based on these discussions, the spatial dependence approach is presented for the intended retrieval. Semivariogram is used to represent the spatial dependence of geographic features and for the subsequent retrieval of these features. Results show the effectiveness of this approach and warrant further investigations.     

MODIS卫星影像显示的2001-2017年中国荒漠化年度状况

年度监测是及时掌握荒漠化动态的有效方法。以MODIS卫星影像为数据源,依据荒漠化土地特征和荒漠化遥感监测指标选取原则,选取了能够基于中低分辨率MODIS卫星数据反演的4个遥感监测指标,将原国家林业局第三次荒漠化监测结果与MODIS反演的4个遥感监测指标的栅格图进行叠加,参照各监测指标在不同荒漠化程度等级下的像元值,得到各指标荒漠化程度判别值。根据原国家林业局荒漠化监测气候分区规定,基于各监测指标判别值,应用决策树分类方法,实现了中国不同气候区域2001-2017年的荒漠化状况年度监测。以2009年原国家林业局第四次中国荒漠化土地监测结果与本文年度监测结果对比,吻合度达92.62%。