局部SVT算法的遥感反演场数据恢复实验分析

 遥感反演场数据会由于云雾、地物的遮挡,传感器性能等原因造成部分区域数据的缺失而影响遥感反演场数据的应用。矩阵填充理论针对低秩矩阵,利用矩阵的低秩性,即数据的高相关性,可以高精度地对低秩矩阵中的缺值数值进行恢复,其中矩阵填充理论中的SVT(Singular Value Thresholding)算法可以对矩阵中缺失数值进行快速、高精度的估计,应用广泛。本文应用矩阵填充理论的SVT算法,以缺值点为中心,方差最小作为窗口尺度选择的标准,这样可以保证区域数据的高相关性,建立局部窗口,对窗口进行SVT算法填充。本文也针对相同缺值区域进行了距离反比加权插值、Kriging插值法插值和整体SVT算法插值,整体SVT算法插值即并未对缺值点进行相关性窗口判断,而是直接对整个区域进行SVT填充。并对这几种方法的精度进行比较,得到局部SVT算法的精度相比整体SVT算法和距离反比加权插值算法的精度要高,与Kriging算法相比,其精度变化趋势相似,在锋面区域局部SVT算法精度比Kriging方法要高。     

一种快速重叠开窗拟合算法及其在电离层拟合中的应用

提出一种基于分段的重叠窗口拟合算法,它将分段窗口分为边界区、重叠区和内部区,通过对前后窗口重叠区拟合值的加权平均,使窗口间拟合值的变化连续。采用实测GNSS电离层数据,分别对逐历元滑动窗口、独立分段窗口和重叠窗口3种算法进行实验对比,其中在以400历元窗口对NKLG站G01的电离层拟合计算中,逐历元法耗费121.618 s,而独立分段法和重叠分段法只分别用了0.396 s和0.985 s,计算效率分别为前者的307倍和123倍。结果证明,该算法兼顾计算精度与执行效率,是处理数据量较大、连续且变化剧烈的时间序列的有效方法。     

中国北部地区卫星积雪产品数据集检验

同其他卫星相比,NOAA卫星搭载的AVHRR积雪产品,具有长达10 a的长时间序列数据集,能够应用于长时间、较大区域范围的积雪覆盖变化分析。由于不同卫星使用的反演算法,波谱宽度和大气订正等不完全相同,故需对不同卫星积雪产品数据集进行一致性检验,将卫星积雪产品更好地应用于气候分析研究。本文采用一种新的评估方法,对空间分辨率为0.05^o×0.05^o的AVHRR积雪产品与IMS和MOD10A1积雪产品,分别在空间和时间变化上进行对比分析,对AVHRR积雪产品数据集进行检验,发现AVHRR与MODIS积雪产品具有较好的一致性。     

矢量瓦片地图线化简算法研究

线状要素化简对提高矢量瓦片地图服务过程中数据传输效率和可视化表达效果至关重要。常见经典化简算法大多不考虑化简前后曲线空间关系的一致性保持,导致易发生化简结果尖锐化、局部极值点缺失和产生相交等异常问题,如果考虑化简前后空间关系的一致性,则影响化简效率。鉴于此,结合矢量瓦片地图服务应用需求,本文提出一种改进的Visvalingam算法,采用最小堆技术解决了最小权重值查找效率低下问题,利用线自相交拓扑关系判断策略,从全局考虑线上其它点对当前点的影响,解决了线化简前后拓扑关系的一致性保持问题。将改进的算法与原始算法在拓扑关系、几何特征、位置精度和化简效率等方面进行实验对比分析,结果表明改进算法可顾及线状要素的拓扑关系,保证化简前后线状要素的整体形态及其拓扑关系不变,能够更高效地应用于矢量瓦片地图在线服务中。     

一种改进的平方根滤波在卫星钟差实时解算中的应用

目前普遍采用卡尔曼滤波方法来实现非差法卫星钟差的实时解算。平方根滤波可以增强数值计算的稳定性,避免滤波发散,但矩阵的求逆会耗费较长的计算时间;序贯算法可以避免对矩阵直接求逆,能提升计算效率。综合两种算法的优点,提出一种基于序贯算法的平方根滤波器,并应用于卫星钟差的实时解算,得到的卫星钟差精度优于0.2 ns,且计算时长缩短40%。     

利用区域跟踪网进行GPS定轨研究

计算了全球网和区域网独立的定轨精度,并将区域网融合到全球定轨当中,研究了区域网对跟踪弧段卫星的改进效果.     

区域优化Peterson模型的气溶胶光学厚度估算分析

气溶胶光学厚度作为描述气溶胶光学特性的重要参数之一, 被广泛应用于空气质量监测及辐射传输模型的大气订正等研究中。卫星遥感可快速反演获取大范围气溶胶信息, 但其产品通常因云覆盖或暗目标算法等原因而存在空间覆盖率较低的问题, 且产品时相受限于卫星过境时间。水平能见度作为描述气溶胶光学特性的另一重要参数, 由分布广泛的气象台站一日8 次固定时间多次发布。建立水平能见度与气溶胶光学厚度的转换关系, 可实现对卫星反演气溶胶光学厚度的有益补充。本文利用2001-2009 年的MODIS气溶胶光学厚度产品与中国华东地区71 个气象台站的水平能见度数据, 对描述两者转换关系的Peterson 模型进行区域优化。采用分区域高斯曲线拟合的方法, 对影响转换精度的主要参数气溶胶标高随时间变化规律开展研究和模拟。利用2010 年数据对优化模型进行精度及区域适用性验证。结果表明, 优化后模型的气溶胶光学厚度估算均方根误差为0.31, 低于原模型误差;精度基本上与单站点优化模型一致, 但在实用性方面优于单站点优化模型。     

局部型地形因子并行计算方法研究

 随着分析区域的扩展及需求精度的提高,数据-计算密集型地形分析亟需通过并行化来满足用户的时间响应需求。局部型地形因子是以一定半径的分析窗口(通常为3×3)计算且具有单元计算结果独立性的地形信息,是数字地形分析的基本参数。本文在分析局部型地形因子串行算法特征的基础上,以坡度算法为样本,对局部型地形因子的并行计算方法进行了深入研究。从数据并行的角度,对并行计算环境下的数据划分粒度、方式及结果融合策略进行了分析,构建了局部型地形因子的并行计算方法。利用SRTM陆地表面地形DEM数据,设计了坡度并行计算的实验以验证其方法的正确性和实用性。实验结果表明,本文提出的并行计算方法顾及了任务、数据及计算环境,可快速对局部型地形因子串行算法进行并行化改造,提高算法的执行效率,具有较好的并行性能。     

基于区域监测站的BDS定轨策略分析

围绕影响轨道精度和实时性的5个要素（模糊度分类固定、测站数量、定轨弧长、太阳光压模型和多系统组合）展开研究,得出区域测站分布下的定轨优选策略。实验表明,选取中国区域27个均匀分布的地面区域监测站,利用72 h弧长观测数据,采用ECOM 5参数简化太阳光压摄动模型、BDS/GPS双系统联合定轨可达到较好的精度,其中GEO卫星轨道精度约291 cm,IGSO/MEO卫星轨道精度优于11 cm。若BDS单系统采用上述策略进行定轨,也可达到GEO卫星299 cm和IGSO/MEO卫星14.4 cm的近似等价定轨精度。     

利用数字图像相关方法实现高速相机序列影像运动目标的快速跟踪

以数字图像相关方法为核心设计了一套应用于高速相机序列影像运动目标的跟踪方案,该方案首先在基准窗口周围以局域搜索方法获取目标点的整像素位移值,然后联合使用梯度算法和最小二乘算法估计目标点的亚像素位移值,从而获得目标点的像素坐标,实现对目标点的自动跟踪。本文应用该技术方案处理了构筑物振动台实验的高速相机视频测量影像数据,与商用软件PhotoModeler Scanner 相比,跟踪结果具有同等精度,在计算速度上有优势。     

一种改进的混合差分实时GPS卫星钟差估计算法及其实现

提出一种改进的混合差分算法,实现实时GPS卫星钟差估计。算法实现过程主要采用4个解算步骤,最终生成播发至用户的实时钟差产品。利用全球分布的68个测站实时数据流进行GPS卫星实时钟差解算,并对2018-01-14～01-19的实时GPS卫星钟差产品采用2种方法进行检核:1)与IGS快速钟差产品比较;2)运用实时动态PPP结果检核。结果显示,基于改进的混合差分算法,利用实时数据流实现的GPS实时卫星钟差产品具备STD为0.15 ns、RMS为0.63 ns的精度,可提供实时cm级定位服务。     

基于凸包Graham扫描法的多系统融合精密单点定位快速选星算法

鉴于传统选星算法不能快速获得理想的卫星空间构型,在讨论定位精度计算模型、多系统融合GDOP值影响因素和分析基于凸包Graham扫描的选星算法原理的基础上,编程实现了基于凸包Graham扫描法的多系统融合精密单点定位快速选星算法,并对该算法的选星效果及定位效率进行仿真实验。结果表明,该算法的选星数能够稳定在8~10颗,其星座GDOP得到明显优化,空间构型得到明显改善;与传统方法相比,X、Y、H方向收敛时间的优化率分别达到40%、20%和7%,且定位精度更高,对于促进模糊度快速固定和改善定位效率有重要意义。     

一种与地图服务结合的栅格瓦片计算模型

随着遥感影像数据的快速增长,对于栅格数据高效的信息处理和价值挖掘方式提出了更大的挑战,传统地图服务聚焦于内容的共享与可视化,缺乏对影像实时分析处理功能。本研究以地图服务的形式实现了对栅格瓦片数据实时分析处理能力,将云优化的GeoTIFF（Cloud Optimized GeoTIFF,COG）作为数据组织方式,设计了分布式协同预取策略,实现了栅格瓦片数据的冷热加载,优化了从云端读取影像数据的效率。在栅格瓦片数据高效加载的基础下,提出了一种基于表达式的栅格瓦片处理模型,通过对表达式转换建模为计算工作流,在地图服务的请求中实现对栅格瓦片的实时处理,对存储在云端的海量遥感数据进行快速分析,实现原始数据到数据产品的直接可视化转换。针对全量数据参与的场景,使用合适的重采样数据进行简化计算,以满足地图服务的实时性。使用了NDVI、地物分类、植被覆盖度三类不同复杂度模型,在地图服务中对Landsat 8影像进行了实时计算分析。实验结果表明,该处理模型能对栅格瓦片进行有效分析,且能进行分布式扩展,在高并发场景下能够提供稳定的地图服务能力,适应各层级尺度的计算,对未来地图服务的发展提供了一种新思路。     

东北稳定参考框架NEChina20

选用中国地壳运动观测网络(CMONOC)在东北地区2012～2019年的GNSS观测数据,建立东北稳定参考框架(NEChina20),实现由全球参考框架IGS14到NEChina20的位置坐标转换.NEChina20与全球参考框架IGS14保持坐标系缩放比例一致,两者在历元2020.0对齐.NEChina20的精度(稳...     

基于IGU预报轨道实时估计精密卫星钟差

针对目前实时精密单点定位中,GPS卫星实时钟差服务所存在的精度问题,提出了一种基于IGU轨道的实时钟差估计方法。该方法基于IGU轨道,采用全球参考站非差载波相位观测值,进行实时钟差估计。数值结果表明：实时估计的卫星钟差与IGS最终产品的偏差大部分小于0.3 ns,平均优于0.2 ns;采用估计所得的实时钟差进行PPP静态定位,其精度可达1~2 cm,同时也可得到毫米级精度的天顶对流层延迟。     

Application of nonlinear multi-channel algorithms for estimating sea surface temperature with NOAA-14 AVHRR data

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＳｉｎｃｅｔｈｅｅａｒｌｙ 1 970ｓ,ｔｈｅＡｄｖａｎｃｅｄＶｅｒｙＨｉｇｈＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＲａｄｉｏｍｅｔｅｒ(ＡＶＨＲＲ)ｏｎｂｏａｒｄｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＯｃｅａｎｉｃａｎｄＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ (ＮＯＡＡ)ｓｅｒｉｅｓｏｆＰｏｌａｒ ｏｒｂｉｔｉｎｇＯｐｅｒａｔｉｏｎａｌＥｎ ｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳａｔｅｌｌｉｔｅｓ (ＰＯＥＳ)ｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｆｏｒｓｅａｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ (ＳＳＴ)ｒｅｔｒｉｅｖａｌａｎｄｃｌｏｕ…     

实时路况支持下的南京市消防救援覆盖率时空模式分析

快速城镇化导致我国城市消防应急服务基础设施与城市发展不同步的问题日益凸显,城市消防救援覆盖率评估是提升消防服务质量与优化消防资源配置的重要手段。本文提出一种基于实时路况的城市消防救援覆盖率评估模型,通过考虑消防站管辖区域的空间限制,在2020年9月连续三周时间内利用高德地图API获取消防站到达历史火灾事件的实时出行救援时间,对南京市消防救援覆盖率的时空模式进行分析与挖掘。结果显示：① 南京城市火灾密集区域（简称火灾密集区）消防站的平均出行救援时间约10 min,非火灾密集区约16 min,均比国家规定的5 min到达时间标准明显要长,导致南京市消防站在5 min到达标准下的覆盖率仅为8.2%;② 由于南京火灾密集区消防站的平均行车救援距离仅为非火灾密集区的37%,导致火灾密集区火灾事件等待救援时间明显低于非火灾密集区,尤其火灾密集区西南部、东北部及部分消防站周边火灾事件等待救援时间相对较短,但南京全区火灾事件等待救援时间在5 min以内的比例不足7%,且等待救援时间在5~10 min之间的短距离火灾事件受早晚交通出行高峰期交通拥堵影响最大;③ 南京市消防站救援覆盖率受早晚交通出行高峰影响呈现早晚交通出行高峰期明显低于其他时段的“W”形变化模式,火灾密集区消防站在5 min到达标准下的救援覆盖率从非交通出行高峰期的11.5%降低到交通出行高峰期的8.4%,而非火灾密集区从6.1%降低到5%,火灾密集区东南部石门坎与东山交界区域和北部汉中门与迈皋桥周边区域早晚交通出行高峰时段等待救援时间超过15 min的火灾事件比非交通出行高峰时段明显增多;④ 在5 min到达标准下,南京市消防站救援覆盖率“W”形模式波动最小,10 min到达标准下的平均覆盖率为43.5%且波动最明显,15 min到达标准下的平均覆盖率达到75%。最后根据分析结果给出了南京市消防未来建设发展意见。