基于Web目录服务的地学传感器观测服务注册和搜索

在分布式异构网络环境下,如何根据时间、空间和尺度等因子发现地学传感器和聚集传感器观测数据已成为自适应地球观测和空间信息服务中需要解决的问题.本文提出集成OGC的目录服务和传感器观测服务的地学传感器数据的访问方法和体系架构,包含分布式地学观测服务、基于ebRIM的目录服务、SOS注册与搜索服务中间件和地学传感器门户4个部件;深入探讨了观测数据注册的流程、观测能力注册的更新、目录服务中海量历史观测数据的管理和可视化搜索等实现技术;最后,基于传感器观测服务和目录服务标准,设计和实现了服务注册原型,并用E0-1的高光谱观测数据验证了服务原型的可行性,能够有效解决传感器观测服务、观测能力和观测结果的注册、管理和搜索.     

基于方差分量估计的自适应融合导航

多源传感器观测信息的精度一般不一致,利用方差分量估计理论可以合理地顾及各传感器观测信息在融合导航解中的权比.首先给出基于多源观测信息的融合导航解算模式,进而基于方差分量估计讨论了各传感器观测信息在融合导航解中的合理平衡问题,然后应用自适应因子顾及动力学模型预报信息的贡献,给出了计算过程,并利用模拟数据进行了试算与比较.     

联合HJ-1/CCD和Landsat8/OLI数据反演黑河中游叶面积指数

目前制约30 m分辨率地表参数遥感提取的主要因素是有限的观测个数,而联合多传感器观测是提高单位时间观测频次的一个有效途径。本文以黑河中游为研究区,利用HJ-1/CCD和Landsat 8/OLI传感器构建多传感器观测数据集。对多传感器观测数据集在观测周期内的有效观测个数、观测角度和双向反射分布函数BRDF分布特征、以及经过预处理后的多传感器数据一致性等问题进行分析。不同传感器观测数据质量差异是多传感器联合反演的主要问题,因此本文首先制定了多传感器数据质量控制方案,然后利用统一模型查找表反演单传感器叶面积指数LAI结果,对10天观测周期内经过质量筛选的单传感器反演结果采用平均方法合成LAI产品。结果表明,LAI有效反演像元占总反演像元比例由单传感器的6.4%—49.7%提高到多传感器的75.9%。利用地面测量数据进行验证分析,LAI反演结果与地面实测数据的均方根误差RMSE均值为0.71。利用30 m分辨率的HJ-1/CCD和Landsat 8/OLI传感器数据可以生产精度可信、时间分辨率连续的LAI产品。     

传感器观测服务的性能评估与方法

传感器观测服务是传感网的核心服务,用于管理和获取异构传感器的元数据和观测数据.在一定的硬件和软件条件下,评估传感器观测服务的性能有助于发挥传感网监测目标地物时的最优性能.本文以服务性能的响应时间为评估标准,提出了传感器观测服务性能的评估方法.此方法分别从不同的操作和软件配置等方面进行了响应时间的评估,分析出传感器观测服务中不同操作的性能特征,提高了传感器观测服务的设计与部署效率.     

高光谱红外传感器在轨光谱定标

高光谱红外传感器高精度在轨光谱定标是红外遥感定量反演及应用的重要前提.本文针对大气红外探测仪AIRS (Atmospheric Infrared Sounder)的观测数据,分析传感器等效入瞳亮温与大气透过率光谱中的吸收线特征,基于NODD和包络线去除的光谱归一化处理,融合多种光谱匹配算法构建非线性代价函数,提出了一种...     

地球空间信息科学技术进展续（2）

8无线传感器网络技术进展 8．1无线传感器网络技术 无线传感器网络技术是指将传感器技术、小型计算机技术,无线通信技术、卫星定位技术、自动控制技术、数据网络传输、储存、处理与分析技术集成的现代信息科学技术。具有数据获取、分析、运算、存贮和传输等功能。它的传感器一般与小型计算机和无线发送装置集于一体,称作网络传感器节点。每个节点一般置于观测对象的附近,或与观测对象直接接触,甚至埋于感兴趣观测对象当中。     

基于倾角传感技术的阵列式高精度倾斜监测系统

倾斜监测是建筑物安全使用的重要保障,利用MEMS传感器技术,设计一种基于阵列式双轴倾角传感器的结构倾斜监测设备,该设备具有硬件的高集成化、低能耗,以及变形监测过程及数据分析自动化等特征。采用对比测试、应用示范等方法对装置观测精度、通讯功能、可靠性及功耗进行验证,证明该设备倾角观测精度可达0.01°,观测数据稳定,精度、自动化程度、互动性满足预设要求,可应用在工民建、市政、水利等领域倾斜监测与质量检测中。     

一种应用协同导航技术的交通拥堵度计算与危险预测方法

多源数据融合下的多目标协同导航是提高目标导航定位精度和稳定性的有效途径.通过导航数据传感器的实时观测以及位置、速度和目标间测距值等协同信息的共享,基于相关模型实现了协同导航系统中交通拥堵度和交通危险性的预判.模拟实验结果表明,协同导航技术不仅能降低传感器部署成本,还能提高交通拥堵计算和危险性预判的效率.     

同步激光测高数据的垂线偏差解算与分析

针对传统的垂线偏差计算过程中东西分量与南北分量差异过大的问题,提出了利用新型ICESat-2海面高数据获取高精度东西分量的方法,选定南中国海域(0°～23°N、103°～120°E)作为试验区域,基于ICESat-2 ATL12海表面高度数据产品进行垂线偏差解算.与此同时,采用XGM2019e_ 2159模型检核,对比同时间序列长度的Jason-2解算结果,分析了ICESat-2多波束同步观测模式的垂线偏差解算优势.数值试验表明:ICESat-2获取的海面高观测值精度优于传统雷达测高模式,计算的沿轨垂线偏差精度与Ku波段测高模式相当.ICESat-2中间束强波束的垂线偏差解算精度优于两侧强波束,并且多波束组模式首次提供了跨轨方向的同步观测数据,解算的跨轨垂线偏差精度可靠,可以提升垂线偏差东西向分量的确定精度.     

遥感科学与技术中的一些前沿问题

将人不可及的观测统称为遥感,使地面传感器成为遥感的一部分.提出遥感科学与技术的基本内容,包括传感器研制、遥感数据获取、数据处理、信息提取和应用5个部分.其理论基础是辐射传输过程模拟与反演,贯穿于各个组成部分.数据的可视化及传输发布存在于从数据获取到应用的各个环节.遥感科学与技术正处于快速发展时期,各个方面都有前沿问题.辐射传输理论中的尺度和多角度问题,地形对辐射和图像几何影响及相应的多源多时相数据的匹配问题,遥感信息提取中自动化和目视解译的结合以及信息提取新策略问题,遥感与基于过程模拟的气候一水文-生态模式相结合的四维数据同化技术等是当前遥感科学与技术发展中的重要学科前沿.四维数据同化技术是突破遥感瞬时信息获取、实现图像与机理模型有机结合、改善自身数据产品质量和促进地学大范围模拟准确性的重要发展方向,能增强遥感对全球变化科学的贡献.     

高分五号AIUS气温反演通道的选择

高分五号卫星搭载的大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪AIUS（Atmospheric Infrared Ultraspectral Sounder）是中国研发的第一个红外波段具有甚高光谱分辨率的掩星探测仪,为大气分布状态的研究提供了强有力的数据支持。气温是表征大气热力状态的重要参数,其分布状态直接影响地—气系统长波辐射和太阳短波辐射的相互作用,进而对全球辐射能量的收支平衡产生影响。采用高光谱数据直接进行气温反演的数据量较大、存储不便,并且不同波谱信息之间存在相关性,因此需要进行通道选择。考虑到实际气温反演精度受干扰成分的影响较大,致使反演精度较低,本文基于信息熵的通道选择算法与目标成分及干扰成分的敏感性分析相结合开展试验完成AIUS掩星观测数据的通道选择,为后期AIUS的温度反演奠定基础。首先,基于RFM（Reference Forward Model）正向辐射传输模型进行目标成分及干扰成分的敏感性分析,探究通道选择的可行性及进行初步的通道选择;然后,基于信息熵的理论进行通道选取,并对结果进行分析讨论;最后,依据通道选取结果,结合最优化算法进行温度反演效果验证。研究表明,掩星观测对气温变化具有较高的敏感性,该通道选择方法在掩星观测模式下是可行的;随通道数目的增加,信息量大体呈对数型增加,在通道个数为1000时接近饱和;在保证运算效率条件下,选用AIUS的100个通道进行温度反演,可基本满足精度需求。     

雾灵山山基掩星观测反演误差分析

运用山基GPS掩星探测技术对2005年8月河北雾灵山山基GPS掩星观测试验数据进行了处理,获得了接收机高度以下的大气折射率廓线;分析了掩星反演结果的内部符合情况,并利用同时进行的联合探空观测数据,将探空结果与掩星反演结果进行了比对分析。分析结果表明,山基GPS掩星反演大气折射率的内部符合精度优于1%,与常规探空结果的平均偏差为5.9%。反演结果偏小,标准偏差为5.6%。     

FY-2静止卫星红外通道的高光谱交叉定标

介绍利用高光谱探测器IASI和AIRS对FY-2静止气象卫星VISSR红外通道进行绝对交叉定标的方法,并且基于FY-2E业务运行以来的历史数据对该方案进行可靠性检验和误差分析。结果表明,基于两个独立仪器得到的高光谱定标结果间具有很好的一致性;高光谱定标的亮温偏差基本上呈正态随机分布没有明显的系统偏差,平均亮温偏差小于0.07K,标准差约1.4K,其中亮温大于290K时,平均偏差小于0.2K,亮温大于220K时,平均偏差小于1K,低温端平均偏差约为3K;本文方法与目前FY-2EL1文件中提供的定标结果相比有明显改善,精度平均提高大于1K,低温端2—3K。长时间统计分析结果证明文中采用高光谱交叉定标方案稳定可靠,精度能够满足定量应用需求。     

红外临边探测发展现状

临边探测器垂直分辨率高,辐射信号的变化主要受大气参数影响,且辐射校准后几乎不受背景辐射影响,对痕量气体可探测性强,探测高度约为10—100 km,对臭氧层的大气遥感监测具有特殊意义。红外临边传感器经过40余年的发展过程,在通道数目、信噪比、可探测目标种类、冷冻技术、在轨寿命方面都有明显改进。本文以平流层O_3及其相关的痕量气体为中心,按照传感器搭载的卫星平台及卫星发射时间的先后顺序,比较了国际上已有的LRIR、LIMS、SAMS、ISAMS、CLAES、MIPAS、HIRDLS、TES共8个星载红外临边探测器的特性、探测目标、技术改进、性能提升等;介绍了红外临边探测大气成分的反演原理;总结了红外临边探测器在痕量气体,平流层云与气溶胶,重力波与极涡,非局部热力学平衡效应4个方面的应用成果。最后对红外临边探测的前景趋势提出了思考。     

空基GPS遥感地球大气参数方法研究

探讨了空基无线电掩星技术应用于遥感地球大气参数方法，并将该方法编制成资料处理软件。对实测资料进行处理和分析后，给出了地球大气参数反演结果。发现指数函数外推法引入数据处理后大大改进了大气温度的归算结果，而对气压归算的影响却很小。比对结果显示我们的遥感结果同国外有关结果基本相符。     

温度与气压反演结果的分析

介绍低轨卫星计划的发展情况及温度和气压的反演过程,讨论和分析CHAMP掩星数据采用不同上边界高度反演的温度值。结果表明:上边界高度值越大,反演的温度阔线精度越高;上边界高度值越小,模型误差对温度和气压反演精度影响越大。     

基于气象要素内插的地基GPS/PWV 方法研究与精度分析

测站气压和温度的准确获取对GPS水汽反演的精度至关重要,但是我国各地在建立GPS连续运行观测站时的发展状态差别较大,有相当部分的GPS气象站网并未配备气压和温度传感器,无法有效准确采集测站气压及温度相关数据,对实时获取测站上方水汽有较大影响.本文基于一种增加高度改正的反距离加权法,和分布在全国的全球卫星导航系统(GNSS)气象站网数据,对该方法进行了实验验证．实验结果表明,通过此方法得到的气压和温度参数精度满足水汽解算需要．同时将本文方法与全球气温和气压经验模型(GPT2)进行对比,证明了本文得到的温压参数精度要优于GPT2模型.      

大气温湿廓线反演问题的研究

介绍了反演大气温湿廓线的主要传感器特性,阐述了ATOVS、MODIS和AIRS这3个卫星传感器的仪器特征及其相应的大气温湿廓线反演原理和方法,对其利弊进行初步分析,总结了大气温湿廓线反演问题的发展趋势.     

Ionospheric GPS radio occultation measurements on board CHAMP

The GPS radio occultation technique is a rather simple and inexpensive tool for getting information about the global characteristics of the vertical electron density distribution. No other ionospheric sounding technique (bottomside/topside vertical sounding, incoherent scatter) unifies vertical profiling through the entire ionosphere with global coverage. The paper addresses retrieval methods and algorithms applied for the generation of operational products including their limitations in accuracy and spatial resolution. Preliminary results of ionospheric radio occultation (IRO) measurements carried out onboard the German CHAMP satellite are reported. The achieved accuracy of the retrieved electron density profiles (EDPs) is estimated in particular by comparing the IRO results with independent vertical sounding data from European stations. It is concluded that CHAMP-IRO measurements have the potential to establish global data sets of EDPs, contribute to ionospheric research, develop and improve global ionospheric models and to provide operational space weather information.     

利用星载GPS无线电掩星数据分析全球水汽分布

水汽是大气成分中重要的组成部分,了解全球水汽分布规律及其形成机制对于未来全球气候至关重要。并且,GPS无线电掩星技术用于GPS气象学,为研究者提供了高精度、全球性、连续性的数据资料,特别是海洋及无人区的数据。本研究主要利用GPS无线电掩星数据反演全球水汽所对应的绝对湿度值,从而得到较为精确和全面的全球水汽分布情况,为进一步提升气象预报、未来气候分析的准确性及未来的大气研究提供精确的参考数据。