基于R语言的MODIS数据自动化处理方法研究

卫星遥感数据具有覆盖空间范围广、观测周期短等优点,已经成为全球变化监测领域不可或缺的数据源。尤其是具有较高时空分辨率的MODIS系列数据产品,自发布以来已经广泛用于陆表过程模拟和植被动态变化监测等研究。本文介绍了一套利用R语言自动化进行数据下载,处理任意地点、时间段MODIS数据产品的流程方法,并以MODIS NDVI数据产品为例展示了具体的实现机制和过程。首先使用http协议发起数据请求,并使用二进制流方式下载数据,得到hdf格式数据以后利用R语言连接MRT(MODIS Reprojection Tool)工具,进行高效的遥感产品的格式转换、投影转换、拼接工作,最后利用R语言对影像进行时间趋势分析和空间探索分析。结果证明:利用R语言的网络数据抓取、传输和可执行程序黏合等灵活的功能,可以减少MODIS数据处理过程中的人为误差和研究人员手动处理数据的工作量。自动化的MODIS NDVI处理流程有助于生态学的研究,特别是在meta分析、观测网络和全球性的分布式实验中的应用。     

基于出租车轨迹数据的空间关联规则挖掘

出租车作为城市公共交通的重要组成部分,对于人们的日常活动有着重要的作用。而出租车的运营产生了大量的轨迹数据,通过对轨迹数据的挖掘可以反映城市居民的人口流动状况及出租车的运营规律。空间关联规则挖掘作为数据挖掘的重要组成部分,通过对轨迹数据进行关联规则的挖掘可以得到其隐含的规律信息,从而改进出租车运营模式。而OpenStreetMap是众源地理数据中极具代表性的项目,其数据量丰富、现势性强、成本低廉,被广泛关注。以深圳市出租车轨迹数据及OpenStreetMap矢量地图数据为基本数据,基于出租车上(下)车点进行关联规则挖掘,进而得到深圳人口流动特征,从而为人口活动分析及基于位置的服务提供参考。     

一种场景稳健的单目视觉里程计算法

针对利用单目相机采集的图像序列进行实时车载平台位姿估计问题,对比了不同单目半直接典型算法的原理和试验结果以及不同场景、运动状态、光照和耦合因素下的同名点跟踪算法、长时间场景稳健的高精度位姿估计方法、位姿优化方法的试验结果。通过与两个典型半直接MVO算法进行了计算过程多个阶段和计算结果多个方面的对比,得出每个阶段和整体结果更好的计算方法;最终总结提出了一种场景稳健的单目半直接视觉里程计算法并利用序列真实数据进行了试验验证。试验结果表明,该算法的长时间位姿估计的场景稳健性和计算精度均显著优于目前典型的半直接MVO算法,位姿估计精度比ERL算法提升10%以上,计算效率与典型的ERL算法相当,能够满足各类单目视觉里程计应用场景需求。     

一种基于SRTM高程数据的可视化选取投影面的新方法

在独立坐标系的建立过程中,投影面的选取是一个非常重要的问题。传统的投影面选取方法是选取各个控制点的平均高程面作为投影面,这种做法虽然简单,但是在某些高海拔地区或山区往往由于控制点少且分布不均匀,无法较为准确地计算投影变形来选取投影面。提出了一种基于航天飞机雷达地形测绘任务全球地形起伏数据的可视化选取投影面的方法,可以直观、准确地选取测区投影高程面。与传统方法相比,该方法能够在测区内均匀地选取格网点,克服了传统方法控制点少的缺点,并且利用GMT(generic mapping tools)软件将投影变形按区域直观地呈现出来,实现了投影面选取的可视化。     

基于密度峰值聚类的中尺度涡轨迹自动追踪方法

中尺度涡信息的提取包括涡旋的识别和轨迹追踪,其自动识别与追踪对于基于海量数据的中尺度涡分析十分重要。传统涡旋轨迹自动追踪方法一般需要预先设定搜索半径的阈值,存在一定的主观性。针对传统中尺度涡轨迹追踪方法存在的问题,论文从聚类的角度出发,提出基于密度峰值聚类算法实现对涡旋轨迹的自动追踪,并以南海中尺度涡追踪为例,将基于聚类的追踪算法与传统的相似度追踪算法进行比较分析。结果表明:（1）基于密度峰值聚类算法,可实现对海洋中尺度涡的自动追踪,该算法涡旋追踪准确率优于传统相似度算法;（2）该涡旋追踪算法对资料的完整性依赖度较低,特别是对于存在部分缺损数据的情况仍能较准确追踪;（3）该追踪算法克服了传统涡旋追踪算法需要预先设定搜索半径阈值的问题,自适应性更强。     

基于Argo历史观测的南海海盆尺度中层流场研究

针对南海海域海流环境复杂、中层实测数据量少的现状,本文基于2006-2016年布放在南海海域的114个Argo剖面浮标的卫星定位等信息,采用基于背景流和惯性流外推的最小二乘方法,获取南海海域1 200 m深中层流场信息,并采用Divand变分插值的方法形成网格化季节流场。结果表明:（1）针对南海中层（1 200 m）流场,单个Argo浮标可以刻画出具体的中尺度结构,如越南沿岸的反气旋涡,半径约为120 km,最大流速约为9.6 cm/s,平均流速为5.3 cm/s;（2） Argo网格化流场表明海盆尺度中层流场南海南部为反气旋环流结构,北部为气旋式环流,同时在吕宋海峡口存在从南海至太平洋的水体交换;（3）将该流场信息与HYCOM和YoMaHa'07两种资料对比,吻合度较高,与HYCOM再分析资料的偏差分布趋近于正态分布,海流的东西向分量的均方根误差为3.28 cm/s,南北向分量的均方根误差为3.26 cm/s。总体而言,利用Argo轨迹资料能够有效地反演出南海地区海盆尺度的中层环流特征。     

海上无动力船舶漂移轨迹模型及其在“桑吉”油轮漂移模拟中的应用

无动力或破损的船舶在海上自由漂移对海上的各项生产活动是一个巨大的危险。通过对海上漂浮的船舶进行受力分析,考虑船舶的外形特征及漂浮状态,建立了海上船舶漂移轨迹模型,对船舶海面以上与以下侧向投影面积之比(面积比)、风拖曳系数、流拖曳系数等参数均进行了敏感性分析,并针对2018年1月6日爆燃的"桑吉"油轮漂移轨迹开展了模拟应用。结果表明该模型针对不同类型海上船舶的漂移轨迹有一定合理的模拟能力,船舶面积比是准确模拟漂移轨迹的一个重要参数,同时,该模型对风拖曳系数、流拖曳系数较为敏感。针对"桑吉"油轮的模拟,科氏力的作用不可忽视,考虑科氏力作用后漂移轨迹的模拟效果得到了很好的改善。     

基于卫星漂流浮标轨迹的东海边界交换估算方法研究

东海陆架斜坡和台湾海峡是我国东部近海从大洋和南海获取热量、盐量和营养盐的两个主要边界。本文建立了一个不规则分布漂流浮标轨迹的网格化处理方法和跨边界交换估算方法。该方法得到的漂流浮标轨迹累计次数再现了黑潮主轴位置并表明主轴两侧浮标存在显著的跨陆坡交换现象。浮标轨迹的统计结果揭示了东海陆坡上水体交换具有显著的区域性,即陆坡上存在7个主要交换区,3个交换区以入流为主,另4个交换区以出流为主。研究也表明跨东海陆坡交换具有明显的季节变化特征,秋季交换最剧烈且入流最显著,春季最弱。穿越台湾海峡的交换主要以北向入流为主,海峡东侧的交换更加明显,一年之中夏季最显著,春、冬季最弱。     

江苏滨海北区风电场溢油风险数值模拟

利用MIKE21_FM HD模块搭建基于非结构网格形式的滨海北区二维潮流动力模型,并根据工程区实测水文数据对模型进行验证。结果显示,模拟结果与实测值吻合度良好,工程海域的水动力特性能够得到准确的反映,且可为溢油模块提供可靠的水动力基础数据。采用MIKE 21/3SA溢油分析模块搭建溢油风险预测模型,针对8种特定溢油情景下的油膜扫海面积、典型油粒子运动轨迹以及残油量变化等进行了预测分析。预测结果显示,不同情景下的油膜扫海范围和油粒子运动轨迹具有较明显的差异性;风场对油膜运动轨迹和扫海范围起决定性作用,潮流场次之;油膜扫海面积随溢油时间逐渐增大,在夏季主导风落潮时刻达到最大的626.89km2;盐城自然保护区北区最早受溢油影响的时间为第29.5h,南区最早受溢油影响的时间为第54h。