ASO-S卫星工程科学应用系统的数据库设计

先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)卫星是我国首颗太阳观测卫星, 主要观测太阳耀斑和日冕物质抛射以及产生它们的磁场结构. ASO-S卫星的科学应用系统是科学卫星工程的6大系统之一, 它连接科学用户和卫星数据, 为将卫星的科学数据转化为科学成果提供保障. 科学应用系统的数据库是连接软件与海量数据的枢纽, 为科学数据生产和用户服务及运行提供数据层的支撑. 介绍了科学应用系统的数据库架构设计、数据库的选择以及数据库性能优化和表样例. 这里的数据库包括观测计划、工程参数、运维日志、科学数据、定标数据和特征事件识别等数据库. 这些数据库的建设将为ASO-S卫星工程科学应用系统的顺利运行提供数据支撑, 也可以为未来其他科学卫星类似数据库的搭建提供参考和借鉴.     

遗传算法优化的BP神经网络卫星钟差预报

针对BP (Back Propagation)神经网络模型预测卫星钟差中权值和阈值的最优化问题, 提出了基于遗传算法优化的BP神经网络卫星钟差短期预报模型, 给出了遗传算法优化BP神经网络的基本思想、具体方法和实施步骤. 为验证该优化模型的有效性和可行性, 利用北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system, BDS)卫星钟差数据进行钟差预报精度分析, 并将其与灰色模型(GM(1,1))和BP神经网络模型预报的结果比较分析. 结果表明: 该模型在短期钟差预报中具有较好的精度, 优于GM(1,1)模型和BP神经网络模型.     

基于斩波轮技术的K波段接收机噪声校准研究

接收机是射电天文中用于探测微弱射电信号的重要接收设备.接收机的强度校准就是将接收机对射电源的响应转换为天文意义上的流量密度.常规方法就是使用经典的冷热负载法,将接收机自身的强度响应转换为一个等效的温度值,之后再据此对射电源做进一步标定.通过搭建基于斩波轮技术的K波段接收机强度校准平台,使用斩波轮法测试K波段常温接收机的噪声温度,并与传统冷热负载法的测试结果进行比对.结果显示,在晴好天气条件下,斩波轮法在30°、90°仰角下噪声温度的最大测试误差为7.5%和8.4%,可以很好地应用于实际噪声温度测试中;但在5°仰角测试中,由于过低仰角引入了地面噪声,使得斩波轮法的测试误差上升至20%–30%之间而无法使用.希望在此基础上进一步开展K波段天空亮温度的理论计算与实测,从而完善斩波轮技术的应用,使之可以满足在不同气象条件下的噪声校准测试需求.     

基于Stacking集成学习的恒星/星系分类研究

机器学习在当今诸多领域已经取得了巨大的成功,但是机器学习的预测效果往往依赖于具体问题.集成学习通过综合多个基分类器来预测结果,因此,其适应各种场景的能力较强,分类准确率较高.基于斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)计划恒星/星系中最暗源星等集分类正确率低的问题,提出一种基于Stacking集成学习的恒星/星系分类算法.从SDSS-DR7(SDSS Data Release 7)中获取完整的测光数据集,并根据星等值划分为亮源星等集、暗源星等集和最暗源星等集.仅针对分类较为复杂且困难的最暗源星等集展开分类研究.首先,对最暗源星等集使用10折嵌套交叉验证,然后使用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、随机森林(Random Forest,RF)、XGBoost(eXtreme Gradient Boosting)等算法建立基分类器模型;使用梯度提升树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)作为元分类器模型.最后,使用基于星系的分类正确率等指标,与功能树(Function Tree,FT)、SVM、RF、GBDT、XGBoost、堆叠降噪自编码(Stacked Denoising AutoEncoders,SDAE)、深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)、深度感知决策树(Deep Perception Decision Tree,DPDT)等模型进行分类结果对比分析.实验结果表明,Stacking集成学习模型在最暗源星等集分类中要比FT算法的星系分类正确率提高了将近10%.同其他传统的机器学习算法、较强的提升算法、深度学习算法相比,Stacking集成学习模型也有较大的提升.     

冰冻圈服务综合区划理论与方法

冰冻圈是全球气候系统的主要圈层之一,既具有不可替代的气候效应,又维系着寒旱地区社会经济和自然生态系统良好运行,而中国是中低纬度地区冰川、积雪、冻土发育程度最高的国家。长期以来,针对冰冻圈“致害性”的研究众多,而聚焦冰冻圈服务的“致利性”研究则相对滞后,在此背景下着眼于人类福祉的冰冻圈服务识别与综合区划研究成为冰冻圈科学、人地系统可持续发展等的关键科学问题之一,也是目前迫切需要开展的研究方向。首先,确定以地域分异规律理论、人地关系地域系统理论、集合论和信息编码论等跨学科理论为研究基础;尔后,构建面向综合区划研究的冰冻圈服务分类体系,先以供需均衡模型为核心进行单项服务重要性空间识别,再以服务最大化模型为指导,通过区位熵算法判定冰冻圈主导服务的空间分布;最后,以三维魔方展开法为核心制定冰冻圈服务综合区划方案,将研究区划分多重空间层级、彼此独立完整、相互联系密切的冰冻圈服务单元。综上,形成综合自然供给和人文需求因素且适应地区特色的冰冻圈服务空间识别与综合区划技术体系和方法流程,为冰冻圈服务供给与社会经济发展需要架起一座桥梁,是满足国家重大战略需求和合理利用冰冻圈服务的必由之路。     

基于MODIS积雪产品的高亚洲融雪末期雪线高度遥感监测

以2001—2016年逐日MODIS积雪产品为主要数据源,在高亚洲区域发展了大尺度融雪末期雪线高度的遥感提取方法,并对其2001—2016年的时空变化特征进行了分析。提取方法首先对逐日的MODIS积雪覆盖率产品进行去云处理,获得积雪覆盖日数（SCD）数据集;并用冰川年物质平衡观测数据、融雪末期Landsat数据对提取终年积雪的MODIS SCD阈值进行率定;最后以MODIS SCD提取的终年积雪面积结合地形“面积—高程”曲线实现大尺度融雪末期雪线高度信息的提取。结果表明：① 高亚洲融雪末期雪线高度的空间异质性较强,总体上呈南高北低的纬度地带性分布规律;并因受山体效应的影响,雪线高度由高海拔地区向四周呈环形逐渐降低的特点。② 高亚洲2001—2016年融雪末期雪线高度总体上表现为明显的增加趋势。在744个30 km的监测格网中,24.2%的格网雪线高度呈显著增加,而仅0.9%的格网呈显著下降。除兴都库什、西喜马拉雅外,其他地区雪线高度均表现为升高趋势,显著上升的地区主要分布在天山、喜马拉雅中东部和念青唐古拉山等,其中以东喜马拉雅升高最为显著（8.52 m yr ^-1）。③ 夏季气温是影响高亚洲融雪末期雪线高度变化的主要因素,两者具有显著的正相关关系（R = 0.64,P < 0.01）。     

基于NDVI的新疆荒漠地区植被覆盖度遥感估算经验模型研究

新疆荒漠地区植被覆盖度遥感估算模型十分缺乏,给荒漠化监测等相关工作带来很大不便,开展植被覆盖度遥感估算经验模型研究,对于促进和完善相关地区的生态监测及研究工作具有积极的现实意义。通过对阜康市北部沙漠南缘和克拉玛依市中部平原荒漠进行无人机航拍,利用无人机遥感提取（光合）植被信息,并将无人机航拍影像的植被覆盖度统计单元与高分辨率卫星影像像元在空间上直接相对应,获取在高分辨率卫星影像像元尺度上的植被盖度,然后通过植被覆盖度和空间上与其相对应的源自高分辨率卫星影像的NDVI数据的拟合关系,建立基于源自高分二号影像的NDVI的阜康北部沙漠植被覆盖度遥感估算线性模型以及基于源自ZY1-02C影像的NDVI的克拉玛依平原荒漠植被覆盖度遥感估算二次多项式模型。研究中所采用的无人机遥感与卫星遥感相结合、植被覆盖度统计单元与卫星像元在空间上直接对应的方法,可避免以往相关工作中常以点位测量数据代表卫星像元数据所带来的不确定性。由于所用卫星影像的NDVI数据稳定性相对不足等原因,所建立的遥感估算模型的估算精度尚相对偏低,有待于今后进一步的工作加以改进。     

长江三角洲人口分布演变、偏移增长及影响因素

在长江三角洲区域一体化上升为国家战略背景下,论文运用核密度、重心、集中指数和偏移—分享等方法,研究2000—2018年长江三角洲人口时空演变规律,并采用定量方法探讨人口偏移增长影响因素。结果表明：① 部分城市主导下的人口集散趋势转变,并未显著改变区域人口不均衡格局,且集中度呈现稳步增长态势。② 基于偏移—分享法的研究发现,人口增长格局转变主要表现为部分欠发达地区人口增速加快,如三省一市上安徽省转变为正偏移增长、城市尺度上核心发达城市为主的正偏移增长向部分欠发达城市为主的正偏移增长转变、县域尺度上正偏移市辖区由核心区向边缘区的转移,但人口向少数大城市、市辖区集聚的态势显著,而多样化的人口偏移增长态势表征了未来城市发展策略的差异化需求。③ 经济因素、社会发展和财政水平等是长江三角洲人口偏移增长的重要驱动力,而影响因素的时空演变表明,未来人口均衡化政策的制定不仅要因地制宜,更要与时俱进。     

柴达木低品位固体钾矿溶解转化率与品位关系

我国是缺钾大国,探明的可溶性钾盐十分有限,柴达木盆地是我国盐湖钾盐的聚集地,含水层骨架中含有数亿吨低品位固体钾矿,开发出这些低品位固体钾盐对增加国内钾肥供给,保障粮食安全具有重大意义。青海盐湖工业股份有限公司历经十年开发出低品位固体钾盐的浸泡式溶解转化方法,试验表明,固体钾盐的溶解转化率随固体钾品位的增加而增加,累计溶解转化率为56%～98%。该技术在柴达木多个盐湖得到推广应用,察尔汗盐湖保有固体钾盐达2.96×10~8 t,平均品位KCl为1.24%,根据试验数据回归分析溶解转化率77%,可溶解转化出钾盐(KCl)约2.28×10~8 t,柴达木盆地盐湖保有3.43×10~8 t固体钾盐,平均品位KCl为1.25%,溶解转化率78%,可溶解转化出钾盐(KCl)2.68×10~8 t,大幅度增加了钾盐储备量。     

一种云端一体化的土地督察遥感监测方法

针对目前土地遥感监测工作中存在的监测频次低和数据现势性差等问题,通过统筹获取国产卫星影像数据提升监测频次,设计了多源遥感影像的空间网格组织和调度方法,改变传统的影像切片发布模式,建立实时影像服务方法,大幅提升了土地督察遥感监测时效。通过在国家土地督察济南局试点应用,研发了云端一体化的土地督察遥感监测服务平台,实践证明基于空间网格的影像组织管理效率优于传统金字塔切片管理模式,有效支撑了违法用地、永久基本农田保护和城市开发边界突破等监测预警,应用成效显著。