面向突发性水污染事件的多传感器动态组网立体监测

针对突发性水污染事件应急监测和智能模拟分析需求,研究了多传感器立体协同监测模型,建立了突发性水污染事件的时间、空间属性和传感器观测性能之间的相关关系,实现了卫星、无人机、地面、水上平台的动态、协同组网。在丹江口库区开展了突发性水污染事件动态组网立体监测实验分析,根据水污染事件发生时、动态演变过程中和事件后期3个阶段的不同观测需求,基于多传感器立体协同监测模型,深入开展了多传感器协同优化求解,确定了相应的观测平台及传感器。实验结果表明,协同、高效的“天空地一体化”立体感知网能够全面、精准、快速获取水污染事件监测信息,可以科学支撑突发性水污染事件的应急处置。

无人机倾斜摄影辅助遥感技术在水土保持动态监测中的应用潜力分析

针对我国当前水土流失严重的实际情况,以我国资源三号、高分一号等新一代高分辨率卫星影像为主要数据源,并配合无人机倾斜摄影技术进行野外采样,在长江流域三峡库区开展了水土保持动态监测遥感解译实验性研究。实践发现水田、坡耕地、果园、茶园、林地等水土保持相关的各种土地利用类型在我国国产高分辨率遥感影像上都有比较明显的特征,资源三号、高分一号能够有效应用于水土保持遥感动态监测,而无人机技术作为辅助监测手段可以作为卫星影像的有效补充,在水土保持行业及其他相关领域有很大的应用潜力。

资源一号02C卫星P/MS传感器数据质量评价及其在水利行业中的应用潜力分析

随着我国资源一号02C卫星的成功发射,需要对该卫星的遥感数据进行定量的质量评价。利用多项数据质量评价指标对资源一号02C卫星的全色多光谱遥感图像数据质量进行了评价,并将其和美国陆地卫星ETM+数据进行了对比分析,最后利用资源一号02C卫星多光谱数据进行了基于支持向量机和神经网络算法的水体信息提取。实验发现该卫星数据质量在很大程度上都明显超过了ETM+影像,在水利行业中有很大的应用潜力。

基于Landsat卫星数据的洪湖水体遥感监测研究

2011年洪湖遭遇了70 a一遇的干旱,湖区水体面积发生了明显的变化。为了解影响洪湖水体面积变化的因素,利用1973年以来的多期Landsat卫星遥感图像数据,提取洪湖湖区水域面积,结合同期逐月日平均降雨量数据,对洪湖水体面积变化进行了探讨。分析表明:洪湖水体面积呈下降趋势;1973～2000年洪湖水体面积和年降雨量数据、汛期降雨量数据的相关性都很高,水体面积的变化趋势和年降雨量的变化趋势基本一致;而1973～2010年洪湖水体面积和年降雨量数据、汛期降雨量数据的相关性都有所降低,说明2000年后,影响洪湖水体面积的因素可能存在降雨量之外的其他因素,具体情况还有待进一步深入研究。

归一化雾指数法白天陆地辐射雾检测研究

针对MODIS卫星数据的特点,基于Streamer大气辐射传输模式,通过模拟各种云类和陆地辐射雾在MODIS可见光、短波红外、中红外波段的光谱辐射特征,提出了一种基于归一化雾指数进行陆地辐射雾检测的特征参数,实验表明利用归一化雾指数特征参数能够较好地进行陆地辐射雾检测。

水土流失动态监测野外调查移动平台设计

在水土流失动态监测野外调查过程中,传统的纸质或便携式计算机的数据操作、信息记录与保存方式存在操作不便、效率低下等不足。为此,针对水土流失野外实地采样和解译成果复核面临的工作需求和实际经验,设计了基于i OS平台的水土流失动态监测野外调查移动系统,主要功能包括基本地图功能、要素采集、野外采样、内业解译成果外业复核、数据组织与管理等几个模块。介绍了系统设计方案,旨在为水土流失动态监测野外调查数据采集和内业解译成果野外复核提供方便、高效的操作工具,提高野外采样和复核的作业效果。

MODIS数据Bowtie效应快速消除算法研究

Bowtie效应是EOS/MODIS L1B级图像数据的一个几何畸变问题,虽然目前已经提出了几种消除方法,但在计算效率和实际应用等方面还有许多限制。本文在分析国内外消除Bowtie效应的基本原理和算法的基础上,在不用星历表数据的前提下,对中国、美国和澳大利亚及其周边地区数据进行了实验,找出了这些地区Bowtie效应的规律,提出了一种简单有效的消除算法。实验结果表明,该算法可以在不使用星历表数据情况下快速有效地消除Bowtie效应。

多源遥感数据与水文过程模型的土壤水分同化方法研究

提出一种基于集合卡尔曼滤波的一维数据同化系统,对不同深度土壤层的水分含量进行同化,该系统的模型算子为分布式水文模型,观测算子是积分方程模型和条件温度指数模型.于2008年6月1日至7月2日在黑河流域进行了同化实验,结果表明,集合卡尔曼滤波能较好地处理强非线性问题,与单独DHSVM模型模拟土壤水分含量相比,同化的表层和根层土壤水分含量精度有明显提高,其中盈科站表层的均方根误差和平均误差分别减小了0.021 7和0.032 9,根层的均方根误差和平均误差分别减小了0.019 3和0.025;临泽站的精度也有明显提高,表明多源遥感数据的同化在地表土壤水分含量的估计中具有较大的潜力.

空间信息技术支撑下的水政监察系统研究

空间信息技术已经在水利行业得到了广泛应用,为满足流域水政执法工作的实际需要,采用多时相高分辨率遥感影像,研究并建立了遥感动态监测系统,应用于流域水政监察工作。系统主要包括数据收集和整理、数据处理、专题信息提取和数据服务等关键模块。选择典型区域对该遥感动态监测方法的有效性进行验证,应用结果表明遥感动态监测方法在流域水政执法工作中具有覆盖范围广、快速、主动等特点,能够作为一种可靠的信息手段,辅助流域水政执法工作。

可可西里湖泊群立体监测技术方法及应用

高原地区的湖泊自然、地理、气候条件恶劣,常位于人烟稀少的无人区,实地获取湖泊的基础数据十分困难。为了解决高原地区湖泊的水资源、水环境、水灾害的监测、评价、研究等方面比较滞后的问题,以青海省可可西里地区盐湖流域为研究区域,建立空-天-地-水一体化立体监测集成系统,获取盐湖湖泊全方位的基础数据,并对可可西里盐湖的面积、水位、容积及湖泊潜在溢出路径等进行分析与预测。结果表明:盐湖湖泊面积从2015年1月的147.41 km^2增长至2018年12月的196.27 km^2,4 a期间增长面积达48.86 km^2,增长率达24.9%;湖泊容积由19.116亿m^3增长至33.878亿m^3,4 a期间增长容积达14.762亿m^3,增长率达43.6%。通过建立基于高原湖泊的空-天-地-水一体化立体监测系统,获取高精度的高原地区湖泊的基础数据,能为可可西里盐湖流域的水资源管理与生态环境保护提供数据基础和决策支撑。

基于时序数据分析的云参数法背景场构建

为了减少云参数法受年际变化的影响,以内蒙古自治区作为研究对象,计算多年云参数干旱指数;结合地面实地观测数据,选取合适的特征值作为背景场计算方法,构建云参数法背景场并修正云参数法干旱指数。研究结果表明:经云参数背景场修订后,2006年和2007年内蒙古中西部沙漠区以及东南部农田区的风险等级有所降低,高风险区范围明显减少;2008年西部偏北地区及东南地区高风险等级有所降低,范围有所减少;从2009—2011年2月份监测结果来看,本方法监测结果在空间分布上更具有连续性,风险等级更加符合实际情况。

基于面向对象方法的白天雾检测

通过遥感技术进行雾检测的难点在于云和雾的分离,传统的基于像素的雾检测方法只考虑到云和雾的光谱信息,但是云和雾的光谱信息极为相似,不易区分。本文提出一种基于面向对象的白天雾检测方法,首先从遥感影像中提取云雾目标,然后对云雾目标进行分割,最后选取云雾分离的特征参数,完成对雾区的检测。试验结果显示,相对于传统的基于像素光谱信息的多层次阈值法,本文提出的基于对象的雾检测方法相对于传统方法在检测效果上有较大的提高。

基于卫星遥感的40年洪湖水面变化及 驱动力分析

为了定量分析气候变化、人类活动对洪湖的影响,利用20世纪70年代以来的多期Landsat/MSS、TM、ETM+及HJ-CCD卫星数据,提取洪湖主体湖面的水体面积。采用相关分析方法分析洪湖水体面积与降水、降水日数、蒸发等因子的相关性。结果表明,不同年份的洪湖水体面积有较大差异,40年来洪湖水体面积有下降趋势,特别是20世纪10年代中后期面积一直处于低值;洪湖水体面积受降水影响非常明显,降水日数的减少不利于洪湖蓄水;人类活动的增加导致洪湖水体面积减少;气候和人类活动对洪湖水体面积影响系数分别为0.78和0.50,表明气候变化对洪湖水体面积影响大于人类活动,但需要值得注意的是,近年来人类活动呈逐年快速上升趋势,对洪湖水面影响也逐渐加大;20世纪10年代中后期洪湖水体面积低值的主因是降水连续偏少和人类活动加剧。

基于MODIS的长江源区雪冰遥感监测及其变化规律分析

利用2005—2014年的MODIS积雪产品,提取长江源区积雪覆盖率,结合同期相关气象站点的逐月平均气温数据和逐月月降水量以及直门达水文站的径流数据,通过相关分析的方法,对长江源区冰雪覆盖变化规律及其变化原因进行了探讨。结果表明:2005—2014年间,长江源区冰雪覆盖率总体呈小幅度的减少趋势;每年的10月份和11月份长江源区冰雪覆盖面积达到最大值,7月份和8月份达到最小值。另外,2005—2014年的4月份,曲麻莱月均气温和月均降水量对长江源区月均冰雪覆盖度的影响为:气温呈低度负相关,降水呈高度正相关;曲麻莱月均气温和月均降水量对直门达月均径流的影响为:气温呈中度正相关,降水呈低度正相关。研究结果可为长江源区水资源管理与生态环境保护提供支撑。

基于MODIS数据的大气水汽反演算法研究

水汽是天气变化的主要动力因素之一,同时大气中的水汽含量也是影响遥感应用的主要因素之一。介绍了MODIS近红外二通道比值法和三通道比值法反演大气水汽的思想,对反演算法的过程进行了推导和分析,并结合实例进行了总结和讨论。通过融合已有的两种水汽反演算法,较好地解决了利用NASA文档对水汽加权平均所遇到的问题,取得了较好的实验效果,对降水产品的生产具有一定的实际意义。

库赛湖水位动态监测及气候要素分析

湖泊的水位数据作为评价湖泊变化的重要指标,对于研究区域水资源变化和生态环境状况具有重要意义。但绝大多数高原湖泊位于人烟稀少、自然条件恶劣的高海拔地区,往往难以获取基础观测数据。以卫星测高数据和遥感影像数据为基础,获得2008—2018年库赛湖水位和面积数据,并结合气象数据对水位变化原因进行分析。结果表明:库赛湖水位变化先后主要经历了缓慢上涨(2008—2011年)→急剧上涨(2011年)→趋于稳定(2013—2018年)3个阶段。2008—2011年是湖泊水位的缓慢上升期,气候暖湿化是主要原因;2011年由于上游卓乃湖发生溢流,水位短时间内急剧上涨;2012—2018年,在接收大量来水后库赛湖也发生外溢,与上下游湖泊串联成一体,水位开始趋于稳定。对水位数据和气象特征因子进行相关性分析,可见湖泊水位与气象因子的变化情况具有较好的相关性,初步分析认为区域降水量增加是库赛湖水位上涨的主要原因,而气候变暖引起的冰川融水增加、冻土水分释放可能是次要原因。

基于互联网社交媒体的“河湖长制”舆情分析系统构建

微博作为目前主流的互联网社交媒体,群众可在其上随时随地发布“河湖长制”相关的事件信息。通过微博对感兴趣事件进行提取与分类可以有效提高“河湖长制”管理过程中问题事件的发现与解决效率,并针对群众对河湖岸线管理状态评价进行有效的监测与分析。随着“互联网+”技术在河湖长制中发挥巨大作用,对微博社交大数据在“河湖长制”管理工作中的应用进行了探讨,基于互联网社交媒体中含有的大量关于“河湖长制”事件的文字描述信息,提出了微博社交文本信息挖掘系统框架,采用互联网爬取技术和语义分析技术抓取关于“河湖长制”事件的新闻和公众信息,并对事件进行识别,提取时间、位置和事件类型等标签,最后进行数据挖掘分析情感倾向。以2018年6月至2020年12月微博上珠江河网区数据为实例,情感分析模型在测试集上的事件分类准确率为88.6%,证明该模型具有一定的可用性。该舆情分析系统可极大提高了“河湖长制”管理效率。

盐湖流域空-天-地立体监测系统结合VIC模型径流模拟初探

盐湖流域属于无资料地区且基础资料稀缺,使用传统方法开展水文模拟存在困难。为了研究盐湖流域生态环境、水文气象等变化,综合利用卫星遥感、无人船等技术,建立盐湖流域空-天-地立体监测系统,构建盐湖水位-面积-容积关系曲线,并通过月尺度遥感数据解译了盐湖月尺度湖泊面积,推算了盐湖蓄变量和盐湖入湖月尺度径流量。通过收集并整理中国区域地面气象要素驱动数据集CMFD和MODIS LAI叶面积指数等数据,构建了基于多源数据的VIC模型,开展盐湖流域湖泊径流模拟研究。结果表明,盐湖流域径流模拟纳什系数NSE和相对误差分别为0.87和11.81%,表现出实际径流的丰枯变化情况。盐湖流域空-天-地立体监测系统结合VIC模型能够模拟盐湖流域的月尺度径流变化过程,对无资料区域河湖水文模拟具有一定参考意义。

气候变化对可可西里盐湖流域湖泊水量变化的影响分析

湖泊是气候变化的敏感指示器。为了研究气候变化对湖泊水量的影响,以盐湖流域为研究区,应用统计方法对1989—2018年降雨、气温、蒸发进行线性趋势和突变分析,采用多源卫星遥感技术对湖泊面积等水文要素进行监测,分析湖泊面积与气象要素、湖泊面积与湖泊水量之间的相关性。利用VIC模型模拟径流并结合计算的冰川水量得到盐湖径流组成,定量探讨气象要素对湖泊水量变化的影响,综合分析2011年前后气象要素影响流域湖泊水量的差异。结合统计分析与水文模型定量计算可知:年降雨量、年平均气温显著升高,年蒸发量呈下降趋势,且与湖泊面积有较好的相关性。湖泊面积与湖泊水量间相关性较高,可间接体现气象要素对湖泊水量变化的影响。2011年前卓乃湖和盐湖水量变化主要受降雨量影响,库赛湖和海丁诺尔湖水量变化主要受气温影响;2011—2014年4个湖泊水量变化主要受降雨量影响;2015—2018年4个湖泊水量变化中降雨增加量、冻土释水和地下水补给增加量、冰川融水量对湖泊扩张的贡献约为34.48%、57.66%、7.86%,气温变化成为影响湖泊水量变化的主要因素,降雨量影响次之。

一种簇首选举优化与多跳机制结合的路由通信算法

准确全面地感知灌区水雨情、工情、墒情,以及与农作物生长密切相关的各种环境因子等,是实施和科学管理决策精准灌溉的基础。针对灌区监测范围大,测点布设分散,以及灌渠沿线及周边需水区域呈带状(strip shape)的特征,在分析灌区需水侧无线传感器网络节点使用电池供电条件下,电池能量、传输距离受限等问题基础上,提出一种簇首选举优化与多跳机制结合的路由通信算法,研究了簇的形成、簇首选择、簇间以及与汇聚节点路由过程,并对本文提出的新算法与节能型EE-LEACH算法和改进的多跳MMH-LEACH算法分别进行了仿真对比实验。实验结果表明,在运行1300次周期下,基于新算法的无线传感器网络有效运行时间要比EE-LEACH长约85.7%,比MMH-LEACH长约5.4%,说明了新算法在降低能耗和延长网络生命周期上具有一定的优越性。