新型多波束陆海激光雷达探测卫星技术发展研究

从国家未来战略需求出发,对发展陆海激光雷达需求进行了分析,介绍了陆海激光雷达的特点和国内外星载激光雷达卫星发展的现状,提出了未来星载陆海激光雷达卫星的发展方向,以及在轨预期数据的应用产品,给出了星载海洋激光雷达关键技术及解决途径,阐述了"十四五"期间陆海激光雷达的应用前景。

村镇规划中的水库淹没模拟分析

[目的]为镇区和镇域的规划提供决策支持。[方法]以鹿乡镇为例,利用DWG地形图提取高程点信息并建立DEM,制作SPOT-5高分辨率和多光谱融合影像作为地表纹理,生成三维影像,然后进行水库淹没分析和三维飞行模拟。[结果]利用VR GIS技术和水库淹没计算模型,通过人机交互计算生成淹没区域,对鹿乡镇基础设施和用地布局进行规划。通过三维飞行模拟了解到鹿乡镇地形、地貌、植被覆盖等要素的全貌及细节的空中动态观测、分析和研究,结合鹿乡镇域特点综合考虑,鹿乡镇可以定位为以天然生态和鹿文化为主的长春市近郊特色农业镇。[结论]利用虚拟现实技术,基于DEM和SOPT5影像数据,制作逼真的三维可视化洪水淹没景观,为村镇的更新、发展和规划提供决策支持。

利用DWG数据建立DEM关键技术研究

DWG数据的图形和属性分离特性,使GIS软件难以直接基于DWG数据生成DEM。首先阐述利用DWG数据提取并基于阈值+最小距离与人工辅助技术匹配高程点和高程注记,进而建立DEM的关键技术。设计了WzjGIS系统,实现了高程信息提取与匹配、DEM生成与显示及3D分析一体化。最后以长春市鹿乡镇DWG数据为例,建立了DEM并进行了3D分析。

大气臭氧不同量纲之间的转换

在不同领域和不同研究目的中,大气臭氧会以数密度、体积混合比、质量浓度和柱量等不同物理量表示。由于这些不同量纲的臭氧量的同时存在,对大气臭氧的应用和相互比较造成混乱和不便。基于气体状态方程,推导了大气臭氧不同量纲之间的转换关系,并提出了臭氧数密度廓线与臭氧柱量廓线的相互转换模型。实际应用表明:IUP(Institute of Environmental Physics)气象库提供的数密度和体积混合比转换差异在10%以内,转换精度受温度和气压影响。以激光雷达臭氧数据验证SBUS(Solar Backscatter Ultraviolet Sounder)臭氧数据时发现,最大偏差达20%,且第8、9层和11层具有较高的一致性。利用UGAMP(UK Universities Global Atmospheric Modelling Programme)库中臭氧数据与SCIA-O3(SCIAMACHY O3)产品比较发现,15—45 km之间平均偏差在10%以内。

地学尺度转换理论及方法研究

首先阐述了尺度问题有关的基本概念,然后在综合分析大量国内外相关文献的基础上,总结归纳出了一些普适性的尺度转换理论方法,最后指出了尺度问题研究中尚存在的问题和尺度转换方法选取应考虑的一些因素。

导线网数据处理系统关键技术及其实践

作者在导线网数据处理系统开发过程中,针对近似坐标计算、误差方程组成、法方程的解算和误差椭圆绘制等问题,自主设计研发出了最小左角法、完全系数矩阵组成法、初等变换(plus)和有限分割法等程序算法,这些算法作为一种关键技术可以推广应用于其他导线网系统设计中。最后应用该系统处理了三个导线网算例,并对路线闭合差、近似坐标和坐标平差值处理结果进行了对比分析,验证了系统的可靠性。

大气折射对光学卫星图像定位影响分析

研究了大气折射对光学卫星图像定位的影响。基于水平均匀球面分层模型,建立了定位误差与视线偏离角的关系,以SCIATRAN模型大气垂直廓线作为输入,计算了大气顶到目标大气各层的折射率,仿真模拟了不同卫星高度和不同位置目标的定位误差,以及光线波长、目标高度、折射率日变化等对定位误差的影响,研究结果可用于光学遥感卫星的图像定位与配准技术设计。

大气臭氧遥感中光化学模型及其反应系数解算

奇氧族光化学模型是描述臭氧浓度与氧红外波段气辉体发射率关系的微分方程,结合气辉遥感数据可反演大气臭氧浓度剖面。介绍了以大气动力学与奇氧族光化学为基本原理的O2(a1Δg)光化学模型。采用一种新提出的斜路径积分法计算了光学厚度,从而完成了光化学模型反应系数的解算。针对系数求解计算量巨大的问题,提出建立纬度-高度-太阳天顶角三维系数查找表。利用传统方法和斜路径积分法计算光学厚度比较结果表明,随天顶角增加,偏差由天顶角80°时12%急剧增加至88.7°时的100%,且新方法不会出现负值等结果。系数查找表的建立,可省去实际应用中重复设定参数进行的复杂计算过程。

利用光化学模型的氧红外大气波段体发射率模拟

基于光化学模型模拟氧红外大气（OIRA）波段1.27μm气辉体发射率（VER）,是利用临边OIRA波段卫星数据反演中间层臭氧浓度一个重要的过程。从奇氧族光化学反应出发,基于大气动力学和光化学理论,建立了O2（a1Δg）的光化学模型。通过太阳辐射模拟值,解算了光化学反应系数,进而进行了Odin卫星轨道面内气辉VER的模拟。结果表明,白天气辉VER一般数量级达到106,峰值出现在50~55 km高度范围,而黑夜VER几乎为0。且随天顶角增大,VER达到峰值的高度增大。与利用OdinOSIRIS IR Level1数据反演的同时间VER剖面相比,VER剖面在数值量级、二维结构特征和衰减变化时间点方面,有很高的一致性。而且高纬地区比低纬地区一致性高,特别是80~100km之间稳合度最高,证明使用建立的光化学模型能够反演高纬度地区中间层臭氧。

被动微波反演裸露区土壤水分综述

被动微波具有全天候、穿透性以及不受云的影响等特征,使其在反演土壤水分时具有很大的优势。通过研究发现,被动微波遥感是反演土壤水分的各种技术中最有效的方法之一。概括了主要的被动微波传感器并从被动微波遥感的原理出发,针对被动微波遥感裸露区地表随机粗糙面的模型以及土壤水分反演算法作了简要介绍。

基于ASTER数据的石头口门水库水质参数定量遥感反演

提出了一种基于神经网络和遥感图像相结合的水质反演模型,构建了含有一个隐含层的两层BP神经网络反演模型。以石头口门水库为例,采用ASTER数据分析了石头口门水库水质污染状况,通过波段的DN值和常规监测数据建立能反映水质状况的污染物监测模型。以ASTER数据的前三个波段的反射率作为输入,溶解氧(DO),生化需氧量(BOD),氨氮(NH3-N)含量浓度作为输出,反演了石头口门水库的水质参数浓度。并给出石头口门水库水质污染状况分析,得出污染物浓度随着远离上游而增加。

FY-4A星GIIRS大气温度廓线反演模拟试验研究

结合全球大气晴空训练样本(CIMSS)数据,利用辐射传输模式,模拟获得干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)亮温资料,结合人工神经网络反演方法,研究了风云四号(FY-4)卫星高光谱红外载荷大气温度反演方法,并研制了全圆盘和中国区域两套大气温度反演模型。反演试验结果表明:对流层大气温度反演精度明显高于平流层,以中国区域反演模型为例,对流层和平流层大气温度反演均方根误差(RMSE)分别为0.846,2.020K,平均误差分别为-0.003,0.024K;比较中国区域和全圆盘大气温度廓线反演精度,中国区域大气温度精度明显高于全圆盘,0~70km处大气温度反演的均方根误差分别为1.922,2.630K;与欧洲极轨卫星(Metop-A)IASI数据的温度廓线反演结果比较,FY-4A星GIIRS的温度反演精度在低层(>500hPa)(RMSE=0.790 K)优于IASI(RMSE=0.976K),在高层(<500hPa)(RMSE=1.803K)低于IASI(RMSE=0.899K)。研究对FY-4卫星GIIRS的大气温度廓线反演及其应用有重要的参考价值。

遥感图像边缘提取微分方法及其应用

遥感图像处理过程中,边缘提取一直是研究的热点与难点。通过介绍边缘的概念及种类,对传统的一阶微分方法和二阶微分方法进行了深入的探索,对各种微分方法的原理及过程,以及各种方法对图像的处理结果进行了对比分析,最后对遥感图像边缘提取方法所面临的问题和今后的发展方向表达了自己的观点。

电力输配电管理系统关键技术研究

在电力信息管理系统开发过程中,采用自行开发和组件重组相结合的方式,研究类显数据、两轴绘图以及表格数据自动绘图等技术,有效解决诸如系统设备属性信息统一显示、电量曲线图动态生成以及电力设备设施GPS数据批量导入等问题。实验结果表明,这些方法可以推广到其他电力信息管理系统设计中。

基于RS与GIS的大尺度水土流失分级制图

以长春市双阳区鹿乡镇为例,选用SPOT5的遥感数据、DWG全要素地形图,运用遥感软件提取植被指数并进行密度分割,确定植被覆盖度;用地理信息系统软件提取地形坡度信息,并对地形坡度进行分级。然后根据植被覆盖度、地形坡度和土地利用类型几个水土流失强度因子,确定水土流失强度的分级指标,生成水土流失等级强度图。为水土流失监测、治理提供依据。

星载激光雷达高精高稳探测卫星系统保证技术

激光雷达探测精度高,具备全天时工作和垂直探测能力,在大气环境天基遥感领域应用广泛。基于CO2柱线浓度激光遥感探测原理,分析了积分路径差分吸收星载激光雷达测量系统的激光波长、能量精度和稳定性及光轴指向精度等关键指标要求和功能模块配置,重点开展了星载激光雷达光机头部稳定安装、良好机热环境保障及星敏载荷一体化布局等整星层面系统设计保证,仿真结果初步表明设计方案可行。同时,提出了激光雷达波长、能量精度及稳定性实时监测、卫星对地光轴指向高精度测定和星地载荷光轴指向测量误差标定的地面试验验证要求,以确保系统设计的有效性,为激光雷达遥感卫星的研制提供了技术参考。

矿区InSAR地面沉降监测中测量标志设计和安装

地面沉降对生态环境和社会经济造成诸多不良影响,地面沉降监测是地面沉降防治的基础。基于InSAR技术的地面沉降监测技术具有显著优势,但在矿区沉降监测中局限性明显,为弥补这种不足,人们会在地面上安置各类测量标志。本文实现了CR、GPS和水准三种标志合一的测量标志的设计和安装。本测量标志适用于目前主流的X和C波段的高、中分辨率的星载雷达数据,安装过程简单、姿态调整灵活、观测方便,具有很强的通用性和灵活性。

基于Matlab的地表温度反演可视化系统

陆地表面温度(LST)是区域和全球尺度上陆地表面物理过程的一个关键参数,它综合了地表和大气相互作用以及能量交换的结果,研究地表温度对全球能量平衡的研究有着重要的意义。在项目已采用的昼/夜法和遗传算法基础上,利用Matlab强大的科学运算能力和高质量的图形用户界面设计能力,设计开发了地表温度反演可视化系统。系统主要由文件、反演地表温度、反演地表组分温度和帮助四大功能模块组成,实现了大气校正、温度反演和图像显示的一体化,提高了单纯利用文件读取进行温度反演的效率和可视化程度。最后选取温带半干旱地区的河北省怀来县Terra、Aqua卫星上的MODIS数据为例,通过系统完成了温度反演的全过程,验证了反演系统的可行性。

基于ArcIMS的水资源环境管理信息系统

长春市石头口门水库作为长春市的主要饮用水供水源地,目前面临着污染比较严重的问题,所以有必要加强水库库区的水质监测以及监测点管理。该研究基于ArcIMS开发网络化的地理信息系统,实现对这些分布式监测点的水质监控与管理。系统实现了包括地图浏览、地图查询以及地图空间分析等基本GIS功能;同时,采用ASP技术和编写Javascript语言进行ArcIMS站点的二次开发,实现了水质监测点动态更新、水质监测预警可视化以及水污染动态模拟等关键功能。通过这些关键功能了解水质监测点的属性信息,保证了对监测点的管理,为有关部门提供决策依据。

基于3S与网格计算的气象监测系统模型研究

针对气象信息的特点,利用GPS、RS获取地理数据,利用GIS的分析功能,使空间信息与属性信息无缝集成,将传统关系型数据库所表现的气象信息建立成以Geodatabase为中间件的气象信息库。采用空间数据引擎,利用数据处理后的图形信息直观显示气象台、气象站、测控船收集的气象信息情况。同时,利用网络环境下多台计算机处理能力的集成计算网格来完成地理信息海量数据的并行计算,从而快速、动态地提供全球气象信息服务,并以空间的三维形式进行直观显示。该模型成功的应用在921载人航天工程的水文气象系统中负责数据显示处理工作,为管理者对信息的动态掌握提供了决策支持信息。