Sen’s斜率估计与Mann-Kendall法在设备运行趋势分析中的应用

基于某企业设备运行时轴承状态自上次检修以来的历史数据,采用Sen’s斜率估计与Mann-Kendall检验相结合的方法对其运行趋势进行分析,并与一元线性回归法分析结果相比较。结果表明,Sen’s斜率估计与Mann-Kendall法相结合,适用于设备运行状态的趋势分析,可在基于状态监测的预防性维修工作中推广应用。

基于随机Hough变换的斜率估计多径抑制算法

抑制多径干扰是提高GPS定位精度的关键。针对低载噪比、预相关带宽有限的情况下斜率估计(ELS)的多径抑制技术往往不能正常工作的问题,提出了一种基于能够鲁棒地提取直线斜率的随机Hough变换(RHT)的斜率估计多径抑制算法。该算法主要采用多相关器结构得到多径相关峰的采样值,然后利用RHT得到相关峰两边的斜率,最后结合ELS的基本原理构成具有补偿因子的伪码鉴相器,以达到抑制多径干扰的目的。仿真结果表明,该算法解决了ELS在有限的预相关带宽(4MHz)和较低载噪比(33 dB-Hz)条件下不能有效提取直线斜率的问题,并且在相同载噪比(44 dB-Hz)条件下,该算法的多径抑制性能也优于ELS算法。

一种基于对比度最优准则的调频斜率估计方法

在合成孔径雷达成像及其应用中,需要对调频斜率进行估计.常用的估计调频斜率的方法是图像对比度最优算法,但该算法需反复迭代,导致该算法计算量大、收敛速度慢、效率低.为此,提出了一种基于对比度最优准则的调频斜率估计方法——抛物线法.该方法是根据图像对比度与方位向调频斜率的关系,引入数学中的抛物线法来估计多普勒调频斜率,避免了传统算法中的反复迭代,大大提高了计算效率.最后,用机载SAR实测数据验证了该方法的可行性和高效性.

LFM信号调频斜率的双正交Fourier变换分析算法

现有很多LFM信号调频斜率的分析算法,但这些算法存在诸多不足,如计算复杂、搜索时间长,对多LFM信号有交叉项等。该文提出了基于双正交Fourier变换的新LFM信号调频斜率分析算法,其特点是信号在双正交基下展开,通过变换得到信号调频斜率密度谱。该算法不需要搜索,且特别适合对不同调频斜率组成的多LFM信号进行调频斜率分析。文中推导了连续双正交Fourier变换公式和离散变换公式,并讨论了算法的一些主要性质。

动目标合成孔径雷达成像中的多普勒斜率匹配滤波

该文提出一种多普勒斜率匹配滤波方法,用于解决SAR对运动目标成像中目标回波调频率变化引起的方位散焦问题。该方法通过CFAR预检测和迭代运算解决了多普勒斜率估计精度与多普勒斜率滤波器组运算量间的矛盾,有利于实时处理动目标成像和辨识。通过对运动目标回波特点和真实运动目标的成像分析证明了这一方法的可行性。

东北三省NDVI时空变化特征及对气候因子的响应

中国东北地区是全球气候变化最敏感的区域之一,了解植被的时空变化及对气候因子的响应对东北地区生态环境的构建和评价具有重要意义,对全球气候变化的响应也具有重要的指示作用。基于MODIS归一化差值植被指数(NDVI),利用Theil-Sen斜率估计、Mann-Kendall检验和Hurst指数开展2000—2021年东北三省NDVI时空演变特征及未来变化趋势研究,并通过相关分析方法研究NDVI对气候因子的响应。结果表明:2000—2021年NDVI整体均值为0.391,季节上呈现出春冬季低、夏秋季高的变化趋势,空间上呈现出西低东高的变化趋势;2000—2021年,NDVI年均增长率为0.003 a~(-1),而2010—2021年,NDVI整体呈现极显著上升趋势,年均增长率为0.006a~(-1);东北三省86.93%面积的NDVI在未来可持续增长,表明未来植被生长态势较好;相关分析表明,NDVI与气候因子在空间尺度上存在依赖性,气温与NDVI有更好的相关性;在东北三省大部分地区,气温和降水均对NDVI变化有正贡献,且两者的贡献相当,但在空间上存在着差异。

华北地区干旱时空变化及其对植被NDVI的影响

采用2000−2020年华北地区90个气象站点气象观测数据构建标准化降水蒸散指数(SPEI),选取30m空间分辨率的归一化植被指数栅格数据提取归一化植被指数(NDVI),量化植被覆盖情况,采用Sen’s斜率估计、Mann-Kandall检验、相关性分析、Copula-Bayesian条件概率公式等对华北地区植被干旱敏感性进行分析。结果表明:(1)华北大部分地区SPEI值呈极显著增长,华北北部部分地区SPEI值呈极显著下降;华北西部及北部地区NDVI值呈极显著增长,其余地区呈极显著下降;(2)华北地区干旱与植被以不显著空间集聚为主,小部分地区出现干旱与植被呈高值集聚和低值集聚;(3)华北地区总体上年尺度SPEI与NDVI相关性较好,植被对干旱的响应速度较慢,敏感程度较低,河南部分地区月尺度SPEI与NDVI相关性较好,植被对干旱敏感程度较高,NDVI与SPEI的联合分布函数最符合Clayton Copula函数;(4)华北地区植被低覆盖度出现的可能性随着干旱程度减轻而不断减少,较低覆盖度出现的可能性在极旱至中旱时不断增加,从中旱至轻旱时不断减少,植被中覆盖度、较高覆盖度和高覆盖度的可能性都随着干旱减轻而增加。

基于气象再分析数据的泸州市降水演变规律研究

本文根据气象再分析中国逐日降水数据集,整合计算得到四川省泸州市1961—2022年的逐日降水序列,借助Mann-Kendall检验、Sen′s斜率估计法、创新性趋势分析法、滑动T检验和Morlet小波分析等方法对泸州市降水年际变化规律和年内分配规律进行了分析。分析结果表明:泸州市年降水量序列在2011年发生了跳跃变异。变异后年尺度上的极端降水天数和极端降水量虽呈现显著的下降趋势,但整体上平均态明显高于2011年之前;年降水天数序列则无明显增减趋势。1961—2022年的泸州市年降水量序列具有越来越明显的周期性。泸州市降水季节差异较大,降水年内分配特征变化总体上为无趋势或不显著的下降趋势。降水集中度(PCD)的不显著下降趋势集中于低值区和高值区;降水不均匀系数(Cv)、完全调节系数(Cr)在低、中、高值区的增减趋势较为一致,不显著的下降趋势主要位于中低值区。

1952-2008年延河流域降水与径流的变化趋势分析

利用延河流域控制站甘谷驿水文站流量实测数据及流域内5个县级气象站降水观测数据,分析了1952-2008年间甘谷驿水文站以上延河流域降水与径流的年内、年际变化特征,并运用滑动平均法、Mann-Kendall趋势检验法和Sen斜率估计法对延河流域降水、径流的变化趋势进行了分析。结果表明,延河流域汛期降水量和径流量分别占全年降水量和径流量的72%和64%。20世纪50年代至90年代,径流变化过程基本与降水过程一致,但到了21世纪初期,降水量呈先升后降的变化趋势,而径流量呈下降趋势。1952-2008年间流域降水量呈微弱的减少趋势,而冬季降水却以0.18mm/a的幅度显著递增。甘谷驿站汛期径流量以99.25万m3/a幅度显著降低。从径流的季节变化上来看,春季降低趋势不显著;夏秋两季径流分别以83.83万m3/a和26.16万m3/a的幅度显著减少;而冬季径流以15.62万m3/a的幅度显著增加。虽然相关分析表明降水变化与径流变化有较好的相关关系,但人类活动对径流的影响不容忽视。

基于Mann-Kendall法的北黑高速沿线岛状冻土区植被退化分析

植被退化是影响陆地生态系统和气候变化的一个重要因素,分析植被退化特征对植被生态治理与保护具有重要意义。应用Mann-Kendall法对2000-2011年岛状冻土区的植被退化过程及影响植被退化的驱动因素进行分析。结果表明,植被退化区域占整个研究区面积的15.05%,其中严重退化区域比例占1.42%,其余13.63%为轻微退化;退化区域主要分布于北黑高速路段两侧地区、东北部大河口林场外围区域及河漫滩周围的沼泽地;降水量与植被指数表现为正相关性,显著性P<0.05,而气温显著性P>0.05,说明降水量是植被生长的主导因子;冻土退化产生地面渗水现象,归一化植被指数骤降0.26,同时在Mann-Kendall趋势曲线中突变点发生于2006年;岛状冻土退化伴随着土壤温度梯度发生显著的变化,植物的水分传导性脆弱,生长将受到抑制作用。研究结果可为高寒区生态系统的稳定发展和探寻水热条件变化规律提供空间数据支撑。

干旱区地表温度和热岛效应演变研究--以宁夏沿黄城市带为例

宁夏沿黄城市带位于宁夏东北部,不仅是干旱地区地理研究的重点区域,也是宁夏经济发展的核心区域。基于2000-2018年的MODIS地表温度、土地覆盖类型以及植被覆盖率数据,通过计算热岛比例指数(URI),利用Mann-Kendall非参数检验及Sen’s斜率估计法,对宁夏沿黄城市带近20 a白天和夜间的地表温度(LST)和热岛效应时间变化进行分析。结果表明:(1)近20 a来,宁夏沿黄城市带大部分地区LST变化不显著,但在植被覆盖率增加区域,白天LST显著减小而夜间LST显著上升;植被覆盖率减小区域与之相反;夜间LST变化幅度强于白天。(2)宁夏沿黄城市带的热岛效应通常在白天较弱、在夜间较强;白天和夜间时刻的城市热岛效应在一年内呈现不同的季节变化特点,白天春冬较强,夜间夏季较强;过去近20 a,宁夏沿黄城市带白天热岛效应呈现稍微减弱趋势,夜间热岛效应呈现稍微增强趋势,但变化趋势均不显著。(3)从植被覆盖率和地物类型两个影响因素的研究表明,植被覆盖率是影响地表温度变化的重要因素,城建区与郊区主要地物温差的改变是城市热岛强度变化的重要原因。从长时间序列变化的角度详细分析干旱区城市热岛的特征和变化原因,可为干旱区城市热岛带来的环境问题治理提供参考,也为研究干旱区热岛提供了借鉴。

钢轨超窄间隙焊接直坡口中心线的图像识别方法

在钢轨超窄间隙焊接过程中,坡口中心线识别的准确性是影响焊接质量的关键。由于坡口窄而深的结构特点以及钢轨表面易受干扰,采集的焊接图像目标轮廓模糊、背景复杂,影响坡口位置准确的识别。因此,采用激光为辅助光源,提出了一种基于激光视觉技术的钢轨超窄间隙焊接的坡口中心线的图像识别方法。应用直线斜率估计方法确定坡口位置激光线,通过扫描和投影操作,并采用灰度跳跃和交叉检测方法提取坡口中心线。通过实验进行验证,以上方法能够准确地识别直坡口中心线,而且计算量小、耗时短,满足实际需要。

1960—2019年关中平原极端降水时空变化及非平稳性分析

【目的】为探究极端降水的时空变化及其非平稳性特征,【方法】选取位于关中平原范围内1960—2019年长时间降水序列,利用极点对称模态分解(ESMD)方法分析了区域极端降水的时间变化特征,并采用Sen斜率估计+Mann-Kendall(Sen+MK)方法对5d最大降水量(Rx5)进行空间分析,最后利用广义可加模型(GAMLSS)对极端降水序列的非平稳性特征进行分析。【结果】研究发现:在时间变化趋势上,持续湿润指数(CWD)、年降雨量(PRCPTOT)、5 d最大降水量(Rx5)呈现出先下降后上升的趋势,整体为下降趋势,极强降水量(R99P)和降水强度(SDII)呈上升趋势;大雨日数(R25)呈现出下降趋势;在空间分布上,其中春、秋两季下降明显,降雨主要集中在夏季,趋势系数最高达到0.17 a^(-1),冬季降雨有一定程度的增加;关中平原极端降水指数基本为平稳序列,个别站点非平稳性较为明显。【结论】关中平原极端降水量和不确定性变化较为稳定,未来突发性强降水事件出现概率较低,但是个别区域会遭到较为严重的灾害风险,研究结果可为将来关中平原相关洪涝预防措施提供一定指导。

河套地区1951—2014年极端气温事件特征分析

在模糊聚类法划分子区域的基础上,采用河套地区73个国家基本气象站1951—2014年气象数据,将Kendall-tau非参数检验方法,Sen's斜率估计方法以及Savitzky-Golay平滑滤波方法相结合,分析该地区18个气温指数的变化趋势。结果表明:(1)在河套地区的干旱半干旱子区(地处黄河上游),湿润半湿润子区(地处黄河中下游),极端气温事件的变化趋势基本相近,但强度不同,空间分布不一致。(2)在时间尺度上,发现河套地区近60年存在极端气温事件上升趋势,说明河套地区与全球变暖之间有紧密的响应关系。(3)在空间尺度上,各个指数在河套地区分布差异明显。多个指数在干旱子区的变化率大于湿润子区;干旱区各个指数变化显著的气象站点的占比高于湿润子区。有些指数在个别小区域与整个河套地区变化趋势不同,可能存在的原因有城市热岛、山丘地局部小气候,但有待进一步分析验证。(4)气温日较差、平均最高气温、平均最低气温、日最低气温的极低值、日最低气温的极高值、日最高气温的极低值、日最高气温的极高值指数变化趋势都在2000年左右开始变缓,这可能与全球气候变暖减缓有关。

三种趋势分析法在东帕米尔高原降水特征分析中的应用

基于东帕米尔高原3个气象站近58年(1961—2018年)逐月降水量资料,借助创新性趋势分析(innovative trend analysis,ITA)法、Mann-Kendall(M-K)非参数检验和Sen’s斜率估计法分析了东帕米尔高原降水量的变化趋势。结果表明:三种分析方法得出的结论具有一致性,近年来东帕米尔高原降水量呈增加趋势。Sen’s斜率估计法分析得出有69.44%的月份降水呈增加趋势,11.11%的月份呈减少趋势;M-K法分析得出有75%的月份降水呈增加趋势,22.22%的月份呈减少趋势;ITA法分析得出有94.44%的月份降水呈增加趋势,5.56%的月份呈减少趋势。三种方法在分析过程中也存在着差异性,如利用Sen’s斜率估计法分析塔什库尔干气象站点时有5个月无变化趋势,与其他两种方法分析结果差异较大。而ITA和M-K法较为准确地辨识时间序列的变化趋势,且不受异常值影响;三种分析方法中,显著性趋势最强的是ITA法,其次是M-K法,Sen’s斜率估计法表现较为一般。其中,ITA分析法有63.89%的月份通过了0.10的显著性水平检验,M-K有25%的月份通过了0.10的显著性水平检验。相较于传统分析方法,ITA的优势在于,它能够给出不同月份不同级别降水量增加或减少的范围和趋势,所以可以有效地识别传统检验无法确定的隐藏的微趋势,更有助于分析水文气象方面数据系列的变化趋势。

JPEG2000码率控制算法的改进

针对在低码率时,JPEG2000编码中存在大量计算冗余,提出一种快速有效算法,该算法通过查表法快速估计斜率值并找到最佳截断点,这样不仅避免了斜率值的浮点除法运算,而且在低码率时,大量码块编码过程被丢弃,因此使EBCOT中层1编码的计算量大大减少。实验结果表明,该算法比PCRD算法的编码时间及存储器开销都大幅度下降,而重构图像质量相当。

一种新的一维距离像补偿方法

对于高分辨率雷达来说,空间目标的高速运动会使de-chirp后的信号中含有相位高次项,要获得目标未展宽的一维距离像必须进行运动补偿。针对空间目标的宽带脉冲回波模型定量分析了大加速度和高速运动对目标一维距离像的影响,给出了一种同调频斜率多分量信号的调频斜率估计方法,该方法将调频斜率转变为单频,较好地抑制了交叉项的影响,通过傅立叶变换就可以消除空间目标高速运动给成像带来的影响,同时具有较好的抗噪性能。最后通过仿真验证了该算法的有效性。

基于GEE的石嘴山地区生态环境质量时空演变特征研究

以石嘴山市为研究对象,基于GEE平台选取30年的Landsat影像数据,提取绿度、湿度、干度、热度,并加入符合地区特点的盐碱度指标共同构建改进后的遥感生态指数(RSEI),采用长时间序列的趋势分析方法,对1991—2021年石嘴山地区的生态环境变化进行综合评价。1991—2021年研究区的RSEI指数与绿度、湿度呈正相关,与盐碱度、干度、热度呈负相关,生态环境质量呈现出“下降-快速上升-缓慢上升”的趋势。1991—2021年石嘴山市的生态环境质量呈明显改善趋势,生态环境质量显著上升区域面积为4787.8 km^(2),占比71.0%,显著下降区域面积为117.4 km^(2),占比1.7%。在1991—2021年,除主城区及周边地区生态环境质量下降以外,其余地区较之前都有明显上升,尤其是在沙湖以及黄河两侧。研究表明区域生态环境质量下降的主要原因是城市扩张,上升的主要原因是内陆湖以及土壤盐渍化改良工程对生态环境的积极改善作用。

福建省2000—2013年气象因子的变化趋势

基于福建省10个气象站2000—2013年的气象观测资料,应用Sen's斜率估计法和Daniel趋势检验法分析了4个气象因子的年际和季节变化趋势及其空间分布,采用Pettitt突变检验法检测突变点的发生.结果表明:在年际和季节变化的趋势中,东南沿海地区的风速显著减弱,西北部地区显著增强;南部地区夏天和秋天的相对湿度显著降低;降水的年际和季节变化不显著;全省气温升高突变集中在2011年;此外,虽然冬天和春天的气温越来越低,夏天气温越来越高,但趋势缓慢不显著,表明福建省气温整体趋于稳定.

2015-2100年黄土高原四季气候变化的时空分布趋势预测

[目的]研究黄土高原2015-2100年四季气候的时空变化及趋势,为该区应对全球气候变化制定适应性策略时提供科学依据。[方法]基于27个GCMs 2015-2100年逐月气候数据集,利用Delta空间降尺度方法对该数据集在黄土高原地区进行降尺度处理并评价,最后采用距平、Mann-Kendall趋势检验和Sen’s斜率估计方法分析该区未来时期四季气候变化的时空分布特征。[结果]①所用27个GCMs,最适合模拟黄土高原未来时期四季月均温和月降水量降尺度的气候模式分别是NorESM1-M和GFDL-ESM2M模式。②2015-2100年该区四季均温只有典型路径(RCP)2.6情景下的春季、秋季无显著变化趋势,其余情景下均呈显著上升趋势;四季降水量只有RCP4.5和RCP8.5情景下的春季呈显著上升趋势,其余排放情景下均无显著变化趋势。③3种RCP情景下,四季均温在21世纪初期、中期和末期相比于气候平均值均是增加的,降水量只在春季均是增加的。④3种RCP情景下,四季均温和降水量趋势在空间分布上具有很大差异。[结论]黄土高原区域气候对全球气候变暖有显著响应,对于造成未来时期黄土高原区域特定季节下气候变化的成因等问题,还需展开进一步的研究。