THE LARGE SKY AREA MULTI-OBJECT FIBER SPECTROSCOPIC TELESCOPE (LAMOST)

Ⅰ. THE SCIENTIFIC BACKGROUND AND SIGNIFICANCE Abundant physical information about remote celestial bodies is contained in their optical spectra. The optical spectra of enormous amount of celestial bodies are critical in astronomical research of wide field of view and large samples that concerns various frontiers in astronomy and astrophysics. Up to now, however, among the tens of billions of all kinds of celestial bodies recorded by imaging surveys, only a very little part (about one ten thousandth)

大城市高密度中心城区空中花园分布特征与影响因素研究——以广州为例

发展空中花园是高密度城市解决公共空间不足、响应绿色人居的重要举措,掌握其分布特征与影响因素对存量发展阶段垂直空间的精准配置具有重要意义。以广州中心城区为例,通过识别高清影像图与实地踏勘建立718个空中花园GIS数据库,从建筑功能、建筑高度和地块形态3个方面分析其分布特征和影响因素。结果表明:1)总体上,75%的空中花园分布在高层高密度地块,57%位于居住类建筑,59%位于高层和超高层建筑,空中花园虽然在一定程度上对地面绿地起到了补充作用,但屋顶利用率较低且各类建筑、地块内部发展不均衡;2)空中花园分布总体上与地面互补度呈显著正相关、与综合需求度和技术难度呈显著负相关,高密度地块的影响模式与总体样本一致,但低密度地块表现为均不相关。研究结果说明空中花园分布与地面绿地供给、空中花园需求均存在一定程度的错配。未来绿色空间供需匹配研究亟须从二维转向三维,结合立体空间进行地面-空中的一体化评估、规划和设计,尤其要增强空中花园的使用便捷性和多元性。

基于天地协同与深度学习的灌区地下水位模拟

为了探究天地协同与深度学习的联合效果,利用灌区地面和遥感的天地协同序列观测数据,以降水、土壤湿度、地下水位历史观测量、哨兵-2遥感观测值作为地下水位的模拟因子,采用基于多层GRU网络的深度学习模型建立地面和遥感观测因子与地下水位的内在联系,进行灌区地下水位模拟的研究,并在南北方两处灌区研究区进行地下水位模拟试验和结果分析。试验结果表明,基于天地协同与深度学习的灌区地下水位模拟模型具有自行建立外界环境因素和灌区地下水位内在关系的能力,明显优于仅有地下水位观测值作为模拟因子的对比模型,具有较好的地下水位模拟效果,以及在不同地理环境下的模型适用性。该模型具有一定的应用潜力,能够为灌区的农作物种植和水资源管理提供决策信息支持。

广东省自然保护地暗夜公园建设选址适宜性评价

快速城市化引起的光污染使得黑暗的夜空逐渐稀缺。暗夜公园作为暗夜保护的主要类型之一,在国内外受到越来越多的关注。具有优越本底环境的自然保护地是暗夜公园建设选址的重要备选对象。根据国际暗夜协会对暗夜公园的认证要求,初步筛选出广东省具有暗夜公园建设潜力的备选保护地,将NPP-VIIRS夜间灯光数据作为暗夜资源识别的依据,从观星质量制约条件、游客吸引程度和政府投资可行性三方面出发,构建暗夜公园建设选址适宜性综合评价指标体系;应用GIS空间分析法和层次分析法,探讨广东省建立暗夜公园最适宜的自然保护地。结果表明:广东省适合建设暗夜公园的自然保护地数量占比仅约为3%,其中2/3集中在经济发展落后于珠三角地区的粤西、粤东和粤北地区,1/3分布于珠三角地区的惠州市和江门市。暗夜公园建设最优选址为梅州五华天堂山市级自然保护区,该自然保护地具有晴天率高、与城镇距离适中、周边旅游景点多等优势,且具有丰富的山区生态资源与深厚的客家文化底蕴,有利于打造具有地方特色的暗夜公园。通过制定一套自然保护地暗夜公园选址适宜性评价的方法和流程,为广东省自然保护地暗夜公园建设提供了重要的选址参考。

广州高密度住区空中花园的恢复性效益研究

高密度城市环境中开放空间和绿色空间的不足,对居民身心健康造成了不良影响,是当前城市人居环境面临的重要问题之一。空中花园作为城市绿色空间的补充形式之一,其健康促进作用已得到初步证实,值得中国高密度城市,尤其是气候适宜的亚热带城市研究与借鉴。立足于广州高密度居住现状及空中花园相关实践,探索空中花园空间类型、空间界面和绿视率的恢复性效益差异。以广州典型高层住宅小区为原型,采用虚拟现实技术构建15组场景作为空中花园对照实验场景,并对被试者进行DSB测试的压力诱导干预,通过分析被试者生理恢复(皮肤电导反应,SCR)和心理恢复(情绪唤醒,STAI-S;主观恢复性评价,RCS)的综合效益,探讨空中花园各影响因素与恢复性效益之间的关系。结果表明:1)3种不同类型的空中花园均具备恢复性效益,且兼容性特征最为显著;2)当空中花园空间尺度受限时,界面通透性对环境恢复性效益具有重要影响;3)相同量级绿视率在不同类型空中花园中的恢复性效益存在明显差异。

天区机遇目标空间探测任务规划算法

针对中法合作SVOM卫星的天区范围内机遇目标规划问题(ToO-MM),对其中的约束条件和优化目标进行抽象,建立了规划问题数学模型,设计实现了基于启发式规则的机遇目标规划算法TMHPA。以最大化卫星科学观测收益和最大化应急任务响应度为优化目标,考虑卫星姿态调整时间的影响,对观测任务和数传任务进行规划。通过仿真实验验证算法的有效性,结果表明该方法能够在保证算法收敛性和时效性同时,给出卫星在天区范围内的网格单元(tile)目标观测序列以及执行数传任务的时段安排,实现对ToO目标观测的快速响应,并及时下传机遇目标科学观测数据,满足规划算法的设计需求。

基于天空区域分割的单幅海面图像去雾方法

为提高雾天海面图像的质量,提出面向单幅海面图像的去雾方法。将均值漂移方法与嵌入置信度的边缘检测方法相结合进行图像分割,分割后的图像用形态学膨胀与腐蚀操作进行二值化,提取出天空区域和非天空区域。对天空区域使用限制对比度直方图均衡算法去雾,非天空区域使用基于导向滤波的暗通道优先算法去雾。导向滤波通过导向图像内容来计算滤波输出,在精细化透射图方面可以得到与软抠图方法类似的效果,计算开销较小。实验结果表明,相对于暗通道优先方法,该方法在天空区域没有明显的过渡区域和偏色现象,可取得较好的去雾效果。

基于复杂海空背景行均值曲线的海天线定位算法

复杂海空背景下红外舰船目标总是出现在海天线附近,因此获取海天线位置能确定目标的潜在区域。利用海天线区域在背景灰度上的渐变特性,提出了一种海天线定位方法,该方法首先运用形态学开运算抑制高频目标和杂波、提取平滑背景;然后采用背景行均值曲线首次突降区间检测算法,定位出一个窄的海天线区域,其中线即为工程误差范围内的近似海天线。实验结果表明,该海天线定位算法准确率高、适应于复杂海天环境。

基于形态学梯度的红外目标检测

对于红外跟踪系统中的低空非合作运动目标检测问题,由于距离未知,目标可能表现为小目标或者面目标,另外,红外图像中可能包含大量的地物背景。针对以上问题,本文提出了一种基于形态学梯度的目标检测算法。此方法首先计算红外图像的形态学梯度,进而根据各种地物背景的形态学梯度特征提取天空区域,然后在此区域内进行目标检测,最后进行目标边缘片段的合并。该方法基于形态学梯度对于灰度变化的敏感性,使用形态学梯度来表征红外目标边缘强度,通过检测目标边缘来达到检测目标的目的。实验证明,本文方法能够有效的检测目标,虚警较少,且对小目标和面目标具有一定通用性。

大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜的研究——0级观测控制系统

系统地介绍了大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜 (LAMOST)观测控制系统 ,着重讨论了LAMOST 0级系统的定义。

LAMOST光纤单元定位参数研究

大天区多目标光纤光谱天文望远镜LAMOST是世界上光谱获取量最大的望远镜,4000个双回转光纤单元的精确定位是关键因素之一。根据对星像观测的要求以及单元的定位方式,确立了所需的7个定位参数,研究了在复杂现场环境下获取定位参数的具体流程和可行性算法,包括光重心法、摄像机快速标定算法、基于最小二乘拟合圆算法、空间坐标旋转算法等。通过模拟星像观测仿真测试和现场星像试观测证明,定位参数精度能很好地满足观测需求。目前LAMOST望远镜观测光谱获取率已达到90%以上。

结合暗原色图像参考的单幅图像去雾

针对在暗原色先验理论下对天空区域的透射率估计总是过于偏小的问题,提出了一种基于暗原色图像的透射率纠正方法。以暗原色图像为参考,提取其天空等明亮区域的灰度归一化值替换生成新的透射率图。该方式提高了天空区域的透射率值,使其更接近于真实值。实验结果表明,对于各类雾化图像,在无须调整各参数值的情况下,该算法均能很好地避免天空区域出现色差失真问题;同时对于不含天空区域的图像,去雾仍然有效。此外,算法执行时无须进行复杂的天空区域识别及提取等操作。算法在实际去雾应用中实现了无参化,自动化程度高;对于分辨率为640×480的彩色图像,速度可达1.5 fps。

基于网格聚类分析LAMOST恒星光谱与理论模型的差异

随着天文大数据时代计算科学的蓬勃发展,我国具备自主知识产权的国际天文界口径最大、光谱获取率最高的大视场望远镜LAMOST,已率先在国际上开拓并实现了同时观测几千个天体光谱的大规模巡天工作。自2011年巡天至2015年6月所获得的DR3光谱数据集目前已获取世界上最大的恒星参数星表。针对LAMOST第三期发布FGK恒星光谱的流量定标等相关数据,利用Kurucz模板光谱对应的参数空间划分网格,基于开源高效的数据处理R语言程序软件平台,设计了有监督的聚类中心,便于验证其理论参数网格的差异。处理LAMOST实测光谱经归一化后,选择距离量直接描述属性,采用欧氏距离分析判别光谱之间的相似度,选取相应的属性向量构造函数判断观测光谱和理论光谱差别的量级。实验表明:比对LAMOST实测FGK型恒星光谱数据与Kurucz理论模板库数据一致性以及参数测量的准确性,结果显示相同参数的光谱间特征谱线具有较好的一致性,从而得出LAMOST光谱测量物理参数质量较高,具备极好的可靠性,为后续恒星大气模型的改进提供相应的论证依据。

R语言应用于LAMOST光谱分析初探

以可扩展性极强的开源软件R程序语言为工具,发挥在统计学和数据挖掘领域强大的数据分析能力,重点研究R语言用于读写FITS格式文件软件包RFITSIO的主要功能和特点,并对LOMAST采集的FITS文件进行详细介绍,将海量LOMAST巡天光谱DR2数据用RFITSIO读出恒星光谱,并利用R语言的主成分分析工具提取各类型光谱数据的特征量即主成分。从含有大量冗余信息的光谱中提取代表恒星光谱特征的主要成分,通过采用主成分分析方法提取光谱特征,重构后能够有效降低原始光谱数据受噪声的影响,为后续数据挖掘工作提供研究基础。

大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜科学级CCD相机低噪声设计和检测

结合实际测试结果,介绍了大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)低色散光谱仪所使用的科学级CCD相机的系统设计与检测技术。LAMOST科学级CCD相机系统由大面阵CCD芯片、相机头、制冷系统、控制器及其软件组成,其CCD控制器的设计实现低噪声、多路图像读出、像素合并及陷阱测试等功能,满足LAMOST工程的设计要求。介绍了科学级CCD相机增益、读出噪声、暗电流,满阱等指标的测试方法,该技术方法适用于其它领域同类型科学级CCD相机的研制和检测。

紫金山森林公园降温效应影响因素

城市绿地是城市自然景观的重要组成部分,探讨不同影响因素对城市绿地降温效应的影响规律,有助于城市绿地的空间布局规划与管理,以便更好地缓解城市热环境。以南京紫金山森林公园为研究区,沿陵园路—中山陵方向选取了5个植被结构相似的林地作为观测点,并以水泥地面为参照点,利用HOBO小型气象观测站对温度、湿度和风速等因子进行定点同步观测,并分别采用LAI-2200植物冠层分析仪、鱼眼相机和GPS手持导航仪获取各观测点的叶面积指数、天空可见度和高程信息,然后采用统计分析和相关分析方法,分别对绿地降温效应的日变化规律及其影响因素进行了定量分析。结果表明:各站点的温度变化趋势基本一致;与参考点相比,5个观测点在白天均有明显降温效果,13:00—16:00降温效应最强,而晚上降温效果很弱,甚至出现轻微的保温效应;降温幅度随大气温度的升高而增大,随相对湿度和风速的增大而减小;绿地叶面积指数、天空可见度和高程等因子对绿地降温效应在不同时段会产生不同程度的影响:叶面积指数与天空可见度在9:00—19:00间对降温效应的影响作用较为明显,但由于高温的影响,午后(13:00—15:00)影响作用较弱;在夜间,高程是主要影响因子。研究结果可为城市公园绿地的合理布局与绿化建设提供依据和参考。

城市地表通风潜力研究技术方法与应用——以北京和广州中心城为例

城市地表通风潜力是城市通风评估和通风廊道规划的前提条件,目前尚缺乏科学合理的指标来表征。文章面向城市区域尺度,基于城市形态学模型构建了通风潜力系数(VPC)指标,对城市通风潜力的强弱进行评估。随后,分别以北京和广州中心城为例,应用1∶2 000基础地理信息和Landsat8卫星资料,开展了2015年VPC估算及通风潜力评估分析。研究结果表明,VPC可有效反映城市地表通风潜力大小,其与天空开阔度呈负相关关系,线性回归模型R^2为0.459 1,与建筑高度、容积率、迎风截面积密度和粗糙度长度呈明显正相关关系,线性回归模型R^2分别为0.717 9、0.784 2、0.796 2和0.842 4;北京和广州中心城地表通风潜力最差的区域分别为三环—二环区域和越秀区,广州中心城的总体地表通风潜力明显好于北京中心城,这是由于广州具有更大面积的利于通风的林地、绿地和水体等冷源区域。

城市空间形态学参数与晴好天气下热岛强度关系

以澳大利亚阿德莱德中心城区为研究区,基于高分辨率城市三维建筑物数据计算得到天空开阔度(sky view factor,SVF)与迎风面积指数(frontal area index,FAI),并将其与晴好天气下四季的城市热岛强度进行相关性分析。结果表明:晴好天气下,阿德莱德城市热岛强度(urban heat island intensity,UHII)在2010—2011年四季均呈现出夜间强、白天弱的变化特征。SVF与UHII在夜间呈显著线性负相关,白天呈线性正相关;而FAI与UHII在四季的夜间和早晨时段呈对数关系,白天呈线性负相关。SVF和FAI对不同季节、不同时刻的城市热岛影响不同,在不同空间尺度下的适用性也存在差异,SVF在不同空间尺度下适用性更强。

A型恒星光谱线指数岭回归有效温度的预测分析

天文光谱线指数数据能够较好地保留着恒星的物理特征信息,为此借助线指数特征数据构建多参数模型,有利于更好地回归分析数据的共变关系及谱线的内在规律。世界上光谱获取率最高的施密特天文望远镜LAMOST发布的观测光谱都已经过标记,利用天文可视化工具分析这些标记的恒星光谱线指数会产生预测因子自相关,多元线性回归时因变量存在共线性,导致方差较大、得到最小二乘回归系数不稳定,虽不影响使用回归的有效性,但较难从回归方程中得到独立预测因子的评估系数。利用LAMOST巡天光谱数据中A型恒星Lick线指数为数据源,选取有效温度 T eff 为7 000~8 500 K,取信噪比大于50的光谱特征值实现回归分析恒星参数 T eff 值,经箱线图呈现DR5星表中, A型光谱86 097条具备 T eff 值大样本光谱数据的整体分布,统计分析26种线指数的特征值后,选取分布相似且带宽为12 的kp12, halpha12和hgamma12字段,减少解释线指数变量的数目,优化冗余变量方差膨胀因子(VIF)系数。实验选取两两变量间观测数据集,局部拟合回归散点、同样的数据源使用散点图的总体轮廓生成高密度散点图,利用色差透明性突出显示数据密集区域。结果表明多元线性回归和岭回归算法都能从低分辨率光谱中确定A型恒星的有效温度,但经过共线性数据分析有偏估计实验,使用岭回归分析寻找最佳模型,能更准确地确定恒星有效温度,进而得到预测A型恒星有效温度及谱线回归特性。