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中间层气辉光谱光度计高精度温度反演算法研究与验证

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中国科学：地球科学 2024年第5期54卷 1667-1679页

作者：牛书琦郜海阳闫召爱任珂寇蕾蕾江百川卜令兵中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 南京信息工程大学大气物理学院南京210044 中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049

基于光度学技术的气辉光谱探测仪器结构简洁、稳定性高,有望成为我国中高层大气温度组网观测的主力设备,为研究全球临近空间的温度分布和变化提供有力手段.但此类仪器容易受到自身差异性、观测环境条件等多因素影响,会带来组网观测时的... 详细信息

基于光度学技术的气辉光谱探测仪器结构简洁、稳定性高,有望成为我国中高层大气温度组网观测的主力设备,为研究全球临近空间的温度分布和变化提供有力手段.但此类仪器容易受到自身差异性、观测环境条件等多因素影响,会带来组网观测时的数据一致性问题.针对这一问题,本文基于课题组研发的气辉光谱光度计(the Mesospheric Airglow Spectrum Photometer,MASP),建立了一套多参数迭代反演算法(Multiple-parameter Iterative Inversion,MPII).该算法对图像圆心进行精准定位,并对图像畸变进行矫正,从而获得精确的实际观测合成光谱.综合考虑了天空杂散光、大气温度、滤光片温度、光学系统焦距和合成光谱调制度5个可变参数.反演温度的精确度相较于传统方法有显著提升.为验证反演算法的有效性和准确性,本文利用MASP与中国科学院国家空间科学中心研制的钠荧光多普勒激光雷达进行主被动遥感联合对比观测.基于钠荧光多普勒激光雷达观测温度,通过剔除大气背景辐射进行数据修正,并根据MPII算法进行温度反演.研究结果表明,相比于传统算法,MPII算法计算的反演温度与钠荧光多普勒激光雷达具有更好的一致性.

关键词：温度反演气辉光谱光度计转动谱线钠荧光多普勒激光雷达对比观测

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基于陆地卫星影像的洛阳市城区地表温度反演研究

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工业建筑 2024年第4期54卷 30-38页

作者：王江丽张明刚杨晓涵朱茂超河南科技大学土木建筑学院河南洛阳471003 建筑安全与环境国家重点实验室北京100013 河南科技大学建筑能源与热科学技术研究所河南洛阳471003 河南省建筑环境控制与安全工程研究中心河南洛阳471003 西南交通大学建筑学院成都610000

为了研究洛阳城市发展与城市热岛之间的关系,以近20年城区地表温度为研究对象,以陆地卫星(Landsat)卫星遥感数据作为数据源,通过温度反演方法研究4个时期地表温度,在Arcgis、ENVI5.3、Origin2018软件中加以分析,得到热岛效应空间分布和... 详细信息

为了研究洛阳城市发展与城市热岛之间的关系,以近20年城区地表温度为研究对象,以陆地卫星(Landsat)卫星遥感数据作为数据源,通过温度反演方法研究4个时期地表温度,在Arcgis、ENVI5.3、Origin2018软件中加以分析,得到热岛效应空间分布和时空变化特征、地表温度和土地利用类型的关系,结果表明:自2001年到2019年老市中心(西工区)地表温度增温15℃;新市中心(洛龙区)地表温度增温11℃;不同用地分类中,水域的表面温度最低,且随着热岛增加,水域的冷岛效应略有增加,2001年洛河表面温度26℃,冷岛强度12℃,2019年洛河表面温度34℃,冷岛强度14℃。

关键词： Landsat卫星数据温度反演地表温度热岛效应

MIGHTI/ICON卫星的中高层大气温度反演与验证

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光学学报 2023年第12期43卷 55-63页

作者：胡向瑞李发泉王后茂张子豪郭建军武魁军何微微烟台大学物理与电子信息学院山东烟台264005 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北武汉430071 中国科学院国家空间科学中心北京100190

中间层顶-低热层区域是地球大气中重要的空间区域。基于剥洋葱算法及氧分子气辉光谱理论,利用迈克耳孙全球高分辨率热层成像干涉仪(MIGHTI)测量的O2-A波段气辉辐射强度图像,反演得到海拔为92~140 km的大气温度廓线。首先,根据氧分子气... 详细信息

中间层顶-低热层区域是地球大气中重要的空间区域。基于剥洋葱算法及氧分子气辉光谱理论,利用迈克耳孙全球高分辨率热层成像干涉仪(MIGHTI)测量的O2-A波段气辉辐射强度图像,反演得到海拔为92~140 km的大气温度廓线。首先,根据氧分子气辉光谱理论,结合MIGHTI仪器参数,计算了其各光谱通道信号强度随温度的变化关系;然后,利用剥洋葱算法提取各光谱通道的目标层信号强度,并结合信号强度与温度的函数关系,反演得到大气温度廓线;最后,通过与SABER卫星的观测结果及NRLMSIS-00大气模型的仿真数据的对比,验证了MIGHTI温度反演的可靠性与合理性。误差分析结果表明,MIGHTI的温度探测误差随高度增加而增大,在92 km处为1 K,在140 km处为13 K。

关键词：大气光学温度反演气辉辐射临边观测剥洋葱算法

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利用遥感技术的地表温度反演及时空演变分析

科技与创新 2024年第2期 157-160页

作者：胡干新谢民民江西理工大学土木与测绘工程学院江西赣州341000

随着城市的快速发展,城市热岛效应也越发受到人们的关注。基于Landsat系列卫星影像,采用辐射传输方程算法对南昌市地表温度进行反演,并利用均值-标准差法对地表温度进行热岛效应分级研究。结果表明,南昌市热岛效应的区域面积不断增加,... 详细信息

随着城市的快速发展,城市热岛效应也越发受到人们的关注。基于Landsat系列卫星影像,采用辐射传输方程算法对南昌市地表温度进行反演,并利用均值-标准差法对地表温度进行热岛效应分级研究。结果表明,南昌市热岛效应的区域面积不断增加,并存在低温区向高温区进行转换的现象;城市内植被和水体的合理布局对热岛效应具有一定的缓解作用,而不透水面的增加会加剧城市热岛效应。

关键词：城市热岛效应温度反演热岛分级不透水面

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基于POD-RBF代理模型和特征点KNN校正的电力舱温度反演方法

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电子测量技术 2023年第24期46卷 68-76页

作者：姜岚李远智李周蠡赵阳三峡大学电气与新能源学院宜昌443002 湖北省输电线路工程技术研究中心宜昌443002 国网湖北省电力有限公司经济技术研究院武汉430000 国网宜昌市高新区供电公司供指分中心(调控分中心) 宜昌443002

为解决数值模拟方法计算不同工况下电力舱整体温度时算力需求大、适应性差等问题,本文提出了一种基于POD-RBF代理模型和特征点KNN校正的电力舱温度反演方法。该方法基于仿真计算得到的不同工况下电力舱温度场数据,利用本征正交分解和径... 详细信息

为解决数值模拟方法计算不同工况下电力舱整体温度时算力需求大、适应性差等问题,本文提出了一种基于POD-RBF代理模型和特征点KNN校正的电力舱温度反演方法。该方法基于仿真计算得到的不同工况下电力舱温度场数据,利用本征正交分解和径向基函数方法构建电力舱的温度反演代理模型,以避免重复计算,从而快速得到仿真模型的近似解。同时,使用K最近邻算法将特征温度点引入反演模型中,以此校正温度反演误差,提高反演的准确性和适应能力。以实际电力舱为例,对指定工况下的电力舱进行了温度反演。结果表明,该方法可以在电力舱内电缆通流情况以及特征温度点温度已知的情况下实现电力舱的实时温度反演,其反演温度与仿真计算温度的最大相对误差为0.96%,满足工程运用标准。

关键词：电力舱温度反演有限元仿真本征正交分解径向基函数 K最近邻算法

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基于图像灰度的大范围辐射温度反演

激光与红外 2023年第12期53卷 1866-1870页

作者：孙子林李科天津津航技术物理研究所天津300300

为解决高温辐射源和环境温度对红外测温的影响,提高极端工况下红外热像仪的测温精度,以红外辐射理论以及红外热像仪测温原理为基础,提出了一种将红外图像灰度与目标温度、环境温度和积分时间相结合的综合辐射温度反演方法,该方法实现了... 详细信息

为解决高温辐射源和环境温度对红外测温的影响,提高极端工况下红外热像仪的测温精度,以红外辐射理论以及红外热像仪测温原理为基础,提出了一种将红外图像灰度与目标温度、环境温度和积分时间相结合的综合辐射温度反演方法,该方法实现了环境(镜头)温度与场景温度参量解耦,可以独立预估各参量变化所产生的探测器响应变化。首先对红外热像仪进行数据标定,标定时一般采用高精度面源黑体,之后通过计算面源黑体辐射亮度,利用黑体辐亮度和黑体灰度的线性关系,对黑体温度与黑体图像灰度值两组数据之间关系进行拟合,建立全环境温度和全积分时间的大范围温度反演匹配模型。最后在实验室环境下,分别用热像仪和基于灰度的温度反演模型对探测目标进行测温。经过实验验证,该反演模型在实验室环境下取得了较为良好的效果。

关键词：红外测温图像灰度黑体温度反演

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面向卫星影像的中红外地表温度反演方法研究

面向卫星影像的中红外地表温度反演方法研究

作者：王纪辉河南大学

学位级别：硕士

地表温度（Land Surface Temperature,LST）是陆地表面和大气能量交换过程中的一个重要参数,可以广泛应用于气象预测、农作物灾害评估、火灾检测和城市热岛效应等领域。中红外和热红外影像都能够应用于地表温度反演,目前国内外的学术界... 详细信息

地表温度（Land Surface Temperature,LST）是陆地表面和大气能量交换过程中的一个重要参数,可以广泛应用于气象预测、农作物灾害评估、火灾检测和城市热岛效应等领域。中红外和热红外影像都能够应用于地表温度反演,目前国内外的学术界在热红外地表反演温度的研究取得了众多成果,却极少仅利用中红外影像反演地表温度。与热红外通道相比,中红外通道反演地表温度的研究和利用存在着很大问题,在白天时刻卫星传感器接收到的辐射能量中既包含地表发射的热辐射,又包含地表反射的太阳直射辐射,这些因素导致中红外通道反演的地表温度误差较大。针对以上问题,本文以高分四号（GF-4）卫星影像为数据源,提出了一种面向高分四号卫星影像的中红外单通道地表温度反演方法,大大减小了太阳直射辐射的影响,提高了中红外地表温度反演的精度,有效的增加了GF-4号卫星影像的利用率。本文的主要研究内容如下:（1）根据GF-4号中红外和可见光影像空间分辨率差异较大灰度相关性不大的特点,提出了一种改进的基于轮廓特征的中红外和可见光影像配准方法,以解决传统配准方法精度较差的问题。该方法利用基于卷积神经网络的风格迁移算法对可见光影像的风格特征和中红外影像的内容特征进行提取和重新组合,获取一幅与可见光影像差异性较小的人工生成影像,利用基于轮廓特征的配准方法对人工生成影像和可见光影像进行配准。通过实验对比分析,本文方法相较于传统图像配准方法,配准精度较高,为下一步GF-4号云检测提供了有力条件。（2）根据GF-4号卫星影像波段较少的特点,提出了一种基于多时相多通道的云检测方法,以解决传统云检测方法精度较低的问题。该方法首先利用单时相可见光影像检测出潜在云像元,其次通过多时相可见光影像检测出移动云像元,最后利用中红外影像反演亮度温度来区分云与冰雪像元。通过实验对比分析,本文方法相较于传统云检测方法,识别准确率较高且误检率较低,为下一步GF-4号地表温度反演提供了有力条件。（3）根据GF-4号卫星影像仅有一个中红外通道的特点,提出了一种面向高分四号卫星影像的中红外单通道地表温度反演方法,以解决GF-4号卫星影像缺少热红外通道导致传统地表温度反演方法精度较低的问题。该方法是在本文改进的基于轮廓的中红外与可见光影像配准方法和基于多时相多通道的云检测方法的基础上实现的,首先根据云检测方法获取的云掩膜图像来检测云阴影区域,利用配准后的中红外影像云阴影掩膜来估算太阳直射辐射亮度,其次利用可见光影像来估算地表比辐射率,然后通过大气辐射传输模型来估算大气参数,最后利用中红外辐射传输方程反演得到地表温度。将反演的地表温度与相邻时刻过境的MODIS标准地表温度产品进行对比验证,结果表明,反演的地表温度平均误差为2K,精度达到了项目要求,在参与中国空间技术研究院-钱学森空间技术实验室的《天基光学探测效能仿真评估》项目的过程中,将地表温度反演方法应用于该项目中。

关键词：中红外通道卫星影像温度反演图像配准云检测

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强冲击下辐射场的温度反演技术研究

强冲击下辐射场的温度反演技术研究

作者：叶鑫西安工业大学

学位级别：硕士

冲击辐射温度是武器弹药性能测试、极端环境下材料状态的重要参量,精准测量冲击辐射温度在国防建设和工业制造中具有重要意义。冲击辐射温度由于其持续时间短、较难接触式测量以及温度范围广等特性,常见的测温方法难以满足测量要求。本... 详细信息

冲击辐射温度是武器弹药性能测试、极端环境下材料状态的重要参量,精准测量冲击辐射温度在国防建设和工业制造中具有重要意义。冲击辐射温度由于其持续时间短、较难接触式测量以及温度范围广等特性,常见的测温方法难以满足测量要求。本文探讨了利用多光谱辐射测温法获取材料冲击辐射温度的方法,并提出了一种基于组合优化理论的冲击辐射温度反演方法,该方法有效提高了冲击辐射温度反演的精度以及效率。本文主要工作如下:1)通过分析多光谱辐射测温法与冲击辐射温度特性,探讨了基于维恩公式所建立的冲击辐射温度反演模型的不足,并在此基础上,结合普朗克辐射定律、物体温度、发射率以及波长之间的关系,构建了一种基于普朗克公式的冲击辐射温度反演模型。2)针对测量环境复杂,采集到的光谱数据存在噪声干扰,影响温度反演结果准确性的问题。将CEEMDAN滤波去噪与小波阈值去噪相结合,设计了基于CEEMDAN的小波阈值去噪算法,对实验采集到的光谱辐射数据进行去噪处理,去除数据中所包含的噪声信息,并利用仿真验证了算法的可行性及有效性。该算法有效提高了实验数据的准确性和平滑性,为温度反演的准确性提供数据保障。3)针对冲击辐射温度反演中发射率未知的问题。基于组合优化理论,将发射率的未知量转化为制定的约束,以有效求解冲击辐射温度反演问题。通过将平衡优化器算法与序列二次规划算法结合,设计了基于组合优化理论的冲击辐射温度反演算法,避免了单一算法求解稳定性差及求解速度慢的缺点。仿真验证了该温度反演方法的可行性和有效性,通过调节算法中的参数,进一步提高了温度反演的精度和效率。4)选用金属铜作为目标材料,利用实验测试系统获取铜在冲击状态下的光谱辐射数据。分别利用最小二乘法、内点罚函数法以及本文算法,对所建立的温度反演模型进行了求解,获取铜的冲击辐射温度值,并将三种求解方法的反演结果与理论温度值进行对比,结果表明本文算法在温度求解中的精度更高,验证了该方法的实用性,以及在实际冲击辐射温度测量中的可行性。

关键词：冲击辐射温度多光谱测温降噪优化理论温度反演

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电缆接头温度反演及故障诊断研究

高电压技术 2016年第2期42卷 535-542页

作者：高云鹏谭甜源刘开培阮江军武汉大学电气工程学院武汉430072

为间接测量得到电缆导芯温度、预防电缆接头故障,建立了电缆接头2阶和1阶暂态热路简化模型,提出了一种电缆接头导芯温度的反演算法,推导得出导体实时温度。同时,通过参数辨识对电缆接头进行在线监测并得到故障诊断结果。结果表明,建立... 详细信息

为间接测量得到电缆导芯温度、预防电缆接头故障,建立了电缆接头2阶和1阶暂态热路简化模型,提出了一种电缆接头导芯温度的反演算法,推导得出导体实时温度。同时,通过参数辨识对电缆接头进行在线监测并得到故障诊断结果。结果表明,建立的电缆接头2阶和1阶暂态热路模型可有效简化反演计算,进而通过电缆接头外皮和金属护套温度反推出导体温度,且所得反演结果与实测结果相符。此外,根据辨识参数相对正常运行状态时的变化情况,可判断出电缆接头是否存在故障隐患以及是何种故障。

关键词：电缆接头电缆导体温度最小二乘法在线监测温度反演故障诊断