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基于地表温度时空特征的森林火灾遥感检测方法研究

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基于地表温度时空特征的森林火灾遥感检测方法研究

作者：姚厚治中南林业科技大学

学位级别：硕士

近些年来,随着全球气候变暖,森林火灾频发,及时准确的检测森林火灾具有重要意义。卫星遥感由于其具备覆盖范围广、时间分辨率高等特点,在森林火灾监测中发挥着重要的作用。目前森林火灾遥感监测算法,主要考虑地面温度的空间特征,利用像... 详细信息

近些年来,随着全球气候变暖,森林火灾频发,及时准确的检测森林火灾具有重要意义。卫星遥感由于其具备覆盖范围广、时间分辨率高等特点,在森林火灾监测中发挥着重要的作用。目前森林火灾遥感监测算法,主要考虑地面温度的空间特征,利用像元与背景窗口的温度差异来识别林火,忽略了地表温度的时空变化,导致林火检测时存在严重的漏判和误判现象。地面温度随时间与空间位置的变化而不断变化,林火检测的重要阈值指标即高温像元和背景像元的差值也随之变化。本研究分析通过结合热红外遥感影像背景像元亮温变化的时序特征和亮温分布空间特征,研究不同时间不同地理位置地表温度的变化规律,分析地表温度时空变化对林火检测的影响,基于Himawari-8/9和SRTM DEM数据,构建基于地表温度时空变化的林火监测模型,以提高火点识别的精度。主要的研究内容和研究结果如下:(1)基于地表背景温度时序特征的森林火灾监测算法的研究。通过绝对火点像元检测和疑似火点像元检测,筛选了绝对高温火点像元和疑似火点像元,减小了时间序列分析所耗费的计算资源;在时间序列分析步骤,基于Prophet时间序列分析模型对目标像元当前时刻亮温值进行了预测,并通过比较预测的亮温值与实际观测值从而判定火点,同时,对研究区域的四个季节划分的不同温度区间一天每十分钟的亮温变化率进行了统计,从而设置了相对宽松的亮温变化率阈值进行火点识别,以解决时间序列火点识别算法的适用性问题。(2)基于地表背景温度空间特征的森林火灾监测算法的研究。基于像元的经度、纬度、太阳高度角、太阳方位角、高程、坡度、归一化植被指数因子等重建地表温度,利用重建的地表温度与实际温度的差异判别火点像元。比较了三种常用的机器学习算法(多元线性回归MLR、支持向量机回归SVR、随机森林回归RF)应用在地表温度重建上的效果,RF模型的R2在0.80以上,显著高于MLR模型的0.42和SVR模型的0.37,其RMSE和MAE也相对较低,分别为1K左右和0.8K以下;探究了RF模型在一天不同时刻的地表温度重建效果,白天地表温度重建的R2显著高于夜间,分别在0.90和0.61以上,而RMSE和MAE相差较小,在1K以下,说明白天各因子对地表温度的拟合效果更好,由于夜间RMSE和MAE较小,且R2大于0.61,因此白天夜间都可以进行地表温度重建从而进行森林火点的识别。为了保证地表温度在样本量不足的情况下仍然能够识别火点,同时提高火点识别精度,结合了空间上的上下文法,通过高温可疑像元的识别、着火点像元检测及确认共同对森林火灾进行监测。(3)利用本研究基于地表背景温度的时空特征的森林火灾监测算法对2022年10月17日-2022年10月24日的湖南省区域南部和东南部的森林火灾,进行了多个时刻监测,并利用高空间分辨率的GF-4 PMI影像通过目视解译验证,研究结果表明,本研究提出的火点探测算法不仅能够监测大型的森林火灾,对于火灾发生过程中的一些独立、分散的小型火灾也能够很好识别。(4)利用中国森林草原防灭火网公布的湖南省森林火灾数据和Himawari-9 WLF火点产品对本研究识别到的2022年10月17日-2022年10月19日6个时刻的火点进行了精度对比验证。验证结果的漏检率为0,除去2022年10月19日10:30综合评价指标只有0.52,其他时刻综合评价指标都在0.74以上。通过对比本研究算法识别的火点像元个数与WLF火点产品的火点像元个数及通过目视解译对比新田县火点像元识别结果,本研究算法相对于WLF火点产品精度更高,能够识别到更多的低温火点像元。(5)比较了2022年10月-2023年4月主要火灾发生时段中国森林草原防灭火网公布的湖南省92场森林火灾记录的火灾的最早发现时间与本研究算法检测到火灾的时间,结果显示本研究算法监测到森林火灾相对于防灭火网基本提前0-100分钟之间,平均提前54.24分钟,说明本研究算法对于森林火灾的监测有更高的灵敏度。

关键词：森林火灾遥感检测时空特征 Himawari-8/9

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宁波市近岸海域水体污染遥感检测方法研究

宁波市近岸海域水体污染遥感检测方法研究

作者：郭艳玲中国环境科学研究院

学位级别：硕士

水体颜色是水质状况的重要指标之一。随着工业化的发展以及城市化进程加剧,近年来水环境突发污染事件频发,严重影响水生态环境,甚至威胁到人类的生活。水体污染会导致水体颜色发生改变,即水体水色异常。水体水色异常遥感检测是进行水质... 详细信息

水体颜色是水质状况的重要指标之一。随着工业化的发展以及城市化进程加剧,近年来水环境突发污染事件频发,严重影响水生态环境,甚至威胁到人类的生活。水体污染会导致水体颜色发生改变,即水体水色异常。水体水色异常遥感检测是进行水质状况评价及水体污染检测的重要手段。传统的水色异常遥感检测方法均是基于水体吸收和后向散射系数分析,建立光谱指数对水色进行识别和提取。但导致水体水色异常的污染物类型十分复杂,往往都是多种污染物质的混合,这些混合物没有统一的光谱反射峰和吸收谷,没有固定的波长,因此难以用统一的光谱特征指数进行识别和提取。本文以国产高分二号卫星PMS数据为数据源,以宁波市北仑区梅东大闸外闸水域为研究区域,利用遥感影像自身光谱特征构建了水色正常和水色异常判别函数,设置了基于GF2-PMS影像数据的梅东大闸外闸水域内的水色异常判定阈值,对该区域内的水色异常进行快速提取和定位,比较分析了以2022年6月9日的GF2-PMS影像为待提取影像的基于单景影像特征和基于2018-2022年的多时相影像特征设置水色异常判定阈值的提取结果,并与现场核查采样的结果以及基于不同波段组合的提取结果进行了对比分析。研究结果表明:(1)基于2022年6月9日单景遥感影像特征提取出的水色异常空间分布信息,不仅提取出了较为完整的水色异常区域,同时也保留了NDWI灰度值高的水域和悬浮泥沙水域,经两次判别函数的设置后,水色异常提取结果更精确。(2)基于2018-2022年的10景遥感影像特征的提取过程中,相比于再次设置判别函数提取水色异常的基于单景影像特征的提取过程,基于多时相影像特征提取出的水色异常空间分布信息只需提取一次便能达到基于单景影像特征再次提取的相似结果。(3)通过对比分析单景及多景影像的水色异常检测结果,得出:基于长时序的多景影像特征构建的判别函数比基于单景影像特征构建的别断函数更准确、提取速度更快。(4)本文在构建水色正常和水色异常判别函数对研究区域内的水色异常进行识别和提取前,对水域NDWI灰度影像进行了均值滤波处理。基于单景和多时相影像特征的水色异常提取结果与基于不同波段组合的水色异常提取结果相比,减少了细小斑块。因此,可以得出结论,均值滤波处理能有效防止提取结果细碎化。(5)本文采用完全依靠影像自身的光谱特征来提取未知污染类型导致的水色异常,获取水色异常的空间分布信息,对未知污染物或混合污染物导致的水色异常进行有效识别和提取,可有效解决没有典型光谱特征的未知污染物或者含有多种典型光谱特征的混合污染物导致的水色异常遥感识别难的问题,为水环境污染的治理提供基础信息和技术支撑,便于快速准确发现水体污染,及时治理和控制水环境污染,维护水环境及水生态安全,为水生态环境监测评估提供科学依据。

关键词：水体污染水色异常遥感检测均值滤波判断阈值

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北京地区柴油车排放遥感检测研究

北京地区柴油车排放遥感检测研究

2022中国汽车工程学会年会暨展览会

作者：鹿文慧李兰菊赵周辉薛亦峰郝利君葛蕴珊潍柴动力股份有限公司北京理工大学机械与车辆学院北京市生态环境保护科学研究院国家城市环境污染控制工程技术研究中心

机动车排放遥感测试技术在汽油车排放监测领域取得了很好的应用效果,但在柴油车NOx等气态排放物测试方面还不成熟,测试结果存在较大偏差。本文基于柴油机燃烧机理,建立了柴油车气态排放物排放遥感测试数据的反演计算方法,依据柴油车排... 详细信息

机动车排放遥感测试技术在汽油车排放监测领域取得了很好的应用效果,但在柴油车NOx等气态排放物测试方面还不成熟,测试结果存在较大偏差。本文基于柴油机燃烧机理,建立了柴油车气态排放物排放遥感测试数据的反演计算方法,依据柴油车排气烟羽中气体排放物各组分的相对浓度比值和该测试工况的柴油机过量空气系数,反演计算柴油车尾气排放中各种气体排放物浓度。基于柴油车车载排放测试数据统计分析得到柴油车以速度和加速度为参数的柴油机过量空气系数脉谱。对北京市2021年1月～4月60个道路机动车遥感监测站点获得的柴油车NO排放和排气烟度数据进行统计分析,研究分析了北京市地区通行柴油车的N O和排气烟度排放状况。

关键词：柴油车排放遥感检测反演计算统计分析

来源： cnki会议评论

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船舶机舱关键参数的遥感检测和无线传输技术

中国船检 2023年第7期 47-50页

作者：李国祥王海燕李阳上海海事大学商船学院埃森哲(上海)有限公司

目前,绝大部分的自动化机舱和智能机舱,对其关键设备的参数采集和传输(如温度、压力、转速、扭矩、电流、电压、功率等)均采用常规的接触式(有线)传感器和有线(网络)传输,尽管有少数参数的采集实现了采用非接触式(无线)传感器(如基于脉... 详细信息

目前,绝大部分的自动化机舱和智能机舱,对其关键设备的参数采集和传输(如温度、压力、转速、扭矩、电流、电压、功率等)均采用常规的接触式(有线)传感器和有线(网络)传输,尽管有少数参数的采集实现了采用非接触式(无线)传感器(如基于脉冲的转速检测,管路内流量的检测等),但几乎所有被检测到的参数均采用有线(网络)传输,使得机舱中采集设备参数的传感器和传输线路繁多复杂,给系统维护和保养带来很多不便。

关键词：无线传输技术传输线路遥感检测转速检测采集设备参数采集船舶机舱维护和保养

机动车尾气遥感检测系统气体校准辅助装置的研制

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计量科学与技术 2022年第8期66卷 32-36页

作者：金佩玉姚金玲李丽英安徽省计量科学研究院合肥230001

随着机动车保有量不断增加,尾气污染问题成为当下关注的重点,科学治理机动车尾气污染物的超标排放,加强机动车尾气检测至关重要。机动车尾气遥感检测系统结合了可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术、紫外差分吸收光谱(DOAS)技术和计算... 详细信息

随着机动车保有量不断增加,尾气污染问题成为当下关注的重点,科学治理机动车尾气污染物的超标排放,加强机动车尾气检测至关重要。机动车尾气遥感检测系统结合了可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术、紫外差分吸收光谱(DOAS)技术和计算机自动识别技术,可以在不影响车辆正常行驶的条件下,实现机动车行驶过程中尾气污染物浓度在线遥感检测。为了满足JJF 1835-2020《机动车尾气遥感检测系统校准规范》要求,研制了一种校准辅助装置,该装置配合标准气体,用于气体测量示值误差静态和动态的校准,取得了良好的效果,本文全面介绍了气体校准辅助装置的工作原理、装置组成和软硬件设计。

关键词：机动车遥感检测示值误差校准辅助装置

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北京新修订汽油车遥感检测标准将于年内实施

北京新修订汽油车遥感检测标准将于年内实施

新华每日电讯

作者：倪元锦

新华社北京4月14日电（记者倪元锦）北京市生态环境局14日发布消息称，北京市生态环境局、北京市市场监督管理局日前发布了地方标准《在用汽油车排气污染物排放限值及测量方法（遥感检测法）》（DB11/318-2022），将于今年10月1日正式... 详细信息

新华社北京4月14日电（记者倪元锦）北京市生态环境局14日发布消息称，北京市生态环境局、北京市市场监督管理局日前发布了地方标准《在用汽油车排气污染物排放限值及测量方法（遥感检测法）》（DB11/318-2022），将于今年10月1日正式实施。据介绍，“遥感检测”是利用光学原......

关键词：遥感检测排气污染物北京市汽油车

来源： cnki报纸评论

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长江口潮滩湿地植被光谱分析与遥感检测

华东师范大学学报（自然科学版） 2007年第4期 42-48,63页

作者：张杰沈芳刘志国华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200062

通过野外实测长江口潮滩湿地主要植物的光谱特征,分析和提取了优势植被的光谱特征参数和波段.考虑到潮滩湿地植被在生长特点、季节和盖度等方面的影响因素,采用了组合光谱特征波段的植被指数对长江口潮滩湿地植被进行分类检测,以期在现... 详细信息

通过野外实测长江口潮滩湿地主要植物的光谱特征,分析和提取了优势植被的光谱特征参数和波段.考虑到潮滩湿地植被在生长特点、季节和盖度等方面的影响因素,采用了组合光谱特征波段的植被指数对长江口潮滩湿地植被进行分类检测,以期在现有的多光谱遥感影像上提高分类精度,检测出潮滩湿地植被空间分布的变化.分别计算了实测夏季和秋季的RVI,ND-VI,SAVI和MSAVI四种植被指数,得出不同植被指数对潮滩湿地植被不同盖度和不同季节的检测方法,并将该方法应用于多光谱TM影像上,验证这几种植被指数在TM影像上的分类精度,结合实地考察,发现MSAVI应用到多光谱TM影像上对潮滩湿地植被的分类检测效果最好,但时相应选择夏季.

关键词：潮滩植被指数光谱分析遥感检测

改进型ICA和SVM相结合的火山灰云遥感检测

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电讯技术 2016年第1期56卷 88-92页

作者：刘岚雷咏梅尹京苑李成范赵俊娟上海大学计算机工程与科学学院上海200444 上海市地震局上海200062

针对独立分量分析(ICA)模型在火山灰云遥感检测中的不足,提出了一种改进型ICA即变分贝叶斯ICA(VBICA)和支持向量机(SVM)相结合的火山灰云遥感检测算法,实现了火山灰云信息的近似分离。实验结果表明,所提算法能够从中分辨率成像光谱仪(MO... 详细信息

针对独立分量分析(ICA)模型在火山灰云遥感检测中的不足,提出了一种改进型ICA即变分贝叶斯ICA(VBICA)和支持向量机(SVM)相结合的火山灰云遥感检测算法,实现了火山灰云信息的近似分离。实验结果表明,所提算法能够从中分辨率成像光谱仪(MODIS)遥感图像中检测出火山灰云目标信息,且总检测精度和Kappa系数分别达到了88.4%和0.801 1,取得了较好的检测效果。

关键词：火山灰云遥感检测独立分量分析支持向量机 MODIS图像贝叶斯网络

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汽车尾气排放遥感检测控制系统开发

汽车尾气排放遥感检测控制系统开发

作者：张吉诚山东交通学院

学位级别：硕士

汽车污染物排放已经成为城市大气污染的主要来源,传统汽车环保检测方式面对日益增长的汽车保有量压力倍增,未来汽车尾气排放检测将朝着高效、能反应实际排放状况、可实时在线检测的方向发展。遥感检测技术适应发展需求,已经成为汽车尾... 详细信息

汽车污染物排放已经成为城市大气污染的主要来源,传统汽车环保检测方式面对日益增长的汽车保有量压力倍增,未来汽车尾气排放检测将朝着高效、能反应实际排放状况、可实时在线检测的方向发展。遥感检测技术适应发展需求,已经成为汽车尾气排放检测的主要研究方向。目前遥测技术在光谱影响因素分析和车辆筛选模型算法中还存在瓶颈,本论文旨在通过现有光谱吸收技术设计遥感测试系统,对污染物浓度采集算法和高排污车辆筛选算法进行深入研究,优化现有汽车尾气遥感检测控制系统。首先,基于现有光谱吸收技术和遥感检测应用技术开展研究,确定遥测系统运用TDLAS技术检测CO和CO气体浓度,DOAS技术检测HC和NO气体浓度,直接吸收光谱技术检测不透光度的方案。以Lambert-Beer定律为基础,系统分析激光检测原理,确定激光信号与目标浓度值的变化关系。查询光谱数据库,依据波段适用条件确定气体检测波长,定制光谱传感器。选用英飞凌SAK-XE164FN-40F80L单片机,确定AD采集电路,完成遥测系统控制板开发。其次,以硬件系统为基础设计TDLAS、DOAS和不透光度测试系统,在TDLAS测试中,利用不同浓度CO和CO标准气测定浓度与二次谐波关系,拟合线性函数,测试温度、气室长度和激光回波能量对测量结果的影响,确定了温度补偿算法和二次谐波归一化算法。在DOAS测试中,利用不同浓度NO和1,3-丁二烯标准气测定差分吸收截面,通过背景光谱优化差分吸收算法,测试温度与光谱信号变化关系,确定温度补偿算法。在不透光度测试中,测定不同N值滤光片下的AD信号,采用三次样条插值函数进行拟合计算。构建发动机燃烧方程,通过相对体积比系数,反演尾气排放中各污染物浓度真实值。最后,基于车辆行驶工况构建高排污车辆筛选模型,通过简易瞬态工况法实验数据,分析污染物浓度与车辆行驶工况的变化关系,采用自组织映射神经网络进行行驶工况在线匹配,以车速、加速度、比功率、CO浓度、HC浓度和NO浓度六个特征参数构建高排污车辆筛选模型。在仿真测试中发现神经网络筛选模型检测误差在10%以内,在实车试验中,利用简易瞬态工况法验证遥测系统污染物浓度采集的准确性,CO、CO、NO浓度检测最大误差为7.49%,通过神经网络筛选模型与固定限值筛选模型对比试验,表明神经网络筛选模型准确率能够提高7.5%。

关键词：尾气排放遥感检测激光技术工况识别