科学数据共享在促进科学发展过程中具有重要意义。综合性科学数据中心要对多元化的科学数据提供服务,保护数据提供者的权益,也要保证数据的可获取性。回顾了科学数据共享的发展现状,针对综合性科学数据中心,将科学数据作为一种虚拟商品对待,利用B2C概念构建综合性科学数据共享系统,基于数据用户、数据提供者、数据中心3类用户实现了对应的功能。从科学数据的描述、发布、发现、流通以及评价5个方面对科学数据共享系统的关键问题进行了讨论。以中国西部环境与生态科学数据中心为应用实例,介绍了基于B2C架构的科学数据共享系统的应用方法。
科学数据汇交是科学数据共享的重要数据支撑,在重大科学研究计划中更需要考虑数据的汇交与共享。国家自然科学基金委员会于2010年正式启动了“黑河流域生态—水文过程集成研究”重大研究计划(以下简称“黑河计划”)后,就将黑河计划的数据汇交与管理进行了多次讨论,于2012年推出《黑河计划数据汇交与共享管理条例》(以下简称“管理条例”),由黑河计划数据管理中心负责具体执行。黑河计划数据管理中心基于管理条例,设计并实现了面向黑河计划的科学数据汇交管理系统。回顾了科学数据汇交的发展现状,介绍了管理条例的核心内容,设计了黑河计划数据汇交的技术流程,并将数据提供者的权益保护嵌入到数据服务流程中,并根据黑河计划特点进行数据共享管理。针对数据汇交系统在实现中的关键技术问题进行了讨论,包括集成GeoNetwork系统实现元数据的撰写、以提高数据质量为目标的数据审核、高效的数据服务以及数据的知识挖掘4个方面。
数据服务是科学数据共享的实现方式,完善的数据服务对于促进数据共享具有重要意义。中国西部环境与生态科学数据中心从2006年成立到现在稳定运行,数据服务理念经历了从简单到较为完善的转变过程,认识到保护数据知识产权、数据质量控制、持续扩充数据资源和主动服务的重要性,并针对这些问题提出了数据共享审核、数据引用、数据评审和数据汇交等可行的服务手段,提高了数据中心的服务质量,有力推动了科学数据的共享氛围。
数字对象唯一标识符(DOI)是为解决互联网环境下数字资源的多重链接和版权转移问题而提出的唯一标识符系统,已在图书馆和出版领域得到广泛应用。数字对象唯一标识符也可用于科学数据共享,具有跟踪价值、引用价值、集成价值和互联价值。基于DOI的数据引用是推动数据出版的重要环节,由于数据知识产权信息不清晰、数据引用标准不规范,基于DOI的数据引用在国内并没有得到有效推广。建议数据中心、DOI注册代理中心和期刊编辑部加强合作,DOI注册中心明确数据DOI注册与数据出版的区别,建立类似DataCite的数据出版机构,允许所有类型数据注册DOI,将符合数据出版和数据引用的科学数据引文信息另行集中管理。数据中心要理清数据版权信息,为符合条件的数据补充数据引用信息。期刊编辑部要引导作者在论文中规范化引用数据和标注数据。
科学数据出版是深化数据共享的重要手段,能够激励数据生产者发布和共享数据,又能保护数据的知识产权。回顾了国内外科学数据出版现状,从数据中心和传统出版系统两个角度,提出和完善了科学数据出版体系架构。提出数据出版涉及数据提交、同行审议、数据发布和永久存储、数据引用和影响评价5个基本环节,应由出版系统、数据中心和第三方数据评价机构协同实施。重点讨论了科学数据出版面临的关键问题:数据授权、数字资源唯一标识符、数据集成和数据稿源问题。倡议建立我国的科学数据出版体系,科学数据中心在开展数据收集和共享的同时,加强与学术期刊的合作,成为数据出版的永久存储机构；学术期刊积极开展机制创新,推动学术论文相关数据的公开发布；积极开展数据知识产权保护,倡导对科学数据的引用；加强科学数据的影响评价研究,让数据成果成为普遍认同的科研产出成果,激励科学家主动参与科学数据共享。
流域水文信息系统是地理信息系统、互联网和数据库等技术与水文学研究的结合,集成观测和环境信息的水文信息系统已经成为“数字地球”技术在流域科学方面的重要应用。研究回顾了流域科学的研究方法、发展现状和技术背景,提出当前流域科学研究迫切需要建立水文信息系统,而水文信息系统的重点任务是流域数据建模与数据共享服务。针对目前Arc Hydro水文地理数据模型和开源“协同促进水文科学发展大学联盟”——水文信息系统(CUAHSI\|HIS)的研究进展,提出了一个适合于黑河流域的在线流域水文信息系统设计即“数字黑河”在线门户,集成流域地理数据、观测数据和数据共享服务于一体的流域水文信息系统将有效推动流域科学各方面的研究。
针对异源WSN观测数据难以统一汇集、存储、管理及发布应用的问题,分析WSN观测设备的工作特点,研究对自动观测数据进行全自动预处理的方法,设计观测数据自动综汇系统应用体系方案,通过统一的远程数据接收模块、数据预处理模块、自动入库模块、关系型数据库系统,以及前端的在线可视化观测数据管理应用平台,形成建立高效WSN野外观测及数据应用系统的方案,提高野外观测数据的实时性和可用性。
为了远程自动接收黑河流域野外布设的不同类型的WSN观测仪器,并简化后端自动入库程序的复杂度,根据各类仪器的不同特性,对远程接收数据的接口进行了归一化处理;在此基础上,设计实现了数据远程自动入库体系,实现了无人干预的观测数据全自动入库功能,为后续的黑河流域WSN观测数据自动综汇系统应用提供了基础。
运用面向对象技术设计了黑河生态水文观测数据库。首先识别实体类和类间关系,然后将类和类间关系映射为表和表间关系。该设计用7个数据表存储观测站、观测点、数采仪、传感器、观测变量间的层次结构,在不修改数据库设计的情况下，能适应该层次结构的动态调整。用单一数据表存储所有观测数据，大大降低了数据操作的复杂性。用PostgreSQL的表继承机制对数据存储方式进行了优化，解决了存储容量和查询速度之间的矛盾。
正在执行的黑河流域生态—水文过程综合遥感观测联合试验中的WSN系统不断产出数量巨大、种类繁多的自动观测数据,为了有效管理和应用这些数据,设计并实现了一个在线的可视化Web系统。整体工作从观测数据管理与可视化角度出发,对系统进行了详细的设计,系统包括观测数据可视化、静态信息录入、设备监控、管理、示范应用五大功能模块,提供了地图、各种类型矢量图、拓扑图、列表、图片和视频等可视化手段。目前系统已正常运行超过10个月,管理观测数据记录超过4亿条,对WSN设备和数据的管理,以及相关研究人员的研究工作具有重要意义。
MODIS积雪产品的精度验证和去云处理是积雪监测研究的基础。首先利用青藏高原典型地区的ETM+数据作为“真值”影像,对MODIS积雪面积比例(FSC)产品在无云条件下的精度进行验证,发展了一个基于三次样条函数插值的去云算法,并采用基于“云假设”的检验和地面站积雪覆盖日数(SCD)检验两种方法对去云算法的精度进行了分析评价。结果表明:MODIS FSC产品在青藏高原地区具有较高的精度,与FSC“真值”相比,其平均绝对误差、均方根误差以及相关系数分别为0.098、0.156和0.916;去云算法能够有效地获取云遮蔽像元的FSC信息,平均绝对误差为0.092,用新生成的无云MODIS FSC产品计算得到的SCD与地面观测值具有较高的一致性(87.03%),平均绝对误差为3.82 d。
在全野外GPS地面控制点基础上,对WorldView-2影像自带RPC文件进行校正,利用数字摄影测量软件系统在立体模型上通过影像自动匹配技术快速提取黑河流域上游大野口子流域1∶5 000比例尺数字高程模型(DEM)。由于区域地形复杂、交通不便,研究区南部无地面控制点覆盖。基于立体模型交互式操作,匹配60个均匀分布高精度影像连接点,提高了DEM自动提取精度。并在对阴坡森林覆盖区、大野口水库等重点区域进行DEM编辑基础上,辅助地形特征点和线数据提高了成果精度。由15个外业控制点、12个模型保密点组成的检查点进行定量DEM验证,结果表明:两组高程中误差最大为1.9 m,达到该比例尺山地一级精度2.5 m的要求。
遥感数据融合是一种得到具有较高空间分辨率和光谱分辨率数据的有效方法,而如何保持地物光谱特性是遥感数据融合的关键问题。QuickBird卫星数据是高空间分辨率遥感数据的典型代表,探讨QuickBird数据的融合方法对于促进该数据的广泛应用具有重要意义,同时也能为其他高分辨率数据的处理提供借鉴。以QuickBird高分辨遥感数据为例,比较研究了目前针对高分辨率遥感数据常用的高通滤波、小波变换、Gram\|Schmidt和Pan\|sharpening 4种融合方法,以反映光谱曲线变化程度的光谱角和光谱距离为指标,评价了4种融合方法对多光谱影像地物光谱信息的保持能力。结果表明:小波变换在显著提高空间分辨率的同时最大程度地保持了原始多光谱影像的光谱信息,是4种方法中最适合QuickBird遥感数据的融合方法。
合成孔径雷达(SAR)不仅具有穿云透雾,全天候观测地表的能力,而且可穿透地表覆盖一定深度获取地表覆盖物内部特征信息。利用2011年10景ENVISAT\|ASAR可变极化模式精细图像(ASA_APP_1P)数据,分析比较了黑河上游祁连山冰沟流域不同时段积雪SAR后向散射特性,应用同期的MODIS积雪面积产品确定研究区积雪的累积和消融背景信息。研究表明:由于融雪期积雪含水量上升,SAR图像后向散射系数相比干雪或无雪图像明显降低,经过分析认为广泛应用的-3 dB阈值会明显低估湿雪覆盖范围,-2 dB阈值更适合该地区湿雪面积参数提取。山区积雪融化过程中低海拔区域积雪融化而高海拔山区积雪仍可能为干雪,在提取湿雪像元的基础上,根据Sigmoid函数阈值获取的像元湿雪百分比及DEM信息来提取干雪像元,最终获取整个流域积雪面积信息。通过与Landsat ETM+图像积雪面积分类结果进行比较,总体精度达到78%。积雪累积和消融背景信息的分析表明:误差主要源于流域东北部与西北部低海拔区域积雪快速消融。
介绍了一种土壤温湿度、盐度、电导率等生态水文数据采集系统。该系统以单片机为核心控制单元,结合土壤参数传感器,设计了传感器接口电路、通信时序控制、SD卡存储电路及显示电路等；同时根据黑河生态水文传感器网络试验对实验的要求,实现了基于SDI-12总线的数据采集器和传感器之间的通信协议,以及生态水文数据的测量、存储及传输。在此基础上,结合网络通信和流域数据管理平台,可以实现完整的生态水文无线传感器网络。
MODIS 十余种陆地产品都包含像元尺度的质量评估信息(QA),这些信息是用户合理利用这些产品的基础。由于QA类型多但数值小,通常是把多个QA以二进制格式压缩成整型数据的一个波段,这样节省了归档空间,加快了网络传输,并期望用户使用MODIS陆地数据业务化产品质量评估工具包( LDOPE Tools)把压缩的二进制恢复为通常的十进制波段。但是,由于LDOPE是由25个独立的软件组成的工具包,并没有按照特定功能进行组合,使得LDOPE普及受到限制,导致大量具有潜在应用价值的QA未能得到应有的开发利用。以MODIS 森林覆盖率产品中的一个QA(云量,Cloud)为例,介绍了把二进制恢复为十进制的主要过程,包括:①识别MODIS陆地产品中与QA相关的科学数据集；②LDOPE和 MRT软件安装；③利用LDOPE的3个命令进行QA的提取、解码、地图投影恢复；④利用MRT对解码后QA进行地图投影和文件格式转换；⑤利用ENVI对QA进行地理定位与属性验证。经过上述处理,QA即可与MODIS陆地产品进行像元尺度的综合分析。
针对高光谱遥感影像由于各波段光谱范围窄,难以获得符合人们视觉效果的真彩色合成影像问题,提出一种基于物理机理的高光谱遥感图像真彩色校正模型。该模型充分利用高光谱影像在红、绿、蓝反射区的所有谱段信息,通过插补波段并进行波段加权积分重建真彩色合成图像,进而结合实测地物反射率光谱,利用辐射传输模拟的方式,构建具备普适性的真彩色校正模型。利用航空高光谱遥感影像进行色彩校正实验的结果表明,所构建的真彩色校正模型能够很好地应用于高光谱遥感影像真彩色校正。
针对现阶段不同层次空间信息缺乏联系的问题,提出了一种基于剖分编码的多尺度空间信息间区域包含关系计算方法。首先,以GeoSOT剖分框架为组织基础,在不同尺度层上,以剖分面片作为基本单元组合表示地理对象,依据对象表达多尺度剖分编码模型将地理对象赋予剖分编码。然后,提出了基于剖分编码的区域包含关系计算方法,并给出了算法实现的具体流程。进一步采用剖分信息树状结构对空间信息进行统一管理,为剖分体系下组织与管理不同层次的空间信息提供了一种有效的解决思路。
现有灵敏度指标在描述经过复杂校正之后的综合孔径辐射计的性能时存在困难。考虑到反演亮温分布与可见度采样的线性关系,提出了一种可见度采样测量不确定度估计方法来衡量综合孔径辐射计性能。首先,根据校正流程建立校正参数与可见度采样之间的数学模型；然后,分别对各校正参数的测量不确定度进行估计；最后,基于上述两项工作估计可见度采样的合成测量不确定度。对于综合孔径辐射计校正,有利于选择合理的校正参数并优化校正流程。
盲信号分离(BSS)是现代信号处理的一种前沿基础技术,近年来在高光谱混合像元分解领域展示了很好的应用前景。通过比较系统地介绍独立成分分析(ICA)、非负矩阵分解(NMF)、复杂度分析(CA)和稀疏成分分析(SCA) 4种BSS方法的基本原理、基本概念及数学模型,重点阐述4种方法在高光谱混合像元分解中的应用现状及各自的优缺点,旨在进一步探讨BSS技术应用于高光谱混合像元分解面临的挑战与存在的潜力。
随着各领域对多源遥感影像数据需求的不断增加,如何高效地管理多源海量遥感影像数据,更好地为各行各业服务是遥感数据库研究的热点。目前国内外很多学者在建设多源遥感影像数据库方面进行了相关研究,但对多源遥感影像数据组织、遥感影像数据预处理以及快速索引方面的研究尚存在不足。设计了一种多源遥感影像数据组织模型,实现了多源影像的集成化管理；实现了一种多源海量原始遥感影像(特别是航空影像)的半自动预处理机制,极大地缩短了原始影像数据的处理时间；设计了一种混合检索方法,达到了海量多源遥感影像数据快速高效检索的目的。结果表明:该方法建库效率显著提高,混合索引的查询速度比ArcSDE自动创建的空间索引检索速度有了快速提高,在数据量较小时查询速度至少可以提高4倍,而数据量较大时检索速度至少可以提高12.83倍。
利用太阳光度计地面观测数据对C005 AOD产品在中国不同气候农业区的适用性及各个气候农业区AOD特征进行了分析,结果表明：①不同气候农业区C005 AOD产品适用性达到了NASA所期望的精度要求,与C004 AOD产品适用性相比,C005 AOD产品适用性在亚热带季风气候农业区未有改善,在温带季风气候农业区有一定改善,在温带大陆性气候和高原气候农业区有较大改善,同时,在植被密集及农作物生长旺盛的7月份各气候农业区C005 AOD反演误差较小;与地面观测相比,较多的C005 AOD反演值在高原气候和温带大陆性气候农业区偏大,在亚热带季风气候和温带季风气候农业区偏小。②高原气候农业区AOD变化平稳,温带大陆性气候、温带季风气候及亚热带季风气候农业区AOD呈现出随时间变化波动较大的特征,且温带大陆性气候农业区AOD呈现微弱减少趋势,其他3个气候农业区AOD呈现出微弱增长趋势。
传统流域决策支持系统往往使用一两个模型来解决某些特定目标,限于系统结构而不能综合考虑多领域问题。提出了一种新的支持多学科模型集成的流域决策支持系统原型,在一个系统中实现多种学科模型的跨时空尺度集成,为流域综合管理提供全面科学支持。系统采用开放式多学科模型管理方法,其脚本扩展机制使得系统可以容纳几乎所有模型,模型因子方法使得形式多样的科学模型模拟结果可以应用到决策方法中,使系统在多学科模型支持下提供科学合理的决策方案。情景驱动的决策流程、向导式交互界面及GIS等图形化工具支持使得系统用户界面友好\,易用性强。
ASTER(先进星载热发射和反射辐射仪)已被广泛应用于岩性识别研究中,但在国内综合采用多种方法增强并识别镁铁—超镁铁岩体信息的研究较少。以甘肃北山辉铜山地区为研究区,综合应用比值法、最小噪声分离和镁铁岩指数等方法处理研究区ASTER数据,以突出辉铜山地区镁铁—超镁铁岩信息。将处理结果与地质图对比、综合分析,圈定了11处疑似辉长岩体,对其中9处进行野外验证,全部与遥感分析结果吻合,证明了结果的有效性。该方法可以应用于西部地区镁铁—超镁铁岩体识别工作中。
山东省寿光市滨海地区盐田水体因含盐度高,其光谱特征与海域水体及其他地物差异大,光谱特征显著；盐田系人为建造,排列整齐\,几何特征明显,遥感影像上表现为纹理特征显著(棋盘状纹理、条纹状纹理),纹理指标可计算性强。首先采用缨帽变换方法增强光谱信息,采用定向滤波及灰度共生矩阵方法增强纹理信息;其次基于增强的光谱与纹理信息,采用以面向应用为目的的感兴趣地物提取方法对研究区TM图像进行分类,将分类结果与仅依据纯光谱及仅依据纯纹理分类结果相对比,分类总体精度分别为90.8985%、84.9102%和60.4017%。结果表明:以面向应用为目的的感兴趣地物提取方法分类精度最高。
全极化微波辐射计是一种新型的被动微波遥感仪器,可以测量海面辐射的全部4个Stokes参数,提供了测量海面风场的一种新方法。首先介绍了国内外先进微波辐射计的技术特点及其海洋遥感应用情况,然后描述了海面微波发射信号的变化机理,以及海面全极化信号的风向谐波特征及其反演海面风场的优势,归纳了全极化微波信号海面风场反演的总体技术思路和产品精度,最后分析了全极化微波辐射计风场反演的关键技术和难点,并对该项技术的发展进行了展望。
以艾比湖湖区为研究对象,利用CBERS\|2卫星影像的光谱信息分析了遥感影像提取的各因子与浮游植物实测生物量之间的相关关系,建立了相关性显著的遥感因子与浮游植物生物量的线性和非线性回归模型。通过对比分析和残差分析得到最优模型,对艾比湖进行了浮游植物生物量的遥感反演,分析湖区浮游植物生物量的分布特征并估算湖体浮游植物生物总量。艾比湖浮游植物生物量的最优估测模型是二元线性回归模型:Y=3.819-0.027(G-B)-0.04(G-R),其拟合度为0.832,平均残差系数为6.9%,艾比湖湖体浮游植物的总生物量为9.95×105 kg。利用遥感方法研究艾比湖浮游植物的生物量对于艾比湖水域生物估产及其生物量消长规律,以及艾比湖生态系统具有重要意义。研究分析艾比湖生物量的空间分布特征,为艾比湖水体大范围\,快速\,长期的动态监测和获取浮游生物信息和水质参数提供了有力依据。
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