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干旱遥感监测方法研究进展_杨世琦

干旱遥感监测方法研究进展_杨世琦
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数学网格局部细化在数值流形方法中的应用

数学网格局部细化在数值流形方法中的应用 发表时间:2018-06-15T12:33:24.127Z 来源:《建筑学研究前沿》2018年第1期作者:王孝兵 [导读] 数值流形方法(NMM)[1],将有限元(FEM)和非连续变形分析[2](DDA)结合到一起,实现了连续和非连续变形分析的统一。中石化石油工程设计有限公司山东东营 257026 摘要:对于裂纹问题,在数值流形方法的前处理中,数学网格选取的最基本原则为裂纹必须完整地切割一个数学覆盖;在模拟裂纹尖端应力奇异性时,仍需要满足某一个物理覆盖不能同时作为构成两个或者多个不同裂纹尖端所在奇异流形单元奇异物理覆盖的要求。对于规则的正三角形数学网格,当所研究裂纹尺寸很小时,就意味着数学网格的密度要相应地增大,自由度增多,势必会影响计算效率。为了克服这一缺陷,在裂纹尖端及附近区域采用较密的数学网格,其他区域过渡到较粗的数学网格。算例结果表明,这样做不仅节省了大量的自由度,提升了计算效率,而且也保证了同样高的计算精度。证实了数学网格局部细化的可行性。 关键字:数值流形法;裂纹扩展;应力强度因子;局部细化 Key words:numerical manifold method, crack propagation, stress intensity factor, local refinement 1. 引言 数值流形方法(NMM)[1],将有限元(FEM)和非连续变形分析[2](DDA)结合到一起,实现了连续和非连续变形分析的统一。对于研究者和工程师来说,能够对复杂的裂纹问题进行模拟,并定量地预测出含裂纹结构体在运营条件下的生命周期是非常重要的。因此,基于NMM方法的优越性,利用NMM来计算裂纹尖端的应力强度因子,以便利用断裂力学方法来预测裂纹扩展方式。文献[4]已将NMM用于相关研究,采用了0阶的位移基函数,但是从收敛性分析可见,应力强度因子要达到相当高的精度,需要极其细密的网格,也就意味着大量的自由度,随之而来的就是计算效率的低下。文献[5]在高阶NMM方面做了相关研究,结果显示,即便在低网格密度下,1阶位移基函数达到了同样高的计算精度。因此本文选用1阶位移基函数。NMM前处理中,数学网格密度的选择并不是任意的,最低要求要保证裂纹能够穿过一个整的数学覆盖,以便模拟裂纹两侧的不连续性。文献[4]的算例可见,为了适应裂纹尺寸,都加大了数学网格的密度。试想如果裂纹非常的小,那么数学网格也要随之相应地加密,以达到最基本的计算要求,这时所产生的自由度的量值将会无比的大,计算效率可能会急剧地降低。上面都是针对规则的数学网格。因此,在满足计算精度的前提下,能否考虑在裂纹尖端及附近采用较细密的网格以达到生成流形单元和能够模拟不连续的最基本要求,而在其他区域相应地过渡到较粗的网格,以减少自由度,提高计算效率呢?针对该问题,本文进行了相关研究。 2. 问题的提出 在生成流形单元或模拟裂纹两侧的不连续性时,数学网格尺寸必须要达到一定的要求。也就是说裂纹要整个地穿过某一数学覆盖,才能模拟出两侧的不连续性,同样这也达到了生成流形单元的要求。 由此可见,对于不同的裂纹形式,需要选择不同的数学网格密度,两者要相互适应。那么这就意味着,如果裂纹尺寸过短,那么能够适应裂纹尺寸的最小的数学网格密度也要相应的增多,相应的自由度增加,计算量也要增大。结果就会导致计算效率的低下以及自由度的浪费。因此尝试在裂纹尖端加密数学网格,而在其他区域选择相对稀疏的网格密度,这样既能节省自由度,提高计算效率,也能达到同样高的计算精度。 3. 算例及结果 本文对含中心倾斜裂纹平板、矩形平板的三条分支裂纹两种典型实例进行计算。 3.1 计算模型 如图1(a)所示,为受单位拉伸荷载的含中心倾斜裂纹矩形平板。平板尺寸为:w=20mm, mm, 。该问题的解析解为[6]:。 如图1(b)所示,为含分支裂纹的矩形平板受单轴拉伸作用,拉伸方向垂直于主裂纹。矩形平板的宽度为2w,高度为2H。w=20, H=16。主裂纹的长度a=1,支裂纹长度b=1,角度。裂纹尖端A和B的应力强度因子为:,,,据参考文献[4],=1.044,=0.495,=0.506。 3.2 计算结果 3.2.1含中心倾斜裂纹平板 (1)规则网格 为了达到最基本的数学网格尺寸要求,数学覆盖系统要求裂纹仅通过了一个数学覆盖,该系统生成的流形单元数为最小,自由度也最小。当使用高阶流形元计算时,总的自由度数为:6228。 (2)不规则网格 采用较稀疏的不规则网格时的数学网格划分,总的自由度数为:1366。可见只是规则网格的21.9%。归一化后的计算结果如表1所示,

水体污染的遥感方法及在珠江广州河段水污染监测中的应用

文章编号:1007 4619(2001)06 460 06水体污染的遥感方法及在珠江广州河段 水污染监测中的应用 王云鹏,闵育顺,傅家谟,盛国英 (中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室,广东省环境资源利用与保护重点实验室,广东广州 510640) 摘 要: 介绍了水体污染的遥感机理、方法,并探索在珠江广州河段水污染监测中的应用。研究表明:随着 水体有机污染程度的增加,水体的可见 近红外光谱反射率逐渐降低。经比较发现,先对图像数据进行对数变 换、IHS 变换和KL 变换后再进行密度分割及图像分类,可以更好地区分和识别水体污染。采用这一方法,制 成了广州地区水体污染时空分布卫星影像图,并结合地面实际分析和调查资料,初步总结了珠江广州段水体 污染的时空分布规律和污染变化趋势。通过对最新遥感数据的处理,结合区域或流域水污染的变化趋势和污 染源研究,利用GIS 技术建立区域或流域污染预警系统,为污染的宏观监测和研究以及水资源保护的决策提 供了新的信息。 关键词: 遥感;水体污染监测;污染源评价;GIS;时空分布 中图分类号: TP79 文献标识码: A 近年来,随着经济的发展,珠江三角洲流域城市 附近河段的有机污染日益严重,这不仅影响了居民 的身体健康和人民生活水平的提高,也制约了珠江 三角洲经济的持续发展。对污染监测也提出了更高 的要求,需要宏观性强、更为快速、准确和廉价的水 污染监测方法,传统采用定点定剖面采样分析的方 法,往往不能快速全面地反映污染状况,而且成本 高,速度慢。遥感技术的发展,尤其是遥感器几何与 光谱分辨率的提高,使遥感技术为水体污染监测和 研究开辟了新的途径。 水体、植被、土壤和岩石从一开始就是遥感探测 的主要目标,对于水质的研究一直是遥感的主要任 务,但由于受遥感器分辨性能的限制,利用遥感技术 定量研究水质和进行水污染监测一直没有取得突 破。近几年来,随着遥感器几何与光谱分辩率的提 高,使利用遥感技术进行水质研究和水污染的宏观 监测成为可能[1 5]。利用遥感技术进行水污染监测 的主要机理是被污染水体具有独特的有别于清洁水 体的光谱特征,这些光谱特征体现在其对特定波长 的光的吸收或反射,而且这些光谱特征能够为遥感器所捕获并在遥感图像中体现出来[6]。但是现今所广泛使用的遥感图像波段较宽,所反映的往往是综合信息,加之太阳光、大气等因素使这种差异往往在常规遥感图像中体现的不甚明显。通过计算机图像处理的技术能够突出这些信息,而且通过特定时间的图像并结合地面监测的水质分析数据,建立比较准确的水质遥感模型,并利用该模型处理遥感数据,可以取得较为准确的结果,这就是利用遥感数据进行水污染定量监测的主要方法。由于遥感图像具有直观明了,宏观性强的特点,能清楚地反映出区域或整个流域污染现状和空间分布特征。利用多时相的遥感数据可以对同一流域水体污染历史和污染趋势作出研究和预测,为水资源保护规划提供准确信息。1 水体污染的遥感监测机理遥感的主要目的在于识别地物,其识别地物的机理在于不同地物具有不同的光谱特征。地物之间光谱特征差异越大,越容易为遥感器所识别。对于 收稿日期:2000 08 16;修订日期:2000 12 22基金项目:国家自然科学基金(编号:49901014),广东省自然科学基金(编号:980757),广东省自然科学博士启动基金(编号:974189)和广州市科季科技项目(编号:95 R6 1)资助项目。 作者简介:王云鹏(1968 ),男,副研究员,1990年毕业于兰州大学,1996年在中国科学院广州地球化学研究所获博士学位,从事资源环境遥感与GIS 研究,发表论文30多篇。 第5卷第6期 遥 感 学 报Vol.5,No.62001年11月JOURNAL OF RE MOTE SENSI NG Nov.,2001

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第30卷第2期高原山地气象研究Vol30No.2 2010年 6月PlateauandMountainMeteorologyResearchJun.2010 文章编号:1674-2184(2010)02-0075-04 干旱遥感监测方法研究进展 杨世琦1,高阳华1,易佳2 (1.重庆市气象科学研究所, 重庆401147;2.西南大学地理科学学院, 重庆 400715) 摘要:本文对国内外学者在干旱遥感监测方面所做的工作进行了总结。根据选取资料的不同,将国外进行干旱遥感监测的情况归纳为5类,分别介绍了主要方法及其进展。同时,对国内开展干旱遥感监测的情况从空间尺度、时间尺度、监测手段、监测方法等4个方面进行了分析,并讨论了干旱遥感监测在实际应用中存在的问题。 关键词:干旱;土壤含水量;遥感;监测中图分类号:P407文献标识码:Adoi:10.3969/j.iss n.1674-2184·2010.02.017 引言相同像元的NDVI序列资料进行比较,使得NDVI值更具 可比性;Kogan[6]认为一个地区的气候状况,土壤类型质干旱是指由水分收支或供求不平衡所形成的水分短地,植被类型分布以及地形条件都会影响NDVI值的变缺现象,因其出现频率高、持续时间长、波及范围大,对国化;Sugimura[7]研究也表明NDVI值要受到海拔的影响, 民经济特别是农业产生严重影响,历来被人们所关注,已海拔高的地区NDVI值相对较高,考虑地形地貌因素以经成为世界性的重大自然灾害。土壤含水量是判断干旱及联系气象因子变化会使监测结果更加准确。 的重要指标之一,也是旱情监测的基础。土壤含水量的 1.2利用热红外波段获取地表温度日变化幅度和热模获取可分为3类:田间单点实测法、土壤水分模型法和遥型结合估测土壤湿度。 感法[1]。其中遥感法可以快速获得大面积的土壤水分信热惯量随着土壤含水量的增加而增大,利用热红外息,具有宏观、动态、经济的特点,被广泛用于干旱监测。遥感可以观测地表温度,获得热惯量,进而估测土壤湿 1国外研究综述度。如Watson、Phon等[8,9]在地质研究中最早应用热模型;Kahle[10]提出热惯量的概念;Price等[11]简化潜热蒸散 国外采用遥感技术监测土壤含水量始于20世纪70 形式,总结了热惯量法及其遥感成像原理,提出了表观热年代,其方法大致可以分为5类。惯量ATI(ApparentThermalInertia),从而可用卫星提供1.1利用可见光和近红外遥感资料进行监测 , 主要利用的反射率和热红外辐射温差计算热惯量;England等[12] 植被指数和植被状态指数。提出了辐射亮度热惯量(Radio-brightnesThermalIner- 植被指数常用来监测某一时段或生长季的降水和干tia,即RTI)的概念,且认为RTI对土壤水分的敏感性好旱,多为定性结果。如Jackson等[2]利用NDVI监测干旱于ATI;Carlson[13]利用NOAA/AVHRR资料计算土壤有发现,植被指数对短暂水分胁迫不敏感,只有水分胁迫严效水分和热惯量。 重阻碍作物生长时才引起植被指数的明显变化,因而,植 1.3利用微波遥感 , 测量雷达后向散射系数以及测量监被指数不能及时反映植被覆盖下的土壤含水量,在洪涝测土壤水分含量。 区域和裸土区域应用受到限制;Kogan[3]提出植被状态指微波分为主动微波和被动微波,主动微波通过测量数(VCI),并认为VCI优于NDVI。事实上,二者各有优雷达的后向散射系数,被动微波通过测量土壤亮温来估缺点,植被指数受气候、土地利用和地理条件的影响,主测土壤水分。在主动微波遥感领域,合成孔径雷达 要反映植被的绝对生物量和区域干旱程度,而VCI主要(SAR)已成为国际对地观测领域最重要的前沿技术之受天气的影响,只能反映植被覆盖区干旱的相对变化。一。被动微波估测土壤水分主要分成两大块:一是针对为了减少植被指数对大气的依赖,Kanfman等[4]发展了裸露地表的土壤水分反演,另一个是针对植被的土壤水抗大气植被指数(ARVI);Bawa等[5]发现利用多年同期分反演模型。施建成[14]等针对Q/H模型进行了修正, 收稿日期:2010-02-18 资助项目:重庆市科技攻关计划项目CSTC,2009AC0125;科技部“西部开发科技行动”重大项目(2005BA901A01)作者简介:杨世琦, 硕士,工程师,主要从事农业气象,遥感应用等方面的研究。E-mail:yangshiqi@gmail.com

遥感在环境检测中的应用.docx

文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持. 遥感在环境检测中的应用 班级:测绘C111 姓名:郑广震 学号: 117568

文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持. 遥感在环境检测中的应用 摘要:现阶段,由于多方面因素的影响,使得我国的城市环境污染日益严重,各类突发性环 境污染事故比比皆是,从而导致生态环境失衡。环境监测作为控制环境污染的主要途径之一, 其作用得以彰显。然而,我国幅员辽阔,仅凭现有的环境监测工作站及监测技术很难实现全 方位监测,而且及时性和准确性也难以保证。遥感技术以其自身诸多优点,被广泛应用于各 个领域当中,该技术在环境监测方面的效果也比较明显。基于此点,本文就城市环境监测中 遥感技术的应用进行浅谈。 关键词:环境监测;遥感技术;红外遥感 一、遥感技术概述 遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息,判认地球环境和资源的技术。它是 60年代在航空摄影和判读的基础上随航天技术和电子计算机技术的 发展而逐渐形成的综合性感测技术。任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特征。航空航天遥感就是利用安装在飞行器上的遥感器感测地物目标的电磁辐射特征,并将特征记录下来, 供识别和判断。把遥感器放在高空气球、飞机等航空器上进行遥感,称为航空遥感。把遥感 器装在航天器上进行遥感,称为航天遥感。完成遥感任务的整套仪器设备称为遥感系统。航空和航天遥感能从不同高度、大范围、快速和多谱段地进行感测,获取大量信息。航天遥感还能周期性地得到实时地物信息。因此航空和航天遥感技术在国民经济和军事的很多方面获 得广泛的应用。例如应用于气象观测、资源考察、地图测绘和军事侦察等。 遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线,对目标进行探测和识别的技术。例如航空摄影就是一种遥感技术。人造地球卫星发射成功,大大推动了遥感技术的发展。现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节。完成上 述功能的全套系统称为遥感系统,其核心组成部分是获取信息的遥感器。遥感器的种类很多,主要有照相机、电视摄像机、多光谱扫描仪、成象光谱仪、微波辐射计、合成孔径雷达等。 传输设备用于将遥感信息从远距离平台( 如卫星 ) 传回地面站。信息处理设备包括彩色合成 仪、图像判读仪和数字图像处理机等。 遥感( RS)与地理信息系统(GIS)技术的发展及其在地理学研究中越来越广泛和深入的应用,已经导致这一学科研究方法,特别是地理学研究中空间对象的观测与信息获取方法 产生了根本性的变化,极大地提高了对地观测能力和丰富了观测内容,深化了人们对地理现 象的认识。 (一)遥感技术分类 遥感技术主要是指通过物体对电磁波的辐射或反射,不与物体进行直接接触,远距离辨识及测量目标对象的一种监测技术。按照所使用的监测波段不同,该技术可分为以下几种类型:热红外 遥感技术、可见光反射红外遥感技术和微波遥感技术。 (二)遥感技术的特点和作用 遥感技术的特点如下:监测速度快、范围广、能够进行长时间动态监测、投入成本低、回报高、无需现场采集样本、可以发现常规法无法监测到的污染源;其较为明显的作用是可 对指定区域进行跟踪测量,并且能够快速获取与污染有关的全方面信息,如污染源位置、污 染范围、污染物分布及扩散情况、大气生态效应等等。 (三 )遥感技术的优越性 探测范围大:航摄飞机高度可达 10km 左右;陆地卫星轨道高度达到 910km 左右。一张陆地卫星图像覆盖的地面范围达到 3万多平方千米,约相当于我国海南岛的面积。我国只要 600 多张左右的陆地卫星图像就可以全部覆盖。

基于遥感监测的水质污染监测可视化系统研究

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/1b5631870.html, 基于遥感监测的水质污染监测可视化系统研究 作者:刘磊龚瑞昆 来源:《科技风》2018年第22期 摘要:随着我国科学技术不断发展,检测检验能力随之提升,其中水质污染监测对精度、广度、深度均有一定要求,需与之相关的监测技术不断革新,为水质污染监测事业良性发展夯实技术基石,本文通过对基于遥感监测的水质污染监测可视化系统进行分析,以期为提升我国水污染监测综合成效提供依据。 关键词:遥感监测;水质污染;监测可视化系统 水作为生命之源,是全球生态环境保护重要资源之一,然而人们在日常生活与生产过程中不仅存在浪费水资源消极现象还污染水源,影响水资源综合利用成效,同时污染水源还会侵害人们的身体健康,降低自然环境自净能力,无法落实生态环境保护目标,为此水质污染监测部门需秉持与时俱进精神,不断优化水资源监测技术,提高水质监测能效,基于此研究遥感监测背景下的水质污染可视化系统创设方略显得尤为重要。 一、遥感监测技术内涵 遥感监测技术以先进仪器为依托,以监测目标为出发点,以监测参数为基础,对待检测对象展开系统观测,同时获取监测结果,为人们更好把控监测对象提供依据。遥感技术在应用过程中无需接触监测目标,便可实现监测目的,且对监测所得数据可进行判段、整合、分析、识别,具有系统性较强、自动化程度高、监测便捷、监测结果精准等应用优势,较为符合水质污染检测客观需求,同时可缩减采样环节,提高水质污染检测效率。以摄像机等拍摄电子元件为依托的遥感装置,可依据污染监测需求,将相关装置安置在卫星、飞机、无人机等装配上,对标的物进行监测,监测对象包括水体、植被、大气、土质等,可在接收标的物电磁波反射特征过程中,用感光记录技术将所获得的反射特征转化为色调、颜色各异的照片,技术人员通过分析照片可明晰检测对象污染实况,以此为由制定污染治理决策,为提升污染治理成效奠定基础。[1] 二、研究水质污染监测可视化系统的意义 基于我国信息技术不断发展,加之互联网体系日益健全,“互联网+”技术成为助力社会建设及行业发展的重要技术形式,为推动水污染监测技术良性发展,在遥感监测技术践行过程中,融入“互联网+”技术势在必行,其中“互联网+”可视化系统,将成为助力遥感监测技术良性

国内外干旱遥感监测技术发展动态综述

第7卷 第2期 2009年6月中国水利水电科学研究院学报Journal of China Institute of Water Res ources and Hydropower Research V ol 17 N o 12June ,2009收稿日期:2009204210 作者简介:路京选(1961-),男,陕西人,教授级高级工程师,主要从事3S 技术在水利上的应用研究。E 2mail :lujx @https://www.wendangku.net/doc/1b5631870.html, 文章编号:167223031(2009)022******* 国内外干旱遥感监测技术发展动态综述 路京选,曲 伟,付俊娥 (中国水利水电科学研究院遥感技术应用中心,北京 100048) 摘要:干旱是我国影响范围最广和造成经济社会损失最为严重的一种自然灾害,干旱缺水已成为制约我国可持续发展的一个瓶颈。及时发现干旱并准确预报旱情发展动态,对抗旱减灾至关重要。本文在简述国内外遥感技术总体发展态势基础上,从干旱监测的遥感数据源开始,系统地总结了目前国内外干旱遥感监测的主要方法以及发展状况,包括土壤含水量的遥感反演法、热惯量法、冠层温度法、植被指数法、微波遥感法等。提出了加强我国干旱遥感监测技术研究的建议,以期推动我国干旱遥感监测的全面应用。 关键词:干旱;遥感;监测;土壤水分 中图分类号:S423;TP79文献标识码:A 受特定的自然地理与气候条件所决定,我国是世界上各种自然灾害频发且非常严重的国家之一,其中以旱灾损失和影响最为严重。近些年来,随着我国人口的不断增长和经济社会的快速发展,干旱灾害日趋严重,干旱发生的频率不断增强,受旱的范围不断扩大,局地性或区域性的干旱灾害几乎每年都会出现。干旱灾害已不只发生在贫水区,丰水区的干旱灾害事件也频繁发生,影响的范围也不仅仅是农业和农村,城市和生态也日益受到干旱灾害的困扰,城乡居民饮用水安全、粮食安全和生态环境安全受到严重威胁。 干旱现象相对于其他气象灾害更为复杂,具有发展缓慢但影响范围广大的特点,有气象干旱、水文干旱和农业干旱之分,及时准确掌握干旱发生的程度与范围成为有效应对干旱灾害的前提。因此,加强干旱灾害的监测与预测预报,是增强抗旱工作主动性和提高防灾减灾能力的一个重要环节。遥感技术以其独有的宏观、快速、大范围、经济等优势,从一开始就被应用于干旱监测中。近年来,国内外在利用遥感手段监测大范围干旱灾害方面取得长足进展,并相继实现了不同程度的业务化运行。本文在简单概述国内外遥感技术总体发展态势基础上,从干旱监测的遥感数据源开始,较为系统地总结了目前国内外干旱遥感监测的主要方法,以期推动我国干旱遥感监测的全面应用。 1 国内外遥感技术总体发展态势 自上世纪初莱特兄弟发明人类历史上第一架飞机起,航空遥感就开始了它在军事上的应用,此后在地质、工程建设、地图制图、农业土地调查等方面得到了广泛应用。人造卫星把遥感技术推向了全面发展和广泛应用的崭新阶段,从1972年第一颗地球资源卫星发射升空以来,美国、法国、俄罗斯、欧空局、日本、印度、中国等国家和地区都相继发射了众多对地观测卫星。随着传感器技术、航空航天技术和数据通讯技术的不断发展,现代遥感技术已经进入一个能动态、快速、多平台、多时相、高分辨率地提供对地观测数据的新阶段。光学传感器的发展进一步体现为高光谱分辨率和高空间分辨率特点,光谱分辨率已达纳米级,波段数已达数十甚至数百个,目前的商用卫星空间分辨率已达分米级。为协调时间分辨率和空间分辨率这对矛盾,各种小卫星群计划正在成为现代遥感的另一发展趋势,例如可用6颗小卫星在2~3d 内完成一次对地重复观测,可获得优于1m 的高分辨率影像。除此之外,机载和车载遥感平台, — 562—

水资源环境遥感监测

贵州大学环境监测学题目:水资源环境遥感监测姓名:颜兴奎

2011年12月12日 水资源环境遥感监测 前言 水资源是人类赖以生存和社会发展不可替代的战略资源。随着人口的急剧增加、社会经济的迅速发展,以资源匮乏和污染为主要特征的水资源安全日益成为全球性问题,亦是我国生态环境改善和社会可持深发展的主要制约因素。如何建立有效的方法,科学、准确、快速地对水资源环境进行监测,适时掌握水资源环境的变化信息,进而采取相应的措施,已成为对水资源的有效利用、合理规划及保护的关键问题。 一、水污染的现状 中国是一个水资源短缺、水灾害频繁的国家,水资源总量居世界第六位,人均占有量只有2500立方米,约为世界人均水量的1/4,在世界排第110位,已被联合国列为13个贫水国家之一。中国有82%的人饮用浅井和江河水,其中水质污染严惩细菌超过卫生标准的占75%,受到有机物污染的饮用水人口约1.6亿。据最新资料透露,目前中国主要大城市只有23%的居民饮用水符合卫生标准,小城镇和农

村饮用水合格率更低。多年来,中国水资源质量不断下降,水环境持续恶化,由于污染所导致的缺水和事故不断发生,不仅使工厂停产、农业减产甚至绝收,而且造成了不良的社会影响和较大的经济损失,严重地威胁了社会的可持续发展,威胁了人类的生存。所以,我们必须采取相应措施处理水污染,而有效的水环境监测技术就显得很有必要,因而将遥感技术运用到水环境监测中,产生了一门新技术——水环境遥感监测技术。 二、“3S”技术 “3S”是指遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)三种空间信息技术的简称。 一、遥感是一种以非直接接触方法对远距离目标性质进行探测的技术。遥感技术系统由遥感平台、传感器、遥感介质、数据处理和应用五部分组成。 二、地理信息系统是一个具有多种功能的计算机软、硬件系统,是一个具有空间数据的采集、储存、检索、分析和可视化的数据库管理系统。 三、全球定位系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。其由GPS卫星星座、地面监控系统和GPS信号接收机三部分组成。 二、水环境遥感监测技术 一、遥感监测的机理 水污染遥感监测的主要机理是被污染水体具有独特的有别于清

基于特征空间的遥感干旱监测方法综述

第27卷第1期长 江 科 学 院 院 报 Vol .27 No .1 2010年1月Journal of Yangtze River Scientific Research I nstitute Jan .2010 收稿日期:2009207202 基金项目:农业科技成果转化资金项目(05EF N216800404);长江科学院博士启动课题(YJJ0910/KJ02)作者简介:李 喆(19802),男,湖北监利人,工程师,理学博士,博士后,主要从事水旱灾情监测、生态环境监测与评估、数字流域、“3S ”技 术在水利中的应用研究工作,(电话)027*********(电子信箱)lizhe@mail .crsri .cn 。 文章编号:1001-5485(2010)01-0037-05 基于特征空间的遥感干旱监测方法综述 李 喆 1,2 ,谭德宝2,秦其明3,崔远来 1 (1.武汉大学水利水电学院,武汉 430070;2.长江科学院空间信息技术应用研究所,武汉 430010; 3.北京大学地球与空间科学学院,北京 100871) 摘要:遥感干旱监测是干旱监测中一个很有潜力的发展方向,其中研究比较多的是遥感特征空间法。为此介绍了几种具有代表性的遥感特征空间方法,并将其分为3大类,即LST 2NDV I 特征空间法、N I R 2Red 特征空间法和N I R 2 S W I R 特征空间法。深入地分析它们的基本原理、方法和适用范围,对各类干旱监测方法存在的问题和发展趋势进 行了探讨,指出下一步的研究方向。关 键 词:特征空间;干旱监测;遥感中图分类号:TP79 文献标识码:A 1 概 述 干旱主要分为气象干旱、农业干旱、水利干旱和社会经济干旱,其中最为基础的是农业干旱。决定农业干旱的一个重要因素是土壤水分。土壤水分是描述地气能量变换和水循环的重要参数,也是研究地表植被水分供应正常与否的关键变量。土壤水分的时空分布及其变化对地表水热平衡、蒸散发、土壤温度、农业墒情和区域干旱状况等都会产生显著的影响。 干旱监测一直是科学界公认的难题。常规观测方法多采用基于测站的定点监测,需要投入大量的人力、物力和财力,而且只能获得少量的点上观测信息,难以及时地获得大面积土壤水分和作物长势信息,使得大范围旱情监测和评估缺乏时效性和代表性。遥感技术具有覆盖范围广、空间分辨率高、重访周期短、数据获取快捷方便等优点,已经成为干旱监测领域一个很有潜力的研究方向。根据土壤在不同光谱波段呈现不同的辐射特性,遥感干旱监测主要分为可见光2近红外、热红外和微波遥感3大类型,出现了众多的模型和方法。可见光2近红外方法借助于土壤反射率随土壤水分增加而降低的特点,综合考虑植被生长状况和水分胁迫状况估算土壤含水量,得到了距平植被指数法 [1] 、土壤水分光谱法 [2] 等。由于土壤光谱特征容易受到表面粗糙度、土壤质地结构、有机质含量等的影响,该类方法监测精度十分有限。热红外遥感依据水分平衡与能量平衡的 基本原理,通过土壤表面发射率(比辐射率)和地表 温度之间的关系估算土壤水分,得到了热惯量法 [325] 、植被蒸散法 [6] 和作物缺水指数法 [7] 等。这 类方法需要较多的地面同步气象观测资料,而且容易受到地表植被状况、地形地貌等因素的干扰,计算复杂。微波遥感基于土壤介电常数、后向散射系数和土壤水分含量之间的关系,数理模型严密,监测精度较高,可以穿透云层遮挡进行全天时、全天候观测,但容易受到地形坡度坡向、地表粗糙度、植被生长状况等干扰,监测成本非常高[8] 。 陆地表面温度(LST )、归一化差值植被指数(NDV I )和反照率(albedo )等是反映地表生态物理 状况的重要参数,这些要素的综合应用能够准确地反映地表干旱和水分状况。因此,可见光2近红外、热红外和微波遥感相结合是目前农业干旱遥感监测的一个重要发展方向 [9] 。其中,研究较为深入的是 遥感特征空间法。本文综述了几种具有代表性的遥感特征空间方法,将其分为3大类:LST 2NDV I 特征空间法、N I R 2Red 特征空间法和N I R 2S W I R 特征空间法,深入分析它们的基本原理、方法和适用范围,对各类干旱监测方法存在的问题和发展趋势进行了探讨,指出下一步的研究方向。 2 LST 2NDV I 特征空间法 2.1 温度植被干旱指数 在LST 2NDV I 特征空间的基础上,Price [10] 提出

离散元、有限元和数值流形法的对比

离散元方法也被称为散体单元法最早是1971年由Cundall 提出的一种不连续数值方法模型离散元理论是由分析离散单元的块间接触入手找出其接触的本构关系建立接触的物理力学模型并根据牛顿第二定律建立力、加速度、速度及其位移之间的关系对非连续、离散的单元进行模拟仿真。 离散元法是专门用来解决不连续介质问题的数值模拟方法。该方法把节理岩体视为由离散的岩块和岩块间的节理面所组成,允许岩块平移、转动和变形,而节理面可被压缩、分离或滑动。因此,岩体被看作一种不连续的离散介质。其内部可存在大位移、旋转和滑动乃至块体的分离,从而可以较真实地模拟节理岩体中的非线性大变形特征。离散元法的一般求解过程为:将求解空间离散为离散元单元阵,并根据实际问题用合理的连接元件将相邻两单元连接起来;单元间相对位移是基本变量,由力与相对位移的关系可得到两单元间法向和切向的作用力;对单元在各个方向上与其它单元间的作用力以及其它物理场对单元作用所引起的外力求合力和合力矩,根据牛顿运动第二定律可以求得单元的加速度;对其进行时间积分,进而得到单元的速度和位移。从而得到所有单元在任意时刻的速度、加速度、角速度、线位移和转角等物理量。 离散单元法的特点 岩体或颗粒组合体被模拟成通过角或边的相互接触而产生相互作用。 块体之间边界的相互作用可以体现其不连续性和节理的特性。 使用显式积分迭代算法允许有大的位移、转动和使用。 在岩体计算力学方面,由于离散单元能更真实地表达节理岩体的几何特点,便于处理所有非线性变形和破坏都集中在节理面上的岩体破坏问题,被广泛应用于模拟边坡、滑坡和节理岩体地下水渗流等力学过程 离散单元法的求解过程离散元法具体的求解过程分为显式解法和隐式解法下面分别介绍其适用范围。显式解法显式解法用于动力问题的求解或动态松弛法的静力求解显式算法无须建立像有限元法那样的大型刚度矩阵只需将单元的运动分别求出计算比较简单数据量较少并且允许单元发生很大的平移和转动可以用来求解一些含有复杂物理力学模型的非线性问题时间积分采用中心差分法由于条件收敛的限制使得计算步长不能太大因而增加了计算时间。隐式解法隐式解法用于求解静力问题的静态松弛法隐式解法的动态松弛法式直接找导块体失去平衡后达到再平衡的力位移关系建立隐式方法解联立方程组并通过迭代求解以完全消除块体的残余力和力矩。 有限元方法的基本概念 将介质复杂几何区域离散为具有简单几何形状的单元而单元内的材料性质和控制方程通过单元节点的未知量来进行表达再通过单元集成、外载和约束条件的处理得到方程组求解该

水环境检测和遥感

摘要: 遥感技术在水环境监测方面得到了日益广泛的应用,不同含量和类别的水质参数的水体光谱特征不同, 这使得遥感影像能用于水体水质的监测。简要介绍了水体水质监测中遥感应用研究的发展和现状,阐述了水质遥感监测原理与方法、常用的遥感数据和几种主要水质参数的遥感监测进展,讨论了目前遥感在水质监测应用中存在的问题和未来该领域研究的重点。 关键词:遥感; 水环境监测; 水污染 1.引言 随着工农业生产的发展,江河湖海的各种水体受污染的程度不断加重。它们包括生活废水污染、泥沙等悬浮固体污染、石油污染、重金属污染、富营养化污染和热污染等。它们对人类社会的危害是十分严重的。因此,对这些污染进行监测非常重要。随着遥感技术的进步,遥感监测在水环境等领域的应用已引起环境保护等部门较广泛的重视。国内外通过各方面的努实践认为,各种水体污染在遥感图像上都有不同程度的反映(除有的不清晰外) 。因此目前,遥感已成为我们用以监测水环境的依据,而其在水环境监测中的应用也是一先进的技术途径。2.水环境污染 中国环境监测总站提供的资料表明,近10 年来, 我国的水污染成分发生了显著变化:无机污染减少,有机污染上升;工业污染下降,生活污染和面源污染增加。总之目前,我国水环境面临三大问题: ①主要污染物排放量远远超过水环境容量; ②江河湖泊普遍遭受污染; ③生态用水缺乏,水环境恶化加剧。水污染的现状可以表明,我国水环境污染形势严峻。因此,加大保护水资源的力度,提高水环境监测效率的工作势在必行。 水环境是由地球表层水圈所构成的环境,它包括在一定时间内水的数量、空间分布、运动状态、化学组成、生物种群和水体的物理性质。水环境是一个开放系统,它与土壤-岩石圈、大气圈、生物圈乃至宇宙空间之间存在着物质和能量的交换关系。 水环境的遥感监测多是对地表各种水体进行空间识别、定位、及定量计算面积、体积或模拟水体动态变化。随着遥感基础研究的进展,对水体本身的光谱特性有了深入研究,同时进行许多水质光谱数据测试。对水体的遥测也转换到水体属性特征参数的定量测定,如水深的控制、悬浮泥沙浓度的测定、和绿素含量的测定,以及污染状况的监测等。[1.2] 3.遥感水质监测方法 水体因为各组分及其含量的不同造成水体的吸收和散射的变化,使一定波长范围反射率显著不同,是定量估测内陆水体水质参数的基础。水质遥感监测常用的方法有3种:物理方法、经验方法和半经验方法。 3.1 物理方法 物理方法是以由辐射传输理论提出的上行辐射与水体中光学活性物质特征吸收和后向散射特性之间的关系为基础,利用遥感测量得到的水体反射率反演水体中各组分的特征吸收系数和后向散射系数,并通过水体中各组分浓度与其特征吸收系数、后向散射系数相关联,反演水体中各组分的浓度[3]。在实际的研究工作中,由于物理方法所要求的数据源难以满足,物理方法中的很多模型都只能采用经验的关系,基于物理方法得到的水质参数算法精度并不是很高。 3.2 经验方法 经验方法是伴随着多光谱遥感数据应用于水质监测而发展起来的一种方法。经验方法基于经

农业干旱监测预报指标及等级标准

附件1 农业干旱监测预报指标及等级标准 农业干旱指标包括土壤相对湿度、作物水分亏缺指数距平、降水距平、遥感植被供水指数。上述指标从不同角度反映出农业干旱的程度,但存在各自的优势和劣势。土壤水分的优势在于能直观地反映旱地作物农田水分多少,但无法进行水田旱情监测,同时也忽略了蓄水量对干旱的抑制作用;作物水分亏缺指数距平虽能反映作物水分的满足程度,但在气候干燥的区域需水量偏大,且灌溉作用无法考虑;降水距平虽能直观反映出雨养农业的水分供应状况,但不能表征降水对作物利用的有效性;遥感方法虽直观,但在云和植被状况影响下,存在较大的不确定性。因此,需要发挥各种指标的优势,根据所处区域的土壤、气候、植被特点等加权集成综合农业干旱指数作为农业干旱监测预报的指标。 一、农业干旱综合指数计算与等级划分 农业干旱综合指数是对土壤相对湿度、作物水分亏缺指数距平、降水距平、遥感植被供水指数4种农业干旱指标的加权集成,计算方法如式(1): ∑=? = n i i i w f DRG 1(1)

其中,DRG为综合农业干旱指数,f1、f2……f n分别为土壤相对湿度、作物水分亏缺指数距平、降水距平、遥感干旱指数等; W1、W2……W n为各指数的权重值,可采用层次分析法确定,也可由专家经验判定。 农业干旱综合指数的等级划分如表1。 表1 农业干旱等级 序号干旱等级综合农业干旱指数 1 轻旱1<DRG≤2 2 中旱2<DRG≤3 3 重旱3<DRG≤4 4 特旱DRG>4 二、各种单指标的计算方法 1.土壤相对湿度 土壤相对湿度直接反映了旱地作物可利用水分的状况,它与环境气象条件、作物生长发育关系密切,也与土壤物理特性有很大关系,对于不同作物品种、同种作物的不同发育阶段、不同质地土壤,作物可利用水的指标间存在一定差异。考虑作物根系发育情况,在旱地作物播种期和苗期土层厚度分别取0-10厘米与0-20厘米,其它生长发育阶段取0-50厘米。 土壤相对湿度的计算如(2)式:

农业干旱遥感监测研究进展

农业干旱遥感监测研究进展 杨绍锷,闫娜娜,吴炳方 (中国科学院遥感应用研究所,北京100101) 收稿日期:2009-02-19 修订日期:2009-03-25 基金项目:中国科学院知识创新工程重大项目(KSCX -Y W-09-01)。国家科技支撑计划项目(2008BADA8B02-1)。作者简介:杨绍锷(1980~),男,汉族,广西浦北人,中国科学院遥感应用研究所博士生,研究方向为农业旱情监测及农业估产。E -m ail:yangshe88@https://www.wendangku.net/doc/1b5631870.html, 通讯作者:吴炳方,w ubf@https://www.wendangku.net/doc/1b5631870.html, 摘要:农业干旱给社会经济及人民生活造成严重影响,关于农业旱情监测的研究受到了学者们的广泛关注。遥感技术的发展为准确、及时进行旱情监测提供了新的机遇。本文综述了近年来国内外采用遥感方法监测农业旱情的研究进展,包括土壤湿度、作物形态、作物生理等农业旱情指标的遥感反演,指出了在实际应用中存在的一些问题,并提出了进一步改进的思路。 关键词:农业干旱;遥感;监测 doi:10.3969/j.issn.1000-3177.2010.01.021 中图分类号:T P79 文献标识码:A 文章编号:1000-3177(2010)107-0103-07 1 引 言 干旱是世界范围内普遍发生的一种复杂的自然现象,其波及范围广,持续时间长,是农业生产和人类生活中最严重的自然灾害之一。由于所关注的领域不同,干旱通常被分为4类:农业干旱,外界环境因素造成作物体内水分亏缺影响作物正常生长发育;气象干旱,由于降水和蒸发的收支不平衡所造成的异常水分短缺;水文干旱,降水与地表水或地下水收支不平衡造成的水分短缺;社会经济干旱,自然系统与人类社会经济系统的水资源供需不平衡造成的水分短缺。应当注意农业干旱与气象干旱的联系和区别,当发生气象干旱时,不一定发生农业干旱;而当发生农业干旱时,也不一定发生气象干旱。农业干旱的发生与气象、地形、土壤、底墒、灌溉措施、种植结构、品种抗旱能力等众多因素相关,被认为是这4类干旱现象中最复杂的一种。 农业干旱,即作物体内水分亏缺,主要是由于土壤供水与作物需水不平衡造成,这取决于土壤的供水能力和作物的生理需求。判断是否发生农业干旱必须从供需两方面考虑,传统的农业旱情监测主要基于地面站点的土壤墒情数据,其准确性、代表性、完整性有限。遥感技术的发展为农业旱情监测提供了新的途径,其优势在于能够及时、客观地获取大范 围的地表综合信息,同时监测土壤供水和作物需水状况,使其已成为区域旱情监测的重要手段。 2 土壤湿度的遥感监测 土壤湿度在农业、生态、水文、气象等众多研究领域中都是一个重要参数,土壤湿度的遥感反演受到各领域的关注,已对多种方法进行了研究探讨,其中微波遥感法和热惯量法被认为是较具潜力的土壤湿度遥感反演方法。 2.1 微波遥感法 物体的微波发射率主要取决于其介电特性。水的介电常数约为80,而干土的介电常数仅为3~5,土壤的湿度大小直接影响着土壤的介电常数,这使得微波回波对土壤湿度非常敏感。由此可建立土壤湿度与后向反射系数的统计经验函数,通过遥感数据获取的后向反射系数反演土壤湿度。由于微波遥感法具有全天时、全天候、穿透能力强等优点,已成为当前遥感研究的一个热门课题。 微波遥感可分为被动微波遥感和主动微波遥感两种。通常被动微波遥感成本低,时间分辨率高,但空间分辨率低;而主动微波遥感成本高,空间分辨率高,但时间分辨率低。无论被动微波遥感或主动微波遥感,其反演结果都受到地表粗糙度和植被的影响。如何降低或消除地表粗糙度和植被的影响,是 103

遥感在干旱监测中的应用技术

TECHNOLOGY WIND 在对人类造成严重威胁的多种自然灾害中,干旱灾害是发生最频繁、危害最广泛的灾害之一。大规模的干旱往往可以使大范围的农业长期绝收。干旱发生频率较大现代遥感技术的发展和应用,为人类准确有效地监测干旱灾害的发生和发展并评估其影响,提供了强有力的手段。干旱遥感监测的本质是监测土壤水分含量,通过土壤含水量的多少和分布来反映干旱的程度和分布范围,对农业生产具有直接的指导作用。 1干旱卫星遥感监测原理 利用气象卫星的可见光和红外探测资料开展干旱灾害遥感监测,目前国内运用较多比较成熟的监测模式主要有土壤热惯量模式和植被指数模式。土壤热惯量模式是利用气象卫星昼夜两次探测资料,计算土壤的热惯量,进而推算出土壤湿度,该监测模式有局限性,在实际应用中存在不少的困难。植被指数模式主要包括植被供水指数法和距平植被指数法。植被长势受到诸多因素的影响,但在发生干旱灾害的季节里,土壤水分含量的多少对植被长势的影响却起着关键性的作用,利用极轨气象卫星第一、第二两个通道的反射光谱数据可以定义出归一化植被指数。当植被遭受干旱灾害时,土壤对植被的水分供应不足,植被长势将受到影响,卫星遥感监测的植被指数将降低,同时植被的冠层温度也因没有足够的水分供蒸发而升高。因此,采用植被指数模式可以有效地监测有植被覆盖区域受干旱危害的程度。 2卫星遥感监测干旱技术方法和应用 NOAA 系列极轨气象卫星携带的改进甚高分辨率辐射计(AVHRR )具有监测范围广、实时性强、便于长期动态监测等特点。 由植被的反射特征可知,在近红外波段植被具有较高的反射率,而NOAA 卫星AVHRR 的第二通道的探测波长为0.7~1.1微米,处在近红外波段,适用于植被遥感。经投影变换、地标定位等预处理后的AVHRR 资料以辐射计数值形式保存,在定标处理时,根据各通道的直方统计结果截取最大地表信息区域进行定标处理,生成8bit 的反照率、亮温图像文件。根据光谱分析选取适当阈值分别对CH 1、CH 2二通道数据进行云和水体剔除,即可进行干旱指标计算。参考降水量及土壤湿度实测值,直接将不同等级的干旱与遥感资料进行对比分析,确定干旱的遥感监测指标。 3植被供水指数法 植被供水指数法定义为归一化植被指数与叶面温度的比值。表达式为: VSWI=NDVI/Ts NDVI=( CH2-CH1)/(CH2+CH1)其中,Ts 为植被冠层温度,NDVI 为归一化植被指数,CH2与CH1为近红外与红外波段地表反射率。 应用这种方法的基本程序是:建立一个具有地理坐标经纬度的格网图,将NOAA /AVHRR 扫描带使用范围内,每一像元点的NDVI 值逐日计算出,并记录在格网图上相对应的地点。同时制订一个合成周期,在图的整个合成周期内,将每个像元点的NDVI 值逐日加以比较,保留具有最大的NDVI 值的像元点以这样的方法最终得到的一张合成图,使合成图提供的信息最接近于当时作物的真实状况利用最大值合成技术,可以定期地得到某一区域NOAA/AVHRR 多时相的合成图。将该区域连续得到的多张植被指数图加以比较,可实现区域性植被状况的 动态监测。利用某一地点长期连续获取的NDVI 数据,还可绘制成该点的NDVI 曲线图。同一地点不同年份的曲线图相互比较,可发现该地点NDVI 值的年际变化,进而揭示植被生长状况的年际变化。目前已有不少国家和地区利用NOAA/AVHRR 数据进行过干旱监测的实践,收到了较好的效果。 4实例 在美国历史上,1988年的大旱使得美国作物产量锐减。美国农业部外国农业状况评估室利用NOAA /AVHRR 数据对这场大面积的干旱进行了接近实时的监测和评价。他们的主要作法是: 1)用NDVI=(CH2-CH1)/(CH2+CH1)公式并将CH2-CH1>25.0的像元定义为“绿色像元”。2)设计一个地理参照格网(事实上前些年已设计好并已应用),每一格网单元的面积为463×463km 2。3)记录1988年4月作物出苗直到10月作物开始衰老期间每日四个州范围内的NOAA/AVHRR 数据,并按照地理参照格网,将每一格网单元中的每日的绿色像元数目累加,得出该日该格网单元的植被指数数目—VIN 。4)将1988年4-10月期间每一格网单元的每日VIN 值连续,绘制成代表当地作物生长状况的VIN 曲线图。5)将四个州的1988年VIN 曲线与前些年的VIN 曲线比较,对1988年的VIN 曲线进行定性解译。1988年的AVHRRVIN 曲线清楚地显示了玉米地带1988年生长季节早期的旱情,特别是在该地带的东部。 (a)1988年6月初的作物状况 (b)1988年7月束至8月初的作物状况 图1与1987年相比,四个主要作物生产州1988年作物生产状况AVHRRVINs 解译结果/略差×差*差得多 图2(a )到2(f )是四个州表现作物长势变化的六个格网单元的VIN 曲线的例子。根据图中所示的6月异常低的VIN 值和与干旱气象预报,可断定7月初至中旬,不良的作物状况将持续,推断后来得到证实。 图2部分有指示意义的VIN(NVI)曲线图 NOAA /AVHRR 数据具有大面积覆盖、高频率更新、且便于长期连续积累的独特优势,但它的分辨率相对粗糙,因此,特别适合用于大规模的区域性、大陆性乃至全球性的包括干旱在内的动态监测。利用连续多年的数据积累可对地表植被及其生长环境的变化进行长期连续的监测,并可进一步对作物进行估产。 [摘要]在对人类造成严重威胁的多种自然灾害中,干旱灾害是发生最频繁、危害最广泛的灾害之一。大规模的干旱往往可以使大范围的农业长期绝收。干旱发生频率较大现代遥感技术的发展和应用,为人类准确有效地监测干旱灾害的发生和发展并评估其影响,提供了强有力的手段。干旱遥感监测的本质是监测土壤水分含量,通过土壤含水量的多少和分布来反映干旱的程度和分布范围,对农业生产具有直接的指导作用。[关键词]干旱监测;卫星遥感遥感在干旱监测中的应用技术 杜兰侠 1 单洁 1 尼仲涛 2 (1.山东煤田地质局第四勘探队,山东潍坊261000;2.潍坊鲁煤工程机械厂,山东潍坊261206) 应用科技 25

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