黑河综合遥感联合试验数据发布

“黑河综合遥感联合试验”(Watershed Allied Telemetry Experimental Research,WATER)是在我国第二大内陆河流域-黑河流域开展的大型航空、卫星遥感和地面同步观测试验。在试验加强观测期结束两年之际,试验数据集正式发布,实现了发展多尺度、多分辨率、高质量并最终完全共享的综合数据集的目标。本文是“黑河综合遥感联合试验”数据专栏的序言,概述了试验数据信息系统的意义、数据集的构成、数据质量控制的基本措施和流程,以及数据共享政策。我们热情邀请国内外同行在内陆河水文与生态研究、定量遥感研究等多方面使用该数据集,共同推进其广泛应用。     

黑河综合遥感联合试验自动气象站数据质量控制与产品生成

“黑河综合遥感联合试验”自动气象站(AWS)数据的质量控制(QC)分两个阶段进行：计算机自动控制阶段(QC1)和人机交互判断阶段(QC2)。QC1利用气候学界限值检查、台站极值检查、基本气象公式检查、内部一致性检查、时间一致性检查、综合决策算法,对自动气象站资料进行了自动质量控制;QC2中质量控制人员在QC1质量控制的基础上,对判断为可疑和错误的数据进行人工判断、分析错误原因、订正逻辑性错误,并给出数据的最终质量评价。上述质量控制后的自动气象站资料分两级发布,以供科研使用。最终结果表明:QC1中的质量检查可以有效地识别出观测资料中存在的明显错误;经过QC2数据逻辑错误订正后,“黑河综合遥感联合试验”AWS(Automatic Weather Station)数据总体质量较高,达到了预期的试验目标。     

面向黑河无线传感网络观测数据的质量控制方法研究

“黑河流域生态水文传感器网络”试验是无线传感器网络技术在近地表观测领域的一次成功应用,通过分析该试验所采集的观测数据的特点,首次给出WSN数据的质量元素的规范内容,并设计出每种质量元素的判定算法,用于解决WSN数据的质量控制问题。之后提供了两个评价实例,其结果表明将这些质量元素判定算法应用到黑河观测数据自动综汇系统中,能够高效、合理地完成“黑河流域生态水文传感器网络”野外观测数据的质量控制工作。     

黑河流域自动观测数据下载系统的改进与应用

黑河流域生态水文WSN观测数据自动综汇系统于2012年7月正式发布。随着数据申请人数骤增,之前采用的权限管理模式、下载流程已经无法满足需求。针对黑河流域自动观测数据共享应用过程中的具体需求,将黑河计划数据管理中心下载系统与黑河流域生态水文WSN观测数据自动综汇下载系统进行对接,对下载系统的权限粒度、授权方式、数据生成及获取方式进行优化改进,极大地提高了数据共享效率,对于自动观测数据的在线共享具有重要意义。     

黑河综合遥感联合试验涡动相关通量数据处理及产品分析黑河综合遥感联合试验涡动相关通量数据处理及产品分析

涡动相关通量数据的处理及质量控制是保证各涡动观测台站数据质量的重要步骤。“黑河综合遥感联合试验”(Watershed Allied Telemetry Experimental Research,WATER)从2007年底到现在连续观测积累了大量涡动相关通量观测资料。使用经过改进的EdiRe软件对盈科站、阿柔站和关滩站3个站点的原始涡动数据进行预处理和质量控制。通过异常值及野值点剔除、倾斜修正、超声虚温修正、时间滞后校正、频率响应修正和空气密度效应修正（WPL修正）等基本处理生成Level\|1数据产品;再通过大气状态平稳性检验、总体湍流特征检验以及湍流通量统计特征分析等初步质量控制,生成Level\|2数据产品。以盈科绿洲站2009年7月份涡动相关数据为例,着重介绍涡动相关数据处理过程中各校正方法的重要性及不同校正方法对湍流通量计算的贡献。结果表明：超声虚温修正后感热通量比修正前减少约7.7%;时间滞后校正后潜热通量和CO²通量分别增加了3.9%、2.7%;频率响应修正后感热通量、潜热通量及CO2通量分别增加了2.7%、10.5%、11.6%;WPL修正后潜热通量增加了1.7%,CO²通量减少了9.8%。最后将Campbell实时处理结果与Level\|1产品及Level\|2产品进行对比分析,并对黑河流域各涡动站做了总体数据精度评价,阿柔站数据质量最好,盈科站次之,关滩站较差。
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黑河综合遥感联合试验的数据管理与共享

“黑河综合遥感联合试验”(Watershed Allied Telemetry Experimental Research,WATER)是在黑河流域开展的以水循环及与之密切联系的生态过程为主要研究对象的大型航空、卫星遥感与地面同步观测科学试验。为了对试验产出和处理后的数据进行统一的管理和共享,促进试验成果在更大范围内的应用,“黑河综合遥感联合试验”建立了数据管理系统,并在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所和北京师范大学成立了两个数据服务点负责数据的管理和分发。“黑河综合遥感联合试验”的数据管理系统是一个以元数据为核心的数据管理和发布系统,在数据管理方面介绍了元数据、数据文档和数据实体的组织与管理,在系统功能方面介绍了数据导航和数据可视化。“黑河综合遥感联合试验”目前已发布的原始数据共3.2 TB,预处理的数据2.5 TB,以粗粒度的形式组织了265个数据集,265条元数据与数据报告一起对数据集进行说明。     

黑河综合遥感联合试验研究进展:概述

“黑河综合遥感联合试验”是在我国典型的内陆河流域--黑河流域开展的大型航空、卫星遥感和地面同步观测试验。28个单位的280多名科研人员、研究生和工程技术人员参加了试验。介绍了2008年加强试验期以来的研究工作进展。“黑河综合遥感联合试验”最主要的成果是一套多尺度、高质量的综合观测数据集,该数据集已正式对外发布,十分有力地支持了一系列生态、水文、定量遥感模型的发展、改进和验证,试验所期望突破“数据瓶颈”的目标已经实现。此外,已在积雪参数提取、地表冻融微波遥感、森林结构参数的遥感反演、蒸散发观测与遥感估算、土壤水分反演、生物物理参数和生物化学参数反演、水文气象观测、尺度推绎、流域水文模拟和同化应用等方面取得了丰富的研究成果。试验亮点包括蒸散发观测及其遥感模型改进、机载激光雷达的应用、多角度热红外传感器研制和应用;航空遥感在获取高质量、高分辨率数据方面依然具有不可替代的作用。     

黑河综合遥感联合试验研究进展:水文与生态参量遥感反演与估算

介绍了“黑河综合遥感联合试验”在水文和生态变量与参数反演、估算和模型应用方面取得的进展。在水文变量遥感方面,利用车载双偏振多普勒雷达在黑河上游和中游分别开展了高精度降水观测,获取了后向散射系数和极化信息与降水强度之间的定量关系。在综合利用多源观测信息,改进和发展蒸散发估算模型方面取得了实质性的进展。发展了利用K和Ka波段机载微波辐射计数据反演山区积雪深度的方法。针对SAR观测数据反演土壤水分中地表粗糙度的显著干扰,发展了消除粗糙度影响的反演方法。在生态过程遥感参量估算方面,提出了一种基于机载激光雷达和高分辨率光学影像的高精度地物信息分类方法。发展了从高光谱航空遥感提取植被自然光照下的荧光,并与NDVI结合的C3/C4植被分类方法。发展和改进了使用多角度、多光谱观测反演叶面积指数的方法,挖掘了激光雷达在植被垂直结构探测上的潜力,探索了叶面积指数遥感中的尺度转换规律。发展了利用高光谱数据中的荧光信息反演光能利用率的新方法;建立了考虑土壤反射率、冠层结构等因素的光合作用有效辐射比率反演模型;改进了利用遥感估计生态系统生产力的模型。发展了利用高光谱遥感数据提取叶绿素含量和叶绿素荧光强度的方法。     

黑河综合遥感联合试验中机载WiDAS数据的预处理方法

机载红外广角双模式成像仪(Wide-angle Infrared Dual-mode line/area Array Scanner\|WiDAS)是黑河综合遥感联合试验中的主要机载传感器之一,它通过可见光到热红外波段的广角成像,获取地表二向反射和热辐射方向性信息,介绍了WiDAS数据的预处理关键算法及关键参数。WiDAS传感器的可见近红外波段与中红外、热红外波段在探测器性能、空间分辨率和目标辐射特性方面都有显著差异,因此它们的预处理具有不同的算法。可见近红外波段的CCD相机用积分球定标,用简单的多项式形变函数进行波段间配准,用6S模型和实测气溶胶光学厚度进行大气校正。中红外、热红外波段的红外相机则用面元黑体定标,波段配准中采用了复合的形变函数和较为复杂的配准算法,大气校正采用MODTRAN模型和实测大气廓线。还介绍了从WiDAS标准预处理产品中提取目标的多角度观测的方法,这些信息为使用WiDAS数据产品开展定量遥感研究和应用提供参考。     

黑河综合遥感联合试验(WATER)数据质量控制措施

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黑河流域生态水文观测数据库设计与优化

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。     

基于Web的黑河流域生态水文WSN自动观测数据可视化系统应用研究

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。     

面向黑河流域生态水文过程集成研究的科学数据汇交与管理

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。     

指控系统体系架构的信息质量评估方法

随着指控系统愈发庞大和复杂,架构在系统的整个生命周期中也愈发重要。因此,指控系统体系架构的效能评估对于提高架构设计阶段的整个系统能力来说是非常必要的。本文提出一种指控系统体系架构的信息质量评估方法。首先提出信息质量模型,包括信息质量的评估和权重分配方法以及综合评估。其次,提供系统地进行体系架构信息质量评估的框架。最后,在框架的基础上,进行一个实验来验证所提出的信息质量评估方法。实验结果表明,本文提出的方法可以基于指控系统体系结构模型有效地评估信息质量,有助于在指控系统体系结构设计阶段识别影响信息质量的关键因素,进而提高系统能力。     

航天卫星遥测数据管理与应用系统设计过程控制方法研究

过程控制技术应用于航天器地面系统开发过程已成为航天领域研究的热点问题;介绍了基于航天卫星遥测数据管理与应用系统的设计过程,研究了航天卫星遥测数据管理与应用系统设计过程的基本框架,分析了系统结构,以模块化设计的理念搭建了遥测数据管理系统的设计过程,给出了各模块系统的定义和功能结构,分析了系统模块的通信协议,最后对系统设计过程的基线确定和基线变更给出了统一的管理过程设计。