基于神经网络渤黄海叶绿素非云缺失区遥感反演研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gulujiang
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
叶绿素a浓度(Chlorophyll-a,简写为Chla,单位:mg/m3)卫星产品可用于实时、大范围监测海洋水色要素的海域分布和动态变化,但是薄云、气溶胶、太阳耀斑以及近岸高浑浊水体等常导致卫星数据过程中的掩膜,使卫星获取的Chla浓度存在大面积缺测(非云缺失)。针对这一问题,本文以渤黄海为研究区域,基于可见光红外成像辐射仪(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite,VIIRS)卫星影像,结合后向传播(Back Propagation,BP)机器学习算法建立了适用于非云缺失区的Chla浓度反演模型,对比了BP模型得到的叶绿素a浓度(Chl-BP)与VIIRS业务化产品(Chl-v)的差异,并分析了月平均产品、有效像素百分比及其对平均产品的影响。主要研究内容如下:(1)基于2017年VIIRS 365景卫星影像,以及美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)数据标准l2_flags筛选高质量数据,建立机器学习模型训练的测试数据集。为了减少薄云、气溶胶的影响,本文采用瑞利校正反射率(Rrc)作为模型的输入值,根据Chla浓度的固有光谱特征,进行波段组合。同时,考虑到研究区域水体成分复杂、气溶胶种类多样且存在季节性变化,基于映射原理,将Chla浓度、490nm处的漫衰减系数(Kd(490))和551nm处的气溶胶光学厚度(AOD(551))一起作为模型的输出参数,大大增强了模型的稳定性。通过不断调整BP模型的隐含层和节点个数,结合模型精度和运算时间选取最优的BP结构。由于气溶胶和Chla浓度存在季节性变化,本文逐月进行数据训练和建模,得到12个模型。模型训练结果的相关系数(Correlation Coefficient,R2)为0.94~0.99,相对均方根误差(Relative Root Mean Square Differene,RMSD)为0.33~1.56,平均绝对误差(Mean Absolute Difference,MAD)为14.19~36.61,平均相对误差(Mean Relative Difference,MRD)为5.86~24.01%,无偏百分数误差(Unbiased Percent Difference,UPD)为5.69~15.39%;模型验证的R2、RMSD、MAD、MRD、UPD分别为0.93~0.99、0.32~1.44、14.25~33.96、5.75~20.28%、5.76~15.72%。利用2016年的两景卫星影像进行独立检验,BP模型的结果与VIIRS业务化产品具有很好的一致性,Chl-BP和Chl-v的相关系数高达0.98。此外,本文还采用现场匹配数据集进行模型的精度验证,结果表明BP模型的精度与VIIRS业务化产品相当。(2)将BP模型运用到2017年VIIRS 365景卫星影像中,对比了Chl-v和Chl-BP的有效像素个数,结果表明:经BP反演后的Chl-BP有效像元个数显著增加。对于渤海湾、莱州湾、辽州湾以及苏北浅滩等近岸高浑浊水域,BP模型在保证数据质量的同时,较好地反演了因吸收性气溶胶、高反射被错误掩膜的水色数据。BP模型反演得到的Chl-BP月平均分布特征与VIIRS Chl-v的月平均分布一致,反演后Chl-BP对长时间序列结果有重要意义。(3)利用BP模型可以恢复因薄云、气溶胶以及高浑浊水体而错误掩膜的数据,增加了Chla浓度有效覆盖范围,这对海洋变化的近时应用和时间序列研究具有深远的意义。
其他文献
目的:本研究旨在观察蛛网膜下腔出血患者血浆儿茶酚胺的变化规律,探讨儿茶酚胺与蛛网膜下腔出血应激性心肌病的关系,为临床诊治提供依据。方法:收集2019年10月至2020年12月在湖南师范大学附属湘东医院及湖南师范大学附属第一医院收治的符合纳入标准的蛛网膜下腔出血患者共351例,分组(1)根据是否发生应激性心肌病和急性心肌梗死分组,分为应激性心肌病组(A组)、急性心肌梗死组(B组)、对照组(未发生应激
水果分类在水果产业和社会经济发展中具有重要意义。当前,水果分类方法主要有人工分类和机器分类等。人工分类不仅浪费大量人力物力而且效率低,而机器分类的性能有待提高。随着人工智能和机器视觉的迅速发展,研究基于深度学习的水果分类方法对于提高水果分类准确率和效率具有重要的意义和广泛的应用价值。针对以上问题,本文利用深度学习研究水果分类方法,主要内容如下:⑴基于卷积神经网络(Convolutional Neu
薄壁圆管是航空、航天领域常用的结构之一,其在太空中主要受太阳光照产生的热载荷作用,结构在热载荷作用下的热变形、热应力及热疲劳问题逐渐成为研究的热点,故分析其在太阳光照下的可靠性对实际工程有重大意义。太阳光照会导致结构的温度发生变化并产生热载荷,热载荷会使结构发生变形,变形又会影响结构的温度分布,最终导致结构产生热致振动,这时结构内部的流体也会随之发生振动,热与结构、流体之间的互相作用被称为热-结构
近年来随着互联网的快速发展,其所产生的文本、图片、音视频等模态的数据也成指数级增长,人们对于多模态数据的检索需求随之增长。在海量的多模态数据中,用户如何通过一种模态的数据更准确、更全面的检索出自己需要的模态数据也是一个痛点需求。虽然目前主流的跨模态检索算法取得了不错的成绩,但仍存在着几个难题,一是不同模态数据在底层表示不一致导致的异构鸿沟,因此检索精度不高;二是在海量的多模态数据中,提取到的数据特
钢铁是世界上最重要的金属资源之一,是城市生态系统正常运转的基础物质,对城市的社会进步、经济发展、资源利用和环境保护都起到重要的作用。本研究利用DMSP/OLS夜间灯光亮度与城市基础设施铁存量之间的线性关系,估算全国城市的铁存量。在此基础上,通过建立STIRPAT扩展模型分析了影响城市铁存量的主要因素,从而实现了我国地级城市尺度上的铁存量数据构建与社会经济、气候条件和城市空间形态对城市铁存量影响力的
能源匮乏和环境恶化已经成为了困扰人类发展的两大难题。而建筑消耗了约40%的能源,排放了三分之一的温室气体,故建筑节能对缓解能源危机和保护环境有着重要的意义。就我国来讲,建筑能耗占到了我国总能源消耗的30%以上,而公共建筑能耗又占到了总建筑能耗的50%以上。高校建筑作为公共建筑的一种,其能耗主要集中于空调、照明及供暖系统,占到了高校总能耗的60%以上,其中由于围护结构传热热损失而产生的空调及供暖能耗
目前人们驾车出行普遍存在停车困难、车位信息不透明、乱停乱放等问题,对此还没有很好的解决方案,同时停车场内缺乏有效的安全管理机制,车辆被盗、车辆刮蹭等安全事故频出。如何建立高效的智能停车系统是一项重大挑战。边缘计算具有就近处理、低延时、节省资源的特点,适用于资源受限停车场节点的计算任务处理。为解决用户驾车出行的停车难题,本文设计并实现了一个基于边缘计算的智能停车系统(XDSmart Park)。本系
高镍正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)因具有放电比容量高、能量密度高、操作电压范围广等特点而被广泛应用。然而,容量衰减快和倍率性能差限制了其在锂离子电池中的应用。本文采用两步溶胶-凝胶法成功制备了纯相NCM811。运用XRD和SEM系统地研究了煅烧温度、保温时间和配锂量对NCM811物相结构和微观形貌的影响。并运用多通道恒流充放电系统和电化学工作站对所合成的NCM811
目的:心血管疾病(CVD)是威胁全人类生命健康的重要因素之一,动脉粥样硬化(AS)是其主要病理生理学基础。内皮细胞损伤作为AS形成的始动环节,通过诱导血管慢性炎症反应促进CVD发生发展。金雀异黄素(GEN)具有抗AS效应,但作用机制尚未完全阐明。本研究旨在探究GEN对脂多糖(LPS)诱导的小鼠血管慢性炎症反应的影响及是否与调控miR-21表达有关。方法:1.高脂饮食喂养C57 BL/6小鼠联合腹腔
大数据时代,数据的收集、存储、传输和处理能力正在飞速提升,机器学习正是处理数据时,不可或缺的核心技术.多示例学习是一种重要的机器学习方法,它是一类以包为研究对象,特殊的监督学习.一个包中有多个示例,包的标签已知,而包中示例的标签未知.现实中,很多事物都可以抽象为包,如药物分子、图像、文本等,与用一个示例表示相比,将它们用包(多个示例)表示更为恰当,因此,多示例学习自提出以来就受到了高度关注,其在理