DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 湖泊是自然生态系统的重要组成部分，湖泊生态文明制度建设是保护湖泊的根本保障 我国是一个多湖泊国家，天然湖泊遍布全国(仅少数省区没有湖泊)，根据第一次全国水利普查数据，全国现有湖面面积1 km 2 及以上的天然湖泊近2900个，总湖面面积约8万km 2 ，约占全国国土面积的0.85%。湖泊淡水资源量约占全国水资源量的8.5%。 湖泊是自然生态系统的重要组成部分，湖泊是重要的淡水资源库和物种基因库，虽然湖泊的水面面积占流域(区域)总面积的比例不大，但湖泊是流域(区域)生态与环境友好的晴雨表，湖泊既具有提供水资源、调蓄洪水、养殖水产、美化景观等社会经济功能，又具有提供湿地、提供生物栖息地、保护物种基因、净化水体、调节气候、参与水循环等生态功能，因此湖泊是大自然赋予人类的天然宝库，对维持经济社会的持续发展和自然界的生态平衡等方面有着不可替代的作用。 近几十年来，随着经济社会的快速发展、人类活动干扰的加剧、加之人们对湖泊的重要性和湖泊生态系统的脆弱性估计不足、特别是湖泊管理与保护体制机制的缺失(或不顺)，人为造成了湖泊数量减少、湖泊面积缩小(根据水利普查湖泊水面面积与上世纪80年代末遥感影像解译结果的比对分析，约1/5湖泊的水面面积缩小)；湿地萎缩；水体污染和富营养化、水生生物资源衰退；河湖阻隔、洪水调蓄能力降低等一系列社会及生态环境问题，严重威胁湖泊的生存、湖泊生态系统的安全和经济社会的可持续发展。湖泊的未来取决于我们对其的理解程度，以及我们利用生态学原理来明智地管理湖泊的程度。 面对我国日益严重的生态环境问题，党的十八大把生态文明建设纳入中国特色社会主义事业“五位一体”总体布局，要求“大力推进生态文明建设”，提出了包括制度建设在内的生态文明建设的具体内容，认为保护生态环境必须依靠制度；十八届三中全会则单独要求“加快生态文明制度建设”，并提出了制度建设的具体内容，要求改革生态环境保护管理体制，健全生态环境保护的体制机制，建立系统完整的生态文明制度体系，用制度保护生态环境，因此，制度建设是生态文明建设的主要任务和重要保障。湖泊生态文明建设是生态文明建设的一部分，因此制度建设也是湖泊生态文明建设的主要任务和重要保障。保护湖泊必须依靠制度，湖泊生态文明制度建设是保护湖泊的根本保障，目前应以国家加快生态文明制度建设为契机，大力推进湖泊生态文明制度建设，创新湖泊管理体制机制，实现用制度尊重湖泊、保护湖泊、修复湖泊生态环境的目标。
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user: 3. 目前我国已有的湖泊管理制度(体制机制) 湖泊管理制度的主要内容就是湖泊的管理体制机制，因此这里讲的湖泊管理制度和湖泊管理体制机制是同一个意思。 目前在国家层面还没有湖泊管理方面的专门法规，也没有统一的湖泊管理体制机制。在部分流域和省市区，为了管理本地区的湖泊，制定和颁布了专门的湖泊管理保护方面的地方法规条例，从中规定了湖泊管理的体制机制。 虽然《水法》第十二条明确规定“国家对水资源实行流域管理与行政区域管理相结合的管理体制”，但湖泊不仅仅是水资源问题，还有养殖、湿地、国土资源、环保、景观等问题；另外，湖泊有大有小，并不都是流域管理与行政区域管理的问题，因此，《水法》第十二条规定的“流域管理与行政区域管理相结合的管理体制”并不适用于所有的湖泊。目前我国已有的湖泊管理体制各种各样：有流域管理与行政区域管理相结合的湖泊管理体制，例如太湖和北京市的湖泊；有政府首长负责，水行政主管部门主管，各相关湖泊保护部门各负其责的湖泊管理体制，例如湖北省的湖泊；有政府统一领导协调，各级政府和部门具体实施的湖泊管理体制机制，例如云南省滇池；有政府组织领导和协调监督、综合协调机构督促执行的管理体制，例如鄱阳湖湿地；更多的是以水行政主管部门为主管机关的湖泊管理体制，例如江苏省的湖泊、山东省的湖泊、南昌市城市湖泊等。 目前我国已有的湖泊管理的运行机制：均是有关部门按照职责分工各负其职、合作协调的运行机制。 太湖管理体制机制：《太湖流域管理条例》自2011年11月1日起施行，太湖实行的是流域管理与行政区域管理相结合的管理体制和各部门各负其职、加强合作协调的运行机制。第四条明确规定太湖流域实行流域管理与行政区域管理相结合的管理体制。国家建立健全太湖流域管理协调机制，统筹协调太湖流域管理中的重大事项。第五条明确规定国务院水行政、环境保护等部门依照法律、行政法规规定和国务院确定的职责分工，负责太湖流域管理的有关工作。 江苏省湖泊管理体制机制：《江苏省湖泊保护条例》自2005年3月1日起施行，江苏省湖泊实行的是以水行政主管部门为主管机关的管理体制和有关部门按照职责分工进行管理的运行机制。条例第五条明确规定县级以上地方各级人民政府水行政主管部门是本行政区域内湖泊的主管机关，负责湖泊的管理和保护工作。县级以上地方各级人民政府环保、渔业、交通、建设、规划、国土资源、林业等有关部门，应当按照职责分工，做好湖泊的有关管理和保护工作。 湖北省湖泊管理体制机制：《湖北省湖泊保护条例》自2012年10月1日起施行，湖北省湖泊实行的是县级以上人民政府首长负责，水行政主管部门主管，各相关湖泊保护部门各负其责的湖泊管理体制；县级以上人民政府负责协调和联动有关部门进行管理的运行机制。条例第六条规定湖泊保护实行政府行政首长负责制。第七条规定县级以上人民政府水行政主管部门主管本行政区域内的湖泊保护工作。第八条规定县级以上人民政府发展改革、财政、建设(规划)、国土资源、公安、交通运输、旅游等其他行政主管部门按照各自职责做好湖泊保护工作。第五条规定县级以上人民政府应当加强对湖泊保护工作的领导，协调解决湖泊保护工作中的重大问题。跨行政区域的湖泊保护工作，由其共同的上一级人民政府和区域内的人民政府负责。第九条规定县级以上人民政府应当建立和完善湖泊保护的部门联动机制，实行由政府负责人召集，相关部门参加的湖泊保护联席会议制度。 云南省滇池保护管理体制机制：《云南省滇池保护条例》自2013年1月1日起施行，滇池实行的是省政府统一领导协调，各级政府和部门具体实施的湖泊管理体制机制，并要求建立目标责任、评估考核、责任追究等制度。这是集全社会力量、最强有力的湖泊管理体制机制，但耗费的财力、物力和人力也最大。条例第十条明确规定省人民政府领导滇池保护工作，负责综合协调、及时处理有关滇池保护的重大问题；应当建立滇池保护目标责任、评估考核、责任追究等制度，并加强监督检查。第十一条规定昆明市人民政府具体负责滇池保护工作；第十二条规定了有关县级人民政府的职责；第十三条规定了有关乡(镇)人民政府、街道办事处的职责；第十六条规定了各级政府所属的发展改革、财政、水利、环境保护、农业、林业、工商等有关行政主管部门的职责。 北京市湖泊管理体制机制：《北京市河湖保护管理条例》自2012年10月1日起施行，北京市湖泊实行的是流域管理和行政区域管理相结合、市水行政主管部门统一监督管理的管理体制；有关部门按照各自职责做好河湖保护相关工作的运行机制，并要求建立健全水生态保护的补偿制度、目标责任制和考核评价制度等制度。条例第七条规定本市河湖保护管理实行流域管理和行政区域管理相结合的管理体制。市水行政主管部门对全市河湖保护管理工作实施统一监督管理。第八条规定发展改革、财政、环境保护、规划、市政市容、园林绿化、农业、国土资源、工商、公安、城市管理综合执法、文物、文化、教育等有关部门按照各自职责做好河湖保护的相关工作。第四条建立健全水生态保护的补偿制度。第六条本市河湖保护管理工作实行目标责任制和考核评价制度。 山东省湖泊管理体制机制：《山东省湖泊保护条例》自2013年1月1日起施行。山东省湖泊实行的是以水行政主管部门为主管机关的湖泊管理体制和有关部门按照职责分工，做好湖泊保护的相关工作的运行机制。第六条规定县级以上人民政府水行政主管部门依法负责本行政区域内湖泊的保护和管理工作。发展改革、财政、环境保护、交通运输、住房和城乡建设、国土资源、农业、林业、渔业、旅游等有关部门，应当按照职责分工，做好湖泊保护的相关工作。 南昌市城市湖泊保护管理体制机制：《南昌市城市湖泊保护条例》自 2006 年 5 月 1 日起 施行，南昌市实行的是以水行政主管部门统一监督管理的湖泊管理体制和有关部门按照各自职责，做好湖泊保护工作的运行机制。条例第五条明确规定市水行政主管部门负责本市城市湖泊保护的统一监督管理；县(区)水行政主管部门负责所辖区内城市湖泊保护的统一监督管理。规划、国土资源、园林绿化、环境保护、市政公用、市容环境、农业等行政管理部门，应当按照各自职责，做好城市湖泊保护工作。 江西省鄱阳湖湿地保护管理体制机制：《江西省鄱阳湖湿地保护条例》自2004年3月20日起施行，鄱阳湖湿地保护实行的是省人民政府组织领导和协调监督、鄱阳湖湿地保护综合协调机构督促执行的管理体制和有关行政主管部门在各自职责范围内，共同做好鄱阳湖湿地保护工作的运行机制。条例第五条规定省人民政府应当加强鄱阳湖湿地保护工作的组织和领导。第六条规定省人民政府应当确定鄱阳湖湿地保护综合协调机构。具体组织本条例的贯彻实施，协调鄱阳湖湿地保护与合理利用工作中的重大事项，督促政府有关部门依法履行湿地保护职责。省人民政府鄱阳湖湿地保护综合协调机构由省人民政府环境保护、农业、林业、水利等有关行政主管部门组成。第八条规定环境保护、农业、渔业、林业、水利、国土资源、建设、交通、卫生、发展改革、财政、旅游、公安等有关行政主管部门应当在各自职责范围内，按照有关法律、法规的规定，共同做好鄱阳湖湿地保护工作。
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user: 4. 目前湖泊管理中存在的主要问题 4.1. 湖泊自然资源资产所有权人不到位，湖泊所有者和管理者界限不清 虽然根据《物权法》第四十五条、第四十六条以及《水法》第三条的规定，湖泊属于国家所有，即全民所有，湖泊的所有权属于国家，即属于全民，由国务院代表国家行使所有权，但所有权人不到位，没有对湖泊进行统一确权登记，归属不清晰、权责不明确。这可以从国土资源部、水利部、环境保护部、农业部渔业局、国家林业局的与湖泊有关的职能中得知。 国土资源部承担保护与合理利用土地资源、矿产资源、海洋资源等自然资源的责任。负责规范国土资源权属管理。承担全国耕地保护等责任。 水利部组织编制国家确定的重要江河湖泊的流域综合规划等重大水利规划。负责生活、生产经营和生态环境用水的统筹兼顾和保障。对重要江河湖泊实施防汛抗旱调度。指导水域及其岸线的管理与保护，指导大江、大河、大湖及河口、海岸滩涂的治理和开发。 环境保护部统筹协调国家重点流域、区域、海域污染防治工作。指导、协调、监督生态保护工作。拟订生态保护规划，组织评估生态环境质量状况，监督对生态环境有影响的自然资源开发利用活动、重要生态环境建设和生态破坏恢复工作。 农业部渔业局负责渔业资源、水生生物湿地、水生野生动植物和水产种质资源的保护；指导水生生物保护区的建设和管理。负责渔业水域生态环境保护；组织和监督重大渔业污染事故的调查处理工作；组织重要涉渔工程环境影响评价和生态补偿工作。 国家林业局组织、协调、指导和监督全国湿地保护工作。拟订湿地保护的有关国家标准和规定。依法指导森林、湿地、荒漠化和陆生野生动物类型自然保护区的建设和管理。监督检查各产业对森林、湿地、荒漠和陆生野生动植物资源的开发利用。 以上国土资源部、水利部、国家林业局、环境保护部、农业部渔业局从各部门的职能出发直接或间接涉及湖泊管理，但都没有明确代表国家对湖泊行使所有权，同时这些部门又是代表国家对湖泊进行着直接或间接的管理，似乎在行使湖泊所有者的权利，因此湖泊自然资源资产所有权人不到位，湖泊所有者和管理者界限不清。湖泊的归属不清晰、权责不明确。 4.2. 湖泊自然资源用途不明确、管理内容不统一、管理目标不一致 湖泊的供水、养殖、交通航运、纳污和净化污水等用途都是从长期的生产生活过程中形成的，即是从实际需要而不是从湖泊的综合价值、生态价值、承载能力的角度确定其用途的，因此我国湖泊自然资源用途没有科学地明确和顶层设计。 国土资源、水利、林业、环境保护、渔业等部门的管理是从湖泊某一资源的开发利用和保护的角度进行的，没有从湖泊自然资源用途、湖泊生态系统演变的特点进行，造成湖泊管理的内容不统一、湖泊管理目标的不一致。 湖泊自然资源用途不明确，是造成湖泊管理内容不统一、湖泊管理目标不一致的重要原因之一。 因此，需要从湖泊生态文明建设的高度，按照生态学原理，对湖泊进行顶层设计，明确湖泊自然资源用途，统一湖泊管理内容和管理目标，使湖泊自然资源用途、管理内容和管理目标相一致。 4.3. 多头管理，管理主体不明、管理体制不顺 湖泊管理涉及水利、渔业、林业、环保等多个政府部门。水利部门主要负责湖泊水量调蓄、湖泊工程和湖区周围涵闸泵站管理；渔业部门主要负责渔业资源管理和渔业行政执法；林业部门负责湿地保护；环保部门主要负责湖区环境监测等。现行湖泊管理由于管理主体不明，行政职能定位不清，看似分工明确，实质多头管理，各自为政。一些部门重开发轻保护、重短期利益轻长远利益，在开发管理上执法不严、管理不力，客观上纵容了非法开发。对于跨界湖泊，受经济利益驱动，地区之间在湖泊勘界、资源开发上更是矛盾重重，加剧了湖泊管理的乱象。 如前文所述，目前存在各种各样的湖泊管理体制，有的是“流域管理与行政区域管理相结合”的管理体制；有些是“以水利部门为主管部门，其他部门协调配合”的管理体制；大部分是“没有明确主管部门，各自为政”的多头管理。因此总体而言，我国的湖泊管理主体不明、体制不顺，急需创新调整。 4.4. 运行机制不完备、缺乏完整的制度体系 运行机制不完备，缺乏系统完整的湖泊生态文明制度体系。没有建立体现湖泊生态文明制度建设要求的目标体系、监督监控体系、考核办法、有偿使用和补偿赔偿修复机制等。 没有建立体现湖泊生态文明要求的目标体系。没有把湖泊生态保护纳入经济社会发展评价体系。没有建立如湖泊数量、湖泊面积、湿地面积、水量、水质、生物种类数量等具体的湖泊生态考核指标和考核办法。 没有建立湖泊监督监控体系，难以开展定量客观的有效监督和评价。 没有建立体现湖泊生态价值的资源有偿使用制度、生态补偿赔偿制度和生态修复等制度。缺乏损害赔偿修复机制。 缺乏湖泊管理的社会监督和公众参与机制等。
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user: 摘 要 相比于传统卫星，敏捷卫星可沿滚动、俯仰、偏航三轴进行快速机动，其成像过程中的姿态计算问题更加复杂。本文建立了适用于任意复杂姿态摄影条件下的姿态角与角速度计算模型。对偏航角的计算，考虑了滚动角速度与俯仰角速度的影响。对角速度的计算，采用了对姿态角进行拉格朗日插值逼近后再对时间求导的方法。基于该姿态计算模型，针对敏捷卫星三种典型的成像方式——被动式扫描、俯仰匀速动态扫描与均匀地速动态扫描，分别建立了整个成像过程中的姿态角与角速度计算模型。仿真分析表明：所建的姿态角与角速度模型是合理的，对于俯仰匀速与均匀地速动态扫描，可以通过调节俯仰角速度或地速的方向与大小来改变扫描的总时长。 关键词 :敏捷卫星，偏航角，拉格朗日插值，被动式扫描，俯仰匀速，均匀地速
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user: 1. 引言 敏捷卫星[ 1 ] -[ 3 ] 是指能够在短时间内实现大角度快速机动的卫星，利用其快速姿态机动能力，能够迅速改变星上相机对地指向，实现对地面目标的高效、灵活的观测，是当今遥感卫星的重要发展方向。相比于传统卫星，敏捷卫星可沿滚动、俯仰、偏航三轴进行转动，具有快速调姿能力，其成像过程中的姿态计算问题更加复杂：滚动角与俯仰角在成像过程中可以进行连续变化，滚动与俯仰角速度会影响偏航角的计算等。 对于成像过程中的姿态角计算模型，滚动角与俯仰角的计算较为简单，偏航角的计算较为复杂。文献[ 1 ] -[ 7 ] 给出了卫星星下点摄影时的偏航角计算方法，文献[ 8 ] -[ 10 ] 对卫星星下点摄影、滚动摄影及俯仰摄影等姿态对地指向固定的方法，给出了偏航角计算公式，文献[ 11 ] 还针对滚动加俯仰姿态机动后摄影的情形建立了偏航角计算模型，但以上文献均是针对卫星无滚动与俯仰角速度成像的情形，仅有文献[ 12 ] 考虑了俯仰角速度，给出了卫星进行俯仰匀速动态扫描时的偏航角计算公式。 本文建立了适用于任意复杂姿态成像下的偏航角计算模型，充分考虑了滚动角速度与俯仰角速度的影响，针对敏捷卫星三种典型的成像方式(被动式扫描、俯仰匀速动态扫描与均匀地速动态扫描)，将偏航角计算模型具体化，并通过数值仿真分析了所建模型的合理性。
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user: 2. 成像过程姿态规划算法 2.1. 坐标系及其转换关系 姿态角计算中使用到的坐标系主要有大地坐标系、地固坐标系、地心赤道J2000惯性系、卫星轨道系与卫星本体系等[ 4 ] 。五个坐标系的定义与转换关系见文献[ 13 ] 。对于地固坐标系与J2000惯性系之间的转换，为保证计算精度，考虑了岁差修正、章动修正、地球自转以及极移修正四次坐标转换。这里设定由轨道系按1-2-3的转序得到本体系，三次转动角度依次为滚动角φ，俯仰角θ与偏航角ψ。 2.2. 滚动角与俯仰角计算模型 假设某时刻t，卫星在J2000惯性系中的位置坐标为r sat，ECI ，卫星指向地面成像点为P(λ， φ′， h)，其中，λ表示大地经度，φ′表示大地纬度，h表示大地坐标下的海拔，根据大地坐标系与地固坐标系之间的转换关系，可以得到成像点在地固坐标系中的位置r P ，ECF ，根据地固坐标系到J2000惯性坐标系的转换矩阵L ECI，ECF ，可以得到成像点在J2000惯性系中的位置坐标r P ，ECI (1) 如图1所示，由r sat，ECI 与r P ，ECF 可以得到卫星与地面成像点的矢量差在J2000惯性系中的表示形式Δr ECI ： (2) 由J2000惯性坐标系到卫星轨道坐标系的转换矩阵L oi ，可以得到卫星与地面成像点矢量差在卫星轨道坐标系中的表示形式Δr orbit ： (3) 设 ，则滚动角φ和俯仰角θ的计算公式分别为： (4) (5) 其中atan2考虑了四个可能象限，返回以弧度表示并介于−π到π之间的反正切值， 。 2.3. 偏航角计算模型 根据速度合成定理：任一瞬时，动点P的绝对速度为其相对速度与牵连速度之矢量和[ 14 ] ，知成像点P相对于相机的速度为： (6) 这里，ω e × R表示成像点P的绝对速度，v u 为卫星绝对速度的前向分量，v r 为卫星绝对速度的径向分量，ω b 为卫星本体系具有的角速度矢量[ 9 ] 。 ω e 为地球自转角速度矢量，其大小为ω e = 7.292115146251017 × 10 −5 rad/s，R为地心到成像点的矢量，r为地心到卫星的矢量，h是卫星到成像点的矢量，ω s 为卫星的姿态角速度矢量。ω n 为轨道角速度矢量，其大小为 ，这里， ， ，μ是地球引力系数，a是轨道半长轴，e是轨道偏心率，f是真近点角。v r 为卫星绝对速度的径向分量，其大小为： 。 对于矢量式(6)，可以方便地写出其中部分量在轨道坐标系下的列阵，因此将地速矢量v在轨道坐标系下进行投影： (7) 式 中各个分量的表达式分别为： ， ， ， ， ， 根据卫星滚动角、俯仰角和卫星轨道坐标系到卫星本体坐标系的转换矩阵L bo ，计算地速在卫星本体坐标系中的矢量v b ，具体的计算公式为： (8) 由地速在卫星本体坐标系中的矢量 计算偏航角，具体计算公式为： 图1. 卫星与地面站之间的相对几何关系 (9) 2.4. 角速度计算模型 卫星姿态机动过程中，其姿态角的变化是连续的，因此，计算姿态角速度时可以采用二次拉格朗日插值的数值逼近方法。 采用二次拉格朗日插值方法，首先需要获得三个不同时刻的姿态角数据。以滚动角为例，已知三个不同时刻的滚动角数据φ 1 、φ 2 、φ 3 和其对应的时刻t 1 、t 2 、t 3 ，根据二次拉格朗日插值公式，任意t t 时刻的滚动角φ t 的计算公式为： (10) 上式为二次多项式，φ t 关于时间t的导数即为滚动角φ t 对应的滚动角速度 ： (11) 在得到三个滚动角后，可根据式(11)计算任意时刻滚动角对应的滚动角速度。为保证精度，计算t 2 时刻滚动角速度时，φ 1 、φ 2 、φ 3 分别取t 2 时刻前一时刻t 1 、t 2 时刻、t 2 时刻后一时刻t 3 对应的滚动角，此时，式(11)变为： (12) 对于俯仰角速度与偏航角速度可采用同样的方法得到。
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user: 3. 敏捷卫星典型成像方式下的姿态计算模型 3.1. 被动式扫描的姿态计算方法 被动式扫描成像是指在成像过程中星体姿态的滚动角和俯仰角固定，偏航角进行偏航修正，利用卫星的姿态和与地面的相对运动进行扫描成像。如图2所示，观测目标与星下点轨迹平行，成像时卫星滚转角和俯仰角不动，只做偏航修正。 在这种成像模式中，卫星的滚动角和俯仰角固定，只有偏航角具有角速度，因此，式(7)中的(ω s ) o 变为： (13) 式(7)退化为： (14) 之后按偏航角计算模型中的步骤计算偏航角即可。 被动式扫描成像的目标是沿迹目标，即目标走向与星下点轨迹走向相同，目标以起点经度、起点纬度、目标长度的形式给出，下面介绍在扫描起始时刻已知时，如何求解整个扫描过程中卫星的姿态角与姿态角速度。 首先根据滚动角与俯仰角计算模型可以得到卫星相机指向起始点所需的滚动角、俯仰角及地速。由于卫星为被动式扫描，卫星在成像过程中始终保持滚动角与俯仰角不变，只有偏航角在变化。根据目标长度与地速可以计算得到总扫描时长，再根据姿态机动频率(或机动步长)，可以计算扫描过程总机动步数。然后，根据卫星轨道数据，以及上步求解得到的滚动角与俯仰角，可以计算卫星每个机动步长所指向的地面点的经纬度。再根据偏航角计算模型计算卫星每个机动步长所需要转动的偏航角，之后求解偏航角速度。这样我们就完成了被动式扫描成像过程中每个机动步长所对应的姿态的计算。 3.2. 俯仰匀速动态扫描的姿态计算方法 俯仰匀速动态扫描成像过程属于动态扫描，但特殊的是，在成像过程中卫星的滚动角不变，而俯仰角以固定的姿态角速度摆动，偏航角进行偏航修正，利用卫星的俯仰匀速机动和与地面的相对运动进行扫描成像。如图3所示，观测目标与星下点轨迹平行，这与被动式扫描的成像目标是一致的，区别在于成像过程中，被动式推扫时卫星不作俯仰机动，而本模式下，卫星沿着条带方向作俯仰匀速机动。 卫星的滚动角固定，俯仰角匀速变化，且俯仰角速度为已知量，偏航角需要根据卫星的位置和姿态变化进行计算，式 中的(ω s ) o 变为： (15) 之后按偏航角计算模型中的步骤计算偏航角即可。 与被动式扫描成像类似，俯仰匀速扫描的目标也是沿迹目标，以起点经度lon start 、起点纬度lat start 、目标长度l的形式给出，下面介绍在扫描起始时刻t start 与俯仰角速度 已知时，如何求解整个扫描过程中卫星的姿态角与姿态角速度。 首先利用滚动角与俯仰角计算模型计算得到卫星相机指向起始点所需的滚动角φ start 与俯仰角θ start 。对于总扫描时长t的计算，需要求解非线性方程得到。根据起始俯仰角θ start 、俯仰角速度 及总扫描时长t，可以计算得到结束俯仰角θ end ： (16) 图2. 被动式扫描成像示意图 图3. 俯仰匀速动态扫描成像示意图 由于过程中滚动角不变，故结束滚动角仍为φ start ，根据φ start 与θ end 可计算卫星结束时刻指向地面点的经纬度，分别lon end 、lat end 。根据起始点经纬度lon start 与lat start 、结束点经纬度lon end 与lat end ，可以计算目标长度l solve ，建立非线性方程： (17) 求解即可得到总扫描时长t。然后，计算卫星每个机动步长所对应的俯仰角，指向地面点的经纬度，偏航角以及偏航角速度。 3.3. 均匀地速动态扫描的姿态计算方法 地速为成像点相对于卫星的速度。均匀地速动态成像可以实现对地面任意走向的轨迹的扫描成像，成像全过程滚动角、俯仰角均需进行连续机动，滚动角与俯仰角变化是非线性的，滚动与俯仰角速度的变化也是非线性的，保证地速均匀，而偏航角不断进行偏航修正，来实现像移补偿。示意图如图4所示，BC为地面条带目标，在观测BC段时，滚转角和俯仰角机动，保证地速均匀，偏航角不断修正。在这种模式下，卫星具有滚动与俯仰角速度，偏航角按照2.3节计算即可。 均匀地速动态扫描的目标可以任意走向的目标，沿迹、非沿迹均可，目标一般以起点经纬度、终点经纬度的形式给出，在扫描起始时刻与扫描地速已知的情形下，整个扫描过程中的姿态计算方法如下：首先根据起点与终点经纬度可以得到目标长度，再根据扫描地速可以计算出总扫描时长，进而得到扫描结束时刻。然后根据起始点经纬度、起始时刻、结束点经纬度、结束时刻计算起点与终点之间按照一定时间间隔(即姿态机动步长)离散的所有地面成像点的经纬度。其次计算卫星每个机动步长所对应的滚动与俯仰角、滚动与俯仰角速度，再计算偏航角与偏航角速度。
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user: 4. 仿真算例 轨道仿真起始时刻：1 Jul 2015 12:00:00.000 UTC，半长轴7050 km，偏心率0.0005，轨道倾角98˚， 图4. 均匀地速动态扫描成像示意图 近地点幅角180˚，升交点赤经260˚，平近点角0˚。下面对敏捷卫星三类典型的成像过程分别进行仿真。由上文已知，被动式扫描与俯仰匀速扫描的目标一般为沿迹条带，见表1，俯仰匀速扫描的俯仰角速度设定为0.5˚/s。均匀地速扫描的目标可以为任意走向的条带，这里，我们采用非沿迹条带，见表2，地速设定为6 km/s。为保证卫星在成像过程中侧摆角尽可能小，编写程序对起始与结束时刻进行优化，表1与表2中的起始与结束时刻即为优化后的结果。图中φ、θ、ψ分别表示卫星的滚转角、俯仰角和偏航角，即为卫星绕卫星本体系中滚转轴、俯仰轴、偏航轴的机动角度，dφ、dθ、dψ则分别表示卫星的滚转角速度、俯仰角速度和偏航角速度。 图5~图7为仿真结果，其中的二维仿真图是将前文的成像姿态模型计算得到的姿态数据加载到所开发的二维/三维仿真软件中得到的结果，姿态角与姿态角速度变化曲线是根据成像过程中的姿态数据得到的，图中平行于纵轴的虚线对应于扫描条带的起始与结束时刻。 从图5可以看出滚动角与俯仰角在整个成像过程中保持不变，滚动与俯仰角速度均为0，而偏航角不断变化，这正是被动式扫描的特点。此外，俯仰角近似为0，这是因为我们以侧摆角最小对起始时刻 Table 1 Targets for passive scanning， and scanning at a constant pitching angular velocit 起始 起始 长度(km) 起始 结束 经度(˚) 纬度(˚) 时刻(s) 时刻(s) 被动式扫描目标条带 106.310 38.908 300.000 58224.000 - 俯仰匀速扫描目标条带 106.310 38.908 300.000 58234.000 - 表1. 被动式扫描与俯仰匀速扫描目标信息 Table 2 Target for scanning at a constant ground velocit 起始 起始 结束 结束 起始 结束 经度(˚) 纬度(˚) 经度(˚) 纬度(˚) 时刻(s) 时刻(s) 均匀地速扫描目标条带 104.174 37.916 105.015 37.907 58237.000 58251.000 表2. 均匀地速扫描目标信息 图5. 被动式扫描成像二维仿真图与姿态变化曲线图；(a) 二维仿真图；(b) 姿态角变化曲线；(c) 姿态角速度变化曲线 图6. 俯仰匀速动态扫描成像二维仿真图与姿态变化曲线图；(a) 二维仿真图；(b) 姿态角变化曲线；(c) 姿态角速度变化曲线 图7. 均匀地速动态扫描成像二维仿真图与姿态变化曲线图；(a) 二维仿真图；(b) 姿态角变化曲线；(c) 姿态角速度变化曲线 做了优化。从图6中可以看出在俯仰匀速成像过程中，滚动角保持不变，俯仰角呈线性变化，且俯仰角速度为设定的0.5˚/s，偏航角仍不断变化。俯仰匀速扫描与被动式扫描的目标为同一目标，但总成像时间却不一样，对比图5与图6，可以发现，俯仰匀速扫描的时间要少于被动式扫描的时间，这是因为我们在俯仰匀速扫描时给了正向的俯仰角速度，这样会加快对目标的扫描，这也说明了俯仰匀速扫描方式可以通过调节俯仰角速度的方向与大小来调整成像的时间。 从图7可看出，在均匀地速扫描过程中，三个姿态角一直在变化，由于偏航角的计算考虑了滚动角速度与俯仰角速度，相比于前两种成像方式，该模式下的偏航角数值较大。 从仿真结果可以看出，卫星以计算得到的姿态对条带进行扫描，扫描获得的条带与原条带完全重合，这说明了成像过程姿态规划算法的合理性。
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user: 5. 结论 本文建立了一种可适用于任意复杂姿态摄影条件下的姿态角与姿态角速度计算模型，对于偏航角的求解，引入了滚动与俯仰角速度的影响，对于角速度的求解，采用拉格朗日插值逼近后再对时间求导的方法，其精度可以通过控制插值阶数进行调节。针对敏捷卫星三种典型的成像方式—被动式扫描、俯仰匀速动态扫描与均匀地速动态扫描，将任意姿态摄影下的姿态计算模型具体化，分别给出了对应的成像过程中的姿态计算方法。本文建立的敏捷卫星成像姿态规划算法求解方便、精度较高，可以作为敏捷卫星成像姿态规划的参考。
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user: 摘 要 本文选取菏泽地面气象观测站1961~2014年高温资料，统计分析了高温天气分布和变化特征，采用月高温异常指数，对高温天气灾害危险程度进行评估排序与分级。结果表明：近54年，菏泽高温日数变化趋势不明显；年代际变化呈现出“多~少~多”的特征，极端高温与高温日数的年代际变化特征基本一致。高温日和高温天气过程均主要出现在6~7月，6月最多；2000年以来，6月、7月、9月高温日数均有增多趋势。从高温日数、持续时间和强度综合评估高温灾害危险程度，能客观地反映出高温灾害天气的分布特征，为今后高温灾害评估业务提供参考。 关键词 :高温日数，高温过程，统计特征，高温评估
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user: 1. 引言 在全球气候变暖的背景下，各种极端天气事件频发，气象灾害对人类生活的影响越来越大，其中高温常常与干旱相伴发生，往往导致更加严重的后果[ 1 ] ，对人类生存、社会经济发展、水资源和生态环境造成严重威胁 [ 2 ] 。高温对全球变暖的响应表现更为突出，已成为气候变化研究中的热点问题之一 [ 3 ] - [ 8 ] ，但关于高温灾害的风险评估直到最近才逐渐引起国内研究者的重视 [ 9 ] - [ 11 ] 。 菏泽地处黄河下游鲁西南平原地区，属温带季风型大陆性气候，是重要的粮棉油生产基地。受全球气候变暖的影响，近50年来菏泽气温呈极显著的升温趋势 [ 12 ] ，干旱、高温、暴雨洪涝等极端气候事件多发。孙翠凤等 [ 13 ] 研究分析了鲁西南降水量和雨日雨强变化趋势，对防汛抗旱工作有一定的参考意义，但菏泽高温日数和高温天气过程的详细统计以及高温灾害危险性的评估，还尚未见到相关报道。本文借鉴有关高温天气异常指数设置方法，结合山东省高温预警信号业务规范，对菏泽高温日和高温过程进行统计，分析变化特征，并对历年高温灾害危险性进行评估与分级，旨在为菏泽防灾减灾提供科学依据。
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user: 2. 资料与方法 2.1. 资料 选取菏泽市地面气象观测站1961~2014年逐日极端最高气温资料，统计了日极端最高气温≥35℃、≥37℃、≥40℃的日数和高温天气过程，对高温时间序列进行分析，对高温天气灾害危险性进行评估与分级。多年均值为54年平均值。 2.2. 高温日和高温过程的定义 定义日最高气温 ≥ 35℃为1个高温日。根据山东省气象局高温预警信号业务发布标准，参照文献 [ 11 ] ，将日极端高温分为三级：≥35℃为高温，≥37℃为危害性高温，≥40℃为强危害性高温。若连续3天出现≥35℃高温或者连续2天出现≥35℃高温且1天≥37℃，定义为一次一般性高温过程；若连续5天出现≥35℃高温或仅连续2天出现≥37℃高温，定义为一次中等高温过程；若连续8天出现≥35℃高温或连续3天出现≥37℃高温，定义为一次强高温过程。 2.3. 方法 对高温天气过程造成的灾害影响评价，本文着重考虑气象因素影响，挑选“n年一遇”时，以“平均5年一遇”为起点，最大长度为“55年一遇”，参照文献 [ 14 ] -[ 16 ] 从高温日数、持续时间和强度三个方面综合评估，挑选出高温天气“异常指数”排列在前11位的，第1位为“55年一遇”，第11位为“5年一遇”。 高温天气“异常指数”用f表示： (1) 计算出历年各月高温天气异常指数，以此对历年高温灾害评估排序与分级。(1)式中，f 1 为高温日数指数，f 2 为高温过程持续指数，f 3 为危害性高温强度指数，f 4 为强危害性高温强度指数。 2.3.1. 月高温日数指数 月高温日数指数计算公式为： (2) (3) n 1 为1961~2014年间各月高温日数，a为1961~2014年间月高温日数排序前11位的平均值，Z i 为排序前11位的月高温日数。 2.3.2. 高温过程持续指数 高温过程持续指数计算公式为： (4) (5) n 2 为1961~2014年间各月最长连续高温日数，b为1961~2014年间月最长连续高温日数排序前11位的平均值，Z i 为排序前11位的月最长连续高温日数。 2.3.3. 危害性高温强度指数 危害性高温强度指数计算公式为： (6) (7) n 3 为1961~2014年间各月危害性高温日数，c为1961~2014年间月危害性高温日数排序前11位的平均值，Z i 为排序前11位的月危害性高温日数。 2.3.4. 强危害性高温强度指数 强危害性高温强度指数计算公式为： (8) (9) n 4 为1961~2014年间各月强危害性高温日数，d为1961~2014年间月强危害性高温日数排序前11位的平均值，Z i 为排序前11位的月强危害性高温日数。
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user: 4. 结论 1) 近54年，菏泽极端高温随时间变化趋势不明显。年代际变化呈现出“高~低~高”的特征，1961~1968年、2000年代初期至2014年极端高温波动变化较大且相对偏高，1960年代末期至1990年代末期极端高温波动变化较小且相对偏低。 图3. 1961~2014年菏泽高温日数(a)和极端高温(b)M-K曲线 Table 3 The sorting of high temperature evaluation in Heze from 1961 to 201 月份 高温日数/天 最长持续日数/天 ≥37.0℃ 日数/天 ≥40.0℃ 日数/天 f1 f2 f3 f4 f 排序 2005年6月 16 6 6 2 1.27 0.90 1.18 1.83 5.18 1 1966年7月 11 7 5 2 0.87 1.05 0.98 1.83 4.74 2 1967年6月 14 5 4 2 1.11 0.75 0.79 1.83 4.48 3 1966年6月 9 5 6 1 0.71 0.75 1.18 0.92 3.56 4 1968年6月 12 4 10 0 0.95 0.60 1.96 0.00 3.52 5 2009年6月 13 5 4 1 1.03 0.75 0.79 0.92 3.48 6 2012年6月 9 5 4 1 0.71 0.75 0.79 0.92 3.17 7 2013年8月 12 8 4 0 0.95 1.20 0.79 0.00 2.94 8 2006年6月 9 3 4 1 0.71 0.45 0.79 0.92 2.87 9 2002年7月 9 4 3 1 0.71 0.60 0.59 0.92 2.82 10 1961年7月 13 6 4 0 1.03 0.90 0.79 0.00 2.72 11 表3. 菏泽月高温评估排序 2) 菏泽高温日数为678天，危害性高温日数为149天，强危害性高温日数为12天。高温日数随时间变化趋势不明显；年代际变化与极端高温的年代际变化特征基本一致。 3) 菏泽高温日和高温天气过程均主要出现在6~7月，6月最多，其次是7月。9月高温日最少且未出现高温天气过程。2000年以来，6月、7月、9月高温日数均有增多趋势。 4) 根据月高温异常指数，对菏泽历年高温灾害进行评估排序与分级，从高温日数、持续时间和强度综合评估高温灾害危险程度，能够客观地反映出菏泽历年高温灾害天气的时间分布特征，在高温灾害评估业务中有较好的参考价值。
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user: 摘 要 地电场观测是地震前兆预报中最重要的观测方法之一，而实际前兆数据监测中，地电阻率供电对地电场数据造成了极大干扰，且使数据失去了原有价值。本文利用小波能够同时在时间域和频率域分辨率分析的特点，从小波变换的基本原理出发，结合Matlab仿真软件和小波工具箱，对受到地电阻率供电干扰的地电场数据进行处理。处理结果表明，采用此方法可以很好地消除地电场观测数据中地电阻率供电产生的干扰，还原信号的原始发展状态，为宝鸡台地电前兆观测提供了更加可靠的数据资料。 关键词 :地电场，小波分析，Matlab仿真软件，供电干扰
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user: 1. 引言 地电场观测是地震前兆观测中的重要方法之一，人们很早就对地电场进行了研究，并研制出了许多数字化仪器，为前兆观测数据提供了良好的保证，观测实践表明，地电场观测区域电磁环境的改变会对数据观测造成很大的影响，而随着现代化城市的发展与建设，越来越多的环境改变正在逐渐扩大这种干扰。 地震观测信号是了解地球内部结构最重要的手段之一，但是地震台接收到的地震波资料中，由于受到观测环境、测量误差、以及地面微震动等因素影响，不可避免地含有一些干扰噪声，因此降噪成为地震资料处理中的重要环节[ 1 ] 。 目前，我国大部分台站的地电阻率和地电场同台观测，而地电阻率供电时产生的人工电场会对地电场观测产生很大影响。宝鸡磻溪地电是地电场和地电阻率同场观测台站，宝鸡台地电磻溪测区自2014年线路深埋改造，改造完成后的观测数据受到的主要干扰为地电阻率供电干扰，每天人为去除这种供电干扰对数据的完整率及连续率造成很大影响，本文从小波变换角度出发，用小波方法对受到地电阻率供电干扰的地电场数据进行分析研究，成功剔除了高频干扰信号，还原真实信号，在保证观测数据质量的同时也提高了数据的完整率及连续率，也为数字化大地电场观测资料的分析处理提供一种新的有效方法。
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user: 2. 地电场信号及地电阻率供电干扰机制分析 2.1. 宝鸡台地电场观测系统 宝鸡台地电场台址位于宝鸡市陈仓区磻溪镇，地处渭河东西向断裂带与固关–县功北西向断裂带的交汇区。地电场观测采用双“L”型布极方式，组成南北长、东西长、北西长、南北短、东西短、北西短共6个测道。南北向和东西向长极距均为400 m，短极距为200 m。观测仪器采用的是中国地震局分析预报中心研制的ZD9A-Ⅱ大地电场仪，每分钟观测一组数据(6个测道数据)。该仪器的主要技术性能为：1) 测量准确度优于±(0.1%读数 + 0.02%满刻度)；2) 测量分辨能力优于10 μV；3) 频带范围DC ~ 0.1 Hz；4) 动态范围大，不小于100 dB；5) 稳定性高，可靠性好，抗干扰能力强[ 2 ] 。 2.2. 地电阻率供电干扰信号分析 宝鸡磻溪地电是地电场和地电阻率同场观测台站，地电组率观测时会向大地供电，产生的人工电场叠加在大地电场上会使地电场观测结果受到很大影响。本台地电阻率使用的仪器是“ZD8B地电仪”，采用直流等周期双向供电，一个方向上每小时观测1次，每次供电时间为3~5 s，供电次数5次以上，1天供电24组，供电时序如图1所示 [ 3 ] 。 2.3. 地电场观测信号分析 本文分别选取了同一个方向上，无地电阻率供电干扰和有地电阻率供电干扰的部分地电场数据，对它们各自的原始数据曲线和频率特性图进行了对比，结果分别如下面两幅图所示。 图2为未受到地电阻率供电干扰时宝鸡台地电场的观测数据及其地电场频率特性，由图可看出地电场信号变化总体较为平稳，采用快速傅里叶变换方法对未受电阻率供电干扰的地电场信号进行频谱特性分析后显示频率主要集中在低频部分。 图3为受到地电阻率供电干扰时宝鸡台地电场的观测数据及其地电场频率特性，图中可明显看到由于地电阻率供电干扰，地电场数据已经看不出其原始形态。对比两图的频率特性发现地电场的正常信号和地电阻率供电干扰造成的信号在频率上有部分重叠，给抑制和处理地电场观测信号中的地电阻率供电干扰造成了相当大的难度。所以，研究如何利用小波方法去除供电干扰对我们的地电场数据预处理工作有非常大的帮助，能够有效还原真实数据，为地震的预报分析提供可靠的资料。
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user: 3. 小波变换 3.1. 小波变换理论 小波变换是一种信号的时间–尺度(时间–频率)分析方法，是继傅立叶分析之后的一个突破性进展，它具有多分辨分析的特点，而且在时频两域都具有表征信号局部特性的能力，能在小波域很好地实现信噪分离，它给许多相关领域提供了一种强有力的分析工具。小波变换由于具有优异的时–频域分析性质，受到了很多地学工作者的青睐，被广泛应用在地球物理和大地测量学的很多领域 [ 4 ] 。 图1. ZD8B测量时序图 图2. 未受电阻率供电干扰的地电场观测数据及其频率特性 图3. 受地电阻率供电干扰的地电场观测数据及其频率特性 设 是平方可积函数，即 ， 的连续小波变换(有时也称为积分小波变换)定义为： ， 其中 为尺度因子， 为平移因子。 当小波 满足 时，连续小波的逆变换形式为： 这时可以根据信号的小波系数精确恢复原信号。 小波变换的主要特点：① 时频局部化特性，能够同时给出信号的时域和频域的信息；② 多分辨率特性，可以在不同尺度上描述信号的局部特性，如边缘、尖峰、断点等；③ 解相关特性，小波变换可以对信号解相关，使信号的能量集中于几个小波系数上，而噪声能量可能分布于大部分小波系数上；④ 选基灵活性，可以针对不同的应用对象选用不同的小波函数 [ 5 ] 。 3.2. 小波基的选择和尺度参数的确定 小波变换不同于傅立叶变换，因为小波分析中所用的小波函数具有多样性，用不同的小波基分析同一个问题会产生不同的结果，所以小波变换在工作应用中的一个十分重要的问题就是最优小波基的选取 [ 6 ] 。 本文将运用Daubenchies小波对地震波资料进行分析。Daubechies函数是由著名的小波分析学者Inrid Daubechies对尺度取2的整数幂构造的小波函数。一般简写为dbN，N代表小波的阶数。随着N的增大，小波尺度函数和小波函数的光滑性也越来越好，但紧支撑集中非零项的个数也会相应增加，这将给信号重构带来一定的不稳定性 [ 7 ] [ 8 ] 。 小波分解层数的确定：在确定小波基后，对地震波资料进行多尺度降噪分析，选择降噪效果显著且信号不失真的层数作为小波分解层数。
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user: 4. 小波方法去除地电阻率供电干扰 由于噪声的污染，从原始信号中无法观察信号的发展趋势。通过进行多尺度的小波分解，在小波分解的低频系数重构中可以明显地看到原始信号的发展趋势。这是因为信号的发展趋势往往是信号的低频成分，在小波变换中对应着最大尺度小波变换的低频系数。此外还可以在低频中理解它，在进行低频成分的尺度分解时，随着分解层数的增加，它所含的高频成分会随之减少，因此随着尺度的增加，更多高频的信号被滤掉，可以看到信号的发展趋势 [ 9 ] 。 本文选取了16天含有地电阻率供电干扰的地电场数据，选择“db4”小波基，对其进行了8层小波分解。图4给出其低频信号重构信息，反映出数据的整体变化趋势。 本文选取的地电阻率供电干扰数据为分钟值数据，根据原始数据图可看出其干扰周期约为1小时，当分解到第六层时，其周期内的供电干扰均可去除。同时，根据图4重构后的数据显示，随着分解尺度的增加，每层干扰情况逐渐减少，第六层、第七层、第八层数据形态接近，曲线光滑，证明分解到第六层已经可以达到较好的趋势效果。 图5为小波变换分解出的高频细节部分，其中，第一、二层是频率的最高信息，为主要的地电阻率供电干扰信息，分解到第七、八层时的高频信号相较第六层数据变化范围总体变小，但在曲线末端均出 图4. 低频重构部分(趋势变化) 图5. 高频重构部分(细节部分) 现了一个较大的变化量，这与图4趋势变化曲线的走势吻合。原因是由于第一层至第六层代表1小时以内干扰信号的变化规律，即供电阻率干扰信号，而第七、八层代表超过1小时以上的干扰信号趋势变化量，它不是供电干扰信号，反应的是数据的真实特性，所以我们对原始数据进行6层小波分解时就足可去除其1小时以内数据变化规律的干扰信号。可见小波方法不仅能对电场资料的高频与低频信息进行识别，还可以在去除干扰的条件下能保留其内在变化规律。 最后，本文提取了经过6层小波分解后的低频信号进行重构，得到的曲线光滑，形态走势明显，我们认为这就是去除了地电阻率供电干扰后接近原始信号的数据，对其进行频谱分析，结果如图6所示。 图6. 重构地电场数据特性。(a) 原始数据和重构数据对比图；(b) 重构数据及其频谱特性图 图6中，(a)为原始数据和重构数据对比图，(b)为重构数据和其频率特性图，重构后的信号频谱结果显示大部分高频信号已经被成功剔除，信号主要集中在低频部分，为接近原始信号的真实数据。
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user: 5. 结论与分析 Matlab语言为工程技术人员提供了强大的数值计算和显示平台，本文应用Matlab语言和小波变换方法对观测资料进行了近似部分(低频)与细节部分(高频)信息分离，近似部分表明分解到第六层已经可以达到较好的趋势效果，高频细节部分表明干扰信号主要存在前六层，第七、八层是非干扰信号，反应的是地电场信号的真实特性，最终第六层重构数据结果显示成功去除了地电阻率供电干扰信号，恢复了电场观测数据波形。
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user: 摘 要 本文基于Landsat TM/ETM+影像提取了1990~2010这20年间楚雄州林地、灌草地面积的变化，结果表明，楚雄州在1990~2010年这20年，林地、灌草地面积变化明显，整个地区的林地面积从59.56%下降到34.11%，下降值为25.45%，林地面积下降最快时间段是1990~2000年，总体呈下降趋势；灌草地面积从32.63%上升到60.37%，上升值为27.74%，总体呈增长趋势。 关键词 :Landsat卫星影像，林地，灌草地，楚雄州
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user: 1. 引言 植被调查是遥感的重要应用领域，以确定植被的分布、类型、长势为主。应用遥感技术可以及时、快速、准确地提取地物信息，为森林资源动态变化监测提供技术支持。国内外已经有大量的利用遥感技术进行森林资源动态监测的研究。 美国南达科他州Black Hills国家森林公园2000年森林火灾后植被恢复过程研究的结果表明，采用叶面积指数(LAI)或或其它能够对冠层光合能力的植被指数，能够进行表征植被恢复状况，且该地区植被冠层光合能力在3年内(2001~2003年)基本恢复[ 1 ] 。余莉等利用Landsat TM/ETM+影像做的森林资源时空动态变化分析研究，采用1990年和2006年两期TM/ETM+影像为主要数据源，结合拥有的森林资源调查数据，分析了陕北黄土高原大岭林场森林资源时空动态变化情况[ 2 ] 。张京红等人利用1997年11幅TM影像为遥感信息源，以陕北地区榆林、延安、铜川为试验区，采用ERDAS Imagine提供的计算机监督分类方法对该地区的植被类型、植被覆盖度、土地利用以及坡耕地进行了大规模的遥感调查并将调查成果按1:10万比例尺制图[ 3 ] 。郭志华等利用Landsat TM影像对鄱阳湖所做的湿地动态变化研究，该研究利用分层分类法，通过对鄱阳湖典型湿地长序列秋季Landsat TM影像进行解译分析，探讨了1991年~2008年间鄱阳湖典型湿地动态变化特征[ 4 ] 。赵强等人用潮白河流域的Landsat TM数据研究该区域植被覆盖变化，使用经严格配准的同一时间(1991年和2002年) Landsat TM图像数据提取了北京潮白河流域中上游地区从1991~2002年的植被覆盖变化信息[ 5 ] 。梁保平等利用桂林市1991、2006年两期TM 卫星影像数据，在对原始数据预处理的基础上，提取NDVI。依据混合像元二分模型，生成桂林市所辖5城区的两期植被覆盖度监测分类图像，对区域植被覆盖状况进行时空动态变化分析[ 5 ] 。以上研究采用了主流的技术方法和影像数据，为遥感植被调查提供了技术参考和研究范例。 本文的目的主要是通过Erdas Imagine软件对楚雄州遥感影像进行处理，获取1990年、2000年、2005年、2010年四个时段的楚雄州林地、灌草地的面积。对楚雄州森林、灌草地资源等的空间分布及面积大小的一个探查，有助于对楚雄州森林覆被现状进行深入了解。在对其历年遥感图像的处理及分类之后，可以得出该年其森林覆被数据；累计各年数据，利用相关数据统计分析方法，得出楚雄州绿地动态变化情况。该结果的得出，有利于了解楚雄州绿地的一个发展变化情况，对于楚雄州经济社会的发展及其对环境的要求，政府根据该情况可能做出相应的规划或者改善措施，以保护生态环境，建设健康、和谐、生态的人居环境。
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user: 2. 研究区基本概况 2.1. 研究区基本概况 楚雄州境气候宜人，由于山高谷深，气候垂直变化明显。全州总的气候特征是冬夏季短、春秋季长；日温差大、年温差小；冬无严寒、夏无酷暑；干湿分明、雨热同季；日照充足，霜期较短；降水偏少，春夏旱重。同时因各地地形和海拔的差异，形成气象要素时空分布复杂、立体气候和小气候特征明显的特点。元谋坝子和金沙江河谷地区全年无霜，其他大部分地区无霜期为221天~275天。全州降水量偏少，年均降水量800~1000毫米，且主要集中在7月至10月[ 6 ] 。 楚雄属亚热带季风气候区，冬干夏湿，温度平稳，雨季集中，光照充足，干湿季分明：湿季(5~10月)，干季(11~4月)。年内降雨量较为集中，5月下旬至10月下旬的降雨量占全年降雨量的90%左右[ 6 ] 。 2.2. 自然资源 全州有林地面积1731.3万亩，森林面积1633.6万亩，森林综合覆盖率60.69%，森林覆盖率达39.5%。据普查，在楚雄这块4404平方公里的土地上，生长着云南松、华山松、油杉、栓皮乐、麻栗、清香、红椿、红椎、香樟等40多种珍贵木本植物和旱茅、茜草、古野、龙须、蕨类等20多种草本植物及641种中药材[ 6 ] 。
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user: 3. 基于Landsat卫星影像的楚雄州林地、灌草地提取 3.1. 研究内容与技术路线 3.1.1. 研究内容 本文的研究内容主要是楚雄彝族自治州境内的林地、灌草地面积的动态变化，根据获得的Landsat遥感卫星原始数据，利用Erdas Imagine软件对其进行处理，参考《全国遥感监测土地利用/覆盖分类体系》中的林地、灌丛、草地分类体系，制定楚雄州TM影像分类体系，最终得出不同年段的楚雄彝族自治州境内的林地、灌草地的面积，再对其进行分析，得出研究结论。 3.1.2. 技术路线 大致的操作流程就是输入TM影像源数据，对其进行波段合成，再进行拼接，裁剪后进行几何精校正，根据影像质量对其进行图像增强处理，完成之后选取训练区，建立分类模板，进行监督分类，通过分类后的各类数据的像元数量，计算出分类面积(见图1)。 图1. 技术路线图 3.2. Landsat卫星影像数据的预处理 3.2.1. Landsat卫星影像数据的获取 本论文采用的2005年和2010年Landsat TM卫星影像来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云(http://www.gscloud.cn)，TM行列号为(130， 42)和(130， 43)。筛选条件为云量不得高于10% (同时应注意云的分布，尽量选择研究区内云量少的影像)以及尽量下载扫描时间在冬季的影像。这是因为楚雄州冬季处于干季，此时该地区降水量普遍偏少，选择该时期的Landsat卫星影像图作为研究底图，可以有效避免云、雾等气候现象对遥感影像图质量的影响，以减少在其后续操作中产生的误差。另外的1990年和2000年数据为购买的已几何精校正过的影像。 3.2.2. Landsat卫星影像数据预处理 预处理主要包括组合多波段数据、拼接、裁剪、几何校正等。其中2005年和2010年的遥感影像都以校正好的1990年的影像图为参照进行校正，选取的控制点的数量在15个左右。 3.3. 分类体系的确定及分类方法 3.3.1. 分类体系 《全国遥感监测土地利用/覆盖分类体系》将地表覆被分为六大类，分别是：耕地，林地，草地，水域，城乡、工矿、居民用地，未利用土地[ 7 ] 。 结合上述标准，综合研究区地表覆被实际情况，决定将研究区分类为7大类，11小类，如表1所示。其中将林地又分为针叶林、阔叶林和针阔混交林三类，而草地和灌丛则归并为灌草地。 3.3.2. 分类方法及步骤 分类方法采用监督分类中常用的最大似然法分类，监督分类一般包括类别定义/特征判别、样本选择、分类器选择、影像分类、分类后处理、结果验证6个步骤。确定分类方法为监督分类之后，就要进行训练区的选取，以创建分类模板。训练样本在研究区域内的分布的疏密应尽可能和实际的地物分布相一致。也就是说，判读类型分布范围广而密集的地方，训练样本的选择要相应多且密。相反则可疏、少一些。但要避免集中在局部位置上[ 5 ] 。在分类之前，要多模板进行精度评估，符合精度要求之后便可进行监督分类，本次操作过程中所建立的模板精度都在90%以上(表2)。 Table 1 The land use/land cover classification system in Chuxiong prefectur 序号 大类 小类 序号 大类 小类 1 林地 针叶林 4 水域 水域 阔叶林 5 耕地 水田 针阔混交林 旱地 2 灌草地 草地 6 城镇用地 城镇用地 灌丛 7 云 云 3 阴影 阴影 表1. 楚雄州土地利用/覆盖分类体系 Table 2 The accuracy of classification templat 类别 1990 2000 2005 2010 分类模版精度 92% 96% 90% 98% 表2. 分类模版精度 监督分类后结果会出现一些小图斑，无论从专题制图角度还是实际应用的角度，都有必要对这些小图斑进行剔除，所以最后要进行分类后处理。操作时进行了聚类统计与去除分析的操作，去除了一些较小的图斑。 先依照分类体系中的小类计算出分类模版，分类之后，再按照大类进行重分类归并，最后只在成果图中显示所要的地类，其余地类用相同颜色显示，最终得出楚雄州林地、灌草地分类图及面积。其中，1990年影像图中有云，影响分类，此处的处理方法是先把云分类为一类，单独划分出来，待所有分类都完成之后，在利用目视的方法，观察云层所处区域地类情况，估算被云层覆盖区域各种地类所占百分比，再据此将云层面积归并到其他地类中。阴影的处理方法以此类推，只不过因为阴影是遥感影像图中不可避免会产生的一种现象，对于该问题的处理，暂时的方法就是目视估算及分析其在各地类的百分比，然后逐一对其进行归并。当其百分比确定之后，每幅影像中的阴影都按固定的百分比进行估算(1990年云层及部分云层阴影，需另行估算百分比)。分类精度见表3。 按照云及阴影面积的百分比估算后的林地、灌草地计算公式分别是： 1990年林地 = 林地 + 0.6*云 + 0.6*阴影 1990年灌草地 = 灌丛 + 草地 + 0.4*云 + 0.4*阴影 2000年林地 = 林地 + 0.7*阴影 2000年灌草地 = 灌丛 + 草地 + 0.3*阴影 2005年林地 = 林地 + 0.7*阴影 2005年灌草地 = 灌丛 + 草地 + 0.3*阴影 2010年林地 = 林地 + 0.7*阴影 2010年灌草地 = 灌丛 + 草地 + 0.3*阴影 分类后精度对比，将可查到的2010年数据与分类后的数据进行对比，结果见表4。