Экспериментальные исследования собственного излучения пространственных структур облачности в диапазоне 8-13 мкм для их объективного распознавания
Диссертация
Кроме задач геофизического характера, исследование пространственной и спектральной структуры полей яркости облаков имеет большое значение для решения ряда задач прикладного характера, таких, как видимость сквозь облака с летательных аппаратов, задач определения условий наблюдаемости объектов на фоне переменной облачности, слежения, навигации и многих других. В этом случае спектральная… Читать ещё >
Содержание
- 1. Обзор научных результатов по исследованию пространственно-временных структур облачности в ИК-диапазоне спектра
- 2. Методы и средства проведения измерений пространственно-временных структур собственного излучения облачных полей
- 2. 1. Средства измерения пространственно-временных структур полей излучения (отражения) природных сред
- 2. 1. 1. Многоканальный радиометр для исследования радиационной структуры полей природных образований
- 2. 1. 2. Малогабаритный низкотемпературный радиометр на область. спектра 8−13 мкм
- 2. 1. 3. Сканирующий радиометр высокого пространственного разрешения на область 1,4−13 мкм
- 2. 2. Автоматизированная система для параметризации и распознавания форм и балла облачности (АСПРФО)
- 2. 3. Методика измерений
- 2. 4. Методика обработки
- 2. 5. Выводы по второй главе
- 2. 1. Средства измерения пространственно-временных структур полей излучения (отражения) природных сред
- 3. Классификатор различных форм облачности на основе векторов прнзнаков.65 3.1 Исследования пространственно-временных структур собственного излучения облачных полей в диапазоне 8−13 мкм
- 3. 1. 1. Радиационная модель неба при кучевой (Си) облачности
- 3. 1. 2. Радиационная модель неба при слоисто-кучевых (8с) облаках
- 3. 1. 3. Радиационная модель неба при высококучевой (Ас) облачности
- 3. 1. 4. Радиационные характеристики слоистых (81:), высоко-слоистых (Аб) и перисто-слоистых (Сб) облаков в диапазоне от 8 до 13 мкм
- 3. 1. 5. Пространственно-временная структура высокослоистой Аб облачности.72 3.1.5. Пространственно-временная структура слоистой облачности .74 У
- 3. 1. 7. Характерные пространственные структуры полей собственного излучения облачности
- 3. 1. 8. Угловое (по зенитному углу) распределение флуктуаций собственного излучения мощно-кучевых облаков, полученном по трехмерным изображениям
- 3. 2. Вектор признаков и метод классификации облачности
- 3. 2. 1. Коэффициент покрытия (балл облачности)
- 3. 2. 2. Индекс многоярусности
- 3. 2. 3. Признаки связности
- 3. 2. 4. Спектральные признаки
- 3. 3. Методология классификации и результаты
- 3. 4. Выводы по третьей главе
- 4. Методы исследований направления и скорости движения облачности по ее пространственно-временной структуре собственного излучения в диапазоне 813 мкм
- 4. 1. Существующие методы и средства измерений направления и скорости движения облачности
- 4. 2. Метод определения направления и скорости движения облачности на основе попарного анализа соседних, по времени, кадров
- 4. 3. Выводы по четвертой главе
Список литературы
- Авасте О.А., Дмитриева-Арраго Л.Р. Приближенная оценка аэрозольного поглощения солнечной радиации в атмосфере. Труды ГГО 1973, 315, с. 8085.
- Авасте О.А., Вийк Т. Ф., Дмитриева-Арраго Л.Р. О поглощении солнечной, рассеянной и отраженной радиации в видимой области спектра. Изв. АН СССР Физика атмосферы и океана, 1978, 14, № 9, с. 932−938.
- Арефьев В.Н., Каменоградский Н. Е. и др. Исследования интегрального содержания водяного пара в атмосфере. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 1995, т. 31, № 5, с. 660 — 666.
- Малкевич М.С. Пространственная структура поля излучения как источник метеорологической информации / М. С. Малкевич, А. С. Монин, Г. В. Розенберг // Изв. АН СССР, сер. Геофизика. 1964, № 3. — С. 394 — 407.
- Зуев В. Е., Кабанов М М. В. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере (в условиях помех). М.: Сов. Радио, 1977. — 368 с.
- Арефьев В.Н. Молекулярное поглощение излучения в окне относительной прозрачности атмосферы 8−13 мкм // Изв. АН СССР. Сер. ФАО. 1991. Т. 27, № 11. С. 1187- 1225.
- Радиация в облачной атмосфере / Под ред. Е. М. Фейгельсон. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. — 280 с.
- Стохастическая структура полей облачности и радиации / Под ред. Ю.-А. Р. Мулламаа. Тарту: ИФА АН ЭССР, 1972. — 281с.
- Якушенков Ю. Г., Луканцев В. Н., Колосов М. П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах. М.: Радио и связь, 1981. — 180 с.
- Garand L., Automated Recognition of Oceanic Cloud Patterns. Part 1: i Methodology and Application to Cloud Climatology J. Climate, 1, 20−39
- Goroch A. K., and Welch R. M., 1989: Cloud classification of DMSP visible and IR imagery using physical and textural measures. Proc. Cloud Impacts on DOD
- Operations and Systems, Monterey, California, Science and Technology Corporation, 57−63.
- Bankert R. L. Cloud Classification of AVHRR Imagery in Maritime Regions f/' Using a Probabilistic Neural Network, 1993. Journal of applied meteorology.
- Кондратьев К. Я., Тимофеев Ю. M. Термическое зондирование атмосферы со спутников. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. — 408 с.
- Горелик А. Г. Калачинский С. Ф. Измерение излучения атмосферы в полосе 8−13 мкм // Труды ЦАО, 1972. Вып. 103. с. 82−93.
- Руднева Л. Б. Определение характеристик облачности по результатам измерений собственного излучения облаков в окне прозрачности 8−12 мкм. Труды ГГО, 1976. Вып. 363. с. 44 50.
- Ащеулов С. В., Кондратьев К. Я., Стыро Д. В. Исследование эмиссионных спектров противоизлучения атмосферы. Труды VI Межведомственного совещания по актинометрии и оптике атмосферы. Таллин: Валгус., 1968. с. 22
- Городецкий А. К., Орлов А. П. и др. Излучательная способность облаков. Изв. АН СССР. Сер. Физика атмосферы и океана, 1977. Т. 13, № 4. с. 424 -428.
- Городецкий А. К., Орлов А. П. Радиационные характеристики облаков. Физические аспекты дистанционного зондирования системы океан -атмосфера. М.: Наука, 1981. с. 178−192
- Городецкий А. К., Филиппов Г. Ф. Наземные измерения излучения атмосферы и подстилающей поверхности в области спектра 8−12 мкм. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1968. Т. 4, № 2 с. 228 232.
- Глазов Г. Н., Титов Г. А. Статистические характеристики коэффициента ослабления в разорванной облачности. I. Модель с шарами одинакового радиуса // Вопросы лазерного зондирования атмосферы. Новосибирск, 1976. с. 126−139
- Мулламаа Ю.-А. Р., Чугунов А. В. О возможности радиометрических наблюдений. В кн.: Изменчивость облачности и полей радиации. Тарту, АН ЭССР, Институт астрофизики и физии атмосферы, 1978. с. 88 — 93.
- Алленов М. И., Булгаков В. Г., Иванова Н. П., Третьяков Н. Д. Угловые зависимости статистических характеристик излучения кучевых и высококучевых облаков // Труды ИЭМ, 1986. Вып. 17(116). С. 34 37.
- Алленов М. И., Чубаков Л. Г. О пространственной структуре флуктуаций * излучения облачных полей в диапазоне 1,4 12,5 мкм. Труды ИЭМ, 1995. Вып. 25(160) с. 3- 11.
- Алленов А. М., Богданович С. А., Соловьев В. А., Якименко И. В. Структура излучения оптических фонов в диапазоне 0, 4 15 мкм (обзор). Труды ИЭМ, 1997. Вып. 28(163). С. 3−41.
- Алленов А. М., Богданович С. А., Соловьев В. А. и др. Исследования излучения оптических помех в диапазоне 3−5и8−13 мкм. Труды ИЭМ, 1996. Вып. 26(161). С. 31−49.
- Алленов А. М., Соловьев В. А. Корреляционные (пространственные) связи между флуктуациями яркости, создаваемыми облачными неоднородностями в диапазоне 8−13 мкм. Труды ИЭМ, 1995. Вып. 25(160). С. 3 11.
- Алленов М. И. Методы и аппаратура спектрорадиометрии природных сред. М.: Гидрометеоиздат, 1992. с. 262.
- Алленов М. И. Структура оптического излучения природных объектов. М.: Гидрометеоиздат, 1988. с. 164.
- Чугунов А. В. Изменчивость яркости небосвода в тепловой спектра. Дис.. ^ канд. физ.-мат. Наук. М.: Институт физики атмосферы АН СССР, 1982. с. 192.
- Чугунов А. В., Шуба Ю. А. Определение некоторых параметров облачности для их классификации// Изменчивость облачности и полей радиации, Тарту, 1978. с. 81−87.
- Алленов М. И., Шуба Ю. А. Исследование структуры излучения облаков в диапазоне 8−13 мкм с помощью быстродействующего радиометра. Изв. АН V СССР. Сер ФАО, 1971. Т. 7, № 9. с.956 962.
- Алленов М. И., Чубаков JI. Г. О пространственной структуре флуктуаций излучения облачных полей в диапазоне 1,4 12,5 мкм// Радиационные процессы в атмосфере и на земной поверхности. JI., 1974. с. 90−93.
- Itakura Y., Tsutsumi S., Takagi Т. Statistical properties of the background noise for atmospheric windows in the intermediate infrared region // Infrared Physics, 1974. Vol. 14 p. 17−29.
- Алленов A. M., Буханцов H. И., Герасимов В. В., Третьяков Н. Д. Сканирующий комплекс для измерения пространственной структуры излучения атмосферы в области 3−13 мкм. Труды ИЭМ, 1990. Вып. 11(132). С. 54−61.
- Алленов А. М., Буханцов Н. И., Третьяков Н. Д. О погрешностях измерений низкотемпературных излучений в области спектра 8 13 мкм нетермостабилизированными оптическими приборами. Труды ИЭМ, 1986. Вып. 40(123). С. 88−92.
- Соловьев В. А., Алленов А. М., Якименко И. В. Комплекс для исследования помех, обусловленных оптическими неоднородностями природных сред. Пятое совещание по распространению лазерного излучения в дисперсной среде. Тез. докл. Обнинск, 1992. с. 82.
- Алленов А. М., Алленов М. И., Иванов В. Н., Соловьев В. А. Стохастическая структура излучения облачности. С.-П. Гидрометеоиздат, 2000. с. 129 163.
- Ebert Е. A Pattern Recognition Technique for Distinguishing Surface and Cloud Types in the Polar Regions, 1987. Journal of applied meteorology.
- Shenk, W. E., R. J. Holub, and R. A. Neff, 1976: A multispectral cloud type identification method developed for tropical ocean areas with Nimbus-3 NRIR measurements. Mon. Wea. Rev., 104, 284 291/
- Knottenberg, H., and E. Rashke, 1982: On the discrimination of water and ice clouds in multispectral AVHRR data. Ann. Meteor., 18. 145 147.
- Allen, R. C., Jr., P. A. Durkee, and С. H. Wash, 1990: Snow/cloud discrimination with multispectral satellite measurements. J. Appl. Meteor., 29, 994 1004.
- Harris, R. M., and E. C. Barrett, 1978: Toward an objective nephanalysis. J. Appl. Meteor., 17, 1258−1266.
- Welch, R. M., S. K. Sengupta, and D. W. Chen, 1988: Cloud field classification based upon high spatial resolution textural features. Part I: Gray-level cooccurence matrix approach. J. Geophys. Res, 93, 12 663 12 681.
- Chen, D. W., S. K. Sengupta, and R. M. Welch, 1989: Cloud field classification based upon high spatial resolution textural features. Part II: Gray-level cooccurence matrix approach. J. Geophys. Res, 94, 14 749 14 765.
- Desbois, M., G. Seze, and G. Szejwach, 1982: Automatic classification of clouds on Meteosat imagery: Application to high-level clouds. J. Appl. Meteor., 21, 401 -412.
- Porcu, F., and V. Levizzani, 1992: Cloud classification using Meteosat VIS-IR imagery. Int. J. Remote Sens., 13, 893−909.
- Key, J., 1990: Cloud cover analysis with arctic AVHRR data, Part II: Classification with spectral and textural measures. J. Geophys. Res., 95, 7661 -7675.
- АлленовМ.И., Мамонов В. К., Матвеев О. М., Печорин В. Т., Третьяков Н. Д. Многоканальный радиометр для исследования радиационной структуры полей природных образований // Труды ИЭМ. М.: Гидрометеоиздат, 1976. -Вып. 4(61).-С. 3−10.
- АлленовМ.И., БулгаковВ.Г., СмирноваЕ.П. Низкотемпературный радиометр на область спектра 8−13 мкм // Тезисы докладов XI Всесоюзного совещания по актинометрии. Ч. II. Приборы и методы наблюдений. -Таллинн, 1980.-С. 168−176.
- АлленовМ.И., БулгаковВ.Г., ТретьяковН.Д. Низкотемпературный радиометр // Труды ИЭМ. М.: Гидрометеоиздат, 1982. — Вып. 6(107). — С. 10−12.
- Козырев Б.П. Многокамерное черное тело / Б. П. Козырев, А. А. Бузников // Известия ЛЭТИ им. Ульянова (Ленина), 1966. Вып. 55. с. 87−94.
- Третьяков Н.Д. Фазочувствительный демодулятор с импульсными выборками для фотоприемника // ПТЭ. 1983. — № 4. — С. 146.
- Устройство распознавания форм облачности: Патент на изобретение № 2 331 853 Россия, GO 1J 3/06 / М. И. Алленов, В. Н. Иванов, Н. Д. Третьяков. -Опубл. 20.08.2008, бюлл. № 23.
- Холопов Г. К. Расчет коэффициентов излучения макетов АЧТ / Г. К. Холопов, B.C. Струков // Оптико-механическая промышленность. 1963. № 7
- Тимановская Р.Г. Описание состояния облачного неба по данным регистрации потоков излучения / Р. Г. Тимановская, Л. Б. Руднева // Труды ГГО, 1976. Вып. 375. с. 79−89.
- Мулламаа Ю.-А.Р. О возможности определения структурных неоднородностей в облаке по данным радиометрических наблюдений / Ю.-А. Р. Мулламаа, A.B. Чугунов // В сб. «Изменчивость облачности и полей радиации"/, Тарту, 1978. с. 88−93.
- Рийвес Л. Изменчивость облачности и полей радиации / Л. Рийвес // Тарту, Институт астрофизики и физики атмосферы АН ЭССР, ФАО, 1968. Т.4, № 7. -С. 717−727.
- Облачность и радиация / Под. Ред. Л. Рийвес // Тарту, Институт астрофизики и физики атмосферы АН ЭССР, 1975. 263 с.
- Бендат Дж. Измерение и анализ случайных процессов / Дж. Бендат, А. Пирсол // М.: Мир, 1971.-408 с.
- Алленов М.И., Артюхов A.B., Третьяков Д. Н., Третьяков Н. Д. Исследование противоизлучения облачного неба в дневное и ночное время в диапазоне 813 мкм. «Оптический журнал», 78, 9, 2011 г. С. 20−24.
- Алленов М.И., Артюхов A.B., Третьяков Д. Н. Диагноз и прогноз структур собственного излучения форм облачности для мониторинга их загрязнений. Вестник ТГТУ, 2011 г. Том 17, № 2. С. 327−332.
- Кондратьев К.Я. Лучистый теплообмен в атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1956.-420 с.
- Новосельцев Е.П. Излучательная способность облаков различных ярусов / Актинометрия и оптика атмосферы // Труды VI Межведомственного совещания по актинометрии и оптике атмосферы, июль 1966. Тарту, Валгус, Таллин, 1968.
- Алленов М.И., Иванов В. Н., Третьяков Н. Д. Патент России на изобретение «Устройство распознавания форм облачности» № 2 331 853 от 20.06.2008 г. по заявке № 2 006 112 100 от 13.04.2006 г.
- Артюхов А.В., Третьяков Н. Д., Якименко И. В. «Определение балла и формы v облачности на основе векторов признаков» // Математическая морфология. Электронный математический и медико-биологический журнал. Т. 9. Вып.2, 2010.
- Bunting, J. Т., and R. F. Foumier, 1980: Tests of spectral cloud classification using DMSP fine mode satellite data. Environmental Research Papers, No. 704, Air Force Geophys. Lab., AFGL-TR-80−0181, 42 pp.
- Logan, T.L., J. R. Huning and D.L. Glackin, 1983: Cloud cover typing from environmental satellite imagery- discriminating cloud structure with fast Fourier transforms. Jet Propulsion Lab. publication 84−17, 55 pp.
- Garand, L., and J. A. Weinman, 1986: A structural-stochastic model for the analysis and synthesis of cloud images. J. Climate Appl. Meteor., 25, 1052−1068.
- Артюхов A.B., Третьяков Д. Н., Якименко И. В. Распознавание форм облачности на основе векторов признаков. Журнал «Наукоемкие технологии», № 6, 2011, т. 12. С. 74−76.
- Авторское свидетельство СССР № 598 390, МПК GO 1С 3/06, GO IS 9/62, на изобретение «Измеритель высоты нижней границы облаков». if
- Патент РФ № 2 136 016, МПК G01S 17/95, G01W 1/00, на изобретение «Светолокационный измеритель высоты нижней границы облаков». ^
- Рекламный каталог фирмы Vaisala, Финляндия, Ceilometr CL31.
- Европейский патент №ЕР379 425, МПК G01C 3/18, G01S 11/12, на изобретение «System for determining the position of at least one target by means of triangulation». 7
- Патент РФ № 2 321 029, МПК G01W 1/00 на изобретение «Способ у определения высоты, направления и скорости движения нижней границы облачности». L’L (' ¦ • «? .
- Мулламаа Ю.-А.Р., Охвриль X. А. Корреляция закрытости кучевыми облаками разных направлений визирования. Облачность и радиация. Тарту, 1975.-С. 41 -50.
- Комиссия, а составе председателя: Волосенкова Владимира Олеговича и членов комиссии: Якименко Игоря Владимировича,
- Угловые (по зенитному и азимутальным углам) зависимости излучения неба при различных формах облачности используются в исследованиях фитоморфологических процессов в отдельных растениях и растительных покровах.
- Зональные распределения полусферического собственного излучения неба при различных формах облачностей учитываются при изучении переноса тепловой радиации между растениями и окружающей средой.1. В.В. Вольвач1. Е.К. Зоидзе1. Ю.А. Моргунов1. УТВЕРЖДАЮ
- Методика измерений и обработки информации о стохастических структурах полей собственного излучения различных форм облачностей в диапазоне 8−13 мкм по кадрам трехмерных изображений.
- Параметризованные радиационные модели пространственных структур полей собственного излучения различных форм облачностей при различном количестве (балле).