成都信息工程大学学报

基于超分辨率的相控阵天气雷达数据压缩算法

2023年11月20 00:00

随着天气雷达技术不断进步，经过双偏振和相控阵两次技术发展，数据量急剧增长。爆发性增长的雷达数据量使数据传输和存储成为制约相控阵雷达业务化的瓶颈。提出相控阵天气雷达数据压缩算法，首先对数据进行下采样，对下采样数据进行预测编码得到预测残差，再将下采样数据进行超分辨率重建得到重建残差，组合预测残差和重建残差进行熵编码输出，实现数据无损压缩。使用江苏兴化CHARTOR-XPARD双偏振相控阵雷达数据对该算法进行评估，实验结果表明，该算法较通用算法压缩率更高，较次优算法压缩率提高15%～21%，适用于相控阵天气雷达数据无损压缩。

X波段天气雷达组网协同观测试验结果分析

2023年11月20 00:00

2016-2021年成都和北京开展了X波段天气雷达组网观测实验，旨在检验组网观测策略对中小尺度天气过程演变的观测能力和对业务S波段雷达的补充作用。介绍了雷达性能指标、观测模式与风场反演算法，并通过在成都与北京选择天气个例，对X波段雷达组网资料与S波段业务雷达资料进行对比分析。在短时强降水个例中，该组网策略观测到强对流单体初生6分钟内过程面积与强度逐渐增大的过程，能有效提升快速演变的中小尺度对流天气的探测能力，弥补S波段雷达的时间上的探测盲区。在冰雹过程中，通过组网雷达的反演风场可以反映此次天气过程中的强对流中心不同高度的风场特征是中低层高度气流辐合压迫气流向上运动，到高层向四周散开形成辐散的结构。同时，S波段雷达在同一时刻观测的径向速度场和反演风场相互印证，但通过单部S波段雷达探测会丢失部分风场随高度变化的信息。通过雷达组网和风场反演算法得到的流场结构符合天气学原理，与S波段雷达探测到的径向速度结构一致，能够更精细地展现对流天气的动力结构。在冰雹过程中的智能RHI扫描结果显示强回波中心位置的中低层辐合和高层辐散的结构，体现了智能RHI探测算法的有效性。

基于残差Swin Transformer的天气图像识别技术研究

2023年11月20 00:00

人类活动经常受到天气条件的影响，基于图像的自动天气识别在实际应用中具有重要意义。然而现有方法均使用卷积神经网络，未能有效地利用图像的全局信息和像素点之间长距离的依赖关系，且识别的天气类型较少，识别精度较低。为解决这些问题，尝试将视觉Transformer应用到天气识别领域，同时提出一种基于残差Swin Transformer的模型，并使用先进的优化器Ranger来提高天气识别的正确率。该模型在包含11种天气现象的公开数据集WEAPD上进行验证，实验结果表明，其整体性能优于其他先进的识别网络，识别正确率达到93.6%，可为天气图像识别和天气预报研究提供参考。

开源固件Marlin的LabVIEW驱动程序及应用

2023年11月20 00:00

针对Marlin开源3D打印机固件无法用LabVIEW开发应用程序，不能利用已有硬件和LabVIEW的便捷性快速构建适合用户需要的3D控制平台或数据采集系统，设计一款驱动程序。该驱动程序利用串口助手和示波器的瞬间波形抓取功能，识别Marlin的USB端口与外部硬件的通信机制，并结合LabVIEW中串口工具的虚拟仪器软件架构(VISA)控件，构建能与Marlin串行通信的串口读取子VI与初始化控件，形成稳定的LabVIEW驱动Marlin程序，最后成功应用于固件的温度控制与结果显示。该方案提高了Marlin的应用灵活性，节省了二次开发成本，为3D控制平台及数据采集系统的构建提供有效参考。

基于注意力多分支卷积和Transformer的手写文本识别

郑晓旭, 舒珊珊, 文成玉 — 2023年11月20 00:00

手写体识别技术作为自动阅卷的关键一环受到广泛研究。针对中文手写文本字迹复杂的问题，提出一种文本定位和识别的手写汉字文本识别方法。在文本定位信息中使用透视变化纠正倾斜的文本，特征提取阶段使用注意力多分支卷积层提取文本图像关键区域特征以及多尺度特征融合，语义提取阶段通过时间卷积网络和Transformer编码器构建序列信息和建模上下文语义信息，最后以链接时序分类函数，实现序列特征和字符序列标签对齐。所提方法在公开数据集CASIA-HWDB上进行实验，结果表明，注意力分支卷积层和语义提取层有效提升算法性能，证明所提方法的可行性。

一种石墨烯基宽带可调衰减器

唐金平, 陈昌明, 李一庚 — 2023年11月20 00:00

提出了一种工作在频带2～6 GHz的小步进、宽动态范围的石墨烯可调衰减器。衰减器采用微带线两边并接石墨烯电阻的结构。通过两组直流电压调节多层石墨烯的阻抗，可实现对衰减量的控制。利用HFSS软件对石墨烯方块电阻尺寸优化仿真，采用滴涂工艺沉积得到精确的石墨烯电阻值，实现了小步进衰减。测试结果表明，在工作频带内衰减器能够实现4.5～55.8 dB的动态范围衰减，能够达到的最小衰减步进值为0.4 dB，回波损耗优于10 dB。研究成果为射频宽带可调衰减器的设计提供了可供选择的一种方案。

基于ROS与YOLOv5s的智能车障碍物检测导航系统的设计

李文海, 李超荣, 黄莹飞, 张弛, 郭伟 — 2023年11月20 00:00

针对智能车障碍物检测与自主导航任务中存在的识别准确率差、检出率低，以及自主导航路径规划器稳定性差等问题，设计一种基于ROS实验平台的障碍物检测与自主导航路径规划系统。系统以YOLOv5s作为障碍物检测算法框架，以A^*算法与TEB算法融合作为自主导航算法框架，改善了智能车障碍物检测精度低与路径规划不稳定的问题。实验结果表明，搭载该系统的智能车能够完成障碍物检测、自主导航的任务，路径规划平均成功率达到96.67%，障碍物检测准确率在92%以上，综合任务成功率在90%以上，具有障碍物检测准确率高，自主导航路径规划稳定性强的特性。

基于卷积神经网络的异常流量鉴别方法

詹鸿辉, 程仲汉 — 2023年11月20 00:00

入侵检测系统是网络安全的重要组成部分。针对已知网络攻击的检测，深度学习和传统机器学习都存在查准率和准确率低，以及对重要特征难以有效提取的问题，提出一种基于卷积神经网络结构的异常流量鉴别方法CNN-BDF。对入侵数据建立神经网络，在卷积网络后引入批归一化层，并使用Flatten函数作用于卷积层到全连接层的过渡，最后在全连接层中间引入Dropout层。采用NSL-KDD数据集进行模型评估，实验结果表明，CNN-BDF模型的准确率和查准率分别达到89.01%和84.72%，较基于传统机器学习与深度学习的入侵检测模型具有更好的效果。

基于改进DeepLabV3p的遥感图像中小目标分割方法

金芊芊, 罗建, 张晓倩, 杨梅, 李杨 — 2023年11月20 00:00

针对背景信息复杂、目标类别不均衡，遥感图像的中小目标在分割时常出现误检、漏检的问题，提出一种基于DeepLabV3p改进的遥感图像中小目标分割方法。采用ResNet101作为DeepLabV3p的骨干网络，提出多级感受野融合的ASPP模块，以获取更多感受野; 添加SE注意力机制，使模型获得更加精准的通道信息; 使用加权的CrossEntropyLoss和LovaszSoftmaxLoss损失函数进行训练，克服数据集目标不均衡的问题; 使用全连接条件随机场对预测结果进行图像后处理，对模型输出进行精细化处理。实验结果表明，使用该方法对DLRSD数据集进行分割，mIOU可达到73.22%，与基础网络相比提高了3.78%，有效提高了遥感图像中小目标的分割精度和准确率。

一次青藏高原低涡影响下的云-降水宏微观特征研究

张浩然, 郑佳锋, 车玉章 — 2023年11月20 00:00

为进一步认识高原低涡影响下云-降水的垂直结构和微物理特征，利用那曲毫米波雷达和雨滴谱仪资料，结合ERA-5再分析和FY-2G卫星资料，对2015年8月17-19日一次高原涡云系的天气背景、雷达回波和相关物理量进行分析。结果表明，18日凌晨高原涡发展达到最强，那曲上空对流云发展旺盛; 随后，强度逐渐减弱，那曲上空过渡为层积云; 至19日20时，高原涡减弱消散。此次高原涡降水包含对流云降水和层积云降水，前者回波呈火焰状的上冲结构，回波强度达30 dBZ，但持续时间短，距离地面1 km处存在明显回波亮带; 后者在回波图上多为片状，雷达回波强度在20 dBZ以下，持续时间较长。两类降水的雨滴谱存在显著差异，对流云降水粒子直径更大、雨滴谱更宽。

深对流方案闭合条件变化对全球-区域一体化模式降水模拟的影响

2023年11月20 00:00

针对全球-区域一体化模式(GRIST)在热带对流降水过多的问题，将Zhang-Mcfarlane(ZM)闭合假设中对流在固定时间内消耗全部对流有效位能(CAPE)改为消耗一定比例的对流有效位能，从而减少对流降水。选取对流消耗95%、90%、80%、75%CAPE进行敏感实验，分析闭合假设变化对降水、云及其辐射效应的影响。结果表明，降水对CAPE消耗比例最敏感。不完全消耗CAPE会减少热带降水，主要表现为减小了赤道东太平洋、亚马逊以及印度尼西亚降水正偏差，其中CAPE95和CAPE90的降水模拟结果与观测更为接近。相比于其他实验，CAPE90消除了秋季的双赤道辐合带，夏季的双赤道辐合带也有所缓解。对流消耗CAPE量减少时，热带太平洋弱降水发生的频率减小且强度增强。相比于降水，云及其辐射效应对对流消耗CAPE量无明显敏感性。

泸定地区夏季雨滴谱特征研究

彭霆威, 郑佳锋, 唐鑫, 王莹珏, 陈杨瑞雪 — 2023年11月20 00:00

为进一步认识四川盆地西部山区的降水微物理特征，利用泸定地区2019年5-7月Parsivel²型激光雨滴谱仪的观测资料，研究不同强度降水和不同类型降水的雨滴谱特征及差异，提出有助于提高本地降水预报业务的雷达反射率因子、质量加权平均直径、标准化截距参数与降水强度(Z-R、D_m-R、N_w-R)关系和Gamma形状参数与斜率参数(μ-λ)关系。结果表明:随雨强逐渐增大，该地区的雨滴谱逐渐增宽，雨滴数浓度也逐渐增大，雷达反射率因子Z、液态含水量W、质量加权平均直径D_m、雨滴总数浓度N_T、标准化截距参数N_w也都逐渐增大，但形状参数μ和斜率参数λ则逐渐减小。泸定地区夏季层状云降水占比大，对流云降水占比小，但对流云降水的大雨滴数浓度普遍都高于层状云降水，前者的R、W、Z、N_T、D_m也都大于后者，前者平均雨滴谱更宽，但谱倾斜率更小。

青藏高原东南部及东坡雨滴谱特征的研究

潘婕, 李茂善, 龚铭, 王婷 — 2023年11月20 00:00

为研究青藏高原东南部地区及东坡的云微物理特征，利用2021年青藏高原东坡峨眉山站点以及青藏高原东南部林芝站点雨滴谱仪的观测资料，分析了青藏高原东南部及其东坡不同季节的3类降水云的雨滴谱特征及典型个例降水与西南涡之间的关系。结果表明:峨眉山站点和林芝站点的主要降水类型都为层状云降水，年累计降水量较大，降水持续时间短，降水频次多; 峨眉山站点4个季节对应粒子数浓度峰值的粒径为1.5 mm左右，而林芝站点4个季节对应粒子数浓度峰值的粒径为1 mm左右，其中层状云雨滴谱浓度最低，主要贡献在小粒径上。峨眉山地区的3类云降水在Gamma拟合中，与实测相比模拟较好的粒径区间在1.5～4.0 mm; 而林芝站点的拟合曲线与实测曲线的趋势较为相似，模拟较好的粒径区间在1.3～4.5 mm; 因此，峨眉山站点和林芝站点的雨滴谱在适当范围内是能够运用Gamma分布模拟的。伴随较深厚的气旋性涡旋出现的降水强度较大，48 h累积雨量较大，雨滴谱分布的谱宽较宽，粒子数浓度在小粒径时更高，西南涡的发生发展造成的降水对本次研究区域的雨滴谱分布有很大的影响。

基于全球预报系统气温的降尺度研究

张茂林, 邓小波, 刘海磊, 刘梦琪, 陈卫星 — 2023年11月20 00:00

目前大多数数值预报的气温产品由于其粗略的空间分辨率，在局部尺度上具有局限性。为得到高分辨率的气温产品，利用美国国家环境预报中心(NCEP)2020年全球预报系统(GFS)气温预报数据，基于神经网络开发一种降尺度模型。将该方法应用于中国湖南省，成功将预测气温从0.25°×0.25°的网格数据降尺度为250 m×250 m的网格数据。利用97个国家级气象站对降尺度后的气温进行精度评估，其均方根误差为1.53 ℃，相关系数为0.982，偏差为-0.01 ℃。与降尺度前相比，降尺度后的气温与台站气温有更好的一致性，尤其是在高海拔地区。最后也将降尺度后的气温与ERA5-Land气温产品进行对比，其准确性优于ERA5-Land 气温产品。

斜压大气中任意频率惯性重力内波不稳定的判据

2023年11月20 00:00

为分析斜压大气中任意频率惯性重力内波的稳定性，利用非静力平衡的Boussinesq近似的方程组和正交模方法，着重对波动不稳定的充分条件(即判据)进行讨论。主要结果表明:当基流随高度增大时，波动不稳定的必要条件是波动的等位相线向北倾斜; 当基流随高度减小时，波动不稳定的必要条件是波动的等位相线向南倾斜。当大气为层结稳定时，波动不稳定的充分条件即判据是环境大气不但满足S⁴-N²F²>0，且波动等位相面的倾斜率必须位于(S²-(S⁴-N²F²)^1/2)/(N²)与(S²+(S⁴-N²F²)^1/2)/(N²)之间。对于层结稳定、惯性稳定的环境大气，若S⁴>N²F²，当环境大气的基流随高度增大时，(S²-(S⁴-N²F²)^1/2)/(N²)小于环境大气的等绝对动量面的倾斜率，(S²+(S⁴-N²F²)^1/2)/(N²)大于环境大气的等位温面的倾斜率。

林芝市不同时间尺度泥石流与降水特征的关系

王书帆, 冯文兰, 陈军, 柳锦宝, 谭溪晗 — 2023年11月20 00:00

针对林芝市因地质条件复杂、泥石流灾害多发和高精度降水数据缺乏等导致的地质灾害预测瓶颈问题，在采用河网密度法进行林芝市流域单元划分的基础上，以林芝市 2000-2019 年已发生的 128 条泥石流灾害记录作为样本数据，利用 TRMM 3B42 卫星降水数据统计分析泥石流灾害发生次数与不同时间尺度下降水特征的关系。研究结果表明，近年来林芝市泥石流灾害数量以2010年、2015年和2016年数次较多，年内主要发生在 6-8 月，月内则以上弦月、下弦月及前后日期发生较多。泥石流频次在年际尺度上与年降水量、汛期雨量、6-8 月降水量呈显著正相关; 在年内尺度上，与月降水量呈现显著正相关; 在日尺度上与当日降水量、前1日至前3日累计降水量呈显著正相关关系。当日降水量、前1日、前2日和前3日累计降水量分别达到15 mm、20 mm、30 mm、40 mm时，对应泥石流灾害发生的次数占所有记录的80%。

合肥“4·30”冰雹天气的多源资料分析

范裕祥, 魏春璇, 陈健, 刘汉武, 李欣, 翟振芳 — 2023年11月20 00:00

2021年4月30日夜间，合肥出现大范围冰雹天气，冰雹最大直径约3 cm。为研究这次冰雹天气的形成机制，利用常规观测资料、自动气象站、多普勒天气雷达、风廓线雷达、葵花8卫星和ERA5再分析资料，对此次冰雹天气的环流背景、环境条件和中尺度系统特征进行分析。结果表明:冰雹天气发生在深厚的东北冷涡背景下，地面午后增温，中层东北冷涡携带冷空气南下，温度直减率加大，中低层垂直风切变加大，均为强对流天气的发生提供了有利的热力和动力条件。降雹云团由数个分散的对流云合并，冰雹发生于TBB低于-52 ℃强对流核附近。垂直累积液态水跃增时间较地面降雹时间提前了22 min。边界层强垂直风切变和1200 m高度的风向不连续线，有利于触发新的对流单体。

全球气候变暖对治方式新可能

单凯, 丰家峰, 朱雨波, 贾中辉, 黄金锋 — 2023年11月20 00:00

为研究全球变暖的成因，测算了过去50年人类消耗的能源量，其值远低于同时期地球的累积热量值，可推出全球变暖并不单纯是二氧化碳排放所致。对地磁特点及现状进行了研究，提出地球磁场的破坏，导致地球接收了过量的太阳辐射极有可能是全球气候变暖的成因。人类近二百年大量使用低频、低级能的电磁能所累积的能量及其频率变化有可能没有逃逸出地磁层，造成地球磁层能量驻波构架和磁鞘的局部破坏，导致大量太阳风等离子体进入地球磁层内部。同时，地磁层能量密度的改变扰动了地球在太阳系张拉整体装置中的平衡，使地球向太阳靠拢，从而接收到更多的太阳辐射。只有找出“地球生存环境极限值”，制定人类与地球和平相处的一系列生存规则，才能系统解决全球变暖的危机。