授权专利：基于三维随机球仿真的雪粒径谱分布特征参数优化方法

授权专利：基于三维随机球仿真的雪粒径谱分布特征参数优化方法，发明专利，授权号：ZL 2013 1 0140875.7

专利说明: 

  地表雪盖对于全球水文循环、大气过程以及全球气候变化均具有重要影响，多年来卫星遥感技术作为重要的工具应用于大尺度的雪盖参数监测和反演，而具有全天时和全天候监测能力的微波遥感技术对于雪深和雪水当量的监测更是其他手段所无法替代。微波遥感辐射传输模型是微波遥感反演地表参数的理论基础，而研究表明积雪粒子的粒径是辐射传输模型最敏感的参数之一，而这一参数的测量一直以来具有很大的主观性和不确定性。

1）现有技术

 实测雪粒径的方法有多种，一个简单办法是将颗粒放到有毫米刻度的盘上，通过比较颗粒尺寸与盘上刻度线的间隔，可估计平均尺寸，这种目测估计的方法具有一定的主观性；另外的测量方法是筛分法，即选择一系列不同筛孔直径的标准筛, 按照孔径从小到大依次摞起,固定在振筛机上, 选择适当的模式及时长, 自动振动即可实现筛分，这种测量方法易于操作，但操作过程中容易破坏雪层的固有结构和粒径，使得测量结果不够准确。为了准确模拟雪层的微波散射和辐射特征需要明确知道粒径的统计分布特征，而以上两种方法不易做到。

 雪粒子的显微图像采集与处理的方法以其采集过程准确，测量结果客观，不破坏雪层结构等优势为许多研究者所采用，如立体测量法，图像采集与处理法等，此类方法通过体视显微镜拍摄雪粒子的图像，并通过数字图像处理技术（二值化，圆形膨胀拟合）获得粒径尺寸的范围和分布,而由此获得的粒径所服从的概论分布对于随机分布的雪粒子的微波（散射、辐射）特性的准确计算和模拟尤为重要。

2）技术问题

 首先，由于积雪切片图像获取本身的步骤较多，实验室控制要求比较严格，所以获取的图像十分有限；

 其次，获取图像过程中需要对雪层进行切割处理，而图像也是基于切割的断面采集的，我们实际上最终是为了获得雪层中三维粒径的分布，所以由二维图像推测三维特征的过程中本身就存在损失和较大误差，获得的参数未必能够体现雪层中雪粒径分布的三维特征。

3）本项发明专利解决的技术问题

 针对以上问题，我们提出“三维随机球拟合的雪粒径谱分布特征优化算法”。首先，从切片图像上的二维参数获得三维雪粒径分布参数；然后实施迭代优化步骤以获得更加真实的雪粒径分布特征，这对于获得更加准确的雪的辐射传输模型有很大的作用，该算法具有以下优势：

（1） 尽量从较少的采样图像中获取更多的信息，从而避免了需要更多的二维切片图像所带来的累计误差；

（2） 利用初始的雪粒径参数进行计算机模拟得到三维随机球拟合图像，模拟切片过程，多次随机产生切片图像，避免了由于切片图像制作过程切割位置不同所带来的误差，使得获得的优化参数获取更加准确；