精河流域表层土壤盐分空间变异和格局分析

土壤盐渍化是影响干旱区农业可持续发展、制约绿洲稳定性的重要因素,分析土壤盐分对土壤盐渍化的动态变化有着重要意义。文章以精河流域为研究靶区,基于GIS和地统计学方法,研究了精河流域表层(0-10cm)土壤盐分的空间变异性。结果表明:(1)表层土壤盐分电导率平均值为6.13ms·cm-1,属于中度盐渍化类型,变异系数较高,呈强变异性;(2)土壤表层盐分变异函数最优模型为指数模型,决定系数0.766。空间变异比为9.4%,表层盐分变异与空间强烈相关,格局受制于土壤自身性状;(3)研究区表层土壤盐分空间上整体呈条带状分布,局部表现为斑块格局;(4)土壤盐分与土壤水分状况显著相关,线性拟合R2为0.769;(5)土壤含盐量与土地利用相关分析表明,人类活动干扰具有明显正向影响。     

土壤镉积累农田水稻安全种植区判别技术研究

农田重金属镉(Cd)污染已成为水稻安全生产的重大隐患,如何判别受Cd危害的水稻种植区的安全区是保障这些区域稻米安全生产的基础.本文以富煤矿区四川省东南部泸县为例研究了普通指示克里格法在判别稻米安全生产区中的应用.统计结果表明,本区域除土壤Cd含量有34.98%超过《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)二级标准值0.3mg/kg外,其它重金属含量都较低.分别采用不同阈值构建土壤Cd的指示函数,并计算了不同指示函数的各向同性及各向异性实验半变异函数,采用交叉验证方法选择实验半变异函数的拟合模型及其参数.结果表明带块金值的各向同性球形模型能更好地反映指示变量的空间变异性.采用普通指示克里格法计算了研究区土壤Cd的空间分布及超过安全阈值0.3mg/kg的超标概率,结果表明本方法E类型估计的土壤Cd分布结果无法准确判别水稻安全生产区,而采用普通指示克里格超标概率计算结果,以0.45为判别临界值,采用则能达到较好的效果,其培训数据集误判率为1.9%,验证集的误判率为21.7%.     

滨海地区土壤盐分空间分布预测方法比较研究

以天津滨海地区为例,利用4种确定性方法(反距离权重、径向基函数、全局多项式、局部多项式)和5种地统计方法(普通克里格、协同克里格、泛克里格、指示克里格、序贯高斯模拟)对典型样区进行土壤盐分空间分布估计、土壤盐渍化风险区域识别及其不确定性评价,并针对不同方法的预测效果进行了综合对比分析.结果表明:地统计方法的插值精度整体上优于确定性方法,序贯高斯模拟具有相对最高的预测精度;模拟结果的统计特征与实测数据的一致性较高,预测表面对局部细节的反映能力较强;在以含盐量0.6%,为阈值的土壤盐分含量不确定性评估中,序贯高斯模拟可通过多次模拟实现将环境风险性定量化,是科学管理滨海地区盐渍化土壤资源的有效手段.     

基于二次多项式运动建模的WSN目标跟踪预测

针对无线传感器网络(WSN)目标跟踪线性预测模型误差较大的问题,提出一种基于二次多项式运动建模的WSN目标跟踪预测新方法(PQPMM),该方法根据机动性目标运动学原理建立预测模型,利用最小二乘法拟合目标定位坐标、定位时间的二次多项式函数来逼近目标运动模型.结果表明,PQPMM方法的总体预测准确度相比线性预测法明显提高,当拟合点数N=14时,PQPMbl方法均方根误差RMSE比线性预测法减小53%.     

中国南北过渡带土壤差异化试验研究

通过对中国南北过渡带的山地土壤开展液塑限试验和室内直剪试验,分析了过渡带山地土壤液塑限及抗剪强度的变化规律.试验结果表明:(1)沿过渡带两侧从北到南,山地土壤液限、液性指数和塑性指数逐渐减小,塑限逐渐增加,土体从可塑状态向坚硬状态转化;(2)沿过渡带两侧从北到南,山地土壤抗剪强度逐渐减小,随着土样含水率的增大,A、B、C 3类土试样的抗剪强度差异逐渐增大;(3)沿过渡带两侧从北到南,山地土壤粘聚力逐渐减小,随着土试样含水率的增大,A、B、C 3类土试样的粘聚力逐渐减小;(4)随着土试样含水率的增大,除C类土试样的内摩擦角逐渐减小外,A、B类土试样的内摩擦角基本不变.     

基于地统计和移动窗口法的坝上地区小尺度土壤盐分空间变异及其影响因素

采用原位测定法测定坝上地区典型河漫滩草地土壤盐分,分析不同深度土壤盐分含量的空间变异规律,并分别通过地统计和移动窗口法定量分析河流和微地形对小尺度土壤盐分空间变异的影响.结果表明:离水体越近,盐分值越大;土层越浅,盐分值越大;表层土壤盐分的变化大于底层;受人为扰动影响,土壤盐分与微地形呈低相关性;在地下水埋深较浅的地区,垄沟对盐分分布的影响相对较小.以移动窗口为基本单元可以使空间格局信息明晰化,为土壤盐分空间变异研究提供新途径.土壤盐渍化治理时要充分考虑水体、地形等因素的影响,对河流沿岸以及地下水埋深较浅的小高地等盐渍化易发区采用生物措施、工程措施及农化措施等方法进行重点防治.本研究结果可为小尺度土壤盐分空间变异影响因素的定量研究提供一定的参考,对坝上草原地区牧场土壤盐渍化问题的防治提供理论依据.      

典型干旱区绿洲植被-地下水埋深-土壤盐分的空间分异与耦合分析

干旱区绿洲内部植被与水土的相互作用直接影响到绿洲的稳定。为了探索绿洲植被-地下水埋深-土壤盐分的空间分异与耦合关系,本文以典型干旱区绿洲——新疆和田地区克里雅绿洲为实例,根据归一化植被指数(NDVI)、地下水埋深和土壤盐分数据,采用地统计、3S技术、回归分析及K-S检验等方法,在耦合系数模型的基础上,研究植被覆盖、地下水埋深及土壤盐分的空间分异规律及相互关系。结果表明:(1)植被覆盖空间格局围绕克里雅河新老河道、平原绿洲内稻田区和绿洲外围过渡带等景观呈梯度分布;(2)克里雅绿洲区域内地下水埋深整体上由北向南逐渐增加,土壤表层含盐量整体上由西至东呈带状分布;(3)研究区植被覆盖、地下水埋深及土壤盐分的空间分异趋势比较一致;(4)克里雅绿洲地下水埋深、土壤含盐量及植被覆盖指数三者存在较高的耦合关系,耦合度在0.6以上,属中级协调。     

变化环境下渭河流域径流丰枯遭遇变化特征及其影响因素分析

以渭河流域为研究对象,采用有序聚类与滑动t检验法诊断渭河干流(咸阳站)、泾河(张家山站)与北洛河(状头站)1960-2010年径流变异情况,引入Copula函数分析不同水文区径流丰枯遭遇特征。结果表明:咸阳站径流于1969年、1993年变异,张家山站于1996年变异,状头站于1994年变异;变异点前后,各水文区相同设计频率下径流量显著减小,干流减小趋势最为显著;不同水文区径流丰枯遭遇概率变化显著,1960—1993年径流丰枯同步遭遇概率远大于丰枯异步,1994—2010年,除张家山-状头径流遭遇组合外,径流丰枯同步遭遇概率远小于丰枯异步,不同组合遭遇概率趋向均匀化;流域内不利于调水概率显著减小,持续且剧烈的人类活动对径流的改变是造成该现象的主因。     

基于RBF-BSA的锂离子电池SOC混合估算算法

为提高锂离子电池荷电状态(SOC)预测精度,提出利用回溯搜索算法(BSA)优化径向基函数(RBF)神经网络的输出权值与阈值的混合算法.通过对锂电池模型中的目标函数进行优化求解,并寻找最佳的目标权值和阈值降低预测误差,提高了RBF网络模型的预测精度.为验证算法的有效性,搭建锂离子电池的充放电实验平台获取数据并对网络进行验证,实验结果表明:混合算法相比标准RBF网络算法具有更好的SOC预测精度,并将网络输出预测误差降低到2%以内,符合锂电池荷电状态估算要求.     

长江中下游汛期降水GA-BP预测模型

为分析遗传算子选择方案对遗传算法优化神经网络(GA-BP)方法的影响,建立了长江中下游汛期降水短期气候预测GA-BP模型。以最大适应度函数值为指标,比较遗传算法在不同选择、交叉、变异和整体策略方案组合中的差别,在周期特征分析的基础上讨论了不同因子组合对GA-BP模型预测效果的影响。结果表明,用竞争选择法、自适应交叉、变异和精英策略法组合构成的遗传算子方案获得的最大适应度函数值为1.35,高于其他遗传算子选择方案获得的最大适应度。利用GA-BP模型对2003-2012年汛期的降水量进行预测试验,结果表明,同时考虑环流、海温等物理影响和预测量自身周期特征的因子选择方案,模型预测值与观测值的均方根误差为129.65mm、相关系数为0.772,优于其他因子筛选方案。     

基于改进遗传算法的区间光谱特征波长变量选择方法

为提高土壤养分近红外光谱预测模型的鲁棒性和预测精度,提出一种基于改进遗传算法的近红外区间光谱特征波长变量选择方法.利用土壤速效磷近红外光谱全光谱波长变量纯度梯度的正负变化次数将全光谱划分为多个波长间隔,以偏最小二乘回归模型(PLS-R)输出的变量投影重要性系数(V_(VIP))大于1作为提取准则,提取对土壤养分预测目标量解释性较强的波长间隔,并合并成一个区间光谱.建立区间光谱特征波长变量(FWV)PLS-R模型,利用改进遗传算法选择PLS-R的均方根误差为最小对应的FWV为最优FWV.试验结果表明:该方法在区间光谱选择最优FWV,能提高回归模型的鲁棒性和预测精度,简化模型结构;改进遗传算法采用一种改进的实数编码差分变异算子,扩大了全局最优解搜索空间,提高了收敛速度.     

轨道线路调整后考虑习惯影响的居民出行方式变化

为研究轨道线路调整下居民的出行选择行为,从出行决策机理入手,考虑并量化个体出行习惯对方式选择的影响,构建了包含动态效益变化感知函数的巢式Logit(nested Logit,NL)模型,并通过案例验证了模型的可行性和有效性,进一步分析模型中习惯参数对决策的影响,提出优化策略.结果 表明,线路调整对轨道交通选择概率的影响最大,公交车其次,小汽车最小,且对不同起迄点(origin and destination,OD)的影响存在差异;个体出行习惯则会削弱这种影响,表现为对行为变化的抑制,模型中阈值越大,个体保持习惯方式出行的概率越大;方式依赖程度越大,个体越难以向具有更高效益的方式转移,且随着阈值的增大,方式依赖程度对决策结果的影响逐渐增大.通过配套政策措施的完善,能够有效发挥线路调整的作用,减小习惯对决策结果的影响.     

托木尔峰自然保护区喀拉玉尔滚河流域土壤盐分特征分析

文章以托木尔峰国家级自然保护区喀拉玉尔滚河上游河谷为研究区域,应用经典统计分析方法对该河谷土壤盐分空间特征进行分析。结果表明:(1)研究区土壤的全盐、Cl-、SO2-4、Mg2+及K++Na+含量的变异系数CV≥100%,属于强变异性;p H值、HCO-3及Ca2+含量的变异系数CV100%,属于中等变异性;(2)土壤盐渍化类型以硫酸盐及偏硫酸盐渍土为主,土壤盐渍化程度以极轻或轻度为主;(3)土壤p H值呈弱碱性,整体空间变化微小,研究区较低海拔的土壤中全盐和K++Na+含量远超过其它盐分离子,且二者含量变化趋势近似一致;随着海拔高度的增加,土壤中各盐分离子含量微小,趋于稳定;(4)主成分分析结果表明,全盐、SO2-4、HCO-3及K++Na+是研究区土壤盐渍化状况的特征因子。     

基于最小二乘支持向量机的航路流量预测与评估

综合运用集合经验模态分解(EEMD)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)建立了空中交通过点流量预测模型.EEMD的分解结果显示,高频本征模态函数(IMF)分量占有较大的方差贡献,而低频分量相对较小;对各IMF分量的预测结果表明,起始阶段的高频IMF分量具有较好的可预测性,距平相关系数(fACC)值相对较高,高频分量的预测效果随预测时段加长而逐渐下降,均方根误差逐渐加大,低频分量的ACC值在起始阶段相对较低,随预测时段加长而逐渐加大,整个预测时段可预测性较强;最终的合成预测流量曲线表明,基于上述的思想,算法在20h时段的流量预测效果较好,拥有较高的ACC值和相对较低的均方根误差,30h时段的同号率均较为理想.     

瓦斯涌出量的AFSA-ELM预测模型

为准确预测瓦斯涌出量,提出人工鱼群算法(AFSA)优化极限学习机(ELM)的瓦斯涌出量AFSA-ELM预测模型.该模型采用AFSA对ELM中的输入连接权值和隐含层阈值进行优化选取,为提高模型泛化能力,以训练样本的10次10折交叉验证的均方根误差的平均值作为AFSA目标函数的适应度值.利用18组煤矿实测数据进行试验.研究结果表明:AFSA实现了对ELM性能的优化,AFSA-ELM预测模型对样本的拟合度高,且具有较高的预测精度和泛化能力,即AFSA-ELM预测模型可以有效地实现对矿井瓦斯涌出量的预测.     

基于平移不变小波变换的脑电信号去噪

鉴于传统小波阈值法去噪时,硬阈值函数存在不连续性,软阈值函数存在恒定偏差,去噪效果不佳,提出一种基于新阈值函数的小波平移不变量去噪法。首先构造一种任意阶可导的新阈值函数,再采用平移不变小波方法处理脑电信号。在matlab2009平台上分别采用软、硬阈值及改进方法对脑电信号进行去噪,结果表明:改进方法能够更好的保持脑电信号的特征,且具有更高的信噪比和更低的均方根误差。该方法去除脑电信号噪声性能优于传统小波阈值法,有利于准确提取脑电特征参数。     

县域土壤养分协同克里格和普通克里格空间插值预测比较——以陕西省蓝田县为例

运用地理信息系统和地统计学相结合的方法研究蓝田县土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾4种养分的空间插值精度,根据交叉检验参数及相对误差指标探讨和比较普通克里格法(Ordinary Kriging)和协同克里格法(Cokriging)的空间预测效果.研究表明:土壤养分存在中等强度变异性,在土壤养分间存在显著相关性条件下,利用Cokriging方法能缩小极值误差范围、减小均方根误差,提高实测值与预测值的拟合精度;利用土壤多种养分属性进行Cokriging插值可提高中等区域土壤养分估值精度.     

不同坡度和前期土壤含水率下裸地和草地的降雨产流试验分析

坡度和前期土壤含水率是降雨产流过程的重要影响因素。为探讨其对降雨产流过程的影响,采用人工降雨模拟试验,对太行山前平原区不同坡度和前期土壤含水率下草地和裸地降雨产流过程进行了研究。结果表明:(1)草地和裸地的径流量均随坡度和前期土壤含水率的增加而增大,且裸地在稳定阶段的产流量以及累积产流量均高于草地;同时,前期土壤含水率较高时,累积产流量与降雨历时呈现出分段函数的关系;(2)径流系数、产流滞时以及入渗率随坡度和前期土壤含水率的增加分别呈现出增大、减小和减小的趋势,且两影响因素对草地径流系数、产流滞时及入渗率的影响程度均强于裸地;(3)裸地和草地的入渗率均随坡度和前期土壤含水率的增加,其变化速率逐渐增大,且较其他入渗模型,Horton入渗模型可以很好地估算土壤入渗率以及入渗量。通过试验研究,以期为进一步探索太行山前平原区降雨产流规律提供参考。     

基于小波的支持向量机算法研究

基于小波对偶框架和支持向量核函数的条件,提出了一种支持向量小波核函数.该核函数利用小波的多尺度插值特性和稀疏变化特性,不仅提高了模型的精度和迭代的收敛速度,而且还适用于信号的局部分析、信噪分离和突变信号的检测,从而在提高支持向量机(SVM)泛化能力的同时,提高了辨识效果和减少了计算量.基于该核函数和正则化理论提出的最小二乘小波支持向量机用于非线性系统辨识,对SINC函数的逼近,该小波核得到的均方根误差不足高斯径向基核的1/12,对logistic混沌序列预测的均方根误差不超过8×10-6,同时实验表明,预测的长度对预测均方根误差没有显著影响,这表明小波核SVM具有更好的泛化能力.     

青藏高原东缘高寒草地土壤碳空间异质性

运用经典统计学和地统计学的方法,探讨青藏高原东缘高寒地区典型的高寒草甸、高寒灌丛样地中小尺度下土壤碳的空间变异特征.结果表明,研究区土壤有机碳变异系数随着样地尺度的增加而增大,变化范围为13.4%~28.4%,均属中等变异.在高寒草甸和高寒灌丛不同采样尺度下土壤有机碳均具有良好的空间自相关性;半变异函数C0/(C0+C1)值介于57.93%~80.92%,具有中等程度空间相关性,说明区域土壤有机碳空间变异的主要原因为人为活动和微域内变异等随机性因素.在相同尺度下高寒灌丛群落土壤有机碳的分形维数值要小于高寒草甸群落;在研究区,随着采样尺度的增大,植被分布、群落盖度等随机因素逐渐减弱,地形起伏等结构因素有逐渐加强趋势.