基于支持向量回归的土壤全氮含量高光谱估测研究

以许昌灌溉试验站为研究区,实地采集81个土壤样本数据,在室内实验条件下利用ASD地物波谱仪采集土壤的反射光谱,结合化学测定的土壤全氮数据进行去包络线、一阶微分以等七种不同种类的光谱变换形式的相关分析,筛选出估测土壤全氮的特征波段,以特征波段为自变量建立基于支持向量机(SVR)的土壤全氮高光谱反演模型.结果表明:全氮特征波段集中在800～1100 nm、1300～1800 nm以及2100～2300 nm;以RBF为核函数,SD变换筛选的特征波段为自变量的SVR反演模型效果最好,该模型的决定系数(R²)为0.83,均方根误差(RMSE)为0.97 mg/kg.     

基于北京二号卫星影像与同步实测数据的椒江入海口水质遥感反演

利用2020年7月23日北京二号卫星影像和现场同步实测水质数据,建立水质参数与影像波段的一元和多元线性回归方程,选择决定系数(R²)最高的方程对台州椒江入海口水域的氨氮、总磷和COD_Mn进行遥感反演,并对3种水质参数进行精度评价.结果显示,在氨氮、总磷和COD_Mn 3种水质参数中,采用4个波段组合的反演模型的R²均为最高.氨氮、总磷和COD_Mn的精度检验结果中,均方根误差分别为0.03、0.18和4.24 mg/L,平均相对误差分别为15.86%、24.41%和23.91%,反演精度从高到低依次为氨氮、COD_Mn和总磷.3种水质参数水平均从上游向下游递增,最高值都出现在靠近入海口处;地表水环境质量等级也大致呈现从上游至下游水质等级逐渐变差的趋势.     

深圳市常见园林植物滞尘效应研究

以深圳市6种常见的园林植物为对象,研究其单位面积滞尘量及其粒径组成特征,探究植物叶片表面的微观形貌结构以及滞留颗粒物的组分和分布特征,分析气象因子对植物滞尘的影响。结果表明:1)6种园林植物的单位叶面积滞尘量排序为黄金榕(0.74±0.21g/m²)>鹅掌藤(0.42±0.26g/m²)>对叶榕(0.24±0.26g/m²)>龙船花(0.20±0.07 g/m²)>沿阶草(0.18±0.10 g/m²)>鸡蛋花(0.15±0.10 g/m²);2)6种园林植物滞尘以粒径α>10μm的颗粒物为主,质量占比为59.21%～88.92%(黄金榕除外),鹅掌藤对α>10μm颗粒物的滞尘能力最强(0.34±0.20g/m²),黄金榕对3μm<α<10μm(0.51±0.15 g/m²)和0.15μm<α<3μm (0.14±0.07g/m²     

盐肤木和红麸杨人工幼龄林生物量的研究

采用平均标准木法对五倍子蚜虫夏寄主主要树种盐肤木和红麸杨人工幼龄林的生物量及其分配进行了测定和研究. 根据 22 株不同径级标准木的实测数据,建立了测算盐肤木和红麸杨 2树种各器官生物量的回归方程( w = aD^b, w= a( D²H)^b) . 各方程的相关系数均达极显著水平( r 值在0.970 0~ 0.998 2 之间) , 估测精度和置信度高( 标准回归误差在0.019 5~ 0.051 3 之间) ,具有实用价值.研究结果表明, 3 年龄的倍蚜虫夏寄主林现存总生物量可达 1 540. 6 g/ m², 其中, 乔木层和林下植物的生物量以及凋落物量分别为 1 291. 0 g/ m², 157. 0 g/ m², 92. 6 g/ m².两种夏寄主树的生物量在各器官中的分配比率依次是主茎( 50.7%) > 叶片( 20.9%) > 根系( 14.9%) > 枝条( 13.5%) .     

基于实测高光谱和Sentinel-2B影像的银川平原土壤盐分反演

土壤盐渍化是干旱半干旱区土壤资源损害、生境破坏和农业生产损失的重要影响因素,定量反演和监测盐渍化土壤,对防护土地生态安全具有重要意义.文章基于光谱变换筛选盐分特征波段和特征光谱指数,构建实测高光谱和Sentinel-2B影像的岭回归模型和偏最小二乘回归盐分反演模型,并以特征光谱指数为敏感参量进行星-地光谱匹配,构建匹配后盐分反演模型,实现银川平原土壤盐分定量反演.结果表明,盐分指数3(Salinity index 3,S3)、强度指数1(Intensity index 1,Int_1)和强度指数2(Intensity index 2,Int_2)能够实现实测高光谱端元到多光谱像元尺度的匹配,有效地提升模型精度;经光谱匹配后构建的偏最小二乘模型精度最高(R~2=0.721,RMSE=4.856 g·kg~(-1)).相比单独利用影像建模,其R~2提升了0.309,均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)减小了2.085 g·kg~(-1).盐分反演结果与实地采样具有较好一致性,表明特征光谱指数可为不同尺度遥感数据间光谱匹配与联合,实现地表点到空间面尺度盐渍化定量监测,为土壤盐分监测提供理论借鉴和实践参考.     

基于双源遥感数据的杉木林分蓄积量估测模型研究

为了提高森林蓄积量估测精度,以福建省三明市将乐县国有林场中杉木林作为试验区,选择资源3号卫星多光谱高分辨率影像及Alos Palsar影像为数据源,将相关性较高的极化雷达参数与最优窗口下的纹理参数相结合,协同两种遥感数据反演蓄积量。利用灰度共生矩阵分别提取高分辨率影像在3×3、5×5、7×7、9×9和11×11的5组窗口大小下8种纹理特征信息,提取Alos Palsar影像双极化方式下后向散射系数并进行比值运算。采用多元逐步回归分析方法,分别利用5组纹理特征信息反演杉木林蓄积量,找出最优窗口; 检测不同极化方式下后向散射系数与蓄积量之间相关性。结果表明,单数据源反演蓄积量模型中,5×5窗口反演效果最好,模型复相关系数R=0.869,均方根误差σ_RMSE=23.38 m³/hm²,蓄积量总体的估测精度为80.32%; 多数据源反演蓄积量模型中,两种极化方式下的后向散射系数比值与高分影像纹理特征参数结合后,反演模型的效果更好,模型中R=0.901,σ_RMSE=22.32 m³/hm²,蓄积量总体估测精度达到85.42%。研究表明,基于多数据源数据的森林蓄积量反演精度更高,结果更准确。     

基于无人机影像的城市复杂三维绿量快捷估算 ——以上海植物园为例

三维绿量是表征城市植被生态效益的综合指标,如何在高度异质性的城市生境中精确、快捷地开展三维绿量监测,是当前城市植被生态效益评估亟待解决的难题.本研究以上海植物园为对象,通过无人机航摄系统对上海植物园进行低空高分辨率影像获取,逐像元提取并计算地表高程模型和冠层高度模型,对上海植物园三维绿量进行估算,进而对绿量空间分布格局进行分析.研究发现:（1）无人机影像的整体平面和高程精度优于0.1 m,冠层高度模型精度的平均误差为0.27 m,标准差为0.58 m.（2）上海植物园的绿量分布呈东北低西南高的格局,总绿量为3 538 944.50 m³.绿量最高的3个园区分别为牡丹园（289 491.00 m³）、松柏园（338 322.10 m³）和温室附属绿地（360 587.50 m³）;绿量最低的3个园区分别为休闲绿地（24 761.50 m³）、单子叶植物园（31 621.40 m³）和蔷薇园（74 607.30 m³）;植物园平均绿量密度...     

联合LiDAR和多光谱数据森林地上生物量反演研究

【目的】森林地上生物量的准确估测对于实时掌握全球碳储量变化及应对气候变化有着重要的意义。组合多种遥感数据特征优选,分类建模反演森林地上生物量,是提高森林地上生物量精度的有效方法。【方法】以根河市大兴安岭生态观测站寒温带天然林为研究对象,以机载激光雷达(LiDAR)、Landsat8 OLI两种遥感数据源结合55块地面调查数据,采用偏最小二乘算法优化筛选变量,再以线性多元逐步回归和快速迭代特征选择的最近邻算法(KNN-FIFS)构建模型,在两种数据源的不同组合方式下进行森林地上生物量反演。【结果】①基于线性多元逐步回归模型下的单一LiDAR数据反演精度决定系数(R²)为 0.76,均方根误差(RMSE)为 21.78 t/hm²;单一Landsat8 OLI数据的反演精度R²为 0.24,RMSE为39.27 t/hm²;LiDAR和Landsat8 OLI联合反演精度R² 为 0.84,RMSE为18.16 t/hm²;②基于KNN-FIFS模型下的单一LiDAR数据反演精度R²为 0.74,RMSE为23.83 t/hm²;单一Landsat8 OLI数据的反演精度R²为0.60,RMSE为 29.63 t/hm²;LiDAR和Landsat8 OLI联合反演精度R²为0.80,RMSE为21.15 t/hm²。【结论】①特征优选支持下的3种组合方式中,LiDAR和Landsat8 OLI两种数据的组合在两种模型中反演精度均最高,其中线性多元逐步回归模型的反演精度最高,说明LiDAR和Landsat8 OLI数据组合,激光雷达与光学数据优势特征互补,协同反演可有效提高森林地上生物量的反演精度;②单一数据源反演森林地上生物量精度中,LiDAR数据比Landsat8 OLI数据在两种模型反演精度中均较高,这与LiDAR数据空间分辨高、可获得垂直结构特征参数有关。     

扬花期冬小麦叶面积指数高光谱遥感反演研究

利用扬花期冬小麦实测冠层高光谱数据与同步叶面积指数(LAI)数据,分析350～1 000 nm波段范围内冠层反射率与LAI之间的相关性,分别在蓝波段、红波段、绿波段及近红外波段选取光谱特征波段,并用其计算6种被广泛应用于植被LAI反演的植被指数.通过相关分析、回归分析等统计方法,构建扬花期冬小麦LAI反演模型并进行真实性检验.研究结果表明,6种植被指数与冬小麦LAI均具有显著相关性,其中NDGI和EVI反演模型效果较好,拟合方程决定系数R~2均高于0. 6,分别为0. 634和0. 623.最后通过精度验证,得出结论:EVI反演模型R~2最高,为0. 779,故选取EVI为自变量的二次模型为扬花期冬小麦LAI最佳反演模型.研究可为作物长势监测及产量估算等提供一定的理论依据.     

基于AOD数据和随机森林模型估算河南省ρ(PM2.5)

基于融合的深蓝/暗目标气溶胶光学厚度数据集构建了随机森林(RF)、地理加权回归(GWR)和线性混合效应(LME)模型估算河南省的ρ(PM_2.5),通过十折交叉验证评价模型性能.结果表明, RF模型估算的河南省ρ(PM_2.5)精度优于其他模型,其中RF模型月数据的R²比GWR和LME模型分别高0.26、0.27, R_MSE分别低6.56、5.32μg/m³; RF模型季节数据的R²比GWR和LME模型均高0.24, R²MSE分别低3.13、4.31μg/m³.利用RF模型估算河南省2017年的ρ(PM_2.5),冬季最高, R最高,R_MSE最大;春、秋季次之;夏季最低, R²和R_MSE最小,空间分布特征为北高南低.     

夏热冬冷地区绿化屋顶节能与生态效益研究

【目的】研究夏热冬冷地区绿化屋顶的节能效益,分析包括固碳释氧、空气净化、水源涵养和节能减排4个方面的生态效益。【方法】以无锡地区有无绿化的屋顶为研究对象,对比绿化屋顶的保温隔热及节电效果,并进行屋顶绿化生态效益的量化分析。【结果】在冬季,绿化屋顶内、外表面平均温度比非绿化屋顶分别高2.5 ℃和5.5 ℃,通过屋顶的热流相对减少36.4%,绿化房间空调日平均节电量为0.90(kW·h); 在夏季,绿化屋顶内、外表面平均温度比非绿化屋顶分别低3.1 ℃、5.6 ℃,通过屋顶的热流相对减少48.6%,日平均空调节电量为4.23(kW·h)。计算可得,绿化屋顶每年可节约空调用电量15.39(kW·h)/m²; 佛甲草屋顶绿化可创造的固碳释氧效益为1.887元/(m²·a),净化空气效益为2.45×10^-2元/(m²·a),涵养水源效益为0.957元/(m²·a),节能效益可达到12.875元/(m²·a),减排效益达9.613元/(m²·a),综合生态效益是25.357元/(m²·a),动态投资回收期为7 a。【结论】屋顶绿化在冬季可提高屋顶内外表面温度,在夏季降低屋顶内外表面温度,减少通过屋面的热流,达到保温隔热和降低空调能耗的节能效果。屋顶绿化的生态效益显著,投资回收期短,应予以政策鼓励和支持。     

时间精度与空间信息对神经网络模型预报PM2.5浓度的影响

以北京市为例, 利用2015—2018年空气质量监测站台资料, 通过BP神经网络、LSTM网络及CNNLSTM混合模型等多种模型, 分析时间精度和空间信息对PM_2.5浓度预报的影响。结果表明, 神经网络模型的效果普遍比多元线性回归模型好; 增加输入数据的时间精度能显著地提高 PM_2.5浓度日均值预报的准确率; 当输入数据的时间精度从一天提高到6小时后, LSTM模型的平均绝对误差从27.39 μg/m³降至20.59 μg/m³, 这种效果的提升在显著变好和显著变差的天气情况下更明显; 华北地区PM_2.5浓度分布有明显的时空特征, 第一空间模态为同增同减, 第二空间模态为南北反向; 北京市PM_2.5浓度与内蒙古、河北及天津等地区前一天的PM_2.5相关。利用CNN-LSTM混合模型学习华北地区PM_2.5的时空信息, 能进一步提高北京市PM_2.5浓度的预报水平, 使得误差降低至17.36 μg/m³。     

西安南二环5月PM_(10)质量浓度时空变化规律

利用电脑微激光粉尘仪对西安市南二环2013年春季5月70 m高度范围内的可吸入颗粒物(PM_(10))质量浓度进行了4个昼夜的监测。观测发现,西安南二环PM_(10)质量浓度昼夜变化可分为5个阶段:第1阶段在8:00—10:00,PM_(10)平均质量浓度范围0.056 mg/m~3;第2阶段在12:00—14:00,PM_(10)平均质量浓度为0.075 mg/m~3;第3阶段在16:00—18:00,PM_(10)平均质量浓度为0.058 mg/m~3;第4阶段在20:00—22:00,PM_(10)平均质量浓度为0.070 mg/m~3;第5阶段在0:00—6:00,PM_(10)平均质量浓度为0.038 mg/m~3。高分辨率地垂向观测结果表明,西安5月PM_(10)质量浓度垂向变化可分为3种类型:第1种类型,随着高度的增加PM_(10)质量浓度增加幅度居中,平均递增率为0.048μg/m;第2种类型,随着高度的增加PM_(10)质量浓度幅度增加最大,递增率为0.065μg/m,且波动变化明显;第3种类型,随着高度的增加PM_(10)质量浓度增加幅度最小,递增率为0.013μg/m。西安南二环5月PM_(10)质量浓度在1 m高度处最低,平均为0.048 mg/m~3;4~46 m高度范围内质量浓度较低,平均为0.051 mg/m~3;在49~67m高度范围内质量浓度较高,平均为0.052 mg/m~3;在70m处最高,平均为0.056 mg/m~3。观测期间PM_(10)质量浓度与4 m处的温度之间为显著正相关(y=240.73x+12.305),与4、7、10 m高度处的湿度为显著负相关(y=-606.42x+82.08)。     

退化草原土壤有机质对氮素添加梯度的响应

选取内蒙古锡林郭勒典型草原区两种不同退化程度草原群落(轻度和重度退化草原群落),设置氮素添加梯度实验(分别添加NH₄NO₃ 0, 30, 50, 80 g·m^-2),分析退化草原土壤有机质含量对氮素添加的响应,意图找出氮肥作用于不同退化程度草原时的最适值。结果表明,不同退化程度的草原对于氮素添加的响应不同:对于轻度退化草原,氮素添加对土壤有机质的影响主要集中在0~20 cm土层,30 g·m^-2处理时土壤有机质显著高于其他3个氮素水平,氮素的添加显著提高土壤有机质含量,说明氮素是轻度退化草原主要的限制因子;对于重度退化草原,当施氮量为30 g·m^-2时,0～10 cm层土壤有机质含量相对较高,但没有达到统计学上的显著差异。土壤有机质在氮素添加梯度下各层变化不显著,说明氮素不是重度退化草原的主要限制因子。     

高湿多尘采空区三维激光探测数据误差分析与修正

针对地下金属矿山高湿、多尘复杂环境导致采空区三维激光探测结果失真的问题,研制了采空区复杂环境模拟装置,进行了64组不同相对湿度、粉尘质量浓度条件下的点云数据误差分析与修正实验.结果表明,随相对湿度和粉尘质量浓度增大,点云平均误差比均呈“S”型趋势增大;当粉尘质量浓度介于30.0~85.0mg/m³、相对湿度介于76.0%~85.0%时,点云平均误差比呈幂指数增长;适合采空区三维激光探测的粉尘质量浓度为0~5.6mg/m³,相对湿度为0~49.0%.同时,提出了高湿、多尘探测环境下的点云数据误差修正公式,并应用于福建某金矿复杂采空区的精准探测工程中,修正后的采空区边界信息更加符合实际情况.     

不同林龄杨树细根糖化学组分对氮沉降的响应

选择苏北沿海5、9和15年生杨树人工林作为实验地,采用随机区组设计,设置了N0(CK)、N1(5 g/(m²·a))、N2(10 g/(m²·a))、N3(15 g/(m²·a))、N4(30 g/(m²·a))共5个不同浓度的氮沉降处理,研究氮沉降对土壤细根糖化学组分的影响。结果表明:(1)3个林龄杨树林地下细根中可溶性糖、淀粉含量,在1 a的观测期内,最大值出现在12月份,其中可溶性糖在1 a中的变化幅度最大,最高值与最低值相差约7倍; 而作为结构性碳水化合物的纤维素和木质素在1 a的观测期内相对较为稳定。(2)随着外源氮输入增加,细根中可溶性糖、淀粉含量在N2水平最大,在N4水平则低于对照。而非结构性碳水化合物在氮增加处理的不同水平间差异不显著(p>0.05)。总之,一定浓度的氮增加,将增加细根中活性代谢物质的碳投入。(3)杨树细根生物量与非结构性碳水化合物存在显著的正相关,杨树细根糖化学组分与土壤C、N以及温湿度没有显著相关性。     

模拟氮磷沉降和凋落物处理对两种林型红松林土壤有机碳组分的影响

【目的】阐明模拟氮(N)磷(P)沉降和凋落物处理对两种林型红松(Pinus koraiensis)林土壤有机碳(SOC)组分的影响,为该地区红松林的合理施肥提供参考。【方法】以黑龙江省伊春市带岭区凉水国家级自然保护区红松人工林与阔叶红松林为对象,每个林型设置3块20 m×30 m样地,每块样地间隔20 m,每块样地内布设12个样方,共计72个样方。每个样方实施两种处理：(1)凋落物处理：2017年10月进行该处理的去除(R)、添加(A)和原状(CK1)3个水平的试验,每个水平设定3个重复;(2)模拟氮磷沉降处理：2018年与2019年的5—10月,每月进行1次该处理的试验,分别使用(NH₄)₂SO₄和(NH₄)₂HPO₄作为氮源和磷源配置成不同质量浓度的液体肥,施肥量设置低剂量(L,N、P添加量均为5 g/m²)、中剂量(M,N添加量为15 g/m²,P添加量为10 g/m²)、高剂量(H,...     

田间管理措施及土壤侵蚀对农田温室气体通量的影响

针不同田间管理措施及土壤侵蚀对农田温室气体通量的影响, 应用反硝化分解模型(DNDC 模型), 选取中国科学院禹城综合试验站作为研究区域, 结合该区域的气象、土壤和田间管理措施等数据, 模拟在不同施氮量、施肥深度以及土壤侵蚀条件下的CO₂和N₂O气体通量。结果表明: DNDC模型对农田CO₂和N₂O气体通量的模拟效果较好; 施氮量从实际施氮量的0.5 倍升高到1.5 倍的过程中, N₂O排放通量从1.06 mg/(m²·d)线性地增加至2.88 mg/(m²·d), C的净固定量亦从1.38 g/(m²·d)逐渐增加至2.07 g/(m²·d), 但增加趋势逐渐变缓; 在施肥深度从5 cm变化到20 cm的过程中, N₂O排放通量从2.88 mg/(m²·d)降低至0.68 mg/(m²·d); 当施肥深度从0.2 cm升高到20 cm时, C的净固定量从1.79 g/(m²·d)逐渐升高至2.32 g/(m²·d), 但增加趋势逐渐变缓; 在土壤侵蚀的影响下, C的净固定量和N₂O的排放量分别升高11%和4%。研究结果可为国家温室气体通量清单的编制及相关管理政策的制定提供参考依据。     

基于目标对象的遥感图像检索

针对有目标对象的遥感图像的特点,将图像分割成目标区域和背景区域,并在检索过程中赋予不同的权重,着重考虑目标对象的颜色、形状及空间信息特征,这样就可以避免当目标对象占整幅图像比重较小时,其特征信息容易被淹没在背景当中而造成的“伪误检”.实验结果表明,当图像中目标对象所占比重较小时,该方法与颜色直方图相比,能够更准确地查找出用户所需内容的图像.