基于Hyperion高光谱影像的冬小麦地上干生物量反演

在黄淮海粮食主产区选择河北省衡水市深州市为试验区,以冬小麦地上干生物量为研究对象,以作物冠层高光谱和EO-1 Hyperion高光谱卫星数据为主要数据源,在分析冠层高光谱构建的窄波段植被指数(N-VIs)与实测冬小麦地上干生物量间相关性基础上,提出了利用拟合精度R2极大值区域重心确定冬小麦干生物量敏感的光谱波段中心的方法,并运用该方法确定了冬小麦生物量敏感波段中心。在此基础上,以敏感波段中心筛选结果为指导,利用窄波段植被指数及相关波段开展Hyperion高光谱卫星遥感区域冬小麦干生物量遥感反演和精度验证。最终,按精度最高原则优选区域冬小麦地上生物量反演结果。其中,研究采用了冬小麦孕穗期Hyperion数据,涉及的植被指数包括窄波段归一化植被指数(N-NDVI)、窄波段差值植被指数(N-DVI)和窄波段比值植被指数(N-RVI)。结果表明,通过与实测冬小麦地上干生物量对比,利用冠层高光谱冬小麦地上干生物量反演敏感波段筛选结果及其相应波段构建的Hyperion窄波段植被指数进行孕穗期作物干生物量估算取得了较好结果,其精度由大到小为:NNDVI、N-RVI、N-DVI。其中,以波段B18(波长528.57 nm)、波段B82(波长962.91 nm)构建的Hyperion N-NDVI估算区域冬小麦地上干生物量精度最高,相对误差(RE)和归一化均方根误差(NRMSE)分别为12.65%和13.78%。     

基于Hyperion高光谱遥感影像的冬小麦地上干生物量反演

在中国黄淮海粮食主产区选择河北省衡水深州市为试验区,以冬小麦地上干生物量为研究对象,以作物冠层高光谱和EO-1 Hyperion高光谱卫星数据为主要数据源,在分析冠层高光谱构建的窄波段植被指数(N-VIs)与实测冬小麦地上干生物量间相关性基础上,提出了利用拟合精度R~2极大值区域重心确定冬小麦干生物量敏感的光谱波段中心的方法,并运用该方法确定了冬小麦生物量敏感波段中心。在此基础上,以敏感波段中心筛选结果为指导,利用窄波段植被指数及相关波段开展Hyperion高光谱卫星遥感区域冬小麦干生物量遥感反演和精度验证。最终,按精度最高原则优选区域冬小麦地上生物量反演结果。其中,研究采用了冬小麦孕穗期Hyperion数据,涉及的植被指数包括窄波段归一化植被指数(N-NDVI)、窄波段差值植被指数(N-DVI)和窄波段比值植被指数(N-RVI)。结果表明,通过与实测冬小麦地上干生物量对比,利用冠层高光谱冬小麦地上干生物量反演敏感波段筛选结果及其相应波段构建的Hyperion窄波段植被指数进行孕穗期作物干生物量估算取得了较好结果,其精度由大到小为:N-NDVI、N-RVI、N-DVI。其中,以波段B_(18)(波长528.57nm)、波段B_(82)(波长962.91nm)构建的Hyperion N-NDVI估算区域冬小麦地上干生物量精度最高,相对误差(RE)和归一化均方根误差(NRMSE)分别为12.65%和13.78%,证明本研究提出的区域冬小麦地上干生物量反演方法具有一定可行性,为高光谱遥感卫星数据敏感波段选取和提高农作物生物理化参数定量遥感精度提供了一定思路借鉴。     

铜胁迫下玉米叶片光谱STFT分析与叶片铜离子浓度反演

采集不同浓度梯度铜离子（Cu2+）胁迫下玉米叶片的可见光-近红外光谱及实测玉米叶片Cu2+浓度，采用短时傅里叶变换（Short-time Fourier transform，STFT）时频分析技术，研究不同浓度Cu2+胁迫下玉米叶片光谱的能量振幅响应，进而提取特征波段的振幅参数，利用偏最小二乘回归（Partial least squares regression，PLSR）方法反演叶片Cu2+浓度。研究发现，玉米叶片光谱的STFT变换所得能量振幅峰值随Cu2+胁迫浓度梯度的增加呈先降低、后升高趋势，且随Cu2+浓度的升高不断向短波方向迁移。选取不同浓度梯度的能量振幅峰值波段为特征波段，利用特征波段上随频域变化的能量幅值，建立玉米叶片Cu2+浓度反演的偏最小二乘回归模型，模型R2为0.9863。选取相同培育期的另外2组植株数据为验证数据，进行相同STFT变换，利用建立的偏最小二乘回归模型对两组验证数据进行玉米叶片Cu2+浓度反演，并与验证组实测Cu2+浓度进行相关性分析，Cu2+反演R2分别为0.8806和0.7331（P<0.01），RMSE分别为1.563、2.619μg/g。研究表明，光谱的时频分析方法可用于Cu2+胁迫下玉米叶片的快速检测，为农作物的重金属胁迫监测提供了新的思路。     

植被指数与作物叶面积指数的相关关系研究

作物长势参数是精细农业遥感监测的重要对象,叶面积指数(LAI)是作物长势最重要的参数之一,利用遥感手段快速获取作物的LAI具有重要的意义。为此,考虑到波段组合方式对LAI的反演效果的不可忽略性,采用4种不同的波段组合,结合PROSPECT和SAIL的模拟数据、地面实测数据和高光谱影像数据,从植被指数的饱和性和模型拟合精度两个角度对6个植被指数展开了评价。结果表明:TVI、MSAVI和MCARI23个植被指数在以上3个方面均表现较优,750～680 nm波段组合更加适合于LAI的反演。     

清河水库水体高锰酸盐指数遥感反演模型研究

以清河水库为研究区,选用landsat8卫星OLI数据与同步实测高锰酸盐指数(COD_(Mn)),通过SPSS软件分析OLI数据的单波段及波段组合与实测COD_(Mn)之间的相关关系,建立比值线性回归模型和比值非线性最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型,对清河水库COD_(Mn)进行定量遥感反演研究。结果表明,相比于比值线性回归模型,LS-SVM模型更适合于清河水库COD_(Mn)的定量反演研究。LS-SVM模型将预测值与实测值的相关系数R~2从0.693 1提升到0.942 7、误差的算数平方根RMSE从4.76减低到2.71、平均相对误差从7.89%减小到6.26%,利用LS-SVM模型明显提高了清河水库COD_(Mn)的反演精度。     

基于离散粒子群和偏最小二乘的水源地浊度高光谱反演

随着面源污染的加剧,导致水源地水体富营养化程度日趋严重,浊度作为衡量水体富营养化的一项重要指标,是水质评价的重要参数。为降低浊度偏最小二乘(Partial least squares,PLS)反演模型建模的不确定性,提高模型反演精度,提出了基于离散粒子群(Discrete binary particle swarm optimization,DBPSO)和偏最小二乘的水体浊度反演模型。以2015年10月在南水北调东线重要水源地微山湖获取的水体浊度和准同步的HJ-1A HSI高光谱数据为例,利用HJ-1A HSI B26-B105(中心波长:518~870 nm)全谱段光谱反射率(Original spectral reflectance,OSR)和归一化光谱反射率(Normalized spectral reflectance,NSR)直接构建浊度OSR-PLS和NSR-PLS反演模型,同时利用离散粒子群算法优选输入浊度PLS反演模型的最佳原始波段反射率和归一化光谱反射率,在此基础上提出并构建浊度OSR-DBPSO-PLS和NSR-DBPSO-PLS反演模型;然后对上述模型进行精度评价,分析光谱归一化处理和特征波段优选对PLS模型反演精度的影响,选择精度最高的模型反演微山湖水体浊度分布。结果表明:NSR-PLS模型精度(R2=0.91)高于OSR-PLS模型(R2=0.50),对波段进行归一化处理能提高浊度PLS反演模型精度;DBPSO能够识别浊度PLS反演的最佳波段,浊度PLS建模所需的波段数由80个分别减少为44个(OSR波段)和36个(NSR波段),在此基础上构建的OSR-DBPSO-PLS模型(R2=0.96)和NSR-DBPSO-PLS模型(R2=0.97)均具有较高精度,显著高于直接利用全谱波段构建的浊度PLS模型反演精度;选择综合误差最小的NSR-DBPSO-PLS模型反演微山湖水体浊度,反演结果符合实际,该模型适用于HJ-1A HSI数据和内陆水体浊度反演。     

基于离散粒子群和偏最小二乘的水源地浊度卫星高光谱反演

随着面源污染的加剧,导致水源地水体富营养化程度日趋严重,浊度作为衡量水体富营养化的一项重要指标,是水质评价的重要参数。为降低浊度偏最小二乘(Partial least squares,PLS)反演模型建模的不确定性,提高模型反演精度,提出了基于离散粒子群(Discrete binary particle swarm optimization,DBPSO)和偏最小二乘的水体浊度反演模型。以2015年10月在南水北调东线重要水源地微山湖获取的水体浊度和准同步的HJ1A HSI高光谱数据为例,利用HJ1A HSI B26-B105(中心波长:518-870nm)全谱段光谱反射率(Original spectral reflectance,OSR)和归一化光谱反射率(Normalized spectral reflectance,NSR)直接构建浊度OSR-PLS和NSR-PLS反演模型,同时利用离散粒子群算法优选输入浊度PLS反演模型的最佳原始波段反射率和归一化光谱反射率,在此基础上提出并构建浊度OSR-DBPSO-PLS和NSR-DBPSO-PLS反演模型;然后对上述模型进行精度评价,分析光谱归一化处理和特征波段优选对PLS模型反演精度的影响,选择精度最高的模型反演微山湖水体浊度分布。结果表明:NSR-PLS模型精度(R2=0.91)高于OSR-PLS模型(R2=0.50),对波段进行归一化处理能提高浊度PLS反演模型精度;DBPSO能够识别浊度PLS反演的最佳波段,浊度PLS建模所需的波段数由80个分别减少为44个(OSR波段)和36个(NSR波段),在此基础上构建的OSR-DBPSO-PLS模型(R2=0.96)和NSR-DBPSO-PLS模型(R2=0.97)均具有较高精度,显著高于直接利用全谱波段构建的浊度PLS模型反演精度;选择综合误差最小的NSR-DBPSO-PLS模型反演微山湖水体浊度,反演结果符合实际,该模型适用于HJ1A HSI数据和内陆水体浊度反演。     

高氟地区平原水库高锰酸钾指数的定量遥感研究

以高氟地区沧州大浪淀水库作为研究对象,将实测的高锰酸钾指数和TM遥感数据反射率进行回归分析处理,构建了高锰酸钾指数与TM各波段多光谱定量遥感模型,并对TM3/TM5波段指数模型进行了定量反演,其结果符合水体实际水质分布情况,表明所建模型可应用于该水体高锰酸钾指数的监测需要,同时探讨定量反演水库氟离子浓度的可行性.     

基于SupReMe影像重建和RF的玉米冠层LAI反演

针对Sentinel-2卫星影像拥有3个对植被生长状况非常敏感、空间分辨率为20m的红边波段（705、740、783nm）,其空间分辨率与可见光和近红外波段10m的空间分辨率不一致,使Sentinel-2影像应用受到限制的问题,基于多光谱多分辨率估计的超分辨率（Super-resolution for multispectral multiresoltion estimation, SupReMe）算法将空间分辨率20m的6个波段重建为10m;以重建后的影像为数据源,耦合PROSAIL辐射传输模型和随机森林模型反演玉米冠层叶面积指数（LAI）,并以野外实测LAI验证其反演精度。结果表明,采用SupReMe算法对Sentinel-2影像进行重建后,在保持光谱特性不变的同时提高了影像的空间细节;基于重建影像和原始影像的LAI反演决定系数R2分别为0.70、0.68,均方根误差RSME分别为0.240、0.262。研究表明,利用SupReMe算法重建后的Sentinel-2卫星影像,能够在提高玉米冠层LAI反演空间分辨率的同时提高反演精度,在挖掘高分辨率农作物生长信息方面具有很大潜力。     

基于HJ-1A卫星CCD1数据的滇池水质参数反演模型研究

将遥感技术应用于水质监测能够较好地反映区域水质在空间和时间上的分布情况和变化,尤其适用于大范围水域的快速监测。使用HJ-1A卫星CCD1数据,以滇池为研究区,对滇池悬浮物、叶绿素a两个水质参数的遥感定量反演进行了研究。研究结果表明CCD1数据的2、3、4波段与滇池悬浮物浓度的相关性最好,构建悬浮物浓度反演模型的最佳波段组合为:(b2+b3)/(b2/b3);3、4波段与滇池叶绿素a浓度的相关性最好,构建叶绿素a浓度反演模型的最佳波段组合为:(b4-b3)/(b4+b3)。通过对遴选出来的波段组合进行趋势拟合分析,得到最适合滇池水质参数的反演模型。     

环鄱阳湖区地下水中氟含量特征及成因分析

于2011年对环鄱阳湖区56口井的水质进行调查研究,应用SPSS和数学统计方法,研究了环鄱阳湖区地下水中氟含量特征及成因分析。结果显示：环鄱阳湖区地下水中氟化物普遍存在,F–离子浓度变化范围为0.001～0.418 mg/L,平均值仅为0.089 mg/L,氟含量普遍偏低,不能满足人们的日常需求,对当地居民的口腔健康存在一定威胁;土壤与岩石性质是影响地下水氟含量偏低的主要因素,另外,地下水的化学成分、气候条件、水体pH值及地下水径流条件等也都在不同程度上影响着地下水中氟的含量与分布。     

南水北调东线人工湿地净化效果研究

基于对南四湖水体污染情况的调查和新薛河入湖口人工湿地水质净化工程运行监测数据,运用综合评价法,建立综合评价指标体系,构建数学模型,对南四湖水质和污染水体人工湿地净化效果进行了评价。研究结果认为人工湿地的建设对于污染水体净化起到了十分重要的作用。检测结果证明,新薛河入湖口水质在Ⅲ类水与Ⅳ类水之间波动,未完全达到南水北调工程的Ⅲ类水水质要求。研究项目对农业面源污染控制和南四湖水质污染的治理具有重要参考价值。     

三维电极法处理低浓度氨氮废水的研究

养殖场污水处理系统厌氧/好氧阶段的出水,氨氮浓度较低、较难生物降解。针对此类废水中的特征污染物氨氮,研究通过单因素实验和响应面设计实验得到三维电极最优电解条件,即pH值5.0,电解质浓度0.20 mol/L,电压9.86 V,极板间距6.47 cm。在最优条件下处理氨氮浓度为140.00 mg/L的原水,出水氨氮浓度降至34.50 mg/L,低于《鄱阳湖生态经济区水污染物排放标准》(DB36/852-2015)中高效集约发展区氨氮限值。运用X射线衍射仪检测到,在烧结温度为200℃时,活性炭表面附着了α-MnO2、β-MnO2和Mn3O4。结合电化学反应特性,分析所构建的三维电极体系的反应机理。     

近60年赣江水沙变化及其驱动因素分析

近20年来,赣江流域输沙量明显减少,其变化将对鄱阳湖以及长江下游的泥沙运动以及泥沙冲淤变化等产生重要影响。根据赣江控制水文站实测水沙资料,采用定量分析的方法,分析了赣江流域年降水量、及河道径流量和输沙量的变化趋势及其发生显著变化的临界年份。结果表明：赣江外洲水文站输沙量存在显著的减少趋势;年降水量和年径流量没有表现出明显的变化趋势。输沙量发生显著的趋势性减小的临界年份为1989年。同时,利用历时曲线和双累积曲线两种方法,量化计算了赣江流域输沙量的减少量,定量分析了降水和人类活动对赣江流域输沙量的影响,确定了人类活动是赣江流域水沙变化的主要驱动因素。     

Modeling the water budget in a deep caldera lake and its hydrologic assessment: Lake Ikeda, Japan

The hydrologic assessment of a lake water budget can be helpful in achieving proper water management and sustainable water use. A model to analyze a lake water budget was developed and verified for Lake Ikeda, Japan. Lake evaporation was estimated by numerical analyses of lake water temperature and the lake energy budget. Inflow from the lake catchment area and leakage from the lake bottom were estimated based on the tank model and Darcy's law, and the model parameters were optimized by the shuffled complex evolution method. The estimated monthly lake evaporation rate is consistent with the evaporation rate estimated by the energy budget Bowen ratio method based on in situ data from 2004 to 2005. Moreover, the calculated time series of daily lake levels agrees well with those of measured lake levels during 1983 to 1999. Thus, the model is useful for evaluating the lake water budget. Numerical analysis reveals seasonal and annual variation characteristics in the water budget components. Precipitation, inflow from the catchment area, and river water supply are generally high during the rainy season from June to July with substantial annual variation. Lake evaporation is greatest in October and least in April, but the annual variation is relatively small. Agricultural water use is relatively high from April to September. There are no marked seasonal changes in leakage and drinking water use. The lake level is generally highest in September and lowest in March, which is characterized by seasonal changes in water budget components. The model was also applied to 17-year simulations under hypothetical hydrologic conditions to examine the effect of water use and agricultural water management on the lake level. Results indicate that river water supply, provided under the agricultural water management system, effectively compensates for the decrease in lake water resulting from agricultural water use.     

洞庭湖烂泥湖水系洪涝灾害风险评估与应对措施

近年来,洪涝灾害是全球发生频繁、危害最严重的气象灾害之一,国内不少学者开始对洪涝灾害进行研究,目前对于洞庭湖区洪涝灾害风险的研究较少.采用综合评价法建立模型对洞庭湖区烂泥湖水系洪涝灾害风险进行评估并提出应对策略,结果表明:新泉寺闸内水位和滞涝水面率的不同导致暴雨对烂泥湖水系的影响程度也不同.同时采取提高滞涝水面率和降低...     

基于三标度法的可变模糊集模型在湖泊水质评价中应用

针对湖泊水质评价中存在模糊性的特征,应用可变模糊集理论建立湖泊水质评价模型.该模型以相对差异函数为基础,充分考虑评价指标的"优"与"劣"两方面,更具合理性.利用可变模糊集方法对杭州西湖、青海湖、巢湖以及滇池的水质进行评价,并对样本进行排序.在指标权重的确定上选取三标度法,使评分更符合决策者的习惯.实例表明该模型简单方便、有效可行,能较好地应用于生产实际.     

提高南四湖上级湖正常蓄水位的可行性研究

南四湖是中国北方最大的淡水湖泊,形状狭长,流域面积31700km2.南四湖多年平均弃水量为15.5亿m3,其中上级湖通过二级坝闸弃水量10.2亿m3.为提高南四湖供水量,根据翔实可靠的水文实测资料,动态分析结合静态分析,研究提高南四湖上级湖正常蓄水位的合理性.     

基于水质指数的宁夏沙湖综合水质状态研究

为探索不同类型的水质指数在沙湖综合水质评价中的应用及其相关关系,采用水质标识指数(WQII)、加拿大环境部长理事会水质指数(CCMEWQI)、通用水质指数(UWQI)对沙湖2010-2017年4月、7月、10月水环境进行了综合水质状态评估,并对不同水质指数进行相关分析及回归分析。结果表明:沙湖WQII变化区间为3.1~4.7,CCMEWQI变化区间为27.44~72.07,UWQI变化区间为31.53~51.74,水质状态整体处于较差等级,综合水质呈恶化趋势,水环境治理刻不容缓。不同综合水质指数结果存在差异,CCMEWQI及UWQI皆与综合水质标识指数显著相关;CCMEWQI与综合水质标识指数在复合及增长模型下拟合优度达到最优(R2=0.614),UWQI与综合水质标识指数在二次模型下拟合优度达到最优(R2=0.970)。     

流域社会经济活动对博斯腾湖水环境影响评价

近10年来,在博斯腾湖流域地区经济快速发展的同时,其水质急剧恶化。因此,分析流域社会经济发展对博斯腾湖流域水环境状态具有重要意义。应用多系统灰色关联评估理论及其模型,将博斯腾湖流域社会经济活动对湖泊水环境影响进行了综合评价。研究结果表明,3个重要指数由高到低得分顺序依次为：水体污染负荷指数>周边水体环境状态指数>社会经济压力指数;其社会经济活动对湖泊生态影响综合评估等级为IV级。