基于MERIS遥感图像的太湖叶绿素浓度反演

以太湖为试验区,基于MERIS遥感图像数据以及同步实测的太湖水质参数数据,应用归一化叶绿素指数算法(NDCI),对太湖水体叶绿素a浓度进行反演,得到了太湖区域的水体叶绿素a反演结果,并对反演结果进行了验证和分析。结果表明:归一化叶绿素指数反演算法能够精确地反演太湖区域的叶绿素a浓度值,模型的决定系数(R2)为0.881 2,反演精度优于传统经验统计模型,可为今后更精确地反演内陆水体的叶绿素a浓度提供参考依据。     

基于图像处理的青冈栎叶绿素含量检测系统研究

为了实时、便捷、经济地获取植物叶绿素含量,研究了基于OPENCV机器视觉库的青冈栎叶绿素含量实时检测系统。首先通过数码照相机获得叶片图像,对图像进行阈值分割,图像噪声处理和图像遍历,获得图像R、G、B值。然后对图像R、G、B进行各种组合变化获到不同的图像颜色特征参数,分析各图像颜色特征参数与青冈栎叶片叶绿素含量的相关性,并对相关系数较高的叶片图像颜色特征参数与叶绿素含量进行拟合分析,结果显示图像特征参数R、R-B、(R-B)/(R+B)均达到非常显著相关。在此基础上建立叶绿素含量检测模型,基于C++程序语言,OPENCV视觉库以及QT4界面程序,编写青冈栎叶绿素含量检测系统。最后将系统检测结果与其他方法进行了比较,系统检测结果平均误差为7.19%,最大误差为12.65%,验证了该系统的有效性和准确性。     

基于颜色特征的叶片含水率与比叶重估算模型初探

通过不同氮素营养水平的水培试验,采用线性拟合和逐步回归分析,建立了黄瓜叶片干基含水率与比叶重的颜色特征估算模型。结果表明:颜色特征与叶片干基含水率、比叶重的线性拟合分析中,S、G/(R G B)、B/(R G B)、G/R、G/B、G-R和H/S构成的颜色特征变量的相关系数与叶片干基含水率相关密切;S、G/(R G B)、B/(R G B)、G/R、G/B、G-R、H/S和H/I构成的颜色特征变量的相关系数与叶片比叶重相关密切。运用逐步回归分析技术找出了G/(R G B)和G-R可以作为叶片干基含水量估算的主要颜色特征参数;G/(R G B)和H/I是叶片比叶重估算的主要颜色特征参数。     

基于无人机多光谱影像的海口市美舍河凤翔湿地公园水体叶绿素反演

为掌握海口市美舍河凤翔湿地公园水体中的叶绿素(CHL)空间分布，科学评估区域水体水质情况。使用无人机搭载多光谱传感器获取多光谱影像，从中提取16个光谱参数(V1～V16)，结合实测水体样本数据，构建CHL叶绿体的反演模型。结果显示：光谱参数V3与CHL具有明显的相关性，在建立的反演模型中，指数函数反演模型的精度最高，决定系数R²值为0.660。经检验，指数函数模型的估测值和实测值的拟合曲线R²值为0.870 9。研究结果符合水质参素反演精度要求，可为下一步绘制水质参数空间分布图及美舍河凤翔湿地公园的水体治理提供科学依据。     

东北粳稻叶绿素相对含量的无人机高清影像检测方法

叶绿素相对含量(soil and plant analyzer development,SPAD)是评价水稻健康状况的重要农学参数,为了解决传统监测方法工作量大,效率低的问题,以东北粳稻为研究对象,采用不同施肥处理开展小区试验,利用无人机低空遥感技术分别获取水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗灌浆期水稻冠层高清数码影像,同时利用叶绿素仪测量水稻冠层SPAD值,并对无人机高清数码影像反演SPAD的可行性及方法进行研究。结合k-means聚类和阈值分割的方法去除背景提取出水稻叶片的RGB值,构建出R、G、B及G/R、G/B、B/R、R-B、G-R、NRI、NGI、NBI共11种颜色参数,并分别用11种参数和水稻叶片SPAD做相关性分析,分析结果表明NRI、B/R、R-B 3种参数和SPAD值高度相关。分别采用一元线性回归分析法和BP神经网络法对3种参数和SPAD的关系进行建模并对建模精度进行分析。结果表明:无人机高清影像反演SPAD是可行的,其中一元线性回归分析中,NRI和SPAD的建模精度高于B/R和R-B,均方根误差(RMSE)为1.51;基于NRI、B/R和R-B的多特征输入的BP神经网络预测粳稻SPAD的RMSE为1.354,相比基于NRI的一元线性回归分析模型精度提升11%,BP模型能较好地对东北粳稻的SPAD进行反演,能为无人机低空遥感反演粳稻SPAD提供理论依据和实现方法。     

基于环境小卫星CCD数据对太湖地区叶绿素a浓度的反演

针对我国湖泊水体富营养化监测问题,以太湖为研究对象,使用了快速、低成本、大范围的遥感技术反演太湖水体中的叶绿素a含量.以环境小卫星CCD数据和实测数据为研究基础,使用波段比值法建立了5种叶绿素a浓度回归模型.结果表明:多项式反演模型具有最佳的拟合效果,其相关系数R=0.8845;对该反演模型进行合理性验证,并将其运用在太湖地区,最终反演了该水域的叶绿素a浓度.这表明波段比值法构建的多项式反演模型可以较为准确地反演出太湖地区的叶绿素a浓度值.     

基于水体指数的镜泊湖叶绿素a质量浓度反演研究

结合2015年9月镜泊湖30个有效采样点的实测叶绿素a质量浓度和同步Landsat 8 OLI数据,通过分析叶绿素a的光谱特征,在Landsat8OLI数据11个波段中,选择前7个波段(B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7)单独或组合建立叶绿素a质量浓度反演模型。利用多元统计分析法分析发现,波段组合B5/B3、(B3+B4)/B5、B3/(B1+B5)模型精度较好,决定系数R2分别为0.754 1、0.774 3、0.739 6。作为对比,另外选取典型的水体指数建立叶绿素a质量浓度反演模型;其中归一化水体指数(NDWI)、改迚归一化水体指数(MNDWI)、增强型水体指数(EWI)模型较好,R2均大于0.7,分别为0.747 6、0.726 7、0.763 5。选取上述6种模型,利用剩余采样点迚行精度检验,结果预测值与实测值之间的R2为0.0711～0.8094,其中,NDWI模型反演R2值为0.7614,平均相对误差为13.0%,最大相对误差为22.4%,最小相对误差为1.4%;均方根误差为0.20μg/L。与波段组合模型相比,水体指数模型虽然精度没有较大的提高,但其模型摆脱了波段的随机组合,更适合用来作为镜泊湖叶绿素a常用的监测方法。通过NDWI模型对镜泊湖叶绿素a质量浓度的反演,发现镜泊湖叶绿素a质量浓度分布具有一定的空间差异性,大体趋势为靠近岸边的浅水区叶绿素a质量浓度高于湖心的深水区,有河流注入的来水区高于其他湖区。     

基于遥感技术的分散式水源水质监测初探——以重庆市永川区为例

在基于统计学理论的水质遥感反演研究基础上,利用Landsat-TM遥感影像数据,结合水质反演的原理,选取典型丘陵区———永川区主要水库水体水质参数(叶绿素a、悬浮物、透明度、水温和氨氮)为研究对象,建立遥感信息同实测数据间的响应关系,得出具有区域代表性的反演模型,初步形成了一套基于遥感的分布式水质定量测算研究方法,分析结果得出水体中叶绿素a、水温和氨氮精度较高,悬浮物、透明度精度较低。     

基于数码图像的甜菜氮素近地遥感监测模型

为定量研究利用数码图像进行甜菜冠层叶片氮含量(Leaf nitrogen content,LNC)时空变化监测的适宜性及准确性,以2014年内蒙古赤峰市松山区太平地镇田间试验为基础,在甜菜各生长阶段采集甜菜冠层数码图像,利用数字图像处理技术对图像进行分割并提取红光值(R)、绿光值(G)和蓝光值(B)。分析R/B、G/B等9个颜色参数与不同生育期冠层LNC的相关性,并研究冠层LNC随施氮量的变化规律,探寻适宜于甜菜氮素营养监测的关键生育时期及最佳颜色参数。分别利用支持向量机(Support vector machine,SVM)和BP人工神经网络(BackPropagation artificial neural network,BP-ANN)建立甜菜冠层LNC预测模型。研究结果表明,BP-ANN预测模型具有较高且较稳定的预测精度,其验证集的决定系数R~2和均方根误差RMSE分别为0.74和2.35,与SVM模型相比,BP-ANN模型的决定系数R~2提高了12.12%,均方根误差RMSE降低了8.09%。     

青山湖水体总悬浮物浓度的高光谱遥感反演

利用2009年11月9日城市湖泊青山湖实测的水体高光谱遥感数据和同步水质采样数据,在分析水体固有光学特性的基础上,采用单波段、两波段比值和一阶微分3种算法进行了湖泊水体总悬浮物浓度（TSS）遥感反演研究。结果表明,单波段、两波段比值和一阶微分模型相关系数均较好,688 nm处一阶微分线性回归模型相关系数R2为0.932 8,RMSE为2.896 1 mg/L,为最佳的TSS实测光谱遥感反演模型,可以用于青山湖水体TSS浓度的反演。该研究可为水质指标大面积的卫星遥感反演研究提供基础。     

不同水分处理对烟草冠层高光谱参数和生理指标的影响

为快速、准确检测烟草的生理指标,获取烟田节水灌溉和烟草的生长信息,通过不同的水分处理,采用ASDFieidspec HH光谱仪,分析不同处理烟草冠层光谱特性,同时运用逐步回归等统计方法,研究了不同水分条件下烟草的冠层高光谱遥感特征参数与烟草生理之间的关系.结果表明,不同水分处理间烟草的生理指标以及烟草冠层光谱曲线差异较大.通过逐步回归方程筛选出了叶片7种生理指标的高光谱特征变量,与叶面积指数,叶片干重,叶片含水率关系最密切的光谱特征变量均是红边面积与黄边面积的归一化值;与叶绿素a,叶绿素b,叶绿素a+b关系最密切的光谱特征变量均是红边位置.建立的回归方程的决定系数和回归系数相伴概率显著性均为显著水平,同时通过检测样本的检验,估测效果较好.因此,可利用这些变量建立的估测模型时烟草的多种生理指标进行快速测定,并可根据烟草冠层高光谱特性初步指导烟田节水灌溉和检测烟草生长状况.     

基于简化的人工鱼群算法的水位流量关系拟合

针对传统水位流量关系曲线拟合过程中精度低的问题,采用简化的人工鱼群算法,以水位流量关系曲线拟合的3种准则作为目标函数,优化水位流量关系模型的相关参数a和b,拟合水位流量关系曲线,研究水位流量关系回归问题;通过应用实例将该方法与其它算法进行比较,并比较3种准则下该方法得到的拟合结果的差异.结果表明:简化的人工鱼群算法不仅参数设置简单,而且拟合结果均优于其它方法,是一种较为优秀的全局优化方法,适用于解决非线性优化问题.     

水分胁迫对沙冬青气体交换和 叶绿素荧光的影响

使用LI-6400 光合测定系统及其配备的荧光叶室测定了不同水分状况下沙冬青气体交换及叶绿素荧 光变化特征。结果表明院沙冬青光合速率尧蒸腾速率和气孔导度与水势的关系均可模拟为y=a+b（1原e-kx）、叶绿素荧 光特征指标水势关系呈y=ae-bx^k曲线;沙冬青光合速率尧蒸腾速率尧气孔导度和叶绿素荧光特征指标值随着植物水 势下降均呈下降趋势、光合速率尧蒸腾速率尧气孔导度下降的初始水势（初始胁迫水势）明显小于叶绿素荧光特征 指标、光合速率水势补偿点尧蒸腾速率临界点水势和气孔导度临界点水势与叶绿素荧光特征指标NPQ尧qP 和ETR 初始胁迫水势基本相同、而明显小于荧光指标Fv/Fm 初始胁迫水势。研究指出、可用气孔导度水势临界值作为评 价光合作用气孔调节和非气孔调节的界限、Fv/Fm 水势临界值可作为植物水分胁迫临界值院当水势大于气孔导度 水势临界值时、属于气孔调节水势范围;当水势小于气孔导度水势临界值时、植物以非气孔调节为主。当水势大于 Fv/Fm 水势临界值时、植物处于轻度或中度水分胁迫;当水势小于Fv/Fm 水势临界值时、植物处于重度水分胁迫。 结果表明、沙冬青气孔调节水势临界值为-3.81~-5.26 MPa、重度水分胁迫水势临界值为-8.05~-14.53 MPa、临界 值具有生长季节差异。     

水产养殖用水可重复利用性评估指标及相关标准分析

水资源的短缺和环境约束的增强使水产养殖用水重复利用的迫切性增加。如何正确评估经过处理后的养殖水是否能够再次用于养殖是避免处理不足或过量、提高处理效率的基础。目前国内外未见关于如何评估养殖水的可重复利用性的相关报道。养殖水的重复利用性评估可以借鉴养殖源水的评估标准,但应有所区别。本文基于水产养殖活动对水体的影响特征提出了养殖用水重复利用性的评估指标,并根据这些指标的性质,提出了设定固定标准和变动标准两种标准类型的设想。对于既定的生产系统和养殖对象,开展现有生产行为的记录和分析是获得对实际养殖活动有指导作用的信息的基础。     

田间试验方法确定非饱和土壤水分运动参数

用田间试验确定土壤水分运动参数,由于所测定的土壤吸力较低,得不到完整的土壤水分特征曲线,应用受到了限制.对蒸发量大的干旱地区,在田间一定区域,使其土壤与其周围土体隔离,从而可以测得土壤的较高吸力.以土壤水动力学理论为基础,首次在新疆运用田间试验的方法计算确定了土壤水分运动参数,是一种简便的实用方法.     

基于HYDRUS-2D软件的土壤水力特征参数反演及间接地下滴灌的土壤水分运动模拟

间接地下滴灌是一种能有效减少地表蒸发、提高水分运输效率的新型滴灌方式。虽然土壤水分运动模拟已成为优化滴灌的重要工具,但由于土壤水力特征参数难以确定,模拟结果往往不够精确。为此,基于室内间接地下滴灌实验数据,利用HYDRUS-2D软件对土壤水力特征参数进行反演尝试,并探究边界均匀出水时,不同规格(直径、高度)的间接地下滴灌导水装置下形成的土壤水分分布差异。结果表明,HYDRUS-2D软件能有效地反演土壤水力特征参数,用反演参数模拟的土壤含水量和湿润距离与实测值吻合良好,基于3个反演参数和4个反演参数的模拟效果差异不大,计算模型的纳什效率系数分别为0.716和0.714。灌溉时不同直径、相同透水边界高度的装置对侧边和底部的含水量分布影响不大,而相同直径、不同透水边界高度的装置对侧边和底部的含水量分布影响较大。研究结果可为间接地下灌溉时导水装置规格的选取与农业水分精准管理提供科学依据。     

内蒙乌海胡杨异形叶水分及叶绿素荧光参数的比较

以乌海胡杨岛上胡杨幼树和大树的异形叶为实验材料,研究异形叶的叶绿素荧光动力学参数、含水量以及自由水和束缚水比值变化特征。结果表明:幼树披针形叶片F0、Fm、Fv/Fm和Fv/F0的值最小,而大树卵圆形叶片的Fm、Fv/F0和Fv/Fm值最小,锯齿卵圆形叶片的F0值最小。与幼树相比,大树异形叶的自由水含量均有不同程度的上升,其中以披针形叶片自由水含量上升幅度最大,为78.94%;锯齿卵圆形和卵圆形叶片分别上升了10.60%和10.99%。幼树叶片的自由水含量与Fv/Fm、Fv/F0呈极显著正相关关系,大树叶片的含水量与Fv/Fm、Fv/F0呈极显著正相关关系。     

水分胁迫对4树种幼苗叶水势和持水力的影响

以皂荚(Gleditsia sinensis)、核桃(Juglans regia)、柿子(Diospyros kaki)和黑枣(Diospyros lotus)为材料,在田间持水量为80%、60%、40%和30%的条件下对4树种幼苗叶含水量、叶水势和叶持水力进行了研究。结果表明:严重水分胁迫下,4树种叶含水量降低幅度是核桃<柿树<皂荚<黑枣,核桃和柿树能够保持较高的叶水势,而皂荚和黑枣的叶水势则比较低;充足供水条件下,4树种叶持水力是皂荚>核桃>柿树>黑枣,水分胁迫诱导了皂荚、柿树和黑枣叶片持水力的提高,而耐旱的核桃却没有明显的变化。     

雨水涵养利用与初雨水净化的研究

中国是严重缺水的国家,水资源供需矛盾十分突出。雨水是地下水的最重要补给源,也是解决水资源供需矛盾的重要途径之一。本研究中,通过借鉴美国雨水涵养与初雨水净化的成熟经验,设计了中国雨水涵养利用与初雨水净化系统,对屋面、绿地、道路、硬覆盖的排水与雨水涵养以及涵养水的利用、初雨水的净化等进行了研究。该系统在涵养雨水的同时,解决了初雨水净化的问题,与非涵养的普通雨水排水系统相比,管道长度短,管径小,节省了系统造价,是中国雨水利用的创新体系。     

我国区域发展的水资源压力分析

针对我国水资源人均占有量少、分布不均、各地区水资源压力差异较大的现状,引入了水资源压力指数的概念,并从人口、生态和经济发展的角度,探讨了我国水资源压力的地区差异;对各省区水资源人口压力指数、生态压力指数、经济发展压力指数和紧缺指数进行了计算和分析,探讨了各地区水资源的紧缺程度,并对我国各省区水资源紧缺类型进行了划分。