亚热带人工林高分影像GLCM纹理的应用策略研究

[目的]探讨纹理变量及其相应参数配置范围,阐明各纹理变量随输入参数的变化规律,以便指导高分光学影像纹理在林业上的应用.[方法]以福建省将乐国有林场不同坡向不同龄组的杉木人工林为例,基于QuickBird影像的全色波段进行灰度共生矩阵(GLCM)纹理的计算与分析.[结果]结果表明:(1)除均值外的所有GLCM纹理变量对阴...     

光学影像纹理信息在林业领域的最新应用进展

随着光学卫星影像空间分辨率的不断提高,影像纹理特征的重要性日益凸显。然而,纹理是一个非常复杂的空间属性,会随着太阳/观测角度、地形、感兴趣目标及其所处环境的不同而发生显著的变化。此外,不同纹理变量的选择及相应输入参数的设置,如窗口大小、像元间距、方向以及量化等级等都可能在一定程度上决定着影像纹理的利用价值。如何有效利用纹理量及其优化组合是一个值得深入探讨的问题。鉴于此,本文首先全面回顾了影像纹理特征在森林分类、森林结构参数反演以及森林生物量与碳储量的遥感估算等方面的最新研究与应用,并从不同角度肯定了光学影像纹理在林业遥感领域的应用潜力。此外,从纹理变量及其4大输入参数的选择和最优变量组合的判别方面,总结并剖析了当前研究领域中所存在的关键问题,权衡利弊并给出了相应的建议,为相关研究人员将影像纹理信息更有效地应用于林业领域提供参考。      

基于影像分割的覆膜玉米叶绿素含量反演

【目的】快速、准确监测覆膜玉米叶绿素含量,探明将影像地膜和阴影背景像元剔除能否提高光谱和纹理特征反演叶绿素含量的精度。【方法】以无人机多光谱遥感影像数据为基础,以覆膜玉米苗期、拔节期、抽雄期和灌浆期叶绿素含量为对象,使用监督分类分割影像背景像元和玉米像元,分析背景像元对玉米冠层光谱的影响,计算全像元和玉米像元影像的光谱特征和纹理特征并筛选较优变量输入,利用偏最小二乘、支持向量机和BP神经网络3种机器学习算法建立玉米叶绿素含量的反演模型。【结果】(1)苗期、拔节期、抽雄期和灌浆期多光谱影像中的背景像元对玉米冠层的光谱均有显著影响。(2)基于玉米像元影像提取的光谱特征、纹理特征和光谱特征+纹理特征为变量输入的反演精度均优于全像元影像(最佳模型建模R 2提高0.078,RMSE和MAE分别降低0.060和0.055 mg·g^-1,验证R 2提高0.109,RMSE和MAE分别降低0.075和0.047 mg·g^-1)。(3)基于玉米像元影像的光谱特征+纹理特征为变量输入的建模精度比仅使用光谱特征或纹理特征为变量输入的建模精度提升显著;其中光谱特征+...     

硅酸盐浸渍改性对杉木视觉物理量的影响

  目的  对杉木素材与硅酸盐改性材的弦切板与径切板材色、光泽度、纹理进行测量与对比，分析硅酸盐改性处理对杉木视觉特性的影响规律。旨在为硅酸盐改性材的大规模应用提供理论依据，指导杉木改性材相关产品的研发。  方法  在改性前后，对100 mm × 100 mm × 20 mm的杉木径切板和杉木弦切板的材色、光泽度、纹理进行测量，分析改性处理前后杉木视觉物理量的变化规律。  结果  改性后，弦切板与径切板的红绿色度值分布区间分别为2.0 ~ 6.0和2.5 ~ 5.5，黄蓝色度值分布区间分别为17.5 ~ 24.0和18.0 ~ 24.0，两组数据均较素材小。明度值分布区间也有所下降，为61.0 ~ 71.0，表明改性处理对杉木的色彩倾向有所均衡，在明暗程度上也有一定影响。杉木素材的平行纹理光泽度（GZL）、垂直纹理光泽度（GZT）、光泽度比（GZB）分别为5.54%、4.32%、1.28，杉木改性材的GZL、GZT、GZB分别为3.32%、2.86%、1.16。两种杉木的GZL均略大于GZT，呈现一定的线性关系。改性后，光泽度线性趋势更加明显，而且数据也更为集中。杉木改性材的纹理粗细、纹理间距、纹理疏密度分别为0.55 mm、9.51 mm、0.06，与素材差别微弱，表明改性处理并没有对纹理的疏密程度产生影响。改性材弦切板与径切板的纹理灰度与背景灰度分布区间都较素材有所降低，说明改性处理使得杉木的纹理与背景的灰度等级变得更高。杉木改性材的纹理灰度与背景灰度分布较素材松散，两者呈一定的线性关系但不紧凑。  结论  硅酸盐改性处理对木材颜色影响较小，杉木基本上维持了原有的颜色特征。杉木改性材光泽度略小于素材，基本分布规律相同。改性处理对纹理间距与纹理粗细的影响微弱，改性材仍保持同素材一样的纹理疏密程度，改性后的杉木纹理灰度值与背景灰度值差别变大，对比度稍高，使得改性杉木的纹理较素材更明显。      

联合GF-1和GF-3影像的森林地上生物量反演

  目的  探索高分（GF）光学、合成孔径雷达（SAR）数据及其联合数据在森林地上生物量（AGB）及其组成部分反演中的可行性。  方法  以云南省昆明市宜良县小哨林区的云南松为研究对象，结合实地调查数据，以GF-1光学数据和GF-3 SAR数据作为数据源，提取光学数据常用的植被指数和纹理特征，SAR数据的各极化后向散射系数、纹理特征以及极化分解等参数，利用KNN-FIFS方法分别进行森林AGB及其分量的反演；然后采用留一交叉验证法对反演结果进行精度评价，并在此基础上绘制森林AGB及其分量空间分布图。  结果  联合GF-1和GF-3数据反演森林AGB及其分量的精度最高，R2均超过了0.710，RMSEr的值在22% ~ 27%之间，其中树叶的反演精度最优，模型的R2为0.714，RMSE为10.270 t/hm2，RMSEr为24.58%；除树叶生物量外，森林AGB和其他分量仅采用GF-1提取的特征进行反演时，精度均优于采用GF-3特征的反演结果。  结论  联合GF-1光学数据和GF-3全极化SAR可以实现一定程度的互补，提高森林AGB及其分量的反演精度，此外KNN-FIFS方法在低生物量水平的云南松纯林的AGB及其分量的反演中具有一定的鲁棒性，且KNN-FIFS优选的重要参数多为SAR和光学的纹理特征。      

Worldview-2不同波段纹理特征对森林蓄积量估算精度影响

为检测高分辨率遥感影像不同波段纹理特征对于森林蓄积量估算精度的影响,以湖北省荆门市京山县太子山林场马尾松纯林为对象,基于灰度共生矩阵的方法分别提取高分辨率遥感影像Worldview-2 红光、绿光、蓝光、近红外波段和全色波段的纹理特征,利用随机森林算法,分别建立野外样地蓄积量与纹理参数的模型。结果表明,全色波段对马尾松森林的精度最高（R²=0.86,RMSE=47.37 m³·hm^-2）,其次是绿色波段（R²=0.85,RMSE=50.82 m³·hm^-2）和近红外波段（R²=0.85,RMSE=46.85 m³·hm^-2）,蓝色波段（R²=0.68,RMSE=60.72 m³·hm^-2）和红色波段（R²=0.69,RMSE=56.27 m³·hm^-2）的精度最低;窗口大小对模型精度影响较小,全色波段的R²取值在0.82~0.86,RMSE取值在47.66~51.99 m³·hm^-2,多光谱波段的R²取值在0.88~0.89;蓝色和红色波段的非相似度（DIS）的估算模型精度相对较高,绿色波段的对比度（CON）（R²=0.87,RMSE=46.21 m³·hm^-2）估算精度最高,红色波段的非相似度（R²=0.68,RMSE=58.30 m³·hm^-2）估算精度较高,近红外波段的角二阶矩阵（ASM）（R²=0.68,RMSE=60.30 m³·hm^-2）精度最高,全色波段的对比度、相关性、熵、变化量模型精度较高,R2为0.85。利用高分辨率遥感影像纹理特征估算森林参数时需综合考虑不同波段的纹理特征对模型的贡献。     

参数优选支持的光学与SAR数据森林地上生物量反演研究

  目的  森林是整个陆地碳循环系统中最大的有机碳贮库，准确地估测森林地上生物量影响着全球碳源与碳储量的分析与评价。本文旨在评价利用Landsat8 OLI、高分一号光学数据、ALOS-1 PALSAR-1SAR 3组不同源遥感数据估测森林AGB的潜力，进而剖析光学数据和SAR数据在估测森林AGB方面的差异。  方法  首先对Landsat8 OLI、高分一号光学数据、ALOS-1 PALSAR-1SAR数据分别提取波段比值、植被指数、纹理信息，对ALOS-1 PALSAR-1SAR数据同时提取极化分解信息；然后，利用随机森林算法对不同数据提取的特征参数进行重要性排序，选择排序靠前的特征进行建模；最后，利用KNN-FIFS算法分析不同特征组合，对4组数据建立4个模型估测森林AGB，并使用留一交叉验证法对4个模型估测森林AGB值进行精度评价。  结果  使用植被因子、波段比值、纹理因子、极化分解信息4种特征参数分别对3组数据进行建模估测森林AGB，基于Landsat8 OLI数据反演森林AGB的精度评价结果为R2 = 0.50，RMSE = 33.34 t/hm2；基于高分一号数据估测精度为R2 = 0.36，RMSE = 37.60 t/hm2；基于PALSAR纹理特征估测精度为R2 = 0.45，RMSE = 35.40 t/hm2；基于PALSAR全极化分解信息估测精度为R2 = 0.63，RMSE = 28.84 t/hm2。  结论  参数提取方法相同时，即基于植被因子、波段比值、纹理信息3种特征参数估测森林AGB，其光学数据和SAR数据的反演潜力基本一致；参数提取方法不同时，即SAR数据加入极化分解信息估测森林AGB，与光学数据相比，SAR数据对森林AGB的反演潜力较好。      

基于高分二号影像结合纹理信息的茶园提取

为提高高分辨率遥感影像分类精度,针对高分二号影像发展一种综合利用遥感影像光谱和纹理信息的茶园种植区提取方法。该方法首先利用归一化植被指数(NDVI)和修正的归一化植被指数(MNDVI)构建新的光谱特征——差异归一化差分植被指数(DNDVI),通过灰度共生矩阵(GLCM)构建新的纹理特征——灰度共生纹理(GLCT),然后结合光谱和纹理特征运用支持向量机(SVM)的方法进行分类。试验采用2种方案(原始波段+光谱特征,原始波段+光谱特征+纹理特征)对影像进行分类,分类总体精度分别为79. 6%、89. 8%,Kappa系数分别为0. 659、0. 788。结果表明,结合纹理信息能明显地提高分类精度,并较好地实现对高分二号影像茶园种植区的分类提取。     

基于纹理信息的森林类型遥感识别技术

为提高大区域TM影像对针阔混交林的识别精度,充分考虑遥感影像像元值的随机性和空间性,以盘古林场有林地TM遥感影像为例,结合地统计学知识,利用变异函数计算图像纹理信息,分析了影像纹理信息提取的重要因子,确定选取绝对变差函数为计算方法,以9×9像元为窗口,4像元为步长,计算方向为全方向对盘古林场有林地部分提取纹理信息并与原始光谱信息及归一化植被指数相结合,采用经典分类器最大似然法对影像进行分类。结果表明,辅以纹理信息的最大似然法分类精度为85.333 3%,Kappa指数为0.78,达到了区别针阔混交林的目的。     

基于无人机激光雷达的人工林碳储量线性与非线性估测模型比较

  目的  森林碳储量是生态系统结构与功能的重要指标，掌握森林碳储量现状有利于森林资源管理。激光雷达能够用于监测森林资源，但是存在森林参数估测的模型多、变量不确定和缺乏林分三维结构解析意义的变量等问题，因此，需要选择合适的林分解析变量和模型。  方法  借助无人机激光雷达点云数据与样地调查数据，以内蒙古自治区赤峰市喀喇沁旗旺业甸人工林为研究对象，分别使用多元线性模型与多元乘幂模型以不同变量对林分碳储量进行估测，选出最优模型并进行精度评价。  结果  研究表明:（1）模型方法而言，非线性模型的检验效果优于线性模型的检验效果:非线性模型（R2为0.66 ~ 0.86，rRMSE为23.51% ~ 9.91%），线性模型（R2为0.52 ~ 0.85，rRMSE为27.70% ~ 12.38%）。（2）模型使用平均高、郁闭度为基础变量，以穷举法筛选出来的变量组合，估算森林参数得出最佳模型，其中非线性模型以激光点云平均高、郁闭度、高度变动系数和叶面积变动系数的估算精度最高（R2=0.86，rRMSE=9.91%）。  结论  通过激光雷达估测人工林碳储量时，加入垂直结构变量可以提高模型拟合效果，非线性模型比线性模型更适合人工林碳储量的估测。      

基于树种分类的高分辨率遥感数据纹理特征分析

遥感图像尤其是高分辨率（1~4 m）遥感图像在树种分类方面有着广阔的应用前景。利用主成分分析法对遥感数据去相关分析,然后通过对纹理提取过程的分析,探讨不同移动窗口大小对纹理特征的影响,以期为中山陵园风景区的森林调查提供依据,分类方法为经典的最大似然分类器。根据不同移动窗口大小的纹理因子相关性和对保持纹理信息丰富度的影响,来选择合适的窗口大小及纹理因子组合,以对树种分类精度的提高程度为评价标准。研究结果表明,利用窗口大小为19 19下的纹理信息可有效提高分类精度,总精度达到66%,Kappa系数达到0.59,比单纯的光谱信息最大似然法图像分类精度高,其中均值与均匀性、对比度、偏斜度纹理因子组合为最佳纹理组合,能有效减少数据冗余。高分辨率遥感数据纹理信息的运用为树种分类识别时的特征选择提供了有利技术参考。图4表3参19     

磁处理对蛹虫草菌丝生长的影响

[目的]明确磁处理对蛹虫草[Cordyceps militaris （L.） Link.]菌丝生长的影响,为磁处理在蛹虫草菌丝生产中的应用提供理论依据和参数。[方法]设置不同磁场强度和不同处理时间的组合条件,采用菌丝重量法研究磁处理对菌丝生长量的生物学效应,并筛选出最佳的磁场处理组合。[结果]不同处理条件对蛹虫草菌丝生长量的生物学效应不同,产生正生物学效应的最佳磁处理条件为1.250T/10 min。[结论]得出蛹虫草最佳的磁处理条件,为磁处理在蛹虫草菌丝生产中的应用提供了理论依据。     

干酪乳杆菌NH-2固态发酵基质的选择及优化

[目的]对干酪乳杆菌NH-2固态发酵基质进行筛选及优化。[方法]以麸皮、米糠及豆粕为候选基质,通过基质发酵保湿性、产物活菌数与表面结构的比较,以及后续的复合基质试验,确定干酪乳杆菌NH-2最佳的固态发酵基质。[结果]麸皮与米糠以3：5的比例混合时为干酪乳杆菌NH-2最佳的固态发酵基质,在该条件下产物活菌数最高可达（85.70±2.35）×108cfu/g。[结论]干酪乳杆菌NH-2能以麸皮、米糠为基质通过固态发酵实现其高密度发酵培养。     

薄膜—均质法制备番茄红素脂质体的工艺研究

[目的]优化制备番茄红素脂质体的生产工艺,提高包封率,减小颗粒粒径,最终提高番茄红素的生物利用度.[方法]采用薄膜—均质法制备番茄红素脂质体,通过单因素试验和正交试验,以包封率作为主要指标,筛选出最佳制备工艺(胆同醇—卵磷脂比、番茄红素—卵磷脂比、旋转蒸发温度、磷酸缓冲液pH),并观察脂质体形态和粒径特征.[结果]薄膜—均质法制备番茄红素脂质体的最佳工艺为:胆固醇—卵磷脂比1:3,番茄红素—卵磷脂比1:20,旋转蒸发温度30℃,磷酸缓冲液pH 7.0.在最佳工艺条件下,番茄红素脂质体的包封率为71.65%,平均粒径840nm.[结论]采用薄膜—均质法制备番茄红素脂质体具有工艺简单、重现性好,且脂质体包封率高、颗粒粒径小、稳定性较高等优点,可大规模用于实际生产.     

微波辅助萃取枳椇总黄酮研究

[目的]研究从枳椇中提取总黄酮。[方法]采用微波辅助萃取技术,应用自制的压力萃取器,通过单因素试验和响应面试验方法优化工艺参数。[结果]确定了最优工艺参数为微波功率840 W、乙醇水溶液浓度52%、萃取时间54 s、液固比9.4 ml/g、浸泡时间1 h和颗粒粒径2.5×10-4m,在此条件下,总黄酮萃取率为98.05%。建立了以萃取率为响应值,微波功率、乙醇水溶液浓度、萃取时间和液固比为影响因素的二次多项回归方程,该模型与试验结果十分吻合。[结论]建立的数学模型和优化的工艺参数可用来预测不同工艺条件下的总黄酮萃取率,为中试和工业化生产提供理论依据。     

不同栽培基质对马铃薯原原种产量性状和经济参数的影响

[目的]筛选马铃薯原原种适宜的栽培基质。[方法]以马铃薯品种蓉紫芋5号脱毒试管苗为材料,采用单因素随机设计,设计6种基质类型,分析不同栽培基质对马铃薯原原种产量性状和经济参数的影响。[结果]以椰糠作为栽培基质可获得最高的产量和效益,其次是椰糠+营养土=1∶1的基质。[结论]以椰糠作为栽培基质用于马铃薯原原种生产最佳,具有较好的应用价值。     

碗莲品种形态学性状聚类分析的研究

[目的]探究荷花品种间的亲缘关系、荷花资源的分类和遗传多样性。[方法]对23个碗莲品种的9个数值性状和11个质量性状进行了调查,借助DPS统计软件对结果进行聚类分析。[结果]在碗莲的分类中,花瓣数、花色、体型大小、亲缘关系等因素占有重要的地位,这和传统分类方法得到的结果基本符合。[结论]该方法可在研究栽培植物起源中充分加以利用。     

硫代硫酸钠标准溶液结果偏差控制研究

[目的]确认并探究影响硫代硫酸钠标定结果的偏差所在。[方法]研究了影响硫代硫酸钠标准溶液稳定性的因素,剖析该溶液标定过程中的关键环节,并对相应关键点进行试验,控制其标定结果的相对偏差。[结果]试验表明,参与硫代硫酸钠标定过程的水必须不含CO2和O2,是煮沸冷却水或新制备水,减少用水干扰;制备的溶液及静置过程中的溶液均需放置在避光条件下,避免环境对溶液造成影响;标定过程中静置完毕后应立即加水终止反应,确保结果的稳定,降低偏差;采用滴定一个样品加入一个碘化钾的方式进行试验,对控制偏差效果显著。[结论]研究可为硫代硫酸钠标准溶液的制备提供参考。     

结合纹理信息Hyperion高光谱影像分类

高光谱遥感光谱特征明显,单纯利用其光谱优势难以达到影像分类精度要求,特别是区分植被精细类别。为了进一步提高Hyperion高光谱影像分类精度,研究加入包含区域亮度变化及结构特征的纹理信息,试图提高分类精度。以杭州市余杭区百丈镇为试验区,首先提取研究区道路、建筑物、农田、毛竹Phyllostachysedulis林、马尾松Pinusmassoniana林和栎类Quercus等7种类型的端元光谱,然后对端元进行线性光谱分离,利用二阶概率矩阵对线性光谱分离出的8个波段提取纹理特征,最终结合线性分离后的端元光谱实现分类。结果表明：纹理信息融入后分类结果较单源信息光谱角制图和单源信息支持向量机方法有明显的改善,建筑物精度分别提高了34．13％和17．16％,农田提高了19．71％和9．24％,马尾松则改善了27．09％和5．42％,栎类精度提高了近3．00％和10．00％,且一定程度上避免了椒盐效应。采用光谱与纹理信息结合的方法对Hyperion高光谱影像分类是可行的。分类过程中端元的提取、纹理分析时特征向量的组合及纹理移动窗口大小的选择对分类结果起重要的作用。图6表1参19     

枇杷果酒发酵工艺的优化

[目的]优化枇杷果酒酿造的工艺参数。[方法]以湖北省荆门市当地的枇杷鲜果为原料,采用正交试验和感官评定考察不同发酵温度、酵母接种量、起始糖浓度、p H和发酵时间对枇杷果酒质量的影响。[结果]枇杷果酒发酵的最佳工艺条件是发酵温度15℃,起始糖浓度20 Brix,p H 3.6,酵母接种量0.4%,前期发酵时间6 d。[结论]所得果酒透明清亮,色泽淡黄,酒体醇香,为枇杷的深加工利用提供了参考途径。