基于遥感影像的大区域植被类型样本快速提取方法研究——以寒温带针叶林区域为例

[目的]利用遥感影像的宏观性,基于植被分类资料数据,依据实验区域遥感影像及衍生影像本身特点,实现大区域样本快速提取。[方法]实验参考1∶100万植被图、WESTDC中国土地覆盖图,结合实验区域2001年MODIS时序NDVI影像的非监督分类结果,利用矢、栅数据的空间特征,将实验影像非监督分类的类型信息关联为随机样点属性,依据该属性中包含的非监督分类类型数和各类型的样点比例,对比类别间样本可分离性指标、标准差变化,实现样本纯化。[结果]纯化后的植被样本与WESTDC中植被空间分布基本一致,主要植被类型空间分布精确程度为84.82%。将纯化前后的样本输入最大似然分类器,总体分类精度提高了32.52%。[结论]该采样方法适用于宏观大区域植被样本数据的快速提取。同时,节省了大区域植被类型调查消耗的人力物力资源和时间,提高了采样效率。     

基于证据理论组合多分类规则实现大区域植被遥感分类研究

[目的]利用遥感影像的时效性和宏观性特点,基于证据理论组合多分类规则的方法快速和高效地实现大区域植被遥感分类。[方法]首先,依据辨识框架的概念设计分类系统,并采用大区域样本快速采集方法提取训练样点;其次,将多个单分类规则得到的植被类型特征影像归一化处理为基本概率赋值作为表达对各类型信任程度的证据源数据,再将不同证据源的信任度信息依据证据理论组合;再次,将组合结果依据最大信任度原则确定植被类型;最后,在中国植被图与中国土地覆盖图的类型一致区域随机布点作为验证样本。[结果]各单分类器分类结果的总体精度范围为60%70%,两两规则组合分类结果的总体精度范围为70%80%,3个规则组合分类结果的总体精度达到80.84%。[结论]组合多分类规则的证据理论分类方法可以提高分类精度;参与组合的单分类器精度越高,相关证据源越多,组合分类结果精度越高。     

三峡库区1992—2012年森林景观格局演变研究

[目的] 以三峡库区森林生态系统为研究对象,分析1992—2012年间森林景观格局演变过程,为森林景观恢复、森林资源可持续利用和景观格局优化提供基础研究。[方法] 利用5期代表三峡工程不同建设阶段的遥感影像,揭示三峡库区森林景观格局的时、空演变过程,并从斑块面积分级和景观指数两个角度分析景观格局的破碎化过程。[结果] 1992—2012年间,耕地和林地始终是三峡库区最主要景观类型,耕地大幅减少,森林面积与森林覆盖率逐年提升,森林景观结构比较稳定,呈现出针叶林 > 灌木林 > 针阔混交林 > 落叶阔叶林 > 常绿阔叶林的态势。森林分布不均,主要集中在库区库首和腹地西部,20年间森林景观格局空间变化呈"首尾平稳、腹地迅速增加"的趋势。森林景观斑块面积分级存在明显的两级分化,细碎斑块数量多面积小,100 hm²以上大斑块数量少面积大,但20年间两极分化的情况明显缓解,零星散布的森林斑块显著减少,集中连片的森林斑块数量增加且面积增大。20年间库区森林景观的平均斑块面积增加了54%,最大斑块指数提高了1.34倍,平均邻近指数提高了3.02倍,其中针叶林的景观优势度明显增加。[结论] 库区生态建设与环境保护已初见成效,库区森林景观逐渐恢复,破碎化程度缓解,连通性提高,但在景观格局上仍分布不均：库首地区森林覆盖率高但以马尾松林居多、景观多样性欠佳,库尾都市区及长江沿线森林覆盖率还有待提高,地带性植被的比重应进一步提升。     

果子沟林场三维建模与可视化实现

[目的]为了提高森林景观模拟的真实性和实用性,为森林景观规划和森林经营管理提供可靠依据。[方法]以新疆霍城县果子沟林场作为试验区,以林区内主要树种雪岭云杉为树木建模对象,以小班为单位对果子沟林场进行三维可视化模拟。通过外业测量获取林木的树高、胸径、冠幅以及冠高等测树因子。从冠形和叶片角度入手对雪岭云杉的外形特征进行分析。使用单曲线方程对冠形进行模拟,使用泊松分布模型模拟树叶在树冠内的分布情况。然后,使用林相图提取小班边界。利用外业调查数据和CTS系统构建不同形态的树木模型。通过林分分布规则、小班属性以及林场内植被分布规则对林木的空间分布进行模拟。最后,使用SQL SERVER 2005作为数据管理平台,使用八叉树作为三维场景管理,结合LOD、视点替换、及地形分页等三维场景渲染及优化技术,对果子沟林场进行三维可视化模拟。模拟面积达300 km²,平均帧率20 FPS以上。[结果]模拟结果较好地反映了小班的空间分布格局,直观地体现出小班内部林木的空间位置分布,具有一定的实用价值。     

和田河上游不同植物群落土壤理化性质及酶活性分析

[目的]通过调查分析不同植物群落土壤理化性质、土壤酶活性的空间分布,了解生境变化过程中植物群落与土壤变化特征,为塔里木盆地西南地区荒漠生态脆弱区植被的恢复和管护提供理论参考。[方法]以和田河上游垂直河岸带4种植物群落类型(Ⅰ-灰叶胡杨+多枝柽柳+芦苇+胀果甘草;Ⅱ-灰叶胡杨+胡杨+多枝柽柳+芦苇+胀果甘草;Ⅲ-黑果枸杞+盐穗木+芦苇+胀果甘草;Ⅳ-花花柴+芦苇+胀果甘草)土壤为研究对象,采用分层取样方法,分析比较不同植物群落土壤理化性质、土壤酶活性空间分布特征,揭示制约荒漠河岸植物群落生存发展的关键因子。[结果]表明:4种植物群落类型土壤含水率、全盐量、碱解氮垂直分布异质性较为明显。同一土层之间含水率、全盐量差异性显著(P<0.05),群落Ⅳ各层土壤含水率均为最低,而全盐量在群落Ⅰ中最低,群落Ⅲ最高。4种植物群落土壤均呈碱性,pH值介于8.40~8.89,而全磷波动范围在0.53~0.86 g·kg^-1之间,两种指标在各植物群落之间均没有显著性差异(P<0.05)。有机质、全氮、脲酶在群落Ⅰ各土层均为最高,而过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性在群落Ⅲ最高。[结论]土壤含水率、土壤密度权重系数较大,对外界环境变化比较敏感,可以作为评价该地区荒漠植被土壤肥力的首要指标。     

基于气象因子的马尾松毛虫发生率空间格局研究

[目的]为预测未来我国马尾松毛虫的潜在变化趋势,以2002-2012年全国范围内马尾松毛虫的地级逐年平均发生率作为预测指标,[方法]运用偏最小二乘回归方法,获得马尾松毛虫平均发生率与相关气象因子的回归方程,并结合地理空间数据与未来气象数据,得到马尾松毛虫平均发生率空间格局模型.[结果]表明:以筛选后的12个气象因子建立的马尾松毛虫平均发生率空间格局模型精度达到86.98%,具有较强的可靠性.据此预测2020s,2050s,2080s的马尾松毛虫平均发生率空间格局,并与2002-2012年的空间格局相比,结果显示:华东及华中地区虫害中度和重度发生面积均明显增加,有扩散的趋势;华东地区的轻度发生面积总体为缩减;而华南部分地区虫害轻度发生面积扩增.[结论]以偏最小二乘回归方法所得的空间格局模型具有实际预测意义,可以预测我国未来马尾松毛虫平均发生率的变化趋势.     

无患子天然居群遗传多样性研究

[目的]通过我国无患子主要分布区的居群样本,研究无患子天然居群的遗传多样性和遗传结构.[方法]采用ISSR分子标记技术,利用12条ISSR引物分析18个天然居群的265株个体样本.[结果]表明无患子遗传多样性水平较高,物种和居群水平上的多态位点百分率 (PPB)分别为95.37%和57.82%,Shannon's信息指数(I)分别为0.256 9和0.199 8,Nei's遗传多样性指数(H)分别为0.390 9和0.298 0.AMOVA分析表明,18个居群间出现一定程度的遗传分化,且遗传变异主要发生在居群内.UPGMA聚类和Mantel检验结果表明,18个天然居群可分为2大组群,且居群间的地理距离与遗传距离之间不存在显著相关性(r=0.066 7,P=0.541 7>0.05).[结论]无患子以自交为主,其天然居群遗传多样性丰富,居群内的遗传多样性高于居群间.研究结果可为无患子育种策略的科学制定和种质资源的有效保护及利用提供理论依据.     

白蜡虫蜡酯合酶在昆虫细胞Sf9中的表达

[目的]本研究欲利用Bac-to-Bac表达系统,在Sf9细胞中表达WS.[方法]将WS编码序列克隆到质粒pFastBac^TMHT B后,转化大肠杆菌DH10Bac^TM,经抗性和蓝白斑筛选,获得重组杆粒rBacmid/EpelWS.将rBacmid/EpelWS转染Sf9细胞.[结果]免疫荧光标记检测表明:WS在受感染细胞的细胞质中表达.[结论]本研究成功表达了白蜡虫WS,为白蜡虫WS的生化特性研究奠定了基础.     

基于树冠因子的林木竞争指数研究

[目的]以湖南省黄丰桥国有林场杉木纯林为研究对象,进行树木竞争指数的研究,基于Hegyi简单竞争指数的形式,提出包含反映树冠特征因子的树冠竞争指数。[方法]将树冠竞争指数和Hegyi简单竞争指数分别与胸径增长量进行相关分析。[结果]Kendall's tau-b系数、Spearman's rho系数和相关系数R²均显示树冠竞争指数与林木生长量的相关性高于Hegyi简单竞争指数。[结论]该结果表明树冠竞争指数与林木生长量有更强的相关性,可以更好地体现树冠在树木生长中的作用,能作为模拟林分生长量的依据。     

八大公山土壤跳虫群落结构与多样性的季节动态

[目的] 探索八大公山国家级自然保护区生境和季节变化对土壤跳虫群落分布的影响,为自然保护区森林健康的评价和监测提供科学的理论依据。[方法] 于2016年4月、7月和11月对该区青冈林、光皮桦林和栲树林的凋落物和土壤进行取样调查,采用Tullgren干漏斗法分离土壤跳虫,分析土壤跳虫群落结构和多样性与生境和季节变化的相关性。[结果] 共捕获土壤跳虫3 785头,隶属于4目15科29属,其中优势类群为符䖴属、长䖴属、球角䖴属和棘䖴属,4属共占总个体数的71.08%。分析数据表明,土壤跳虫主要集中分布于凋落物层,其个体数、类群数、Shannon-Wiener多样性指数和Margalef丰富度指数大小顺序为青冈林>栲树林>光皮桦林,且主要类群与生境的土壤有机质、全氮呈显著正相关,与土壤全钾、pH 呈显著负相关。春季（4月）土壤跳虫类群数最多,Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数均最高,群落结构最复杂;秋季个体数量最多,但丰富度最低。[结论] 八大公山土壤跳虫群落结构与多样性受生境和季节变化影响显著,生境的植被类型与土壤理化性质共同决定土壤跳虫分布,保持地表植被多样性和保留凋落物对促进土壤跳虫多样性具有积极作用。     

基于GF-1和TM数据的金河林业局天然林保护成效评估研究

[目的]利用遥感影像的特点,将地表覆盖类型和植被覆盖度作为天然林保护成效评估的研究指标,提出一种评估天然林保护成效的方法。[方法]首先,分析GF-1遥感影像特点,结合TM影像特点,研究针对GF-1遥感影像的处理和分析技术;其次,选择评估天然林保护成效评估的指标;再次,选取内蒙古金河林业局作为试验区,对试验区的地表覆盖类型变化、植被覆盖度变化进行分析,结合现地调查数据进行验证,从而评估天然林保护成效。[结果]基于采用分类后比较法能够有效检测出地表覆盖类型变化,经验证检测精度能够达到90%以上;归一化植被指数结合像元二分模型能够用于复杂地表植被覆盖度的反演,经野外实测数据验证精度可达到83%。[结论]根据地表覆盖类型变化监测和植被覆盖度变化监测结果,金河林业局天然林保护工程实施以来实现了森林资源由过度消耗向恢复性增长转变。     

天水市近30年林地动态变化遥感监测研究

[目的]以甘肃省天水市为例,基于遥感影像变化监测技术,探讨黄土高原丘陵沟壑与小陇山-西秦岭山地交接过渡区域近30年来森林(林地)资源空间分布规律、时间变化趋势及变化影响因素。[方法]以1988—2015年5期夏季Landsat TM/OLI遥感影像为主要数据源,结合辅助数据和外业实地样本点,以光谱特征和指数特征为特征变量,分别利用随机森林(RF)和参数优化支持向量机(POSVM)分类器对土地覆盖类型进行分类,然后基于分类后比较法进行森林资源动态变化监测。[结果]分类结果表明,两种分类器的分类效果均较好,且随机森林分类器在分类精度、效率和稳定性方面明显优于参数优化支持向量机分类器。变化监测结果表明,近30年来森林资源总体变化趋势为林地面积先减少后增加。1990—1996年,林地面积减少0.74%;1996—2002年,林地面积减少2.74%;2002—2008年,林地面积增加1.06%;2008—2015年,林地面积增加8.89%。[结论]本研究采用的基于非参数分类器分类后比较法的变化监测技术是复杂地形地貌过渡区森林资源动态变化监测的一种有效途径,在分类结果分析统计的基础上,得出研究区森林资源变化的总体趋势:以2002年(2002年影像)为界,林地总体趋势为先减少后增加,2002年后林地面积增加显著。     

基于不同立地质量的杉木生物量遥感估测

[目的]研究不同立地质量对杉木生物量遥感估测精度的影响,为进一步提高和完善森林生物量遥感监测体系提供一种新的思路和方法。[方法]以2007年建德市森林资源二类调查数据和TM影像为研究材料,采用蓄积量—生物量换算因子连续函数法计算杉木林生物量和地位级法评价立地质量等级,比较杉木立地质量好、中等、差和不分地位等级4种生物量遥感估测模型,并进行精度检验。[结果]表明:(1)以TM遥感影像主成分分析中第一主成分为自变量的模型拟合效果最好,决定系数R2均在0.69以上,最高0.855。(2)利用预留独立样本对模型精度进行验证,不分地位级总体估测精度为87.78%,分立地质量等级好、中、差3种类型总体估测精度分别为97.37%、95.82%、98.23%。分不同立地质量类型可以提高杉木生物量遥感估测精度。[结论]研究结果为森林生物量遥感估测提供一种改进的思路,且为提高森林生物量和碳储量遥感估测精度提供一种参考方法。     

基于高分二号影像的森林变化快速检测方法研究

[目的]探讨用于快速更新森林资源数据库的森林变化检测方法,监测短时期内森林采伐与更新的动态变化。[方法]以变化频繁快速,高度集约经营的广西上思县人工林作为研究区,以两个时相的高分二号遥感影像作为数据源,分别利用红波段、近红外波段和NDVI 3种特征的影像差值,并基于分布函数确定阈值,对研究区进行快速的变化检测,并提取变化区域和变化类型。[结果]表明,3种特征差值的检测精度排序为:NDVI差值法最优,红波段差值法次之,近红外波段差值法最差。其中NDVI的总体精度为87.12%,Kappa系数为0.76,[结论]该方法在实现快速检测变化的目的下,可用于森林资源数据库的更新。     

老挝北部5省橡胶林提取及时空扩张研究

[目的]分析老挝北部"金三角"地区橡胶林提取方法及橡胶林时空扩张特征,为合理规划橡胶种植、区域生态环境保护等提供方法和依据。[方法]基于MODIS影像和橡胶林物候特征,选取不同地类特征参数,实现橡胶林空间分布快速可重复的决策树提取新方法,并基于单一土地利用率模型研究橡胶林扩张机制。[结果](1)橡胶林提取时间窗口为1月至3月,基于不同地类特征参数生成的橡胶成林、幼林决策树提取方法总精度为80.67%,高分一号影像通过面向对象方法验证MODIS影像提取结果精度可靠。(2)2010—2015年,老挝北部5省橡胶林由12.6万hm~2扩张到16.96万hm~2,面积变化率最大的是乌多姆赛省,丰沙里省扩张速度最慢。[结论]MODIS影像提取橡胶林方法和结果简单有效。橡胶林分布在海拔和坡度上呈现不断上升的趋势,海拔1 500 m以上零星分布,坡度上分布上限为35°,而坡向扩张无明显规律。从LUCC视角分析得到橡胶林时空扩张的主要影响因素是社会政策和经济因素。     

Remote sensing and forest inventory for wildlife habitat assessment

Researchers and managers undertaking wildlife habitat assessments commonly require spatially explicit environmental map layers such as those derived from forest inventory and remote sensing. However, end users of geospatial products must often make choices regarding the source and level of detail required for characterizing habitat elements, with few published resources available for guidance. We appraised three environmental data sources that represent options often available to researchers and managers in wildlife ecological studies: (i) a pre-existing forest inventory; (ii) a general-purpose, single-attribute remote sensing land cover map; and (iii) a specific-purpose, multi-attribute remote sensing database. The three information sources were evaluated with two complementary analyses: the first designed to appraise levels of map quality (assessed on the basis of accuracy, vagueness, completion, consistency, level of measurement, and detail) and the second designed to assess their relative capacity to explain patterns of grizzly bear (Ursus arctos) telemetry locations across a 100,000-km² study area in west-central Alberta, Canada. We found the forest inventory database to be reasonably functional in its ability to support resource selection analysis in regions where coverage was available, but overall, the data suffered from quality issues related to completeness accuracy, and consistency. The general-purpose remote sensing land cover product ranked higher in terms of overall map quality, but demonstrated a lower capacity for explaining observed patterns of grizzly bear habitat use. We found the best results using the specific-purpose, multi-attribute remote sensing database, and recommend that similar information sources be used as the foundation for wildlife habitat studies whenever possible, particularly those involving large areas that span jurisdictional boundaries.     

利用迁移学习进行长时序遥感影像分类的影响因素和策略

长时间序列遥感影像分类是研究区域自然资源和土地利用时空变迁的重要基础.传统的区域长时序遥感影像分类,需要逐景影像选取样本进行分类,存在样本复用性低、人工工作繁复等问题;而迁移学习作为一种将已有知识应用到不同任务中的机器学习方法,可以实现遥感影像特征信息的重复利用.但长时序遥感影像由于时间跨度和物候等差异,地物光谱存在不...     

机载LiDAR和高光谱融合实现普洱山区树种分类

[目的]通过机载遥感影像对普洱山区进行植被分类研究,为山区森林经营规划与可持续经营方案的制图提供高效应用途径。[方法]将2014年4月航拍的机载AISA Eagle II高光谱和Li DAR同步数据融合,利用点云数据提取的数字冠层高度模型(CHM)得到树种的垂直结构信息,结合经过主成分分析(PCA)的高光谱降维影像,选用支持向量机(SVM)分类器进行分类。[结果]普洱市万掌山实验区主要树种分为思茅松、西南桦、刺栲、木荷等。融合影像数据分类的总体精度和Kappa系数分别为80.54%、0.78,比单一高光谱影像数据分类精度分别提高6.55%、0.08,其中主要经营树种思茅松的制图精度达到了90.24%。[结论]该方法对山区主要树种的识别是有效的,将机载Li DAR与高光谱影像融合可以有效改善分类精度。     

管芯片技术通量检测杨树溃疡病病菌的应用

正基因芯片技术因能对生物样本进行快速、高通量的定性和定量分析,而在植物病害诊断中也得到普遍的应用[1]。树木溃疡病是指引起木本植物树皮上出现溃疡腐烂等症状的病害[2]。引起杨树溃疡病的真菌种类较多,加之其无性型和有性型多样,所以,关于杨树溃疡病病原菌的报道多有不同。另外,受地理位置、寄主植物关系及分类体系的限制,迫切需要发展不依赖于常规分离培养的病原鉴定新技术。