玉米铜污染实时动态监测的高光谱分形维数模型

重金属Cu~(2+)在玉米植株中过量积累会破坏其组织细胞结构,降低叶绿素含量,使植物代谢紊乱,都将在光谱上表现变化。传统监测污染的方法费时费力,不能满足快速实时监测的需求。农作物污染监测中的高光谱遥感监测应用技术是当前研究的重点。通过设置不同Cu~(2+)浓度的盆栽试验,测得不同Cu~(2+)胁迫浓度下玉米叶片的Cu~(2+)含量、叶绿素含量以及高光谱反射率数据,系统分析玉米叶片光谱曲线的特征以及不同Cu~(2+)胁迫浓度下的光谱分形维数与光谱指数变化的情况,建立玉米叶片Cu~(2+)浓度、光谱分形维数和光谱指数的空间分布,研究Cu~(2+)定性分析中光谱指数与光谱分形维数的关系。结果发现,光谱分形维数比光谱指数能更好地反映Cu~(2+)污染下玉米植株的生理特征的变化,从而可以成为大范围监测玉米Cu~(2+)污染的甄别依据。     

高光谱遥感监测大面积土壤重金属污染的研究现状、原理及展望

随着经济的快速发展,农田土壤重金属污染问题越来越严重,对粮食安全和人类身体健康构成严重威胁,而传统的土壤重金属检测方法只能做到以点代面、被动检测土壤重金属污染。为了快速、宏观地获取土壤重金属污染信息,提出了高光谱遥感技术并列出了其在土壤重金属污染方面应用的原理、方法和优势,系统阐述了定量估算土壤重金属的建模方法,分析了高光谱遥感技术存在的问题及其发展趋势,并提出利用高光谱遥感获取大尺度上的遥感影像资料,结合重金属定量反演模型,多角度获取土壤重金属的污染区域、范围和污染程度信息,主动监测土壤重金属污染,以期为土壤重金属污染的监测和修复提供技术支持,保障粮食安全。     

基于归一化植被指数对荒漠化草原地面高光谱影像中植被的识别

草原植被的分布与面积是草原退化评定的重要指标。以荒漠化草原植被为研究对象,在内蒙古四子王旗试验区域自然光下采植被的高光谱数据,通过构建植被光谱特征指标阈值对植被覆盖地区与非植被覆盖地区进行识别和分类,为低空高光谱遥感进行大面积的识别及数量统计提供依据,为高效,适时的草原监测和退化评价提供理论和技术手段。选择具有代表性归一化植被指数NDVI分析数据规律。结果表明:荒漠化草原阈值区间为0.01~0.9,其中植被阈值区间为0.4~0.9,非植被阈值区间为0.01~0.4,当NDVI阈值取0.4时对有无植被覆盖分类明显,经Kappa系数验证精度达96.2%。高精度的植被识别为后续无人机高光谱遥感提供数据数据支持及理论基础。     

作物环境胁迫高光谱遥感监测研究进展

作物环境胁迫频发不仅严重影响区域粮食生产和生态安全,还威胁社会经济稳定和可持续发展,高光谱遥感可实时、准确监测作物环境胁迫,与传统监测方法相比具有较大优势。首先阐述了高光谱遥感监测作物环境胁迫的理论基础,重点从基于光谱响应特征的直接监测、基于农学参数和生理信息反演的间接监测两方面,概述了高光谱遥感在监测作物病虫害、水分胁迫方面的研究进展。在此基础上,提出了目前该技术在作物环境胁迫监测应用领域的不足,如光谱响应特征的专属性认识不足、反演模型的精度及普适性较低、数据使用受到限制等,并讨论了高光谱遥感在作物环境胁迫监测方面的发展方向,旨在为农作物环境胁迫监测及预警提供参考。     

基于地面光谱水稻重金属胁迫监测光谱特征尺度识别

为探究地面高光谱遥感监测不同光谱尺度对水稻重金属胁迫区分度,以不同污染水平地面ASD高光谱数据为基础,通过光谱敏感特征优选确定450～900 nm为水稻重金属胁迫敏感波段,利用DB5小波变换产生的多尺度小波特征系数模拟不同光谱分辨率,结合小波参数的信息熵特征和分形维数特征,对水稻重金属胁迫特征光谱尺度进行识别,通过构建胁迫相关的叶绿素光谱指数 MCARI/OSAVI、NDSI_R、Depth验证所识别的特征尺度的可靠性和精准性。结果表明：①小波分解各尺度细节系数计算出的信息熵在分解的5～7尺度附近不同胁迫水平有明显的特征转折点;②随着分解尺度的增加,不同胁迫水平的分维数差异值变小,第5尺度是水稻受不同重金属胁迫8层尺度分解和重构下光谱曲线尺度的最明显的转折点,在尺度5下,光谱曲线的峰谷细节得到更好的反映; ③研究水稻重金属污染光谱特征尺度既保留光谱信息的主要特征,又最大程度的减少了光谱数据量,不仅提高了水稻重金属污染监测的效率而且为环境监测提供了新的手段。     

基于地面光谱水稻重金属胁迫监测光谱特征尺度识别

为探究地面高光谱遥感监测不同光谱尺度对水稻重金属胁迫区分度，以不同污染水平地面ASD高光谱数据为基础，通过光谱敏感特征优选确定450～900 nm为水稻重金属胁迫敏感波段，利用DB5小波变换产生的多尺度小波特征系数模拟不同光谱分辨率，结合小波参数的信息熵特征和分形维数特征，对水稻重金属胁迫特征光谱尺度进行识别，通过构建胁迫相关的叶绿素光谱指数 MCARI/OSAVI、NDSI_R、Depth验证所识别的特征尺度的可靠性和精准性。结果表明：①小波分解各尺度细节系数计算出的信息熵在分解的5～7尺度附近不同胁迫水平有明显的特征转折点；②随着分解尺度的增加，不同胁迫水平的分维数差异值变小，第5尺度是水稻受不同重金属胁迫8层尺度分解和重构下光谱曲线尺度的最明显的转折点，在尺度5下，光谱曲线的峰谷细节得到更好的反映; ③研究水稻重金属污染光谱特征尺度既保留光谱信息的主要特征，又最大程度的减少了光谱数据量，不仅提高了水稻重金属污染监测的效率而且为环境监测提供了新的手段。     

从植被高光谱遥感到土壤重金属污染诊断的研究进展

随着遥感技术的迅速发展,高光谱遥感由于其对微量元素的探测能力强,为诊断土壤重金属污染提供了可靠的基础数据。综述了国内外对高光谱监测植被/土壤重金属的研究现状,探讨了从植被高光谱到土壤重金属诊断的局限性,并对其进行了展望。     

珠海一号高光谱影像在黄土高原大型煤矿区分类中的应用

本文选取珠海一号影像数据,以哨兵二号数据为参考,将平朔矿区按权属划分五个子研究区,采用面向对象结合最邻近特征的分类方法,融合光谱特征、纹理特征、植被指数等特征因子,对珠海一号矿区土地利用分类精度进行评价。研究结果表明：(1)珠海一号分类总体精度为78.87%,Kappa系数为0.7285;哨兵二号分类总体精度为78.38%,Kappa系数为0.7203,珠海一号分类精度略高于哨兵二号;(2)部分耕地、草地、裸地产生误分,可能由于选取影像成像时间过晚地物特征相似导致。总体来说,珠海一号高光谱数据光谱及空间分辨率高,具有应用于矿区生态监测、复垦区植被演替特征等研究的潜力。     

基于高光谱遥感的农作物分类研究进展

【目的】农作物类型识别是农作物面积、长势监测与产量预测的重要前提。及时、准确地获取农作物类型、空间分布以及种植面积对制定农业政策、促进社会经济发展和保障国家粮食安全具有重要意义。近年来,高光谱遥感凭借光谱分辨率高、光谱信息丰富等优点,已广泛应用于农作物制图中。【方法】文章归纳了高光谱遥感应用于农作物分类的研究进展,总结了国内外农作物分类常用的高光谱数据源,并分析了各种数据源的适用范围。梳理了农作物高光谱遥感分类方法,讨论了各种分类方法的优缺点。【结果】现有农作物高光谱遥感分类研究存在一些不足:(1)机载高光谱影像光谱分辨率高,但影像监测面积小,不适合大区域农作物面积提取研究;(2)星载高光谱影像监测面积较大,但空间分辨率较低,某些农作物面积提取实际应用中精度较低;(3)由于缺乏对农作物高光谱特征的研究,导致分类算法机理性不足,普适性较差。【结论】农作物高光谱遥感分类未来研究方向是:(1)丰富高光谱遥感监测的农作物类型;(2)提高高光谱影像的空间分辨率,实现农作物种植结构复杂、地块破碎地区的农作物分类研究;(3)进一步研究利用高光谱遥感进行农作物分类的机理和多源数据融合的方法。     

接种菌根大豆叶片光谱分析和叶绿素含量估测

为更好地指导矿区进行受损土地的微生物复垦,减少传统监测方法对植物的损害,需要运用快速有效的方法来监测菌根作用下植物的生长状况。对不同生长期的大豆叶片光谱、叶绿素含量、菌根侵染率和菌丝密度测定分析,结果表明:各生长期接菌组叶绿素含量均高于同期对照,其叶绿素含量与侵染率间具有显著正相关性,且叶片光谱反射率在550nm处显著低于对照组。同时根据叶片光谱可见光区域叶绿素敏感波段选择植被指数,然后建立以植被指数为变量的线性模型反演叶绿素含量,结果发现植被指数MCARI反演叶绿素含量的精度及稳定性(R2=0.67)都优于其他指数,其线性模型反演绝对误差为2.504,相对误差为6.57%。该研究结果说明高光谱技术是估测菌根作用下大豆叶绿素含量的一种简单、快捷和无损的有效方法,也为未来利用高光谱数据评估微生物对植物生长的促进作用提供理论与方法支持。     

青岛蔬菜种植区地表水污染的灰关联评价

利用大沽河流域7个地表水监测点2006年监测数据,引用综合污染指数法分析了地表水状况,得到各污染指标排序：氟化物〉化学需氧量〉五日生化需氧量〉高锰酸盐指数〉硝酸盐氮〉氨氮〉总磷〉石油类〉挥发酚。运用灰色关联分析法,结合水质监测点对应的蔬菜种植区的种植面积及人口等调查数据,分析了9个水质指标与蔬菜种植方式及人口数量之间的关系。结果表明,设施栽培和露地栽培对地表水质硝酸盐氮的影响差异较大,表现在设施栽培面积与硝酸盐氮指标关联性最大,而露地栽培面积与硝酸盐氮指标关联性较小。设施栽培面积、习惯种蔬菜村庄数和乡村人口数对地表水质挥发酚指标影响较大。     

大连市水源地环境现状调查及治理对策

以复州河流域为例,根据对大连市复州河流域的水质调查、监测与评价,分析流域水环境状况及工业点源、农村面源的污染因素,并指出复州河流域水环境保护工作在污染控制、水源保护、水环境监管方面存在的主要问题。该研究将复州河流域划分为4类功能区,提出严格执行水源地保护区管理条例,合理规划空间发展格局,实施水资源管理制度,节水减排、流域综合治理、农业面源污染治理和水质监控体系建设等水环境治理保护方面的建议。     

南昌市酸雨特征与气象条件关系分析研究

利用南昌市降水监测资料与高空气象探测资料,分析了南昌市酸雨污染的现状,揭示了南昌市酸雨的形成因素。研究表明,南昌市酸雨酸度大,频率高,且近年来降水pH值有下降趋势,主要是硫酸型污染,南昌市酸雨污染最严重的时段在秋、冬季。降雨pH值随着降雨等级的提高而增大,雨量的增大对降雨酸性有稀释作用。高空气象条件对酸雨有明显的影响,高空风风速小于7m/s时,酸雨频率较高,pH值也低,酸雨污染严重,反映了高空风对污染物水平输送同样具有稀释和冲淡的作用。逆温强度较强时,酸雨出现率增大。周边的工业区对南昌市酸雨的产生有明显作用。不稳定气象条件有利于大气低层污染的垂直和水平方向的扩散,可降低致酸污染物对区域的影响。     

防城港市红沙养殖区营养盐状况分析与评价

根据2007年6～9月和2008年6～10月6个航次的监测资料,分析了红沙养殖区海域水质变化特征,并对PO4-P、SiO3-Si、DIN、pH值、盐度、DO、COD和叶绿素a等进行了分析,对该海域进行了富营养化评价及有机污染评价。结果表明,该海域营养盐随月份呈现不同的变化规律。从营养结构看,与Redfield值比较,符合P限制条件;根据富营养化评价,红沙养殖区海域营养指数秋季较低,而夏季较高,属富营养化状态;有机污染评价的结果显示,红沙养殖区海域属于水质开始受污染类型。     

高宝邵伯湖渔业生态环境现状与评价

研究以2015年高宝邵伯湖整个湖区的水质、底质监测数据为基础,对水质调查状况进行了调查与评价,结果表明:高宝邵伯湖的渔业生态环境状况总体良好,底质监测指标全部达标;但湖内部分水体受到有机污染,并出现富营养化。因此,必须加强对高宝邵伯湖水域环境保护与渔业管理工作,并对治理工作进行整理总结,为将来高宝邵伯湖水质的治理改善工作提供重要的基本资料和科学依据。     

“十五”期间贵阳市环境空气质量状况分析及评价

为了解和掌握贵阳市空气环境质量变化状况.根据贵阳市环境空气污染特点,对贵阳市"十五"期间空气污染物的监测数据进行了分析与评价.结果表明,"十五"期间环境空气质量较"九五"期间有了很大的改善;SO2浓度逐年下降,到2005年底SO2年日均值已接近国家二级标准;NO2浓度值一直稳定在国家环境空气质量一级标准;可吸入颗粒物浓度值逐年下降,2004年起达国家环境空气质量二级标准.表明,贵阳市环境空气质量已向好的方向发展.     

基于普适指数的徐州市区地表水环境质量评价

根据徐州市2004年水环境质量监测数据,在适当设定水质指标"基准"值的情况下,采用普适指数公式,计算出徐州市区水环境质量的综合指数。结果表明:京杭运河铜山段水质为Ⅱ～Ⅴ级,其主要支流水质污染状况严重;废黄河和奎河均为劣Ⅴ类水,污染严重;云龙湖各监测点为Ⅳ类水,基本满足其水域功能要求。最后,有针对性地提出了徐州市区地表水环境保护的若干建议。     

公路两侧土壤中重金属有效态分析及污染源识别

[目的]研究公路两侧土壤中重金属有效态及其主要污染源。[方法]以经过四平贯穿东北的102和303国道两侧的农用土壤为研究对象,研究了土壤中危害较大的重金属Pb、Zn、Cd、Cr的有效态浸提方法,初次采用变异系数识别法通过计算垂向和轴向重金属元素总量的变异系数,识别土壤中该重金属元素主要污染源,并采用污染指数法评价了土壤污染现状。[结果]公路两侧土壤中Zn、Cr的有效态测定适合采用混酸浸提法,Pb、Cd采用单酸和混酸浸提方法均可;研究区域土壤中Zn、Pb、Cr重金属元素的污染水平较低,而Cd含量严重超标,施用化肥等农业活动是主要污染源。[结论]该研究为交通枢纽型城市的土壤保护、评价、土壤污染源控制提供依据。     

基于嵌入式系统的洪泽湖水产养殖污染环境的远程数据采集与监测

针对洪泽湖污染事件频发且对水产养殖业已经造成重大损失的现状,提出一种专门针对洪泽湖水产养殖污染环境的数据采集及监测系统。该系统主要利用嵌入式S3C2410及MAX197芯片实现了对多通道污染信息的数据采集与监测过程,可以根据不同模拟通道的特点,通过MAX197的控制字,不同的信号输入范围和采样模式实现多样化采样方式和不同量程的数据采集。另外,在有效采集由污染检测传感器测得的多路污染信号之后,系统能够将各水质原始资料数据封装并通过GPRS模块发送给上位机或中心服务器进行后续的处理分析,从而满足了水质数据实时监测要求,实现对污染参数的自动监测。整个系统的成本低功耗低,具有较高的实用性和可靠性,将会成为洪泽湖水产养殖污染环境数据采集与监测的一种有效手段。     

环境税规制农业面源污染研究——不对称信息和污染者合作共谋的影响

研究了完全信息和不完全信息条件下,污染者存在合作共谋可能性时,环境税规制农业面源污染问题的机制和效应.研究表明,在不完全信息条件下,当污染者之间的合作共谋程度不明确或不能被环境监管者有效观测时,利用环境税规制农业面源污染将受到极大的限制;如果监管机构能够投入很高的成本用于监测农业面源污染排放,从而解决不对称信息问题,那么最优的监管政策对于合作共谋的污染者集体有利,会向合作共谋的集体征收税率较低的环境税,但对不合作共谋的集体中的面源污染个体,则会征收最优但税率很高的环境税.同时,如果引入风险偏好因素,当农业面源污染者厌恶风险时,社会整体福利水平会随着污染者合作共谋指数的提高而提升.