基于改进型PCNN与模糊算法的湿地生态承载力评价

在脉冲耦合神经网络(PCNN)模型两大基本特性(耦合机制、脉冲输出)的基础上对其进行了改进,连接输入部分等于上一次点火时的脉冲,直接体现了前后神经元之间的联系;动态阈值等于生态承载力评价标准的等级范围,这样调节阈值更容易对样本进行分类;省略了不必要的参数,减少了模型的复杂度;将PCNN与多目标模糊模式识别模型结合.提出了基于模糊PCNN的生态承载力评价新模型,并采用13个评价指标对三江平原6个地理分区的生态承载力评价指标标准和PCNN模型调整后的数据分别计算它们的隶属度,最后得出各个地理分区的生态承载力综合评价结果.结果表明三江平原大部分生态系统较稳定,资源与环境承载能力比较高,但是湿地生态系统健康状况比较差,湿地生态环境质量下降比较快,需要加强改善沼泽湿地生态环境,提高水资源的利用效率等措施.同时表明改进型PCNN与多目标模糊模式识别模型结合应用于生态承载力评价中是可行的,既拓宽了PCNN的应用领域,又为生态承载力的评价问题提供了新的研究方法.     

基于视觉显著性和脉冲耦合神经网络的成熟桑葚图像分割

为了提高在自然采摘环境中成熟桑葚机器视觉识别的有效性和鲁棒性,克服图像目标形态小、分布杂散、背景干扰多和光照不均匀等困难,该文提出了一种采用视觉显著性和脉冲耦合神经网络(pulse coupled neural network,PCNN)模型的成熟桑葚图像分割方法。该方法首先将采集的图像映射到Lab颜色空间,利用空间颜色分量的算术平均值和高斯滤波值之间的差异,构建起桑葚图像的频率调谐视觉显著图;其次,提取采集图像在HSI颜色空间的色调分量,经过均衡化处理后,与视觉显著图进行融合,实现桑葚目标的融合特征表达;最后,通过改进的分层阈值化脉冲耦合神经网络模型进行目标分割以及形态学处理,得到成熟桑葚的识别结果。利用从重庆市天府镇果桑生态园采集到的200余幅桑树挂果图像进行试验,结果表明,该方法能够在不同光照条件的复杂背景下,有效分割出成熟果实,平均误分率为1.87%,优于结合频率调谐视觉显著性的OTSU法(17.73%)、K-means聚类算法(10.69%)、基于Itti视觉显著性的PCNN分割方法(7.34%)和基于GBVS(graph-based visual saliency,GBVS)视觉显著性的PCNN分割方法(5.83%)。研究结果为成熟桑葚果实的智能化识别提供参考。     

基于EM-PCNN的果园苹果异源图像配准方法

针对果园环境下双目采集系统采集的飞行时间（Time of Flight,ToF）与可见光异源图像间匹配精度差的问题,该研究提出一种基于局部峰值的目标显著区域提取策略及最大期望算法的脉冲耦合神经网络分割的ToF与可见光果园苹果图像配准方法。首先,利用高斯差函数计算可见光图像中显著性区域,对可见光图像的红绿分量进行预处理;然后,以图像局部灰度值的二维正态分布作为目标分量,使用Otsu提取具有固定阈值的前景作为局部峰值提取策略,对ToF与可见光图像初步筛选特征区域,利用最大期望算法改进脉冲耦合神经网络（Pulse Coupled Neural Network,PCNN）动态阈值,使用局部图像梯度计算链接强度计算链接强度,利用图像区域方差改进终止条件,提出一种基于最大期望的脉冲耦合神经网络（Pulse Coupled Neural Network based on Expectation Maximization,EM-PCNN）算法对预选区域进行精细化分割;接着计算连通区域不变矩,利用不变矩特征原理寻找目标中心同名点,进一步筛选特征区域;最后,同名点进行随机抽样一致算法（Random Sample Consensus,RANSAC）提纯,将提纯后的同名点坐标代入变换模型计算模型参数,完成配准。在不同光照条件下均方根误差达3.05～4.75,配准点达3～5。EM-PCNN算法对两组ToF置信图像分割的准确率分别为96.62%和73.84%。试验结果表明该方法对双目采集系统采集的ToF与可见光异源果园苹果图像可实现较好配准效果,且对图像平移、旋转、缩放均具有可抗性。研究结果对ToF与可见光异源图像在果园环境下自动配准提供了技术参考。     

基于模糊线性规划的水资源承载力评价模型及应用

基于模糊线性规划的基本理论,分析区域水资源的承载力。把区域水资源可利用量以及人均GDP最小允许污水排放量视为“区间”值,建立了模糊约束线性规划模型,并给出其求解的基本过程。最后将该方法应用于日照市水资源承载力的评价中。应用研究表明,该模型适应性强,评价结果合理、可信度高。     

云南省城市化与水资源的耦合协调发展研究

[目的] 研究城市化系统与水资源的相互作用，为正确评价城市化与水资源耦合协调关系提供科学依据，进而为促进区域人口、资源、经济及生态环境的协调发展提供决策参考。[方法] 运用耦合协调发展相关研究成果，从人口城市化、土地城市化和社会城市化3方面构建城市化评价指标体系；从水资源禀赋、水资源压力和水资源管理3方面构建水资源评价指标体系，进而构建城市化与水资源耦合协调发展评价指标体系。以2008-2017年相关数据为支撑，定量测算云南省多年城市化与水资源耦合度、发展度和协调度，并根据协调发展类型划分标准对研究时段内云南省城市化与水资源的协调发展类型和对比类型进行划分，并在此基础上对二者的协调状态进行评估；同时在GIS技术支持下，分别以2008和2017年为时间节点，揭示不同时段云南省各市（州）城市化与水资源协调发展的空间格局特征与空间格局的变化特征。[结果] ①从时间序列特征看，云南省城市化与水资源协调发展先后经历了2个阶段，即磨合阶段和协调阶段；②自2013年起由城市化滞后向水资源滞后转变；③从空间格局特征看，呈现以昆明市为中心，从中部"协调型"逐步转变为边缘"失调型"的空间格局。[结论] 云南省城市化与水资源之间的相互依赖程度高，协调发展与总体发展趋势良好，但空间差异显著；城市化进程促进了水资源效率提高，同时水资源对经济社会发展支撑能力的提高又有效推动了城市化进程。     

淮河流域水资源可持续利用评价指标

流域水资源评价指标体系是诊断流域水资源可持续利用的有效手段。根据可持续发展的基本原则,提出了淮河流域水资源可持续利用的评价指标体系,并用基于最大熵原理的模糊优化评价模型对淮河流域水资源可持续利用进行了评价,分区评价结果基本合理。     

基于耦合模型的赣江水源保护区城市发展与水资源环境关系研究

识别和评价流域水源保护区城市发展与水资源环境耦合状态,可为促进区域生态环境建设提供参考。本研究以赣江上游水源保护区为例,通过构建耦合度模型对2001—2011年赣江上游流域城市发展与水资源环境耦合状态进行评价,并提出了相应优化路径。结果表明:（1）研究期内赣江水源保护区城市经济发展指数与水资源环境指数呈同步上升趋势,基本处于协调状态;（2）城市经济发展与水资源环境系统呈现出交互耦合状态,具有波动向前发展趋势,整体上经历了拮抗阶段和磨合阶段2个阶段;（3）研究期内耦合度变化明显,由低度协调共生阶段向协调发展阶段转变,具有明显后发优势。在此基础上,为实现城市发展与水资源环境耦合由低水平协调共生阶段向高水平耦合阶段演化,提出了基于稳定性理念的保障路径以及可持续性发展的激励路径,以期为实现流域水源保护区社会经济的可持续发展提供借鉴。     

基于GIS和人工神经网络的区域水资源压力评价模型及其验证

水资源是一种战略性资源，对于区域的生态环境安全和可持续发展具有重要意义。运用GIS二次开发技术，建立了区域水资源管理信息系统。系统包括数据管理子系统、模型库子系统和水资源管理子系统。基于人工神经网络的区域水资源压力评价模型被集成在模型库子系统中，该模型通过水资源压力指数来定量地反映区域水资源状况与区域人口、经济、环境之间的关系是否协调。分别以整个陕西省和陕西省各地市的水资源压力评价为例，对该系统模型进行了验证。结果表明，基于GIS和人工神经网络的区域水资源压力评价模型具有理论上的可行性和现实意义。最后探讨了基于GIS和人工神经网络的区域水资源压力评价模型的应用前景。     

优化与模拟耦合模型在水资源合理配置中的应用

随着水资源供需矛盾日益加剧,合理配置已成为实现水资源可持续利用的重要手段,本文系统地阐述了我国水资源配置方面取得的研究和应用成果,分析了常用的两种配置模型——优化模型和模拟模型。结合工程实际,研究优化与模拟耦合在水资源合理配置中的应用,实现了水资源合理配置时间和空间的有机耦合。     

基于变权信息熵改进TOPSIS法的水资源承载力评价——以陕西省地级城市为例

[目的]对陕西省各地市水资源承载力(WRCC)状况进行评价,为区域水资源的合理利用和分配提供科学依据。[方法]在引入信息熵进行指标权重计算的基础之上,采用变权法对权重指标反常现象进行修正。依据计算所得权重,采用改进TOPSIS法建立模型。并结合2012年陕西省各地市涉及水资源承载力的相关数据,对陕西省各地市的水资源承载力综合状况评价中进行了应用。[结果]得出了陕西省各地级市的水资源承载力情况排序为:安康市宝鸡市商洛市延安市汉中市渭南市榆林市铜川市咸阳市西安市。发现西安市水资源承载力不足情况最为突出。[结论]利用变权信息熵改进TOPSIS模型计算水资源承载力,操作简便、实用性强,在该领域应用前景广泛。     

黄河流域九省区农业水资源利用效率评价和障碍因子分析

为了解黄河流域九省区农业水资源利用现状,明晰提高九省区农业水资源利用效率障碍因子。基于熵权Topsis模型,以黄河流域九省区为评价单元,从资源利用效率、经济效益、生态效益准则层中选取14个评价指标,构建九省区的农业水资源利用效率的综合评价指标体系,评价黄河流域九省区2004年、2009年、2014年、2019年的农业水资源利用效率,并对九省区的农业水资源利用效率进行障碍因子诊断。结果表明:(1)2004—2019年,青海、内蒙古、河南、山东的农业水资源利用效率较高,陕西、甘肃、山西的农业水资源利用效率相对较低。(2)2004—2019年,各省区的农业水资源利用效率整体提高,且九省区之间的农业水资源利用效率差异逐渐减小。(3)地均水资源占有量(A6)、人均生态环境用水量(A13)是山西、山东、河南、四川、陕西、甘肃、宁夏的主要障碍因子,人均生态环境用水量(A13)、农业水资源利用效率系数(A4)是青海的主要障碍因子,地均水资源占有量(A6)、用水的农业生产总值(A9)是内蒙古主要障碍因子。因此,九省区水资源禀赋及生态环境用水量是影响其农业水资源利用效率的主要因素。     

农业废弃物资源化利用技术综合评价指标体系与方法

农业废弃物资源化利用技术综合评价是现代农业产地环境保护技术优选和集成的重要内容。为了构建中国农业废弃物资源化利用技术综合评价的指标体系和方法,该文采用文献分析的研究方法,基于自然—经济—社会复合生态系统理论,提出了农业废弃物资源化利用技术综合评价指标体系的构建思路,并建立了一套包括4级37个指标的综合评价指标体系。在论述农业废弃物资源化利用综合评价的实施过程基础上,提出了4层次的农业废弃物资源化利用技术的评价模式,该模式具有全面性、定量与定性相结合的特点。研究结果为评价、筛选、集成和推广农业废弃物资源化利用技术提供方法学依据。     

中国东北农业灌溉水资源保障及空间差异分析

区域农业灌溉水资源保障程度研究，对于促进农业水资源高效合理利用与提高农业生产能力有着重要意义。该文从供需两方面入手，把握影响灌溉可用水资源量与灌溉水资源需求量的主要因素，构建了农业灌溉水资源保障度分析模型。模型在中国东北农业灌溉水资源保障的实证研究中得到较好运用，计算结果显示，东北农业灌溉水资源保障度为95%，基本上能满足灌溉用水需求，但已迫近水资源供给紧张的边缘。同时，将地图分析与模型模拟结果相结合，揭示出东北农业灌溉水资源保障度呈显著的空间差异。     

基于投影寻踪的云南省农业水资源效率评价

为探讨云南省农业水资源利用效率,选取与资源利用效率、经济效益、生态效益相关的15个指标,将遗传算法与传统的优化方法结合,利用投影寻踪技术的基本原理,建立了农业水资源利用效率评价模型。利用该模型对云南省16个地区2000,2005及2010年的农业水资源利用效率方案进行综合评价,优化农业水资源利用效率的状态变量指标的最佳投影方向,确定各样本的投影值,从而对各地区进行分类和评价。评价结果很好地反映了各评价指标的贡献率和方向性,符合高原季节性干旱地区农业水资源利用的现状。     

基于水量供需平衡的河北省张家口市崇礼区水资源承载力分析

[目的]对农业需水量进行了情景预测,旨在为河北省张家口市崇礼区冬奥会(2022年举办)以及未来水资源合理利用以及可持续发展提供基础。[方法]基于水资源供需关系分析了2005—2016年水资源承载力并预测了不同规划年(2022年、2035年)水资源承载力。[结果] 2005—2016年水资源平衡指数(IWSD)从0.54下降至0.06,2016年水资源承载能力已趋于临界状态;当保证率P=25%时,2022,2035年IWSD分别为0.27,0.25,水资源承载盈余,当P=50%,75%,水资源承载力均超载,尤其当P=75%时,IWSD分别为-0.77,-0.81,水资源严重超载;通过调整灌溉面积以及需水定额,P=25%,50%时,IWSD0,P=75%时不同规划年缺水量减少了22.68%,36.31%。[结论]未来崇礼区可通过调整灌溉面积、灌溉需水定额,减少地下水开采量,提高地表水利用率来提高水资源承载力。     

土壤水资源合理利用潜力评价

近年 ,随着国民经济的迅速发展 ,水资源日益不能满足它的需要 ,常常引起农业用水大户与其他用户争水的矛盾。这在水资源匮乏的地区尤为突出。人们在寻找解决方案时 ,又重新涉及对水资源的认识问题 ,其焦点在于是否应把土壤水作为一种水资源看待。本文从土壤水的特性及其对植物的有效性出发进行探讨 ,提出了土壤水资源的评价系数 (C) ,希望有助于讨论的深入开展。     

基于多层次模糊综合评价模型的喀斯特地区水资源承载力研究

[目的]研究影响水资源系统承载力变化的关键因素,为贵阳市水资源的可持续利用及合理管理政策的制定提供决策依据。[方法]以贵阳市为例,将水资源系统分为水资源、生态环境、社会经济3个子系统,选取评价指标,建立多层次模糊综合评价模型对该市水资源承载力进行评价。[结果]整体上,2003—2013年贵阳市水资源承载力状况不断提高,可较好地支持贵阳市社会经济发展。其中水资源子系统指数处于波动缓慢下降状态,生态环境子系统指数呈持续上升趋势,社会经济子系统指数呈下降趋势。[结论]水资源子系统对水资源承载能力的贡献率逐渐降低,生态环境质量的改善是水资源承载力提高的主要驱动因素,而社会经济子系统是水资源承载力提高的主要压力源。     

延安市农业水土资源匹配及承载力

为客观分析延安市农业水土资源空间匹配状况,根据耕地、水资源量等数据,在分析延安市水土资源空间分布格局的基础上,通过构建洛伦兹曲线以及农业水土资源匹配计算模型,对延安市及其13个区县农业水土资源的匹配程度进行评价。结果表明:延安市农业水土资源匹配系数0.26×104 m3/hm2,匹配程度较差,低于全国同期平均水平0.54×104 m3/hm2,并且空间匹配程度存在明显的差异,总体上呈现出南优北差的匹配格局。在全面分析影响农业水土资源承载力多种因素的基础上,建立延安市农业水土资源承载力评价体系,将粒子群优化算法与投影寻踪模型结合在一起,对延安市各区县农业水土资源承载力进行了评价。结果表明,子长县和延长县农业水土资源承载力最低,承载力IV级;黄龙县农业水土资源承载力最高(II级),其他大部分区县农业水土资源承载力处于中等偏低水平(III级),研究可为提高粮食生产效益及区域农业水土资源可持续利用提供依据。     

基于农业种植结构的黑龙港地区水资源供需平衡分析

黑龙港地区是华北平原水资源最为缺乏的地区,同时又是重要的农业生产基地。该区地表水资源短缺且污染严重,农作物需水主要依赖降雨和开采地下水资源。分析了该区现行农业种植结构和水资源时空分布格局,研究了不同农作物对水资源的时空需求,并基于农业种植结构开展了区域水资源供需平衡状态评价。评价结果表明,研究区普遍存在水资源供需不平衡的问题,尤以黑龙港北半部地区最为突出,种植结构与水资源空间分布格局匹配程度很差,作物需水量大,水资源供给不足。针对这一突出问题,应调整农业种植结构,研发多源水资源综合开发技术,建立分时空供水机制。     

基于PSR-可拓云模型的湖南省怀化市农业生态安全评价

[目的] 对湖南省怀化市农业生态安全进行评价，为推动该市农业健康可持续发展提供科学支持。[方法] 基于PSR指标框架，构建了农业生态安全评价指标体系，通过合作博弈法确定了评价指标的组合权重，建立基于可拓云模型的农业生态安全评价模型，并以怀化市农业生态系统作为研究对象，综合评价该市2010—2019年农业生态安全状况。[结果] 2010—2019年期间，怀化市农业生态系统从“比较安全”状态向“安全”状态转化，安全等级有所上升，但是整体安全水平有待进一步提升。[结论] 为了进一步提升怀化市农业生态安全等级，必须减少单位GDP能耗，兴建农业水利设施，提升土地产出水平，增加农民收入，降低农村居民恩格尔系数。同时应优化农村生活环境，以促进怀化市农业生态系统健康安全可持续发展。