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。     

基于高光谱数据的棉田虫害鉴别研究

【目的】快速、准确、无损伤地鉴别棉花虫害类别,以便针对性制定植保施药方案。【方法】对棉花叶片高光谱数据进行采集和分析。采用波段范围为350～2 500 nm的FieldSpec?3便携式光谱分析仪,分别获取受蚜虫和红蜘蛛危害的棉花叶片以及正常棉花叶片的高光谱数据。采用K-近邻和SVM算法区分受红蜘蛛和蚜虫侵害的叶片以及正常叶片。为进一步优化虫害识别模型、提高识别精度,利用主成分分析方法 (PCA)进行特征降维,并利用网格搜索法进行参数寻优。【结果】使用K-近邻算法和SVM算法构建了虫害识别模型,2种模型的识别率分别为86.08%和89.29%;引入PCA进行特征降维并使用网格搜索进行参数寻优后,可以提高虫害识别率,K-近邻算法和SVM算法的识别精度分别达到88.24%和92.16%。【结论】利用高光谱数据可以区分受蚜虫和红蜘蛛侵害以及正常的棉花叶片;结合PCA降维和网格搜索法,能够提高识别率且不需要获得具体的特征波段;对于受蚜虫和红蜘蛛侵害以及正常的叶片识别,基于径向基核函数的SVM算法优于K-近邻算法。     

基于盒维的手掌静脉识别算法

静脉识别具有高度防伪、简易便用、高度准确等优点,成为近几年新兴的生物特征识别技术。鉴于静脉血管分布具有一定的自相似性,具有较好的分形特征,因此将分形维数应用于手掌静脉识别系统中,提出了基于盒维的静脉识别算法。该算法在Poly U波长为880 nm的近红外光掌纹数据库上进行了试验,实验结果表明,盒维可以很好的提取静脉特征,获得的识别率可达99.3%,识别速度小于70 ms,远远满足在线静脉识别系统。     

抽水过程中井水位变化的分形特征研究

【目的】探讨潜水井抽水过程中井水位与井流量变化的分形特征,为潜水井水位与井流变化的定量研究探索新的计算途径。【方法】在引入分形理论、分形维数计算方法的基础上,以潜水含水层抽水过程为例,计算了主井和各观测井水位及井流量过程线的分形维数和曲率大小。【结果】将分形维数与不同落程井流量大小加以比较,可以发现分形维数D越大,观测井水位变化过程线越复杂,形状因子a越大,曲线越扁平,曲线峰值越小;不同落程井流量的大小与其对应井流量过程线的分形维数大小呈负相关。【结论】分形理论中的分形维数D和形状因子a,可以定量描述潜水井抽水过程中井水位过程线的分形维数和形状因子的复杂关系。     

人工神经网络在恶性肿瘤诊断中的应用

本研究将人工神经网络方法用于人血清荧光光谱法诊断癌症，采用反向传播神经网络方法，建立识别人血清荧光光谱的网络模型，参数经过训练，平均识别率高达94％。     

基于近红外高光谱图像技术的栗果品质无损检测

提出一种基于近红外高光谱图像技术的板栗果实品质快速无损检测方法。分别选取3个不同品种栗果、1个品种的霉变栗果和1个品种的虫害栗果各30个样品,采集供试样品的近红外高光谱数据;采用偏最小二乘法(PLS)建立栗果中总糖和淀粉含量预测模型,预测值与实际值的相关系数为0.9313～0.9587,均方根误差为0.062 4～0.225 0;结合主成分分析法(PCA),建立不同品种栗果鉴别以及识别霉变、虫害、正常栗果的判别分析(DA)模型,模型的识别率分别为96.7%和98.6%。结果表明,近红外高光谱图像技术可用于栗果总糖和淀粉的定量预测,以及不同品种栗果和霉变、虫害果的快速定性识别。     

黄土高原石灰性耕层土壤分形特征

以24个黄土高原石灰性耕层土壤样品数据为基础,运用分形模型研究了黄土高原石灰性耕层土壤颗粒的分形维数,探讨了利用土壤颗粒粒径分布的分形维数来定量表征黄土高原石灰性耕层土壤的特征。结果表明,24个黄土高原石灰性耕层土壤颗粒的分形维数D为2.5936～27094,分形维数表现为干润砂质新成土〉黄土正常新成土〉简育干润均腐土〉土垫旱耕人为土;土壤颗粒分形维数与〈0.001mm颗粒的含量呈显著正相关,土壤颗粒分形维数与土壤有机碳含量、全氮含量和碳/氮比相关性不显著;土壤有机碳含量与全氮含量呈显著正相关。     

黄土高原不同生境土壤结构体分形维数研究

【目的】研究不同生境条件下土壤结构体分形维数及其与主要土壤特性的关系。【方法】根据植被和土壤类型,从黄土高原不同地域分别采集22个0~20 cm土层土壤样品,利用干筛法测定其结构体组成,分析土壤结构体分形维数及其影响因子。【结果】黄土高原22个土壤样品结构体的分形维数为2.267~2.843。土壤类型不同,其土壤结构体的分形维数具有明显的差异,分形维数表现为干润砂质新成土>黄土正常新成土>简育干润均腐土>土垫旱耕人为土。回归分析发现,土壤结构体分形维数与土壤有机质、全氮含量具有极显著的负相关关系,相关系数分别为-0.591 9和-0.640 7(n=22)。对黄土正常新成土,除5~10 mm结构体外,土壤结构体分形维数与各粒径含量均呈现出明显的线性关系,正负相关性以0.25 mm为界,即其分形维数与>0.25 mm的结构体含量呈负相关,与<0.25 mm的结构体含量呈正相关。多元线性回归分析表明,结构体分形维数与0~0.25,1~2,2~5,5~10 mm结构体含量的偏相关关系达到显著水平,而与0.25~1 mm结构体含量的偏相关系数不显著。【结论】在黄土高原地区,土壤结构体分形维数随纬度增加而增加,土垫旱耕人为土结构体分形维数最低,干润砂质新成土结构体分形维数最高,同时土壤结构体的分形也受土地利用方式的影响,分形维数表现为人工林地>农地>自然林地>裸地。     

近红外光谱技术识别沾化和陕西冬枣产地的研究

为探索利用近红外光谱分析技术识别陕西和沾化两地冬枣的可行性,本研究应用便携式近红外光谱仪并结合簇类独立软模式分类(SIMCA)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA)两种建模方法识别冬枣的产地,同时研究了不同近红外光谱预处理方式对模型预测识别率的影响。结果表明,采用原始近红外光谱结合SIMCA和PLS-DA方法识别沾化冬枣和陕西冬枣是可行的,其中PLS-DA方法的准确度更高,对冬枣验证集样品识别率为100%。     

金属材料抗植物磨料磨损表面轮廓分形维数计算

基于分形理论和磨损表面轮廓分析,采用盒计数法、变差法、功率谱法和结构函数法4种算法,计算了植物磨料对金属材料磨损表面轮廓曲线的分形维数.结果表明:磨损后的表面分形维数与磨损质量损失存在密切的关系,质量磨损越大,分形维数也越大;4种算法中结构函数法与变差法计算的分形维数误差较小,可用于计算植物磨料对金属材料磨损表面的分形...     

白藜芦醇与牛血清白蛋白相互作用的研究

采用荧光猝灭光谱、同步荧光光谱和紫外-可见吸收光谱,研究了白藜芦醇与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。结果表明白藜芦醇对BSA有较强的荧光猝灭作用,荧光猝灭机理属于二者形成复合物所引起的静态猝灭和非辐射能量转移;根据不同温度下防己诺林碱对BSA的荧光猝灭作用,利用Stern-Volmer方程处理实验数据,得到白藜芦醇与BSA之间的结合常数KA为6.11×104(25℃)、4.46×104(35℃)和3.84×104(45℃)。根据F rster非辐射能量转移理论,求出了白藜芦醇与BSA之间的结合距离为2.36 nm(25℃)、2.73 nm(35℃)和2.48 nm(45℃)。通过计算热力学参数,可知该药物与牛血清白蛋白的相互作用是一个吉布斯自由能降低的自发过程,且二者之间的主要作用力类型为疏水作用力,同时用同步荧光光谱探讨了白藜芦醇对BSA构象的影响。     

辽东湾海域有色可溶性有机物荧光特征分析

为了分析辽东湾有色可溶性有机物(Chromophoric dissolved organic matter,CDOM)的分布特征,于2015年4月14日—5月3日采用"走航式"测量方法,分别获取了辽东湾海域32个站位表层、5、10 m 3个不同深度水层的CDOM荧光图谱、吸收系数和石油物质含量等数据。结果表明:表层(0 m)CDOM的荧光图谱分为3种类型:单峰型、双峰型和三峰型,5、10 m深水层CDOM的荧光图谱主要为单峰型和双峰型;3种峰型均包含位于激发波长(Ex)/发射波长(Em)为225~235 nm/325~350 nm的荧光峰,这主要是海水浮游植物自身降解产生的色氨酸产生的;在靠近海上油气开采平台和双台子河入海口的海域,油物质和CDOM的共同作用,使得位于这些区域的站点表层的荧光强度明显增强,荧光峰的范围也有所增大;表层、10 m深水层荧光强度最大值和最小值随站位的走势基本一致,而5 m深水层的走势就比较复杂;无论是哪种类型的荧光峰,其位置随着水深的增加基本保持不变,荧光强度随水深变化规律不明显。本研究中建立的由荧光峰强度(Af)和CDOM在440 nm处吸收系数[ag(440)]的比值来求解光谱斜率(S)的模型,可为利用荧光和可见光遥感技术反演光谱斜率S提供一种新方法。     

Fractal Characteristics of Stagnic Anthrosols and the Relationship with Soil Micro-Structure

The Stagnic Anthrosols developed from quaternary yellow sedimentary parent material occupied an important position in Southwest China. Fractal dimensions of particle size and micro-aggregate size distributions of Stagnie Anthrosols and their relationship to soil micro-structure had been probed. Results showed that the soil particle size distributions were dominated by clay, the fractal dimensions of particle size distributions （Ds） were high and between 2.676-2.925, as the fractal dimensions of micro-aggregate size distributions （Da） were between 2.354-2.853. The fractal dimensions of particlesize distributions were preferably related with the ratio of coarse particles and fine particles （c/f20 ,m） and the micromorphological feature of skeleton grains. The evolution degree of micro-structure among horizons were reflected by the coefficient of variation of Ds within the profile. The fractal dimensions of micro-aggregate size distributions were related with the quantities, distributions of micro-aggregates and micro-pores. Results revealed that the soil micro-structures could be quantified by fractal dimensions preliminarily.     

基于GIS的土地利用景观格局分析——以湖南省保靖县为例

以湖南省保靖县为研究区域,结合遥感数据和GIS空间分析功能,利用分形理论的多种维数计算方法分析了该区域的土地利用景观格局.结果表明:保靖县林地、耕地的盒维数最大,且均大于2,该区域以耕地和林地为主要特征;水域的分维数最小,为1.963,体现了保靖县的水系比较集中.斑块形态分维数中维数最大为水域,1.674,园地最小,为1.177 6,总体上体现该区域的景观破碎度不大,自然保护较好.以保靖县的行政区域为半径维数的测算中心,计算出未利用地分维数为2.208 1,其他土地利用分维数均小于2但接近于2,说明未利用地从中心向外密度递增、其他用地从测算中心向周边用地均匀变化的景观格局.     

杉木种源高径生长的空间变异及其分形特征

根据全国杉木种源试验 55个试验点的 43个共同种源的胸径、树高 1 0年生测定结果 ,将分形理论与地统计学原理相结合 ,计算了杉木种源胸径、树高的分形维数 ,分别为 1 .56和 1 .75.研究结果为杉木种源的选择及评价指标的确定提供了理论依据     

陕西栓皮栎种群分布格局的分形特征

为了揭示种群空间分布的非均匀状况,应用分形理论和方法,分析了黄龙山区、秦岭北坡以及巴山北坡栓皮栎种群空间分布格局的计盒维数与信息维数。结果表明从北到南,在海拔900 m左右,栓皮栎种群分布格局的计盒维数和信息维数变化规律为低—高—较低;在秦岭北坡海拔600-1 300 m内,2种分形维数在800-1 100 m最大,表明这一地域栓皮栎种群占据生态空间的能力、聚集程度、种群密度等都是最大的,最适合栓皮栎种群生长和演替。西北林学院学报22卷第6期丁惠萍等陕西栓皮栎种群分布格局的分形特征     

闽台耕地数量变化过程线的分形对比

以闽台为研究区域,以统计数据为原始数据,绘制闽台耕地数量变化过程线,运用ArcGIS计算得到两者的计盒维数。结果表明:(1)闽台耕地数量变化过程线的栅格单元边长与栅格数目在双对数坐标下呈显著线性分布,体现出明显分形特征;(2)福建耕地数量变化过程线的计盒维数为1.027,台湾为1.004,表明福建耕地数量变化过程更复杂,福建耕地数量变化过程线的峰谷变化幅度大于台湾,而峰谷变化频度小于台湾;(3)采用计盒维数结合传统指标,对耕地数量变化过程的评价会更全面、科学,但分形维数的应用还存在诸多难题。     

晋中市农业人口分布的分形研究

本文运用分形理论,以山西省晋中市为研究区域,结合统计分析和GIS技术,测算了其农业人口分形维数的盒子维数和关联维数,讨论了晋中市内各县市的农业人口分布的分形特征和分形规律。结果表明,农业人口分布呈现了自然科学所特有的分形特征———人口分形;不同地域人口分布情况直接受当地地形地貌的影响。     

昆明历史洪涝灾害时间序列分形特征研究

根据昆明1312～1911年的洪涝灾害史料,构建了洪涝灾害发生时间序列,并用Samalley法计算了昆明历史洪涝灾害时间序列的分维值。结果表明:昆明地区历史洪涝灾害的发生存在分形特征,分维值为0.689 6,洪涝灾害的发生有一定自组织程度,但自组织程度还不高。洪涝灾害的发生从初期的混沌状态发展到后期的具有较高程度的自组织状态,洪涝灾害发生的可能性大大提高。