基于轻量级SSD模型的夜间金蝉若虫检测

为实现夜间树上金蝉若虫的快速准确检测,该研究以自然环境图像数据集为研究对象,结合近距离实际应用场景,考虑到嵌入式系统的模型小型化和计算过程轻量化,在保持精度指标基本不变的前提下,基于适度削减模型深度、宽度的思路对已有目标检测网络MobileNet-SSD提出改进。具体措施包括：删除骨干网络末端的小尺寸特征图卷积层,逐级裁剪模型整体宽度、适当增加中高层卷积深度,在目标检测的分类层和预测框的回归层中使用深度可分离卷积代替传统3×3卷积等措施,先后获取3种改进的精简模型以进行比较。夜间图像测试结果表明,在基本保持网络性能的前提下,改进后的模型大小及计算量均呈现大幅减小,其中最优模型大小从原MobileNet-SSD的15.22 MB减少到1.51 MB,模型的浮点运算量也由原先的1.13×109减少到1.26×108,其平均准确率达90.46%,平均交并比达83.52%,F1分数达92.35%,GPU上的检测速度达179.3帧/s,CPU上的检测速度达到6.49帧/s,与改进前的模型相比具有更好的综合性能,白天图像的试验结果也显示出较好的泛化性能。该文提出的改进模型在大幅减少模型大小及其计算量的同时使模型性能保持在一个较高的水平,更适合部署在移动终端等资源受限设备上,可为金蝉的人工养殖提供有益参考。     

三峡库区典型流域水质时空特征及污染防控策略

为了解三峡库区典型小流域不同土地利用类型下水质的变化特征,于2015-2020年对三峡库区长坪小流域开展水质监测,对不同土地利用类型下水体中的总氮（Total Nitrogen,TN）、硝态氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）、总磷（Total Phosphorus,TP）、可溶态总磷（Dissolved Total Phosphorus,DTP）和颗粒态总磷（Particulate Phosphorus,PP）浓度的时空变化规律进行研究,识别流域内主要氮磷污染源,从而提出针对性的污染防控策略。结果表明：1）不同土地利用类型氮磷输出浓度从大到小依次为村庄、坡耕地、林地和水库,其TN平均浓度分别为8.29、2.88、1.57和1.43 mg/L,TP平均浓度分别为0.25、0.13、0.09和0.07 mg/L。2）不同土地利用类型的水质在汛期和非汛期存在差异,村庄氮磷输出浓度为非汛期高于汛期,坡耕地、林地和水库则表现为汛期高于非汛期。3）内梅罗综合污染指数评价结果表明林地和水库的污染程度均为清洁水平,坡耕地污染程度为轻污染水平,村庄受散养生猪数量的影响,污染程度从污染水平转变为重污染水平。4）长坪小流域TN和TP年输出负荷总量分别为4 278.59和364.93 kg/a。畜禽养殖源是小流域氮磷最主要的污染源,其TN和TP的输出负荷分别占流域总负荷的45.69%和71.77%。坡耕地的TN和TP单位面积污染负荷分别是村庄的7.58%和1.79%,与村庄相比,坡耕地具有显著的低污染特征,因此,以坡耕地消纳村庄污水和畜禽粪便,可促进流域内粪污的就地消纳,达到多源共治的效果。基于小流域不同土地利用类型的水质特征和生态系统服务功能,将流域划分为林草水源涵养区、村庄污染控制区和坡耕地水土保持区,并进行分区协同防控,促进流域农业面源污染系统高效治理。     

面向高比例分布式光伏发电消纳的复合型需求侧响应控制

在大力推进分布式光伏发电的形势下,利用负荷侧灵活性资源提升光伏消纳水平并改善电网运行经济性已成为促进新能源发展的重要措施,如何高效进行需求侧响应控制是目前该领域研究的关键问题之一。传统的峰谷分时电价仅根据区域电网内的负荷变化的总体情况确定分时段电价实现削峰填谷,该方法未考虑区域内新增电源的发电特性,从而导致负荷调整的灵活性较差,无法有效解决区域内光伏消纳的问题。该研究针对光伏装机比例较高的区域配电网尤其是乡村配电网,提出一种基于优化调整分时电价时段的激励型需求侧响应和区域集中优化调控相结合的配电网复合型需求响应控制策略。该策略首先结合负荷需求和光伏出力曲线对分时电价峰谷时段进行因地制宜的自适应调整;其次,基于新的电价时段进行用户侧分布式最优出力计划建模,并给出用户侧可削减、可时移负荷的响应调整范围的计算方法;最后由区域调度中心实现负荷集中控制。通过算例对比验证该文方法在计及用户舒适度的基础上,弃光率和系统综合运行成本较优化前均有明显降低,解决了含高比例光伏配电网的光伏消纳及经济运行问题,为配电网精细化管理水平的提升提供了理论依据。     

水库消落带土壤颗粒组成分形及其空间分异特征

颗粒组成作为土壤的基本物理特性,对土壤结构、力学性质、肥力特征等均有明显影响。降雨径流、波浪和重力等多重营力作用下的消落带土壤侵蚀过程导致表层土壤颗粒发生了重新分布。为了研究水库消落带土壤颗粒组成的空间分异特征,以三峡水库典型消落带为研究对象,在不同海拔位置分别采集了0—10 cm和10—20 cm层的土壤用于测定颗粒组成,并利用分形理论计算出体积分形维数。结果表明:(1)三峡水库消落带土壤颗粒组成以粉粒为主,占总体积的72.6%～86.5%,且随着海拔的增加而升高; 从不同土层深度来看,0—10 cm层黏粒含量明显低于10—20 cm层。(2)消落带不同海拔位置的土壤体积分形维数具有明显异质性,且与海拔呈正相关(R²=0.74),而在不同土层之间具有弱变异性(C_v<2)。(3)体积分形维数与黏粒、粉粒含量均呈显著正相关(p<0.01),与砂粒含量呈显著负相关(p<0.01),且与黏粒的线性相关性最强。综上,消落带土壤颗粒组成在不同海拔存在较大差异(p<0.01),但在土层深度上无显著差异(p>0.01); 150～160 m海拔区间和0—10 cm层土壤具有明显的粗粒化现象。     

秸秆沼气化发电技术生命周期评估及经济分析

该文基于生命周期评价方法和时间价值动态分析方法对沼气直燃发电技术、沼气燃料电池发电技术作可行性分析,并与燃煤发电技术相比,旨在综合评估三种发电技术在环境和经济上的特点,为发电方式选择提供参考依据。结果表明：沼气燃料电池发电技术环境效益最佳,总环境影响负荷为8.55×10-4,沼气直燃发电技术总环境影响负荷为2.15×10-2,两者相较于燃煤发电（2.97×10-1）的减排量分别为99.71%和92.76%。在经济上,沼气直燃发电技术的投资回收期最短（12.03年）,运营期净现值可达1 497 371元/MW;其次是燃煤发电技术（14.5年）,净现值为672 529元/MW;沼气燃料电池发电技术动态回收期>20年且未实现盈余。说明沼气直燃发电技术在近期内将仍是替代燃煤发电的最佳发电技术之一。     

基于SWAT模型的清水河流域年径流侵蚀功率空间分布

为了从能量学的角度解释流域水力侵蚀的空间分布情况,选取可以更好表示流域下垫面条件、降雨及其产生的径流对水力侵蚀综合作用的径流侵蚀功率,以宁夏回族自治区水土流失严重的清水河流域为研究对象,基于SWAT模型模拟研究了清水河流域年径流侵蚀功率的空间分布特征及其空间尺度效应。结果表明:(1)清水河流域多年平均径流侵蚀功率在流域内呈现“支流大,干流小; 东部大,西部小”的空间分布规律;(2)当子流域出口断面控制面积小于4 000 km²时,子流域多年平均径流侵蚀功率与子流域出口断面集水面积间呈显著的幂函数关系; 当子流域出口断面集水面积大于4 000 km²时,子流域多年平均径流侵蚀功率稳定在1.56×10^-5 m⁴/(s·km²)左右;(3)优先选择处于清水河上中游区域且出口断面集水面积小于84.85 km²的小流域进行生态治理,可取得良好的水土流失治理效果。因此径流侵蚀功率具有一定空间分布规律且与流域集水面积间具有显著相关关系,掌握这一规律和相关关系可为流域生态治理提供理论支持。     

基于SWAT模型的根河流域蒸散量时空分布特征

为了研究根河流域38年间蒸散(ET)、潜在蒸散(PET)的年际、年内变化过程及空间分布格局,基于SWAT模型分析了各气象要素与蒸散的相互关系。结果表明:(1)根河流域1980—2017年ET值、PET值整体呈增加趋势。(2)根河流域ET与PET的年内变化总体上均呈先增大后减小的单峰型分布。(3)根河流域的ET值在空间上呈现流域上游高,中下游低的分布格局; PET值在空间上呈现西南>东北>东南的分布规律。(4)根河流域的生长期、完全冻结期、融冻期ET值均呈现增加趋势,始冻期ET值呈降低趋势,4个时期平均ET值差异性表现为生长期>融冻期>始冻期>完全冻结期。(5)根河流域多年ET值在不同土地覆被类型的大小为林地>草地>耕地>建设用地>沼泽地; 而PET的排序为耕地>建设用地>林地>草地>沼泽地。(6)根河流域蒸散量与降水量和气温呈显著正相关。研究结果对根河流域的蒸散量变化及其冻融作用对当地的影响有着重要的参考意义。     

甘肃省极端降水指数时空变化特征

为了明确甘肃省极端降水事件的时空发生规律和变化特征,根据气候变化监测与指数专家组(ETCCDI)推荐的11个极端降水指数,分析了极端降水指数的时间变化特征,基于GIS技术采用空间地统计方法,研究了极端降水指数空间分布特征。结果表明:在时间分布上,持续干期呈显著减弱,变化速率为-2.129(p<0.05),持续湿期微弱下降,变化速率为-0.005(p<0.05),其余10个极端降水指数呈增强趋势(p<0.05),尤其年降水总量增加显著,变化速率为2.56(p<0.05)。总体来看,极端指数变化存在明显周期性,大致可分为2～3个周期; 突变多发生在20世纪60年代中后期。在空间分布上,全省极端降水指数的空间变化特征较为明显,包括年降水量在内的10个极端指数由河西走廊向东递增,持续干期与之相反。综上,甘肃省极端降水指数变化具有明显的时间和空间差异。     

基于遥感影像与逻辑回归模型的延河流域沟壑分布概率预测

为研究黄土高原沟壑地貌空间分布特征,开展了基于遥感影像和机器学习的沟壑地貌提取,研究了延河流域沟壑地貌空间分布及其环境控制因子。以Google Earth Pro平台为支撑,在人工提取大量沟壑地貌样本的基础上,基于Landsat8 OLI影像波段信息,采用主成分分析前3个变量、缨帽变换前3个变量、NDVI、高程、坡度和坡向10个因子,使用逻辑回归模型预测整个延河流域的沟壑概率分布。结果表明:(1)在10个变量因子中,因子Brightness的R²_McF为0.158,重要性最大,因子elevation的R²_McF为3.6×10^-5,重要性最小;(2)最优逻辑回归模型由组合因子Brightness,PCA₁,Greenness,Wetness,PCA₃和slope确定,其重要性R²_McF为0.206;(3)最优逻辑回归模型的沟壑概率预测精度为73.72%,ROC曲线下面积即AUC值为0.80;(4)延河流域沟壑地貌约占整个延河流域面积的52.05%。研究表明,延河流域沟壑分布呈现从西北方向到东南方向逐渐集中的特点。     

黔中水利枢纽工程区植被覆盖变化及其对地形与地貌的响应

为了探究喀斯特山区重大水利枢纽工程区的植被覆盖变化及其与对地形地貌的响应,助力区域石漠化治理和大型调水工程的科学实施及可持续发展,以贵州省黔中水利枢纽为例,采用像元二分模型,选取MODIS-NDVI数据对研究区2001—2020年植被覆盖度进行计算,并以分级数据为基础,运用植被覆盖变化类型的提取模型和分布指数,探究了植被覆盖变化的分异特征及其对地形与地貌的响应。结果表明:(1)研究区的植被覆盖度以高和较高为主,20年来,植被覆盖面积持续上升,年均增长率为0.46%,植被覆盖情况总体较好;(2)植被覆盖变化以改善型和稳定型为主,28个区(县)中,白云区、观山湖区、修文县的植被退化面积超过了植被改善面积,有生态退化风险,需加强生态保护;(3)从地貌上看,非喀区植被覆盖改善比纯喀和亚喀区显著;(4)从地形上看,随着高程和坡度上升,植被覆盖退化型分布优势降低,稳定型占优; 从坡向变化看,平地植被覆盖退化显著,其余区域不明显。因此,黔中水利枢纽植被覆盖的优势范围和变化类型具有显著的空间分异特征。