基于数字图像处理技术的测树仪算法研究

针对支持新型测树仪立木非接触式胸径及树高测量的算法需要,从应用角度出发,基于摄像头和CMOS获取的立木树干数字图像结合数字图像处理技术,对预处理后的数字图像通过Roberts边缘检测算子进行边缘特征检测以及Hough变换对特征影像进行树干边缘直线提取,实现立木树干影像中树干像素宽度的自动获取;并依据激光测距传感器、倾角传感器等获取的距离、倾角参数,实现非接触条件下立木直径测量点离根颈高度测定、直径自动解算及树高测量。结果表明,以内蒙古旺业甸林场为试验区进行试验验证,胸径测量的平均绝对误差为-0.4cm,平均相对误差为-1.23%,相对误差标准偏差为0.049;在不同测量距离条件下的胸径测量平均相对误差基本在-1.00%~1.00%,不同坡度、坡向条件下胸径测量的平均相对误差6%。树高测量的平均绝对误差为0.493m,平均相对误差为4.82%,相对误差的标准偏差为0.072。     

ENVISAT ASAR数据森林分类研究综述

简要叙述了ENVISAT ASAR的数据特点及优势，总结了SAR的分类方法及发展趋势，并指出了当前利用SAR数据分类过程中存在的问题。     

基于MCR-ANN-CA模型的包头市生态用地演变模拟

以内蒙古自治区包头市为研究区,耦合最小累积阻力(MCR)模型、人工神经网络(ANN)和元胞自动机(CA)构建MCR-ANN-CA模型。利用MCR模型量化包头市各用地类型演变为生态用地时的阻力,构建CA适宜性规则;利用ANN模型提取CA邻域转换规则,基于包头市2006、2011年土地利用数据及归一化植被指数(NDVI)、高程、坡度、水体距离、人口密度多项数据,对2016年生态用地演变情景进行模拟,以2016年实际生态用地分布为参照,将该模型模拟结果与CA-Markov模型的模拟结果进行对比(以2016年实际景观分布为参照),结果显示,两种模型模拟结果的卡帕一致性指数(Kappa index of agreement,KIA)分别为0. 89和0. 87,相对误差分别为3. 10%和5. 31%,MCR-ANN-CA模型显示了较高的模拟精度。     

包头市景观格局时空演变研究

以内蒙古自治区包头市为研究区,选取2006、2010、2016年相同月份遥感影像,结合包头市土地利用数据,将包头市景观类型划分为林地、草地、水体、耕地、建设用地、其他用地共6类,进行景观格局动态度变化分析、转移网络分析、变化空间集聚特征分析、重心转移分析、景观格局指数变化分析和景观格局演变驱动力分析。结果表明,2006—2016年市域景观特征发生了较大变化,其中2006—2010年其他用地景观类型的减少速度高达19. 48%,10年间建设用地的增加速度从1. 3%增至2. 76%,在2010—2016年有15. 19%的耕地转化为草原景观,3. 79%的耕地转化为建设用地; 10年间景观变化呈现点状分布,主要分布在耕地密布、草地破碎的农业耕作区和不同景观交替的边缘; 2006—2010年间,其他用地中的北部裸土地经过生态治理面积减少,其重心向东南移动73. 79 km;景观分割指数、香农多样性、香农均匀性等呈减小趋势,尚未形成优势景观,景观破碎度加剧;通过景观格局驱动力分析发现,景观变化密集度与NDVI具有相关性。     

基于联合变化检测的耕地撂荒信息提取与驱动因素分析

撂荒地遥感提取方法主要为分类方法和变化检测方法。由于撂荒地覆被类型复杂,容易同草地、灌木混分,导致分类方法的提取精度不高。而变化检测方法易受非耕地变化因素干扰,且只能提取监测周期内的新增撂荒,无法提取监测周期之前的历史撂荒。此外,受遥感数据本身的制约,中低分数据受混合像元干扰而提取能力不足,高分遥感易受地形起伏、云层遮蔽、覆盖周期长等因素干扰而损失精度,因此,传统遥感方法提取撂荒地困难。本研究提出多源数据联合变化检测方法以提取撂荒地。利用多源数据的异质性和不同方法的互补性,针对不同类型的撂荒地制定不同的提取策略,并进行耦合分析以提取撂荒地。经实地调查验证,该方法提取总精度达到97. 6%。在此基础上,提取撂荒地的距离特征、高差特征、灌溉特征和邻域特征等自然地理指标,对其进行了显著性分析,判别了区域撂荒主导因素,为撂荒驱动力研究、定向提升撂荒地管理提供了依据。     

磴口县地下水空间异质性分析及其对景观格局变化的响应

应用地统计学和地理信息系统方法,分析内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县地下水埋深对景观格局演变的响应。首先,通过半变异函数模型分析了磴口县地下水埋深的空间异质性特征,进而利用克里金插值对研究区2008、2016年的地下水埋深空间分布进行了拟合;其次,基于磴口县2008年与2016年的景观格局分布数据,研究了其景观格局演变特点;最后利用GIS叠加分析手段,将地下水埋深变化与景观格局演变数据进行耦合,分析了地下水埋深对景观格局演变的响应机制。研究结果如下：①空间上,磴口县地下水埋深大体遵循由东北向西南逐渐加深的趋势,研究时段内其空间异质性呈上升趋势,空间异质性中的随机扰动增强。②县域主要景观类型为林地,其次为沙地、裸地与水体,研究时段内建筑用地与水体增加明显,耕地与沙地略有减少。③景观格局演变对地下水埋深有较明显的影响,建筑用地的扩张使其加深,地表灌溉系统的不断完善使其上升。总体来看,磴口县地下水资源利用效率有较明显的提高。     

手持式树径自动识别测树仪的研制与应用

在森林资源调查中需要调查林分因子,从而了解森林资源的数量与质量,以进行森林资源的规划、设计和经营。森林资源调查是一项费时费力的工作,使用传统测量工具需要不同仪器来进行测量,同时还受地形条件的限制。为快速精确地进行林木测量,开发设计了便携式数字化智能测树仪。仪器由STM32F103VET6单片机、ov9655传感器、LIS331DLTR倾角传感器、键盘等及其相关电路模块构成。采用相位原理测距,具有±1.5 mm的测距精度。在径高同测模式下,利用摄像头和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器对图像进行处理,能够实现树径的自动识别,再利用所测距离和倾角,实现高度、直径同步测量。仪器还有测径模式,测高模式,测距模式,倾角测量模式,面积计算模式。经实验验证,测径模式下,胸径的平均误差为-0.05 cm,误差在0.50 cm之内的占97.6%。在不同距离下,对不同高度的直径进行测量表明,在最佳距离内可使误差在0.50 cm内。该便携式数字化智能测树仪可满足森林资源调查需求,实现林业数字化。     

树干直径自动识别与测量技术研究

在森林资源调查中为实现树干直径快速、精确测量,使用电子元件进行了树干影像自动识别与测量。通过摄像头和CMOS传感器获得图像,经灰度转换后,使用窗口大小为5行5列的高斯滤波器,利用Canny边缘检测算法提取边缘,包括平滑、非极大值剔除、双阈值的边缘连接等,在提取的边缘图像基础上,设计了树木直径自动提取算法。以4列的窗口为模板,自上而下,对经过Canny算法后的图像进行竖直线段的提取。在提取所有竖线后,将最大宽度的2条竖线当作树干轮廓线,通过焦距、物距、像距与像素宽度之间的关系计算出树干直径。最后选择了不同树种共计16棵树木进行了验证,实验结果表明树干直径识别的精度为96.9%,绝大部分测量数据符合森林资源调查要求。     

北京市朝阳区景观连接度距离阈值研究

景观连接度方法是一种进行景观生态安全格局定量化评价的较好方法。此方法的应用中,景观连接度适宜距离阈值是一个关键因素,以北京市朝阳区为例对其展开研究。选取景观组分数(NC)、整体连接度指数(ⅡC)以及可能连接度指数(PC)来表征景观连接度以及计算斑块重要性值(dI);预设9个距离阈值,探讨不同距离阈值下景观连接度和斑块重要性值的变化规律。结果表明:北京市朝阳区景观连接度的距离阈值以400～600 m为宜。在此距离阈值的约束下分析表明,小型生态斑块对提高区域景观连接度有重要作用。     

磴口县生态网络多情景模拟研究

复杂生态网络是近年来区域生态环境可持续研究的热点。以2016年磴口县的遥感影像数据、DEM数据等为研究素材,提出生态库伦力的概念并基于力导向算法构建生态网络多情景模拟模型,结合最小累积阻力面模型设置多个情景模式对磴口县现状生态网络的演化进行研究。研究结果表明:随着(1.0,0)模式到(0,1.0)模式的转换,生态源地斑块栅格逐渐消失,骨架廊道逐渐出现断裂;在(0,1.0)模式下生态网络遭到极大破坏,现状条件下若进行大规模土地经济开发会对生态网络造成极大的破坏;但在(0.9,0.1)模式下,虽沙漠边缘处出现破坏,但是在样圆内部生态网络却出现扩张,在现有自然资源的约束下,磴口县仍有发展经济的空间,但空间不大。本研究所提出的多情景模拟模型适用于生态网络的演化分析。