基于遥感影像NDVI数据的中国种植制度分布变化

【目的】利用1986和1996年的十天合成NOAA-AVHRR-NDVI数据以及2000年SPOT-VEGETATION-NDVI数据对中国主要的种植制度（熟制）分布进行制图,对比二次差分法和离散傅里叶转换法对熟制信息提取的有效性;比较中国多年熟制分布图,研究中国近些年的熟制变化,同时结合气象数据,分析影响熟制变化的可能因素,为粮食产量变化及其原因分析提供理论依据。【方法】首先,利用欧空局全球陆地覆盖数据（ESA GlobCover）,提取中国农业植被区域。其次,使用ENVI和ArcGIS软件,分别利用二次差分法和傅里叶变换法对1986年的植被指数数据进行农业熟制的分布提取,并以中国科学院植物研究所编著的1:400万比例尺的《中国植被图》中的熟制信息作为参考,对两种方法提取熟制信息精度进行检验;采用二次差分法分别绘出1996年及2006年熟制分布图,说明中国熟制分布的变化。最后,利用零级带≥0℃积温划分指标,分析年积温等气候因素对熟制的影响。【结果】（1） 二次差分法和傅里叶变换法提取的熟制分布结果都基本符合中国农业熟制的分布规律,遵循越往南熟制越复杂的规律。一年一熟区主要分布在东北大部分地区,一年两熟区分布在河南、河北、山东和安徽一带,而一年三熟的区域零星分布在湖北省以南的省份。熟制分类的精度分别为76.5%和69.4%,kappa系数分别为0.64和0.51,二次差分法的分类精度高于傅里叶变换。（2）利用分类精度较高的二次差分法提取中国1986年、1996年到2006年的熟制分布信息,发现中国熟制间的界线发生了不同程度的北移和西扩,尤其是一年两熟的北界由1986的辽南葫芦岛北移到辽中本溪、沈阳一线,西界也由1986年的甘肃平凉、陕西宝鸡一带西扩至宁夏临夏回族自治州、青海海东地区。同时熟制之间的转换也是复杂多变的,一年一熟制的面积从1986年到2006年减少了33万平方公里,一年两熟增加了36万平方公里,一年三熟的面积增加了4万平方公里。（3）从年积温的分布来看,4 200℃和6 100℃积温等值线都有不同程度的北移西扩,说明积温变化可能是引起中国熟制北移的重要原因。【结论】基于时序序列的遥感数据可以进行中国熟制分布的实际变化监测。二次差分法是一种有效提取中国熟制信息的方法。中国熟制的界线,尤其是一年两熟的界限有一定程度的北移和西扩,使得一年一熟的面积大幅减少而一年两熟的面积有很大的增加,而一年三熟的面积变化不大。气候变暖对中国的熟制分布有一定的影响。通过遥感方法研究中国熟制的分布及其变化,能够及时、准确地了解和评价中国农作物生产情况和生产潜力,便于农业相关部门制定及时、有效的农业政策。     

基于分量替换高分辨率遥感图像融合方法的对比研究

基于分量替换的高分辨率遥感图像融合是一种十分重要的融合方法,但对该方法的融合原理的深入分析在国内还鲜有报道。为此对分量替换融合方法进行原理探究和实验对比分析。首先从线性代数的角度来阐述分量替换融合算法的实质,并对两种典型的构造可替换波段的分量替换方法（基于光谱响应函数模拟低分辨率全色波段的Gram-Schmidt融合法（GS1）和基于多元一次线性回归拟合低分辨率全色波段的Gram-Schmidt（GS2）融合法进行原理说明;其次,选取QuickBird全色与多光谱图像数据,进行三种有代表性的基于分量替换的融合方法（PCA,GS1,GS2）的对比分析。通过对比融合前后典型地物的光谱特性变化来评价融合影像的光谱保真性也是该研究的一大特色。结果表明:3种融合方法都具有很高的光谱保真性,GS2融合方法具有最优的光谱保真性,PCA和GS1融合算法次之,尤其是GS1融合处理后的图像存在部分光谱失真的现象,GS2算法的光谱保真性明显优于GS1。从基于分量替换融合方法的实质可以诠释出造成GS1融合图像光谱失真的根本原因,GS1融合算法使用的只是实验室理想环境下所获取的名义上的光谱响应特征。传感器的实际成像过程受到诸多因素的影响,如传感器在轨工作环境、大气、观测角度不同等的影响。GS1算法单纯通过不同波段光谱响应函数的线性组合来模拟低分辨率全色波段并不十分准确,GS2直接利用MS和Pan波段像元灰度值进行线性回归,克服了上述不确定性问题。通过以上对比研究发现,如何利用多光谱数据准确地模拟低分辨率全色波段,直接影响到融合后影像的光谱保真性,是目前高分辨率遥感图像融合的关键技术。     

基于垄线平行特征的视觉导航多垄线识别

为有效快速地识别农田多条垄线以实现农业机器人视觉导航与定位,提出一种基于机器视觉的田间多垄线识别与定位方法。使用VC++ 6.0开发了农业机器人视觉导航定位图像处理软件。该方法通过图像预处理获得各垄行所在区域,使用垂直投影法提取出导航定位点。根据摄像机标定原理与透视变换原理,计算出各导航定位点世界坐标。然后结合垄线基本平行的特征,使用改进的基于Hough变换的农田多垄线识别算法,实现多垄线的识别与定位。使用多幅农田图像进行试验并在室内进行了模拟试验。处理一幅320×240的农田图像约耗时219.4 ms,室内试验各垄线导航距与导航角的平均误差分别为2.33 mm与0.3°。结果表明,该方法能有效识别与定位农田的多条垄线,同时算法的实时性也能满足 要求。     

Characterization of plant-derived water extractable organic matter by multiple spectroscopic techniques

Water extractable organic matter (WEOM) derived from fresh- or early-stage decomposing soil amendment materials may play an important role in the process of organic matter accumulation. In this study, eight WEOM samples extracted with a 40:1 (v/w) water to sample ratio from alfalfa (Medicago sativa L.), corn (Zea mays L.), crimson clover (Trifolium incarnatum L.), hairy vetch (Vicia villosa L.), lupin (Lupinus albus L.), soybean (Glycine max L. Merr.), wheat (Triticum aestivum L.), and dairy manure were investigated using ultraviolet (UV)–visible, Fourier transform infrared (FT-IR), solution ³¹P nuclear magnetic resonance (NMR), and solid state ¹³C NMR spectroscopies. UV–visible and FT-IR spectra of the plant-derived WEOM samples were typical for natural organic matter, but possessed less humic-like characteristics than dairy manure-derived WEOM. Solution ³¹P NMR spectra indicated that WEOM samples extracted from alfalfa, corn, and soybean shoots contained both orthophosphate and monoester P. Of the monoester P in WEOM from soybean shoot, 70% was phytate P. WEOM from crimson clover, hairy vetch, lupin, and wheat shoots contained orthophosphate only. The solid-state ¹³C NMR spectra of the seven plant-derived WEOM samples indicated that they all were primarily composed of sugars, amino acids or peptides, and low molecular mass carboxylic acids. Carbohydrates were dominant components with very few aromatics present in these samples. In addition, WEOM from crimson clover and lupin, but not other three leguminous plant WEOM samples, contained significant asparagine. On the other hand, WEOM from corn and wheat contained less amino acids or peptides. The spectra of WEOM of dairy manure revealed the presence of significant amounts of nonprotonated carbons and lignin residues, suggesting humification of the manure-derived WEOM. Significant carbohydrates as well as aromatics were present in this WEOM. The P and C bonding information for these WEOM samples may be useful for understanding the effects of WEOM on soil nutrient availability to plants. Trade or manufacturers' names mentioned in the paper are for information only and do not constitute endorsement, recommendation, or exclusion by the USDA-ARS.     

森林资源监测Spot5遥感图像几何精校正方法研究

为探索空间分辨率为 2 5m的Spot5遥感图像用于森林资源监测的可行性 ,需进行遥感图像几何精校正 .该文在理论分析遥感图像校正模型的基础上 ,借助GPS虚拟网络参考站定位系统 ,以cm级精度测定校正遥感图像的地面控制点 ,通过实例计算 ,详细研究了在通用遥感图像处理软件ENVI、ERDAS及PCI中各种可能的几何精校正方法及实际精度状况 .综合考虑几何位置变换精度、灰度重采样精度及不同校正方法对地面控制点数量和分布的要求 ,结合林区Spot5遥感图像的特点和GPS定位现状 ,确定了适合森林资源调查的Spot5遥感图像几何精校正方法 .     

ArcView GIS中地图要素的自动生成

为了提高GIS输出的质量,提供了在ArcView GIS中自动生成地图数学要素的算法和程序。该程序用Avenue语言编写。为了使程序简洁、高效,采用了调用动态连接库技术,把复杂的计算部分编写为动态连接库,在ArcView GIS中调用。     

一种基于视觉特性的小波包图像编码压缩方法

针对图像能量分布特点及人眼对图像特殊区域敏感程度的不同,提出利用小波包对图像的低频子带和高频子带都进行多分辨率分解,并充分利用人眼的视觉特性和不同子带间小波包系数的相关性对系数进行编码。实验结果表明在保证优先编码视觉上最重要系数的同时,能够进一步提高图像复原质量。     

立式混流泵异常振动测试分析

针对某泵站立式混流泵机组异常振动现象,采用低频振动传感器和电涡流传感器,分别测试开机过程和正常运行时水泵机组下机架、泵盖、外筒体振动以及主轴摆度.基于希尔伯特-黄变换进行试验数据处理,获得了测试信号位移峰峰值,通过提取稳定运行时的振动信号特征向量,对故障类型进行识别;在此基础上,通过分析开机过程信号时频变化情况,寻找诱发机组异常振动的故障原因.现场振动测试分析结果表明:稳定运行时机组振动频率主要集中在转频附近,且主轴轴心轨迹成椭圆形,可诊断其故障类型属于转子不平衡;在开机过程中,主轴的轴心轨迹紊乱,开机瞬间机组的振动值为正常运行时振动值的473倍,据此可判断出在此刻机组内部产生了强大的冲击力,进而引起转子不平衡运转.采用希尔伯特-黄变换法能够准确获取水泵振动信号的时频特征,尤其对分析处理高度非线性的被测信号具有很强的优势,而开展开机过程中的振动测试研究,也为水泵故障诊断分析方法开辟了一条新途径.     

乌海市海勃湾水系景观规划设计

通过对乌海市内原有排洪沟的整治改造,在满足城市水利防洪要求的基础上,进行改造整治并拦洪蓄洪,更大程度地发掘季节性排洪沟整治在城市水系规划中的水系功能价值、景观价值与生态价值。       

基于机器视觉的谷物联合收获机行走目标直线检测

针对谷物联合收获机视觉导航,提出基于改进Hough变换(HT)的谷物联合收获机行走目标直线检测算法.通过改进一维最大熵阈值分割方法,提高了阈值分割的速度;对二值图像通过行扫描和列扫描,确定了行走目标直线的终点位置以及直线方向上的候选点;以候选点为点集,利用最小二乘直线拟合和直线终点位置确定了待检测直线上已知一点;利用改进HT完成直线检测,与传统的HT相比,将二元映射转换为一元映射,加快了算法速度、减少了空间占用和提高了抗干扰能力.经过对多幅图片的处理,证明算法能够有效地检测出直线参数,且处理时间在100 ms左右.