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。  

基于PSO-LSSVM的森林地上生物量估测模型

为提高森林地上生物量估测精度，从建模因子和建模方法出发，提出了一种综合考虑影像纹理特征、地形特征、光谱特征的粒子群优化最小二乘支持向量机生物量估测方法。以松山自然保护区为研究区域，以资源三号遥感卫星数据为数据源，配合194块调查样地实测数据、森林资源二类调查数据、数字高程模型数据，通过分析46个特征变量与森林地上生物量间的Pearson相关性，进行特征变量优化提取，建立PSO-LSSVM模型并在Matlab 2014a上编程实现。以决定系数R 和均方根误差RMSE为指标，对比分析了PSO-LSSVM和多元线性回归地上生物量模型精度。研究结果表明：PSO-LSSVM模型在针叶林、阔叶林、灌木林3种类型中预测决定系数分别为0.867、0.853、0.842，比多元线性回归模型分别提高了23.15%、19.13%、14.40%。PSO-LSSVM地上生物量模型具有良好的自学能力和自适应能力，它取代了传统的遍历优化方法，在全局优化及收敛速度方面具有较大优势，预测精度较高。  

基于EnKF-MCRP模型的生态用地扩张模拟研究

以生态脆弱区典型县域磴口县为研究区，基于2002、2007、2012、2015年4期遥感影像解译数据，将数据同化技术引入生态源地的变化模拟中，考虑生态障碍和生态阻力构建EnKF-MCRP模型，进行磴口县生态用地的变化模拟。结果表明，引入数据同化技术的EnKF-CA/Markov模型的模拟总精度达到82.4%，数据同化能够减少误差的积累。根据扩展能力磴口县生态源地共分为5个等级，其中3、4、5级生态源地的空间布局形成东北-西南、西北-西南的沙漠化防护格局。引入生态源地变化的EnKF-MCRP模型的生态用地扩张模拟精度最高，生态用地面积与空间布局最接近实际情况，方差达到0.4。此研究可为当前以及未来的生态用地规划和管理提供科学根据。  

基于BCBS模型的生态节点布局优化

以生态脆弱区典型县域磴口县为研究区，基于2015年遥感影像解译数据，构建MCR—P模型提取县域尺度生态源地、廊道和节点，将Voronoi图模型引入到生态节点布局研究中，构建泰森盲区形心优化模型（BCBS模型），进行生态节点布局优化。结果表明，磴口县共能提取出391块生态源地节点和667个潜在生态节点，其中需优化节点182个。优化后生态节点的覆盖率达到87.79%，较现状生态节点覆盖率提升了22.56%。节点分布均匀性降低至0.3978，节点空间分布更加均匀。优化后节点构成的泰森多边形盲区的面积减小了48446hm2，且节点覆盖圆空间结构连片化，优化后生态网络结构更为稳定。  

区域生态安全格局优化研究进展

区域生态安全格局的最优化是保障区域生态安全的基础，采用模型方法准确地对区域生态安全格局进行分析及优化对于区域生态环境可持续发展有重要意义。区域生态安全格局优化需要多学科的综合、多角度的分析和多种实现手段的结合。一般建立在对不同景观类型、景观的空间格局、景观过程以及功能之间关系深入理解的基础上，首先找到景观格局对过程的影响方式，建立数量关系，其次利用景观生态学的原理集成数学模型，优化土地利用，多层次、多角度、多学科进行区域生态安全格局优化。本文在分析国内外相关研究进展的基础上，对区域生态安全格局的概念发展、研究内容演变、优化方法等进行了总结，在此基础上得出未来区域生态安全格局优化的研究趋势：多模型、多方法、多技术的有机集成；区域生态安全标准量化的探索；公众参与机制及利益协调的管理手段研究。  

基于数据同化的地下水埋深插值研究

以西北干旱区典型县域磴口县为研究区，以2015年8月份40个地下水采样点的样品数据为基础，引入集合卡尔曼滤波（EnKF）数据同化将其优化作为主变量，以蒸散发量反演结果以及归一化植被指数（NDVI）数据为协变量，进行协同克里金插值，同时与未采用同化的协同克里金插值结果以及经同化采用普通克里金插值结果进行交叉验证。结果表明：三者在较大空间尺度上对地下水埋深空间分布趋势的模拟基本一致，南部沙漠地区整体较高，在空间分布上表现为明显的地理规律性。同化后的数据进行协同克里金插值的结果改善最显著，平均误差、均方根误差、平均标准误差均优于未同化插值结果，其中平均误差仅为0.2705m。与普通克里金插值方法相比，协同克里金插值考虑蒸散发与NDVI的协同作用，精度明显提高，平均误差减小0.4097m，均方根误差减小0.0784m，平均标准误差减小1.0167m。  

磴口县景观格局AES—LPI—CA模型演化模拟

以内蒙古巴彦淖尔市磴口县为研究区，在LPI—CA—Markov模型的基础上构建AES—LPI—CA模型，利用人工内分泌系统（AES）调整元胞自动机邻域中中心元胞的转移概率，并基于磴口县2000年与2007年景观格局数据对县域2014年景观格局进行模拟，将该模型模拟结果与LPI—CA—Markov模型、CA—Markov模型的模拟结果进行对比，结果显示3种模型模拟结果的KIA(Kappa index of agreement,以2014年实际景观分布为参照)依次为0.8236、0.7855、0.7682，AES—LPI—CA模型显示了较高模拟精度。  

区域生态安全格局优化研究进展

区域生态安全格局的最优化是保障区域生态安全的基础，采用模型方法准确地对区域生态安全格局进行分析及优化对于区域生态环境可持续发展有重要意义。区域生态安全格局优化需要多学科的综合、多角度的分析和多种实现手段的结合。一般建立在对不同景观类型、景观的空间格局、景观过程以及功能之间关系深入理解的基础上，首先找到景观格局对过程的影响方式，建立数量关系，其次利用景观生态学的原理集成数学模型，优化土地利用，多层次、多角度、多学科进行区域生态安全格局优化。本文在分析国内外相关研究进展的基础上，对区域生态安全格局的概念发展、研究内容演变、优化方法等进行了总结，在此基础上得出未来区域生态安全格局优化的研究趋势：多模型、多方法、多技术的有机集成；区域生态安全标准量化的探索；公众参与机制及利益协调的管理手段研究。  

基于数据同化的地下水埋深插值研究

以西北干旱区典型县域磴口县为研究区，以2015年8月份40个地下水采样点的样品数据为基础，引入集合卡尔曼滤波（EnKF）数据同化将其优化作为主变量，以蒸散发量反演结果以及归一化植被指数（NDVI）数据为协变量，进行协同克里金插值，同时与未采用同化的协同克里金插值结果以及经同化采用普通克里金插值结果进行交叉验证。结果表明：三者在较大空间尺度上对地下水埋深空间分布趋势的模拟基本一致，南部沙漠地区整体较高，在空间分布上表现为明显的地理规律性。同化后的数据进行协同克里金插值的结果改善最显著，平均误差、均方根误差、平均标准误差均优于未同化插值结果，其中平均误差仅为0.2705m。与普通克里金插值方法相比，协同克里金插值考虑蒸散发与NDVI的协同作用，精度明显提高，平均误差减小0.4097m，均方根误差减小0.0784m，平均标准误差减小1.0167m。  

磴口县景观格局AES—LPI—CA模型演化模拟

以内蒙古巴彦淖尔市磴口县为研究区，在LPI—CA—Markov模型的基础上构建AES—LPI—CA模型，利用人工内分泌系统（AES）调整元胞自动机邻域中中心元胞的转移概率，并基于磴口县2000年与2007年景观格局数据对县域2014年景观格局进行模拟，将该模型模拟结果与LPI—CA—Markov模型、CA—Markov模型的模拟结果进行对比，结果显示3种模型模拟结果的KIA(Kappa index of agreement,以2014年实际景观分布为参照)依次为0.8236、0.7855、0.7682，AES—LPI—CA模型显示了较高模拟精度。