亚热带阔叶林林窗干扰特征与分布模式研究

为了解林窗特征及其空间分布对森林结构优化和功能恢复的重要驱动作用,以湖南省亚热带阔叶林为研究对象,根据长期监测数据,综合利用描述性统计方法、Ripley’s K函数和空间点模式分析方法,量化分析自然干扰林窗和人为干扰林窗的结构特征、空间分布模式以及影响林窗分布的空间变量。结果表明,林窗平均面积为78.9 m^2,林窗平均密度为12.8个/hm^2,与人工林相比,次生林呈现出林窗面积较小、密度较大、形状较复杂等特点;不同干扰类型的林窗在面积、形状和林下植被高度等特征上存在较大差异;林窗在空间分布模式上也有差异,但在大尺度上都呈现出聚集分布模式;次生林林窗分布的主要影响因素是坡度和坡位,而人工林林窗分布的主要影响因素是坡度、林分密度和可达度(与最近道路距离)。研究结果可为适应气候变化的森林经营提供方法借鉴和技术支撑。     

基于无人机LiDAR的天然林与人工林林隙提取

为研究主动遥感进行森林地物分类和林隙提取的效果,分别在天然林和人工林中比较了无人机激光雷达(Li DAR)数据的阈值法、逐像元法和面向对象法3种方法的分类精度和适用性。选取天然林(黑龙江省哈尔滨市帽儿山林场)和人工林(内蒙古自治区赤峰市旺业甸林场)两处试验区,应用阈值法、逐像元法和面向对象法3种方法,对两个试验区采集的无人机Li DAR数据进行林隙、非林隙、其他类型划分。研究结果表明,面向对象法在天然林和人工林试验区中的分类精度和Kappa系数均最高,天然林为82. 43%、0. 73,人工林为91. 74%、0. 88;逐像元法次之,天然林为76. 62%、0. 64,人工林为78. 68%、0. 68;阈值法的分类精度和Kappa系数差异较大,在天然林中的精度极低,为50. 54%、0. 27,人工林的精度较高,为79. 12%、0. 69。面向对象法和逐像元法在天然林和人工林普遍适用,均可以达到理想的分类精度和Kappa系数。阈值法在天然林的精度较低,更适合于人工林的分类,即林分高度趋于一致,且建筑、道路等其他类型干扰较少的区域。天然林的最佳分类方法为面向对象法,人工林的最佳分类方法为阈值法。     

基于LiDAR的对靶喷雾实时控制系统设计与试验

针对自动对靶喷雾中延时喷雾问题设计了实时控制对靶喷雾系统,该系统以二维激光雷达（Laser detection and ranging,LiDAR）作为探测器,利用地速传感器（True ground speed sensor,TGSS）获取喷雾车实时速度,建立了自适应延时喷雾模型,模型可不断调整喷雾延时时间。自适应延时喷雾模型包括延时存储器和延时计数器。延时存储器利用FIFO缓存区暂存喷雾指令;延时计数器指向延时存储器地址,其利用当前车速计算延时指数,取出对应延时存储器地址的喷雾指令并发送给电磁阀控制器,实现对靶喷雾。试验部分首先对系统响应时间进行分析,包括识别靶标时间、计算喷雾指令时间、通信时间、电磁阀响应时间,试验结果表明,系统响应时间为160ms,延时存储器共42个延时单元;其次通过Proteus仿真比较了单片机在采用M法、T法计算TGSS发出信号频率的准确性,结果表明M法更适合于本文所述测速系统的频率计算;在TGSS安装角确定后,喷雾车速度与方波信号的频率成正比关系,通过拟合确定了比例系数0.0099,拟合优度为0.9998;最后通过试验验证了系统的整体有效性,并测量了实时控制对靶喷雾系统的可识别最小间距,试验结果表明,可识别的最小间距在80~180mm之间,系统可识别靶标间距的能力随着喷雾车速度的提升而降低,当靶标间距大于180mm时,系统均可有效识别靶标。     

基于DOM及LiDAR的多尺度分割与面向对象林隙分类

为研究分割尺度对航空正射影像(DOM)与LiDAR数据协同面向对象林隙分割与分类的影响,以东北典型的天然次生林帽儿山实验林场东林施业区为试验区,对DOM与LiDAR数据进行多尺度分割与面向对象林隙分类。分割过程中,采用基于DOM分割、基于LiDAR数据分割、DOMLiDAR协同分割3种分割方案。每种分割方案采用10种尺度。在每种尺度应用两种数据提取的光谱和高度两种特征,采用支持向量机分类器(SVM)进行林隙分类。研究结果表明:3种分割与分类方案分类精度随尺度的增大整体呈现下降的趋势,与ED3(Modified)趋势相反。基于LiDAR数据在尺度参数10获得了最优分割结果。在所有尺度上(10~100),基于LiDAR数据分割与分类精度高于其他两种数据源的分类精度,相比单独使用DOM优势更加明显。基于LiDAR数据分割与分类方案在尺度参数10时获得了最高分类精度(Kappa系数为80%)。3种分割与分类方案最优尺度的分类精度显著高于其他尺度分类精度。分割尺度对面向对象林隙分类结果有重要影响。     

滴灌条件下水肥耦合对苹果幼树生长与生理特性的影响

为探明半干旱区苹果树科学合理的灌溉和施肥制度,进行了滴灌条件下北方半干旱地区水肥耦合效应对苹果幼树生长与生理特性影响的试验,灌水设4个水平,施肥设3个水平,其中灌水处理为田间持水率的75%~90%（W1）、65%~80%（W2）、55%~70%（W3）和45%~60%（W4）,施肥处理为N、P2O5、K2O与风干土质量比分别为0.9、0.3、0.3g/kg（F1）,0.6、0.3、0.3g/kg（F2）,0.3、0.3、0.3g/kg（F3）。结果表明：不同水肥耦合处理下苹果幼树各生育期植株生长量、叶面积和干物质量最大值均出现在F1W2处理,最小值均出现在F3W4处理,植株生长量和叶面积在萌芽开花期、新梢生长期、坐果膨大期和成熟期较F1W1处理分别增加了6.9%、6.2%、11.0%、2.7%和9.3%、5.8%、5.0%、3.3%,生长指标一定程度上可以反映作物的生理特性。随着苹果幼树的生长,不同水肥耦合处理对苹果幼树叶片SPAD的影响越来越大,苹果幼树全生育期耗水量随灌水量和施肥量的增加呈递增的趋势,在F1W2处理下水分生产率均达到最大值（2.43kg/m3）,且与F1W1处理相比增加了14.6%,耗水量却减少了12.2%。苹果幼树净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的最大值均出现在F1W1处理,F1W2处理与其相比分别降低了4.2%、9.7%和4.2%,但水分利用效率提高了5.9%,最大值也出现在F1W2处理。综上,F1W2水肥处理为最佳的水肥耦合模式,是最佳的灌溉和施肥制度。     

基于Ansoft Maxwell 14仿真软件分析气隙对电机噪声的影响

文章基于Ansoft Maxwell 14 2D软件对电机分别在气隙为2.3mm与气隙为1.8mm的情况下进行仿真分析,比较得出适当的增大气隙,可降低气隙磁导,削弱气隙谐波磁场,从而使得电机噪声减小。通过典型实例验证了该结论,文章对改善电机噪声方面有一定的参考意义。     

种植密度对滴灌马铃薯生长、产量的影响

为了了解耕培土滴灌条件下种植密度对马铃薯生长、产量以及水分利用效率的影响.试验共设密度分别为7.28×10⁴ 株/hm²(RS25),6.67×10⁴ 株/hm²(RS35),5.55×10⁴ 株/hm²(CK)3个处理.结果表明:随着种植密度的增加,株高、茎粗、干物质积累量以及商品薯率均有降低的趋势;产量、水分利用效率随种植密度的增加表现出先增大后减少,其中RS35处理产量和水分利用效率均表现最高,分别达到47 325 kg/hm²和12.05 kg/m³;在马铃薯品质方面,种植密度对马铃薯粗蛋白含量的影响不具有统计学意义;淀粉和维生素C随着密度的大幅增加而降低,其中RS25处理的淀粉较CK降低了5.57%,RS25处理的维生素C较CK降低了7.96%,同时RS35与CK处理不具有统计学意义.综上所述,种植密度为6.67×10⁴ 株/hm²的RS35处理马铃薯高产优质,且水分利用效率最高,为黑龙江地区滴灌马铃薯较为适宜的种植密度.     

调亏灌溉和灌溉方式对香梨树吸收根系重分布的影响

于2009—2010年开展了田间试验,研究了调亏灌溉对成龄库尔勒香梨树吸收根系重分布的影响。灌溉方式为地表滴灌与漫灌,滴灌试验包括轻度与重度水分胁迫处理(在新梢及果实生长缓慢期分别按蒸发量的60%与40%灌溉,在其他生育期按蒸发量的80%灌溉),对照处理为充分灌溉,在整个生育期按蒸发量的80%灌溉。每年4—8月份,漫灌每月灌溉1次,灌水定额为300 mm。所有处理在2009年之前均为漫灌。研究结果表明,成龄库尔勒香梨树的吸收根系主要分布于地表以下20~60 cm。梨树需要2 a时间调整吸收根系的分布以适应灌溉方式由漫灌转为滴灌。土壤水分胁迫减小了梨树吸收根系的根长,抑制了梨树的营养生长,其后恢复充分灌溉可促进根系的生长。梨树新梢及果实生长缓慢期的土壤水分胁迫对根系生长的抑制效果超过了对新梢生长的抑制;但吸收根系的生长与果实产量之间并无显著的相关性。     

亏缺灌溉对成龄库尔勒香梨产量与根系生长的影响

研究了亏缺灌溉对成龄库尔勒香梨树营养生长、果实生长与吸收根系分布的影响。香梨的生育中期,设计了4种土壤水分亏缺(灌前土壤水势下限):轻度胁迫(-100 kPa)、中度胁迫(-200 kPa)、重度胁迫(-300 kPa)和对照(-50 kPa)。灌溉系统为地表滴灌。试验结果表明,亏缺灌溉显著地减少了夏季剪枝量,提高了果实产量。充分灌溉条件下,香梨树根长密度从树行由内向外呈递减趋势,滴灌促进了湿润体内的吸收根系的发育;距树行0.5 m,根长密度随着深度的增加而减少;距树行1 m至1.5 m,根长密度随着深度的增加而增加;距树行2 m的非灌溉区,根长密度在垂直方向上变化不显著。为适应滴灌湿润体内水分胁迫,香梨树在湿润体内及非灌溉区的吸收根系的分布均发生了显著的调整。适度水分胁迫下的根长密度增加对香梨产量有促进作用。     

气候变化对农作物影响的分析

最近几年,很多的农科院校开设了种子科学以及工程专业学科,促进了我国种子产业的快速发展,当前,由于农作物的生长受到全球气候变化的影响,很多的农学专家十分重视气候变化对农作物产生的影响。本文从气候资源对农作物适宜度影响的一般研究思路、气候变化对农作物生长适宜度影响研究进展等不同方面,全面分析气候变化对农作物生产产生的影响。     

基于冠层信息的马铃薯喷雾机喷杆高度控制系统研究

为解决喷杆式喷雾机在对马铃薯等茄科茄属作物进行喷施作业时喷杆相对作物冠层距离精确测量与控制问题,设计了一套马铃薯喷雾机喷杆高度控制系统。该系统采用二维激光雷达扫描田间马铃薯的植株冠层,根据种植模式对田间马铃薯植株进行冠层单元分割,通过融合姿态传感器的数据对雷达输出数据矫正,并基于中值滤波算法、移动最小二乘曲线拟合方法处理冠层点云数据,实时解算出喷杆相对冠层顶部的垂直距离信息,同时融合油缸位移传感器数据设计了双阈值喷杆高度调控策略,实现喷杆相对马铃薯冠层距离的精准调控。系统应用于3WP-1500型喷雾机,通过高度检测精度试验和高度调节试验测试了系统性能。试验结果表明,通过激光雷达检测作物冠层高度的最大相对误差为7.16%,平均相对误差为3.95%。高度调节试验表明,通过确定最优的调节阈值,可以有效降低喷杆高度调节误差,提高系统稳定性,测试高度调节标准偏差为21.81mm,平均相对误差为3.08%,系统运行平稳,满足喷杆相对冠层距离自动控制需求。     

基于无人机影像匹配点云的苗圃单木冠层三维分割

近年来较多的树冠提取算法以激光雷达数据为基础,然而激光点云数据量大、冗余多而且采集成本高。本文基于无人机影像匹配点云提取单木树冠轮廓,研究一种成本可控、能够补充甚至部分替代激光雷达的小范围森林制图方案。以福建省三明市某林场内苗圃地作为研究对象,在稠密的无人机影像匹配点云中截取2个25 m×25 m的样地作为测试样本。预处理后,首先构建植被冠层高度模型,以局部最大值法探测树冠位置并标记为种子点;从这些种子点形成的初始区域开始生长,迭代计算直到全部的影像匹配点云归并完毕;最后,将算法提取的树冠轮廓导入Arc GIS中获取树冠轮廓矢量边界,并与手绘参考树冠叠加,利用F测度实现精度的评定。依此方案,在2个林分范围内的树冠提取F测度均达到了89%以上,单木冠幅提取的误差在0.14 m以内。结果表明,该方案简单有效、精度可靠,适用于小范围、高精度的植被制图。     

田间茶树冠层三维信息获取及其高度和轮廓表达方法

茶树的冠层信息是茶树田间管理的重要内容,也是茶叶机械化作业机具设计的重要依据。针对传统的作物冠层信息获取方法费时费力、主观性强且易造成损伤等问题,提出了一种茶树冠层高度和轮廓的获取与估计方法。首先,通过3D LiDAR从多个站点采集茶园的点云数据,对原始点云进行姿态矫正、ROI划分、配准、降噪以及高程归一化预处理,得到高程归一化的茶树点云。其次,通过反距离权重插值法、不规则三角网插值法在不同空间分辨率下生成茶树的冠层高度模型（Canopy height model, CHM）,其中,空间分辨率0.05m下不规则三角网插值生成的茶树CHM具有较好的插值精度,模型产生的凹坑也相对较少。最后,分别以90~100间的21个百分位数提取CHM的栅格值作为茶树冠层高度与实测值比较,结果表明,第98.5百分位数时估计值最为准确,与真值间的相关系数为0.88,平均绝对误差为3.17cm,均方根误差为4.16cm。此外,在高程归一化的茶树点云中提取20处冠层断面点云,分别采用椭圆模型、高斯模型和二次多项式模型拟合了冠层轮廓点云,其中,二次多项式模型能更好地反映茶树冠层轮廓特征,点云与拟合曲线间平均最小距离的均值为2.60cm,方差为0.21cm2。研究可为茶园现代化管理和茶叶机械化作业机具的设计提供理论支持。     

基于地基LiDAR高度指标的小麦生物量监测研究

为探讨Li DAR监测作物生物量的可行性和方法,以小麦为研究对象,通过田间试验获取关键生育期的小麦Li DAR点云高度指标和地上部生物量,基于幂函数回归与支持向量回归、利用十折交叉验证法分别进行特征选择和模型构建,选取各算法最优的全生育期小麦地上部生物量监测模型,并在测试集上对模型的预测能力进行检验与比较。结果表明:利用H95和生育期特征所构建的全生育期支持向量回归模型精度最高,训练集上决定系数R2达到0. 814,测试集结果(R2=0. 821,RMSE为1. 730 t/hm2,RRMSE为32. 77%)表明,模型具有较好的准确性;利用Hmean所构建的全生育期幂函数回归模型决定系数R2达到0. 809,测试集结果(R2=0. 815,RMSE为1. 760 t/hm2,RRMSE为33. 33%)也表明模型具有较好的准确性;高度指标估测小麦生物量具有先天局限性,所构建模型较适宜于监测小麦地上部生物量小于10 t/hm2的情况,在超过10 t/hm2的样本集上,95%的模型预测值被低估,RMSE呈指数增长;生育期特征有利于提升监测模型预测精度。     

基于地相位优化估计的RVoG三阶段森林冠层高度反演

极化干涉合成孔径雷达（PolInSAR）估测森林结构参数中,数据受基线长度、信噪比、环境地形以及雷达波长的影响,尤其在复杂森林环境条件下,会导致观测到的复相干存在误差,从而影响最终的反演结果。为解决此问题,首先探讨了体相干选择对RVoG三阶段森林冠层高度反演的影响,以地相位为参考逐像素选择距离地相位最远的相干性作为体相干。其次改进了地相位估计方法,采用戴明回归（DMR）和正交回归（OGR）2种相干直线拟合方法来改进地相位的估计,并在DMR拟合方法中设置了不同的误差比（0.3和0.6）来比较地相位估计方法对RVoG三阶段森林冠层高度反演的影响。研究结果表明：以地相位为参考逐像素选择体相干的反演结果相较于直接使用HV极化通道的复相干γ_HV为体相干的反演精度有明显提升,决定系数（R²）由0.349增加到0.383,均方误差由7.097 m²降低到5.755 m²。在体相干优化选择的基础上,采用了戴明回归和正交回归对地相位估计方法进行了改进。表明基于最小二乘回归（LSR）地相位估计的RVoG三阶段反演精度最...     

基于机载激光雷达技术的茂密林地单株木识别

提出一种利用LiDAR数据进行单株木识别的方法,首先利用广义高斯模型分解全波形LiDAR数据,得到高密度的点云和相应的波形参数,通过建立数字高层模型得到非地面点云,然后计算点云的空间特征得到林木点云,最后在3D空间中利用马尔可夫随机场重新标记得到单株木点云.实验表明,与传统方法相比,本文方法能有效提高单株木识别的准确性,特别是对茂密林地中低矮、细小林木识别效果明显,平均识别精度达到75％.     

国产星载激光雷达森林回波波形模拟仿真

为探究拟发射国产星载激光雷达卫星波形数据在森林结构参数估测方面应用潜力,首先需对其回波波形进行模拟仿真。针对地形无规律起伏和林层结构复杂这一问题,本文采用有限元原理实现了随机地形与林分三维信息的模拟仿真;针对激光脉冲传输过程中能量衰减的问题,引入了激光雷达辐射传输模型;为验证本文所建回波仿真系统有效性,利用与国产星载激光雷达回波波形相近的ICESat-GLAS实测波形数据对GLAS仿真波形数据进行验证。研究结果为：发射波仿真波形与实测波形相关系数为0.96;地形坡度分别为0°～10°、10°～20°、20°～30°和30°以上时回波仿真波形与实测波形相关系数均值分别为0.90、0.88、0.85和0.81;郁闭度分别为0～0.2、0.2～0.4、0.4～0.6、0.6～0.8和0.8～1.0时回波仿真波形与实测波形相关系数均值分别为0.81、0.80、0.84、0.88和0.90;针叶林、阔叶林和混交林回波仿真波形与实测波形相关系数均值分别为0.85、0.86和0.89。研究结果表明：本文所建回波仿真系统可用于国产星载激光雷达回波仿真。回波仿真所得国产星载激光雷达仿真波形,可为森林结构...