机器人工作空间求解的蒙特卡洛法改进

对机器人工作空间求解的蒙特卡洛法的基本原理、算法流程、适用范围等进行了研究,分析了蒙特卡洛法中随机点分布的不均匀性以及内部随机点和边界随机点的不同作用,并总结了立体工作空间随机点分层处理时引起的误差情况.针对传统算法边界处随机点分布不理想的问题,强调边界点的重要性,根据关节空间到工作空间映射的连续性,在先期搜索到的边界点的小邻域内重新生成随机点,从而有效改善了边界处随机点的分布状况,提高了边界点的精确度.针对立体工作空间随机点分层处理带来的误差,采用二次分层的方法,通过减小统计层厚度提高边界点的统计精度.大量的试验证明了算法的有效性.     

基于机器学习的绿洲土壤盐渍化尺度效应研究

针对干旱区绿洲土壤盐渍化的生态环境问题,以新疆维吾尔自治区奇台绿洲为研究区,基于58个表层土壤盐度数据及与之对应的Landsat TM多光谱遥感影像数据,分别选取栅格重采样(空间分辨率为30～990m)和邻域滤波(窗口尺度为3×3、5×5、…、31×31)两种尺度转换方法获取不同尺度下Landsat TM派生数据,并据此计算相应的环境变量（总数为720）;随后利用梯度提升决策树（GBDT）模型在不同尺度下依托环境变量对土壤盐度进行模拟,并分析其定量关系。结果表明：单一尺度下,基于30m空间分辨率的邻域滤波方法对土壤盐度的解析力总体优于栅格重采样模式,其最大解析力分别为78.55%、75.31%。混合多种尺度下,对土壤盐度的解析效果较单一尺度得到明显提升,解析力最高可达90.66%,有效实现了信息互补。栅格重采样模式相对于邻域滤波而言,其调整R2波动范围更为宽泛,说明栅格重采样尺度变换方法相较于邻域滤波对土壤盐度-环境变量关系的表征更具灵敏性。     

不同种属骨颗粒腔隙结构Micro-CT三维可视化表征方法

基于水生、陆生动物源肉骨粉骨颗粒显微腔隙形态结构的不同,提出了一种不同种属骨颗粒腔隙形态结构的Micro-CT原位三维可视化表征方法。以鱼、牛、猪和鸡骨颗粒为研究对象,利用Bruker Skyscan 1275型Micro-CT,在扫描条件优化的基础上,对各样品进行了扫描和重构条件优化,比较了全局（Global）、全局自适应（Otsu）、K-means全局聚类（K-means）、局部自适应均值（Adaptive mean-C）和局部自适应中值（Adaptive median-C）等图像阈值分割算法对骨颗粒显微腔隙成像的分割效果。优化的Micro-CT扫描条件为电压80kV、电流125μA,图像分辨率8μm、旋转步长0.20°、曝光时间46ms和360°扫描;图像三维重构条件为Smoothing 1、Post-Alignment 0、Ring-Artifacts 3和Beam-hardening 30%;采用局部自适应均值法的骨颗粒成像效果最佳,其最优参数确定为WS为5,C为0。不同动物源骨颗粒腔隙结构的Micro-CT原位三维可视化表征结果与其显微镜标准方法的结果较为一致。研究结果为水生和陆生动物源饲料快速、无损判别提供了技术支撑。     

耕地变化空间抽样调查方案的精度与效率分析

已有研究表明，利用遥感空间抽样方法来监测耕地变化是可行的，如何选择最佳空间抽样方案以提高效率、节省费用则是其需解决的核心问题。采用3种抽样方法（简单随机抽样、分层抽样、系统抽样）与2种抽样框（规则抽样框、不规则抽样框），设计了6种不同组合的遥感空间抽样方案进行试验；根据不同抽样框与平均每样本调查费用大小的关系，分析了不同耕地变化遥感空间抽样调查方案的精度与效率，并以北京市顺义区为例进行了试验验证，结果表明：采用分层-不规则框进行耕地变化遥感空间抽样调查具有较高的精度和效率。进一步的敏感性分析表明，分层-不     

基于M-LP特征加权聚类的果树冠层图像分割方法

针对背景和杂草干扰下的果树图像冠层提取问题,提出了一种基于M-SP特征加权聚类的冠层分割算法。首先,将采集的原始图像由RGB颜色空间转换到HSI颜色空间,计算果树与背景区域在H、S分量上的马氏距离,构造马氏距离相似度矩阵〖WTHX〗M〖WTBX〗;其次,提取图像像素的垂直位置作为空间特征〖WTHX〗P〖WTBZ〗,在HSI空间内的I分量上,利用最大熵算法提取图像的阴影区域,并进行掩膜处理,将获取的阴影区域作为空间特征的加权区域L,从而构造阴影位置加权的空间特征〖WTHX〗L〖WTBX〗P;最后,对获取的M-LP特征矩阵进行归一化处理,分别进行上背景、下背景、果树冠层、杂草4个类别的K means聚类,最终完成图像分割。为验证算法的有效性,在采集的果树图像上进行了分割试验,结果表明,基于M-LP特征的聚类方法能有效解决重度杂草干扰条件下果树冠层被漏分的问题。采用精确率、召回率和F1值3个评价指标对分割结果进行定量评价,选取不同杂草干扰程度（轻微、中等、较强）和时间段（早晨、中午、傍晚）的果树图像,分别以传统K-means和GMM聚类算法作为对比进行试验,结果表明,相对于未经过特征提取的普通聚类分割方法,本文算法对于不同杂草干扰程度和不同拍摄时间段下的果树冠层分割表现出一定的鲁棒性,平均精确率为87.1%,平均召回率为87.7%,平均F1值为87.1%。分割和验证结果表明,在进行有效图像特征提取的基础上,结合少量标注作为先验知识的无监督分割方法可以准确分割出果树冠层区域。     

基于彩色空间距离优化的秸秆覆盖率检测算法研究

秸秆覆盖率是保护性耕作重要的评价指标之一。针对田间秸秆形态各异、细碎秸秆难以识别的难题,基于机器视觉技术,提出了一种基于K-means和彩色空间距离灰度化方法相结合的田间秸秆覆盖率检测算法。采用彩色空间距离方法对秸秆图像进行预处理,基于K-means算法实现秸秆和土壤背景的分类识别,使用数学形态学腐蚀和膨胀方法对识别后的图像进行处理,降低细碎秸秆对覆盖率的影响,最后计算秸秆图像的覆盖率。2022年10月,通过田间试验对北京小汤山国家精准农业研究示范基地采集的220幅玉米秸秆图像进行了算法验证。试验结果表明,对低秸秆覆盖率(0～30%)图像,识别准确率达到90%;对中等秸秆覆盖率(30%～60%)图像,识别准确率达到88%;对高秸秆覆盖率(60%以上)图像,识别准确率达到86%;整体秸秆覆盖率分等定级准确度达到98.18%。本研究设计的基于K-means和彩色空间距离灰度化方法相结合的田间秸秆覆盖率检测算法为保护性耕作评价提供了快速检测方法和手段。     

GIS技术支持下岩溶区植被指数的Kriging估计

研究如何修复扫描行校正器SLC故障造成的数据坏行区域植被指数信息缺失问题,对全面掌握区域植被指数空间变异有重要的意义。以湖南省慈利县石漠化严重的区域为例,利用遥感图像处理软件ENVI（Environment for Visualizing Images）提取研究区域植被指数。在GIS技术支持下,利用地统计学的方法对坏行区域的植被指数进行了Kriging估计。结果表明,植被指数主要受内在因子的作用,具有强烈的空间自相关性,自相关距离达到501 m;Kriging估计结果表明,植被指数在空间分布表现为条带状和斑块状分布,植被指数较高的区域主要分布在研究区的中南部。Kriging插值验证表明利用地统计学的方法很好地估计了遥感影像坏行区域植被指数的“缺失”信息,提高了ETM+SLC off数据的利用率,为岩溶石漠化评估提供参考。      

西南岩溶地区耕地利用效率及其影响因素

以我国西南岩溶地区为研究区域,从投入和产出2个维度选取耕地利用效率指标,采用数据包络分析（DEA）法对该区112个市2011—2017年耕地利用效率进行分析,以地理探测器模型分析研究影响耕地利用效率的关键因素。结果表明:从时间变化来看,2011—2017年,西南岩溶地区耕地利用综合效率、技术效率和规模效率总体上都呈现“先上升后下降”态势。从空间变化来看,综合效率和技术效率具有中等强度的空间分异性,规模效率具有较弱的空间分异性;耕地利用效率高值区在整个研究区内基本呈连续分布,而低值区呈“插花状”分布。地理探测器分析表明,岩溶比例（q=0.24）、高程（q=0.21）是西南岩溶区耕地利用效率的主要影响因子,影响因素间的交互作用增强了对西南岩溶区耕地利用效率的影响。      

非垂直拍摄获取细叶作物覆盖度优化算法研究

【目的】探究非垂直拍摄获取细叶作物覆盖度优化算法以及非垂直拍摄对作物覆盖度计算结果的影响。【方法】在北京市小汤山基地草业研究中心露天环境下,以青绿薹草、结缕草为试验对象,获取45°、60°、90°(与地面夹角)3种拍摄角度下的图像,采用基于自适应权重粒子群改进K-means的图像分割方法,分析不同拍摄角度对青绿薹草覆盖度测量精度的影响,研究非垂直拍摄与垂直角度下覆盖度的关系曲线。首先将草RGB图像转化成HSV颜色空间,在HSV颜色空间利用自适应权重PSO算法向全局像素解的子空间搜寻,通过迭代搜寻到全局最优解,确定最佳初始聚类中心;其次利用K-means算法对不同角度图像像素进行聚类划分,从而得到草冠层区域分割结果,最后采用形态学滤波方法对分割结果进行优化。【结果】垂直拍摄时,传统K-means算法计算的2个品种的覆盖度总体相对误差分别为32.89%和34.37%,而本文算法下2个品种总体相对误差分别为11.23%和15.85%。相比于K-means算法,本文算法环境适应性好,算法精度高。非垂直拍摄条件下,本文算法能够克服多角度拍摄导致图像色彩分布不均匀的问题,有效分割出草冠层区域,90°覆盖度估测值与真实值平均误差为3.27%,60°二者平均误差为4.61%,45°平均误差为5.70%,随着拍摄角度的减小,平均误差略有增大,但均小于6%。非垂直角度下计算的覆盖度与垂直角度覆盖度呈显著地线性关系。【结论】采用本文方法可以提高非垂直拍摄获取作物覆盖度的精度。     

苹果图像的背景分割与目标提取

水果的缺陷、大小和颜色差异以及光照等因素影响图像背景分割与目标提取精度.以苹果为研究对象,针对4种不同光照强度条件下采集的280幅不同姿态的苹果图像,将彩色图像的R、G、B分量进行算术运算,然后采用形态学开运算进行消噪处理,采用线性空间滤波消除锯齿状边界,采用自动阈值分割方法进行背景分割与目标提取.结果显示,203幅图像的分割偏差小于1％,占总量的72.5％;70幅图像的分割偏差大于1％而小于2％,占总量的25％;偏差大于2％的有7幅,占总量的2.5％.最大分割偏差为2.83％.     

降水量的空间变异性和空间插值方法的比较研究

为了比较降水量空间变异性研究的各种空间插值方法的优劣，选择无定河流域，运用逆距离加权法、趋势面拟合法、样条插值法、普通Kriging法和泛Kriging法等空间插值方法对流域的降水量进行了插值及空间场的变异分析。就普通Kriging法而言，结果显示降水量半变异函数符合一般的球状模型。把各种插值的连续空间分布与实际观察数据进行比较，结果表明：几种插值方法并无显著差异，但其中以普通Kriging法和逆距离加权法整体效果最好，尤以普通Kriging法环形模型最佳。最后分别运用上述插值方法对流域的降水量进行了空间插值并成图。     

华北地区光肩星天牛空间分异性及驱动因素研究

光肩星天牛作为林木的主要害虫,在我国分布极为广泛,且分布区呈不断扩大的趋势。在地理空间尺度上,研究虫灾的空间相关性,并分析影响其分布的因素对于防控光肩星天牛灾害有重要意义。以2008年我国华北地区光肩星天牛虫灾发生情况为研究对象,收集气象因子、社会经济因子以及植被因子,借助于地理探测器分析环境因素对光肩星天牛灾害发生的影响。结果表明,光肩星天牛受害严重的地区集中在山西省北部,河南省、山东省及河北省南部地区发病率较低。影响光肩星天牛发病率空间分布的主要气象因素为降水和气温,主要社会经济因素为人口数和地区GDP。气温和第一、二产业值的作用力较其他因子有显著差异。经济发展水平高对当地病虫害防治有明显的积极作用。交互作用探测显示,任何两种变量结合作用都能更有效地解释光肩星天牛灾害的空间分异性。降雨量和防治率交互作用后对发病率的解释力提升最为显著。     

基于GIS空间分析的撂荒地空间分布特征研究-以重庆市璧山县大路镇为例

应用GIS空间分析方法研究撂荒地微观空间分布特征,为解决撂荒地提出了有操作性的对策;同时,采用GIS空间分析法和文献资料法对撂荒地空间分布特征进行了研究。研究结果:一是撂荒地主要分布在远离场镇、交通条件差、灌溉设施缺乏、坡度较大、土地肥力低的地方;二是水田撂荒少,旱地撂荒多,道路交通两侧表现得最为明显;三是撂荒地分布和坡向无显著相关性。研究结论:一是加大基础设施建设,改善生产条件;二是大力调整农业产业结构,做到地尽其用;三是创新土地流转方式,推动适度规模经营;四是改革农地产权,建立退出机制。     

北京山区油松天然林的空间结构分析

在北京市松山自然保护区设立面积为0.8 hm2的样地,对胸径大于5 cm以上的林木进行每木定位调查,利用角尺度、大小比数和混交度3个林分空间结构参数,分析了油松天然林的空间结构特征。结果表明:①油松天然林物种多样性丰富,乔木层共出现17个种群,油松种群优势度明显,为该群落乔木层的优势种,也是建群种;②用林分平均混交度和混交度分布分析了树种空间配置情况,油松林主要以零度混交和弱度混交为主,林分混交程度较低;③林木大小比数分析表明,油松种群在空间结构单元中,林木大小比数的分布较均匀,伴生树种分化程度差异较大,核桃楸种群、辽东栎种群和大果榆种群的优势木、亚优势木较多;④用平均角尺度和角尺度分布分析了林木水平分布格局,表明该林分整体上的林木水平分布格局为随机分布。     

基于GWR的新疆农机总动力空间异质性分析

从县域空间尺度出发,利用空间分析方法和地理加权回归模型,研究了2003-2012年新疆县域农机总动力空间聚集特征及其影响因素的空间异质性。结果表明:新疆县域农机总动力存在明显的空间异质性和空间聚集分布模式,空间分布表现出在经向上北疆大、南疆小,纬向上西部大、东部小;总体由天山南北两侧向外递减的趋势,中部为高高聚集区,南部为低低聚集区。近10年来,新疆县域农机总动力存在一定的空间正相关特性,且空间相关性随着时间整体呈现下降趋势。新疆县域农机总动力的影响因素存在明显的空间异质性。新疆西北部区域农机总动力对耕地经营规模比较敏感,西南部区域对政府财政投入比较敏感,而中南部区域对农民收入比较敏感。在不同区域第一产业人数对农机总动力的作用表现出正反两种相关关系,并且负相关关系有南移的趋势。根据农机总动力影响因素的空间分异特征,可以更好地解释分析农业机械总动力的发展变化规律,推动农业机械化事业更加科学、快速发展。     

关于地理空间数据整合与持续高效更新存在的问题分析

文章针对当前地理空间数据整合与持续高效更新所存在的问题,在地理空间数据更新中引入了“数据同化”这一思想和概念,对持续高效更新存在的问题及“地理空间数据同化”的涵义和关键技术进行了论述.     

土壤养分空间变异性研究

土壤养分空间变异性是指导土壤养分管理、科学施肥的重要依据,已经引起了广泛的关注.为此,从研究尺度、插值方法、采样方式和采样密度3个研究方向对土壤养分空间变异性研究进展进行了概括和总结.同时,指出探索适合不同尺度的插值方法、采样方式和采样密度仍是今后进一步研究的方向,而综合利用多种技术手段建立土壤养分的时空过程模型,将可能更有助于土壤养分变异性特征的表达.     

京津冀城市群生态空间格局变化与地表温度关系研究

为探究京津冀城市群树木覆盖率(TC)、短植被覆盖率(SV)与裸地覆比率(BG)变化趋势及生态空间格局对地表温度的影响,基于京津冀城市群的MODIS遥感数据,运用景观生态学理论并结合空间计量经济学相关原理研究了京津冀生态空间与地表温度的格局特征,运用Pearson相关性探究了两者的相关性,分别运用空间双变量自相关与空间自...     

基于ESDA与GIS的粮食综合生产能力空间分布研究——以河北省为例

粮食安全是关系到国民经济发展的重大战略性问题,粮食综合生产能力是解决粮食安全问题的核心.为此,运用空间自相关方法与空间回归模型,对研究区内粮食综合生产能力的空间分布格局及其成因分析,为河北省粮食安全和土地利用管理的决策提供支持.     

基于GIS和地统计学的昌图县表层土壤有机碳密度空间变异分析

采用GIS和地统计学相结合的方法,分析昌图县表层土壤(0~20 cm)样品中的有机碳密度,探讨有机碳密度的空间变异特性。结果表明,表层土壤有机碳密度在0.55~3.41 g/kg之间,平均值为1.97 g/kg,具有强变异性;有机碳密度的理论变异函数符合线形模型,具有较强的空间相关性。