匹配点云结合HSI色彩分量的无人机RGB影像信息提取方法

无人机通常搭载可见光波段传感器获取红-绿-蓝（Red-Green-Blue,RGB）影像,由于无人机RGB影像波段较少,影像的地物信息提取存在一定难度。该研究提出了一种匹配点云结合色调-饱和度-亮度（Hue-Saturation-Intensity,HSI）空间色彩分量的无人机RGB影像信息提取方法。首先以饱和度分量和红光波段构造了饱和度与红光比值指数,再结合可见光波段差异植被指数以及由匹配点云获得的地形特征对研究区正射影像进行分类。试验结果表明,本文方法的总体分类精度达到了91.11%,Kappa系数为0.895,证明匹配点云结合HSI空间色彩分量的方法提取无人机RGB影像信息是可行的,提取结果具有较高精度。相较于基于光谱特征的传统方法,本文方法引入匹配点云可以简单高效地提取影像中高程差异明显的地物,同时,结合HSI色彩分量能够有效弥补无人机RGB影像光谱特征较少的不足。     

基于无人机遥感影像的玉米冠层温度提取及作物水分胁迫监测

针对当前无人机热红外遥感提取冠层温度不准确、监测作物水分胁迫状况精度不高的问题,该研究以不同水分处理的拔节期夏玉米为研究对象,利用无人机获取试验区域热红外和可见光图像资料,分别采用Otsu算法、EXG-Kmeans算法和Otsu-EXG-Kmeans算法获取冠层区域图像,并对提取结果进行精度评价,而后采用最优算法求得对应作物水分胁迫指数（Crop Water Stress Index,CWSI）,通过分析CWSI同土壤含水率相关关系以及CWSI日平均变化趋势来监测玉米水分亏缺状况。结果表明：1）相比于其他方法,Otsu-EXG-Kmeans算法对冠层温度提取精度更高（用户精度为95.9%）,提取的冠层温度更接近实测温度（r=0.788）,可以准确获取图像冠层温度。2）相比于冠层温度,CWSI与土壤含水率的相关性更高（r= -0.738）,CWSI日平均变化趋势更符合实际情况,可更加精确地监测玉米缺水状况。该研究为无人机遥感精准监测作物水分胁迫状况提供参考。     

西宁盆地黄土区荷载条件下植被护坡力学效应

为探讨西宁盆地黄土区边坡在荷载条件下植物根系对边坡稳定性的影响,该项研究以西宁盆地西山长岭沟流域为试验区,在自建边坡上种植草本植物垂穗披碱草(Elymus nutans)和灌木植物柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii),通过在边坡坡顶施加载荷,边坡坡面布设位移计与土压力盒的方式,监测荷载条件下边坡坡面土体位移与土压力变化;在此基础上,对边坡植被根-土复合体开展剪切试验,分析荷载条件下边坡坡面不同位置处根-土复合体抗剪强度及其变化特征。试验结果表明:在坡顶荷载条件下,在边坡相同位置处的根-土复合体粘聚力c值均大于施加载荷前;3种植物边坡的根-土复合体粘聚力c值均大于相同条件的未种植素土边坡;在荷载条件下,组合植被边坡的坡面土体位移量显著小于单一植被边坡和素土边坡,组合植被边坡在竖直和水平方向的位移量与草本植被边坡相比减小1.60~1.77 mm,与灌木植被边坡相比减小3.78和4.11 mm,与素土边坡相比减小7.39和6.29 mm。研究结果对防治高寒半干旱地区坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害,具有参考价值和指导意义。     

基于DSSAT作物模型的中美大豆主产区单产模拟与验证

开展基于作物模型的大面积作物产量估测研究,可以为及时掌握全球重点地区农作物的生产情况提供数据支撑。该研究以大豆为监测作物,选取中国吉林省和美国爱荷华州作为研究区域,基于DSSAT作物估产模型中的SOYGRO大豆模型,利用分辨率为0.5°×0.5°的生育期气象要素以及500 m×500 m绿色叶绿素植被指数,进行遥感数据融合作物模型估测大豆单位产量的模拟与验证研究。结果显示,2008-2017年,美国爱荷华州大豆单位产量模拟值的平均误差为16.8%,均方根误差为762.8 kg/hm~2,平均偏差为107.2 kg/hm~2;中国吉林省大豆单位产量估测的平均误差为36.3%,均方根误差为1 088.4 kg/hm~2,平均偏差为-237.9 kg/hm~2。在县域尺度下,大豆单位产量模拟值与调查值的拟合度较好,尤其在产量较低的年份,其中美国爱荷华州的产量相关系数最高可达0.78,中国吉林省的相关系数偏小,为0.59,表明对美国爱荷华州大豆单位产量的估测精度优于中国吉林省。研究所建立的大豆单位产量估测技术路线,可以为中美两国主产区作物单位产量的大面积有效估测提供参考。     

利用叶片光谱的作物铜铅污染判别

重金属污染种类的判别是作物生长环境监测的重要组成部分。该研究旨在提出一种由叶片光谱构建的铜铅污染判别特征(Copper and Lead Contamination Discriminating Features,CLCDF),以实现作物铜、铅污染判别。以典型作物玉米为试验对象,运用包络线去除与导数处理叶片光谱,基于该研究提出的归一化铜铅污染指数(NormalizedDifference Copper and Lead Contamination Index,NDCLCI)构建叶片CLCDF,在CLCDF分布域内建立判别平面(Discriminating Plane,DP)。依据CLCDF与DP的位置关系,得出直观的污染种类判别规则,并利用判别距离(Discriminating Distance,DD)对判别规则进行量化。基于训练集数据进行试验,提取到189种用于判别铜、铅污染的DP,同时获取了对应的污染种类判别规则,判别正确率为100%。使用验证集数据进行验证,189种DP中的88种判别效果较好,判别正确率为78.22%。该研究结果证明,基于CLCDF的铜铅污染判别方法效果良好且稳定。     

斑节对虾循环水养殖系统构建与运行试验

为探索斑节对虾循环水养殖可行性及应用发展价值,该研究自主设计蛋白分离组合装置、内循环流化床等关键工艺环节水净化装备,构建了技术先进、结构紧凑的斑节对虾循环水养殖系统。针对其不同阶段生长特性及水环境需求,提出一种水质调控方法,科学投喂。运行试验120d,溶解氧浓度5.30～7.14mg/L,p H值7.23～8.44,氨氮浓度0.43～1.38 mg/L(稳定运行后),亚硝酸盐氮浓度0.15～0.56 mg/L(稳定运行后);斑节对虾在循环水养殖模式水生态环境下正常生长,先后经历快速生长期、稳定生长期及缓慢生长期,终末养殖密度3.02 kg/m2,取得高效养殖结果;终末饲料系数1.67,单茬每平方米利润34.78元,每平方米年利润69.56元(按1年2茬计),获得良好经济效益。该实践可为斑节对虾循环水养殖模式应用提供技术支持。     

基于要素配置功能识别的差异化乡村发展策略

乡村要素分析与功能识别是实现乡村发展科学决策与高效治理的理论基础,而要素是造成当下乡村主体功能不明确、同质化发展等问题的重要驱动力。为了解决乡村主体功能定位模糊问题,立足"要素-功能"耦合关系,因地制宜提出引导策略以期支撑乡村高效治理与高质量发展。该研究对江西省万年县域128个行政村的资金、劳动力、设施、资源、环境五类要素展开分析,采用多因子综合分析法测算乡村要素配置优势度指数,运用基于竞争学习规则的非监督算法——自组织竞争网络算法划分出乡村要素类型,通过"要素-功能"衔接矩阵识别出乡村功能类型,并明确差异化发展策略。结果表明:1)万年县乡村发展要素综合配置优势度空间分异性显著,表现为以梓埠-裴梅一线为界,东北侧总体高于西南侧,县域北部优于南部,并划定高优势度村、中高优势度村、中低优势度村、低优势度村;2)基于自组织竞争网络算法将万年县乡村发展要素组合类型划分为环境劳动力主导型等8种类型,同一类型乡村呈现"整体零散,局地集聚"的分布特征;3)基于"要素-功能"衔接矩阵识别出万年县生产功能主导型、生活功能主导型、生态功能主导型以及拆迁撤并型乡村,并建议分别以三产融合、转型升级为主要方向制定集聚式发展策略,以构建田园综合体、康养产业配置为主要抓手制定融合式发展策略,以打造生态乡旅、发展绿色经济为目标制定生态经济发展策略,以保障农民生计、改善农业生产条件为宗旨制定科学拆迁撤并策略。该研究可为开展乡村功能识别与科学分类提供新思路,有利于准确认知乡村发展规律。     

采用碳水足迹评价中国与哈萨克斯坦大豆机械化生产模式

农业生产已进入机械化生产时代,定量评价作物机械化生产的环境影响、水资源消耗、生产效率等已成为迫切需要解决的问题。该研究以中国黑龙江垦区和哈萨克斯坦阿拉木图州的大豆机械化生产模式为例,从碳足迹、水足迹和产量3个方面对大豆的机械化进行分析与评价生产模式。研究结果表明:中国黑龙江垦区下属嫩江农场大豆机械化生产的碳足迹、水足迹和大豆产量分别为0.51 kg/kg、1.82 m3/hm2和2 875 kg/hm2,哈萨克斯坦阿拉木图州阿曼格迪农场分别为0.52 kg/kg、2.76 m3/hm2和2 000 kg/hm2。相较于嫩江农场,阿曼格迪农场大豆机械化生产的碳足迹高2.08%,水足迹高51.83%,大豆产量低30.43%。因此,阿曼格迪农场未来大豆机械化生产需以节水增产为重要发展目标。结合实际生产情况,更新与配套大豆机械化生产的各类农机具、推广节水灌溉技术、建立大豆机械化生产作业规范,有助于提升哈萨克斯坦大豆机械化生产水平。该研究可为多角度评价不同区域作物机械化生产模式提供案例参考。     

基于生物酶法的酰基化桑椹花青素的制备与特性

为尽可能减少花青素的降解,提高其稳定性,采用生物酶法,对桑椹花青素进行酰基化修饰,并与非酰基化花青素进行对比研究。运用单因素试验筛选脂肪酶、反应溶剂和酰基供体,分析对花青素酰基转化率的影响。确定酰基化反应的优化条件为南极假丝酵母脂肪酶为酰基化催化酶、吡啶为催化反应溶剂、苯甲酸甲酯为酰基供体,酰基化效果最好,转化率最大为13.5%。采用傅里叶红外、高效液相色谱对产物进行分析,经鉴定,酰基化产物为单酰基或多酰基花青素。此外,研究了酰基化对花青素稳定性和抗氧化性的影响。酰基化可提高花青素的热稳定性、光稳定性和耐酸碱稳定性。相同温度下,酰基化花青素保留率提高约5.0%,光照6d后,酰基化花青素的保留率仍高达96.1%。酰基化可以显著增加花青素体外抗氧化性,增强DPPH自由基清除能力,总还原能力比非酰基化花青素提高30%,金属离子螯合能力高达90%。酰基化花青素肿瘤细胞活性抑制率可达81%,而非酰基化花青素仅为50%。该研究为花青素稳定性提高和性能改善提供参考的理论依据。     

复合井修复地下水硝酸盐污染的效果

为探寻更适用于农田周边硝酸盐污染地下水的原位生物修复技术,该研究构建了A、B、C3套试验装置,分别刻画管井(A)、大口井与管井组成的复合井(B、C)。基于3套物理试验模型,定量对比分析了管井与复合井修复地下水硝酸盐污染的效果。结果表明:受水力停留时间的影响,相同流速条件下,A、B、C三套修复系统的硝酸盐负荷分别介于75～100、100～125、125～150 mg/L之间;在允许硝酸盐负荷范围内,去除率均可达到95%以上,且不会出现亚硝酸盐累积及氨氮超标现象,表明了复合井修复系统的可行性,可以实现地下水开采与修复同步进行,提高了地下水水源地供水安全保证率。