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。     

联合SBAS-InSAR和PSO-BP算法的高山峡谷区地质灾害危险性评价

近年来,高山峡谷区地质灾害频频发生,给人民生命和财产安全带来严重威胁。针对现有地质灾害评价方法存在地质灾害数据时效性差、不准确以及需进行大量评价因子权值计算等弊端,该研究提出一种联合SBAS-InSAR（Small Baseline Subsets- Interferometric Synthetic Aperture Radar）和PSO-BP（Particle Swarm Optimization-Back Propagation）算法来对高山峡谷区地质灾害危险性进行评价的方法。首先利用SBAS-InSAR技术获取得到研究区升降轨形变量,引入高分辨率影像等作为辅助识别,得到研究区地质灾害数据;然后,选取高程、坡度、升降形变速率等12个评价因子与是否为高危险区构建PSO-BP模型,对模型进行训练、验证并保存模型;利用保存好的模型得到研究区的地质灾害指数,通过ArcGIS自然间断点分级法结合专家参与进行危险性分级,最终得到研究区地质灾害危险性评价结果。试验结果表明：利用升降轨结合的方式对高山峡谷地质灾害进行识别,避免了单一轨道存在SAR成像几何畸变造成部分地质灾害不能识别或识别结果不全面等问题;利用SBAS-InSAR技术并结合高分辨率影像等辅助信息,可有效识别出活跃的泥石流、滑坡、崩塌和潜在地质灾害,解决了现有地质灾害点数据源时效性差、不准确等弊端;利用PSO-BP算法能跳过大量评价因子权值计算等弊端;为验证该研究方法的有效性,选择信息量法和组合赋权法进行定量和定性比较,结果表明,该研究方法有效的提高了地质灾害危险性评价的准确度,信息量法、组合赋权法和该研究方法的AUC（Area Under The Curve）值分别为0.694、0.721、0.785,准确率为73.3%、76.2%、79.8%。利用该方法能更为有效的对高山峡谷区地质灾害进行危险性评价,为防灾减灾事业及政府部门决策提供参考。     

137Cs和210Pbex双核素示踪"三北"防护林区退耕前后坡地土壤侵蚀变化

为查明"三北"防护林建设前后农耕地和退耕地土壤保持效益变化，利用137Cs和210Pbex双核素示踪技术，选择了防护林建设较为成功的张家口坝上地区（风力侵蚀区）作为典型区，研究了农耕地以及退耕地土壤137Cs和210Pbex的剖面变化规律及其示踪的土壤侵蚀变化。结果表明：1）由于耕作的混匀作用，农耕地土壤剖面中137Cs和210Pbex均呈均匀态分布；退耕地土壤剖面中137Cs和210Pbex则表现为表层（0～5cm）浓度最高、下层（5～25cm）浓度均相对较低且分布相对均匀的形态，这表明退耕后坡地土壤137Cs和210Pbex剖面形态均会发生一定变化，退耕驱动土壤137Cs和210Pbex剖面变化导致运用土壤核素估算侵蚀模型在该区域难以适用；2）基于土壤137Cs和210Pbex剖面变化规律，利用210Pbex质量平衡方程，提出了退耕地土壤210Pbex土壤侵蚀估算模型；3）利用137Cs比例模型估算退耕地土壤侵蚀速率为27.94±11.92 (t/hm2·a)，农耕地侵蚀速率为29.11±14.42 (t/hm2·a)，而利用修正后的210Pbex转换模型估算得到"三北"防护林区退耕地造林前平均侵蚀速率为82.16±14.36 (t/hm2·a)，造林后平均侵蚀速率为-41.28±33.91 (t/hm2·a)；农耕地造林前平均侵蚀速率为68.55±22.11 (t/hm2·a)，造林后平均侵蚀速率-8.52±47.32 (t/hm2·a)。这表明137Cs示踪技术主要表征了1963年以来该区坡地土壤侵蚀和沉积的平均结果，而210Pbex示踪技术则可以较好地示踪防护林建成前后的土壤侵蚀变化。此外，研究结果也表明，相比于"三北"防护林建成之前，建成之后该区农耕地和退耕地的土壤侵蚀速率均呈显著下降趋势，且均由前期的风沙侵蚀转变成了风沙沉积。     

黄土丘陵沟壑区地表过程响应单元划分及其地形特征提取

地表过程解析与调控是保障人与自然和谐相处的重要途径,高效、合理地划分地表过程响应单元则是开展地表过程研究的重要前提.针对黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀的地形地貌分异特征,提出在小流域内以沟谷线、山脊线、分水线和沟缘线相互交叠,构成具有相对均一坡向、坡度与坡位的地表过程响应单元,在ArcGIS9.2中,以Hc-DEM为基础数据,通过确定沟谷线、山脊线、分水线和沟缘线的提取方法,以及响应单元平均坡度、整体坡向、面积与周长等地形特征的测算技术,实现地表过程响应单元的快速划分及其地形特征的高效提取.研究结果对促进黄土丘陵沟壑区以土壤侵蚀为代表的地表过程研究具有重要的基础意义.     

隔板对汽车微穿孔管消声器声学特性的影响

为分析隔板对微穿孔管消声器声学特性的影响,该文首先通过试验验证微穿孔管消声器传递损失数值计算方法,然后建立带隔板微穿孔管消声器传递损失的理论模型并利用数值方法进行验证,最后基于理论模型分析了隔板对微穿孔管消声器传递损失的影响。分析发现,隔板位置影响主消声频带及传递损失大小,隔板越靠近中间位置,第一拱形衰减域向高频扩大,且传递损失越大;隔板数目增加,传递损失相应增大,但当隔板数目达到一定值时传递损失不再显著增大;在简单微穿孔管消声器内加隔板后,可以适当缩短膨胀腔长度,而不会明显降低该消声器消声性能,此方法可大大降低消声器的轴向长度,对微穿孔管消声器的优化设计具有指导意义。     

生物质燃料多功能炉设计与性能测试

为了解决当前生物质燃料炉存在的热效率低、排放不达标、有焦油味、炊事取暖不兼顾、炊事高度与烧炕爬烟高度不兼顾等问题,该文结合北方地区农村居民生活习惯,设计了一种集取暖、炊事、洗浴等功能于一体的生物质多功能炉,并对其性能进行了测试。结果显示,其额定热功率为8.0 kW,热效率为69.7%,炊事热效率为39.2%,炊事火力强度为39 926 J/g,综合热效率为78.55%,烟气排放指标低于国家标准。研究结果可为中国北方地区的生物质燃料多功能炉的设计和应用提供参考。     

新疆典型膜下滴灌棉花种植模式的用水效率与效益

膜下滴灌技术因具有显著的节水、保温、抑盐、增产效果,在新疆自治区棉田中已获得大面积推广应用。在目前的大田棉花生产条件下,结合当地的光热、土壤、机械等条件,因地制宜选择合理的膜下滴灌种植模式,对合理调控棉田土壤水盐分布、促进棉花生长与增产、提高劳动生产率和增加棉农收入等具有十分重要的意义。迄今为止,在新疆自治区主要存在3种典型的膜下滴灌棉花种植模式,分别为传统模式、机采模式和超宽膜模式。该文通过开展实地调查取样,基于种植密度、灌溉定额、根区土壤水盐分布、覆膜宽度以及其它影响棉花生产收益的因素,对3种典型膜下滴灌棉花种植模式的水分利用效率与经济效益进行了对比分析。结果表明,由于各种种植模式下不同的种植密度、灌溉定额、根区土壤水盐分布、覆膜宽度等对棉花的耗水与产量产生了较大影响,导致棉花的水分利用效率存在明显差异：超宽膜模式棉花的水分利用效率为1.04 kg/m3,明显高于传统模式的0.98 kg/m3与机采模式的0.89 kg/m3。另外,经济效益受种植模式（影响前期投入与棉花产量）与采棉方式（影响采棉支出与籽棉收购单价）的影响较大：超宽膜模式具有最高的经济效益,其单位面积纯收入达18582元/hm2,稍高于机采模式下的18298元/hm2,传统模式下纯收入最低,仅11725元/hm2。因此,为高效利用农业水资源并增加种棉收益,建议在新疆自治区大力推广超宽膜模式,并对现有采棉机进行适当改进以在超宽膜模式下实现采棉机械化;或适当调整现有机采模式下的滴灌带布置形式（如将其布置在窄行的中央）,但相关的效应仍有待更进一步研究。     

根系吸水模型模拟覆膜旱作水稻气孔导度

为构建覆膜旱作水稻根系吸水模型,进一步改进气孔导度模型,该文在湖北十堰开展包含3个水分处理(淹水、覆膜湿润和覆膜旱作栽培)的田间试验,分析覆膜旱作水稻蒸腾(根系吸水)与根长之间的关系,在此基础上建立覆膜旱作水稻根系吸水模型,并将其代替彭曼(Penman-Monteith,PM)方程来估算蒸腾强度,进而与脱落酸(abscisic acid,ABA)参与调控的气孔导度模型耦合,模拟覆膜旱作条件下水稻气孔导度的日变化过程。结果表明,水稻蒸腾与根长呈线性正比关系(R~2=0.96,P0.05),据此建立的根系吸水模型可以较好地模拟覆膜旱作水稻的蒸腾(根系吸水)规律,使蒸腾强度模拟值和实测值间的相对误差基本控制在15%以内;经改进后的Tardieu-Davies气孔导度模型(TD模型)可有效描述不同土层根系吸水流中的ABA浓度及不同根系层ABA的合成对木质部蒸腾流中总ABA含量的贡献,可较好地模拟气孔导度的日变化过程。改进TD模型大大提高了模拟精度,使相对误差不超过7.0%。该研究可为覆膜旱作水稻生理节水机理和水分利用效率评估提供一定的理论依据。     

不同发育阶段谷蠹侵害对储藏小麦蛋白结构的影响

为探索谷蠹在不同生长发育阶段对储藏小麦蛋白结构的影响,该文以谷蠹种虫感染后的小麦为研究对象,对谷蠹不同发育阶段(卵期、幼虫期、蛹期、成虫期)侵害后小麦中麦谷蛋白大聚合体(glutenin macropolymer,GMP)、沉降值、面筋蛋白持水力、蛋白二级结构、巯基(-SH)、二硫键(-S-S-)及面筋显微结构进行测定与分析。结果表明:在谷蠹发育的4个阶段,GMP、沉降值、β转角总体呈增加趋势,-SH、β折叠比例变化与之相反;面筋蛋白持水力、-S-S-和α螺旋比例总体呈先降后升趋势,无规卷曲比例变化则与之相反。卵期谷蠹危害较小,只有β转角和面筋蛋白持水力有显著变化(P0.05);幼虫期和蛹期谷蠹危害严重,与相同试验条件下相应时期的无虫小麦对照样相比,GMP、无规卷曲和β转角比例及沉降值均显著增加(P0.05),面筋蛋白持水力、-SH、-S-S-、α螺旋和β折叠显著减少(P0.05)。面筋蛋白显微结构显示:随着谷蠹在小麦籽粒内部发育,面筋表面粗糙程度加重,微纤维状丝增多,结构疏松散乱,断裂严重,至成虫期时,面筋结构已无法识别,因此在实际储藏过程中不仅要关注成虫的数量,还应注意及时控制谷蠹的生长发育。     

Spatial pattern and heterogeneity of soil properties in sand dunes under grazing and restoration in Horqin Sandy Land, Northern China

Applying a combination of classical and geostatistical methods, we identified soil properties and their spatial variation in a 5-year grazed sand dune (GSD5) and a 20-year recovered sand dune (RSD20) in Horqin Sandy Land, northern China. The paper assesses the effect of grazing, topography and vegetation restoration on spatial heterogeneity of soil properties. The results showed that soil organic carbon, total nitrogen, very fine sand (0.1–0.05 mm) content and their coefficients of variation were lower in GSD5 than in RSD20, while soil water contents (0–20 cm and 20–40 cm depths) were higher in GSD5 than in RSD20. Geostatistical analysis revealed that the spatial structured variance accounted for the largest proportion of total sample variance in soil properties at the measured scale under grazing and restoration. The spatial autocorrelation ranges were 66.30 m for soil organic carbon and 50.80 m for total nitrogen in GSD5 less than those in RSD20 (70.00 m and 76.10 m, respectively), while the spatial autocorrelation ranges of soil particle size fractions and soil water contents in RSD20 were less than those in GSD5. Kriging-interpolated maps also showed that the heterogeneity of soil organic carbon and total nitrogen and their degree of patch fragmentation were higher in GSD5 than in RSD20. These results suggested that continuous grazing resulted in an increase in spatial variability of soil nutrient and a decrease in spatial variability of soil particle size fractions and soil water content. Soil organic carbon and total nitrogen of sand dunes are associated closely with soil particle size fractions, relative height of sampling site and vegetation cover. Spatial patterns of soil properties are most strongly related to grazing, topography and plant-induced heterogeneity in sand dune ecosystems prone to wind erosion.