多因子空间插值模型在农作物病虫害监测预警系统中的构建及应用

农作物病虫害监测预警系统中,监测站点数量一般较少,监测的数据非常有限。因此,利用有限的病虫害监测数据,展现病虫害的整体空间分布情况及其时空变化,迫切需要建立符合病虫害发展规律的空间插值模型。该文在结合各类空间插值算法优点的基础上,考虑农作物病虫害空间插值的特殊性,提出了基于空间方位关系、拓扑关系、距离关系以及自然气候条件影响的多因子插值模型。在广东省各县区分布图的基础上,利用空间方位关系、拓扑关系、距离关系等三类最基本的空间关系,确定各县区的空间相互影响因子,并将各种自然气候条件,如：气温、气候、风向、风速等纳入到影响因子中,构建插值模型,然后在已有部分县区测报站的病虫害数据的基础上,利用插值模型内插出其他县区的病虫害数据,展示病虫害对周围环境的影响,以及病虫情的传递速度,实现病虫害的监测预警。     

基于流形的封闭曲线光顺优化插值方法

为了将基于流形的封闭参数曲线构造方法引入工程实际应用中,在研究此类封闭曲线上点的一二阶导矢量计算方法以及节点矢量的确定方法基础上,提出了结合整体光顺优化方法的、在插值点处G1连续的任意次封闭参数曲线插值方法,该算法弥补了常规插值算法未考虑插值曲线光顺性的缺陷,使得所得到的插值曲线在满足给定约束条件下尽可能地光顺,最后以实例验证了本文算法的有效性。     

黄河三角洲地区典型地块土壤盐分空间变异特征研究

针对目前黄河三角洲地区存在的土壤盐渍化问题,以黄河三角洲地区典型地块为研究区,运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了不同深度土层盐分含量的空间变异特征,绘制了各土层盐分的随机性和结构性的半方差图以及空间分布图。结果表明：受内在因子和外在因子的共同作用,各土层含盐量均具有中等的变异强度和空间自相关性,自相关距差异不大。Kriging插值结果表明,研究区内各土层含盐量的空间分布表现为条带状和斑块状分布。微地形和气候条件是影响表层土壤盐分空间变化的主要因素,地下水性质是影响深层土壤盐分空间分布的主要因素。该研究为黄河三角洲地区盐渍化土壤的分区、改良、管理和合理利用提供了理论基础和参考依据。     

渝西丘陵区土壤速效钾空间异质性及影响因素

土壤养分空间分布规律的研究对于土壤养分分区管理、基本农田建设等有重要意义。以渝西丘陵区的潼南国家农业科技园核心区为研究对象,结合普通克里格法和聚类分析法对研究区土壤速效钾(Readily available potassium,AK)的水平和垂直空间异质性进行研究。结果表明,(1)0～20、20～40和40～60cm土层AK平均含量分别为111.6、96.1和90.2 mg·kg^–1,为中等-缺乏水平;各土层变异系数均属中等变异。(2)0～20和20～40 cm土层AK的全局莫兰指数(Global Moran’s I)均为负值,存在空间孤立;40～60 cm为正值,存在空间集聚。(3)0～20和20～40 cm土层最优模型为高斯模型,40～60 cm土层为球形模型。0～20和40～60 cm土层AK空间变异以随机因素变异为主,20～40 cm土层是结构因素和随机因素共同造成的。(4)0～20cm土层AK高值区集中于研究区中部,低值区分布较为随机。20～40和40～60 cm土层AK分布趋势相似,高值区集中于东南部,低值区集中于东北部。AK垂直空间分布表现为三种类型...     

基于GIS和地理加权回归的砂田土壤阳离子交换量空间预测

土壤阳离子交换量(CEC)反映土壤保水保肥能力,研究CEC空间分布可为土壤改良和田间施肥提供理论依据。本文以宁夏香山地区砂田淡灰钙土为研究对象,在土壤CEC和理化性质相关分析基础上以普通克里格(OK)为对照,探索回归克里格(RK)和地理加权回归克里格(GWRK)在CEC空间插值上的应用,并对三者的插值精度及制图效果进行评价。描述统计表明研究区土壤CEC含量均值为10.145cmol/kg,CEC与有机质含量呈显著正相关,与砂粒含量呈显著负相关;地统计分析表明CEC实测值、OLS残差和GWR残差块金系数分别为8.50%、6.36%和7.02%,比值均小于25%,具有强烈空间自相关;对验证点进行插值精度分析,RK和GWRK的相对模型改进值(RI)分别为40.49%、41.50%,插值精度GWRK>RK>OK;从成图效果看,GWRK中辅助变量参与了局部回归,成图效果更加精细,揭示了更多空间变化细节。本研究结论可为土壤CEC空间预测研究提供可靠的方法借鉴。     

基于特征融合的果园非结构化道路识别方法

针对果园道路无明显边界且道路边缘存在阴影、土壤和沙石干扰等问题，提出一种基于特征融合的果园非结构化道路识别方法。通过相机标定获取畸变参数对采集到的图像进行畸变矫正，并提出一种基于滤波与梯度统计相结合的动态感兴趣区域(ROI)提取方法对HSV颜色空间S分量进行ROI选取，采用最大值法将颜色特征与S分量多方向纹理特征掩膜相融合并进行二值化与降噪处理。根据道路边缘突变特征寻找特征点，并提出一种基于距离与位置双重约束的两级伪特征点剔除方法。为更好贴合非结构化道路不规则边缘，引入分段三次样条插值法拟合道路边缘，以此实现道路识别。试验结果表明，在晴天、阴天、顺光、逆光、冬季晴天和雨雪天气6种工况条件下，S分量、纹理图像和融合图像的平均纵向偏差均值分别为2.43、39.71、1.36像素，平均偏差率均值分别为0.99%、18.02%和0.54%,相较于S分量与纹理图像而言，使用本文方法构建的融合图像其平均纵向偏差与平均偏差率均得到有效减少。最小二乘法、随机采样一致性法(RANSAC)与分段三次样条插值法拟合边缘的平均偏差均值分别为2.64、3.16、0.66像素，平均偏差率均值分别为1.02%、1....     

多源降水融合分析产品在重庆复杂地形下的精度评价

利用2020-2021年两套多源降水融合分析产品FAST和FRT产品、经过质量控制后的重庆地区35个国家气象站逐小时降水量资料，结合各站点地形因子对两套产品进行相关性和误差检验，为复杂地形下的水文气象研究提供数据支撑。结果表明：（1）FAST、FRT产品与观测值的相关性较好，呈正相关，误差较小，产品整体比观测值偏低，两者略有差别。（2）在月、季时间尺度上，春季的精度最好，汛期5-9月的误差和离散程度最大。（3）随着降水等级增大，产品的误差、相关性以及TS等级评分的分布越离散，误差绝对值逐渐增大，TS等级评分逐渐降低，相关性则先降低后增大，其中降水等级0.1～1.9mm、≥20mm的相关性较好。（4）在地形因子上，产品精度略有差别，其中斜坡上产品的精度最优，其余依次为平坡、陡坡以上和缓坡；起伏度大于70m产品的精度最优；随着海拔增加，产品精度先降低，当海拔大于700m时，产品精度提升；坡向为西南、东的产品精度更优，其中西南坡向最优。FAST和FRT降水产品在重庆地区具有较高的精度，可以为自动站点稀少地区的降水数据提供有效补充。     

未来气候变化情景下基于APSIM模型的黄土高原冬小麦适宜种植区域模拟

为探究气候变化对于黄土高原冬小麦适宜种植区域的影响,通过APSIM作物模型与降尺度气象数据集的耦合,模拟了 RCP 4.5和RCP 8.5情景下2020-2060、2061-2100年间黄土高原冬小麦的产量及其稳定性,并依据产量及其稳定性分析了黄土高原冬小麦适宜种植范围对于气候变化的响应.结果表明,在RCP 4.5和R...     

基于CENTURY模型的张掖草地土壤有机碳模拟及影响因素研究

研究草地土壤有机碳的时空分布及影响因素有利于推动区域生态系统碳汇管理，对实现“双碳”目标有重要意义。以张掖草地为研究对象，运用CENTURY模型模拟张掖草地土壤有机碳密度，采用结构方程模型分析各环境因子对草地土壤有机碳的作用路径及强度。结果表明：1970—2022年土壤总有机碳密度呈增长趋势，与缓性及惰性土壤有机碳的变化趋势较为一致；有机碳密度呈现东南高，西北低的空间分布格局；总有机碳密度的高值区主要是肃南县的东南部与民乐县，高台、临泽、甘州区相对较低；海拔、年降水量对土壤总有机碳密度存在正效应，而年均温度、土壤含水量、pH值是负效应。年均温度的直接效应最大，海拔通过影响降水、温度和pH值等间接影响土壤有机碳密度，降水量对土壤有机碳密度不仅有直接影响，还会通过影响土壤含水量、pH值等间接影响土壤有机碳密度。     

采用改进Unet网络的茶园导航路径识别方法

针对目前在茶园垄间导航路径识别存在准确性不高、实时性差和模型解释困难等问题，该研究在Unet模型的基础上进行优化，提出融合Unet和ResNet模型优势的Unet-ResNet34模型，并以该模型所提取的导航路径为基础，生成路径中点，通过多段三次B样条曲线法拟合中点生成茶园垄间导航线。该研究在数据增强后的茶园垄间道路训练集中完成模型训练，将训练完成的模型在验证集进行导航路径识别，根据梯度加权类激活映射法解释模型识别过程，可视化对比不同模型识别结果。Unet-ResNet34模型在不同光照和杂草条件下导航路径分割精度指标平均交并比为91.89%，能够实现茶园垄间道路像素级分割。模型处理RGB图像的推理速度为36.8 帧/s，满足导航路径分割的实时性需求。经过导航线偏差试验可知，平均像素偏差为8.2像素，平均距离偏差为0.022 m，已知茶园垄间道路平均宽度为1 m，道路平均距离偏差占比2.2%。茶园履带车行驶速度在0～1 m/s之间，单幅茶垄图像平均处理时间为0.179 s。研究结果能够为茶园视觉导航设备提供技术和理论基础。