基于厘米级无人机影像的水土保持措施精准识别

基于厘米级高分辨率无人机影像,应用面向对象方法(Object-Based Image Analysis, OBIA)对吉林省伊通县椽子沟流域的横坡改垄、地埂植物带、生态恢复乔木林、生态恢复草地等水土保持措施进行自动精准识别。应用超绿指数(Excess Green Index,ExG)、超红指数(Excess Red Index,ExR)、归一化差异指数(Normalized Difference Index,NDI)等光谱指数,形状的主方向、形状指数等形状特征,均值(Mean)、方差(Variance)、对比度(Contrast)等纹理特征进行措施的特征提取。结果表明:研究区水土保持措施识别的总体精度可达91.24%,Kappa系数为0.87;对垄台、垄沟等线性水土保持措施总体精度可达72.33%,Kappa系数为0.63。基于厘米级无人机影像,应用面向对象方法基本可实现对黑土区水土保持措施的精准识别,也可对垄台垄沟等线性措施进行自动识别,研究结果可为水土保持措施实施范围及完好程度的动态监测提供参考依据。     

不同光源下TiO_2膜对MC-RR光催化降解的比较研究

通过溶胶-凝胶法制备了纳米级的锐钛矿型TiO2膜,利用纯化的MC-RR分别研究了该膜在太阳光、UVA和UVC三种光源下对MC-RR的催化降解行为。结果表明,太阳光下TiO2膜对MC-RR的催化降解反应符合一级反应动力学,而在UVA和UVC下符合二级反应。不同光源下TiO2膜的催化效果差别较大,在太阳光下催化效果最为明显,反应速率常数由5.12×10-5·min-1增加到5.49×10-3·min-1,增加了两个数量级;UVA次之,由6.0×10-4L·mg-1·min-1增加到1.55×10-3L·mg-1·min-1,增加了1.6倍;而在UVC下,反应速率常数由3.2×10-2L·mg-1·min-1减小到1.98×10-2L·mg-1·min-1,减小了近38%,说明在UVC下TiO2膜具有抑制作用。尽管如此,MC-RR在UVC下的反应仍然是最快的,光照60min后降解率达到90.7%,其次是UVA,60min后降解率为49.5%,而太阳光下仅为31.2%。在应用TiO2膜光催化氧化法去除MC的过程中,应综合考虑能耗、水质指标以及设备投资等因素,选择合适的光源,以免降低MC的去除效率或增加能耗。     

Relation between chemical structure of yellow disperse dyes and their lightfastness

Five yellow disperse dyes were synthesized and their dyeing, fastness and photodegradation behaviors were investigated. It was found that dyes derived from phenylindole and N-alkylaminobenzene showed dye uptake directly proportional to the dye concentration, but the build-up of dyes derived from carbazole and pyridone were not good. The wavelength at maximum absorption, molar extinction coefficient, and the tendency to the photodegradation were strongly dependent on the electron donating ability of the coupling component. The dye, whose coupling component was phenylindole, possessed the excellent dyeing properties and the high degree of lightfastness. UVA had an effect on the inhibition of the photodegradation especially for the easily photodegradable dyes.     

原位土壤溶液采样及可溶性有机碳(DOC)的紫外吸收光谱直接测定探讨

首次采用管壁过滤孔径为微米级(0.1~0.3μm)的水处理用多孔聚丙烯(腈)空心纤维细管,与注射器或真空管相连,自制成土壤溶液采样器,将空心纤维管埋置或插入土壤中抽取层面土壤溶液,所得溶液无须过滤即可进行各种理化分析和测定,且可连续采样,提出了一种价廉实用的原位土壤溶液取样方法。并根据可溶性有机碳(DOC)在紫外光区的吸收特征,将土壤溶液在254nm波长处的吸光度(UVA254)与DOC浓度(TOC仪法)进行比较,发现两者有较好的相关性(DOC=38.84×UVA254,n=37,R2=0.82),即直接测定土壤溶液的UVA254,再乘以系数38.84可以估算DOC浓度。与复杂的氧化-比色和昂贵的TOC仪测定法对比,UVA254能快速便捷地估计土壤溶液中DOC的浓度。UVA254也适用于水体DOC的估计。     

红壤坡面细沟侵蚀参数提取研究

为研究自然降雨条件下南方红壤区坡面细沟侵蚀形态,应用无人机摄影测量技术与计算机数字图像处理相结合的方法,提取了江西水土保持生态科技园内自然降雨条件下3个不同野外裸露小区坡面细沟形态参数并进行分析。结果表明:坡面细沟在中坡位的分布密度最大,其次是下坡位,最后是上坡位;细沟宽度随着坡长增加大致呈现两头宽中间窄的类U形;细沟深度随坡长的增大大致呈现先增大后减小的趋势;细沟宽深比大致随坡长的增加而减小,在接近坡底处达到最小值。     

基于小波包变换的农作物分类无人机遥感影像适宜尺度筛选

为寻找适宜分类的空间尺度,该文提出一种基于小波包的空间尺度选择方法。该文以无人机航拍农作物影像为数据源,针对高空间分辨率遥感影像农作物分类问题,基于小波包变换对影像分类特征进行多尺度定量分析。将七种农作物影像样本进行小波包分解,从高频部分获取均值,方差,能量,能量差四种纹理信息,从低频部分获取光谱信息,构建分类特征矢量,通过作物样本之间的J-M距离,分析在不同小波包分解层样本之间的可分性,并进一步通过农作物面向对象分类精度和分割耗时评价适宜尺度。该文选择位于河北的涿州农场为研究区,利用无人机航空影像,对提出的方法进行试验验证,结果显示:小波包分解到第三、四层级时,即空间分辨率为0.32~0.64 m时,适宜农作物面向对象分类;在适宜尺度下,基于小波包分解的面向对象分类总体分类精度可达到89%,Kappa系数可达到0.85。研究结果可为高空间分辨率遥感农作物精细识别提供支撑。     

Long Term Observation on Several Growth Parameters of Convict Child Under an Enhanced Ultraviolet-A (320–400 nm) irradiation

The long term (two generations) effect an enhanced (5%) sub-lethal ultraviolet-A (320–400 nm) irradiation on growth and survival rate of a convict cichlid (Cichlasoma nigrofasciatum is presented. Two UVA irradiated populations (G1-UVA and G2-UVA) and two control populations (G1-control and G2-control) were observed from age 60 to 403 days. The UVA populations were exposed to enhanced UVA irradiation from 4 months of age (G1-UVA and from egg's state (G2-UVA).The specific growth rates (daily weight and length increase) and the condition factors of the populations were not affected by the enhanced UVA, it depended more on the population size. At the adapted temperature range (27–29 °C) the survival rate of those populations was not affected by enhanced UVA. A combined effect of enhanced UVA and increased temperature (31–32 °C) was responsible for a high mortality rate in the GI-UVA. A total of 67% of the G1-UVA population died just within a week of exposure to high temperature.     

基于无人机影像快速估算矿山排土场边坡土壤侵蚀速率的方法

[目的]探究无人机高清影像快速估算矿山排土场边坡土壤侵蚀速率的方法,为无长期地形监测地区的土壤侵蚀强度估算提供了新方法。[方法]通过无人机和RTK-GPS分别获取研究区影像及地面控制点坐标,利用Agisoft PhotoScan Professional 1.1.2软件生成研究区空间点云,利用ArcGIS 10.3生成高精度DEM,通过目视遥感解译和现场调查,快速估算研究区土壤侵蚀速率。[结果]本研究区排土场边坡土壤流失面积11 052.53m2,土壤侵蚀总体积835.41m3,土壤侵蚀速率为4 043.82t/(km2·a)。使用普通克里金法插值生成DEM数据精度为0.26m。[结论]通过本研究方法计算出的排土场土壤侵蚀强度属于中度侵蚀,土壤侵蚀速率较为符合实际情况,精度也满足了本研究的需要,同时,在高密度点存在的情况下,各种插值方法生成DEM数据误差相差不大,使用普通克里金法能够使结果最优。     

农田信息采集用多旋翼无人机姿态稳定控制系统设计与试验

农田信息快速采集是精准农业的基础。为快速、高效、准确、节能获取农田信息,该文搭建了多旋翼无人机平台,设计了以STM32F407为主控制器的多旋翼飞行控制系统。采用了比例积分微分(proportion,integration,differentiation,PID)双闭环控制策略,外环为角度反馈,内环为角速度反馈。通过工程凑试法得到合适的PID控制参数。运用专家控制策略改进上述控制方法,使控制参数适应无人机姿态变化。对所设计的无人机控制系统进行抗干扰和阶跃响应试验。系统在受到30?横滚与俯仰角干扰后,其对应恢复平衡时间均在3.4 s内,航向角30?干扰后恢复时间在4 s内。系统横滚与俯仰角阶跃响应调节时间在1~2 s内,航向角在3.4 s内。试验结果表明:双闭环PID控制策略实现多旋翼无人机姿态稳定控制,专家控制策略增强无人机的抗干扰能力。在室外农田环境中,无人机能根据指令在1~2 s内快速调整姿态。当姿态受风影响发生倾斜时,陀螺仪测量角速度大于3(?)/s,采用的控制策略能迅速调整电机转速,保持无人机姿态稳定平衡。试验证明该控制系统稳定可控且具有较强抗干扰性,满足多旋翼无人机低空采集农田信息的要求。