基于机器学习优化建模的GF-5影像土壤总氮量预测填图

[目的/意义]大范围快速检测土壤养分并实现基于GF-5影像对土壤总氮量精准填图。[方法]基于实测土壤光谱和GF-5星载高光谱数据,引入偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)、反向神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)和以核函数Poly为驱动支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的机器学习算法,构建3种土壤总氮(Total Nitrogen,TN)反演模型,并以十折交叉验证方法确定各模型的最优解。采用多元散射校正(Multiple Scattering Correction,MSC)获取的波段特征值使模型表现更佳。[结果和讨论]MSCPoly-SVM模型经测试集样本检验,其决定系数(R2)、均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)和相对分析误差(Residual Prediction Deviation,RPD)分别是0.863、0.203和2.147。将该模型用于星载GF-5号影像数据进行土壤总氮含量的反演填图。由填图结果可见,黑龙江省富锦市建三江垦区86.1%的土地总氮量均在2.0 g/kg以上,土地氮含量以一等地块和二等地块为主,而三等地块和四等级地块仅占总面积的11.83%。研究区内土壤氮要素储备充足,总氮高背景值主要集中在中部靠近河流两岸、呈北东东向分布。本研究土壤总氮预测成图结果与前人1∶25万地球化学插值和航空高光谱影像(Compact Airborne Spectrographic Imager,CASI)和(Shortwave Infrared Airborne Spectrographic Imager,SASI)填图效果具有很好的一致性。[结论]研究表明星载GF-5高光谱数据在土壤全氮含量监测填图和可视化分析上具有极高的潜力,本研究提出方法可为今后大范围开展定量检测土壤养分状况以及合理施肥提供技术支撑。

尾矿库土壤铵态氮空间分异性及其可视化表达

为解决尾矿库土壤铵态氮含量信息描述和表达手段单一,引起空间分异性精细化表述不明确的问题,以迁安市某尾矿库为研究区,采集化验0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm三层土壤铵态氮含量,利用莫兰指数分析土壤铵态氮空间自相关性和空间聚集程度;利用标准差椭圆分析研究区内土壤铵态氮含量的二维空间变化趋势;基于二维空间中土壤铵态氮分异性研究,探讨3D经验贝叶斯克里金对土壤铵态氮三维空间分布特征的模拟,通过构建剖切面和等值面,深入研究尾矿库土壤铵态氮在水平方向及垂直方向的二维三维可视化表达效果。研究结果表明:尾矿库土壤铵态氮含量在不同土壤深度均存在显著的空间正向关联性和空间集聚性;随着土壤深度增加,铵态氮含量西南-东北变化的方向性越明显;二维三维插值显示研究区土壤铵态氮含量在水平方向、垂直方向上空间分布均有显著差异性,等值面的构建有效描述了尾矿库土壤铵态氮具体含量值的三维空间精细化分布规律。通过本文研究以期为矿区土壤理化性质三维空间分布规律研究、土壤修复,以及生态可持续发展提供理论支撑及参考。

智能地质编图系统研究与应用——以塞拉利昂地质体智能综合为例

传统地质图编制过程复杂,地质要素综合工作量巨大。为实现地质图自动综合目标,本研究应用新型的智能地质编图软件——“智绘地质”对塞拉利昂研究区开展1:25万到1:50万地质图的智能缩编,以验证方法的正确性。实践结果表明,智绘化地质编图比传统地质图编制方法更高效。

勘测定界测绘技术在土地规划与资源管理中的应用分析

随着城市化建设进程的加快,土地利用类型越来越多,对土地资源开发和管理工作提出了更高的要求。在此背景下,需要引进勘测定界测绘技术,从而明确土地使用范围,优化分析土地使用类型,为土地开发和管理提供更加详细真实的数据信息,进而进一步提升土地规划与资源管理水平。文章主要对勘测定界测绘技术在土地规划与资源管理中的应用要点,从而进一步提升土地资源管理水平的提升。

华北克拉通北缘晚中生代火山岩Sr-Nd-Pb同位素填图及其构造意义

辽宁西部广泛分布着晚中生代火山岩，横跨华北克拉通和兴-蒙造山带两大构造单元，一般认为它们是以在这一地区发育的两条主要断裂——西拉木伦河断裂和赤峰-开源断裂为界。这些火山作用曾被认为是中生代伊泽奈崎板块西向或西北向消减作用的结果。在岩性上它们主要以中酸性岩石为主，玄武岩等中基性岩石较少。为查明下伏岩石圈对这些岩浆作用成因的影响，对其中的 SiO2含量 < 60％的中基性火山岩进行了详细的 Sr- Nd- Pb同位素研究。结果显示，以西拉木伦河断裂和赤峰-开源断裂两侧为界，两侧火山岩的同位素特征存在显著区别。南区有明显的 EMI特征并具 EMI- PM混合趋势，而北区则显示了原始或略亏损的特征。南北两区之间的过渡带（介于西拉木伦河断裂和赤峰-开源断裂之间）则表现了同位素组成上相应的过渡特征。这一地球化学观测与已有的地质和地球物理资料颇为吻合。基于新生代幔源岩石化学反演的中国东部陆下地幔化学区划研究揭示了克拉通下 (subcratonic)岩石圈地幔与 EMI存在着密切关系。本研究所提供的地球化学证据说明了采用中生代中基性岩类作为类似研究途径的可行性，并进一步提出对华北克拉通边缘中生代火山作用成因另一种可能的解释。

全国1∶100万地质图空间数据库建设进展

地质图空间数据库的建立对于基础地质图件的快速更新、信息资源共享以及基础地质科学研究具有重要意义。全国1∶100万地质图空间数据库(2005年版本)是以1∶50万地质图数据库为基础,充分吸收近年来1∶25万、1∶5万区域地质调查的新资料新成果,应用当代最先进的地质科学理论、现代信息技术和先进制图学理论,使用中国自主开发的MapGIS平台,结合ArcGIS、Access等软件进行研究建立的。数据库包括地理底图库、地质图库、元数据库、外挂岩石地层库,数据量约1.6GB。数据库管理系统具有较强的图幅检索、查询、自动成图、自动生成图例等功能。

基于GIS的区域地质编图方法

本文以地理信息系统在小比例尺区域地质编图中的应用为基础,结合《亚洲中部及邻区系列地质图》的编制,详细阐述了应用ArcInfo、MapGis等GIS软件进行数字地质编图的方法。对地理空间数据和专业地质空间数据的编制做了详细介绍,其中包括各种要素制图综合、属性库制作、编码设计、现势资料的补充等。根据数据源的不同,制定了不同的技术路线和工作方法。将来自不同国家的数据源进行数据转换、投影变换和误差校正,转换为统一的数据格式和投影坐标系统。对基于GIS的区域地质编图方法及数据源做了具体分析。

在地质数字化制图中SECTION的应用

为了能够更好地满足现代地质制图方面的需求,专业人员在原有Mapgis软件的基础上进行了二次开发,形成了SECTION软件。在现代地质数字化制图,利用SECTION软件能够进一步提升制图精度、去除中间不必要的环节、提升制图效率、减少人员消耗,能够大大提升制图效率。本文主要阐述在地质数字化制图中SECTION的应用情况,希望能够对相关专业人士有所帮助。

1∶50万地质图数据库的研建

全国1∶50万地质图数据库以国产软件MAPGIS作为基础平台,以各省(区)区域地质志附图和香港特别行政区1∶20万地质图为基础资料,采用现代地质学、地层学、岩石学等的新理论和新的表示方法,按岩石地层单位、花岗岩谱系单位,侵入岩按时代加岩性编制而成。该库由数字地质图库和地理底图库构成,可按任意空间范围、不同比例尺、不同投影方式和不同地质、地理内容等单项或多项任意检索;通过检索能自动形成具有图例、图外整饰的完整的地质图。

中国1∶100万地质图数据库管理系统的设计与应用

中国1:100万地质图空间数据库是近期完成的小比例尺地质图数据库,该数据库内容包括1:100万国际标准分幅的64幅地理底图和64幅地质图,数据格式为MapGIS格式,总数据量约2.0G。为了科学地管理和应用这些数据,使其更有效地应用于社会经济可持续发展和科学研究,基于MapGIS设计开发了数据库的管理系统。该系统首次将1:100万地质图数据库与地层数据库进行了集成。这套管理系统设计的原则是:操作简单、应用灵活、方便、实用。管理系统主要功能包括空间范围检索、地理要素检索、地质要素检索、综合属性显示、自动生成图例、元数据查询等功能。应用本数据库管理系统,可以快速实现空间数据库的图形可视化,实现动态制图,综合编图,方便生成专题图件,为数据库的应用提供了可视化的操作平台。

用改进的主成分分析法对东湖的水质污染进行评价

从对逆指标进行线性变换、用对数化法对指标进行无量纲化及评价指标的选择等三个方面对传统主成分分析方法进行改进,并应用于东湖的水质污染质量评价中。与传统方法相比,本文方法更为合理地保留了原始指标矩阵中的信息,且第一主成分的贡献率有了显著的提高。评价过程全部用计算机实现,并将评价结果生成东湖水质污染专题图。

编制盆地复原古构造图的若干问题的讨论

为了描述盆地三维构造的演化过程 ,通常需要编制不同地质时期的古构造等构造线图。编制古构造等高线图是一个复杂的研究过程 ,可能遇到许多概念性和技术性问题 ,但是所有问题都必须在“地质平衡”概念约束下寻求解决途径。本文讨论了按照地质平衡概念编制古构造等高线图的基本原则和可能的技术方案 ,包括研究构造变形模式、复原剥失厚度及其分布、复原断层位移、去压实校正等。运用“地质平衡”概念将较浅地层界面的构造等高线图复原到代表特定地质时期地形面的原始状态 ,相应地将较深地层界面的构造等高线图复原得到的古构造等高线图。运用“地质平衡”概念编制的古构造等高线图比传统的只用地层残余厚度编制的古构造等高线图能更合理地反映地质时期的盆地古构造三维几何特征。

新疆东准噶尔蚀变矿物填图及多元信息找矿

选择Crosta和主成分分析方法对新疆青河、奇台、巴里坤一带进行矿化蚀变信息提取,以μ+1.64σ～μ+2σ、μ+2σ～μ+3σ及＞μ+3σ三级阈值分割遥感异常信息,并按不同色彩叠加于1︰20万或1︰5万化探数据与遥感数据融合的图像上,经综合分析和部分实地查证,提出青河小萨尔布拉克、科克玉依、喀拉套弧形构造、奇台北塔山牧场场部、乌伦布拉格以及巴里坤大红山及草湖沟等为重要找矿地段.

青藏高原地貌形态总体特征的GIS识别分析

长期以来,青藏高原都是国内外地质及地理学研究重点关注的地区。青藏高原范围不同于行政区划,基于不同标准和目的得到的范围存在一定差异。基于地貌形态特征,利用SRTM数据和数字地形分析方法,在ArcGIS软件的支持下,半自动地提取了青藏高原的边界,并对青藏高原的地貌类型进行了自动识别划分,获得了高原16种地貌形态分布图。研究结果表明,青藏高原以高海拔丘陵、小起伏高山、中起伏亚高山和中起伏高山为主,占到青藏高原总面积的60.58%,高原内部地势较平缓,边缘起伏较大,与其相邻区域在地貌形态表现出明显的差异性。

地质图切剖面中褶皱构造的计算机辅助编绘

计算机对褶皱的处理能力的强弱,是决定地质图切剖面计算机辅助编绘系统实用价值大小的一个重要指标。以兰姆赛分类方案为基础,通过褶皱形态的几何特征分析,提出一种针对简单背、向斜构造的计算机辅助设计算法,并编写出相应的褶皱剖面形态的模拟程序。利用各种不同形态的褶皱实例进行试验,证明该种算法正确可靠。将其嵌入作者先前开发的地质图切剖面编绘程序中,可大大提高地质图切剖面编绘的自动化水平。

借鉴GIS基本思想在Sufer中实现复杂地质图件的绘制

作者在本文中通过对 GIS中点、线、面及图层等基本思想的讨论 ,在 Sufer中成功地实现了复杂地质剖面图的绘制 ,其成图方法比用 GIS绘图更简单 ,同时又保持了用 Sufer绘图的优点。最后提出了绘制复杂地质平面图的思路。

基于ArcGIS平台的地质制图的实现

地图符号作为地图语言在地图的制作和输出中起着非常重要的作用。美国ESRI公司开发的ArcGIS是功能强大的GIS软件平台,制图模块ArcMap中自带的符号库不能满足中国基本比例尺地图输出的要求,因此必须为它建立符合地图图式要求的符号库。通过对基于ArcGIS平台设计的一套简单易用、符合标准的地质图图例库的分析,提出了解决基于ArcGIS平台的地质图制图的方法。

利用DTM编制小比例尺地势起伏度图的初步研究

本文叙述了利用DTM编制小比例尺地势起伏度图的技术和方法。研究表明，我国地势起伏度随海拔高度的增加而增大，一般山地起伏度在201～600m，丘陵起伏度在76～200m，平原起伏度在20m以下。文中详细介绍了对地势起伏度统计数据的分析与处理，分级指标的确定方法。最后，给出了利用计算机与手工相结合的方法来编制地势起伏度图的途径和制图效果。

基于地质统计学的煤田煤质插值方法比较

交叉验证及实证研究结果表明:在进行煤田煤质数据插值时,地质统计学方法优于常规的距离反比法、径向基函数法、多项式插值等方法,同时使用该方法时普通克里金法和泛克里金法的球状模型插值精度最好.

长白山地区景观格局过程模拟预测研究

利用1985年和1999年两期遥感数据、地理数据并经实地考察,提取了长白山地区近20年的景观格局过程信息图谱;基于地学信息图谱和景观生态学理论,结合地理元胞自动机模型,建立了景观格局信息模拟与预测模型;综合考虑坡度、高程、坡向等对景观格局的影响因素,采用Matlab平台实现了对长白山地区景观格局过程信息的模拟与预测;将模拟的1985年和1999年长白山地区景观格局过程信息图谱与对应年份的遥感图像获得的景观格局过程图谱进行点对点对比,获得其总体精度1985年为84%,1999年为82%。采用MoranI指数获得定量的评价结果,计算1985年、1999年真实和模拟的MoranI指数分别为0.56、0.53和0.72、0.70,可以看出模拟结果和实际情况十分接近。