面向目标检测的视觉注意机制波段选择研究

近年来,波段选择在高光谱图像降维处理中得到了广泛地应用,然而常用的数据降维方法并没能将与人类视觉系统相关的信息进行有效利用,如果将人类与生俱来的视觉注意机制能力应用到高光谱图像中目标的视觉显著性特征的增强或识别,对于高光谱图像的目标检测研究无疑会产生相当的促进作用。研究提出引入视觉注意机制理论应用于波段选择研究,构建面向目标检测应用的视觉注意机制波段选择模型。通过分析计算波段图幅的目标与背景的可识别程度,量化所在波段对地物目标与背景的判别能力,提出了基于目标视觉可识别度的波段选择方法;利用LC显著性算法进行空间域的视觉显著性目标分析,计算背景与目标的显著性差异绝对值,提出基于LC显著目标结构分布的波段选择方法。将这两种方法结合提出的改进子空间划分方法,建立面向目标检测的视觉注意机制波段选择模型,并经高光谱遥感AVIRIS San Diego公开数据集进行目标检测实验验证,结果表明所提出的基于视觉注意机制的波段选择模型对于目标检测应用具有较好的检测效果,实现了数据降维和高效的计算处理。

高性能聚苯硫醚长丝的制备工艺

采用熔融纺丝方法通过纺丝组件的设计制备了高性能聚苯硫醚(PPS)长丝,确定了原料干燥、熔融、喷丝及缓冷区温度和吹风等条件的工艺参数,探讨了纺丝温度、纺丝速度、牵伸温度、定型温度、牵伸倍数等纺丝工艺参数对PPS纤维可纺性和力学性能的影响,确定了最佳纺丝加工工艺参数。结果表明,喷丝时初始压力控制在12 MPa以上,PPS螺杆挤出机各区温度分别为310,320,320,325,330℃,纺丝温度为300~315℃,缓冷区温度为295~310℃,纺丝速度为2 650 m/min,总牵伸倍数为4.9倍,第一热辊、第二热辊和第三热辊温度分别为95,110℃和140℃,制得规格为299 dtex/48 f PPS纤维具有良好的可纺性和优异的力学性能,拉伸断裂强度和断裂伸长率分别可达4.04 cN/dtex和16.4%。

基于AHP-SPCA熵权模型的松花江流域生态脆弱性时空演变及预测

[目的]科学评估松花江流域生态脆弱性动态变化和发展规律,为该区内的生态保护和修复提供科学依据。[方法]从自然和人文角度构建指标体系,运用AHP-SPCA熵权模型、最小相对信息熵以及地学信息图谱等方法,对2005—2020年松花江流域生态脆弱性进行动态评价及时空演变分析,并结合CA-Markov模型对2025年研究区的状况进行预测模拟。[结果]①2005—2015年研究区生态脆弱性自东向西呈现逐渐降低的趋势,而在2020年,西部生态脆弱程度有所升高;2005—2020年研究区生态脆弱性综合指数的均值为3.0068,整体处于中等脆弱状态;②研究期间,微度—潜在、微度—轻度、轻度—中度、中度—轻度图谱类型最为显著;③2020年预测值的kappa系数为0.81,表明CA-Markov模型适用于该模拟预测研究,2025年综合指数为3.2659,整体脆弱程度呈上升趋势。[结论]松花江流域生态脆弱性呈上升趋势,面临着生态恶化的风险,需加强对生态环境的保护治理。

向海自然保护区湿地资源保护有效性及其影响因素分析

向海自然保护区是以保护丹顶鹤等珍稀水禽和蒙古黄榆为主的国家级湿地自然保护区，具有重要的国际地位与作用。但是，湿地资源的退化现状使得人们对于保护区的有效性产生了疑问。本研究借助于RS与GIS技术，利用1954年、1986年和2004年的土地利用数据，对比分析了向海自然保护区建立前后、保护区内各功能区、保护区及其周边区域的湿地资源动态变化。结果表明：1954年～2004年，湿地面积由414.98km^2减少为269，9km^2；保护区建立后湿地面积仍持续减少，年变化率由0．79％降低为0.73％；湿地破碎化程度并不严重，主要退化为盐碱地和草地类型；保护区的建立有效减缓了核心区内湿地的损失速度，对实验区与缓冲区的作用则较为薄弱；与其外部的两个缓冲带相比，保护区内湿地资源的动态变化比较显著；湿地的萎缩退化严重影响了鹤类等珍稀水禽的生境质量，导致其繁殖效率与种群数量发生波动变化。区域气候环境变化是导致湿地退化的自然驱动力，人为干扰以及保护区自身建设与管理中存在的问题是影响保护区对湿地资源发挥有效保护作用的主导因素。

基于RS与GIS的湿地保护有效性分析--以向海自然保护区为例

向海自然保护区是以保护丹顶鹤等珍稀水禽和蒙古黄榆为主的国家级湿地自然保护区,具有重要的国际地位与作用。但是,湿地资源的退化现状使得人们对于保护区的有效性产生了疑问。本研究借助RS与GIS技术,利用1954年、1986年和2004年的土地利用数据,对比分析了向海自然保护区建立前后、保护区内各功能区、保护区及其周边区域的湿地资源动态变化,另外,结合保护区野外调查资料,探讨了湿地生境退化对鹤类等珍稀水禽迁徙及繁殖数量变化的影响。结果表明:保护区建立后湿地损失速度有所减缓,但仍保持减少的趋势;核心区内湿地得到了较好的保护,对实验区与缓冲区的保护作用较弱;与其周边区域相比,保护区内湿地资源的时空动态变化显著;鹤类等珍稀水禽种群数量随着湿地面积的萎缩而迅速减少。区域气候环境变化是导致湿地退化的主要原因,人为活动干扰以及保护区自身建设与管理中存在的问题是影响保护区对湿地资源发挥有效保护作用的主导因素。

区域土地利用变化信息图谱模型研究

信息图谱为区域土地利用变化提供了一种谱系化、定量化与定位化相结合的研究方法,借助信息图谱模型探讨区域土地利用变化及其时空过程的多维性与复杂性,为土地利用变化的驱动力诊断、机理模型与预测模型的构建提供科学依据。选取吉林省长岭县为研究区,在遥感与GIS技术支持下,以土地利用时空演变模式、空间扩展过程、景观特征等为框架,建立土地利用变化信息图谱模型,对图谱方法在土地利用变化研究中的应用进行实证分析。

吉林省西部半干旱地区土地利用方式对土壤养分的影响——以吉林省通榆县为例

选取位于吉林省西部的通榆县作为研究区,利用全国第二次土壤普查数据和2006年土壤采样分析数据,结合土地利用数据,研究土地利用方式及其动态变化对县域尺度表层（0~20 cm）土壤养分的影响。结果表明：近20年来通榆县土地利用格局变化显著,表层土壤全量养分显著降低,土壤有机质和速效养分则无显著变化。2006年耕地、林地和草地的土壤有机质、全氮、全钾、速效氮、速效磷含量无显著差异,全磷和速效钾含量差异性显著;除全磷、全钾和速效钾外,盐碱地土壤养分含量均显著低于耕地、林地和草地。除荒地开垦后土壤有机质含量增加,毁草、毁湿开荒以及多年放牧和耕作均造成土壤有机质含量降低;不同土地利用变化过程对土壤全量养分的影响以降低含量为主,而速效养分则以增加含量为主。

利用地形和遥感数据预测土壤养分空间分布

在GIS支持下,选择地形因子和遥感植被指数,建立土壤养分空间分布预测模型,应用回归克里格(Kriging)方法,预测吉林省农安县土壤养分(有机质和全氮)的空间分布。结果表明,11个环境因子中,相对高程、坡度、地形起伏度、坡度变率、归一化植被指数(NDVI)与土壤有机质和全氮含量均具有显著的相关性。地面粗糙度和地形湿度指数与有机质具有显著相关性,而与全氮的相关性不显著。相对高程、坡度、地面粗糙度、河流动能指数以及NDVI在土壤养分的多元回归预测模型中贡献较大,是预测土壤养分空间分布的最优因子。有机质和全氮在研究区的空间分布格局呈现由东南向西北逐渐减少的趋势,这种分布格局受地形和植被的综合作用,同时与土壤类型密不可分。精度检验结果表明,回归克里格方法能够提高土壤养分空间分布预测精度,是一种有效的空间分布插值方法。

1990-2013年东北地区耕地时空变化遥感分析

为揭示1990-2013年东北地区耕地变化规律,以Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像为数据源,采用面向对象与目视解译相结合的分类方法,提取东北地区1990年、2000年和2013年耕地信息,辅以气候、地形、社会经济等数据,分析耕地时空变化特征及其驱动因素。结果表明:面向对象分类与目视解译相结合的方法能够快速、准确地完成耕地空间分布信息提取,总体分类精度达93%以上;2013年东北地区现有耕地4.17×105 km2,占东北地区土地总面积的33.51%,其中旱田比例为86.24%;1990-2013年耕地总量增加,2000-2013年比1990-2000年耕地增加速度减小,空间上,耕地呈现南减北增的趋势,新增耕地重心逐渐北移,建设用地侵占耕地速度加快,以省会城市为中心,向东北部蔓延;对湿地、林地、草地开垦减弱,对裸地和海面的农业开发增强,退耕还湿、还草、还林效果明显,耕地变化活跃区处于年降水量在500~700 mm、年均气温在2~4℃、坡度小于3°、高程小于200 m的地理环境中;旱田改为水田规模扩大,旱田质心变化不显著,水田质心向东北移207.41 km。23 a间,虽然气候变化对东北地区耕地变化有一定影响,但政策调控、经济发展、科技进步、人口增长、城市扩张等人文因素仍然是耕地变化和时空分异特征的主要驱动因素。农业发展转型、提高单位面积产量和劳动生产效率,将是未来东北地区耕地发展的必由之路。

1982～2003年中国东北地区不同类型植被NDVI与气候因子的关系研究

利用1982～2003年GIMMSNDVI遥感数据集和气象数据，运用GIS技术提取气象站点周围的NDVI值，结合统计分析方法对东北地区不同类型植被NDVI与气候因子的关系进行研究。结果显示：（1）东北地区不同区域植被NDVI与气温和降水均极显著相关（P〈0．01），而且与气温的相关性普遍高于降水，说明气温对植被生长影响更明显。（2）不同类型植被受气温（或降水）影响差异不大，同一植被受气温影响强于降水。过去22年，不同植被NDVI受同期气温影响由高到低的顺序为：灌丛〉沼泽〉森林〉草地〉农田；降水对同期植被NDVI的影响按：灌丛〉森林〉草地〉农田〉沼泽的顺序依次降低。（3）过去22年中，东北地区不同植被夏季NDVI变化趋势不明显，针叶林、草丛和草原NDVI呈上升趋势，沼泽、灌丛、阔叶林、草甸和农田NDVI则表现为下降趋势，其中针叶林NDVI变化幅度最大（R^2=0．1142）。（4）夏季气温变化对同期各植被夏季生长状况影响不大，同期降水除灌丛和沼泽外则主要表现为促进作用。研究表明，气候变化和人为保护共同导致东北地区草地NDVI增加；降水是促进针叶林和农作物生长的决定性因素，但却是灌丛和沼泽夏季生长的抑制因子，人类活动是过去22年东北地区沼泽退化的主要原因。

基于环境星与MODIS时序数据的面向对象森林植被分类

林区地形复杂、植被分布无序,且森林植被光谱信息相近,因而森林二级类型边界的确定成为土地覆盖遥感分类的难点。选择吉林省东部山区为研究区,以环境星影像(HJ-1 CCD)和中等分辨率成像光谱仪(MODIS)时序数据为基础,采用面向对象的分类方法进行森林植被类型的提取。分类特征参数主要选取了HJ-1 CCD的光谱和纹理特征,以及MODIS时序数据的物候特征。研究区总体分类精度为91.5%,Kappa系数为0.88,森林二级类型的分类精度均较高,其中落叶阔叶林的制图精度达到了97.1%。所用的面向对象分类方法与未加入物候特征的面向对象分类方法相比,森林二级类型的分类精度得到大幅度提高。

森林生态系统遥感监测技术研究进展

森林是陆地生态系统的主体,森林生态系统监测技术是实现森林可持续利用与全球变化研究的重要支撑与信息保障。从4个方面概述了遥感技术在森林生态系统监测中的应用研究进展：森林遥感分类及变化监测、森林植被参数遥感反演、森林蓄积量与生物量遥感估算、森林干扰遥感监测等。结合遥感技术的发展,总结了森林生态系统监测中使用的多源遥感数据和各类模型,提出集成地面调查数据、高分地-空雷达扫描监测技术,以及多源光学遥感建模技术和生态系统过程模型,构建多维度、多尺度、高时间密度的森林生态系统监测平台的研究展望。

1982～2010年中国东北地区植被NPP时空格局及驱动因子分析

应用逐像元线性回归模型方法,整合应用MODIS和AVHRR NDVI数据集,构建1982-2010年覆盖东北地区的8 km空间分辨率的NDVI数据集,进而应用CASA模型估算得到东北地区29 a NPP数据集,模拟精度在75%以上。29 a平均的东北地区植被NPP总量为6.5×10^8tC/a。植被NPP的分布受植被类型、气候、地形因素的综合影响。NPP地域差异明显,山地区植被〉平原区植被〉高原区植被,变化最大的植被类型为草地植被。过去29 a间,植被NPP呈显著上升趋势（P〈0.01）。气候变化和土地利用变化均是影响植被时空格局的重要因素。

基于遥感的吉林省中西部耕地数量和质量空间格局变化分析

耕地数量和质量变化直接关系到国家粮食安全和社会稳定,研究粮食主产区耕地数量和质量变化具有重要的现实意义。该研究利用2000年、2013年Landsat TM/ETM+/OLI遥感数据和2351个样点土壤实测数据,对吉林省中西部耕地分布的空间变化和由此引起的不同质量等级耕地的时空特征进行分析。结果表明:2000—2013年期间,吉林省中西部耕地总量稍有增加,面积由5.61×104 km2增加到5.64×104 km^2,其中旱田面积增加645 km2,水田面积减少350 km^2。研究区耕地分布表现出明显的西部增加、东部减少的趋势;新增耕地最主要来源于湿地(66.04%)和草地(21.12%),传统耕作区(主要为城市周边)耕地大面积减少,其中45.08%转化为人工表面,28.85%和22.61%转化为林地和湿地;水田与旱田之间的相互转化比较剧烈。2000—2013年期间,研究区耕地质量总体呈下降趋势,净减少的耕地为一、二等地,其中一等地净减少305 km^2,长春市占96%,净增加的耕地是三、四和五等地,分别为235、148和218 km^2,主要分布在白城市和松原市。城市化占用和耕地保护政策的实施是该区域耕地数量和质量变化的主要驱动因素,研究时段内吉林省中西部优质耕地流失严重,存在突出的占优补劣问题。

1954～2005年三江平原沼泽湿地农田化过程研究

作为中国重要的粮食生产基地和淡水沼泽湿地集中分布区,三江平原对于保障国家粮食安全和区域生态安全具有举足轻重的地位。由于人类活动的剧烈影响,1954～2005年期间,三江平原大面积的沼泽湿地已被农田所替代,并引发了一系列环境问题。国内以往的相关研究未能深入揭示区域尺度湿地农田化的过程与规律。基于遥感和地理信息系统技术,集成地形图与遥感影像(Landsat MSS,Landsat TM,CBERS)数据,分析了1954～2005年间三江平原湿地农田化过程及其主要驱动因素。研究结果表明:(1)从1954到2005年,三江平原沼泽湿地面积减少了77.03%;与湿地大面积减少相对应,耕地面积增加了2.5倍,2005年耕地面积占整个三江平原面积的55.14%,成为三江平原的主导景观。1954～1976年和1977～1986年为湿地农田化规模最大的2个阶段,沼泽湿地转化为耕地的面积分别为186.40×104hm2和120.29×104hm2。至2005年,三江平原沼泽湿地农田化过程基本结束,大面积成片的湿地仅存在于几个较大的湿地自然保护区内。1954～2005年期间,三江平原沼泽湿地农田化的面积为258.48×104hm2,为1954年沼泽湿地面积的73.3%。(2)三江平原发生湿地农田化过程的主要自然地理环境背景为:海拔为0～100m,坡度为0°～1°,地貌类型为河漫滩、河流阶地、沼泽洼地、冲积洪积平原和低台地,土壤类型为草甸土、沼泽土和白浆土。(3)1954～2005年间,三江平原地区年平均气温显著升高,增温速率为0.029℃/a。气候变暖为农业开垦提供了有利的前提条件。区域人口大量增加是湿地开垦为农田的最直接和最主要的驱动因素,1959～2005年间三江平原总人口增加了3.13倍,耕地面积与总人口及农业人口之间均存在显著线性相关关系。国家政策对于三江平原沼泽湿地农田化过程具有重要的影响作用。

基于MODIS数据的松嫩草原产草量遥感估算模型与空间反演

根据NASA/MODIS遥感数据获得NDVI、RVI、MSAVI和EVI4种植被指数,结合草原产草量地面实测数据,利用统计分析方法建立松嫩草原产草量遥感估算模型,并进行产草量空间反演和验证,为该区草原产草量合理估算和草原资源管理提供科学依据。相关分析结果表明,前期和同期的4种植被指数均与草原产草量显著相关,其中NDVI相关性最高,EVI相关性最低;松嫩草原产草量最优模拟模型为基于NDVI的S曲线模型,模拟精度达78%。利用该模型反演得到2009年松嫩草原平均鲜草单产为5717kg/hm2,折合干草单产1687kg/hm2,鲜草总产量为1885万t,干草总产量为589万t。其中,黑龙江省部分的鲜草总产量为1356万t,折合干草424万t;吉林省部分的鲜草和干草总产量分别为531万t和166万t。利用植被指数预报未来16d草原产草量效果较好,其中基于NDVI的幂指数模型预报精度为74%。研究表明,基于植被指数进行松嫩草原产草量研究是可行的。

遥感与GIS支持下的盘锦湿地水禽栖息地适宜性评价

盘锦湿地位于辽河三角洲的核心地带,是重要的水禽栖息地。受自然和人类活动的影响,该地区水禽栖息的生境面积不断缩小,致使湿地生态系统受到严重破坏,生物种群数量急剧下降。在此背景下,以GIS/RS为技术手段,根据盘锦湿地环境特点,采用层次分析法,从干扰条件、水源状况、遮蔽物以及食物丰富度4个方面对盘锦湿地水禽栖息地适宜性进行空间分析,再按照不同指标因子的等级划分,得到适宜性最好、适宜性良好、适宜性一般以及适宜性最差4个等级的盘锦湿地水禽栖息地适宜性评价图。结果表明:(1)盘锦湿地水禽栖息地适宜性最好、适宜性良好、适宜性一般、适宜性差的面积分别为803.79,913.47,905.29,1023.65hm2,分别占总面积的22.04%,25.05%,24.83%,28.07%;(2)前三类总面积为2622.55 hm2,占71.93%,说明盘锦地区水禽栖息的适宜地区较多,主要分布于流域、河漫滩等人为干扰较少的芦苇湿地以及食物和水源比较充足的大面积耕地中;(3)基于遥感分析和GIS空间分析技术,能有效、简便地对湿地生态环境处于快速动态变化中的水禽栖息地适宜性进行快速、客观准确的评价分析,其结果能为盘锦湿地水禽种群及其生存环境的规划、保护、管理和决策提供数据支持和科学依据。

松嫩平原西部湖泊与水库/坑塘动态变化及驱动因素分析

松嫩平原西部湖泊与水库/坑塘是保障区域农牧业经济发展和生态安全的重要条件。为掌握松嫩平原西部湖泊与水库/坑塘在1990-2013年间的变化信息,为区域生态环境建设及防洪减灾提供数据库支撑,该文基于Landsat TM(Thematic Mapper)、ETM+(Enhanced Thematic Mapper Plus)、OLI(Operational Land Imager)和中国环境资源卫星(HJ,Huanjing)多时相遥感影像,利用e Cognition软件采用面向对象分类方法提取1990年、2000年和2013年湖泊和水库/坑塘分布信息,探讨1990-2013年间松嫩平原西部湖泊和水库/坑塘蓄水面积和数量的变化及驱动因素。结果显示:研究区范围内实际蓄水面积大于20 km2的湖泊有20个,黑龙江和吉林两省分别有17和3个;面积大于20 km2的水库有9个,其中7个位于黑龙江。松嫩平原西部湖泊与水库/坑塘主要分布于沿嫩江和松花江两侧,最大湖泊为查干湖、最大水库为月亮泡水库。研究区内1990年、2000年和2013年的湖泊面积分别为3 633.2、3 016.3和2 534.0 km2,水库/坑塘的面积分别为885.9、797.1、1 433.2 km2。气候变化叠加人类活动影响的背景下,1990-2013年间湖泊数量呈现明显减少而水库/坑塘呈现明显增加的趋势。湖泊蓄水总面积呈现明显下降趋势,共减少1 099.2 km2,2013年总面积为2 534.0 km2;而水库/坑塘蓄水总面积呈现先降低后增加的趋势,1990-2000年减少88.8 km2,2013年又增至1 433.2 km2,23 a共增加547.3 km2。气候因素是变化的重要原因,尤其对于水库/坑塘,气温和降水在不同时间段的变化趋势与之变化非常吻合。而对于湖泊的变化,明显增加的耕地和运河/沟渠、避免洪灾采取的相关措施等人为因素的影响更明显。由此可见,气候因子变化和农业活动及相关的水利工程与调控措施是影响松嫩平原西部湖泊和水库/坑塘蓄水面积与数量的重要因素。该文对湖泊与水库/坑塘水资源的长时间序列统计和分析结果,可为松嫩平原西部生态保护与修复提供数据支撑,为区域可持续发展提供科学依据。

1982—2016年东北黑土区植被NDVI动态及其对气候变化的响应

植被是陆地生态系统的重要组成部分,在调节气候、水土保持等方面具有重要作用,因此,监测植被生长变化并探讨其与气候变化之间的关系,在全球变化研究中具有重要意义。基于MODIS NDVI和GIMMS NDVI数据集,并通过一致性检验,在区域和像元两个空间尺度上,利用一元线性回归模型,研究东北黑土区1982—2016年植被生长动态,分析植被生长对气温和降水量的响应程度。结果表明:区域尺度上,1982—2016年东北黑土区植被生长季NDVI变化分为3个阶段(先增加继而减少最后再增加),区域植被的生长在气温、降水量的共同作用下,呈现出明显季节差异;像元尺度上,1982—2016年东北黑土区NDVI总体趋势为改善状态,主要改善植被类型为草原、森林和农业植被,鹤岗市、绥化市和长春市改善面积较大;多年平均NDVI值与同期气温和降水量具有一定的相关关系,平原地区植被NDVI与气温主要呈显著正相关关系,植被类型主要为耕地;平原地区边缘和山地地区的植被NDVI与降水量以显著正相关关系为主,主要植被类型为森林和草地。

松嫩平原玉米带农田土壤有机碳时空格局

该文基于吉林省第二次全国土壤普查省数据、县级土壤剖面资料和2003-2006年实测数据,估算了不同土壤类型农田表层土壤有机碳密度和储量,并对近25年来土壤有机碳时空变化特征及其原因进行分析。结果表明,总体上松嫩平原玉米带农田土壤有机碳密度和储量呈增加趋势。其中,碱土、暗棕壤、黑土和草甸土的土壤有机碳密度增幅分别达33%(4.16kg/m2),23.05%(3.79kg/m2)、16.51%(3.74kg/m2)和12.20%(3.77kg/m2);相反,黑钙土有机碳密度下降幅度达30.79%(2.18kg/m2)。两时期土壤有机碳密度的空间分布格局基本一致,呈中部高、边缘低的趋势,但25年间土壤有机碳含量变化与1980年初始含量呈显著负相关(r=-0.615**,P<0.01),且4.04kg/m2是土壤有机碳上升或下降的临界值。根据West等提出的土壤碳汇潜力估算方法,如果保持1980年土地利用方式和传统的栽培耕作措施不变的情况下,松嫩平原玉米带农田土壤有机碳的碳汇潜力为0.33Tg/a。