虚拟实验平台信息安全架构设计

依托"十一五"国家科技支撑计划重点项目《虚拟实验教学环境关键技术研究与应用示范》,构建一个开放、共享、高安全性的虚拟实验共享平台,使用户对实验的使用从传统的分散小群体模式提升到按需使用跨区域第三方运营的共享模式。本文提出了基于USB Key的CA认证体系,设计了虚拟实验网络的安全结构和试验平台的身份认证系统。用户通过USB Key认证登录后,即可使用本域内或远程的并行计算环境,按照系统提供的标准服务规范,与实验系统远程交互。

基于LBV变换的GF-2影像水体提取方法

针对GF-2影像波段较少、不利于构建水体指数的问题,提出了基于LBV变换的水体提取方法。通过GF-2影像的LBV变换及其归一化,得到了物理意义明确的L、B、V变换分量;利用这三个分量计算特征分量BL、BV,构建完整水体提取方案,对阿克塞县的小苏干湖和石嘴山市某一段黄河进行水体提取。实验结果表明,相比于NIR、NDWI算法,本文算法能够更好地将水体与土壤、植被、建筑物等地物区分开来,在正确率、误提率、漏提率方面总体优于NIR、NDWI算法,提取过程简单,具有较好的应用价值。

1973—2015年年楚河上游流域径流变化趋势及驱动因素分析

青藏高原是对全球气候变化响应敏感且不确定性最大的地区.本文选取青藏高原雅鲁藏布江年楚河上游流域为研究区,基于流域两气象站(江孜和帕里站)1973-2015年逐日气温、降水数据,以及江孜水文站月流量数据,采用Mann Kendall检验、线性趋势法等多种趋势分析方法,分析了气温、降水、径流的年际和年内变化特征,并探讨了影响径流变化的主要因素.结果表明:1)年楚河上游流域气温呈显著上升趋势,增加速率为0.02℃·a-1,降水呈不显著下降趋势,减少速率为0.39mm·a-1;2)流域径流量年内分配极不均匀,主要集中在5-10月,年均径流量整体呈减少趋势,但在1973-2000年表现为增加趋势,2000年之后呈减少趋势;3)流域内冰川和积雪面积在2006年后呈明显减小趋势,但降水变化仍是流域径流量变化的主要驱动因素.全球变暖引起年楚河上游流域气温升高,降水减少,径流出现先增加后减少的趋势,这将进一步加剧流域水资源短缺,影响流域水资源开发利用、合理配置和区域可持续发展.

秦岭中部自然保护区植被生长状况遥感监测

秦岭地区是中国自然保护区较为集中的地区之一,也是中国重要的生态保护屏障,秦岭中部有多个国家级自然保护区,然而目前鲜有研究分析秦岭中部自然保护区的植被生长状况,且对于自然保护区的保护成效尚不明确,因此探究该区域长时序的植被生长状况有助于了解秦岭地区自然保护区的保护成效及植被生长情况。本文利用Landsat、MODIS、GLASS等遥感数据及相关产品分析了秦岭中部地区14个国家级自然保护区近二三十年归一化植被指数(NDVI)、叶面积指数(LAI)、净初级生产力(NPP)、植被覆盖度(FVC)的空间分布特征及趋势变化情况,并综合4个指标探究秦岭中部自然保护区的植被变化情况与保护成效,研究结果表明,1)在空间上,太白山自然保护区中南部与汉中朱鹮自然保护区南部的植被类型与其他区域存在差异;2)在趋势上,各自然保护区的植被生长状况呈现显著增加趋势或维持稳定状态;3)综合各指标发现,秦岭中部自然保护区的整体保护成效良好,但极个别地区仍需要重点关注。

结合多源专题数据和目视解译的大区域密集湿地样本数据生产

样本数据是开展湿地制图的研究基础之一,对于数据生产和精度验证具有重要作用。针对湿地生态系统类型多样,大区域的全湿地类型样本生产困难的问题,本研究提出了一种准确、高效的大区域密集湿地样本生产框架。该框架主要包括两部分:首先,基于已有的湿地数据产品,使用规则筛选的方法直接生产稳定的湿地样本点,能够得到河流、湖泊、水库、滨海木本沼泽(红树林)、滩涂的5种湿地类型样本点;其次,基于多源专题数据进行规则筛选,生产潜在湿地样本点,并利用Google Earth Engine大数据云平台、Google Earth平台和Collect Earth平台进行目视解译,以确定潜在湿地样本点的类型属性。本文开展大洲尺度的全湿地类型样本生产,结果表明:本研究共生产了150688个湿地样本点,其中内陆湿地样本点为121412个,滨海湿地样本点为11563个,人工湿地样本点为17693个。13种湿地类型中,湖泊样本点占比最大(39.22%),潟湖样本点占比最小(0.19%)。本文生产了稳定、高质量的湿地样本点,样本数量充足,空间分布合理,能够为湿地分类器的训练和分类结果精度验证提供可靠的数据基础。

基于随机森林算法和知识规则的国际湿地城市精细湿地分类——以常德市为例

获取精细湿地资源信息对国际湿地城市湿地修复保护、管理利用以及区域可持续发展至关重要,目前面向国际湿地城市的湿地精细分类研究较为缺乏,尤其是针对湿地中水体的详细类别划分较少。本研究以全球典型国际湿地城市常德市为案例研究区,基于Google Earth Engine (GEE)云计算平台和2020年Sentinel-1/2时序遥感影像以及地形数据,首先采用最小冗余最大相关算法和递归梯度提升树算法进行湿地分类特征集优选,进而构建集成基于像元的随机森林和面向对象的知识规则决策模型的城市湿地精细分类智能模型,以实现常德市湿地资源精细分类。结果表明:(1)湿地分类特征优选前后特征数由63减少为16,总体精度下降0.9%,其中旱期的水体指数、植被频率和建成区指数的特征重要性较大,特征优选可以减少特征数据信息冗余、提高分类效率;(2)常德市湿地精细分类结果包括河流、湖泊、水库、养殖池/坑塘、运河/水渠、泥滩地、草滩地和芦苇湿地8种湿地类型,总体精度达91.53%,Kappa系数为0.89,可以满足国际湿地城市精细湿地分类的需求;(3)常德市湿地主要分布在东部西洞庭湖平原区域,呈现出东多西少的空间格局。本研究综合利用多源遥感数据、GEE云计算平台、机器学习算法以及知识规则模型能够准确高效地提取国际湿地城市精细湿地信息,有望迁移至其他城市湿地制图应用,在服务国际湿地城市创建及优选、湿地资源修复保护与可持续开发利用等方面具有较大应用潜力。

三江源国家公园植被时空变化及其影响因子

三江源国家公园对于区域生态环境和物种栖息地的保护具有重要意义。基于2000-2018年的GLASS植被覆盖度产品,使用线性回归和Hurst指数分析园区植被覆盖度的时空变化,并利用皮尔逊相关系数、残差分析法探究气候变化和人类活动对植被变化的影响。结果表明:三江源国家公园植被覆盖度较低,其均值为0.24;2000-2018年间,园区植被覆盖度呈轻微增加趋势;园区植被变化以增长为主,且其变化大都呈正向持续性;趋势变化与Hurst指数叠加分析发现,园区植被变化类型以持续性增长为主,占园区植被区总面积的61.33%;其他依次为持续性退化、未来变化不确定类型;降雨对园区植被变化影响最大,其次为温度,人类活动对植被变化的影响最小。近年来,园区的温度和降雨都呈增加态势,改善了区域植被的水热条件,促进植被生长。

武汉城市圈湿地受损程度识别及驱动因素分析

基于1995-2015年的5期土地利用数据和连续时间序列的水体数据集,探究武汉城市圈湿地受损程度及其对应的水体变化特征,并使用Logistic模型进一步揭示湿地受损的驱动机制。结果表明:(1)1995-2015年,武汉城市圈湿地面积呈先增加后减少的趋势,其面积减少了665.15 km^2。湿地受损区域大多分布在武汉市、黄陂县、仙桃市等,主要是由建设用地、旱地侵占湿地引起的;湿地恢复区域大多分布在仙桃市、武汉市,主要表现为由水田向功能湿地转变。(2)20年来,湿地的变化与其水体的退化或增长变化特征相似,即湿地受损区的水体面积减少,湿地恢复区的水体面积增加。(3)Logistic回归表明,建设用地、降雨、GDP是影响湿地受损风险的主要因子,其中人类活动是湿地受损的主要因素。

生态保护地协同管控成效评估

分区分类管理是我国生态保护的重要管控制度,生态保护地是事关国家生态安全的关键区域,开展生态保护地保护成效评估及不同类型生态保护地之间的协同管控成效评估具有重要意义。以吉林省自然保护地和重点生态功能区等生态保护地(即禁止开发区和限制开发区)为研究对象,以重要生态空间、植被生态、水源涵养功能为主要内容,基于"禁止开发区-限制开发区-省域"的管控梯度差异,评估分析了生态保护地的协同管控成效。结果表明:(1)从重要生态空间协同管控成效来看,自然保护地的重要生态空间面积比例最高、人类活动干扰指数最低,这与生态保护管控严格程度呈现很好地正相关。但是1980-2015年间重要生态空间面积比例均有所减少,减少幅度与管控严格程度没有表现出正相关。(2)从植被生态协同管控成效来看,植被覆盖总体呈现出自东向西逐步降低的特点,与东部分布有重点生态功能区和森林类自然保护区、西部分布较多的湿地类自然保护地的空间特征一致。但是,由于湿地及水域类型自然保护地面积占比较高,且分布在吉林西部草原和平原区的面积比例较高,自然保护地的年际变化较大、且植被覆盖稳定度低于重点生态功能区。(3)从水源涵养功能协同管控成效来看,水源涵养能力呈现出东部和西部高、中部低的特点,与这两个区域主要分布有森林、草地和湿地等重要生态空间密切相关,也与分布着大面积的重点生态功能区和各类自然保护地密切相关。自然保护区的水源涵养能力最高,且年际变化最小、稳定性最高。

基于多特征指标和层次聚类分析的河源区范围自动划分方法研究

河源区边界是重要的国家基础地理信息之一,但除长江、黄河等大江大河外的我国大部分其他中小流域仍缺乏确切的河源区边界信息,需要科学划定河源区边界以支持流域水生态保护相关政策的规划与实施。对此,本文在确立河源区划分原则、明确划分依据的基础上,提出了基于多特征指标和层次聚类分析法的河源区边界划定方法。以沁河流域为研究案例,首先利用均值变点分析法计算沁河流域子流域提取的最佳汇流累积量分位数阈值为0.15%,再基于子流域的多特征指标运用层次聚类分析法最终确定河源区范围边界,并将该方法应用于长江、黄河流域进行验证分析。结果表明:(1)基于多特征指标和层次聚类分析提取的沁河流域河源区范围处于河底比降法、水文站点方法得到的源区范围面积之间;(2)该方法在长江、黄河流域河源区划分结果的交并比分别达到85.40%和79.99%,侧面验证了本文方法进行河源区边界划分的合理性与适用性。基于多特征指标和层次聚类分析的河源区边界自动划分方法可以简捷高效地识别缺乏明确河源区边界信息的流域河源区范围,为我国河源区生态安全屏障识别、水资源保护相关政策的规划和实施提供科学支撑。

桂林市典型喀斯特区湿地生态网络研究

利用景观指数和最小累积阻力(Minimum Cumulative Resistance,MCR)模型,采用形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA)方法,研究了桂林市典型喀斯特区的湿地破碎度、形态格局和生态网络。研究结果表明,除了河流以外,研究区其它类型湿地破碎程度较高,河流的生态连通作用显著;从形态学的角度看,桂林市的湿地核心区主要分布于中部和南部的临桂区、荔浦市、阳朔县、平乐县和恭城瑶族自治县,湿地缓冲区较大,核心区不易被破坏,但是湿地景观要素的内、外连接都较差,生物踏脚石不足,应该加强对生态廊道的重视和保护;桂林市湿地生态廊道主要连通东北部、中部和东南部,中部丰富的湿地资源和廊道对南部和北部的湿地连通起到良好的作用,中部湿地生态网络主要受城市建设用地扩张的威胁;南部湿地的聚集度较高,生态廊道连接性较好,使南部湿地与中部湿地能较好地连通;受喀斯特石山地貌的影响,北部湿地的破碎程度较高,生态廊道的连接性较差;提出了桂林市湿地生态网络优化的建议。