近40 a内蒙古冬旱时空演变特征

冬季干旱是制约内蒙古冬季畜牧业生产的主要干扰因子之一,定量表征其时空变化特征和发展规律对防灾减灾、保障农牧业健康发展具有重要意义。利用1980—2021年冬季(10月—翌年3月)ERA5-Land再分析气象数据,计算1个月和6个月时间尺度的标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI),采用趋势分析、时空热点分析等方法,分析内蒙古全区和五种主要植被类型区冬季干旱演变特征。结果表明:(1)近40 a内蒙古冬季整体SPEI呈现下降趋势,干旱化现象在不同植被和月份中表现不一,也有少数植被和月份趋于湿润化。(2)内蒙古地区冬季干旱的时空热点变化模式主要表现为:振荡的热点、振荡的冷点和未检测到模式。具体从季节和月时间尺度来看,冬旱热点主要集中在内蒙古中部和西部的大部分地区,以及东部的兴安盟和通辽市,即这些区域冬旱现象呈现加剧的趋势。(3)在干旱频率与频数统计方面,轻度冬旱事件发生频率最高,而荒漠草原和隔壁荒漠地区是发生冬旱事件最为频繁和严重的区域。

基于吉林一号卫星数据的荒漠草原植被覆盖度遥感反演研究

本文基于吉林一号遥感卫星高空间分辨率数据,选择适用于荒漠草原的NDVI、MSAVI、RVI和PVI四种植被指数,结合地面调查数据,对牧户尺度植被覆盖度进行反演模型的构建和验证。通过对比分析得出,基于MSAVI反演模型优于NDVI、RVI和PVI;其中,4 × 4 m样方拟合精度最高,EA为48.49%,优于1 × 1 m和2 × 2 m样方。

基于野外在线多角度光谱仪的荒漠草原植被光谱特征分析

植被的光谱反射曲线特征区别于土壤、水等其他物质,密切关系于本身的生理性状表现。由于对冠层植被进行俯视与侧视时的入目效果不一致,实际角度原因会导致传感器获得的覆盖度信息产生误差。以内蒙古四子王旗荒漠草原植被为研究对象,利用自主设计组装的野外在线多角度光谱仪,开展草原植被多角度实时观测试验。并结合归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、优化型土壤调节植被指数(OSAVI)以及光化学植被指数(PRI)共4种指数进行多维的数据比较。分析了不同传感器观测角度(SVA)和不同太阳高度角(SEA)下的草地生理性状光谱多样性三者间的关联特征。研究发现,传感器观测角越大,不同波段冠层反射率的日内变化程度越弱,表现出明显的观测角度差异性和角度敏感程度差异性,当传感器观测角(SVA)在75°附近或垂直向下观测时,植被的反射率日变化标准差较小。在固定传感器观测角度的情况下,植被的反射率与太阳高度角呈正相关关系。同样,不同植被指数的角度效应也存在差异,OSAVI指数在传感器观测角(SVA)为45°时表现最为敏感,不同月份都出现了最低值这一特征,PRI指数的最大值均出现在传感器观测角(SVA)为60°位置以下。同时发现,针对不同的太阳高度角(SEA)并基于所观测植被所处的不同生长期而选择一定传感器观测角度更有利于获得有效且精确的数据。野外在线多角度光谱仪观测结果旨在为卫星影像产品矫正、植被遥感精准监测、草原生物量的准确估算等方面提供科学数据支撑。

基于激光雷达和遥感数据的2021年春季两次跨境沙尘暴过程对比研究

沙尘暴通过远距离输送影响下风地区的空气质量,对生态环境及社会经济造成严重危害。本文利用高时空分辨率遥感卫星Hiamwari-8数据、SYNOP沙尘天气数据与HYSPLIT模式对2021年3月15日与3月27日的两次强沙尘暴的源地及其发展变化进行识别,结合气象数据与激光雷达探测技术分析中蒙边境地区跨境沙尘过程中气象要素变化情况与沙尘垂直分布特征。结果表明:3月15日沙尘暴过程持续时间更长,垂直分布高度更高,风速更大,而3月27日沙尘暴影响范围更广,对阿巴嘎旗站点造成的空气污染更严重,能见度更低。空间上,两次沙尘暴均起源于蒙古国西部,向东南方向输送影响蒙古国、中国北方地区(特别是内蒙古和京津冀地区)、朝鲜、韩国等地,3月27日的沙尘事件除上述地区甚至波及日本;时间上,3月15日沙尘暴持续时间更长,对下游地区的影响时间更久;沙尘气溶胶垂直分布上,激光雷达测量显示3月15日的沙尘气溶胶垂直分布高度最高达1.7 km,比3月27日沙尘气溶胶垂直分布高0.3 km;污染程度方面,沙尘事件期间近地面PM10最高浓度分别达到300 µg/m3、750 µg/m3,最低能见度分别为3.7 km、0.7 km,对能见度造成显著影响;激光雷达探测得到的消光系数与颗粒物浓度具有良好的一致性,可以反映气溶胶颗粒物浓度变化特征。

基于无人机遥感和深度学习的布氏田鼠洞群识别

草原鼠害是典型的次生灾害,是草原退化引起的一种生物灾害,发生后不仅加剧草原退化程度,也会引起鼠疫等极度危险的传染病。因此,精确、及时监测鼠害状态对防治鼠害、草原退化工作具有重要实际意义。以内蒙古呼伦贝尔和锡林郭勒草原区发生的布氏田鼠灾害区为例,通过野外实地调查,采集了5个不同生境区无人机正射影像,分析每个区域布氏田鼠洞群结构和影像特征,并采集和建立样本库,分别构建深度学习(SSD、RetinaNet、YOLOv3和Faster R-CNN)识别模型,进行了布氏田鼠洞群识别。结果表明:Faster R-CNN模型在准确率上表现出更高的可靠性,其mAP达到了84.4%;SSD模型效果最弱,mAP只有45.4%,但在检测速度上较快。因此,可采用Faster R-CNN模型作为布氏田鼠洞群识别模型的核心算法。

基于Unity3D平台的三维可视化校园系统开发研究

虚拟现实技术和三维建模技术是虚拟校园建设的主要技术。以内蒙古师范大学赛罕校区为研究区域,利用GIS、遥感、三维建模技术、图像处理等技术进行了三维建模,全面、详细、生动地描绘出了校园的三维场景。结果表明,Unity3D平台开发出的系统具备较好的开发接口,体现较强的直观性和跨平台性等特点,为用户提供了优越的体验和视觉效果。

基于ArcEngine的城市房价评估系统的设计与实现

以满足房地产行业中房价的快速评估为目的,研究了基于ArcEngine的城市房价评估系统.以内蒙古包头市为研究区,在介绍系统数据构成基础上,制定了房产估价原则,建立了房价估算模型.并以Visual Studio 2010开发环境下的C#语言对ESRI的ArcEngine开发组件进行二次开发.系统开发的整个过程包括:系统数据的处理、数据库的建立、系统框架结构设计、系统主要功能实现.该系统的实现证明了GIS的空间分析能力在房价评估中的良好应用效果.同时,系统也为房地产行业的空间信息化发展、相关部门的房价宏观预测、二手房选购者对房屋价格的评判、地理信息系统的市场应用等方面提供信息支撑.

草原承包经营权证的设计研究

1997年内蒙古自治区人民政府,为划分草牧场的农牧民颁发了草原承包经营权证,维护了农牧民承包草原的合法权益。但是当时的测量仪器落后、技术力量薄弱、使用的方法手段不统一,草原承包经营权证的内容不太专业,缺少很多关键内容,导致农牧民草牧场界线出现了纠纷问题,管理部门也很难调节,严重影响畜牧业的正常发展,文章介绍了在管理学、3S技术、计算机技术的基础上设计的新版草原承包经营权证,为今后草原承包经营权证的升级做参考。

鄂尔多斯市城镇化与生态环境耦合关系研究

本文以内蒙古自治区鄂尔多斯市为研究对象,利用《鄂尔多斯市统计年鉴》统计2005~2016年城镇化和生态环境统计数据并建立指标体系,通过耦合协调度模型进行鄂尔多斯市城镇化和生态环境是否失衡的分析.结果表明鄂尔多斯市城镇化发展水平增长趋向明显,从2005年0.1563提高到2016年0.8287;生态系统发展水平从趋势上看虽然也在不断上升,但治理环境的水平仍有待提高;二者的发展水平曲线变化整体相似.耦合协调度呈上升走向,由“低度协调——低水平耦合”转变为“高度协调——磨合阶段”,协调性有待进一步提高.研究成果可为鄂尔多斯市后续城镇发展和环境保护提供数据参考和理论支持.

内蒙古四子王旗干旱变化特征及与植被覆盖关系研究

本文基于1961年-2018年四子王旗地面降水和气温日值0.5°×0.5°格点数据集(V2.0),计算该区域23个网格点标准降水蒸散指数(SPEI),并且运用森式斜率法分析了研究区干旱空间分布情况,运用2000年-2018年ModisNDVI数据,利用像元二分法模型计算了植被覆盖度,分析研究区生长季植被覆盖度的变化情况.最后利用相关性分析方法进一步研究干旱和植被覆盖之间的关系.研究表明:(1)四子王旗地区1961年-2018年整体上SPEI为下降趋势,但2000年-2018年在SPEI年际变化上呈现上升趋势,干旱情况有所改善.(2)2000年-2018年生长季植被覆盖度整体上呈现上升趋势.(3)2000年-2018年来SPEI与DNVI呈现较好的正相关关系,63.9%区域SPEI与NDVI呈正相关关系.本文的研究结果表明干旱对植被覆盖情况有较大影响.

基于C#手机卡余额批量查询系统设计与实现

在Microsoft Visual Studio.NET环境下,以C#作为开发语言,实现了无人气象站、区域自动气象站、土壤水分站等手机卡卡费余额的批量查询。用户借助Web平台可以实时查询各类设备手机卡余额情况,对于卡费余额不足设定值的手机卡,系统将自动发出短信提醒台站管理员及时充值。

基于无人机高光谱遥感的典型草原退化指示种识别

利用无人机高光谱遥感数据技术快速、准确地提取典型草原植被类型,对动态监测草原生态安全具有重要的意义。为此,在退化较严重的白音锡勒牧场典型草原区,采集了空间分辨率为1.8 cm、光谱分辨率为4 nm,共有125个波段(450~950 nm)的高光谱影像。选主要退化指示种—冷蒿为识别目标,经微分变换和包络线去除等光谱变换处理,进行光谱特征差异分析发现冷蒿与其他绿色植被和背景土壤在500、550、670 nm处有明显的光谱差异,因此选择以上3个波段作为特征波段,构建了支持向量机(SVM)和随机森林(RF)的退化指示物种识别模型,并进行了精度验证。结果显示:SVM和RF的识别精度分别为96.92%和97.34%,Kappa系数分别为0.95和0.96。从结果可知,随机森林模型的识别精度更高,退化指示种的像元空间分布更接近自然状况,可以为监测典型草原退化指示种提供技术支持。

东亚沙尘区域时空变化特征分析

沙尘天气是东亚地区常见的灾害性天气之一,强沙尘天气的发生不仅导致建筑物倒塌、人畜伤亡、植被破坏,还会导致火灾、空气污染等环境问题,对人体健康、社会经济活动及其全球沙尘循环产生重要影响。然而从东亚地区沙尘天气在长时间序列区域特征角度上系统分析的研究较少。基于此,本文利用1981—2019年东亚地区697个地面气象站点沙尘数据,分析了其区域时空分布特征。结果表明:空间上,东亚沙尘天气集中在位于内陆干旱区的蒙古国和中国西北地区,其中弱沙尘天气集中在中国北方地区,而强沙尘天气则集中在蒙古国。月变化上,东亚沙尘天气集中在春季(3—5月份),在相对低纬度的中国青藏高原北麓沙尘天气3月份最多,位于中纬度的中国北方大部分地区4月份最多,而较高纬度的哈萨克斯坦东部和蒙古国5月份最多。年际变化上,40a间东亚沙尘呈减少趋势,尤其是在2000年之后多项生态工程的有效实施下中国北方大部分区域沙尘天气显著减少,但近几年内蒙古中西部地区强沙尘天气呈增长趋势;在生态环境较脆弱的蒙古国和塔克拉玛干沙漠等区域弱沙尘天气和强沙尘天气均呈增长趋势。本研究对准确地掌握东亚沙尘分布特征和防范沙尘灾害具有重要意义。