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基于神经网络模型的干旱区绿洲土壤盐渍化评价分析 总被引：1，自引：0，他引：1
土壤盐渍化严重制约了农业可持续发展和生态安全,土壤盐渍化的精确评价分析,对土壤盐渍化的改善和治理具有重要的意义。本文以新疆焉耆盆地为研究对象,Landsat8 OLI遥感影像和实测采样数据相结合,提取地下水埋深（GD）、盐分指数（SI）、地表蒸散量（SET）和改进型温度植被干旱指数（MTVDI）建立了土壤盐渍化评价模型。结果表明：①结合野外实测土壤盐分数据,对BP神经网络模型进行训练。最终以最优的4-4-1结构的3层BP神经网模型对研究区土壤盐渍化进行了预测（R2=0.864,RMSE=0.569）。相比传统多元线性回归模型（R2=0.741,RMSE=0.767）,神经网络模型对土壤盐渍化的预测精度更高;②土壤盐渍化分布与GD、SI、SET和MTVDI等存在较强的关联性,不同等级的土壤盐渍化是不同影响因素不同程度上组合而引起的结果,盐渍化土地主要分布在地下水位较低以及土地开垦之后没有利用的荒地区域;③整个研究区大部分区域受到不同程度的盐渍化影响,耕地退化为盐渍地导致该区域土壤盐渍化以及土壤次生盐渍化进一步加剧。 相似文献
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时空融合技术是目前解决单一遥感数据源难以同步获取高时空分辨率数据的有效途径。然而,如何设置参数使模型融合效果最佳,如何设置在植被监测中广泛应用的植被指数的融合步骤,进而获得最佳的植被指数时序数据,目前仍不明晰。本文以长江中下游平原地区的典型县域—南昌县为例,基于Landsat和MODIS多时相数据对当前主流时空融合模型—ESTARFM （Enhanced Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model）进行参数敏感性分析,并系统地对比分析了2组融合实验RI（先融合波段反射率后计算植被指数）和IR（先计算植被指数后直接融合）的融合效果。结果表明： ① ESTARFM算法中参数的敏感性在波段反射率、植被指数融合中表现出相似的特征,随着滑动窗口与相似像元数量的增大,融合误差整体呈现出先减小后趋于稳定或增大的趋势;在ESTARFM算法应用中,存在着最佳参数设置范围;② 相较于RI组,IR组模拟结果精度更高（R2RI-NDVI=0.866,R2IR-NDVI=0.953,R2RI-EVI =0.814,R2IR-EVI =0.930）,且能够较好地削弱“斑块”现象,更好地表征出细小地物和纹理特征。研究结果为遥感数据时空融合模型在地块破碎、种植制度多变的复杂环境中的应用提供借鉴和参考。 相似文献
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有利气象条件之后的静风期,极大降低了PM2.5跨区域传输的影响,能够揭示本地源的排放状况。本文尝试性引入了静风期污染物分布揭示本地源排放特征的概念,提出了一种基于遥感数据的PM2.5排放清单空间精细化方法：首先,利用 MODIS MCD19A2反演的ChinaHighPM2.5数据,构建高时空分辨率PM2.5数据融合方法;然后,构建唐山市有利气象条件之后的静风期污染物遴选方法（合理风向和风速：有利气象条件为东风,地面10 m高度风速大于3 m/s,其他风向,持续的较大风力5~10 m/s;静风期风速小于1.5~2.0 m/s）;其次,基于遴选的静风期PM2.5数据分配MEIC清单中的PM2.5总排放量,同时对比传统插值方法：基于GDP、人口密度、路网、土地利用类型数据,实现清单各污染源PM2.5的1 km×1 km空间分配;最后,利用WRF-CMAQ模拟数据和地面台站实测数据进行真实性检验。研究结果表明：① PM2.5数据填补融合方法能够有效提高PM2.5监测数据的时空分辨率,且与地面监测值显著相关（R2=0.94,RMSE=4.64 µg/m3,NMB=2%,NME=7%）;② 引入有利气象条件后的静风期概念,提出了静风期污染物的遴选方法,有效降低了PM2.5跨区域传输的影响,更好地反映了本地源排放的空间分布特征;③ WRF-CMAQ模拟方法的精度验证结果表明,该方法较传统面积插值法NME降低7%,NMB降低10%,RMSE降低1.54 µg/m3,R2提高11%。该方法为排放清单的空间精细化提供了新的研究思路。 相似文献
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芒萁是南方红壤侵蚀区生态恢复重要的地带性草本植物,对生态系统修复具有重要作用,监测其叶绿素含量能有效诊断生长健康状况。本文以福建省长汀县朱溪流域6个不同生态恢复年限下的芒萁叶片高光谱反射数据以及实测叶绿素含量为数据源,借助高光谱遥感技术分析不同恢复年限芒萁叶片原始光谱特征,筛选出光谱敏感波段并构建光谱指数,基于相关性分析,建立芒萁叶绿素单变量以及多元逐步回归模型,并确定最佳估算模型。结果表明：高光谱指数建立的单变量估算模型中,改进红边归一化植被指数（mNDVI705）、叶面叶绿素指数（LCI）、红边指数（Vog）、比值光谱指数（RVI603/407）、NDVI[603,407]高光谱指数建立的二次模型精度高,建模决定系数R2均超过了0.8,其中以高光谱指数为自变量建立的多元回归模型拟合R2值（0.886）最高。综合建模精度和模型验证精度,LCI指数构建的单变量模型以及基于高光谱指数的多元回归模型是估算芒萁叶片叶绿素含量最佳模型。本研究建立的叶绿素高光谱估算模型对快速、无损地监测水保植物芒萁生长具有重要意义。 相似文献
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气象变量常作为重要的影响因子出现在环境污染、疾病健康和农业等领域,而高分辨率的气象资料可作为众多研究的基础数据,对推进相关研究的发展意义重大。本文以中国大陆为研究区域,利用2015年824个气象站点的气温、相对湿度和风速3套数据,结合不同的解释变量组合,分别构建了各自的GAM和残差自编码器神经网络（简称残差网络）模型,以10倍交叉验证判断模型是否过拟合。研究结果表明：① GAM和残差网络方法都不存在过拟合问题,同GAM相比,残差网络显著提高了模型预测的精度（3个气象因素的交叉验证CV R2平均提高了0.21,CV RMSE平均降低了37%）,其中相对湿度模型的提升幅度最大（CV R2:0.85 vs. 0.52,CV RMSE:7.53% vs. 13.59%）;② 残差模型的结果较普通克里格插值结果和再分析资料更接近站点观测数据,表明残差网络可作为高分辨率气象数据研制的可靠方法。此外,研究还发现在相对湿度模型中加入臭氧浓度和气温、在风速模型中加入GLDAS风速再分析资料,可提升模型的性能。 相似文献
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同化叶面积指数和蒸散发双变量的冬小麦产量估测方法 总被引：1，自引：0，他引：1
同化遥感信息到作物生长过程模拟模型,是估测区域作物产量的重要方法之一。同化变量的选取对同化结果精度至关重要。本文在标定WOFOST作物模型参数的基础上,优化了WOFOST模型的默认灌溉参数。利用ET和LAI作为同化变量,分别构建了时间序列趋势信息的代价函数和四维变分代价函数;采用SCE-UA算法最小化代价函数, 重新初始化WOFOST模型初始参数——作物初始干物质重、作物35 ℃生命期和灌溉量。最后利用MODIS LAI产品（MCD15A3）、MODIS ET产品（MOD16A2）,同化到作物模型估测产量,并对比分析了水分胁迫模式下同化单变量（ET或LAI）和同化双变量（ET和LAI）的估产精度。结果表明：同化双变量ET和LAI的策略,优于同化单变量LAI或ET,双变量策略的冬小麦产量估测精度为R2=0.432,RMSE=721 kg/hm2;单独同化高精度LAI对提高估产精度具有重要作用,其冬小麦产量估测精度为R2=0.408,RMSE=925 kg/hm2;单独同化ET的趋势信息改善了WOFOST模型模拟水分平衡的参数,但是,产量估测精度（R2=0.013,RMSE=1134 kg/hm2）与模型模拟估测产量精度（R2=0.006,RMSE=1210 kg/hm2）相比改善效果有限。本研究为其他区域的遥感数据与作物模型的双变量数据同化的作物产量估测研究提供了参考价值。 相似文献
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青藏高原的降水量预测不仅为该地区水资源合理规划利用提供依据,同时对中国及周边国家气候变化研究有着重要的意义。论文利用1990—2016年青藏高原降水量数据,采用长短期记忆神经网络（LSTM）对青藏高原月降水量进行预测,主要包括：① 使用青藏高原86个测站1990—2013年的月降水资料,预测各个测站2014—2016年的月降水量,并与传统的RNN、NAR、SSA和ARIMA预测模型相比,平均决定系数R2分别提高了0.07、0.15、0.13和0.36,均方根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）表现更低;② 分析了降水量预测精度的空间分布特征,将各模型的R2在青藏高原地区内插值,分析R2的空间分布特征,发现所有模型降雨稀少的干旱地区和降雨多的湿润地区R2较低,在气候稳定、降水规律性明显的地区R2较高,且LSTM模型R2≥0.6的空间范围远大于传统模型;③ 分析了不同预测长度对各模型预测精度的影响,发现所有模型会随着预测长度增加而预测精度降低,但在不同的预测长度下LSTM预测的RMSE值都低于其他模型。 相似文献
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为提高海水入侵地区土壤盐分的监测效率,以潍坊北部地区作为研究区,利用高光谱测量技术野外实地测量,获得高光谱数据,并对该区域土壤盐分高光谱数据进行分析,获得土样盐分含量相关数据,与光谱数据结合分析。通过分析各类离子与全盐量之间的相关关系,分析潍北地区土壤盐分的离子构成与离子的相关来源。对高光谱原始测量数据进行包络线去除、变换,选取特征波段、一阶二阶微分变换等提高模型精度,建立高光谱数据与土壤盐分数据之间的逐步回归模型,并对模型进行精度检验,对比各类模型检验结果,分析各类离子对高光谱数据的响应效果。其中,光谱数据一阶微分变换后的逐步回归模型对土壤中K+Na+估算精度较高,R2=0.894且均方根误差最小,精度较高,可为该地区的高光谱土壤盐分监测提供有力的数据分析结果。 相似文献
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以实验室制备的5个不同粒径水平的土壤样本和室内高光谱数据为基础,通过对光谱数据进行重采样、数学变换等预处理并进行单因素方差分析、相关性分析和回归分析,探讨土壤粒径的高光谱特性,建立了光谱数据预测土壤粒径的校正模型。结果表明,土壤粒径对反射光谱有显著的影响,波长越长影响越大;在全波段范围内土壤粒径和光谱数据都呈负相关关系,对原始光谱数据进行微分变换能增加其与土壤粒径的相关性;以反射率一阶微分建立的回归模型为反演土壤粒径的最佳模型,其建模决定系数■、预测决定系数■、预测相对偏差RPD分别为0.666,0.653,2.043,预测均方根误差RMSE为0.175。 相似文献
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由于OLS传感器航行过程中增益记录和交叉定标的缺失,使得DMSP夜光影像在城市中心出现过度饱和等问题,因此探讨灯光数据去饱和方法在人类活动强度评估和城市时空演化分析等方面具有重要意义。为了解决这一难题,有学者提出使用NDVI修正饱和灯光数据的VANUI指数,为研究灯光数据去饱和提供了简单便捷的思路,然而该指数在部分城市中较难有明显的校正效果。本文在VANUI指数思想的基础上,顾及到人口密度随着郊区到城市中心距离的增加呈现指数型增长,提出了基于复合指数模型校正夜间灯光指数CEANI,为人类活动强度评价等研究提供更准确的结果。研究表明:① 与VANUI相比,CEANI在刻画城市内部饱和区域特征时具有更好的细节,较好地凸显城市内部空间异质性;② 在25组随机样本的相关对比中,CEANI（R2mean=0.79）与辐射定标产品比VANUI（R2mean=0.68）具有更高的相关性;③ 三大城市群中CEANI与常住人口的R2分别为0.767、0.676和0.841,比VANUI（R2分别为0.640、0.553和0.775）分别提高了0.127、0.123、0.066,相较于VANUI,CEANI与常住人口具有更强的相关性,对于人口指标的估算能力更强。 相似文献
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近年来日益严重的登革热疫情已在中国南部地区形成疫情高发区,并对中国的公共卫生安全形成了一定的威胁。登革热主要受到区域内复杂的自然环境条件以及社会经济因素的影响,而利用地理空间分析方法和模型探究登革热疫情的影响因素,并对其未来流行风险的空间分布进行模拟,是有效开展登革热预防控制工作的重要基础。本文收集了珠江三角洲地区2010-2014年的登革热病例资料和土地利用、人口密度两种社会经济要素数据,构建土地利用回归（LUR）模型以分析登革热疫情与不同空间范围内的土地利用和人口密度之间的关系,并结合SLEUTH模型获取的2030年土地利用数据以及基于人口密度预测模型获取的2030年人口密度数据,预测珠江三角洲地区2030年登革热疫情风险的空间分布。结果表明,社会经济要素对登革热疫情空间分布的影响在不同范围内存在差异,半径分别为10、7、10、2和1 km的缓冲区内的人口密度、草地、城镇用地、林地和耕地进入LUR模型并对疫情有显著的影响（相关系数分别为0.779、-0.473、0.818、-0.642和-0.403）,所构建的LUR模型效果较好（调整R2为0.796,F=390.409,P<0.01）,留一交叉检验结果显示模型的相对均方根误差为0.7046,预测值与实测值的拟合精度达到0.7101。2030年城市空间扩展的区域主要分布在深圳、东莞以及广佛的交界地区,而登革热风险预测模型表明2030年登革热疫情风险较大的区域与珠江三角洲城镇用地占比、人口分布较高的地区有高度的一致性,尤其是广佛地区。因此,LUR模型可以较好地预测登革热疫情的空间分布,从而为当地卫生部门防控登革热提供方法支持。 相似文献
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《山地科学学报》2020,17(9):2214-2223
Soil moisture is essential for plant growth in terrestrial ecosystems. This study investigated the visible-near infrared(Vis-NIR) spectra of three subgroups of purple soils(calcareous, neutral, and acidic) from western Chongqing, China, containing different water contents. The relationship between soil moisture and spectral reflectivity(R) was analyzed using four spectral transformations, and estimation models were established for estimating the soil moisture content(SMC) of purple soil based on stepwise multiple linear regression(SMLR) and partial least squares regression(PLSR). We found that soil spectra were similar for different moisture contents, with reflectivity decreasing with increasing moisture content and following the order neutral calcareous acidic purple soil(at constant moisture content). Three of the four spectral transformations can highlight spectral sensitivity to SMC and significantly improve the correlation between the reflectance spectra and SMC. SMLR and PLSRmethods provide similar prediction accuracy. The PLSR-based model using a first-order reflectivity differential(R ?) is more effective for estimating the SMC, and gave coefficient of determination(v2), root mean square errors of validation(RMSEV), and ratio of performance to inter-quartile distance(RPIQ)values of 0.946, 1.347, and 6.328, respectively, for the calcareous purple soil, and 0.944, 1.818, and 6.569,respectively, for the acidic purple soil. For neutral purple soil, the best prediction was obtained using the SMLR method with R ? transformation, yieldingv2,RMSEV and RPIQ values of 0.973, 0.888 and 8.791,respectively. In general, PLSR is more suitable than SMLR for estimating the SMC of purple soil. 相似文献
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基于我国首颗全极化雷达卫星高分三号（GF-3）和Landsat8数据,研究浓密植被覆盖地表土壤水分反演方法。为了提高浓密植被覆盖地表土壤水分反演精度,首先利用PROSAIL模型、实测植被参数及Landsat8光学数据分析了8种植被指数与植被冠层含水量的相关性,从中优选出归一化差异水指数（NDWI5）用于反演植被冠层含水量,并通过分析植被含水量和植被冠层含水量的关系,构建植被含水量模型;然后结合植被含水量反演模型和简化MIMICS模型校正了植被对雷达后向散射系数的影响,最后基于AIEM建立裸土后向散射系数模拟数据集,发展一种主动微波和光学数据协同反演浓密植被覆盖地表土壤水分模型,并以山东省禹城市为研究区,实现了玉米覆盖下HH、VV和HH+VV 3种模式土壤水分反演。实验结果表明： ① NDWI5为最佳植被指数,对于去除植被影响有较好效果;② 基于此方法,利用GF-3和Landsat8卫星数据反演得到的土壤水分具有较高的精度;③ 相比HH和VV两种极化模式,HH+VV双通道模式对土壤水分反演结果更好,决定系数（R2）为0.4037,均方根误差（RMSE）为0.0667 m 3m -3。 相似文献
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植物生长季的变化反映了全球气候变化对生态环境的影响。本研究以2000-2006年间MODIS-NDVI影像数据集,使用TIMESAT软件从归一化植被指数（NDVI）时间序列中,分别提取福建省不同森林植被的生长季开始日期（Start of Season,SOS）、生长季结束日期（End of Season,EOS）和生长季长度（Length of season,LOS）等物候参数,并与全省尺度的气温与降水量进行相关分析。结果表明：不同森林类型NDVI与当月月均气温之间具有较显著的相关性（R2为0.72-0.79,p<0.01）,同期温度变化对植被生长的影响相对于降水量更重要;而植被生长对降水量的响应存在大约2个月的时滞效应（R2为0.54-0.75,p<0.01）,说明前期的降水累积对于后续植被生长有较显著影响。福建省森林植被生长季持续时间约213~223 d,开始于每年4月初到4月中旬（第98~103 d）,结束于11月中旬前后（第316~321 d）。其中,南亚热带森林生长季长于中亚热带森林,相同气候条件下的阔叶林生长季时间略长于针叶林。另外,春季（2-4月）气温变化是导致福建省内2个气候带森林生长季开始时间、生长季结束时间及生长季长度变化的关键因素,而伴随春季温度升高,植被生长季开始时间提前（R2为0.83,p<0.01）,同时生长季长度延长（R2为0.80,p<0.01）。7 a间,生长季持续时间呈现微弱延长趋势,总体延长幅度为2.4~3.1 d。 相似文献
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川东北地区飞仙关组发育碳酸盐岩储层, 是普光气田天然气的主要产出层位。在飞仙关组四段的划分中, 前人研究对飞一段与飞二段间是否存在不整合面这一问题有较大争议。对普光地区现有的4口钻井开展了岩心观察, 在飞一-飞二段中部发现了岩溶角砾段, 且在该段上下发现了一定的岩性分界面。飞一段底部为细晶白云岩, 而飞一段顶部至飞二段开始发育鲕粒及模铸孔。采取PG104-1井岩心样品并进行了碳氧同位素测试, 其碳同位素值普遍正偏, 而氧同位素值均大于-5‰, 指示相关流体为大气淡水流体, 说明岩溶角砾段底部经历了一定时间的暴露, 沉积间断发育。综合界面上下出现的碳氧同位素差异, 模铸孔的出现及消失以及测井曲线的变化等因素, 认为飞一段与飞二段的界限可以由因准同生岩溶而发育的岩溶角砾段划分并表征。 相似文献
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随着中国城市化进程的加快,城市人口的大规模集聚带来了住房紧张的问题,房价政策制定的时效性与正确性也时刻吸引着社会的关注,因此在微观尺度下对房价进行精细化制图变得愈发重要。由于数据可获取性和现有模型精度的限制,目前已有研究均较少涉及微观尺度。本研究通过将房价数据和遥感影像相融合,构建了一种基于卷积神经网络（CNN）和随机森林（RF）的遥感影像挖掘模型,以实现在不考虑其他数据的情况下,精确、合理地进行房价的微观尺度制图。本文以武汉市作为研究区,在仅有房价数据和遥感影像的情况下,利用本文所构建的模型成功得到武汉市中心城区5 m精度的精细房价图。此外,还利用其他数据源以及挖掘技术与本文所构模型进行了对比分析。结果显示,本文所构建的模型获得了最高的房价模拟拟合优度（R2=0.805）,相比传统方法中的最高拟合优度（R2=0.653）其精度提升了23.28%,其制图结果可为政府部门规划决策及武汉市经济分布研究提供基础支撑。 相似文献
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基于机器学习的参考作物蒸散量估算研究 总被引：2，自引：0，他引：2
参考作物蒸散量（Reference Evapotranspiration, ET0）的准确估算对区域水资源管理和分配、流域水量平衡以及气候变化等研究具有重要作用。新疆地处我国西北干旱地区,水资源供需矛盾尖锐,精确估算该地区的ET0有助于其科学合理地调配水资源,缓解水资源供需压力。FAO推荐的Penman-Monteith法是计算ET0的标准方法,但该方法需要多项气象因子,而新疆地区气象站点较少且分布不均,精确完备的气象数据在新疆大部分区域难以获取。因此,如何使用有限气象因子获取高精度的ET0在新疆地区备受关注。本文基于中国气象数据网提供的新疆地区1980—2019年的地面气候资料日值数据集,在日和月尺度下,通过对最高气温Tmax、最低气温Tmin、平均气温Tavg、风速U2、相对湿度RH和日照时数n共6项气象因子进行敏感性分析,形成不同的气象因子组合;然后使用SVM、RF、GBDT和ELM 4种机器学习算法,以FAO-56 PM计算值为标准值,对新疆地区的ET0进行了拟合建模;最后,从拟合精度、稳定性和计算代价3个方面对模型进行评价。研究表明：① 在新疆地区,ET0对RH、Tmax和U2敏感系数级别为高,平均敏感系数分别为-0.516、0.283和0.266;n为中等,平均敏感系数为0.124;Tmin和Tavg为低,平均敏感系数分别为-0.016和-0.003;② 在日尺度,各算法在RH、Tmax、U2和n这4项气象因子为输入时精度较高（RMSE<0.5 mm/day,R2>0.95）,可对ET0进行精确估算;在月尺度,各算法使用RH、Tmax和U2这3项参数便可对ET0进行精确估算。SVM和GBDT这2种算法在日尺度和月尺度都有较好的适用性,可在相应尺度下使用较少气象因子替代FAO-56 PM公式对ET0进行估算。 相似文献