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基于InVEST模型的水源涵养功能评价的时空变化——以兰州市为例

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干旱区地理 2024年第9期47卷 1518-1529页

作者：石莹别强苏晓杰李欣璋兰州交通大学测绘与地理信息学院甘肃兰州730070 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心甘肃兰州730070 甘肃省地理国情监测工程实验室甘肃兰州730070

“四水四定”背景下,科学地量化评估水源涵养能力是保障社会经济高质量发展和对生态环境有效保护的基础。生态保护重要性评价作为“双评价”重要组成部分,对农业生产和城市建设等评价起指导作用。基于InVEST产水量模块利用地形指数、土... 详细信息

“四水四定”背景下,科学地量化评估水源涵养能力是保障社会经济高质量发展和对生态环境有效保护的基础。生态保护重要性评价作为“双评价”重要组成部分,对农业生产和城市建设等评价起指导作用。基于InVEST产水量模块利用地形指数、土壤饱和导水率和流速系数对其修正获得水源涵养量,定量评估2000—2020年兰州市水源涵养量时空演变,探讨土地利用类型变化对其影响,并划分水源涵养功能重要性等级。结果表明:(1)2000—2020年兰州市农田面积减少,其他土地利用类型面积均增加,其中草地增加最显著。(2)兰州市水源涵养量空间上呈现“高低相间分布”,多年平均单元水源涵养量15.42 mm,水源涵养总量2.03×10^(8) m^(3)。2000—2020年兰州市平均单元水源涵养量和总量增加,且增加幅度逐渐上升。(3)兰州市不同土地利用类型水源涵养总量依次为:草地>农田>林地>不透水面>裸地>灌木。其中,林地的平均单元水源涵养量最大,而草地的水源涵养总量最大。(4)2000—2020年兰州市水源涵养功能重要性一般重要和较重要地区面积减少,中度重要、高度重要和极重要地区面积增加。水源涵养功能评价和重要性分级可以为中国干旱区巩固现有退耕还林还草成果、推进生态文明建设、促进区域经济发展提供科学参考与指导。

关键词：兰州市 InVEST模型水源涵养土地利用变化

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基于时空谱约束的相似像素插值去云方法

遥感信息 2024年第2期39卷 135-145页

作者：苏晓杰别强石莹李欣璋兰州交通大学测绘与地理信息学院兰州730070 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心兰州730070 甘肃省地理国情监测工程实验室兰州730070

光学遥感影像不可避免会受到云的遮挡,导致影像应用性降低,遥感影像去云是近些年来的热门研究方向。插值算法利用一张或多张影像计算相似像素来重建缺失像素,但是最佳相似像素的确定和地物突变的高精度重建仍存在挑战。文章利用多时相... 详细信息

光学遥感影像不可避免会受到云的遮挡,导致影像应用性降低,遥感影像去云是近些年来的热门研究方向。插值算法利用一张或多张影像计算相似像素来重建缺失像素,但是最佳相似像素的确定和地物突变的高精度重建仍存在挑战。文章利用多时相影像时间相关性关系、空间关系和光谱关系,提出了基于时空谱约束的相似像素插值(SPISTS)的去云方法。该方法利用时域和谱域特征选择相似像素,并通过空间、时间相关性和光谱关系约束求得影像缺失值,最后通过正则化项对预测进行偏差改正。在3个不同地区进行实验并与加权线性回归(weighted linear regression,WLR)、时空加权回归(spatio-temporal weighted regression,STWR)、改进邻域相似像素插值(modified neighborhood similar pixel interpolation,MNSPI)结果进行比较。实验结果表明,该方法精度较高,能够减弱辐射差异带来的影响。

关键词：去云影像重建插值相似像素厚云无云影像

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黄河流域上游植被覆盖变化特征及其影响因素

干旱区研究 2024年第8期41卷 1385-1394页

作者：张宏伟别强石莹苏晓杰李欣璋兰州交通大学测绘与地理信息学院甘肃兰州730070 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心甘肃兰州730070 甘肃省地理国情监测实验室甘肃兰州730070

植被覆盖度能很好的反映流域生态状况,遥感技术为大规模、高效、精准地监测植被覆盖变化提供了重要手段。本文分析了2001—2020年黄河流域上游植被覆盖度时空变化特征,利用Hurst指数与Cv系数检验其持续性、稳定性,分析气候、地形和人口... 详细信息

植被覆盖度能很好的反映流域生态状况,遥感技术为大规模、高效、精准地监测植被覆盖变化提供了重要手段。本文分析了2001—2020年黄河流域上游植被覆盖度时空变化特征,利用Hurst指数与Cv系数检验其持续性、稳定性,分析气候、地形和人口对植被覆盖度变化的影响。结果表明:(1)植被覆盖度由东北向西南递增,69.25%区域呈增长趋势。稳定区域面积占总面积的73.79%,强持续性区域面积占比为66.49%。(2)植被覆盖度与降水正相关区域占比75.63%,与气温正相关区域占比39.28%。(3)植被覆盖度随着高程的增加先升高后下降,与坡度呈正相关,与坡向关系不显著。(4)植被覆盖度在人口密度为65~85人·km^(-2)与GDP为27000~37000元·km^(-2)时最高,人类活动对黄河流域上游植被覆盖变化呈现促进作用。研究结果为黄河流域上游生态高质量发展提供科学参考。

关键词：植被覆盖度时序变化影响因素黄河流域上游

太赫兹光谱在转基因菜籽油鉴别中的应用:基于改进蜉蝣算法的支持向量机模型

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物理学报 2024年第5期73卷 360-368页

作者：陈涛李欣桂林电子科技大学电子工程与自动化学院桂林541004

为实现对转基因和非转基因菜籽油的快速准确鉴别,结合太赫兹时域光谱技术,提出了一种基于改进蜉蝣优化算法的支持向量机模型.以两种转基因和两种非转基因菜籽油为研究对象,应用太赫兹时域光谱技术获取其光谱信息,发现相比于非转基因菜籽... 详细信息

为实现对转基因和非转基因菜籽油的快速准确鉴别,结合太赫兹时域光谱技术,提出了一种基于改进蜉蝣优化算法的支持向量机模型.以两种转基因和两种非转基因菜籽油为研究对象,应用太赫兹时域光谱技术获取其光谱信息,发现相比于非转基因菜籽油,转基因菜籽油在太赫兹波段具有更强的吸收特性,同时它们的吸收光谱极为相似,难以通过观察法进行准确区分.为此,提出一种基于改进蜉蝣优化算法的支持向量机模型,通过采用蜉蝣优化算法对支持向量机参数进行寻优,并引入自适应惯性权重和Lévy飞行两种策略改进蜉蝣优化算法在寻优过程容易陷入局部最优解的问题,增强蜉蝣优化算法的全局搜索能力和稳健性.实验结果表明:改进后的蜉蝣优化算法能够更有效地寻找到支持向量机的最优参数组合,提升鉴别模型的整体性能,该模型对4种菜籽油的识别精度为100%.因此,本研究为转基因菜籽油的类型鉴别提供了一种快速有效的新方法,也为其他转基因物质的鉴别提供了有价值的参考.

关键词：转基因菜籽油太赫兹光谱分类鉴别蜉蝣优化算法

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一种适用于复杂加载状态下微喷射物质面密度测量的Asay膜方法

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爆炸与冲击 2024年第3期44卷 159-168页

作者：王维荣陈书杨王学军赵信文黄世璋李欣竹吴强中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室四川绵阳621999

为了解决传统Asay膜方法不适用于复杂加卸载条件下微喷射物质面密度测量的问题,采用光子多普勒速度计(photonic Doppler velocimetry,PDV)测量微喷射物质速度结合传统Asay膜方法的膜速曲线发展了测试复杂加载条件下微喷射面密度的新方... 详细信息

为了解决传统Asay膜方法不适用于复杂加卸载条件下微喷射物质面密度测量的问题,采用光子多普勒速度计(photonic Doppler velocimetry,PDV)测量微喷射物质速度结合传统Asay膜方法的膜速曲线发展了测试复杂加载条件下微喷射面密度的新方法。采用数值实验和轻气炮实验对新方法进行了分析和评估。针对3种典型微喷射物质速度分布情况,利用数值实验分析评估了实际应用场景下因PDV给出的微喷物速度偏离理论值对面密度测量的影响,通过对PDV给出的微喷物速度线性插值处理,可确保新方法与理论值测量偏差小于20%。通过轻气炮加载预置粉末样品实验对比评估了新方法和传统方法的测量效果,采用2种方法分别处理同一发实验数据,结果显示,新方法相较于传统Asay膜方法的测量偏差小于20%。

关键词：微喷射 Asay膜光子多普勒速度计面密度

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基于时空间行为协调度的郑州市基础教育资源服务绩效

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地理科学 2024年第7期44卷 1257-1264页

作者：李欣河南财经政法大学资源与环境学院/城乡协调发展河南省协同创新中心河南郑州450046

本文基于时空间行为协调度的城市基础教育资源服务绩效分析方法,对郑州市教育资源需求、供给和供需关联强度进行了定量化分析,发现:①居民居住聚集行为受到城市规划和产业布局等因素影响,在空间上并不均衡;②主管部门持续投入和重点学... 详细信息

本文基于时空间行为协调度的城市基础教育资源服务绩效分析方法,对郑州市教育资源需求、供给和供需关联强度进行了定量化分析,发现:①居民居住聚集行为受到城市规划和产业布局等因素影响,在空间上并不均衡;②主管部门持续投入和重点学校外迁,为外围城区提供了更加充沛的教育资源;③持续优化的道路结构和学校选址提升了区域的可达性和空间吸引力;④郑东新区、高新区和经开区的教育协调度提升明显,但仍有部分区域未能满足快速增长的需求。建议主管部门通过政策导向推进校际资源均衡配置,通过统计分析协调供需匹配关系,通过新技术手段和制度创新探索科学分配规则。本文较为准确地呈现了教育资源空间协调状态,可以为居民进行空间选择和管理部门优化资源配置提供参考。

关键词：时空间行为时间地理学教育资源服务绩效郑州市

卷积神经网络结合改进光谱处理方法用于马铃薯病害检测

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 215-224页

作者：李欣庭张峰冯洁云南师范大学物理与电子信息学院云南昆明650500

针对马铃薯早疫病不同染病时期光谱数据受到杂散光和噪声等因素的干扰,以及波段数众多、数据量大且谱带复杂会对光谱的定量和定性分析产生不利影响,研究9种光谱预处理方法,结合实验结果,将预处理方法进行排列组合,扩展改进为16种光谱预... 详细信息

针对马铃薯早疫病不同染病时期光谱数据受到杂散光和噪声等因素的干扰,以及波段数众多、数据量大且谱带复杂会对光谱的定量和定性分析产生不利影响,研究9种光谱预处理方法,结合实验结果,将预处理方法进行排列组合,扩展改进为16种光谱预处理方法,并与连续投影算法、竞争自适应重加权算法和遗传算法3种特征波段提取方法进行组合得到64种光谱处理方法对原始光谱数据进行优化处理。在卷积神经网络(CNN)分类模型中,大部分经过光谱处理方法优化后的光谱数据分类精度相比原始数据的总体分类精度86.67%明显提高,其中12种光谱处理方法的分类精度达到100%,实现对马铃薯早疫病不同染病时期的理想分类。为进一步对马铃薯早疫病不同染病时期进行定量分析,将经过光谱处理方法处理后的光谱数据使用构建的CNN定量估算模型进行定量分析,结果表明,光谱预处理在优化数据的同时,也会损失数据中对目标变量有用的光谱信息,从而导致经过光谱分析方法处理后的数据结果相对于原始光谱数据的R^(2)和RMSE会出现下降的结果,通过研究使用的融合光谱处理方法对原始光谱数据优化能够进一步提升模型性能,其中基于均值中心化、多元散射校正、移动平均平滑相结合的光谱处理方法的CNN定量估算模型取得了最好的结果,其R^(2)为1说明估算的马铃薯早疫病不同染病时期和实际值拟合程度达到100%拟合,其RMSE仅为0.001 1,表明马铃薯早疫病不同染病时期的估算值与真实值之间的偏差接近0,说明该模型能够对马铃薯早疫病不同染病时期进行完美预测。结果表明提出的CNN能够对马铃薯早疫病不同染病时期进行有效地分类检测和定量分析,将各类预处理和特征波段提取方法按优化目的进行有效组合能够有效提高建模效果,为农作物病害无损、精准、智能化检测提供理论和技术支持。

关键词：卷积神经网络光谱预处理特征波段提取马铃薯早疫病

考虑干湿循环影响的残积土μ–CT扫描与渗流模拟

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工程科学与技术 2024年第2期56卷 228-235页

作者：安然陈昶牛玉璋武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

花岗岩残积土广泛分布于中国东南沿海地区,其孔隙结构常因炎热多雨环境引起的干湿循环而发生扩张,改变土体的渗透性能,诱发工程事故。为了揭示干湿循环作用下花岗岩残积土细微观结构与渗透特性的演变规律,对原状样进行0到8次的脱湿–吸... 详细信息

花岗岩残积土广泛分布于中国东南沿海地区,其孔隙结构常因炎热多雨环境引起的干湿循环而发生扩张,改变土体的渗透性能,诱发工程事故。为了揭示干湿循环作用下花岗岩残积土细微观结构与渗透特性的演变规律,对原状样进行0到8次的脱湿–吸湿处理,开展微米计算机层析(μ–CT)扫描试验以获取土体的3维数字化模型,并结合扫描结果与AVIZO软件进行多通道渗流模拟,最后根据试验结果分别从定性和定量角度探究了土体孔隙体积分布与渗透系数的演化规律。结果表明:根据μ–CT扫描的图像结果,花岗岩残积土内部结构被划分为赤铁矿、石英、黏土和孔隙;3维重构模型反映了孔隙结构的扩张与连通模式,孔隙数量和尺寸在干湿循环过程中明显提高,孔隙率和孔隙连通率均与循环次数呈正相关;根据孔隙体积分布曲线可将土中孔隙分为微孔、中孔、大孔和裂隙4种类别,小体积微孔在干湿循环过程中逐渐转化为大体积的连通裂隙;3维渗流模型中的流线数量和分布密度随干湿循环次数增加而明显提高,由渗流模拟计算得到的绝对渗透率和渗透系数也不断增大;渗透系数的计算值总体上与实测值的演化规律相符,说明基于μ–CT扫描结果的渗流模拟可作为评价土体渗透特性的一种辅助手段。研究结果为深入了解花岗岩残积土渗流特性的环境损伤效应提供了重要的参考价值。

关键词：花岗岩残积土干湿循环 μ-CT扫描 3维数字化模型渗流模拟

清洁取暖政策试点的空气质量改善效应评估——基于三批试点地级市的准自然实验

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中国环境科学 2024年第1期44卷 581-592页

作者：王玉刘文璋中国人民大学公共管理学院北京100872 中国兵器工业集团人才研究中心北京100070

为评估清洁取暖试点政策的空气质量改善效果,基于2014~2019年321个地级行政单位6年的平衡面板数据,采用多期双重差分(DID)方法对清洁取暖试点政策效果进行定量评估.研究发现,清洁取暖试点政策显著降低了城市空气污染水平,改善了空气质量... 详细信息

为评估清洁取暖试点政策的空气质量改善效果,基于2014~2019年321个地级行政单位6年的平衡面板数据,采用多期双重差分(DID)方法对清洁取暖试点政策效果进行定量评估.研究发现,清洁取暖试点政策显著降低了城市空气污染水平,改善了空气质量,平均而言,试点城市的空气质量指数(AQI)比非试点城市显著低4.12;AQI,PM_(2.5),PM_(10)和SO_(2)分别下降了约5.49%,11.47%,12.65%和35.66%.这一结论在进行了一系列稳健性检验后依然成立.清洁取暖试点政策改善城市环境质量的内在机制在于,试点政策改变了城市居民采暖能源结构,减少了硫化物和颗粒物的排放.因此“十四五”期间应进一步扩大清洁取暖政策范围,增加财政投入,提高财政支出效率,降低清洁能源成本,推广清洁能源全覆盖.

关键词：清洁取暖空气质量政策评估能源结构 PM_(2.5) 多期双重差分(DID)