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基于感知数据的无线传感网被动诊断方法

北京邮电大学学报 2013年第1期36卷 101-104页

作者：莫路锋毛方杰聂江武宣子蔚西安交通大学计算机系西安710049 浙江农林大学低碳与物联网联合实验室浙江临安311300 浙江大学信息与电子工程学系杭州310058

由于硬件与网络资源的极度受限,无线传感器网络(WSN)的故障诊断成为该领域内的一个研究难点.针对现有诊断方法网络开销大、方法复杂等缺陷,提出了一种基于感知数据的故障诊断(DSD)方法.以部署在实际森林环境中的GreenOrbs系统收集的大... 详细信息

由于硬件与网络资源的极度受限,无线传感器网络(WSN)的故障诊断成为该领域内的一个研究难点.针对现有诊断方法网络开销大、方法复杂等缺陷,提出了一种基于感知数据的故障诊断(DSD)方法.以部署在实际森林环境中的GreenOrbs系统收集的大量感知数据为基础,通过分析感知数据特征分类的方法,建立与网络故障之间的对应关系,以自主学习的方式不断演化故障知识库,确定故障类型.实验结果表明,与其他诊断方法相比,DSD具有网络通信负担小、资源消耗低、诊断效率高等优点,并支持在大规模WSN的实际部署.

关键词：无线传感器网络故障诊断感知数据粗糙集

一种基于感知数据的无线传感器网络被动诊断方法

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一种基于感知数据的无线传感器网络被动诊断方法

作者：毛方杰浙江农林大学

学位级别：硕士

由于节点资源受限、网络动态而又无人值守，森林生态监测传感网在运行过程汇总极易发生各种故障，如何保证节点在森林野外环境下正常工作，真实、有效地采集数据，实施准确、实时、低功耗的故障诊断是森林生态传感网运行管理中的一个关... 详细信息

由于节点资源受限、网络动态而又无人值守，森林生态监测传感网在运行过程汇总极易发生各种故障，如何保证节点在森林野外环境下正常工作，真实、有效地采集数据，实施准确、实时、低功耗的故障诊断是森林生态传感网运行管理中的一个关键问题。通用的诊判方法与评估策略对网络连通性要求高，所需网络流量较多，网络故障识别率低，以及灵活性与可扩展性不高。针对上述问题，文提出了一种基于感知数据的故障诊断方法DSD (Diagnosisbased on Sensing Data)。以GreenOrbs在收集的森林环境下的感知数据为基础，通过分析感知数据的时空特征，例如数据序列、电源电压等，研究故障与这些表征间的关联性。在粗糙集的思想的基础上确定故障与感知数据特征之间的惟一对应关系，建立基于粗糙集理论的故障知识库原型，帮助进行故障诊断。并且在运行过程中，故障知识库能不断添加被系统确定的新的对应关系，实现自动扩充，以应对环境多变的森林生态传感网系统。为了进一步开发DSD的功能，测试诊断效率，以及满足森林生态传感网的环境监测需求，设计并实现了了无线传感网可视化测试系统一TestbedVisualizer^系统实现了对节点上线情况的远程管理，节点程序的远程更新，网络拓扑的动态展示，测试区域环境的监控与动态展示，传感网数据包、节点位置信息的存储，往期实验数据的导入与实验过程的回溯。平台基于GreenOrbs Testbed的硬件环境开发，部署简单，功能全面，界面友好，操作便捷，具有很强的通用性和实用性。在上述研究的基础上进行了DSD的诊断效率测试。结果表明：与其他诊断方法相比，DSD具有网络通信负担小，资源消耗低，诊断效率高等优点，并支持在大规模无线传感器网络的实际部署。

关键词：无线传感器网络故障诊断感知数据粗糙集

综合面向对象与决策树的毛竹林调查因子及碳储量遥感估算

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应用生态学报 2017年第10期28卷 3163-3173页

作者：杜华强孙晓艳韩凝毛方杰省部共建亚热带森林培育国家重点实验室浙江临安311300 浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室浙江临安311300 浙江农林大学环境与资源学院浙江临安311300

综合面向对象和CART决策树方法,对浙江省安吉县山川乡毛竹林分布信息及胸径、树高、郁闭度等调查因子和地上部分碳储量进行遥感定量估算.结果表明:综合基于多尺度分割的对象特征及决策树,能够充分利用不同尺度层次信息关联的优势,实现... 详细信息

综合面向对象和CART决策树方法,对浙江省安吉县山川乡毛竹林分布信息及胸径、树高、郁闭度等调查因子和地上部分碳储量进行遥感定量估算.结果表明:综合基于多尺度分割的对象特征及决策树,能够充分利用不同尺度层次信息关联的优势,实现毛竹林专题信息高精度提取,其用户精度达到89.1%;基于对象特征构建的毛竹林调查因子回归树估算模型,其估算结果均能达到正常或较好水平,其中,郁闭度回归树模型的精度最高为67.9%,估算效果较好;而平均胸径和树高估算的总精度相对较低,这与采用光学遥感数据进行森林树高、胸径估算达不到理想结果的结论一致;毛竹林地上部分碳储量回归树模型的估算结果较好,高值区域估算精度达到80%以上.

关键词：面向对象决策树森林调查参数地上碳储量 SPOT5

基于时序Landsat数据的浙江省竹林信息提取及时空演变

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林业科学 2019年第3期55卷 88-96页

作者：李阳光杜华强毛方杰李雪建崔璐韩凝徐小军省部共建亚热带森林培育国家重点实验室浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室浙江农林大学环境与资源学院杭州311300

【目的】提取浙江省不同时期竹林分布信息,分析其时空演变规律,揭示竹林面积变化与土地利用格局之间的关系,为国家及至全球尺度长时间序列的竹林时空动态研究提供参考。【方法】以浙江省为研究区,基于2000、2004和2008年Landsat5 TM及2... 详细信息

【目的】提取浙江省不同时期竹林分布信息,分析其时空演变规律,揭示竹林面积变化与土地利用格局之间的关系,为国家及至全球尺度长时间序列的竹林时空动态研究提供参考。【方法】以浙江省为研究区,基于2000、2004和2008年Landsat5 TM及2014年Landast8 OLI时间序列影像数据,首先,对不同时期的Landsat数据进行大气校正和几何校正,采用最大似然法提取土地利用和竹林时空分布信息;然后,利用变化幅度和动态度2个指标分析4个时期、3个时间段的竹林时空演变规律;最后,建立全省土地利用时空转移矩阵,揭示竹林时空动态与土地利用格局之间的关系。【结果】1)基于时序Landsat数据提取的浙江省竹林信息精度较高,分类精度达75%以上,使用者精度达91%以上,且分类统计面积与实际清查面积高度吻合,面积提取精度达96%以上; 2) 2000—2014年浙江省竹林面积变化幅度和年均变化率分别为16.55%和1.18%,在时空上呈逐渐增加趋势; 3)浙江省竹林面积由2000年占全省面积的7.33%增长到2014年的8.56%,其中针叶林、阔叶林和农田3种土地利用类型变化对竹林面积增加的贡献最大,贡献率分别为28.62%、37.23%和16.15%。【结论】基于Landsat时间序列数据能够高精度监测浙江省竹林资源动态变化,针叶林、阔叶林和农田等土地利用类型减少对竹林面积时空演变具有显著影响。

关键词：竹林时空演变 Landsat数据动态度土地利用变化

中国亚热带极端降水时空演变及其对潜在净初级生产力的影响

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生态学杂志 2022年第11期41卷 2117-2127页

作者：陈琦毛方杰杜华强李雪建尹世燕闫梦洁亚热带森林培育国家重点实验室杭州311300 浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室杭州311300 浙江农林大学环境与资源学院杭州311300

亚热带植被具有强大的固碳潜力,然而由气候变化导致的极端天气,特别是日益增多的极端降水事件,对其碳循环产生了巨大的影响。本研究基于1 km栅格气象数据计算了持续干期(CDD)、持续湿期(CWD)、日最大降水量(Rx1day)、连续5日最大降水量(... 详细信息

亚热带植被具有强大的固碳潜力,然而由气候变化导致的极端天气,特别是日益增多的极端降水事件,对其碳循环产生了巨大的影响。本研究基于1 km栅格气象数据计算了持续干期(CDD)、持续湿期(CWD)、日最大降水量(Rx1day)、连续5日最大降水量(Rx5day)、强降水量(R95p)和年总降水量(PRCPTOT)6个极端降水指数,分析了1970—2019年极端降水时空演变特征和亚热带植被净初级生产力(NPP)的时空格局,并探讨极端降水对植被NPP的影响。结果表明:除CWD外,其他指数均呈增加趋势,呈现降雨极端异常值增多、干旱化不显著的趋势;空间分布上越靠近西北方向越干旱,越往东南方向越湿润,空间变异特征显著;中国亚热带植被NPP以5.8 g C·m^(-2)·10 a^(-1)的速率增加;年均NPP空间分布上由东南向西北递减,空间变异整体较小;植被NPP与极端降水量指数、CWD之间以正相关为主,与CDD以负相关为主;植被NPP对CWD的变化最敏感,对CDD敏感性的空间变异最大,并且持续干期越长、极端降水量越多的地方,NPP对极端降水的敏感性越高,而持续湿期越长的地方,NPP对其敏感性越低。研究结果将为评估亚热带地区极端天气及其对植被NPP的影响提供理论支持,为理解亚热带植被响应气候变化提供重要数据支持。

关键词：亚热带极端降水净初级生产力时空演变

基于随机森林模型的毛竹林CO_2通量模拟及其影响因子

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林业科学 2018年第8期54卷 1-12页

作者：陈亮周国模杜华强刘玉莉毛方杰徐小军李雪建崔璐李阳光朱迪恩浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室浙江农林大学环境与资源学院临安311300

【目的】探究环境因子对毛竹林CO_2通量的影响,为亚热带典型森林碳循环模拟提供技术和理论支撑。【方法】基于浙江省安吉县山川乡2011—2014年毛竹林通量塔观测数据,采用随机森林模型对毛竹林CO_2通量进行模拟,以均方根误差(RMSE)、决... 详细信息

【目的】探究环境因子对毛竹林CO_2通量的影响,为亚热带典型森林碳循环模拟提供技术和理论支撑。【方法】基于浙江省安吉县山川乡2011—2014年毛竹林通量塔观测数据,采用随机森林模型对毛竹林CO_2通量进行模拟,以均方根误差(RMSE)、决定系数(R^2)和林氏调和系数(LCCC)3个指标评价模型精度,并通过计算环境因子重要性得分来分析环境因子对毛竹林CO_2通量的影响。【结果】随机森林模型能以较高精度模拟毛竹林CO_2通量,但由于2013年7和8月发生极端高温干旱,模型难以刻画这种短时、剧烈的干扰,最终导致测试阶段模型精度(R^2=0.845 5,RMSE=0.437 7 mg·m^(-2)s^(-1),LCCC=0.914 1)低于训练阶段模型精度(R^2=0.961 5,RMSE=0.005 4 mg·m^(-2)s^(-1),LCCC=0.980 1);十折交叉验证表明,随机森林模型拟合效果稳定,且模型内部参数设置合理,模型误差主要来自于输入数据;在月尺度上,环境因子对毛竹林CO_2通量影响的重要性得分表现为光合有效辐射PAR(63.332)>土壤5 cm深处温度T_S(29.932)>空气相对湿度R_H(25.839)>大气温度T_A(25.581)>空气CO_2浓度C_(CO_2)(25.095)>饱和水汽压差VPD(24.123)>风速W_S(23.504)>生态系统有效能量A_E(19.323)>土壤热通量Q_S(18.502),PAR对毛竹林CO_2通量变化影响最大,PAR、T_S和VPD对毛竹林CO_2通量的影响较显著(P<0.05),这3个因子是影响月尺度上毛竹林CO_2通量变化的主导因子。【结论】随机森林模型能以较高精度拟合毛竹林CO_2通量;在相关环境因子中,光合有效辐射、土壤5 cm深处温度和饱合水汽压差对毛竹林CO_2通量影响的贡献最显著,这3个因子对毛竹林CO_2通量月尺度上的变化具有控制作用。

关键词：毛竹林涡度相关技术法通量塔 CO2通量随机森林模型环境因子安吉县

浙江省竹林地上碳储量的时空动态模拟及影响因素

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应用生态学报 2019年第5期30卷 1743-1753页

作者：刘腾艳毛方杰李雪建邢璐琪董落凡郑钧泷张梦杜华强亚热带森林培育国家重点实验室/浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室/浙江农林大学环境与资源学院杭州311300

竹林具有高效的固碳能力,在应对全球气候变化中扮演重要角色.然而,目前大尺度竹林碳储量估算误差大,导致竹林碳储量时空格局存在较大的不确定性.本研究以浙江省为例,耦合遥感数据和BIOME-BGC生态系统过程模型模拟1984—2014年浙江省竹... 详细信息

竹林具有高效的固碳能力,在应对全球气候变化中扮演重要角色.然而,目前大尺度竹林碳储量估算误差大,导致竹林碳储量时空格局存在较大的不确定性.本研究以浙江省为例,耦合遥感数据和BIOME-BGC生态系统过程模型模拟1984—2014年浙江省竹林地上碳储量,并利用森林资源清查数据进行精度验证,分析浙江省竹林地上碳储量时空格局以及环境因子对竹林地上碳储量的影响.结果表明:模拟得到的竹林地上碳储量精度较高,平均相关系数(r)、均方根误差(RMSE)和相对偏差(rBIAS)分别达到了0.75、7.24 Mg C·hm^(-2)和-2.57 Mg C·hm^(-2),全省竹林地上碳储量总体呈上升趋势,碳密度在13.10～17.14 Mg C·hm^(-2),总碳储量在9.94～17.19 Tg C,其中,竹林地上碳储量高值区域主要分布在安吉、临安、龙游等竹产业发达地区.竹林地上碳储量的变化与温度、降水、辐射、CO_2浓度、大气N沉降5个环境因子显著相关,降水量和温度与碳储量的偏相关系数较大.

关键词：竹林地上碳储量 BIOME-BGC模型时空模拟环境因子

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中国亚热带干旱多尺度时空格局及演变趋势

水土保持研究 2022年第6期29卷 242-253页

作者：尹世燕毛方杰周国模杜华强李雪建陈琦闫梦洁浙江农林大学亚热带森林培育国家重点实验室杭州310000 浙江农林大学浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点试验杭州310000 浙江农林大学环境与资源学院杭州310000

为探讨不同时间尺度下中国亚热带区域干旱的时空特征,利用1 km气象数据计算1959—2019年亚热带区域标准化降水蒸散发指数(SPEI),并且结合干旱线性变化趋势、影响范围、强度及频率,分析了不同时间尺度(1月、3月、6月、12月)下中国亚热带... 详细信息

为探讨不同时间尺度下中国亚热带区域干旱的时空特征,利用1 km气象数据计算1959—2019年亚热带区域标准化降水蒸散发指数(SPEI),并且结合干旱线性变化趋势、影响范围、强度及频率,分析了不同时间尺度(1月、3月、6月、12月)下中国亚热带区域干旱的时空特征。结果表明:(1)干旱时期主要集中在2004—2014年,干旱化区域空间上呈现明显的东西对比,时间尺度上秋季的干旱化趋势最为显著;(2)各时间尺度的干旱影响范围都处于不断波动上升的趋势,尤其是在1995年之后,干旱影响范围上升趋势尤为明显;(3)季节和干湿季较大干旱强度零星分布在亚热带西南部及湖南、江西等省,年际较大干旱强度则主要集中在亚热带东南部;(4)秋季发生干旱的频率最高,年际发生中度及以上干旱频率最高,春季高频中度及以上干旱频率集中在四川、西藏等地,秋季和年际主要集中在四川、重庆和贵州的交界处,夏季、冬季以及干湿季则零星分布在亚热带各省份。综上,亚热带总体呈现干旱化趋势,季节、干湿季和年际尺度的干旱影响范围时间序列变化趋势较为相似,但干旱强度和干旱发生频率在空间上存在一定差异。

关键词：亚热带干旱 SPEI 多尺度时空特征

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决策树结合混合像元分解的中国竹林遥感信息提取

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遥感学报 2019年第1期23卷 166-176页

作者：崔璐杜华强周国模李雪建毛方杰徐小军范渭亮李阳光朱迪恩刘腾艳邢璐琪省部共建亚热带森林培育国家重点实验室临安311300 浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室临安311300 浙江农林大学环境与资源学院临安311300

竹林是中国亚热带地区特殊而重要的森林资源,现有方法难以实现全国范围竹林时空分布信息快速准确提取。针对此问题,本研究利用2003年、2008年、2014年MODIS NDVI、反射率产品数据和省域Landsat分类数据,提出了基于决策树结合混合像元分... 详细信息

竹林是中国亚热带地区特殊而重要的森林资源,现有方法难以实现全国范围竹林时空分布信息快速准确提取。针对此问题,本研究利用2003年、2008年、2014年MODIS NDVI、反射率产品数据和省域Landsat分类数据,提出了基于决策树结合混合像元分解的全国竹林信息提取方法。首先,通过最大似然法获取中国林地分布信息;然后,在林地信息的基础上,构建决策树模型提取中国竹林分布信息;最后,采用线性最小二乘法混合像元分解得到中国竹林丰度图,并计算竹林面积。研究结果表明:(1)最大似然法提取的3个时期中国林地信息的生产者与用户精度均在90%以上,Kappa系数均值为0.93,为竹林信息提取奠定了基础。(2)C5.0算法构建的决策树模型能够很好的提取中国竹林时空分布信息,3个时期竹林分类精度均在80%左右。(3)在混合像元分解的基础上,统计得到的全国各省竹林估算面积与清查面积具有较高的相关性,R^2分别为0.98、0.97和0.95,RMSE范围为3.92万—9.58万ha,说明估算得到全国竹林面积与实际情况较为吻合。本研究所提出基于MODIS遥感数据运用C5.0算法决策树结合混合像元分解的方法,实现了全国竹林时空分布信息的准确提取,为全国竹林资源信息动态监测及管理提供了技术手段和数据支撑。

关键词：中国竹林 MODIS数据 C5.0算法决策树分类混合像元分解