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2000~2018年我国大气重金属沉降通量时空变化特征

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环境科学 2022年第9期43卷 4413-4424页

作者：陈其永郜允兵倪润祥潘瑜春阎跃观杨晶刘孝阳顾晓鹤北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 农业农村部农业生态与资源保护总站北京100125 生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心北京100012

大气沉降物中的重金属对土壤环境的影响不容忽视.为研究我国大气重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)沉降通量现状及时空变化特征,基于中国知网和Web of Science数据库收集了2001~2021年公开发表的大气重金属沉降通量文献99篇,各重... 详细信息

大气沉降物中的重金属对土壤环境的影响不容忽视.为研究我国大气重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)沉降通量现状及时空变化特征,基于中国知网和Web of Science数据库收集了2001~2021年公开发表的大气重金属沉降通量文献99篇,各重金属元素监测点718~1672个.采用Meta-analysis方法计算中国大气重金属沉降通量加权均值,运用亚组分析法研究了2000~2018年不同时期大气沉降通量时空变化,对比分析了农业农村区、城市区和工业区等不同类型区的组间差异.结果表明,我国大气重金属年沉降通量[mg·(m^②·a)^(-1)]为:Zn(96.75)>Pb(23.37)>Cu(12.77)>Cr(11.04)>Ni(6.61)>As(2.97)>Cd(0.48)>Hg(0.05),2000~2018年沉降通量总体估计值高于1995~1998年英国乡村地区;工业区和城市区的沉降通量显著高于农业农村区,工业区大气重金属污染较为严重;长株潭地区As和Cd的沉降通量较高,东北地区、珠三角和华北平原大气重金属沉降通量较其它区域严重;近20年来Cd的年沉降通量均值在总体均值附近波动,无明显下降趋势;其中,城市区和农业农村区的Cd沉降通量呈增加趋势.本文建议结合区域产业结构特征建立分级分类分区的大气排放精准治理和风险管控措施,针对当前大气Cd沉降通量较大的问题实行更加严格的限制性措施.

关键词：重金属大气沉降 Meta-analysis方法时空变化沉降通量

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倒伏胁迫下玉米抽雄期叶面积密度光谱诊断

中国农业科学 2019年第9期52卷 1518-1528页

作者：周龙飞顾晓鹤成枢杨贵军孙乾束美艳山东科技大学测绘科学与工程学院农业部农业遥感机理与定量遥感重点实验室/北京农业信息技术研究中心国家农业信息化工程技术研究中心北京市农业物联网工程技术研究中心

【目的】叶面积密度(leaf area density,LAD)反映作物在垂直方向上体积内叶面积总量的差异,体现作物冠层内叶面积随着高度变化的分布状况。本文旨在探索玉米叶面积密度对于倒伏胁迫强度的表征能力及其光谱响应规律。【方法】以抽雄期倒... 详细信息

【目的】叶面积密度(leaf area density,LAD)反映作物在垂直方向上体积内叶面积总量的差异,体现作物冠层内叶面积随着高度变化的分布状况。本文旨在探索玉米叶面积密度对于倒伏胁迫强度的表征能力及其光谱响应规律。【方法】以抽雄期倒伏夏玉米为研究对象,获取倒伏后玉米多期LAD及冠层光谱数据,对倒伏玉米冠层光谱进行一阶微分和小波变换处理,根据LAD与冠层光谱一阶微分及小波分解系数的相关性分析,筛选LAD敏感波段和最佳小波分解尺度,采用偏最小二乘法构建倒伏玉米LAD光谱诊断模型,并利用实测样本验证模型精度。【结果】玉米LAD随着倒伏胁迫程度的增强而增大,LAD可有效表征玉米倒伏胁迫强度及其自身恢复能力;玉米倒伏后冠层结构发生较大变化,倒伏玉米冠层光谱反射率较正常玉米整体增高,近红外波段的增幅相比可见光波段更高,倒伏强度越强则光谱反射率越高;LAD敏感波段主要分布在蓝光波段354—442、472—495 nm和红光波段649—829 nm以及近红外波段903—1 195 nm和1 564—1 581 nm;同一阶微分处理相比,基于连续小波变换的玉米倒伏LAD诊断模型的验证R2提高6.08%—9.11%,RMSE降低23.08%—31.63%;小波分解尺度对LAD诊断精度有一定的影响,中低尺度模型精度优于高尺度模型,其中第5尺度构建的模型对LAD的拟合效果最优(R2=0.898,RMSE=1.016)。【结论】利用连续小波变换技术对玉米冠层高光谱解析,可有效诊断倒伏胁迫下的玉米叶面积密度,可以为玉米倒伏胁迫灾情遥感监测提供必要的先验知识。

关键词：抽雄期倒伏胁迫连续小波变换 LAD 玉米高光谱

基于高光谱技术建筑反射隔热涂料厚度检测技术的研究

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光谱学与光谱分析 2020年第8期40卷 2552-2557页

作者：李笑芳王延仓顾晓鹤王丽玫李晓鹏冯华陈亭宇廊坊师范学院河北廊坊065000 北华航天工业学院河北廊坊065000 石家庄铁道大学交通运输学院河北石家庄050043 北京农业信息技术研究中心北京100097

作为一类新型建筑涂料,反射隔热涂料凭借其节能、环保等优势已广泛应用于建筑的施工建设;建筑反射隔热涂料性能的高、低直接影响建筑节能、环保性能的优劣,且对建筑室内环境具有较大影响。建筑反射隔热涂料主要通过对太阳辐射(可见光-... 详细信息

作为一类新型建筑涂料,反射隔热涂料凭借其节能、环保等优势已广泛应用于建筑的施工建设;建筑反射隔热涂料性能的高、低直接影响建筑节能、环保性能的优劣,且对建筑室内环境具有较大影响。建筑反射隔热涂料主要通过对太阳辐射(可见光-近红外)与建筑辐射(热红外)的反射、吸收等作用实现其节能、环保作用。对于特定建筑反射隔热涂料,其与光的相互作用主要取决于涂料的施工参量,如涂料施工厚度。利用高光谱技术定量分析建筑反射隔热涂料的反射、吸收特性,研究涂料施工参量(厚度)对建筑反射隔热涂料性能的影响规律,为涂料施工检测提供科学技术支撑。研究借助高光谱技术,测定涂料不同施工厚度的光谱数据,分析涂料光谱特征随施工厚度增加的演变规律,研究可表征涂料施工厚度的涂料指数,并将涂料光谱数据及由其构建的涂料指数分别与涂料厚度进行相关性分析,提取并筛选对涂料施工厚度敏感的指标,构建涂料施工厚度检测模型,探寻适用于涂料施工厚度检测的方法。研究表明:(1)位于420~1 070 nm区间的光谱数据对0.1~2.5 mm的涂料厚度较为敏感且其与涂料施工厚度的相关系数r均较高且相对稳定,表明该光谱区间对涂料厚度的敏感性较好,可用于涂料厚度的检测;(2)与原始光谱相比,涂料指数可有效提升光谱对涂料厚度的敏感性,在5类涂料指数中由484和479 nm构建的RCI指数是表征涂料厚度的最佳参量;(3)在5类涂料指数中,基于RCI指数构建的涂料厚度检测模型的精度最高,为最优模型,其R^2=0.973, RMSE=0.185, RPD=4.018。

关键词：高光谱反射隔热涂料涂料指数吸收峰深度

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乡镇尺度的玉米种植面积遥感监测

农业工程学报 2011年第9期27卷 69-74,I0003页

作者：郭伟赵春江顾晓鹤黄文江马智宏王慧芳王大成北京林业大学林学院北京100083 北京农业信息技术研究中心北京100097 河南农业大学信息与管理科学学院郑州450002

以快速、准确提取玉米种植面积为目标,以多时相HJ-1A/1B CCD影像和数字高程模型(DEM)为信息源,选取吉林省长春市为试验区,将试验区种植结构、物候特征、地形特征、光谱特征及植被指数等多元信息引入决策树分类模型,构建基于决策树分层... 详细信息

以快速、准确提取玉米种植面积为目标,以多时相HJ-1A/1B CCD影像和数字高程模型(DEM)为信息源,选取吉林省长春市为试验区,将试验区种植结构、物候特征、地形特征、光谱特征及植被指数等多元信息引入决策树分类模型,构建基于决策树分层分类的玉米种植面积遥感估算模型,并将空间化的农业普查数据作为参考值,以乡镇为基本评价单元对玉米种植面积遥感测量结果进行精度评价。研究表明:利用该方法可以有效提高玉米识别精度,满足作物种植面积估算大范围、多时相的需求,有助于解决作物种植面积遥感估算业务运行时空分辨率的矛盾,乡镇尺度的玉米种植面积总量提取精度可达92.57%。

关键词：遥感监测模型地物光谱特征玉米种植面积乡镇尺度分层决策树

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以地块分类为核心的冬小麦种植面积遥感估算

遥感学报 2010年第4期14卷 789-805页

作者：顾晓鹤潘耀忠何馨黄文江张竞成王慧芳国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 北京师范大学资源学院北京100875

以提高冬小麦种植面积估算精度为目标,选取种植结构复杂的都市农业区,采用QuickBird影像数字化农田地块边界,以多时相TM影像为核心数据源,以地块为基本分类单元,进行不同特征向量组合、不同分类器的冬小麦地块分类方法研究,并对比分析... 详细信息

以提高冬小麦种植面积估算精度为目标,选取种植结构复杂的都市农业区,采用QuickBird影像数字化农田地块边界,以多时相TM影像为核心数据源,以地块为基本分类单元,进行不同特征向量组合、不同分类器的冬小麦地块分类方法研究,并对比分析了基于地块分类和基于像元分类的冬小麦种植面积估算精度。研究结果表明,基于地块分类的冬小麦种植面积估算方法的总量精度和位置精度均高于像元分类;植被指数和纹理信息的引入有助于进一步提高地块分类精度;支持向量机与最大似然均能得到高达97%的总量精度和90%的位置精度,支持向量机地块分类所需的训练样本量远低于最大似然,因此支持向量机更加适合于冬小麦地块分类;冬小麦错分与漏分情况大多发生在细碎地块,其面积总量较小,而大地块错分和漏分较少,因此相对于像元分类,地块分类能在整个区域能得到较高的冬小麦位置精度和总量精度。

关键词：地块分类冬小麦种植面积支持向量机最大似然

传统光谱变换与连续小波耦合定量反演潮土有机质含量

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光谱学与光谱分析 2018年第8期38卷 2571-2577页

作者：王延仓金永涛王晓宁廖钦洪顾晓鹤赵子辉杨秀峰北华航天工业学院河北廊坊065000 河北省航天遥感信息处理与应用协同创新中心河北廊坊065000 重庆文理学院林学与生命科学学院重庆402160 北京农业信息技术研究中心北京100097 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097

以北京地区的96个潮土土样的有机质含量为研究对象,以传统光谱变换为参照,研究分析传统光谱变换与连续小波的耦合在估测土壤有机质含量的可行性;首先采用传统光谱变换与连续小波处理土壤光谱数据,然后将处理后的光谱数据与土壤有机质含... 详细信息

以北京地区的96个潮土土样的有机质含量为研究对象,以传统光谱变换为参照,研究分析传统光谱变换与连续小波的耦合在估测土壤有机质含量的可行性;首先采用传统光谱变换与连续小波处理土壤光谱数据,然后将处理后的光谱数据与土壤有机质含量进行相关性分析,提取敏感波段,并采用偏最小二乘法构建土壤有机质含量估测模型。结果表明:耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可大幅提升光谱对有机质含量的敏感性,其相关系数R^2最高可达0.714,这表明耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可深入挖掘光谱内的有益信息;与传统光谱变换技术相比,基于耦合传统光谱变换技术与连续小波技术构建的模型精度更高,稳定性更好,其中以微分变换构建的模型最优,其R^2=0.772,RMSE=0.223,这表明耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可有效压制噪声的负面影响,提升光谱的稳定性。

关键词：土壤有机质传统光谱变换连续小波变换潮土

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基于数据分割与主成分分析的LAI遥感估算

红外与毫米波学报 2011年第2期30卷 124-130页

作者：董莹莹王纪华李存军杨贵军宋晓宇顾晓鹤黄文江浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所浙江杭州310029 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097

针对叶面积指数(LAI)经典统计反演模型存在估算效果不理想以及反演效率低等问题,提出了一种基于农学物候的数据分割与主成分分析结合的遥感估算方法.综合了原始光谱和微分(或差分)光谱主成分信息作为自变量,融入了以农学物候为先验的数... 详细信息

针对叶面积指数(LAI)经典统计反演模型存在估算效果不理想以及反演效率低等问题,提出了一种基于农学物候的数据分割与主成分分析结合的遥感估算方法.综合了原始光谱和微分(或差分)光谱主成分信息作为自变量,融入了以农学物候为先验的数据分割思想,并引入了多尺度建模方式参与反演过程.以冬小麦为实验对象,进行数值模拟和比较分析.结果显示,该方法既能有效地提高整体估算精度,又能显著地改善数据饱和问题,且在全样本遍历时体现了稳定鲁棒性.

关键词：主成分分析(PCA) 农学物候数据分割多尺度建模叶面积指数(LAI)

倒伏胁迫下的玉米冠层结构特征变化与光谱响应解析

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光谱学与光谱分析 2019年第11期39卷 3553-3559页

作者：束美艳顾晓鹤孙林朱金山杨贵军王延仓孙乾周龙飞农业部农业遥感机理与定量遥感重点实验室北京农业信息技术研究中心北京100097 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 北京市农业物联网工程技术研究中心北京100097 山东科技大学测绘科学与技术学院山东青岛266590 北华航天工业学院计算机与遥感信息技术学院河北廊坊065000

倒伏胁迫是玉米生产中的主要灾害之一,严重影响玉米的产量、品质和机械收获能力。解析不同倒伏胁迫强度下玉米冠层结构变化规律及其光谱响应机理,是玉米倒伏灾情大范围遥感监测的基础。分别在玉米抽雄期、灌浆中期设置茎倒、茎折、根倒... 详细信息

倒伏胁迫是玉米生产中的主要灾害之一,严重影响玉米的产量、品质和机械收获能力。解析不同倒伏胁迫强度下玉米冠层结构变化规律及其光谱响应机理,是玉米倒伏灾情大范围遥感监测的基础。分别在玉米抽雄期、灌浆中期设置茎倒、茎折、根倒3种强度的倒伏处理,基于田间多频次持续观测实验,分析生育期、倒伏类型对玉米冠层结构动态变化及其自我恢复能力的影响;采用传统光谱变换与连续小波变换方法对倒伏玉米冠层高光谱进行处理,选取叶面积密度(LAD)为玉米倒伏冠层结构特征指标,筛选叶面积密度最佳敏感波段和小波系数,基于随机森林法构建叶面积密度高光谱响应模型,利用未参与建模的实测样本验证模型精度,重点探讨小波分解尺度和光谱分辨率对LAD光谱响应能力的影响规律。研究结果表明:叶面积密度作为单位体积内叶面积总量的冠层结构表征指标,与倒伏胁迫强度具有较好的响应关系,灌浆期的倒伏玉米LAD普遍高于抽雄期,抽雄期LAD整体表现为茎折>根倒>茎倒>未倒伏,灌浆期LAD整体表现为根倒>茎折>茎倒>未倒伏;经连续小波变换后,玉米倒伏冠层光谱对玉米倒伏LAD的响应能力普遍优于传统光谱变换,随着小波分解尺度的增加,LAD与敏感波段的相关性越强,其中10尺度相关系数最高,达0.74;连续小波变换所构建的模型精度普遍优于传统光谱变换,其中由原始光谱小波变换后构建的LAD响应模型精度最高,检验样本的R2为0.811,RMSE为1.763,表明连续小波变换技术可凸显和利用冠层光谱中的细微信息。因此,叶面积密度可有效定量表征不同倒伏胁迫程度的玉米冠层结构变化特征,连续小波变换能有效提升冠层光谱对倒伏玉米结构变化的响应能力,基于随机森林法构建的倒伏玉米叶面积密度诊断模型具有较高的精度和稳定性,可为区域尺度的夏玉米倒伏灾情遥感监测提供先验知识。

关键词：玉米倒伏叶面积密度高光谱连续小波变换随机森林

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冬小麦冻害灾情及长势恢复的变化向量分析

农业工程学报 2011年第11期27卷 145-150,I0006页

作者：王慧芳顾晓鹤董莹莹王纪华黄文江郭伟王大成王堃浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所杭州310012 北京农业信息技术研究中心北京100097

大尺度监测冬小麦冻害灾情,需要结合受冻后长势监测,以提高冻害监测精度。鉴于温度并非唯一冻害因子,且归一化植被指数(NDVI)易高估封垄前冬小麦覆盖度,该文引入基于多时相植被指数的变化向量分析法,进行冬小麦冻害灾情及受灾后长势监... 详细信息

大尺度监测冬小麦冻害灾情,需要结合受冻后长势监测,以提高冻害监测精度。鉴于温度并非唯一冻害因子,且归一化植被指数(NDVI)易高估封垄前冬小麦覆盖度,该文引入基于多时相植被指数的变化向量分析法,进行冬小麦冻害灾情及受灾后长势监测研究。选取河北藁城2010年冬小麦冻害作为研究对象,利用多时相环境小卫星数据提取多种植被指数,构建变化向量并分析其动态变化趋势,结合冬小麦冻害光谱特征敏感性分析,建立冻害灾情遥感监测模型,并展开长势恢复程度监测。结果表明,变化向量分析法能有效地反映冬小麦受冻和长势恢复程度及空间分布,在基于多种植被指数建立的变化向量监测模型中,基于光谱结构不敏感指数SIPI建立的模型较精度最高,其冻害监测及长势恢复监测模型精度分别达83.3%、88.9%。因此,变化向量分析法能有效地监测冬小麦冻害灾情与灾后长势恢复情况,同时对其他作物灾害监测提供了途径。

关键词：冻害生长恢复冬小麦变化向量分析