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基于PROSAIL模型和多角度遥感数据的森林叶面积指数反演

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林业科学 2021年第4期57卷 90-106页

作者：潘颖丁鸣鸣林杰代侨郭赓崔琳琳南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037 长江航道工程局有限责任公司华东分公司南京210011 南京市水务局南京210036

【目的】基于多角度PROBA/CHRIS遥感数据和野外实测数据,结合PROSAIL模型和随机森林模型反演森林叶面积指数(LAI),以提高植被LAI遥感反演精度,为区域土壤侵蚀遥感定量监测提供新的方法和模型。【方法】以南京市紫金山和幕府山为研究区,... 详细信息

【目的】基于多角度PROBA/CHRIS遥感数据和野外实测数据,结合PROSAIL模型和随机森林模型反演森林叶面积指数(LAI),以提高植被LAI遥感反演精度,为区域土壤侵蚀遥感定量监测提供新的方法和模型。【方法】以南京市紫金山和幕府山为研究区,采用野外调查、遥感影像、辐射传输模型与数学模型相结合的方法,构建基于PROSAIL模型和多角度PROBA/CHRIS遥感数据的随机森林LAI反演模型,对PROSAIL模型进行敏感性分析和适用性评价,确定最佳LAI反演模型,并利用地面实测LAI进行精度验证和评价。【结果】PROSAIL模型中各输入参数敏感性大小为LAI>叶绿素a、b含量Cab>叶片干物质含量Cm>热点参数SL>叶片内部结构参数N>等效水厚度Cw;模拟的冠层反射率精度大小为0°>36°>-36°>55°>-55°。单角度LAI反演模型中,前向观测角55°精度最高,其决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和平均绝对百分误差(MAPE)分别为0.9157、0.2357和0.0426;相比于传统垂直观测,55°模型的R2提高0.75%,RMSE和MAPE分别降低3.76%和5.12%;相比于非线性回归模型,单角度随机森林LAI反演模型的R2提高0.7%,RMSE和MAPE分别降低15.40%和11.98%;单角度LAI反演模型精度由高到低依次为55°、36°、0°、-55°、-36°。多角度LAI反演模型中,3角度组合(0°、36°、55°)LAI反演精度最高,其R2、RMSE和MAPE分别为0.9184、0.2319和0.0415,相比于单角度55°,R2提高0.29%,RMSE和MAPE分别降低1.61%和2.58%;相比于传统垂直观测,3角度组合模型的R2提高1.05%,RMSE和MAPE分别降低5.31%和7.57%;相比于非线性回归模型,多角度随机森林LAI反演模型的R2提高0.79%,RMSE和MAPE分别降低6.72%和9.19%。紫金山西部区域LAI介于0.44~6.70之间,林地LAI均值为3.04;紫金山西部林地LAI整体上呈北部和南部高、中间低的空间分布格局。【结论】最佳LAI反演模型为基于3角度组合(0°、36°、55°)的随机森林LAI反演模型;一方面,增加观测角度可提供更多植被冠层结构信息,LAI反演精度随观测角度增加而增加,但另一方面,观测角度过多会使像元空间重采样、叶片阴影和土壤阴影等问题带来更多不确定性,LAI反演精度反而下降;无论是单角度还是多角度数据,随机森林LAI反演模型精度均高于非线性回归模型,随机森林模型能够明显提高LAI反演精度,适用于区域植被LAI反演;多角度遥感数据能够反映森林立体结构信息和地物多维空间结构特征,显著改善传统垂直观测数据反演LAI精度较低的问题,从而有效提高植被LAI反演精度。

关键词：叶面积指数多角度PROBA/CHRIS遥感数据 PROSAIL模型随机森林模型

基于不同建模方法的土壤pH值无人机遥感影像反演

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江苏农业科学 2022年第14期50卷 224-231页

作者：王羿丁鸣鸣何菁邵光成河海大学农业科学与工程学院江苏南京210098 南京市水务局江苏南京210036 南京市水利建筑工程检测中心有限公司江苏南京210036

土壤pH值是土壤形成过程和熟化陪肥过程的一个指标。为了实现对农田土壤酸碱度状况的量化判别,提高模型预测精度,以江苏省南京市江宁区淳化街道农田土壤pH值为研究对象,采用棋盘式布点法选取60个点位进行土壤pH值测定,采用无人机搭载多... 详细信息

土壤pH值是土壤形成过程和熟化陪肥过程的一个指标。为了实现对农田土壤酸碱度状况的量化判别,提高模型预测精度,以江苏省南京市江宁区淳化街道农田土壤pH值为研究对象,采用棋盘式布点法选取60个点位进行土壤pH值测定,采用无人机搭载多光谱传感器获取土壤光谱信息,分别建立多元逐步线性回归(MLSR)、BP神经网络(BPNN)、LASSO回归模型,并采用R^(2)、RMSE、VIF指标评价3种模型精度。结果表明,LASSO回归方法较其他回归方法在多光谱与土壤pH值反演中表现较好,R^(2)=0.618,RMSE=0.430,可以平衡MLSR的共线性问题以及BPNN样本容量较少、验证集精度较差等问题。采用LASSO回归模型进行反演及分类制图,发现研究区内92.6%的土壤呈中性,以期为无人机多光谱反演土壤pH值提供理论参考。

关键词：土壤pH值无人机多光谱遥感 LASSO回归模型

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灌区现代化程度认知及其影响因素分析

排灌机械工程学报 2020年第4期38卷 409-414页

作者：曾忠义邵光成丁鸣鸣姚俊琪河海大学农业工程学院江苏南京210098 南京市水务局江苏南京210036 江苏省农村水利科技发展中心江苏南京210029

为了确定灌区现代化建设的内容和重点,选取江苏省35个大中型灌区的数据样本,采用结构方程模型系统研究了灌区现代化程度认知及其影响因素.数据分析显示,观测变量的标准因子载荷系数均约为0.75,KMO值为0.973,Bartlett球状检验的卡方统计... 详细信息

为了确定灌区现代化建设的内容和重点,选取江苏省35个大中型灌区的数据样本,采用结构方程模型系统研究了灌区现代化程度认知及其影响因素.数据分析显示,观测变量的标准因子载荷系数均约为0.75,KMO值为0.973,Bartlett球状检验的卡方统计值为1682,说明样本数据的有效性和相关性较高.研究结果表明:灌排体系、用水计量与信息化、管理体制、服务保障、生态环境、人居环境、防灾减灾、水资源安全保障、经济效益和用水效率都在不同程度上影响着灌区现代化的认知程度.其中灌排体系的影响最大,服务保障的影响最小.灌区现代化应当是全面的、整体的现代化,必须统筹全局,综合灌区基础设施体系、管理与服务体系、生态健康体系、安全保障体系和效率与效益体系,全面发展.

关键词：灌区现代化认知影响因素结构方程模型

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基于云模型的农业面源污染敏感性等级评价

江苏农业科学 2021年第2期49卷 180-186页

作者：徐丹韦群王辉丁鸣鸣邵光成河海大学农业科学与工程学院江苏南京210098 江苏省南京市浦口区水务局江苏南京211800 江苏省宿迁市宿城区水务局江苏宿迁223800 江苏省南京市水务局江苏南京210036

对农业面源污染的地区进行敏感性等级划分,从而针对不同等级的地区因地制宜地开展不同标准、不同力度的治理工作。选取化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)排放强度作为农业面源污染敏感性等级评价的3个指标,按照不敏感(Ⅰ)、轻度敏感(... 详细信息

对农业面源污染的地区进行敏感性等级划分,从而针对不同等级的地区因地制宜地开展不同标准、不同力度的治理工作。选取化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)排放强度作为农业面源污染敏感性等级评价的3个指标,按照不敏感(Ⅰ)、轻度敏感(Ⅱ)、中度敏感(Ⅲ)、高度敏感(Ⅳ)4个等级确定分级标准,采用熵权法确定各指标权重,提出了一种基于云模型的农业面源污染敏感性等级评价方法,并引用某流域28个县(区、市)的数据进行实例验证与分析。结果表明,对最大隶属原则有效度属于最低效范围的结果施行加权平均原则,可提升评价结果的可信度;采用云模型进行农业面源污染敏感性等级评价,可信度达96.4%;相比GIS技术,云模型对中度、高度敏感级别的模糊评价更倾向严格,对这些地区的面源污染治理要求提出更高标准。研究结果表明该方法具有可行性,可为农业面源污染地区科学制定治理措施、配置治理资源提供有益参考。

关键词：云模型农业面源污染敏感性等级熵权法

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基于岭回归的土壤全氮含量反演模型

排灌机械工程学报 2022年第11期40卷 1159-1166页

作者：徐艺邵光成丁鸣鸣章二子何菁河海大学农业工程与科学学院江苏南京210098 南京市水务局江苏南京210036 江宁淳化街道水务站江苏南京211122 南京市水利建筑工程检测中心有限公司江苏南京210036

全氮含量是土壤肥力的核心指标之一,快速、准确测定耕层土壤全氮含量对农业生产具有重要意义.以南京市江宁区典型水稻田为研究对象,采用棋盘式布点法选取了60个点位,每个点位均在0~30 cm表土层进行取样,利用大疆精灵4多光谱无人机同时... 详细信息

全氮含量是土壤肥力的核心指标之一,快速、准确测定耕层土壤全氮含量对农业生产具有重要意义.以南京市江宁区典型水稻田为研究对象,采用棋盘式布点法选取了60个点位,每个点位均在0~30 cm表土层进行取样,利用大疆精灵4多光谱无人机同时获取了土壤样本分别在5个波段(450,560,650,730,840 nm)的光谱反射率,通过土壤全氮含量与光谱反射率多元线性分析,揭示了光谱反射率数据特有的多重共线性问题,构建了基于岭回归的无人机遥感影像反演土壤全氮含量预测模型.计算结果表明,岭回归系数取0.12时,其回归R^(2)达到了0.408,方差膨胀因子均在10以下,且回归系数具有统计学意义.基于岭回归的反演模型可以较好兼顾反演精度与光谱数据多重共线性问题.研究成果可为无人机遥感土壤氮素营养诊断提供理论依据.

关键词：土壤全氮含量无人机多光谱遥感多重共线性岭回归

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从雨水利用谈南京城市排水方案的完善

江苏水利 2006年第5期22卷 33-33,35页

作者：闫旭丁鸣鸣王凯南京市水利局 210008

雨水利用是指在降雨时将尽快排走的水尽量留住,使其转变为可利用的水资源.现代城市雨水利用是一种新型的多目标综合性技术,有助于实现节水、水资源涵养与保护、控制城市水土流失、减少城市积水、减少水污染、改善城市生态与环境等.

关键词：雨水利用排水方案现代城市南京城市水土流失城市积水城市生态水资源多目标水污染

侵蚀强度对淮北土石山区土壤团聚体组成及稳定性的影响

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水土保持研究 2019年第4期26卷 56-61,67页

作者：李肖陈晨林杰朱茜董波丁鸣鸣南京林业大学江苏省南方现代林业协同创新中心江苏省水土保持与生态修复重点实验室南京210037 南京水务局南京210036

为更好地揭示土壤侵蚀与土壤团聚体之间的关系,选取大吴山小流域为研究区,以4种土地利用下的土壤团聚体为研究对象,分析了不同侵蚀强度下各土地利用方式土壤团聚体的粒径组成及稳定性特征。结果表明:(1)研究区土壤团聚体主要以大团聚体(... 详细信息

为更好地揭示土壤侵蚀与土壤团聚体之间的关系,选取大吴山小流域为研究区,以4种土地利用下的土壤团聚体为研究对象,分析了不同侵蚀强度下各土地利用方式土壤团聚体的粒径组成及稳定性特征。结果表明:(1)研究区土壤团聚体主要以大团聚体(>0.25 mm)为主,其比例均>70%,与同类报道相比偏低,说明该区土壤流失严重,水土保持工作需进一步开展。(2)随侵蚀强度增加,>2 mm团聚体含量有降低的趋势,<0.106 mm则刚好相反,0.5~0.25 mm和1~0.5 mm团聚体含量明显变化,说明侵蚀过程倾向于破坏大团聚体,增加微团聚体百分含量,其中0.5 mm对侵蚀强度转变响应敏感。(3)土壤团聚体稳定性指标R0.25,MWD与侵蚀强度呈负相关,D值呈正相关,且严重侵蚀条件下,MWD和R0.25均为最小值,D值达到最大,说明严重侵蚀会降低土壤团聚体稳定性。(4)同种侵蚀强度下,相较于其他3种土地利用式,林地的R0.25和MWD值较高,D值较小,说明林地结构较好,有利于团聚体的积累,稳定性高。

关键词：土壤侵蚀土壤团聚体侵蚀强度稳定性

水蚀作用下红壤丘陵区土壤特性的空间分异特征

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南京林业大学学报（自然科学版） 2023年第6期47卷 77-84页

作者：张相丁鸣鸣林杰李卓远崔琳琳郭赓杨皓南京林业大学林草学院、水土保护学院南方现代林业协同创新中心江苏省水土保持与生态修复重点实验室江苏南京210037 南京市水务局江苏南京210036

【目的】揭示由水蚀引起的土壤质量变异的规律,为南方红壤丘陵区水土流失防治及低效林改造提供科学性的数据支撑。【方法】选取江西省吉安市青原山小流域作为南方红壤丘陵区的典型区,按照典型性和代表性将小流域划分坡位,对各坡位土壤... 详细信息

【目的】揭示由水蚀引起的土壤质量变异的规律,为南方红壤丘陵区水土流失防治及低效林改造提供科学性的数据支撑。【方法】选取江西省吉安市青原山小流域作为南方红壤丘陵区的典型区,按照典型性和代表性将小流域划分坡位,对各坡位土壤团聚体组成进行分析,并应用相关性分析探究水蚀过程中各指标间的影响关系。【结果】水力侵蚀改变了土壤容重和土壤孔隙的空间分布格局,致使侵蚀区的土壤抗蚀性变弱,沉积区影响不大,加速了土壤侵蚀的发生。长期侵蚀后土壤容重增大,与其他坡位相比,坡脚处土壤容重显著增加了0.16 g/cm^(3)(P<0.05),而饱和持水量和毛管孔隙度均表现为显著减小(P<0.05);水蚀后,土壤质地的组成也发生了变化,土壤砂粒含量显著增加,黏粒和粉粒含量显著减小(P<0.05)。水蚀过程对不同坡位的土壤养分影响不一,侵蚀后坡上、坡中和坡下土壤全氮、速效磷、有机碳含量和碳氮比降低,坡上各养分含量显著降低(P<0.05);与侵蚀前相比,侵蚀后坡脚处的养分含量均增加,速效磷显著增加了39.31%(P<0.05)。水蚀后不同坡位的水稳性团聚体质量分数(R0.25)、平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均呈现降低的变化,坡脚处的变化不明显,土壤结构稳定性最高。【结论】南方红壤丘陵区生态系统脆弱,长期水蚀作用可使红壤的团聚体稳定性降低,水蚀过程使侵蚀-沉积部位的土壤理化性质发生了空间分异,植被覆盖度和枯落物厚度是主要的环境影响因素。

关键词：土壤侵蚀水蚀作用理化性质团聚体空间分异南方红壤丘陵区

基于GBDT算法的参考作物蒸散量模型在江苏省的预测

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江苏农业学报 2020年第5期36卷 1169-1180页

作者：张薇韦群吴天傲林洁邵光成丁鸣鸣河海大学农业科学与工程学院江苏南京210098 南京市浦口区水务局江苏南京211800 南京市江宁区水务局江苏南京211100 南京市水务局江苏南京210098

选取江苏省6个气象站点1997-2016年的逐日气象资料,建立了3种基于树型算法的参考作物蒸散量(ET 0)预测模型,包括梯度提升决策树(Gradient boosting decision tree,GBDT)、随机森林(Random forest,RF)和回归树(Regression tree)模型,以FAO-56 Penman-Monteith公式计算所得的ET 0值作为标准值,对GBDT、RF、Regresssion tree模型和3种经验模型(EI-Sebail、Irmak、Hargreaves-Samani模型)的预测结果进行比较分析。结果表明:在相同气象因子输入组合下,GBDT、RF模型能取得较高的模拟精度,且明显高于Regression tree模型和经验模型,其中,气象参数组合为最高气温、最低气温和辐射的GBDT模型具有最高的模拟精度[全局评价指标(GPI)排名第1];通过敏感性分析发现,辐射是对江苏省逐日ET 0影响最为显著的气象因子,其直接通径系数为0.512,对决定系数(R 2)的贡献度为0.740,显著高于其他气象因子;通过可移植性分析发现,气象因子组合为最高气温、最低气温和辐射的GBDT、RF模型在江苏省内6个站点相互交叉验证下仍具有较高的预测精度。因此,可以将GBDT、RF模型应用于江苏省气象资料缺乏时的ET 0预测,为农业灌溉提供可靠依据。

关键词：参考作物蒸散量梯度提升决策树(GBDT)算法随机森林(RF)算法可移植性分析敏感性分析