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基于长短时记忆深度神经网络的滑坡易发性预测研究与应用

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基于长短时记忆深度神经网络的滑坡易发性预测研究与应用

作者：张子荷南昌大学

学位级别：硕士

滑坡预测与预防是一个世界性的难题,近十几年来,随着人工智能的快速崛起,机器学习已被广泛应用于滑坡易发性预测。但是由于滑坡特征通常不相关或非线性相关,以及传统机器学习模型存在泛化能力弱、特征提取不充分等问题,导致基于机器学... 详细信息

滑坡预测与预防是一个世界性的难题,近十几年来,随着人工智能的快速崛起,机器学习已被广泛应用于滑坡易发性预测。但是由于滑坡特征通常不相关或非线性相关,以及传统机器学习模型存在泛化能力弱、特征提取不充分等问题,导致基于机器学习的滑坡易发性预测模型存在一定的局限性。深度学习凭借其学习能力强、覆盖范围广、适应性好等特点已被广泛应用于智慧医疗、智慧城市、智慧交通、网络安全等诸多领域。本文提出了基于长短时记忆网络(Long ShortTerm Memory,LSTM)和双向长短时记忆网络(Bi-directional Long Short-Term Memory,Bi-LSTM)的两个滑坡易发性预测模型,将其应用于实采滑坡空间数据,并对滑坡环境因子和预测模型进行了可解释性分析。主要研究内容如下:(1)提出了一种基于级联并行长短时记忆和条件随机场的滑坡易发性预测模型cp LSTM-CRF(Cascade-parallel Long Short-Term Memory and Conditional Random Fields,cp LSTM-CRF)。首先,构建级联并行LSTM特征提取网络,使网络能够充分的提取滑坡环境因子间的非线性特征。其次,通过CRF对提取的特征进行优化,并对突变预测结果进行平滑处理,从而优化预测结果。将cp LSTM-CRF应用于江西省赣州市石城县滑坡易发性评价,并与逻辑回归(Logistic Regression,LR)、决策树(Decision Tree,DT)和多层感知机(MultiLayer Perceptron,MLP)进行对比。实验结果表明,cp LSTM-CRF的阴性预测率(Negative Predictive Rate,NPR)、滑坡预测准确率和预测率曲线下面积(Area Under Curve,AUC)分别为80%、75.67%和0.868,均优于C5.0DT(69.73%、75.67%、0.838)、LR(70.83%,70.94%,0.833)和MLP(71.64%、71.61%、0.826)。因此本文提出的cp LSTM-CRF预测模型有效地克服了传统机器学习的局限性,更充分地提取出非线性特征,提高滑坡易发性预测性能。(2)提出一种基于自筛选的双向长短时记忆和条件随机场的滑坡易发性预测模型SBi LSTM-CRF(Self-screening Bi-directional Long Short-Term Memory and Conditional Random Fields,SBi LSTM-CRF)。首先,利用Bi-LSTM和全连接构建预分类自筛选网络,设定阈值对因不确定因素导致标注结果错误的数据进行筛选。同时进行全研究区域预评估,以降低易发性评价过程中的不确定性。其次,根据筛除数量,从全研究区域预评估结果中筛选可靠数据进行等量补充。接着,构建级联Bi-LSTM特征提取网络,更充分的提取各方向的空间信息。最后,使用CRF获得栅格间平滑的滑坡概率输出。将SBi LSTM-CRF应用于陕西省延安市延长县滑坡易发性评价,并与cp LSTM-CRF和随机森林(Random Forest,RF)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、LR、随机梯度下降(Stochastic Gradient Descent,SGD)等机器学习模型进行对比。实验结果显示,SBi LSTMCRF的PPR,NPR,滑坡预测准确率和AUC分别为83.07%、82.56%、82.82%和0.9202,均优于cp LSTM-CRF(71.09%、76.03%、73.30%、0.7773)、RF(75.84%、78.04%、76.89%、0.8478)、SVM(71.82%、73.49%、72.62%、0.7800)、LR(70.43%、70.63%、70.53%、0.7682)、SGD(66.26%、73.95%、69.37%、0.7646)。因此,本文提出SBi LSTM-CRF有效地降低了滑坡易发性建模过程中的不确定性,有效地从正向栅格关联性、反向栅格关联性、邻近栅格能量三个方向深层提取特征,显著地提高了预测性能,具有更优的滑坡易发性评价性能。(3)滑坡易发性环境因子可解释性研究。针对机器学习算法可解释性弱的弊端,本文进一步以延长县研究为例,采用预测分布图和积分梯度深层次地解释了该研究区域的滑坡自然成因以及环境因子对神经网络的贡献。首先,利用预测分布图,研究经过SBi LSTM-CRF算法预测后的结果与环境单因子和环境双因子耦合之间的关系,阐述导致滑坡的可能的自然原理。然后,利用积分梯度计算各因子对SBi LSTM-CRF做出决策的贡献度总和。结果表明,坡度、高程、岩性、地表起伏度和坡向等滑坡因子控制了延长县地区的堆积层滑坡发育。在海拔为866.6 m～979.4 m,坡度为21.9°～

关键词：机器学习深度神经网络长短时记忆网络条件随机场滑坡易发性预测

基于自筛选深度学习的滑坡易发性预测建模及其可解释性

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地球科学 2023年第5期48卷 1696-1710页

作者：黄发明陈彬毛达雄刘乐开张子荷朱莉南昌大学信息工程学院江西南昌330031 南昌大学工程建设学院江西南昌330031

针对滑坡易发性预测建模中滑坡-非滑坡样本可能存在误差、环境因子间非线性关系较复杂且机器学习可解释性未被关注等重要问题,拟提出一种基于自筛选的双向长短时记忆网络与条件随机场的滑坡易发性预测模型(Selfscreening Bi-directional... 详细信息

针对滑坡易发性预测建模中滑坡-非滑坡样本可能存在误差、环境因子间非线性关系较复杂且机器学习可解释性未被关注等重要问题,拟提出一种基于自筛选的双向长短时记忆网络与条件随机场的滑坡易发性预测模型(Selfscreening Bi-directional Long Short-Term Memory and Conditional Random Fields,SBiLSTM-CRF).SBiLSTM-CRF模型具有深度学习网络层数深、宽度广及可循环迭代建模的优势,能预测出环境因子间的非线性关系,并通过迭代自动筛选阈值区间外的错误滑坡样本.该模型可用于解释各环境因子之间耦合关系的内部作用机制.将SBiLSTM-CRF模型用于陕西延长县滑坡易发性预测,并与cpLSTM-CRF、随机森林、支持向量机、随机梯度下降和逻辑回归模型比较.结果表明,SBiLSTM-CRF克服了传统机器学习中存在的样本误差以及因子间复杂的非线性关系问题,具有更高的预测性能.通过该模型的可解释性能力揭示了坡度、高程和岩性等因子控制延长县的黄土滑坡发育的机制.

关键词：滑坡易发性预测深度学习双向长短时记忆网络条件随机场可解释性工程地质.

植物干旱和盐胁迫响应相关miRNA研究进展

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南京林业大学学报(自然科学版) 2024年

作者：宋子荷甄艳南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京林业大学林草学院

非编码RNA(non-coding RNA，ncRNA)是一类由生物基因组转录产生但不编码蛋白质的遗传信息分子，作为表观遗传学研究的主要内容，曾一度被视为基因组中的“暗物质”或“转录噪音”。最广为人知的微小RNA (microRNA，miRNA)是在进化上高... 详细信息

非编码RNA(non-coding RNA，ncRNA)是一类由生物基因组转录产生但不编码蛋白质的遗传信息分子，作为表观遗传学研究的主要内容，曾一度被视为基因组中的“暗物质”或“转录噪音”。最广为人知的微小RNA (microRNA，miRNA)是在进化上高度保守的一类长20～24个核苷酸的短链非编码小分子RNA，通过与靶位点碱基互补配对切割降解靶基因转录本或抑制其翻译，从而实现对生物体生长发育等过程的调控。随着小RNA测序和降解组测序等miRNA研究手段的发展，越来越多的miRNA及其生物学功能在动植物中被相继报道，大量研究揭示miRNA在逆境响应过程中也发挥重要调控作用。本文较为系统地论述了植物miRNA的特征、合成过程、作用方式及其在抗旱耐盐方面的研究进展，以期揭示植物抗旱耐盐的miRNA调控机理，为创制抗旱耐盐新种质提供依据。

关键词：非编码RNA 盐胁迫干旱胁迫小RNA测序降解组

新时代“大统战”工作格局下高校少数民族学生思想政治工作的应然路向研究

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西部学刊 2023年第24期 84-87页

作者：张子荷西安财经大学马克思主义学院西安710100

高校是传递国家意识形态与价值观的主阵地,少数民族学生是高校统战工作与思想政治工作的重点对象,是民族团结的中坚力量。高校少数民族学生具有民族意识较强、家庭经济基础较为薄弱、人际交往较为局限等群体特征。“大统战”工作格局下... 详细信息

高校是传递国家意识形态与价值观的主阵地,少数民族学生是高校统战工作与思想政治工作的重点对象,是民族团结的中坚力量。高校少数民族学生具有民族意识较强、家庭经济基础较为薄弱、人际交往较为局限等群体特征。“大统战”工作格局下高校少数民族学生思想政治工作有效开展的路径指向:(一)发挥融合效用,画好高校少数民族学生统战工作与思想政治工作同心圆;(二)凝聚价值共识,利用“和合”思想构筑各民族共有精神家园;(三)坚持“精准滴灌”,结合学生思想特点创新思想政治工作方式;(四)立足教学主线,夯实中华民族共同体意识培育的思想基础。

关键词： “大统战” 高校少数民族学生思想政治工作

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蔚县剪纸艺术特色及传承拓展研究

蔚县剪纸艺术特色及传承拓展研究

作者：张子荷昆明理工大学

学位级别：硕士

随着现代社会的发展和进步,人们在满足日常基本生活需要之外,越来越注重精神层面的满足,而对剪纸艺术的关注是其表现之一。深入而详细的总结和分析剪纸艺术的不同地域特色,不仅有利于发扬中国传统民俗文化,更是对民间剪纸艺术的保护与传... 详细信息

随着现代社会的发展和进步,人们在满足日常基本生活需要之外,越来越注重精神层面的满足,而对剪纸艺术的关注是其表现之一。深入而详细的总结和分析剪纸艺术的不同地域特色,不仅有利于发扬中国传统民俗文化,更是对民间剪纸艺术的保护与传承,顺应了历史的发展,为后人的继续研究提供了方便。蔚县剪纸艺术作为中国第一批国家非物质文化遗产,带有着浓烈的北方剪纸风格特色,却又拥有自己与众不同的表现形式。蔚县剪纸最突出的特点就是,它是以阴刻为主,点染上色的方式来区别于其他地方剪纸,是当地人文历史的呈现。这种独特的艺术特色非常值得去进一步的研究和拓展。本文从蔚县剪纸的人文历史入手,通过实地调研和资料归纳,总结蔚县剪纸的制作工艺,并将其艺术特色作为研究重点,从蔚县剪纸的题材纹样、色彩和构图等方面加以图表的形式进行分析归纳。并且为了传统民俗文化更好的传承,将传统的蔚县剪纸艺术特色同现代社会发展下的设计艺术相结合,通过实例举证,对如何将蔚县剪纸元素拓展运用更加广泛进行了分析。整篇文章通过对蔚县剪纸艺术特色的研究归纳,在发扬和传承的问题上利用将传统蔚县剪纸艺术与现代科技艺术互相融合的方式作为突破点,提供了新的思路和研究方向。

关键词：蔚县剪纸艺术特色传承拓展

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生态批评视角下解读《大湖消息》

长江小说鉴赏 2024年第7期 124-128页

作者：赵子荷长江大学人文与新媒体学院

沈念的创作带有鲜明的地域特色，他在“青山碧水新湖南”创作活动的契机下创作《大湖消息》，是一次聚焦洞庭湖的创作。沈念将非虚构写作与生态批评相融合，记录洞庭湖生态环境在人类的干预下呈现的历时性变化，并将江湖儿女的人生遭际... 详细信息

沈念的创作带有鲜明的地域特色，他在“青山碧水新湖南”创作活动的契机下创作《大湖消息》，是一次聚焦洞庭湖的创作。沈念将非虚构写作与生态批评相融合，记录洞庭湖生态环境在人类的干预下呈现的历时性变化，并将江湖儿女的人生遭际娓娓道来，展现了一个真实灵动、有情有义的江湖世界。散文一方面记录了江湖世界生态秩序由解构到重构的动态变化过程，另一方面从人类精神生态产生危机到自然身份认同的转变思考，揭示人与自然的命运羁绊，体现了沈念鲜明的问题意识和强烈的人文关怀，以及非虚构创作的内在张力和生态批评价值。

关键词：《大湖消息》生态批评 “鱼腥味”创作精神生态危机生态身份认同

基于生态系统服务簇的内蒙古荒漠草原生态系统服务的空间分布特征

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草业学报 2023年第4期32卷 1-14页

作者：胡宇霞龚吉蕊朱趁趁矢佳昱张子荷宋靓苑张魏圆北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京师范大学地理科学学部北京100875

生态系统服务在维持生态安全、可持续发展和人类福祉方面发挥着重要作用。本研究以内蒙古荒漠草原为研究区,分别对2000、2017年水源涵养、土壤保持、生境质量、游憩潜力进行定量评估,分析其时空分布特征,探讨服务间的权衡/协同关系,并... 详细信息

生态系统服务在维持生态安全、可持续发展和人类福祉方面发挥着重要作用。本研究以内蒙古荒漠草原为研究区,分别对2000、2017年水源涵养、土壤保持、生境质量、游憩潜力进行定量评估,分析其时空分布特征,探讨服务间的权衡/协同关系,并识别不同服务簇的主导服务类型和空间格局。结果表明:从2000-2017年,各项生态系统服务的空间异质性显著,水源涵养服务的高值区域主要集中在东南部和西南部,土壤保持高值位于西南部,生境质量和游憩潜力的分布都较随机。各项生态系统服务主要呈现降低趋势;大部分服务对间表现为协同关系,而土壤保持和生境质量服务对表现为权衡关系,服务对间的相关性程度有所降低;生态系统服务簇分为土壤保持、人居环境、水源涵养三个功能区,具有明显的空间异质性。土壤保持区,主要土地利用类型为未利用地,未来的管理要限制放牧数量,通过改变地表植被覆盖来影响土壤可侵蚀性。人居环境区,草地覆盖度高,为人类活动提供优良场所,促进生态旅游等多产业协同发展。水源涵养区,土地利用类型主要为中覆盖度草地和低覆盖度草地,未来管理以蓄水保水为主,坚持生态优先,实现该区域生态可持续发展。

关键词：生态系统服务簇权衡/协同关系荒漠草原水源涵养

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存世西夏石雕研究

存世西夏石雕研究

作者：张子荷中国美术学院

学位级别：硕士

西夏陵建于11世纪初,是现存规模最大的西夏皇家遗迹,大部分陵园基址保存完好且结构清晰。存世陵墓石雕题材丰富、特色鲜明,分布在地上碑亭、月城和地下地宫（墓室）等区域。现有西夏陵石雕研究多围绕碑亭石雕支座,鲜有包含其他石雕题材... 详细信息

西夏陵建于11世纪初,是现存规模最大的西夏皇家遗迹,大部分陵园基址保存完好且结构清晰。存世陵墓石雕题材丰富、特色鲜明,分布在地上碑亭、月城和地下地宫（墓室）等区域。现有西夏陵石雕研究多围绕碑亭石雕支座,鲜有包含其他石雕题材的综合性研究。本文以碑亭支座、月城石像生、地宫（墓室）从葬品等主题鲜明的存世石雕为研究对象,螭首、栏柱等依附于建筑的石雕构件暂且不在讨论范围之内。笔者关注石雕题材、意义和风格问题,全文分为三个部分:一讨论陵墓营建历史、陵墓归属,及陵墓现有面貌和遗物,并对存世陵墓石雕现状进行整理概述;二探讨分别置于纪念、仪卫和地下空间内石雕的身份、题材和所含意义;三从赞助人趣味和工匠来源两方面探究石雕风格源起,同时对各陵石雕风格进行对比研究,明其流变。本文旨在通过整体把握西夏陵石雕的艺术面貌,洞悉西夏皇家趣味,探寻统治者嵬名氏对其“归处”的建构与想象。

关键词：西夏西夏陵石雕

内蒙古温带草原大针茅叶片光合生理特性对氮添加的响应

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生态学报 2023年第14期43卷 5994-6004页

作者：董姣姣龚吉蕊翟占伟张子荷矢佳昱张魏圆宋靓苑李颖张斯琦北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部自然资源学院北京100875

大气氮沉降增加生态系统氮有效性,优势种植物对不同水平氮输入的响应影响草原生态系统结构和功能。研究设置4个氮添加水平,分析内蒙古温带草原优势种大针茅(Stipa grandis)光合生理特性对不同梯度氮添加的响应。结果表明:低氮(0—2 g m^... 详细信息

大气氮沉降增加生态系统氮有效性,优势种植物对不同水平氮输入的响应影响草原生态系统结构和功能。研究设置4个氮添加水平,分析内蒙古温带草原优势种大针茅(Stipa grandis)光合生理特性对不同梯度氮添加的响应。结果表明:低氮(0—2 g m^(-2)a^(-1))处理时,大针茅叶片氮含量较低,叶绿素含量和1,5⁃二磷酸核酮糖羧化/加氧酶的活性不高,光能利用效率低,导致光系统II出现过剩激发能,光合器官受到抑制,净光合速率相对较低。适量氮添加(5—10 g m^(-2)a^(-1))提高了大针茅叶片羧化系统和电子传递系统的氮分配,进而提高了1,5⁃二磷酸核酮糖羧化/加氧酶的活性以及电子传递速率,净光合速率增大。高氮(25 g m^(-2)a^(-1))处理时,叶片氮含量较高,但光合氮分配比例下降,降低了光合氮利用效率。大针茅光抑制程度增大,叶绿素含量、1,5⁃二磷酸核酮糖羧化/加氧酶的活性下降,不利于生物量积累。研究结果有助于进一步了解全球变化背景下草原生态系统优势种的生理响应机制,并为草原的可持续发展提供一定的理论依据。

关键词：内蒙古温带草原氮添加光合作用光合氮分配碳代谢酶