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基于多源环境变量的渭-库绿洲土壤颗粒含量预测研究

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土壤 2023年第2期55卷 426-432页

作者：顾永昇丁建丽韩礼敬李科周倩新疆大学地理与遥感科学学院智慧城市与环境建模自治区普通高校重点实验室乌鲁木齐830046 新疆大学绿洲生态重点实验室乌鲁木齐830046

本文以渭干河–库车河绿洲(简称渭–库绿洲)土壤颗粒为研究对象,采集了绿洲内50个典型表层(0~10 cm)土壤样本,通过相关软件,提取到遥感指数变量、地形和气候等环境变量,经过相关性分析确定环境变量和预测目标间的关系,使用R语言构建了... 详细信息

本文以渭干河–库车河绿洲(简称渭–库绿洲)土壤颗粒为研究对象,采集了绿洲内50个典型表层(0~10 cm)土壤样本,通过相关软件,提取到遥感指数变量、地形和气候等环境变量,经过相关性分析确定环境变量和预测目标间的关系,使用R语言构建了预测土壤颗粒含量的随机森林(random forest,RF)模型和极端梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)模型。研究结果表明:XGBoost模型的预测结果整体好于RF模型,其中相关系数介于0.39~0.78;土壤pH、高程及衍生变量、光谱变换变量均是两个模型预测土壤颗粒含量的重要因子;将模型预测结果、实测数据和世界土壤数据库(HWSD)中的3种土壤颗粒数据作对比分析,结果表现出模型预测数据的误差小于HWSD与实测数据的误差。综上所述,通过筛选环境变量建立的XGBoost模型,是预测渭–库绿洲土壤颗粒含量的有效方法。

关键词：土壤颗粒高光谱环境变量机器学习

MODIS和Landsat时空融合影像在土壤盐渍化监测中的适用性研究——以渭干河—库车河三角洲绿洲为例

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干旱区地理 2022年第4期45卷 1155-1164页

作者：赵巧珍丁建丽韩礼敬金晓叶郝建平新疆大学地理与遥感科学学院智慧城市与环境建模自治区普通高校重点实验室新疆乌鲁木齐830046 新疆大学绿洲生态教育部重点实验室新疆乌鲁木齐830046 自然资源部中亚地理信息技术开发应用工程技术创新中心新疆乌鲁木齐830046 新疆阿克苏地区渭干河流域管理处新疆阿克苏842000

土壤盐渍化的遥感监测依赖于高时空分辨率影像,但受经费预算、卫星回访周期及天气的影响,高时空分辨率的遥感影像较难获取,这就限制了根据采样时间来获取对应时期遥感影像进行土壤盐渍化监测反演的应用。为此,提出融合MODIS和Landsat影... 详细信息

土壤盐渍化的遥感监测依赖于高时空分辨率影像,但受经费预算、卫星回访周期及天气的影响,高时空分辨率的遥感影像较难获取,这就限制了根据采样时间来获取对应时期遥感影像进行土壤盐渍化监测反演的应用。为此,提出融合MODIS和Landsat影像生成高时空分辨率影像来提取土壤盐渍化信息,为时空影像进行土壤盐渍化监测研究提供数据参考。以渭干河—库车河绿洲为研究区,利用增强型时空自适应融合率反射模型(Enhanced spatial and temporal adaptive reflec⁃tance fusion model,ESTARFM)和灵活的时空融合模型(Flexible spatiotemporal data fusion,FSDAF),对MODIS和Landsat影像进行时空融合,并基于融合影像数据构建了关于土壤电导率(EC)的随机森林(RF)预测模型,对比分析时空融合影像应用于土壤盐渍化遥感监测的适用性。结果表明:ES⁃TARFM融合影像的特征波段反射率与Landsat验证影像对应波段反射率一致性决定系数R2(Red)=0.8066、R2(SWIR2)=0.8444;FSDAF融合影像的特征波段与Landsat验证影像对应波段反射率一致性决定系数R2(Red)=0.6999、R2(SWIR2)=0.7493;基于ESTARFM融合影像构建的EC值预测模型精度最高,R2=0.9268,基于FSDAF融合影像构建的EC值预测模型精度良好,R2=0.8987,基于验证影像构建的EC值预测模型R2=0.9103;ESTARFM模型的融合精度高于FSDAF模型,并且基于融合影像构建的EC值预测模型效果良好。

关键词：时空融合随机森林土壤电导率土壤盐渍化

基于PlanetScope影像的典型绿洲土壤盐渍化数字制图

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干旱区地理 2023年第8期46卷 1291-1302页

作者：李科丁建丽韩礼敬葛翔宇顾永昇周倩吕阳霞新疆大学地理与遥感科学学院/智慧城市与环境建模自治区普通高校重点实验室新疆乌鲁木齐830046 新疆大学绿洲生态教育部重点实验室新疆乌鲁木齐830046 新疆阿克苏地区渭干河流域管理局新疆阿克苏842000

干旱半干旱地区急需高分辨率的土壤盐度图用于显示盐度空间分布的细微变化,指导盐渍化区域和潜在盐渍化区域制定土地资源管理政策和水资源管理政策,防止土壤进一步退化,保障农业经济可持续发展和粮食安全生产。基于PlanetScope影像,提... 详细信息

干旱半干旱地区急需高分辨率的土壤盐度图用于显示盐度空间分布的细微变化,指导盐渍化区域和潜在盐渍化区域制定土地资源管理政策和水资源管理政策,防止土壤进一步退化,保障农业经济可持续发展和粮食安全生产。基于PlanetScope影像,提取植被光谱指数和土壤盐度指数,共计21个变量,将其输入装袋回归(Bootstrap aggregating,Bagging)算法中,构建了土壤盐度预测模型Model-Ⅰ;使用最相关最小冗余(Max-relevance and min-redundancy,mRMR)方法筛选特征变量,将其输入Bagging中,构建了土壤盐度预测模型Model-Ⅱ,使用野外采样数据来辅助建模并进行验证。通过模型评价指标对Model-Ⅰ和Model-Ⅱ进行评估。结果表明:Model-Ⅱ的预测性能优于Model-Ⅰ(验证集决定系数为0.66,均方根误差为18.00 dS·m-1,四分位数的相对预测误差为3.21),mRMR有效降低了多维特征冗余问题。PlanetScope影像结合mRMR方法成功绘制了高分辨率土壤盐度图,提供了更详细的土壤盐度空间分布信息,研究结果对利用PlanetScope数据监测土壤盐渍化信息起推动作用。

关键词： PlanetScope mRMR Bagging 土壤盐渍化数字制图技术

基于遥感及HYDRUS模型的干涸湖床盐分空间格局及水盐运移模拟

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基于遥感及HYDRUS模型的干涸湖床盐分空间格局及水盐运移模拟

作者：韩礼敬内蒙古大学

学位级别：硕士

干涸湖床是受自然条件及人类活动等因素影响而形成的具有表层高盐分含量的且高动态变化的次生荒漠景观。其对区域生态环境、人类福祉造成严重的影响。了解干涸湖床盐分空间分布特征及表层土壤水盐运移规律对生态环境修复及防治自然灾害... 详细信息

干涸湖床是受自然条件及人类活动等因素影响而形成的具有表层高盐分含量的且高动态变化的次生荒漠景观。其对区域生态环境、人类福祉造成严重的影响。了解干涸湖床盐分空间分布特征及表层土壤水盐运移规律对生态环境修复及防治自然灾害等具有重要意义。本文的目的及方法是利用遥感影像(Landsat8 OLI)建立盐分预测模型,估算查干淖尔湖干涸湖床土壤盐分空间分布,并分析盐分的可能来源;讨论地表温度和水分对盐分分布的影响;利用HYDRUS模型对植被区与裸地区域植被根区范围(0-40cm)的水盐运移情况进行数值模拟,以明确干涸湖床表层土壤水盐运移规律。研究结果表明:土壤亮度指数(BI)与电导率(EC)有很好的相关性,Pearson相关系数(R)=0.788。所建立的线性统计模型可以成功应用于反演土壤盐度,决定系数R=0.62071,均方根误差RMSE=1.61702。利用HYDRUS模型模拟结果良好,水分模拟精度R为0.7138至0.97254,RMSE为0.00395至0.01341(%),盐分模拟结果R为0.67921至0.99352,RMSE为1.11094至24.28(dS/m)。模拟结果精度良好。进而,得到了查干淖尔湖干涸湖床的盐空间分布特征:干涸湖床主体为盐渍化土壤,其中湖床中部低盐,湖床周边高盐。强盐渍化区主要分布在湖床东部、西部和南部地区,在湖岸和植被带之间带状分布。这种盐分空间分布特征可能与地下水埋深及地形的控制有关。根据研究区地质地貌特征,盐分可能来源于北部的阿巴嘎熔岩台地和南部的浑善达克沙地及湖区地下水当中。地表盐分与地表水分呈中等程度负相关,与地表温度无显著相关性,地表水含量越高的地方盐分含量低。根区水分与盐分变化与降雨趋势高度一致,降雨事件发生后,土壤盐分迅速降低,之后会逐渐升高,升高速率可能与蒸发强度有关。湖床水分及盐分季节变化显著,夏秋交替时期,湖床表层水分逐渐降低,盐分逐渐升高,非饱和导水率逐渐降低。本研究的结果可为查干淖尔湖干涸湖床生态修复提供科学依据,为干旱区湿地盐分监测提供了理论支持及方案,为我国西北地区干涸湖床水盐运移变化过程提供科学参考。

关键词：干涸湖床遥感盐分反演盐度指数 HYDRUS模型水盐运移

基于变量优选与机器学习的干旱区湿地土壤盐渍化数字制图

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农业工程学报 2020年第19期36卷 124-131页

作者：马国林丁建丽韩礼敬张子鹏新疆大学资源与环境科学学院智慧城市与环境建模自治区普通高校重点实验室乌鲁木齐830046 新疆大学绿洲生态教育部重点实验室乌鲁木齐830046

土壤盐渍化是导致土壤退化和生态系统恶化的主要原因之一,对干旱区的可持续发展构成主要威胁。为了尽可能精确地监测土壤盐渍化的空间变异性,该研究收集新疆艾比湖湿地78个典型样点,其中选取54个样本作为训练集,24个样本作为独立验证集... 详细信息

土壤盐渍化是导致土壤退化和生态系统恶化的主要原因之一,对干旱区的可持续发展构成主要威胁。为了尽可能精确地监测土壤盐渍化的空间变异性,该研究收集新疆艾比湖湿地78个典型样点,其中选取54个样本作为训练集,24个样本作为独立验证集。基于Sientinel-2多光谱传感器(Multi-Spectral Instrument,MSI)、数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)数据提取3类指数(红边光谱指数、植被指数和地形指数),经过极端梯度提升(Extreme Gradient Boosting,XGBoost)算法筛选有效特征变量,构建了关于土壤电导率(Electrical Conductivity,EC)的随机森林(Random Forest,RF)、极限学习机(Extra Learning Machine,ELM)和偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)预测模型,并选择最优模型绘制了艾比湖湿地盐渍化分布图。结果表明:优选的红边光谱指数基本能够预测EC的空间变化;红边光谱指数与植被指数组合建模效果总体上优于其与地形指数的组合,3类指数组合的建模取得了较为理想的预测精度,其中RF模型表现最优(验证集R2=0.83,RMSE=4.81 dS/m,RPD=3.11);在整个研究区内,中部和东部地区土壤盐渍化程度尤为严重。因此,XGBoost所筛选出的环境因子结合机器学习算法可以实现干旱区土壤盐渍化的监测。

关键词：土壤盐分数字制图机器学习变量优选 Sentinel-2A

分数阶微分技术在机载高光谱数据估算土壤含水量中的应用

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光谱学与光谱分析 2022年第11期42卷 3559-3567页

作者：王瑾杰丁建丽葛翔宇张喆韩礼敬新疆大学地理与遥感科学学院新疆乌鲁木齐830017 北京师范大学防沙治沙教育部工程研究中心北京100875 中国科学院数字地球重点实验室北京100094 新疆大学新疆绿洲生态自治区重点实验室新疆乌鲁木齐830017 新疆大学智慧城市与环境建模自治区普通高校重点实验室新疆乌鲁木齐830017

无人机高光谱遥感为精准农业和农业信息化监测提供崭新视角。高光谱传感器具有厘米级空间分辨率和精细的光谱分辨率,可获取高质量的高光谱数据。然而,高光谱数据通常伴随噪声和数据冗余,高光谱信息利用效率低,常规预处理难以满足精准估... 详细信息

无人机高光谱遥感为精准农业和农业信息化监测提供崭新视角。高光谱传感器具有厘米级空间分辨率和精细的光谱分辨率,可获取高质量的高光谱数据。然而,高光谱数据通常伴随噪声和数据冗余,高光谱信息利用效率低,常规预处理难以满足精准估算的需求。因此,为解决上述现实问题,针对机载高光谱影像的数据挖掘必不可少。利用分数阶微分(FOD)技术逐像元处理机载高光谱数据(步长为0.1)。通过对比FOD技术与整数阶技术对高光谱数据的改善能力,从光谱层面探寻最佳FOD阶数。在梯度提升回归树(GBRT)算法下构建土壤含水量(SMC)估算模型,最终在最佳模型下评估SMC的空间分布。结果表明:FOD技术提高光谱与SMC的相关系数(r_(max)=0.768),与原始光谱、一阶微分和二阶微分处理后的光谱同SMC相关系数相比,分别提升0.168,0.157和0.158。FOD技术提升模型估算精度的主因是突出有效光谱信息的作用,特别是与水分胁迫密切敏感的叶绿素、植物结构和水分响应波段(430,460,640,660和970 nm)。即使FOD技术取得理想的结果,不同阶数的效果仍有差异。高阶FOD对影像增加了一定噪声,相较于高阶FOD(1<阶数<2),低阶FOD(0<阶数<1)对相关性的改善更为明显。FOD技术对SMC估算模型的性能有很大提高,在0.4阶模型下取得最优结果(R^(2)_(p)=0.874,RMSEP=1.458,RPIQ=3.029)。此外,0.1—0.9阶和1.6—1.9阶的SMC估算模型比整数阶模型更优(R^(2)_(p)提升0.8%~13.8%),但根据模的RPIQ发现,低阶FOD模型在模型的预测能力方面更强。在0.4阶模型下反演农田土壤水分的空间分布表明干旱区农田SMC具有显著的空间异质性。研究结果表明低阶FOD技术有效地实现对高光谱数据挖掘,从而实现农业SMC的精准估算。该研究提出了针对机载高光谱影像处理的新方法,为干旱区精准农业实施和管理提供新的策略。

关键词：高光谱无人机分数阶微分精准农业土壤含水量

基于PSCF与CWT模型的乌鲁木齐市大气颗粒物源区分析

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环境科学学报 2021年第8期41卷 3033-3042页

作者：汪蕊丁建丽马雯张钧泳韩礼敬新疆大学资源与环境科学学院智慧城市与环境建模自治区普通高校重点实验室乌鲁木齐830046 新疆大学绿洲生态教育部重点实验室乌鲁木齐830046

利用MeteoInfoMap软件和GDAS全球同化气象数据,对乌鲁木齐市2014—2019年四季72 h气团后向轨迹进行聚类分析.同时,结合小时PM_(2.5)和PM_(10)浓度数据,运用潜在源贡献因子分析法(PSCF)和浓度权重轨迹分析法(CWT)分析了乌鲁木齐市颗粒物... 详细信息

利用MeteoInfoMap软件和GDAS全球同化气象数据,对乌鲁木齐市2014—2019年四季72 h气团后向轨迹进行聚类分析.同时,结合小时PM_(2.5)和PM_(10)浓度数据,运用潜在源贡献因子分析法(PSCF)和浓度权重轨迹分析法(CWT)分析了乌鲁木齐市颗粒物不同季节潜在源区及其对研究区颗粒物浓度的贡献.结果表明:(1)影响乌鲁木齐市大气质量的气团轨迹可分为长、短两支,短支气流主要来自研究区及周边城市,对研究区颗粒物浓度贡献大;(2)长支气流输送距离较远,主要来自哈萨克斯坦、俄罗斯等国家,对研究区颗粒物浓度贡献小;(3)影响乌鲁木齐市PM_(2.5)浓度的主要潜在源区是吐鲁番地区、巴音郭楞蒙古自治州、伊宁市和阿克苏地区;(4)潜在源区分布呈现显著季节变化特征,冬季潜在源区分布广、贡献度高,而夏季源区分布狭窄、贡献度低,春季和秋季源区分布与贡献特征介于两者之间.

关键词：大气颗粒物潜在源贡献浓度权重轨迹后向轨迹聚类分析

南沙环保造纸项目是“退二进三”产业升级的成功典范 001

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广州日报

作者：记者舒涓通讯员陈伟秋唐珂韩礼敬

本报讯（记者舒涓通讯员陈伟秋、唐珂、韩礼敬）昨天上午，广东省和广州市“十一五”规划的重点项目——广纸南沙环保造纸基地一期工程、异地迁建九号机试产庆典在南沙区举行，市长张广宁出席庆典仪式并视察了该项目生产管理情况，市...

本报讯（记者舒涓通讯员陈伟秋、唐珂、韩礼敬）昨天上午，广东省和广州市“十一五”规划的重点项目——广纸南沙环保造纸基地一期工程、异地迁建九号机试产庆典在南沙区举行，市长张广宁出席庆典仪式并视察了该项目生产管理情况，市领导孔少琼、陈明德、甘新参加了活动。?

关键词：

来源： cnki报纸评论

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利用地震资料预测和评价烃源岩

天然气地球科学 2011年第3期22卷 554-560页

作者：顾礼敬徐守余苏劲赵杰韩芮中国石油大学(华东)地球资源与信息学院山东青岛266555 中国石油勘探开发研究院北京100083

对探井资料较少的地区开展烃源岩的准确预测和资源评价一直是石油地质学界的难题;而地震资料中蕴含的烃源岩的大量信息一直未被有效重视起来。尝试利用地震资料对泥质烃源岩开展预测和评价工作,并取得较好效果。首先,通过对地震资料作... 详细信息

对探井资料较少的地区开展烃源岩的准确预测和资源评价一直是石油地质学界的难题;而地震资料中蕴含的烃源岩的大量信息一直未被有效重视起来。尝试利用地震资料对泥质烃源岩开展预测和评价工作,并取得较好效果。首先,通过对地震资料作层序地层格架及体系域分析,识别出烃源岩发育段;其次,利用地震资料作地震速度岩性分析,从而可以实现烃源岩厚度的准确预测,烃源岩横向分布可以通过地震层序及体系域边界划分和地震反射特征分析进行确定;最后,通过目标层段的层速度计算出孔隙度,再由孔隙度的幂函数关系定量估算烃源岩的热演化程度,并实现生烃量的计算。因此,利用地震资料可以在少井探区甚至无井探区对烃源岩的宏观分布特征和品质进行预测与评价,从而减少在盆地早期勘探阶段和深部无井地区的勘探成本和钻探风险。

关键词：烃源岩地震资料泥质烃源岩烃源岩评价