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林业科学 2024年第4期60卷 16-30页

作者：张宇张怀清安锋蒋玲云挺南京林业大学信息科学技术学院南京210037 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 中国热带农业科学院橡胶研究所儋州571737 南京林业大学林学院南京210037

【目的】定量模拟和刻画林木冠层太阳短波辐射的分布和截获情况,于时空变换下反演太阳短波辐射在不同林木冠层内的辐射通量变化,为林木培育经营和提质增效提供理论依据。【方法】首先,以公共数据集和真实扫描的校园内林木激光点云数据为... 详细信息

【目的】定量模拟和刻画林木冠层太阳短波辐射的分布和截获情况,于时空变换下反演太阳短波辐射在不同林木冠层内的辐射通量变化,为林木培育经营和提质增效提供理论依据。【方法】首先,以公共数据集和真实扫描的校园内林木激光点云数据为例,结合设计的机器视觉算法,对林木激光点云进行枝叶分离和单叶分割,并用合适大小的椭圆形和圆柱体几何单元分别拟合每片叶片和骨架,开展林木真实模型重建;其次,运用计算机图形学方法,结合研究地点的经纬度和时刻,模拟太阳入射光线,并引入物理学的双向反射和透射分布函数及蒙特卡洛光线追踪算法,开展反射和透射光线与冠层内叶片的碰撞模拟;最后,根据仪器测量得到的不同树种叶片平均粗糙度和折射率,结合光线追踪算法,实现林木冠层内短波辐射分布计算和木林冠层光截获效率评估。【结果】利用本研究方法计算时空变换下不同树种(芒果、橡胶、紫薇、樱花)4株树冠及一片香樟树林的直射、反射和透射太阳辐射通量,其中直射辐射通量占比约86%、反射辐射通量占比约5%、透射辐射通量占比约9%。叶面积指数高的树冠会拦截更多直射和透射光线;在太阳高度角较小时刻(上午或下午),斜射的太阳光线反射后易与树冠中其他叶片发生二次求交,产生较多反射辐射通量。同时,由于林木的趋光性,中午树冠光线拦截率高于上午和下午10%左右。比对采用本研究方法计算的树冠辐射通量拦截比值和样地手持光电仪器实测结果,绝对误差小于6%。【结论】在测绘科学、计算机图形学及林学多学科视角融合下,本研究基于激光点云重建树木真实表观形态结构,并将蒙特卡洛光线追踪算法与物理学的双向反射和透射分布函数相融合,真实模拟光线在树冠中的传播过程,可准确获取林木冠层内太阳短波辐射分布与树冠辐射通量拦截值,对研究时空变换下林木太阳辐射吸收、光强与树冠形态结构的耦合关联及不同表型参数的林冠辐射传输模型均有重要启示意义。

关键词：太阳短波辐射激光点云计算机模拟模型树木三维重建林木辐射传输

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关于“气候智慧林业”研究的思考

林业科学 2024年第7期60卷 1-7页

作者：朱教君王高峰张怀清高添中国科学院沈阳应用生态研究所森林生态与保育全国重点实验室(中国科学院)辽宁清原森林生态系统国家野外科学观测研究站沈阳110016 美国克莱姆森大学林业与环境保护系克莱姆森29634 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

气候智慧林业于2020年之后兴起,是集智慧林业、气候林业和生态林业于一体的协同发展新组合。气候智慧林业是利用智能化和数字驱动的新一代信息与人工智能(AI)技术,通过改变传统的林业科学科研与管理范式,更好地理解森林生态系统与气候... 详细信息

气候智慧林业于2020年之后兴起,是集智慧林业、气候林业和生态林业于一体的协同发展新组合。气候智慧林业是利用智能化和数字驱动的新一代信息与人工智能(AI)技术,通过改变传统的林业科学科研与管理范式,更好地理解森林生态系统与气候变化相互影响的机制;在此基础上,提出基于自然的气候解决方案,实现森林生态系统功能的高效、稳定、可持续目标,最终达到人与自然和谐发展。与传统林业和生态林业相似,气候智慧林业也需要强大的科学研究基础。气候智慧林业研究需要回答的核心科学问题是森林生态系统与气候变化相互影响的机制,其研究方向包括:1)森林生态系统碳汇的监测、计量与核算,以及碳汇对减缓气候变化的时间效应;2)森林生态系统韧性(抵抗力、恢复力、适应力)的形成及其对气候变化和自然干扰的响应机制;3)森林生态系统碳汇的形成、维持与提升机制,包括管理措施和木材生产利用对碳汇的影响、碳汇与其他功能之间的平衡;4)人工智能和多源遥感驱动的森林智能数据采集系统;5)基于信息化+AI和专家决策的气候智慧林业管理系统。加强上述研究,有利于增强森林生态系统韧性,以更好适应气候变化或减缓气候变化的负面影响,提升森林缓解气候变化的能力,为增强森林的多种生态功能与林产品供给能力提供科技支撑。

关键词：气候智慧林业气候变化碳汇人工智能数字孪生森林经营

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洞庭湖湿地植被时空动态及其驱动力分析

林业科学 2024年第8期60卷 1-13页

作者：张雨田石军南张怀清吴炳伦中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 中南林业科技大学林学院长沙410004 国家林业和草原局林业遥感与信息技术重点实验室北京100091 中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心长沙410600

【目的】探究洞庭湖湿地植被覆盖变化的长期时空格局及其对气候变化和人类活动的响应机制,为湿地生态系统保护提供决策依据。【方法】利用FSDAF(时空融合数据分析框架)算法融合Landsat和MODIS影像,获取洞庭湖湿地2000—2019年月尺度归... 详细信息

【目的】探究洞庭湖湿地植被覆盖变化的长期时空格局及其对气候变化和人类活动的响应机制,为湿地生态系统保护提供决策依据。【方法】利用FSDAF(时空融合数据分析框架)算法融合Landsat和MODIS影像,获取洞庭湖湿地2000—2019年月尺度归一化差异植被指数(NDVI)时间序列,采用改进的STL时序分解方法分离洞庭湖湿地植被NDVI季节和趋势分量,在不同时间尺度下量化湿地植被覆盖对环境变化和人为干扰的响应。基于线性回归方法与高时空分辨率的NDVI季节和趋势分量数据对洞庭湖湿地植被进行时空动态分析,识别湿地植被在不同尺度的时空动态格局。应用基于偏相关的分析方法定量评估2000—2019年3个主要气候因子(温度、降水量和太阳辐射)和人为因素对趋势和季节性植被变化的贡献。【结果】1)2000—2019年,洞庭湖湿地植被NDVI季节和趋势分量变化呈现出空间分异格局,但总体呈“绿化”趋势,变化率分别为4.8×10^(−3)a^(−1)和0.4×10^(−3)a^(−1)。2)温度和太阳辐射与植被变化存在显著正相关关系,与植被变化的季节相关性大于趋势相关性。降水量与植被变化的相关性相对较低,且与水稻的NDVI变化呈负相关关系(趋势分量偏相关系数R=-0.27;季节分量偏相关系数R=−0.42)。3)2000—2019年,人为因素和气候变化对洞庭湖湿地植被变化的平均相对贡献率分别为58%和42%,其中人为因素对长期和季节性湿地植被生长与恢复的相对贡献率分别为55%和62%,气候变化对长期和季节性湿地植被退化的相对贡献率分别为53%和56%。【结论】人为因素促进植被生长是洞庭湖湿地植被增绿的主要动因;气候变化对湿地生态系统构成威胁,采取合适的生态保护与修复方案仍是未来实现洞庭湖湿地生态系统可持续发展的重要手段。

关键词：湿地植被气候变化时空融合 NDVI时间序列洞庭湖湿地

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无人机辅助的林业物联网系统技术研究综述

世界林业研究 2024年第2期37卷 22-26页

作者：陈钊赵飞翔张怀清北京林业大学北京100083 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

物联网技术在林业中已经得到了广泛应用,但由于林区通讯、供电基础设施差等原因,也存在传感节点数据传输困难、能量受限、计算能力不足等难点。随着无人机技术的发展和载荷的多样化,具有广覆盖、高计算力的无人机通过数据采集、无线中... 详细信息

物联网技术在林业中已经得到了广泛应用,但由于林区通讯、供电基础设施差等原因,也存在传感节点数据传输困难、能量受限、计算能力不足等难点。随着无人机技术的发展和载荷的多样化,具有广覆盖、高计算力的无人机通过数据采集、无线中继或参与移动边缘计算等形式集成到物联网系统中,可以有效解决上述问题,提升整个物联网系统的可用性。文中综述物联网及无人机辅助的物联网系统中路径与任务规划、采集策略以及无人机移动边缘计算的通信与卸载策略等方面的研究进展,结合林业应用场景探讨不同研究的适应性,以期为无人机辅助的林业物联网系统研究提供参考。

关键词：物联网无人机数据采集移动边缘计算

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原子热运动对电场量子测量的影响及修正方法

电工技术学报 2024年第10期39卷 2953-2960页

作者：阎晟肖冬萍石筑鑫张淮清刘卫华输变电装备技术全国重点实验室(重庆大学电气工程学院) 重庆400044

基于里德堡原子电磁诱导透明(EIT)效应的电场量子测量方法,能够突破传统基于电学原理、光学原理测量法在测量精度和灵敏度上的极限,并且具有自校准性。采用热里德堡原子进行测量具有工程应用的便捷性,但是原子热运动形成的多普勒效应会... 详细信息

基于里德堡原子电磁诱导透明(EIT)效应的电场量子测量方法,能够突破传统基于电学原理、光学原理测量法在测量精度和灵敏度上的极限,并且具有自校准性。采用热里德堡原子进行测量具有工程应用的便捷性,但是原子热运动形成的多普勒效应会导致EIT谱峰发生频移和形变,混淆电场对原子的相干效应,从而影响电场测量精度。基于激光、电场与原子的作用机理,以及原子热力学,该文提出通过调整探测光和耦合光频率,修正原子热运动对电场量子测量影响的方法。首先,假设里德堡原子静止不动,建立和求解密度矩阵方程,描述双光子阶梯型三能级系统的EIT光谱;然后,引入温度与原子运动数学关系,将温度造成的原子热运动多普勒影响量化为探测光和耦合光频率失谐量,通过修正探测光和耦合光的频率来抵消该影响。仿真实验表明,该文提出的修正方法效果良好,该研究有利于推进基于里德堡原子电场量子测量的实用化进程。

关键词：电场测量里德堡原子电磁诱导透明原子热运动多普勒效应修正

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儿童中猴痘病毒传播特点及防治研究进展

中华儿科杂志 2024年第1期62卷 87-90页

作者：张超阴怀清阴崇娟张瑞元钟亚婧牛冰宇张文龙山西医科大学第一临床医学院太原030001 山西医科大学第一医院儿科太原030001 山西医科大学儿科医学系太原030001

猴痘是由猴痘病毒引起的人畜共患病。儿童属于猴痘病毒感染高危人群,在猴痘病毒的传播途径、防疫及治疗中与成人存在区别应该引起注意。现对儿童猴痘病毒历史感染情况归纳分析并综述,当前全球猴痘疫苗与抗病毒药物研究进展,旨在为儿童... 详细信息

猴痘是由猴痘病毒引起的人畜共患病。儿童属于猴痘病毒感染高危人群,在猴痘病毒的传播途径、防疫及治疗中与成人存在区别应该引起注意。现对儿童猴痘病毒历史感染情况归纳分析并综述,当前全球猴痘疫苗与抗病毒药物研究进展,旨在为儿童猴痘病毒感染管理与研究提供参考。

关键词：人畜共患病猴痘病毒药物研究进展传播途径归纳分析抗病毒高危人群

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一种计算机模拟的针阔林木抗风性能分析

林业工程学报 2024年第1期9卷 158-169页

作者：袁星月方文杰张怀清安锋云挺南京林业大学信息科学技术学院南京210037 中国林业科学研究院北京100091 中国热带农业科学院橡胶研究所海口571101 南京林业大学林草学院南京210037

自然界中的强风常常对树木造成不可逆破坏,分析强风穿过时树林内部的气流情况有利于评估树木的抗风性,更好地理解如何减轻风的影响。以阔叶树和针叶树为原型,提取了二者叶团簇和枝干构造的特点,建立两种结构不同的树木模型,组合成树林模... 详细信息

自然界中的强风常常对树木造成不可逆破坏,分析强风穿过时树林内部的气流情况有利于评估树木的抗风性,更好地理解如何减轻风的影响。以阔叶树和针叶树为原型,提取了二者叶团簇和枝干构造的特点,建立两种结构不同的树木模型,组合成树林模型,在3个不同叶面积密度下进行风力作用下的仿真模拟实验。分别使用改进的k-ε双方程模型和k-ω双方程模型以设置风环境,并且用龙格-库塔法分析求解湍流模型。k-ε双方程模型下,当叶面积密度分别为1,5和10 m~2/m~3时,阔叶林背风侧20 m处的最低风速与入口风速相比下降了49.60%,67.23%和80.40%,针叶林分别为55.13%,68.90%和78.29%。k-ω双方程模型展示了阔叶树林内部风场的复杂性。结果表明,叶面积密度与树林挡风能力之间是非线性关系,树林的挡风能力随叶面积密度的上升而增强,增强到一定程度后上升幅度减缓。不同的树木结构会导致风场的变化,影响同等强度风荷载下的受损概率和挡风能力。叶面积密度高、树冠体积大的树木更容易在强风中受到损害。

关键词：数值模拟树木结构模型风环境计算流体动力学(CFD) 防风林

里德堡原子电场传感器的自校准性解析及测量不确定度评定

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电工技术学报 2024年第17期39卷 5321-5330页

作者：肖冬萍石筑鑫阎晟张淮清余传祥输变电装备技术全国重点实验室(重庆大学) 重庆400044

传统电场传感器需要标准场或更高准确度等级的传感器进行校准,而基于原子固有能级结构和光谱特征的里德堡原子电场测量可溯源至基本物理常数,量子传感自带校准功能。该文阐述了里德堡原子与外场相互作用的量子相干效应,说明了里德堡原... 详细信息

传统电场传感器需要标准场或更高准确度等级的传感器进行校准,而基于原子固有能级结构和光谱特征的里德堡原子电场测量可溯源至基本物理常数,量子传感自带校准功能。该文阐述了里德堡原子与外场相互作用的量子相干效应,说明了里德堡原子传感器的电场测量原理,并解析了其自校准性。基于所构建的针对低频电场的里德堡原子传感测量系统,分析了误差来源,定义和计算了各种不确定度分量,得到合成相对标准不确定度为3.885%;保守考虑,在大于或等于95.45%的包含概率下得到扩展不确定度为7.77%。在此过程中,明确了不确定度的主要影响因素并提出了减小其影响的建议。最后给出传感系统实测电磁诱导透明(EIT)光谱频移量与电场强度之间的拟合函数,拟合确定系数达到0.9969,验证了所构建的低频电场量子测量系统的准确性。

关键词：电场传感器里德堡原子自校准性量值溯源测量不确定度

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面向多维时空航班数据的渐进式可视分析方法

计算机应用与软件 2024年第8期41卷 36-45,73页

作者：贺怀清张昱旻刘浩翰史崇莹中国民航大学计算机科学与技术学院天津300300

航班在实际运营中频繁地调整,对航空公司运营会产生不良的影响,运用可视分析方法分析历史航班的运营特征,可以发现航班计划中存在的缺陷,为航班计划调整提供支撑。该文设计面向多维时空航班数据的FlightOM-Vis系统,支持自上而下渐进式... 详细信息

航班在实际运营中频繁地调整,对航空公司运营会产生不良的影响,运用可视分析方法分析历史航班的运营特征,可以发现航班计划中存在的缺陷,为航班计划调整提供支撑。该文设计面向多维时空航班数据的FlightOM-Vis系统,支持自上而下渐进式分析航班运营特征:采用多视图展示信息;融合面向数据多个维度的聚类分析方法;保留分析结果的上下文信息;提供丰富的交互工具。实验采用东方航空公司航班数据集进行验证,结果表明该系统能够协助分析人员快速挖掘隐藏在数据子集中的航班运营特征,根据可视化结果做出指导性建议。

关键词：多维时空数据渐进式可视分析聚类分析交互式探索