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侵蚀红壤恢复区植被垂直结构对土壤恢复特征的影响

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土壤 2014年第6期46卷 1142-1148页

作者：张海东于东升董林林史学正王宁土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008 中国科学院大学北京100049

通过获取典型的侵蚀红壤恢复区植被垂直结构参数及林下土壤属性值,构建归一化土壤恢复指数,研究了植被垂直结构对林下侵蚀土壤恢复特征的影响。结果显示:研究区植被垂直结构与土壤属性特征较侵蚀期均有所恢复,植被垂直结构对侵蚀土壤的... 详细信息

通过获取典型的侵蚀红壤恢复区植被垂直结构参数及林下土壤属性值,构建归一化土壤恢复指数,研究了植被垂直结构对林下侵蚀土壤恢复特征的影响。结果显示:研究区植被垂直结构与土壤属性特征较侵蚀期均有所恢复,植被垂直结构对侵蚀土壤的恢复影响显著,土壤重组有机碳、全氮和黏粒含量的恢复水平均呈现出纯林植被投影叶面积指数与归一化土壤恢复指数呈显著正相关(r=0.332*,P植被垂直层次的增多呈正向演变,不同植被结构投影叶面积指数的增大有利于侵蚀区退化土壤质量的恢复,灌草层是侵蚀红壤恢复的重要影响因素。

关键词：植被垂直结构土壤侵蚀投影叶面积指数归一化土壤恢复指数

基于Pol-InSAR植被垂直结构反演模型的研究

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基于Pol-InSAR植被垂直结构反演模型的研究

作者：尹江杰宁夏大学

学位级别：硕士

植被作为地球上主要的生态群落,是陆地生态系统极其重要的组成部分,对于全球碳水循环有着主导作用。植被垂直结构是生态系统研究的重要问题,Pol-InSAR是一种通过反演物理散射模型提取森林参数的强有力技术。本文研究区域选定为宁夏自治... 详细信息

植被作为地球上主要的生态群落,是陆地生态系统极其重要的组成部分,对于全球碳水循环有着主导作用。植被垂直结构是生态系统研究的重要问题,Pol-InSAR是一种通过反演物理散射模型提取森林参数的强有力技术。本文研究区域选定为宁夏自治区固原市的六盘山,该区植被类型丰富,因是山脉,故而坡面复杂多变,是Pol-InSAR技术应用的良好选择区域。基于RVoG模型经典三阶段算法反演存在低估现象,为此,本文开展了改进的基于S-RVoG模型的三阶段反演算法的方法研究。考虑到简化散射模型限制了反演精度,除非采用多基线测量,而这将导致成本增加,增加了计算难度,因此,提出了复值卷积神经网络联合Vision Transformer(Complex-Valued Convolutional Neural Network Meet Vision Transformer,CV-CMT)的反演方法研究,以获得更高的植被垂直结构反演精度。主要工作内容如下:(1)改进的线性消光系数S-RVoG模型三阶段反演算法。在基于RVoG模型三阶段反演算法中存在低估现象(r=0.686,RMSE=4.16m),引入线性消光系数改进的基于S-RVoG模型三阶段反演算法。研究发现,在引入线性消光系数后,反演精度得到了提升(r=0.889,RMSE=3.23)。(2)CV-CMT网络模型。尽管上述(1)中的研究取得了很好的反演精度,但还是存在低估现象。为解决进一步提升反演精度,在CV-CNN的基础上联合Vision Transformer网络模型,提出了 CV-CMT网络模型。研究发现,基于CV-CMT网络模型的反演精度为(r=0.913,RMSE=1.88),改进后,反演精度得到了提升(r=0.931,RMSE=1.79)。基于CV-CMT模型的反演精度最高,比基于CV-CNN模型反演的相关系数r提高了 0.18,均方根误差(RMSE)降低了0.09。L-S-RVoG模型及另外两种基于传统RVoG的反演精度不及基于深度学习模型,其中,基于RVoG模型三阶段繁衍算法最低(r=0.686,RMSE=4.16),改进的L-S-RVoG模型比基于RVoG模型低估补偿改进的三阶段反演算法模型相关系数r提高了 0.045,均方根误差(RMSE)降低了 0.35。

关键词： Pol-InSAR 植被垂直结构 S-RVoG模型 CV-CNN模型 CV-CMT模型

基于测量平差理论的PolInSAR植被垂直结构提取模型与方法

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基于测量平差理论的PolInSAR植被垂直结构提取模型与方法

作者：付海强中南大学

学位级别：硕士

摘要：大尺度植被资源监测可以为全球陆地生态系统、碳循环及气候变化分析提供重要的基础数据。做为植被资源监测重点研究对象：植被制图及植被垂直结构在地形测绘、林业资源普查等领域同样具有重要地位。随着我国地理国情监测进程的不... 详细信息

摘要：大尺度植被资源监测可以为全球陆地生态系统、碳循环及气候变化分析提供重要的基础数据。做为植被资源监测重点研究对象：植被制图及植被垂直结构在地形测绘、林业资源普查等领域同样具有重要地位。随着我国地理国情监测进程的不断推进,亟需植被制图、植被垂直结构等基础数据用于空间分析及决策管理。迫切寻求高精度、大范围监测手段来解决对植被覆盖区数据的需求。极化干涉SAR技术(Polarimetric SAR Interferometry, PolInSAR)为满足这一需求提供了契机。在植被覆盖区,PolInSAR技术相比被动光学遥感手段优势在于其将观测对象由“面”变为“体”,使得PolInSAR不仅可以获得植被覆盖区水平结构信息,还可以获得垂直结构信息,在以“体”形式存在的植被覆盖区具有独特的监测优势。为此,本文在深入研究PolInSAR理论基础之上,重点研究植被分类及植被垂直结构提取模型与方法,主要研究内容如下：(1)建立了顾及植被形态特征的极化SAR植被分类方法,利用散射体各向异性及方向角随机程度对植被形态特征进行表达,有效将阔叶林与针叶林进行分离。首先,深入研究Neumann分解模型的机理,明确了顾及植被形态特征的散射过程表达;在此基础之上,提出利用各向异性及方向角随机程度两个参数构建分类尺度标准;之后,根据极化干涉矩阵的数理统计特征,利用Wishart距离进行聚类分析;最后,利用E-SAR及SIR-C/X-SAR数据对德国Oberpfaffenhofen地区森林进行分类。实验结果表明：与Wishart-Freeman、Wishart-Yamaguchi相比,新方法对植被形态特征变化较为敏感,对中针、阔林进行了较好地区分。(2)建立了PolInSAR植被高度提取的复数最小二乘平差模型,解决了已有解算方法不能充分考虑观测值先验统计误差及多余观测量的问题。针对已有算法均不能很好地顾及多余观测量及观测量的先验统计误差的缺点,从平差理论出发,对RVoG模型进行复数平差表达;之后,提出了函数模型线性化方案、平差准则、随机模型及参数解算方法;在此基础之上,建立了基于RVoG、RVoG+VTD及三层植被散射模型的复数最小二乘的植被高反演方法;最后,利用机载、星载数据对算法进行验证。实验结果表明：新方法可不仅可以很好地兼顾多余观测信息,并且可以有效抑制观测量较差几何结构性所引起的病态问题,反演结果精度优于已有算法。(3)提出了基于复数最小二乘的PCT (Polarization Coherence Tomography)算法,考虑了观测量的先验统计误差,并采用Wiener-SVD解决涉及矩阵病态问题。已有PCT算法没有考虑观测量的先验统计误差,且由于设计矩阵的病态问题,导致反演的相对反射率函数往往出现较大偏差。本文通过对PCT算法原理分析,建立了PCT算法的复数最小二乘表达,并提出利用Wiener-SVD解决设计矩阵病态问题。最后通过BioSAR2008数据对其进行验证,实验结果表明,改进方法相比已有方法反演效果更为稳健。

关键词：极化干涉SAR 复数最小二乘植被垂直结构植被分类极化SAR相干层析

一种改进的PolInSAR PCT方法反演植被垂直结构

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测绘工程 2014年第11期23卷 56-61,66页

作者：付海强汪长城朱建军解清华赵蓉中南大学地球科学与信息物理工程学院湖南长沙410083

针对传统PCT方法中"相干相位-幅度联合反演算法"的缺点,采用RVOG模型,利用改进的非线性迭代算法反演植被高、地表相位。改进的非线性迭代算法不仅充分利用不同极化方式对应的复相干系数,同时兼顾复相干系数的先验统计误差,提高参数解算... 详细信息

针对传统PCT方法中"相干相位-幅度联合反演算法"的缺点,采用RVOG模型,利用改进的非线性迭代算法反演植被高、地表相位。改进的非线性迭代算法不仅充分利用不同极化方式对应的复相干系数,同时兼顾复相干系数的先验统计误差,提高参数解算的可靠性,进而提高PCT结果的反演精度。最后,采用两景德国E-SAR数据进行实验,实验结果表明:文中提出的方法能较好地反映植被的垂直结构信息;植被冠层对应的平均相对反射率函数近似服从高斯分布;反演的相对反射率值与植被的种类、密度存在一定关联。

关键词：极化干涉SAR 极化干涉层析植被垂直结构非线性迭代最小二乘

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西安市街区尺度生境网络构建的案例与思考

中国园林 2024年第5期40卷 104-110页

作者：曹朔陈宇许博文邱雪玮刘晖西安建筑科技大学建筑学院西安710055 中国建筑西南设计研究院有限公司成都610042 西安建筑科技大学西北地景研究所西安710055 本刊

城市街区尺度绿色空间呈现破碎化空间格局会对城市生物多样性产生负面影响。街区尺度生境网络是连接场地绿化与城市整体区域生态系统的纽带,是维护城市内部最小生境单元生态系统稳定的基本保障。与宏观尺度相比,街区尺度生境网络构建在... 详细信息

城市街区尺度绿色空间呈现破碎化空间格局会对城市生物多样性产生负面影响。街区尺度生境网络是连接场地绿化与城市整体区域生态系统的纽带,是维护城市内部最小生境单元生态系统稳定的基本保障。与宏观尺度相比,街区尺度生境网络构建在地理信息数据获取、数据精度及土地利用分类等方面均有差异。基于无人机航测数据进行生境制图,并综合运用MSPA、InVEST、MCR等模型进行街区生境网络构建与优化。结果显示:1)基于植被垂直结构特征进行生境制图,可细化表征绿色空间的生境属性;2)街区环境内生境源地呈现面积小、分布散、质量低的特征,即使绿地率较高的小型公园绿地,其生境斑块的生境质量也可能较低;3)受硬质地表分布特征影响,街区生境网络呈现区域分布不均、局地断裂、内外生境割裂的空间格局;4)提取薄弱区域周边生境节点,运用MCR模型构建连通路径,可指导生境节点与生境廊道增补,实现街区生境网络优化。在城市绿地建设从增量发展向存量优化转变的背景下,研究结果可为街区生境网络构建方法向街区绿色空间规划设计方法转化提供思路。

关键词：风景园林城市绿色空间街区生境类型街区生境制图植被垂直结构街区生境网络城市生物多样性

子午岭地区近150年演替序列下植被群落组成与结构变化

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水土保持通报 2023年第2期43卷 119-128页

作者：王浩嘉张晓萍许小明王妙倩田起隆西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

[目的]研究自然恢复条件下植物群落组成与垂直结构变化,为黄土高原的植被建设与高质量发展提供理论依据。[方法]以空间代时间的方法,调查分析子午岭地区从弃耕到顶级群落植被的物种组成、多样性特征;并构建反映群落垂直结构特征的指数,... 详细信息

[目的]研究自然恢复条件下植物群落组成与垂直结构变化,为黄土高原的植被建设与高质量发展提供理论依据。[方法]以空间代时间的方法,调查分析子午岭地区从弃耕到顶级群落植被的物种组成、多样性特征;并构建反映群落垂直结构特征的指数,研究其变化趋势。[结果]①该地区共观察到植被种类42科98属115种,其中8个演替序列中有32科77属88种。②演替中群落总体的物种多样性和丰富度均呈显著增加趋势,演替初期两指数值分别为0.901与1.702,演替末期则为1.998与2.665,且在中期均表现出单峰突增态势,而均匀度变化不明显。③演替中,乔木各指标有增加趋势;乔木胸径初期为12.13 cm,末期增加至22.19 cm,冠幅由11.64 m^(2)增加至41.54 m^(2),乔木生物量由54.07 t/hm^(2)增加至175.13 t/hm^(2);而灌木各指标变化不显著,灌木生物量在演替中期呈现显著峰值,最高为9.56 t/hm^(2),但在随后的演替过程中呈迅速波动下降态势,演替末期生物量仅为1.82 t/hm^(2)。由灌木群落演替至乔木群落时,枯落物层的厚度显著增加,而盖度在各演替阶段间无显著性差异。④演替初期的综合垂直结构指数较低且相近,为0.086~0.104,演替中期迅速增加至0.349,在演替接近末期时达到最大值0.477。林下植被垂直结构指数在演替中期最高(0.342),演替末期降低并趋于稳定(0.195~0.246)。[结论]随着自然演替,群落物种多样性和丰富度均得到显著提升,群落总体垂直结构向复杂化发展,林下垂直结构则在演替后期呈现退化。

关键词：群落演替植被垂直结构物种组成生物量子午岭

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利用LIDAR数据获取森林树冠下层植被结构方法的研究

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利用LIDAR数据获取森林树冠下层植被结构方法的研究

作者：李剑巧清华大学

学位级别：硕士

机载LIDAR技术，是现代对地观测的最新技术之一。与其他遥感测绘方法相比，该技术的主要优势在于能直接、快速的获取地物表面的三维坐标数据。因此，近几年来在森林资源调查、城市三维测绘等领域得到了非常广泛的应用。在森林地区，由... 详细信息

机载LIDAR技术，是现代对地观测的最新技术之一。与其他遥感测绘方法相比，该技术的主要优势在于能直接、快速的获取地物表面的三维坐标数据。因此，近几年来在森林资源调查、城市三维测绘等领域得到了非常广泛的应用。在森林地区，由于机载LIDAR系统发出的激光束具有一定的穿透性，在其穿透植被到达地表的过程中，会有多次回波返回。因此利用此技术，不但可以获取树冠表面和地表面的三维数据，而且还可以利用其中间层回波数据进行植被的垂直结构分析。本文就利用机载LIDAR数据，在提取地表数字高程模型和获取森林植被结构方法等方面展开了研究。本文的主要工作表现在以下几个方面：1．针对森林地区难以获取高精度地表数字高程模型的问题，提出了自适应型四叉树迭代过滤算法，旨在减少计算量的同时提高数据处理精度。实验结果表明，采用四叉树迭代过滤算法，可以从机载LIDAR多次回波数据中有效地提取出地表反射回波数据，而且该数据能够满足森林覆盖下丘陵地区的大比例尺地表数字高程模型的制作精度要求。2．利用全站仪获取了近1000个实地测量点，将其中处于试验区内的600个点作为检查点，对试验区的地表数字高程模型进行了精度评价，结果表明，本文算法所获取的地表数字高程模型的精度，能满足实际要求。3．针对如何进行森林植被垂直结构分析的问题，提出了基于数据点的垂直结构分析模型，并将模型分析的结果与实地调查的管理区与非管理区状态作了比较。结果表明二者基本吻合，该模型可用于植被垂直结构分析。4．利用冬、夏两套LIDAR数据，通过植被垂直结构分析模型将研究区内的植被划分成了上、中、下三层，对不同层植被的分布状态与DEM误差间的相关性，进行了分析。分析结果表明，它们间并不存在明显的相关性，但植被的密集程度对地表数字高程模型的精度却有着明显的影响。5．完成了针对森林地区的LIDAR数据处理软件开发。

关键词： LIDAR DEM 四叉树迭代过滤算法植被垂直结构森林丘陵

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激光雷达技术在矿山生态环境监测中的应用

生态与农村环境学报 2017年第7期33卷 577-585页

作者：吕国屏廖承锐高媛赟徐雁南李海东南京林业大学南方现代林业协同创新中心江苏南京210037 环境保护部南京环境科学研究所江苏南京210042 南京林业大学林学院江苏南京210037

传统遥感技术在矿山生态环境监测中存在无法获取垂直结构、精度较低和时效性较差等劣势,激光雷达(LiDAR)具有主动性强、穿透性强、扫描速度快和精度高等特点,可以弥补传统遥感技术在矿山生态环境监测中的不足。基于此,笔者通过对矿山生... 详细信息

传统遥感技术在矿山生态环境监测中存在无法获取垂直结构、精度较低和时效性较差等劣势,激光雷达(LiDAR)具有主动性强、穿透性强、扫描速度快和精度高等特点,可以弥补传统遥感技术在矿山生态环境监测中的不足。基于此,笔者通过对矿山生态环境问题进行分类,介绍了LiDAR技术的原理、类型与特点,在与传统遥感技术进行对比分析的基础上,探讨了LiDAR技术在矿山生态环境监测中的适用性,以及在典型矿山生态环境指标监测中的应用潜力。结果表明:LiDAR技术可用于监测矿山生态完整性损失、土地损毁、自然侵蚀等类型的大部分指标,且比传统光学遥感精度高,在植被垂直结构参数提取方面具有明显优势;对各指标提取的适用性,因矿山规模及生态环境监测的精度要求而存在一定差异;地基LiDAR数据不仅可作为光学遥感数据的补充数据源,而且通过与机载LiDAR相结合,可以满足高精度和较大范围植被结构参数提取的需求。

关键词：激光雷达(LiDAR) 矿山植被垂直结构生态环境监测传统遥感技术

卫星遥感多通道微波比辐射率植被指数(EDVI)在不同类型植被区的特点分析研究

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中国科学技术大学学报 2020年第4期50卷 528-541页

作者：胡继恒李锐王雨王怿璞符玉云中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026

地表微波比辐射率植被指数(emissivity difference vegetation index,EDVI)可以很好地指示地表植被含水量,并且可以应用于有云情况和浓密植被区域.以往的研究仅限于使用19GHz和37GHz微波信号,仅能反映植被某单层的含水情况,而Aqua卫星的... 详细信息

地表微波比辐射率植被指数(emissivity difference vegetation index,EDVI)可以很好地指示地表植被含水量,并且可以应用于有云情况和浓密植被区域.以往的研究仅限于使用19GHz和37GHz微波信号,仅能反映植被某单层的含水情况,而Aqua卫星的Advanced Microwave Radiometer-Earth Observing System(AMSR-E)微波辐射计观测可为植被含水量遥感提供更多的通道选择.本研究利用多源卫星遥感产品,包括AMSR-E亮温、Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)云参数和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的再分析资料等,反演了东亚及东南亚地区6.925、10.65、18.7、36.5GHz垂直极化微波通道的陆地表微波比辐射率,并以此建立了三组多通道微波比辐射率植被指数EDVI(6v,37v)、EDVI(10v,37v)和EDVI(18v,37v),研究了该三组EDVI指数在森林和农田两类植被类型区的特点.结果表明,在森林区域,EDVI(6v,37v)和EDVI(10v,37v)普遍大于EDVI(18v,37v),这很可能是由于前两者对于浓密植被的穿透更深,能反映更多的植被含水量,而EDVI(18v,37v)的穿透性相对较弱,主要反映冠层顶部、相对浅薄植被层的植被含水量.综合利用这三组EDVI指数之间的差异,在高大浓密植被区域,可以实现对植被含水量在上、中、下三层的垂直分布的估计.对于低矮植被,其垂直结构不丰富,此三者的差异不明显.

关键词：卫星遥感地表微波比辐射率比辐射率差分植被指数植被含水量植被垂直结构