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融合遥感时间序列时空谱信息的森林扰动检测与归因研究进展

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遥感学报 2024年第3期28卷 558-575页

作者：吴伶刘湘南刘美玲张廷伟杨宝文徐宇岐中国地质大学(北京)信息工程学院北京100083

遥感时间序列蕴含自然因素和人类活动等不同驱动因子导致的森林组成、结构、功能变化及其差异信息,能有效提升对森林演替过程、发展态势及其驱动和响应机制的理解能力。本文系统评述了融合遥感时间序列时空谱信息的森林扰动检测与归因... 详细信息

遥感时间序列蕴含自然因素和人类活动等不同驱动因子导致的森林组成、结构、功能变化及其差异信息,能有效提升对森林演替过程、发展态势及其驱动和响应机制的理解能力。本文系统评述了融合遥感时间序列时空谱信息的森林扰动检测与归因研究进展。从数据、特征、算法等多个角度阐述了当前森林扰动检测进展:(1)数据角度。介绍了面向稠密和稀疏时间序列等不同观测频次的变化检测方法;(2)特征角度。归纳了森林扰动光谱响应特征和多光谱特征集成变化检测策略,总结了面向森林扰动检测的时序与空间特征融合方式;(3)算法角度。介绍了并行和串行两种多算法集成策略,描述了面向森林低强度扰动的变化检测算法研究进展。此外,森林扰动归因的本质是面向森林多类型扰动分类问题,本文在分别按照时间顺序和特征维度归纳作为森林扰动归因输入的归因特征的基础上,总结了基于遥感时间序列时空谱和地形特征融合的森林多类型扰动归因方法。最后,本文分析了森林扰动遥感监测目前存在的问题,并对未来研究方向进行了展望,以期为融合遥感时间序列时空谱信息的变化检测和归因研究提供借鉴。

关键词：森林扰动遥感时间序列时空谱信息特征融合扰动检测扰动归因

基于特征值分解和自适应滤波的极化相位优化方法

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遥感学报 2024年第3期28卷 781-792页

作者：姜修成张正加王猛猛刘修国陈启浩中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院武汉430078

基于分布式散射体DSs (Distributed Scatterers)的时序InSAR技术很好的弥补了PSInSAR技术在低相干区域难以获取足够形变监测点的缺陷。考虑到DS目标容易受时间和空间失相干因素的影响,从而引入斑点噪声,因此优化相干点目标的相位非常必... 详细信息

基于分布式散射体DSs (Distributed Scatterers)的时序InSAR技术很好的弥补了PSInSAR技术在低相干区域难以获取足够形变监测点的缺陷。考虑到DS目标容易受时间和空间失相干因素的影响,从而引入斑点噪声,因此优化相干点目标的相位非常必要。基于此,本文提出了一种新的基于特征值分解和自适应滤波的极化相位优化方法 (EVD-FPO)。该方法利用Sentinel-1A双极化数据幅度信息识别DS与PS目标,并基于时空间相干矩阵利用特征值分解极化相位优化技术和自适应均值滤波技术改善相位质量。为了证明本文方法的可行性与有效性,17景Sentinel-1A双极化(VV-VH) SAR数据用于评估本文方法的性能。结果表明:EVD-FPO方法能够有效提高相干目标点的密度和改善相位质量,相较于单极化振幅离差法(VV-D_(A))和振幅离差极化相位优化方法(ESM-D_(A))相干点目标分别增加了9.06倍和1.64倍,相较于单极化CAESAR方法提取的PS目标更加完整。为了定量评价优化后的相位结果,本文采用相位导数变化指标来评估各相位优化方法的相位质量,研究发现ESM-D_(A)方法的平均相位导数为1.184,CAESAR方法的平均相位导数为0.854,EVD-FPO方法的平均相位导数为0.810,表明EVD-FPO方法得到的干涉相位质量高于CAESAR方法和ESM-D_(A)方法。

关键词：遥感极化相位优化特征值分解自适应滤波相干点 InSAR

基于构造恢复理论的含复杂断层三维地质建模方法

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地球科学 2024年第4期49卷 1411-1420页

作者：花卫华曾新灵郭丹阳宿紫莹张文段剑超中国地质大学地理与信息工程学院湖北武汉430078

在三维地质建模中,许多工作集中于断层本身的模拟,而忽略了断层时序性对地层构造的影响,然而考虑断层构造时序性及其导致的变形是十分必要和关键的.针对此问题,基于断裂恢复与演化影响域理论,提出了断裂矢量场建模方法用于含复杂断裂网... 详细信息

在三维地质建模中,许多工作集中于断层本身的模拟,而忽略了断层时序性对地层构造的影响,然而考虑断层构造时序性及其导致的变形是十分必要和关键的.针对此问题,基于断裂恢复与演化影响域理论,提出了断裂矢量场建模方法用于含复杂断裂网络的三维地质建模,先使用断裂矢量场位移算子以断裂构造演化逆序恢复影响域范围内的地层和断层数据,再以演化正序逐步计算受断层影响后的地层和断层数据,获得含复杂断层网络的三维地质模型.通过建模实验和对比实验,验证了方法对数据具有更高的利用率以及在处理断裂接触时的能力,并且在建模过程会自动计算断裂导致的一切位移,提高了建模合理性和效率.方法充分考虑了断层构造时序性的影响,更适用于解决具有复杂接触关系的断裂网络模型构建问题.

关键词：三维建模复杂断层网络断裂构造恢复及演化构造地质学

基于知识图谱多跳推理的中文矿物知识问答方法与系统

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地学前缘 2024年第4期31卷 37-46页

作者：季晓慧董雨航杨中基杨眉何明跃王玉柱中国地质大学(北京)信息工程学院北京100083 中国地质大学(北京)国家岩矿化石标本资源库北京100083

已有相关矿物数据库用于存储和查询相关矿物知识,常用的搜索引擎也可以对矿物知识进行查询,但无法回答用自然语言进行提问的矿物问题,查询返回的答案需要进一步筛选。亦有基于知识图谱进行矿物知识问答的相关研究,但只能回答涉及知识图... 详细信息

已有相关矿物数据库用于存储和查询相关矿物知识,常用的搜索引擎也可以对矿物知识进行查询,但无法回答用自然语言进行提问的矿物问题,查询返回的答案需要进一步筛选。亦有基于知识图谱进行矿物知识问答的相关研究,但只能回答涉及知识图谱中一个三元组的简单问题,无法回答涉及多个三元组的多跳复杂问题。为此,本文提出基于知识图谱多跳推理的矿物复杂知识问答方法,采用ComplEx模型将矿物实体、关系和问句表示为复数向量,以更好地获取相互之间的语义及推理关系。输入矿物问句后,通过Bert-LSTM-CRF获取其中心词,采用基于编辑距离及分词的方法获得中心词的候选实体集合,然后采用全连接网络确定最相关的实体作为推理起点,与矿物问句拼接后通过全连接网络获得当前跳的最相关关系。根据当前跳的起始实体及最相关关系,在矿物知识图谱中获得另一实体作为下一跳的推理起点,并将下一跳的问句更新为原问句,与当前跳最相关关系拼接,以将当前跳的推理信息带入到下一跳推理中,直到获得的最相关推理关系为预定义的结束标识符,推理结束,返回最后一跳的实体为答案,并给出推理路径。采用Python语言,在Tensorflow框架下实现了本文提出的矿物复杂知识问答并与相关模型进行对比,证明了本文方法的有效性。采用前后端分离架构,使用RESTful API、React、Ajax、echarts和Flask等框架和技术,开发了基于知识图谱多跳推理的矿物复杂知识问答系统,为矿物知识获取及相关地质研究提供了平台和工具。

关键词：矿物问答系统知识图谱多跳推理

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基于渐进多粒度训练深度学习的矿物图像识别

地学前缘 2024年第4期31卷 112-118页

作者：万成舟季晓慧杨眉何明跃张招崇曾姗王玉柱中国地质大学(北京)信息工程学院北京100083 中国地质大学(北京)国家岩矿化石标本资源库北京100083 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083

近年来,随着深度学习在地学领域中的应用,矿物图像识别变得越来越重要。虽然已经有研究将深度学习应用于矿物图像识别,并取得了一定的成果,但在大规模矿物数据集上的识别准确率仍然有待进一步提高。不同矿物之间可能存在细微的形态、纹... 详细信息

近年来,随着深度学习在地学领域中的应用,矿物图像识别变得越来越重要。虽然已经有研究将深度学习应用于矿物图像识别,并取得了一定的成果,但在大规模矿物数据集上的识别准确率仍然有待进一步提高。不同矿物之间可能存在细微的形态、纹理和颜色差异,符合细粒度识别算法特征,但以往的研究中很少有人采用细粒度方法进行矿物识别。所以本文提出了一种基于Next-ViT模型的细粒度矿物识别方法,通过引入渐进式多粒度训练拼图技术,实现对矿物图像的精确分类。首先采用Next-ViT模型作为特征提取器,该模型结合了Transformer结构和卷积神经网络的优势,能够提取到丰富的图像特征;接下来利用随机拼图生成器创建不同粒度级别的矿物拼图,这些拼图包含从细节到整体的多种信息。训练过程中采用渐进式多粒度训练策略,在训练的早期阶段,模型主要关注细粒度的特征,通过学习拼图中的细节信息来区分不同的矿物,随着训练的深入,模型逐渐将注意力转移到更大粒度级别的特征上,学习更加抽象和全局的信息。通过这种方式,模型能够充分利用不同粒度级别的信息,提高矿物识别的准确性。实验结果表明,该模型在常见的36种矿物数据集上取得了86.5%的准确率,有效地提高了矿物识别的准确率。这表明,细粒度识别方法对于矿物识别是有效的。

关键词：矿物识别深度学习 Next-ViT 细粒度识别渐进式多粒度训练

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基于数据增强和集成学习的矿物图像识别

地学前缘 2024年第4期31卷 87-94页

作者：王琳季晓慧杨眉何明跃张招崇曾姗王玉柱中国地质大学(北京)信息工程学院北京100083 中国地质大学(北京)国家岩矿化石标本资源库北京100083 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083

矿物识别是地质学研究的一个重要部分,对于资源勘探、岩石分类和地质环境监测都有着重要的意义。然而,传统方法通常依赖人的经验进行主观判断,并且效率低下。近年来,已有许多研究将深度学习的图像分类技术应用于矿物识别,以客观快速地... 详细信息

矿物识别是地质学研究的一个重要部分,对于资源勘探、岩石分类和地质环境监测都有着重要的意义。然而,传统方法通常依赖人的经验进行主观判断,并且效率低下。近年来,已有许多研究将深度学习的图像分类技术应用于矿物识别,以客观快速地识别矿物,这些研究都取得了一定的成果,但可识别矿物种类有限且精度需要进一步提升。为此本文首先解决了矿物数据集图像数据样本分布不平衡问题,对数据集中矿物图像较少的11个矿物类别采用DCGAN生成矿物图像进行数据增强,对比选择效果更好的方案对数据集进行扩充。其次,为了得到更可靠、精确度更高的识别模型,将ImageNet上表现较好的ResNet、RegNet、EfficientNet和Vision Transformer模型迁移到本文使用的矿物数据集上。针对训练好的基模型排列组合得到11个子模型,分别使用平均软投票法和加权软投票法两种方法进行集成,得到22个集成模型并对其训练得到识别结果,对比22个集成模型的结果选择出精度最高的集成模型。实验结果表明:使用DCGAN进行数据增强,在不同的模型上平均提升了3.12%的准确率,充分证明了DCGAN数据增强的有效性;在所有集成模型中,使用加权软投票法的模型表现较好,其中精度最高的是利用4个基分类模型进行加权软投票得到的集成模型,在扩充后的36种常见矿物数据集上达到了87.47%的准确率。

关键词：矿物识别深度卷积生成对抗网络数据增强集成学习

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八角林病虫害遥感识别模型

林业科学 2024年

作者：李美琪刘美玲王璇刘湘南吴伶李军集中国地质大学(北京)信息工程学院

【目的】受病虫害胁迫诱导的微弱光谱信号极易淹没在植被物候引起的光谱变化特征中，探索一种基于植被胁迫光谱弱信号增强的森林病虫害监测方法，为森林病虫害防治与管理提供科学依据。【方法】以八角林为研究对象，选取广西壮族自治区... 详细信息

【目的】受病虫害胁迫诱导的微弱光谱信号极易淹没在植被物候引起的光谱变化特征中，探索一种基于植被胁迫光谱弱信号增强的森林病虫害监测方法，为森林病虫害防治与管理提供科学依据。【方法】以八角林为研究对象，选取广西壮族自治区乐业县为试验区，收集2019—2021年试验区Sentinel-2影像数据，首先选取对植被病虫害胁迫响应敏感的红边归一化差异植被指数(NDVI705)、红边位置指数（REPI）、红边叶绿素指数(CIred-edge)、植被衰减指数（PSRI）、特征色素简单比值指数（PSSRA）、植被光合有效辐射吸收系数（FAPAR）作为八角林病虫害指数的预选集；其次采用S-G滤波法构建光谱指数时间序列曲线，优选出能够综合表征八角林病虫害胁迫诱导的形态颜色和生理要素变化敏感的PSRI和FAPAR指数；然后采用季节趋势分解法（STL）对FAPAR、PSRI指数进行时间序列分解、季节性分量剥离，综合剥离季节性影响后的FAPAR、PSRI分量构建八角林病虫害敏感指数（IPDI）；最后运用随机森林算法建立八角林病虫害胁迫监测模型。【结果】1)与健康植被相比，受病虫害胁迫的八角林FAPAR偏低、PSRI偏高；2)采用STL方法对植被病虫害胁迫响应敏感参数进行时间序列分解，可有效剥离植被物候变化中对植被胁迫弱信息的影响，增强八角林病虫害胁迫响应敏感性；3)基于IPDI的八角林病虫害遥感识别模型精度较高，2019—2021年模型的Kappa系数和总体精度分别为0.81、0.84、0.80及87.59%、88.51%、84.17%，2020年八角林遥感计算的病虫害胁迫受害面积与统计受灾面积的相对误差为2.08%。【结论】基于植被胁迫光谱弱信号增强方法可有效监测八角林病虫害胁迫分布状况，显著提升防治效率，助力八角林的可持续管理与生态保护。

关键词：病虫害胁迫季节趋势分解法 Sentinel-2影像光谱指数八角林

北京市非中心城区土地利用-人口-经济协同预测

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测绘通报 2024年第8期 165-171页

作者：黄语晨胡佳怡冷骏杰刘鑫耀张子玉张春晓中国地质大学(北京)信息工程学院北京100083

非首都功能的疏解政策涉及城市化建设、经济、人口等多个方面,当前的预测研究多针对单一的空间要素进行模拟和预测,而未关注到城市发展中多个空间要素相互交织的影响。本文将北京市非中心城区作为研究区,以多年度土地利用数据、GDP格网... 详细信息

非首都功能的疏解政策涉及城市化建设、经济、人口等多个方面,当前的预测研究多针对单一的空间要素进行模拟和预测,而未关注到城市发展中多个空间要素相互交织的影响。本文将北京市非中心城区作为研究区,以多年度土地利用数据、GDP格网数据和人口格网数据为基础,通过PLUS模型和SCS方法,以多要素协同模拟的方式模拟了规划情景下2030年的土地利用格局,以及2030年GDP-人口公里格网数据,并计算了时空与总量变化特征。结果显示:①在生态优先的政策情景下,北京市非中心城区的林草地及水体将会扩张但整体扩张趋势不明显;②政策指导下,2020—2030年研究区人口与GDP承载了中心区的外溢,经济与人口都实现了高质量发展。本文的研究为城市化建设、人口监控管理和资源优化配置提供了科学参考。

关键词：土地利用经济人口空间分布 PLUS模型 SCS方法情景构建非首都功能北京市

盱眙、明光、临泽坡缕石的八面体阳离子占位及对其性能的影响

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地质学报 2024年第3期98卷 876-888页

作者：廖立兵张培均刘昊中国地质大学(北京)材料科学与工程学院北京100083 中国地质大学(北京)数理学院北京100083

坡缕石是一种2:1型链层状结构含水富镁铝硅酸盐矿物,具有重要的资源和材料属性。不同成因、产状坡缕石八面体中类质同象替代有很大差别,而八面体类质同象替代对坡缕石性能的影响未见研究报道。本文以中国最具代表性的安徽明光、江苏盱... 详细信息

坡缕石是一种2:1型链层状结构含水富镁铝硅酸盐矿物,具有重要的资源和材料属性。不同成因、产状坡缕石八面体中类质同象替代有很大差别,而八面体类质同象替代对坡缕石性能的影响未见研究报道。本文以中国最具代表性的安徽明光、江苏盱眙、甘肃临泽坡缕石为研究对象,研究了三种坡缕石的Al、Mg、Fe含量及在八面体中的占位,并探讨了八面体的Al、Mg、Fe占位对坡缕石中水的种类和含量、表面电位和酸位以及对Pb^(2+)、Cd^(2+)吸附性能的影响。结果表明:明光坡缕石相对富镁,八面体主要被Mg^(2+)占据,具有三八面体特征;盱眙、临泽坡缕石相对富铝、铁,八面体主要被Al^(3+)占据,表现出更多的二八面体特征。盱眙坡缕石由于M1位置空位较多,结构水含量较低;坡缕石类质同象替代对Zeta电位影响不大;具有二八面体特征的盱眙、临泽坡缕石由于八面体中Al含量较高,酸位较多,催化性能较好。在重金属吸附实验中,明光坡缕石对Cd^(2+)的吸附效果最好,盱眙坡缕石对Pb^(2+)的吸附效果最好,临泽坡缕石吸附性能较差。本文可为坡缕石的改性和应用提供指导和参考。

关键词：坡缕石类质同象替代八面体占位吸附性能