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基于增强注意力门控U-Net的建筑物提取研究

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全球定位系统 2024年第2期49卷 43-53页

作者：任远锐陈朋弟高小龙兰州大学资源环境学院兰州730000 甘肃省地图院兰州730000

针对经典深度学习语义分割网络对建筑物提取存在精度较低、边界模糊和小目标识别困难的问题,本文提出一种增强注意力门控的U型网络(advanced attention gate U-Net,AA_UNet)用于改善建筑物提取的效果,该网络改进经典U-Net的结构,使用VG... 详细信息

针对经典深度学习语义分割网络对建筑物提取存在精度较低、边界模糊和小目标识别困难的问题,本文提出一种增强注意力门控的U型网络(advanced attention gate U-Net,AA_UNet)用于改善建筑物提取的效果,该网络改进经典U-Net的结构,使用VGG16作为主干特征提取网络、注意力门控模块参与跳跃连接、双线性插值法代替反卷积进行上采样.实验采用武汉大学建筑物数据集(WHU building dataset,WHD)对比提出的网络与部分经典语义分割网络的提取效果,并探究网络改进的各个模块对提取效果的影响.结果显示:该网络对建筑物提取的总精度、交并比、查准率、召回率和F1分数分别为98.78%、89.71%、93.30%、95.89%、94.58%,各项评价指标均优于经典语义分割网络,且改进的各个模块有效提高了提取精度,改善了建筑物轮廓不清晰和小目标建筑物破碎的问题,可用于精准提取高分辨率遥感影像中的建筑物信息,对城市规划、土地利用、生产生活、军事侦察等具有指导意义.

关键词：高分辨率遥感影像深度学习语义分割增强注意力门控U-Net 建筑物提取

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影响中国寒潮年代际变化的主要大气环流模态

兰州大学学报（自然科学版） 2024年第3期60卷 313-323页

作者：曾彦博李旭夏权李艳兰州大学大气科学学院兰州730000 兰州资源环境职业技术大学黄河流域生态环境产教融合研究院兰州730021

利用1951-2020年中国寒潮事件集和ERA5,分析中国寒潮的特征和变化趋势,通过自组织映射神经网络方法研究影响中国寒潮的主要模态,使用混合单粒子拉格朗日综合轨迹模型追踪寒潮冷空气路径.结果表明,1951-2020年,中国全国性寒潮的累计发生... 详细信息

利用1951-2020年中国寒潮事件集和ERA5,分析中国寒潮的特征和变化趋势,通过自组织映射神经网络方法研究影响中国寒潮的主要模态,使用混合单粒子拉格朗日综合轨迹模型追踪寒潮冷空气路径.结果表明,1951-2020年,中国全国性寒潮的累计发生天数呈显著下降趋势,特别是在80年代前后发生了年代际变化,80年代之前,影响寒潮的主要模态包括对应西北路径的贝湖低涡型和极涡东南延伸型、对应偏北路径的阻高极涡型、对应偏西路径的北极涛动负位相型和对应偏东路径的北大西洋涛动正位相型;80年代以后,寒潮的累积发生天数急剧减少,且入侵位置东移.主要模态变为对应西北路径的阻高极涡型、对应偏北路径的北极高压和阻塞高压打通型、对应偏西路径的北极涛动负位相型和对应偏东路径的西部极涡型,其中西北路径冷空气入侵位置东移,且占比减小;偏东路径的冷空气占比增大;新出现的北极高压和阻塞高压打通型模态对应的冷空气路径偏北,入侵距离偏短.北极高压和阻塞高压打通型可能对中国冬季天气气候产生影响,这种模态下在乌拉尔山地区有阻塞高压,同时期在新地岛至北地群岛一带存在北极高压,两者为同位相打通,高压脊为东北西南走向,使得西伯利亚高压的位置偏北、强度偏强、影响范围偏大,易于产生影响范围广、降温幅度大的北路或东路型寒潮,降温范围覆盖中国西北、华北以及华南等多个地区,降温中心强度可达到8~10℃.

关键词：寒潮北极高压阻塞高压自组织映射网络

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北极地区热融湖塘甲烷排放特征及影响因素

冰川冻土 2024年第2期46卷 457-474页

作者：刘治银张玉兰康世昌付佳星高坛光中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室甘肃兰州730000 兰州大学资源环境学院甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

北极地区显著升温导致多年冻土快速退化,进而发育形成大量热融湖塘,是温室气体排放热点。通过对1992—2023年2月北极热融湖塘甲烷(CH_(4))研究结果的整合梳理,本研究系统揭示了北极地区热融湖塘CH_(4)排放特征、热融湖塘的CH_(4)循环过... 详细信息

北极地区显著升温导致多年冻土快速退化,进而发育形成大量热融湖塘,是温室气体排放热点。通过对1992—2023年2月北极热融湖塘甲烷(CH_(4))研究结果的整合梳理,本研究系统揭示了北极地区热融湖塘CH_(4)排放特征、热融湖塘的CH_(4)循环过程以及微生物机制。结果显示:北极地区CH_(4)年平均排放通量约为(7.78±19.60)g CH_(4)·m^(-2)·a^(-1),不同区域存在显著差异,高排放区出现在东西伯利亚和阿拉斯加地区[(23.40±26.50)g CH_(4)·m^(-2)·a^(-1);(11.00±26.40)g CH_(4)·m^(-2)·a^(-1)]。冒泡排放是北极热融湖塘CH_(4)排放的主导途径,年排放通量约为(13.80±28.60)g CH_(4)·m^(-2)·a^(-1),占比可达52.02%。湖塘沉积物类型对热融湖塘CH_(4)排放具有重要影响,叶叨码冻土区的排放为(17.90±32.90)g CH_(4)·m^(-2)·a^(-1),是非叶叨码冻土区的3.24倍。同时,泥炭地热融湖塘CH_(4)的主要排放途径及变化存在一定的不确定性,其对气温升高的响应可能略不同于其他湖泊,对气候变化具有高度敏感性。热融湖塘扩张与排水的变化趋势以及CH_(4)产生过程与氧化过程对热融湖塘的CH_(4)排放潜力同样具有重要影响。目前,北极地区热融湖塘CH_(4)排放的系观测仍然存在诸多空白,尤其缺乏多种排放途径的联合观测,对CH_(4)微生物过程认识不足。该研究能够进一步加深对北极地区热融湖塘排放特征及具体排放机制的认识,为评估该地区热融湖塘CH_(4)排放潜力及其对气候变化的影响提供科学参考。

关键词：热融湖塘甲烷北极多年冻土气候变化

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面向微地图的手绘地图符号自动提取方法

地球信息科学学报 2024年第7期26卷 1646-1658页

作者：余懿韬闫浩文李精忠王小龙富璇王卓侯宇豪兰州交通大学测绘与地理信息学院兰州730070 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心兰州730070 甘肃省地理国情监测工程实验室兰州730070 甘肃大禹九洲空间信息科技有限公司院士专家工作站兰州730070 兰州大学资源环境学院兰州730000 西部环境教育部重点实验室兰州730000 武汉大学资源与环境科学学院武汉430079

微地图作为自媒体时代出现的新型地图,具有大众参与、个性化、快速传播等特征,然而现有微地图研究在点符号设计方面存在一定局限,难以完全满足大众个性化制图的需求。为解决这一问题,本文从微地图制作角度出发,选择手绘地图的通用地图... 详细信息

微地图作为自媒体时代出现的新型地图,具有大众参与、个性化、快速传播等特征,然而现有微地图研究在点符号设计方面存在一定局限,难以完全满足大众个性化制图的需求。为解决这一问题,本文从微地图制作角度出发,选择手绘地图的通用地图符号作为研究对象,构建了一个包含多种类型和样式的手绘地图数据集。在现有研究的基础上,通过对比选择目标检测中常用的YOLOv5(You Only Look Once v5)系列模型,深入探索手绘地图中通用地图符号的自动提取方法,并采用YOLOv5-X模型进行手绘地图通用地图符号的提取。实验结果显示,该模型在手绘地图数据集上的point类别提取精确度、召回率和F1得分分别达到了98.42%、94.72%和97%。同时在Quick Draw涂鸦数据集上进行模型泛化能力的测试,本文所使用的模型在该数据集上展现出良好的提取效果。本研究的开展不仅扩充了微地图个性化点符号的研究数据集,还改进了通用地图符号的提取方法,为微地图制图注入了更多元化的元素,也为自媒体时代的地图制作提供了更为灵活和个性化的解决方案。

关键词：通用地图符号手绘地图手绘地图数据集微地图微地图符号库点符号提取 YOLOv5-X

北极高压通过阻塞高压对中国冬季冷空气的影响

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兰州大学学报（自然科学版） 2024年第3期60卷 285-295页

作者：黄晓远李旭夏权李艳兰州大学大气科学学院兰州730000 兰州资源环境职业技术大学黄河流域生态环境产教融合研究院兰州730021

利用二维阻塞高压指数和人工识别方法对1979-2020年冬季欧亚地区的阻塞高压单独出现和伴有北极高压同时出现的事件进行研究,分析阻塞事件中北极高压的基本特征及其对中国冬季冷空气的影响.结果表明,当北极高压与阻塞高压同时出现并同位... 详细信息

利用二维阻塞高压指数和人工识别方法对1979-2020年冬季欧亚地区的阻塞高压单独出现和伴有北极高压同时出现的事件进行研究,分析阻塞事件中北极高压的基本特征及其对中国冬季冷空气的影响.结果表明,当北极高压与阻塞高压同时出现并同位相连通时,高压中心主要位于新地岛附近,乌拉尔山地区发生的阻塞事件较贝加尔湖地区更多;阻塞高压事件的发生频次在1月最高,在1990s明显少于其他年代.21世纪以来,总阻塞事件中伴有北极高压的比例大幅提高,约为40%.北极高压通过阻塞高压影响中国冬季冷空气时,欧亚地区的对流层为高纬度异常增暖、中纬度异常偏冷的空间分布;中纬度地区西风减弱而副热带急流加强,反气旋式Rossby波破碎的发生增强了欧亚地区的位涡环流,北极高压得以维持和发展,在500 hPa形成较稳定的“两槽一脊”流型,高压中心位置偏北且较强.该环流形势有利于地面西伯利亚高压的生成和发展,其位置偏北、偏东,影响范围较大,冷空气以偏东路径侵入中国,使东北地区较早受到影响.

关键词：阻塞高压北极高压冷空气 Rossby波破碎

层状双金属氢氧化物活化过硫酸盐在水处理中的应用

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环境保护科学 2024年第2期50卷 23-32页

作者：雷春妮王波王新潮漆珍珍程修文兰州大学资源环境学院兰州730000 兰州海关技术中心兰州730010

基于硫酸根自由基的高级氧化技术(SR-AOPs)具有宽pH耐受性、强氧化性以及方便操作性等优势而受到关注。层状双金属氢氧化物(LDHs)因其独特的层状结构优势、层板组成可调控性、结构记忆效应和阴离子可交换性等特性,在活化过硫酸盐方面表... 详细信息

基于硫酸根自由基的高级氧化技术(SR-AOPs)具有宽pH耐受性、强氧化性以及方便操作性等优势而受到关注。层状双金属氢氧化物(LDHs)因其独特的层状结构优势、层板组成可调控性、结构记忆效应和阴离子可交换性等特性,在活化过硫酸盐方面表现出良好的活性和催化优势。本论文重点综述了LDHs及其复合材料作为非均相催化剂活化过硫酸盐在水污染处理领域的应用现状,最后,对LDHs催化体系持续改进以及未来研究方向进行了展望。

关键词：层状双金属氢氧化物制备方法高级氧化技术有机污染物

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黑白河流域湿地水文蓄调功能量化及对比研究

水利水电技术（中英文） 2024年第6期55卷 44-57页

作者：王逸飞李常斌杨致远吕佳南谢旭红高祖桥申娜张旭阳李美静刘源文兰州大学资源环境学院甘肃兰州730000 兰州大学西部环境教育部重点实验室甘肃兰州730000 甘肃省城乡规划设计研究院甘肃兰州730000

【目的】位于若尔盖高原的黑河和白河同属黄河上游一级支流,在高寒湿地水文对比研究方面颇具代表性。【方法】按水量平衡原理,采用SWAT模型对黑河和白河流域山地系统出流进行模拟,以此作为平原区湿地的横向补给量;结合降水和蒸散发等垂... 详细信息

【目的】位于若尔盖高原的黑河和白河同属黄河上游一级支流,在高寒湿地水文对比研究方面颇具代表性。【方法】按水量平衡原理,采用SWAT模型对黑河和白河流域山地系统出流进行模拟,以此作为平原区湿地的横向补给量;结合降水和蒸散发等垂向水文动态,就两河流域湿地水文过程进行分析;再根据湿地土壤水文物理属性估算其静储量;上述动、静储量相结合,就两河流域湿地水文蓄调的年际变化及其功能进行综合研究。【结果】结果显示:2001—2015年间,黑河流域湿地蓄水累计增持19.48亿m^(3);白河流域湿地蓄水累计减持23.08亿m^(3);黑白河流域湿地静储量分别为20.06亿m^(3)和4.59亿m^(3),泥炭沼泽土静储量最大,永冻土静储量最小;统计期间,湿地蓄调功能指数在黑、白河流域均呈降低趋势,黑河湿地的指数降幅高于白河。【结论】结果表明:SWAT模型在黑、白河流域的适用性良好;研究时段内,黑河流域湿地蓄水总体呈增加状态,白河流域湿地蓄水总体呈减少状态;湿地土壤类型和面积大小是影响静储量的关键因素;黑、白河流域湿地蓄持功能总体发生蜕减。研究可为高寒湿地水文蓄调能力提升暨湿地保护提供方法和数据参考。

关键词：湿地水文蓄调水量平衡 SWAT模型黑白河流域时空变化径流地下水

白龙江流域泥石流爆发的时空规律与堵江灾害危险预测

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兰州大学学报（自然科学版） 2024年第4期60卷 488-493页

作者：庆丰赵岩种艳金佳成陈冠李亚军孟兴民清华大学安全科学学院北京100084 兰州大学地质科学与矿产资源学院兰州730000 兰州大学资源环境学院兰州730000 甘肃省环境地质与灾害防治技术创新中心甘肃省地质灾害野外科学观测研究站兰州730000

以泥石流灾害极为发育的白龙江流域为研究区,分析区域泥石流爆发的时空规律,构建泥石流堵江概率预测模型,实现区域泥石流堵江灾害危险预测,为区域泥石流堵江链式灾害的风险防控提供参考.基于白龙江流域泥石流爆发的时空规律,在野外调查... 详细信息

以泥石流灾害极为发育的白龙江流域为研究区,分析区域泥石流爆发的时空规律,构建泥石流堵江概率预测模型,实现区域泥石流堵江灾害危险预测,为区域泥石流堵江链式灾害的风险防控提供参考.基于白龙江流域泥石流爆发的时空规律,在野外调查和资料搜集的基础上,选取流域面积、流域高差、沟床比降、岩性、滑坡密度、日降雨量>50 mm年均次数、河谷宽度、河流流量和河谷比降共10个参数作为影响泥石流沟是否会形成堵江灾害的关键因子,基于机器学习模型构建泥石流堵江概率的预测模型,模型的精确度为91.3%,ROC曲线下面积为0.931.研究发现河谷宽度是泥石流堵江灾害最重要的影响因素,其次是流域面积、沟床比降、流域高差和滑坡密度等.

关键词：泥石流堵江危险性影响因素机器学习白龙江

陇中地区农业源高分辨率氨排放清单及分布特征

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环境科学学报 2024年第1期44卷 146-156页

作者：艾云瑞薛丽洋李勇代轩吴燕聪陶燕兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室兰州730000 甘肃省生态环境应急与事故调查中心兰州730000 贵州医科大学公共卫生与健康学院环境污染与疾病监控教育部重点实验室贵阳550025

为掌握陇中地区农业源氨排放的来源贡献及分布特征,通过调查搜集各排放源的区县级活动水平,选取合适的排放系数开展本地化修正,利用排放因子法建立了2019年陇中地区高分辨率农业源氨排放清单.结果表明:2019年陇中地区农业源氨排放量为8... 详细信息

为掌握陇中地区农业源氨排放的来源贡献及分布特征,通过调查搜集各排放源的区县级活动水平,选取合适的排放系数开展本地化修正,利用排放因子法建立了2019年陇中地区高分辨率农业源氨排放清单.结果表明:2019年陇中地区农业源氨排放量为86.3×10^(3)t,其中,畜禽养殖和氮肥施用为主要排放源,分别占排放总量的61.3%和34.9%.在畜禽养殖中,肉牛(36.1%)和绵羊(29.1%)是最大的排放源;在氮肥施用中,尿素的贡献率最高(95.7%),施肥方式以追施肥为主(87.7%).从空间分布来看,会宁县农业氨排放量最高,占陇中地区排放总量的11.7%;畜禽养殖氨排放强度高值区主要集中在西部和中部,氮肥施用高值区则集中在东南部和中北部,两类排放源共同决定了陇中地区氨排放强度的空间特征.从时间分布来看,畜禽养殖氨排放各月份差异不大,而氮肥施用差异明显,在7月达到峰值,占全年排放总量的17.6%.

关键词：农业源氨排放清单分布特征陇中地区