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可编辑的根系建模与生长模拟方法

计算机辅助设计与图形学学报 2024年第1期36卷 73-80页

作者：杨猛肖成北京林业大学信息学院北京100083 国家林业草原林业智能信息处理工程技术研究中心北京100083

针对植物根系种类繁多,形态呈现出高度多样性问题,提出一种可编辑的建模方法来模拟根系生长.首先拓展了传统的L系统,以一种具有语义特征的规则描述根系结构与拓扑关系;然后加入根茎半径与单根长度的连续方程,生成符合自然规律的生长;再... 详细信息

针对植物根系种类繁多,形态呈现出高度多样性问题,提出一种可编辑的建模方法来模拟根系生长.首先拓展了传统的L系统,以一种具有语义特征的规则描述根系结构与拓扑关系;然后加入根茎半径与单根长度的连续方程,生成符合自然规律的生长;再通过指导向量控制根系的全局形态;最后提供多种编辑根茎局部形状的手段,如根茎骨架、曲面造型、不规则表面等,生成具有自然观感的根茎模型.对自然界中的6种植物进行仿真实验,包括直根系、须根系、储藏根系和板根4种不同类型,结果表明,根系的模拟结果与真实图片的平均相似度达到79.16%,所提方法具有构建多种类型根系的建模能力,可以通过设置形状指导曲线或者调节部分参数,构建出具有特殊形态的真实感根系模型.

关键词：根系建模生长模拟可编辑模型指导生长

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陆上风电场对局地生态气候影响研究

Journal of Resources and Ecology 2024年第1期15卷 151-160页

作者：贾泽杨秀春陈昂杨东张敏魏伦达北京林业大学草业与草原学院北京100083

陆上风电场的建设和运行干扰局地植物群落的演替,对局地生态和气候的影响受到广泛关注。研究陆上风电场与局地生态、气候之间的关系,准确评估陆上风电场对局地影响,是促进绿色能源可持续发展的基础。本文对现有的现场数据监测、遥感数... 详细信息

陆上风电场的建设和运行干扰局地植物群落的演替,对局地生态和气候的影响受到广泛关注。研究陆上风电场与局地生态、气候之间的关系,准确评估陆上风电场对局地影响,是促进绿色能源可持续发展的基础。本文对现有的现场数据监测、遥感数据反演和数值模型模拟研究方法进行归纳总结,发现陆上风电场对局地植被指数、近地表温度、风速、土壤湿度等产生了明显影响。陆上风电场降低了局地土壤含水量、增加了近地表空气温度、明显改变局地风速,并导致风电场内部局地植被指数降低、植物生长收到抑制,鸟类和蝙蝠等生物死亡率出现上升等现象,但对于风电场外部植物群落,尤其是顺风方向则呈现积极促进作用。总体而言,研究成果存在区域差异性,研究结论不具有普适性。陆上风电场对局地气候的影响,气候对局地生态的影响和陆上风电场对局地生态产生的直接影响三者之间的作用机理仍没有清晰准确的解释,还需要进一步提升观测数据的精度、准度和连续性,结合土地利用类型、局地微气候指标、植物物种等指标构建具有针对性的模型体系,并在此基础上,为宏观把握陆上风电场对气候生态影响提供支撑。

关键词：陆上风电场生态影响气候影响植物群落

无人机高光谱遥感和集成深度置信神经网络算法用于密云水库水质参数反演

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光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 2066-2074页

作者：乔智姜群鸥律可心高峰北京林业大学水土保持学院北京100038 北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室北京100038

随工业化及社会经济迅速发展,水源地面临的水体污染、恶化不断加剧,开展有效的水质监测是水源保护的重要前提。密云水库是北京重要的地表水源地,在保护首都水源安全方面发挥着重要作用。为更精准的监测密云水库水质参数及污染程度,采用... 详细信息

随工业化及社会经济迅速发展,水源地面临的水体污染、恶化不断加剧,开展有效的水质监测是水源保护的重要前提。密云水库是北京重要的地表水源地,在保护首都水源安全方面发挥着重要作用。为更精准的监测密云水库水质参数及污染程度,采用4期无人机高光谱遥感数据,基于随机子空间的集成深度置信神经网络算法(EDBN),构建密云水库水质参数反演模型,对密云水库总氮(TN)、总磷(TP)两项水质参数进行反演。首先,采用基于递归特征消除法对高光谱影像降维处理,将光谱数据与地面水质监测数据进行叠加,通过最小化训练过程中误差来确定隐藏层数、神经节点数等网络结构参数;然后采用由知识源域向网络迁移方式逐步拓展网络,对密云水库总氮和总磷两个水质参数进行训练并对结果进行验证;最后,反演密云水库潮河大坝和白河大坝区域水质参数,揭示其主要水质参数时空演变规律。研究结果显示:(1)构建总氮、总磷反演模型R^(2)分别为0.8355、0.7703,MSE分别为0.0153、0.0008,这表明基于随机子空间的集成深度置信神经网络算法模型对密云水库水质参数反演效果较好;(2)密云水库总氮浓度变化随季节发生一定波动,在夏季浓度较低,秋季相对较高。总磷浓度变化相对平稳,表明密云水库周边区域对磷污染控制效果良好;(3)白河大坝区域水质优于潮河大坝区域,总氮浓度相对偏高,整体处于Ⅲ类水平。而总磷浓度较低,整体处于Ⅱ类水平,较好时可以达到Ⅰ类水平。整体水质可以满足饮用水源的标准,但仍需加强对氮、磷污染物有效监管。研究结果将为密云水库水质高效监测与水源保护提供重要科学依据。

关键词：无人机高光谱深度神经网络算法水质反演密云水库

基于Resnet的林地无人机图像去雾改进算法

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南京林业大学学报（自然科学版） 2024年第2期48卷 175-181页

作者：牛弘健刘文萍陈日强宗世祥骆有庆北京林业大学信息学院北京100083 国家林业和草原局林业智能信息处理工程技术研究中心北京100083 北京林业大学林学院北京100083

【目的】针对雾霾天气下林地无人机航拍图像存在对比度低、饱和度低和色调偏移等现象,基于Resnet网络,提出一种适应林地航拍场景的无人机图像去雾方法(DHnet)。【方法】林地场景下无人机图像具有纹理特征、高低频信息丰富的特点,在主干... 详细信息

【目的】针对雾霾天气下林地无人机航拍图像存在对比度低、饱和度低和色调偏移等现象,基于Resnet网络,提出一种适应林地航拍场景的无人机图像去雾方法(DHnet)。【方法】林地场景下无人机图像具有纹理特征、高低频信息丰富的特点,在主干网络各个层级附加信息传递模块,将特征图转化为权值图进行筛选过滤并发送到其他层级,接收端设置阈值避免冗余信息的不良影响,再经密集链接增强全局去雾效果,提高图像高低频区域的去雾质量,最后在林地无人机有雾图像测试集上进行去雾实验。【结果】DHnet在林地图像测试集上的平均结构相似性为0.83,平均峰值信噪比为22.3 dB,分别较Resnet方法提高了4.8%和39.3%。【结论】本研究提出的算法能有效降低图像色调偏移,去除残留雾气信息,有效提高无人机航拍林地雾气图像的色彩保真度和细节信息保持度。

关键词：林地无人机图像去雾深度学习

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生成式知识迁移的SAR舰船检测

遥感学报 2024年第2期28卷 470-480页

作者：娄欣王晗卢昊张文驰北京林业大学信息学院北京100083 国家林业和草原局林业智能信息处理工程技术研究中心北京100083

为解决基于深度卷积神经网络进行SAR舰船检测网络训练过程中数据获取、数据标注等问题,本文提出一种生成式知识迁移的SAR舰船检测框架,该框架由生成式知识迁移网络和舰船检测网络两部分组成。通过知识迁移网络生成与有标注的光学遥感图... 详细信息

为解决基于深度卷积神经网络进行SAR舰船检测网络训练过程中数据获取、数据标注等问题,本文提出一种生成式知识迁移的SAR舰船检测框架,该框架由生成式知识迁移网络和舰船检测网络两部分组成。通过知识迁移网络生成与有标注的光学遥感图像空间分布一致且包含SAR图像特征的带标注模拟图像;使用所生成的带标注模拟图像,进一步优化舰船检测网络,以提高基于深度卷积神经网络的舰船检测的泛化性能。SARShip-Detection-Datasets(SSDD)和AIR-SARShip-1.0两个公开数据集上的实验结果表明,该框架有效提高了在仅包含少量标注SAR图像样本情况下的舰船目标检测效果,可显著降低舰船在复杂背景图像中漏检和误检的概率。

关键词： SAR 目标检测深度学习图像生成迁移学习

贺兰山东、西坡群落植物叶N、P化学计量沿海拔梯度的格局及群落构建机制

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东北林业大学学报 2024年第7期52卷 1-7页

作者：晁鑫艳卫玺玺郑景明唐可欣李怡淼万龙周金星北京林业大学北京100083

为了研究贺兰山不同气候类型群落植物叶N、P化学计量沿海拔梯度的格局及群落构建机制,以贺兰山东、西坡沿不同海拔梯度的群落植物为研究对象,分析群落植物叶片N、P质量分数的加权平均值与海拔的关系,并通过构建零模型,探究沿海拔梯度贺... 详细信息

为了研究贺兰山不同气候类型群落植物叶N、P化学计量沿海拔梯度的格局及群落构建机制,以贺兰山东、西坡沿不同海拔梯度的群落植物为研究对象,分析群落植物叶片N、P质量分数的加权平均值与海拔的关系,并通过构建零模型,探究沿海拔梯度贺兰山东、西坡植物群落构建机制。结果表明:贺兰山东坡植物叶片N质量分数和N、P质量分数比的群落加权平均值随着海拔的升高,呈现先增加后降低的趋势,并在海拔1600~2000 m处最高;东、西坡叶片P质量分数均随海拔升高逐渐增加。贺兰山东坡群落叶片N质量分数在中海拔(2000 m左右)处发散,在中高海拔(2600 m左右)处收敛;叶片P质量分数在中高海拔(2600 m左右)处最收敛,叶片N、P质量分数比在中低海拔(1700 m左右)处最发散。而贺兰山西坡植物叶片N质量分数在中高海拔(2600 m左右)处最发散,叶片P质量分数在中高海拔(2700 m左右)处最发散。环境因子不是贺兰山东坡群落构建的主要驱动因素,而是贺兰山西坡群落构建的主要驱动因素,其中,土壤N、P质量分数显著影响叶片N、P化学性状的群落加权方差。

关键词：贺兰山海拔群落植物叶片N质量分数叶片P质量分数群落构建种间变异

内蒙古半干旱地区不同人工林土壤因子与林下植物多样性的相关性

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东北林业大学学报 2024年第7期52卷 51-57页

作者：孙婉怡余新晓贾国栋王旭孟君牛云明北京林业大学北京100083

以内蒙古半干旱地区生态修复工程营造的人工林为研究对象,探究不同林分类型的林下植物多样性、土壤理化性质差异以及土壤因子与林下植物多样性的相关性,并通过搭建结构方程模型评估林分类型、土壤因子对林下植物多样性的影响。结果表明... 详细信息

以内蒙古半干旱地区生态修复工程营造的人工林为研究对象,探究不同林分类型的林下植物多样性、土壤理化性质差异以及土壤因子与林下植物多样性的相关性,并通过搭建结构方程模型评估林分类型、土壤因子对林下植物多样性的影响。结果表明:不同林分类型的植物多样性、土壤理化性质存在显著差异(P<0.05),混交林的林下植物多样性指数、土壤理化性质指数均高于纯林(P<0.05)。多元回归分析结果表明:林分类型、土壤密度、最大持水量、土壤有机碳质量分数、土壤有机质质量分数、土壤全氮质量分数是影响林下植物多样性的主导因素。结构方程模型结果表明:林分类型、土壤理化性质对林下植物多样性分布均具有决定性作用(P<0.01)。其中,林分类型可通过调节土壤理化性质,间接影响林下植物多样性的分布,土壤化学性质也可通过对土壤物理性质的调节,间接影响林下植物多样性的分布。

关键词：人工林半干旱地区草本植被土壤性质生态效益

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干旱胁迫对木豆叶片的影响及机理验证

东北林业大学学报 2024年第9期52卷 36-45页

作者：魏一凡杨清宋治华董碧莹曹红燕代阳孟冬北京林业大学北京100083

以木豆(Cajanus cajan)为研究对象,运用生物信息学方法从木豆的基因组中鉴定基因,对其进行了基本的理化性质预测、系统发育、保守基序、顺式作用元件等分析,同时进行组织特异性分析、过表达植株构建以及生理指标分析。结果表明:从木豆... 详细信息

以木豆(Cajanus cajan)为研究对象,运用生物信息学方法从木豆的基因组中鉴定基因,对其进行了基本的理化性质预测、系统发育、保守基序、顺式作用元件等分析,同时进行组织特异性分析、过表达植株构建以及生理指标分析。结果表明:从木豆基因组中鉴定得到14个SnRK2家族基因,发现SnRK2氨基酸的数量在217~383之间,相对分子质量为24578.32~43627.79,等电点范围为4.78~9.22;SnRK2基因家族聚集成3个分支,分布均匀;外显子和内含子分布保守,除CcSnRK2.13(8个外显子和7个内含子)和CcSnRK2.14(6个外显子和5个内含子)外,都含有9个外显子以及8个内含子;所有的CcSnRK2基因启动子区域都包含启动子和增强子区、厌氧诱导、光诱导调控、玉米蛋白代谢诱导调控、干旱诱导调控和脱落酸诱导调控元件;CcSnRK2家族成员的二级结构在一定程度上有相似性,每个结构的氨基酸数量占比较为一致;根据基因表达情况以及前面的分析结果,选择CcSnRK2.5、CcSnRK2.8和CcSnRK2.9进行功能验证,发现其在叶片中高表达。CcSnRK2.5、CcSnRK2.8和CcSnRK2.9过表达显著提高了植株的耐旱生存能力,保持较好的叶片形态、水分平衡、细胞膜完整性等,表现出干旱胁迫条件下生理指标的显著改善。从全基因组鉴定了SnRK2基因并表征了其基本特征,通过植物遗传转化发现SnRK2增强了木豆耐旱性。

关键词：木豆干旱胁迫 SnRK2 生物信息学表达分析

不同林分密度时激光雷达点云数据单木分割及参数提取

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东北林业大学学报 2024年第7期52卷 36-43页

作者：张燕妮张学霞张建军程家琪胡亚伟赵炯昌李阳杨锐北京林业大学北京100083

为了准确高效提取人工林结构参数,以晋西黄土区蔡家川流域人工油松林为研究对象,利用30块样地的激光雷达点云数据和样地实测数据,通过改变点云距离判别聚类算法的格网值和调整分水岭算法的冠层高度分辨率的方法,对比分析关键参数对单木... 详细信息

为了准确高效提取人工林结构参数,以晋西黄土区蔡家川流域人工油松林为研究对象,利用30块样地的激光雷达点云数据和样地实测数据,通过改变点云距离判别聚类算法的格网值和调整分水岭算法的冠层高度分辨率的方法,对比分析关键参数对单木分割的敏感性,探求点云距离判别聚类算法和分水岭算法对树高提取精度的最优参量。结果表明:(1)点云距离判别聚类算法单木提取的召回率为87.3%、准确率为86.0%、调和值为86.7%,优于分水岭算法(召回率为83.0%、准确率为83.8%、调和值为83.4%)。(2)点云距离判别聚类算法分割单木的敏感性,采用最小冠幅1/5的格网值,其召回率为87.3%、准确率为86.0%、调和值为86.7%,分割精度最高。分水岭算法分割单木的最优关键参量随林分密度不同而变化,当林分密度≤3600株/hm^(2),采用冠层高度分辨率0.3 m时,分割效果最优,其召回率为78.9%、准确率为85.2%、调和值为81.9%;当林分密度≥3700株/hm^(2),采用冠层高度分辨率0.2 m时,分割效果最优,召回率为87.2%、准确率为82.5%、调和值为84.8%。(3)分水岭算法提取树高精度(决定系数为0.88,均方根误差为0.93 m)优于点云距离判别聚类算法。

关键词：机载激光雷达单木分割结构参数提取 CHM分辨率格网值

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