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玉米典型叶部病害高光谱识别及其烈度分类

智慧农业（中英文） 2024年第2期6卷 28-39页

作者：沈艳艳赵玉涛陈庚申吕振刚赵峰杨万能孟冉华中农业大学资源与环境学院湖北武汉430070 华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室湖北武汉430070 襄阳市农业科学院湖北襄阳441000 华中师范大学城市与环境科学学院/地理过程分析与模拟湖北省重点实验室湖北武汉430079 哈尔滨工业大学计算学部黑龙江哈尔滨150000 智慧农场技术与系统全国重点实验室黑龙江哈尔滨150000 哈尔滨工业大学人工智能研究院有限公司黑龙江哈尔滨150000

[目的/意义]近年来,玉米叶部病害发生日趋加重且呈现混发现象,严重威胁玉米产量和品质。但目前鲜有研究对叶部病害种类识别及其烈度分类进行结合,无法满足实际场景中玉米不同病害及不同烈度混发下的病害防控需求。[方法]提出一种基于高... 详细信息

[目的/意义]近年来,玉米叶部病害发生日趋加重且呈现混发现象,严重威胁玉米产量和品质。但目前鲜有研究对叶部病害种类识别及其烈度分类进行结合,无法满足实际场景中玉米不同病害及不同烈度混发下的病害防控需求。[方法]提出一种基于高光谱技术实现玉米典型叶部病害种类识别及其烈度分类的方法,通过挖掘玉米大斑病、小斑病和南方锈病3种叶部病害的光谱特性,优选敏感特征构建基于病害发展全阶段(包含病害所有烈度)和病害单一烈度下的病害种类识别模型;进一步地,针对玉米叶部单一病害构建烈度分类模型,以期实现对不同叶部病害的全过程识别与病害烈度分类。[结果和讨论]3种玉米叶部病害在550~680 nm的可见光、740~760 nm的红边、760~1000 nm的近红外和1300~1800 nm的短波红外处其光谱变化显著。基于此提取的光谱特征能够有效捕捉病害特异性信息。基于病害发展全阶段构建的病害种类识别模型最优总体精度(Overall accuracy,OA)达77.51%,Macro F_(1)达0.77;而基于病害单一烈度下的病害种类识别模型精度随着病害烈度的增加而升高。在病害发展阶段处于重度烈度时,病害种类识别模型最优精度达95.06%,Macro F_(1)达0.94。此外,研究构建的3种玉米叶部病害烈度分类模型最优精度均超过70%,其中大斑病烈度分类效果最好(OA=86.25%,Macro F_(1)=0.85)。[结论]基于高光谱数据能够有效实现玉米典型叶部病害种类识别及其烈度分类,为大范围作物病害监测提供研究基础及理论依据,助力精准防控与绿色农业。

关键词：玉米病害高光谱遥感病害种类识别病害烈度分类机器学习

流域尺度的景观破碎化分析及生态环境质量评价

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自然灾害学报 2023年第1期32卷 67-75页

作者：王富武张玉红哈尔滨师范大学黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室黑龙江哈尔滨150025

为了解乌裕尔河流域在生态环境保护和经济快速发展背景下的景观破碎化和生态环境质量变化情况,文中利用Landsat遥感影像对乌裕尔河流域景观格局变化尤其是破碎化过程进行分析,并且从景观稳定性、景观受干扰度和社会经济影响度3个方面选... 详细信息

为了解乌裕尔河流域在生态环境保护和经济快速发展背景下的景观破碎化和生态环境质量变化情况,文中利用Landsat遥感影像对乌裕尔河流域景观格局变化尤其是破碎化过程进行分析,并且从景观稳定性、景观受干扰度和社会经济影响度3个方面选取16个指标构建了乌裕尔河流域生态环境质量评价指标体系;利用RBF径向基神经网络模型定量评价了乌裕尔河流域的生态环境质量。结果表明:1980—2020年间乌裕尔河流域景观破碎化程度加重,生态环境质量处于优和一般之间,并且有向不良方向退化的趋势。评价结果可作为今后乌裕尔河流域生态系统保护和恢复治理的依据,并为相似的流域生态环境质量评价提供参考。

关键词：乌裕尔河流域景观格局景观破碎化生态环境质量径向基神经网络

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哈尔滨主城区不同下垫面融雪径流污染特性

环境科学 2016年第7期37卷 2556-2562页

作者：孙夕涵刘硕万鲁河王宏哈尔滨师范大学地理科学学院黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室哈尔滨150025

融雪径流是我国北方高纬度城市受纳水体在春季主要的面源污染源,为控制融雪径流对地表水体的污染,于2015年3月底至4月初对哈尔滨主城区6种下垫面、18个采样点的融雪径流进行污染特性分析.通过SPSS 22.0及其主成分分析法确定了BOD5、COD... 详细信息

融雪径流是我国北方高纬度城市受纳水体在春季主要的面源污染源,为控制融雪径流对地表水体的污染,于2015年3月底至4月初对哈尔滨主城区6种下垫面、18个采样点的融雪径流进行污染特性分析.通过SPSS 22.0及其主成分分析法确定了BOD5、COD、氨氮、总磷(TP)、石油类和总氮(TN)为哈尔滨主城区融雪径流中影响最为显著的污染指标.应用单因素方差分析法(ANOVA)及其最小显著性差异(LSD)多重比较法对6种下垫面组间及两两下垫间的污染差异性进行了分析.ANOVA分析结果表明,TP在下垫面组间的差异性最大而BOD5最小,其显著性水平(Sig.)分别为0.342和0.631;多重比较的结果则表明不同污染物在两两下垫面之间的均值差异(MeanDiff)均不同,不同下垫面对不同污染指标的贡献率也不同.同时,受地理位置的影响,相同污染物在相同下垫面的不同采样点的分布也存在差别,城市道路和人行道最为明显.不同下垫面融雪径流污染特性分析结果表明,哈尔滨主城区融雪径流污染主要受交通流量、人类活动、冬季燃煤采暖及工业排放的影响.

关键词：城市融雪径流城市下垫面主成分分析法融雪径流污染哈尔滨主城区

哈尔滨市城乡结合部不透水面时空变化及驱动力分析

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地理学报 2017年第1期72卷 105-115页

作者：李苗臧淑英吴长山田旸哈尔滨师范大学地理科学学院哈尔滨150025 黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室哈尔滨150025

本文选取哈尔滨市城乡结合部为研究区,以1984年、1993年、2002年和2010年的TM影像数据为数据源,利用混合像元分解方法提取了哈尔滨市城乡结合部的不透水面信息。分析了不透水面的时空变化特征。选取坡度、坡向、DEM、距河流距离、距高... 详细信息

本文选取哈尔滨市城乡结合部为研究区,以1984年、1993年、2002年和2010年的TM影像数据为数据源,利用混合像元分解方法提取了哈尔滨市城乡结合部的不透水面信息。分析了不透水面的时空变化特征。选取坡度、坡向、DEM、距河流距离、距高速公路距离、距铁路距离、距主要路距离和距1984年城区距离8个因子,利用增强回归树法进一步分析了1984-2010年哈尔滨市城乡结合部不透水面扩张的主要影响因素。结果表明:1984年哈尔滨市城乡结合部不透水面所占比例为3.9%、1993年为6.6%、2002年为9.0%、2010年为16.52%。高速公路、铁路、主要路等交通要素带动周边地区的发展,从而导致道路沿线城市扩张速度较快。

关键词：城乡结合部不透水面驱动力时空变化哈尔滨市

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地表冻融状态的被动微波遥感判别研究进展

冰川冻土 2022年第6期44卷 1944-1957页

作者：肖杨满浩然董星丰臧淑英李苗哈尔滨师范大学地理科学学院黑龙江哈尔滨150025 寒区地理环境监测与空间信息服务黑龙江省重点实验室黑龙江哈尔滨150025

地表土壤冻融循环过程对地表水分和能量平衡有重要影响,进而影响植被生长、土壤含水量、碳循环和陆地生态系统。被动微波具有时间分辨率高、数据量丰富、对土壤水分敏感等特点,在监测地表冻融过程中发挥了重要的作用。随着国内外被动微... 详细信息

地表土壤冻融循环过程对地表水分和能量平衡有重要影响,进而影响植被生长、土壤含水量、碳循环和陆地生态系统。被动微波具有时间分辨率高、数据量丰富、对土壤水分敏感等特点,在监测地表冻融过程中发挥了重要的作用。随着国内外被动微波传感器相继升空,为冻土的年际变化、季节变化、日变化及长时序的近地表土壤冻融循环的研究提供了保障,近年来利用被动微波数据进行地表冻融循环的研究逐渐增多。基于以往研究,本文总结了被动微波遥感数据的类型和所含波段的特点;阐述了被动微波数据用于冻融监测的原理,重点介绍了被动微波数据在冻融监测研究中的五类算法,包括双指标算法、决策树算法、冻融判别式算法、季节阈值算法和基于L波段相对冻结因子阈值判别算法,并对五类算法进行了对比分析;梳理了基于不同算法和被动微波数据的冻融产品;研究中受传感器物理特性和地球形状及轨道等影响导致被动微波数据缺失的问题,可利用前后两天被动微波数据平均值,或者建立统计函数来补齐缺失数据。针对现有冻融判别算法对积雪覆盖地区的判别精度较低的问题,可采用数据同化的方法,或者从积雪辐射和冻土介电模型出发,对算法进行优化来提高判别精度。此外,SMAP冻融产品时序较短,在未来研究中可联合SMOS卫星扩展冻融产品的时间序列。

关键词：冻融循环被动微波冻融产品

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连环湖牙门气泡沉积物重金属演化和污染研究

环境科学 2013年第8期34卷 3088-3094页

作者：肖海丰臧淑英关莹刘少军徐海凤孙清展王京京李苗哈尔滨师范大学地理科学学院黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室哈尔滨150025

2010年8月在牙门气泡的湖心位置采集了柱状沉积岩心.采用HNO3-HClO4-HF联合消解并运用ICP-MS测试了柱状沉积岩心中金属元素Cr、Cu、Mn、Ni、Fe、Pb、Zn、Cd、Al、Ba、Ca、K、Li、Mg、Na和Sr的含量,结合沉积岩心年代测定,研究了该湖区沉... 详细信息

2010年8月在牙门气泡的湖心位置采集了柱状沉积岩心.采用HNO3-HClO4-HF联合消解并运用ICP-MS测试了柱状沉积岩心中金属元素Cr、Cu、Mn、Ni、Fe、Pb、Zn、Cd、Al、Ba、Ca、K、Li、Mg、Na和Sr的含量,结合沉积岩心年代测定,研究了该湖区沉积物重金属元素演化特征及污染历史.应用富集系数法探讨了湖泊重金属的污染特征.结果表明,1950年以前各元素含量变化趋势平稳,1950～1990年间波动较大,1990年以后金属元素Mn、Zn、Cd、Pb、Fe、Ni、Cr、Cu、Ca、Li和Sr浓度明显增加.牙门气泡重金属元素Mn、Zn、Cd、Pb存在轻微污染,而Ni、Cr和Cu无污染.

关键词：沉积物重金属演化污染牙门气泡富集系数

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西大海湖沉积物营养盐垂直分布特征变化分析

环境科学 2015年第7期36卷 2472-2479页

作者：段木春肖海丰臧淑英哈尔滨师范大学地理科学学院黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室哈尔滨150025

通过对西大海湖心柱状沉积岩芯有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)、磷形态和粒度指标的测试和分析,探讨其垂向分布特征及影响因素.结果表明,营养盐中OM、TN和TP的含量分别为0.633%~2.756%、0.150%~0.429%和648.00~1 480.67 mg·kg-1.Ca-P... 详细信息

通过对西大海湖心柱状沉积岩芯有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)、磷形态和粒度指标的测试和分析,探讨其垂向分布特征及影响因素.结果表明,营养盐中OM、TN和TP的含量分别为0.633%~2.756%、0.150%~0.429%和648.00~1 480.67 mg·kg-1.Ca-P是TP的主要部分,占TP含量66.04%.1843~1970年间,Ca-P、IP、OM含量变化较小,Fe/Al-P、OP、TP、TN含量波动较大;1970~1996年间,Ca-P、IP、TP含量变化均呈减小趋势,Fe/Al-P、OP、OM含量不同程度上先减少后增加,TN波动较大;1996~2009年营养元素含量相对波动较大,Fe/Al-P、OP和OM的平均含量是3个阶段中最高的.西大海湖沉积岩芯营养元素污染来源以工业废水、生活污水和化肥农药的流失为主.沉积物中C/N比值显示有机质主要来源于水生生物.沉积物粒度组成以黏土和细粉砂为主.相关性研究表明,Ca-P、IP与TP均呈显著的正相关关系,表明Ca-P对IP、TP的增长贡献大.

关键词：西大海湖沉积物营养盐磷氮有机质粒度

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污染负荷多情景变化下河流水质响应关系研究

中国环境科学 2018年第2期38卷 776-783页

作者：戴君刘硕韩金凤万鲁河哈尔滨师范大学黑龙江哈尔滨150025 黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室黑龙江哈尔滨150025

以松花江哈尔滨段为研究对象,构建了EFDC水动力-水质模型,以主要污染物COD、NH_3-N为指标,结合情景分析方法对松花江哈尔滨段支流污染负荷多情景变化下对干流水质及下游出口断面水质进行量化评估.结果表明,大顶子山出口断面COD浓度值在... 详细信息

以松花江哈尔滨段为研究对象,构建了EFDC水动力-水质模型,以主要污染物COD、NH_3-N为指标,结合情景分析方法对松花江哈尔滨段支流污染负荷多情景变化下对干流水质及下游出口断面水质进行量化评估.结果表明,大顶子山出口断面COD浓度值在满足Ⅲ类及以下水质要求时,阿什河口与呼兰河口的浓度在枯水期、桃花汛期、平水期和丰水期分别最高不能超过29.3、22.3、41.82和32.13mg/L以及47.75、36.27、65.4和41.47mg/L,大顶子山断面的NH_3-N浓度,枯水期保持在Ⅲ类,则要求阿什河口和呼兰河口NH_3-N浓度最高为8.73和2.92mg/L,桃花汛期保持在Ⅱ类时,则二者最高分别为6.3和2.23mg/L,枯水期大顶子山断面保持在Ⅰ类时,阿什河口和呼兰河口则最高不能超过7.57和1.79mg/L.

关键词： EFDC模型支流河口水质模拟大顶子山断面干流水质响应

扎龙湿地南山湖沉积岩芯重金属污染特征及来源判别

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环境科学 2012年第6期33卷 1816-1822页

作者：苏丹臧淑英叶华香孙丽贾晓丹李苗哈尔滨师范大学黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室哈尔滨150025

选取扎龙湿地南部围湖造田、湖水养殖典型湖泊——南山湖为研究区,分析NSH2沉积岩芯中Hg、Cd、Pb、Cr、As、Mn、Ag、Cu、Co、Fe和Zn这11种重金属元素总量的垂向分布特征,结合颗粒组成指标,采用主成分分析的方法,并辅以210Pbex测年数据,... 详细信息

选取扎龙湿地南部围湖造田、湖水养殖典型湖泊——南山湖为研究区,分析NSH2沉积岩芯中Hg、Cd、Pb、Cr、As、Mn、Ag、Cu、Co、Fe和Zn这11种重金属元素总量的垂向分布特征,结合颗粒组成指标,采用主成分分析的方法,并辅以210Pbex测年数据,研究了自1829年以来该湖区沉积物重金属元素污染特征、来源及污染历史.结果表明:①近两百年以来沉积物沉积速率经历了由慢到快再到慢的过程,沉积历史与南山湖流域人类的生产活动和水土保持政策相吻合;②1957年以前各元素含量变化趋势平稳,1957～1985年间存在小幅波动,1985年以后变化明显,其中Hg、Cd和Ag含量明显偏高;③NSH2沉积岩芯重金属污染来源以生活污水、化肥农药的流失以及煤与汽油等燃料的燃烧为主,其次是有机质降解、岩石风化和侵蚀,还存在工业排污源,贡献率分别为50.14%、19.90%和10.32%.南山湖重金属污染具有一定的潜在风险,在当地湖泊湿地污染治理中应予以足够的重视,此研究可为扎龙湿地湖区生态环境的整治与改善提供基础性的数据资料.

关键词：沉积岩芯重金属污染人类活动南山湖来源判别