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改进HarDNet-MSEG的遥感影像水体信息提取方法

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地球信息科学学报 2024年第7期26卷 1745-1762页

作者：郭慧琳谢元礼胡李发雍佳乐李云梅孙韶启西北大学城市与环境学院西安710127 陕西省遥感与地理信息工程研究中心西安710127

准确有效地提取水体信息,对于水资源监测、管理和应用等方面具有重要意义。由于水体形状、大小和分布的多样性以及场景的复杂性,如何高效准确地从遥感影像中提取出水体仍具有挑战性。传统的方法虽然可以从遥感图像中提取水体,但由于异... 详细信息

准确有效地提取水体信息,对于水资源监测、管理和应用等方面具有重要意义。由于水体形状、大小和分布的多样性以及场景的复杂性,如何高效准确地从遥感影像中提取出水体仍具有挑战性。传统的方法虽然可以从遥感图像中提取水体,但由于异物同谱其提取精度往往难以满足实际应用要求。因此,迫切需要先进的高性能技术来提高水体提取的效率和准确性。将深度学习与遥感技术相结合可以充分发挥深度学习的优势,有效帮助准确地提取水体信息。目前以深度学习的方法提取水体信息面临的挑战仍是多尺度特征融合、耗时长和参数多。HarDNet-MSEG(Harmonic DenseNet-MSEG)模型拥有较高的分割精度和较快的推理速度,为进一步充分利用来自通道和空间位置层面的相关信息以及提高模型的分割精度,本文以HarDNet-MSEG为网络框架,设计了一种名为HAM(Hybrid Attention Mechanism)的注意力机制,将其嵌入到HarDNet-MSEG网络中以探究其在网络中的最佳位置,在相同的实验环境下与其他注意力机制、经典网络算法以及传统的方法进行一系列的对比实验,并测试该模型在其他数据集上的通用性。结果表明,HAM模块在HarDNet-MSEG网络的较浅层处表现最出色。与其他注意力机制相比,HAM模块取得了更高的性能,MIoU、FWIoU和PA分别达到了94.0687%、97.7374%和99.3205%。与DeepLabV3+、U-Net和PSPNet等经典模型相比,HarDNet-MSEG-HAM1模型不仅有最好的MIoU,参数量、计算量和训练时间各方面都表现出卓越的性能。与传统方法相比,HarDNet-MSEG-HAM1模型具有显著的优势,同时该模型在其他数据集上也表现出了良好的性能。最后,成功提取了青藏高原内流流域的2013、2016、2019和2022年4期湖泊,并对其面积变化进行了分析。一系列的实验数据表明,该模型在水体提取任务中的优越性与鲁棒性。本论文预期可以为从复杂场景的遥感影像中提取水体信息提供方法和相关数据支持。

关键词：水体提取深度学习 HarDNet-MSEG 混合注意力机制语义分割多尺度特征青藏高原遥感影像

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全球冰川融水无机化学研究进展

地理学报 2024年第5期79卷 1129-1145页

作者：闫玉强李向应刘莎杨瑞苏茜蕊易童陕西省地表系统与环境承载力重点实验室西安710127 西北大学城市与环境学院西安710127 河海大学水文水资源学院南京210000

冰川融水是营养盐与生物活性元素运移的主要载体。融水化学是研究冰川排水系统及其动态变化特征,洞悉生物地球化学循环过程,探索冰川消退与气候变化关系的重要手段。随着冰川加速消融,侵蚀风化作用日益增强,融水化学特征发生了明显变化... 详细信息

冰川融水是营养盐与生物活性元素运移的主要载体。融水化学是研究冰川排水系统及其动态变化特征,洞悉生物地球化学循环过程,探索冰川消退与气候变化关系的重要手段。随着冰川加速消融,侵蚀风化作用日益增强,融水化学特征发生了明显变化,对下游水质水环境和生态系统可能产生显著影响。回顾了全球冰川融水中无机化学成分含量及其时空变化特征、溶质来源及其比例、化学风化与碳循环关系,发现融水化学受基岩性质、排水系统、物理化学和地形地貌等多种因素影响。未来需要加强融水无机和有机化学参数与水文气象要素的同步连续监测,评估冰川源溶质的环境生态效应,探究冰川区化学风化作用耦合机制与溶质输移和大气CO_(2)收支的关系,为未来冰冻圈与碳循环和气候演化关系研究提供参考。

关键词：无机化学化学风化融水冰川

中国特色保护类村庄分布的多尺度异质性与生境偏爱性

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地理科学进展 2024年第1期43卷 33-46页

作者：罗飞芮旸王玲孙玮鸿西北大学城市与环境学院西安710127 陕西省地表系统与环境承载力重点实验室西安710127

特色保护类村庄集中反映了中华民族对生存环境的历史选择和长期适应,具有政策意涵和特定分布规律。论文以9381个入选国家级名录的该类村庄为研究样本,立足村庄的政策性地理事物属性,多尺度刻画其分布的空间异质性;着眼于村庄的有机体属... 详细信息

特色保护类村庄集中反映了中华民族对生存环境的历史选择和长期适应,具有政策意涵和特定分布规律。论文以9381个入选国家级名录的该类村庄为研究样本,立足村庄的政策性地理事物属性,多尺度刻画其分布的空间异质性;着眼于村庄的有机体属性,明晰其对生境的偏爱性;进而综合生境和政策两方面揭示村庄异质分布的影响因子和机制。研究发现:①从分层异质性看,特色保护类村庄在其密度低的北方地区分布更集聚,在东西方向的地带性分布规律明显,在省域、市域和县域尺度的分布不均程度递增;②从局域异质性看,该类村庄在不同尺度均呈“南热北冷”分布格局,但空间格局的尺度变异明显,在县域尺度下显现出的空间模式更精细;③从生境偏爱性看,该类村庄最多选择中亚热带湿润区、低山区的斜坡及阳坡地带和中小河流沿岸地区,偏好分布在经济欠发达、主要道路沿线和全国重点文物保护单位20 km以内、中心城市周边20~80 km的区域;④从成因与机制看,该类村庄的分布主要受气候条件、文化资源、交通区位、评选政策等因子的综合影响,是政策导向机制和生境偏好机制共同作用的结果。研究结果可为中国特色保护类村庄的振兴决策提供科学参考。

关键词：特色保护类村庄空间分布尺度效应生境偏爱性中国

家庭生活圈使用模式及其差异特征研究——以上海市为例

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人文地理 2024年第2期39卷 64-71,123页

作者：翟宝昕朱玮西北大学城市与环境学院西安710127 同济大学建筑与城市规划学院上海200092

生活圈规划已成为精准配置公共资源、保证居民生活质量的重要手段。既有生活圈研究与规划实践多以个人角度出发,缺乏从家庭视角考察人们使用生活圈的规律。本文基于对上海市家庭的问卷调查,考察家庭日常活动类型、时距、频率和出行方式... 详细信息

生活圈规划已成为精准配置公共资源、保证居民生活质量的重要手段。既有生活圈研究与规划实践多以个人角度出发,缺乏从家庭视角考察人们使用生活圈的规律。本文基于对上海市家庭的问卷调查,考察家庭日常活动类型、时距、频率和出行方式等特征的基础上,构建含“社区生活圈—补充生活圈—过渡生活圈—通勤生活圈”的四级家庭生活圈体系,识别出四类典型家庭生活圈使用模式,并进一步探讨不同的生命阶段、职住关系、居住区位和社区生活圈设施环境家庭的使用模式的差异特征。本文丰富了家庭视角的生活圈研究,对指导生活圈规划具有重要参考价值。

关键词：家庭生活圈使用模式社区生活圈规划上海市

乡村振兴背景下脱贫山区乡村韧性演变及影响因素--以陕南秦巴山区为例

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生态学报 2024年第19期44卷 8798-8811页

作者：白玉玲陈佳尹莎李润阳杨新军西北大学城市与环境学院西安710127 西安财经大学管理学院西安710100

探究乡村振兴背景下乡村韧性动态演变及影响因素,对于脱贫山区推进乡村全面振兴与实现乡村可持续发展具有重要意义。陕南秦巴山区受脆弱生态环境以及薄弱经济基础的双重胁迫,脱贫乡村发展与农户生计仍面临不确定性风险。以陕南秦巴山区2... 详细信息

探究乡村振兴背景下乡村韧性动态演变及影响因素,对于脱贫山区推进乡村全面振兴与实现乡村可持续发展具有重要意义。陕南秦巴山区受脆弱生态环境以及薄弱经济基础的双重胁迫,脱贫乡村发展与农户生计仍面临不确定性风险。以陕南秦巴山区28个县区为例,将乡村韧性分解为经济、社会、生态以及制度四个维度,构建乡村韧性指标体系并对其进行量化,运用GIS技术和地理探测器探究乡村韧性的时空演变及影响因素。结果显示:(1)陕南秦巴山区2010—2021年乡村韧性整体呈先下降后上升的趋势。社会韧性与经济韧性变化较小,制度韧性逐年上升,生态韧性逐年下降。(2)近10年土地资源利用、文化教育等是乡村韧性分异的主导因子,且制约因子由生态维度转向社会维度,乡村基础教育与农业生产效率影响程度不断加深,土地利用与人口结构的作用不断减弱。(3)依据研究区乡村振兴背景下面临的现实问题,针对各县区乡村韧性提升的短板和关键影响因子,从产业、人才、组织、文化、生态五大振兴出发提出了脱贫山区韧性提升的建设路径及对策。乡村产业振兴方面应打造新兴产业集群,提升农业现代化水平;乡村人才振兴方面应开展农户就业扶持活动,政策吸引人才返乡下乡;乡村文化振兴方面应推进教育新型基础设施建设,建立农民群众文化需求反馈机制;乡村生态振兴方面应优化农业生产结构和区域布局,盘活耕地资源促进绿色生产;乡村组织振兴方面应探索多元组织协作,全面建立健全村务监督委员会,为未来脱贫山区韧性建设提供了参考依据。

关键词：乡村振兴乡村韧性陕南秦巴山区地理探测器变化斜率法

基于Budyko模型的渭河流域蒸散发时空变化归因分析

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水土保持研究 2024年第5期31卷 304-314页

作者：李帅宋进喜齐贵增西北大学城市与环境学院西安710127 陕西省地表系统与环境承载力重点实验室西安710127 西北大学秦岭研究院西安710127

[目的]定量评估渭河流域蒸散发变化趋势,分析其对环境变化的响应,有利于该区域水资源变化的研究。[方法]基于Budyko框架,结合归一化植被指数、土地利用类型、GLEAM蒸散发遥感数据、气象水文和社会经济等数据分析各驱动要素的趋势,构建... 详细信息

[目的]定量评估渭河流域蒸散发变化趋势,分析其对环境变化的响应,有利于该区域水资源变化的研究。[方法]基于Budyko框架,结合归一化植被指数、土地利用类型、GLEAM蒸散发遥感数据、气象水文和社会经济等数据分析各驱动要素的趋势,构建了时变Budyko参数n的经验模型,采用弹性系数法定量评估各要素变化对蒸散发的影响。[结果](1) 1990—2020年渭河流域实际蒸散发呈现显著增长的趋势,整体增速为1.98 mm/a,空间上呈东南向西北逐渐减少的趋势。(2)渭河流域下垫面参数n呈现增长的趋势,参数n与该地区的NDVI、人口、耕地面积、草地和GDP相关性较高。在对蒸散发模拟时,时变参数n模拟蒸散发的精度整体优于恒定参数n。(3)渭河流域蒸散发对降水量最敏感,对下垫面参数n不敏感,下垫面参数n对NDVI最敏感。(4)影响蒸散发变化程度大小依次为降水、下垫面参数、潜在蒸散发。[结论]研究时段内渭河流域蒸散发呈现显著增长趋势,气候变化对该地区蒸散发的变化起着主导作用,但人类活动对蒸散发的影响越来越明显。

关键词： Budyko模型蒸散发归因分析渭河流域

中国盗掘文物犯罪的空间格局、作案模式及影响因素

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热带地理 2024年第10期44卷 1854-1868页

作者：兰利李钢李秉承李佳温小婷王亚彤王莺莺闫强乐西北大学城市与环境学院西安710127 陕西省地表系统与环境承载力重点实验室西安710127 西北大学丝绸之路考古合作研究中心西安710127 西北大学法学院西安710127

文章基于“中国裁判文书网”相关数据,运用数理统计、空间分析、文本分析等方法探究中国盗掘文物犯罪的空间分布格局、作案模式特征和主要影响因素。研究发现:1)被盗掘文物以秦汉及以前时期的在野古墓葬为主;盗掘文物犯罪人多为低学历... 详细信息

文章基于“中国裁判文书网”相关数据,运用数理统计、空间分析、文本分析等方法探究中国盗掘文物犯罪的空间分布格局、作案模式特征和主要影响因素。研究发现:1)被盗掘文物以秦汉及以前时期的在野古墓葬为主;盗掘文物犯罪人多为低学历、务农或无业的男性中老年。2)空间上,存在3个高发省域和3个次高发省域;热点区主要集中在豫、晋、陕交界地带,涉及7个热点市域;随时间变化,高发市域略有增减和转移,但整体范围相对稳定;微观地点上,高发于乡村耕地和山野林、荒地;国保单位与盗掘犯罪地都集聚于黄河中下游和长江下游地区,文物资源丰富的地区更易发生盗掘文物犯罪。3)犯罪出行空间模式以“市内盗掘”为主,“跨市盗掘”目的地集中于黄河、长江中下游地域并以中、短距离为主;多为4~9人团伙作案,分专业和偶然盗掘2类,作案过程可划为组队、谋划、实施、逃逸4个阶段。4)文物分布和打防政策是盗掘文物犯罪的重要影响因素,二者交互作用明显。

关键词：盗掘文物犯罪空间格局作案模式影响因素中国

人口流向视角下中国区县人口流动格局及其城镇化效应

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干旱区资源与环境 2024年第8期38卷 42-50页

作者：程永辉刘科伟李建伟康琦崔鹏西北大学城市与环境学院西安710127 北京清华同衡规划设计研究院有限公司西北分公司西安710061

中国人口流动正在经历全方位、多层次、多元化的深刻变化。文中以区县级行政单位为基本单元,以人口流向为分析视角,从人口流入、人口流出和内部人口流动三个维度,研究2000-2020年中国区县人口流动的格局演变及其城镇化效应。研究结果表... 详细信息

中国人口流动正在经历全方位、多层次、多元化的深刻变化。文中以区县级行政单位为基本单元,以人口流向为分析视角,从人口流入、人口流出和内部人口流动三个维度,研究2000-2020年中国区县人口流动的格局演变及其城镇化效应。研究结果表明:1)人口流入主要集中在长三角、珠三角、京津冀、成渝四大城市群及中西部省会城市,显示出明显的集聚效应。人口流入对城镇化水平的提升作用日益明显,尤其对东部地区起到了极大的促进作用。2)人口流出呈现稳定的空间均衡化分布特征,大规模人口流出区县的范围持续扩大。人口流出在提升城镇化水平方面起到了积极作用,但其引起的城镇化动力结构失衡、农村地区发展潜力不足等负面影响也不容忽视。3)“胡焕庸线”东南半壁的内部人口流动活跃度高于西北半壁。内部人口流动在城镇化进程中的重要性日益凸显,已成为提升区县城镇化水平最主要的贡献力量。

关键词：人口流动市辖区县域格局演变城镇化效应

油茶籽粕发酵菌株的筛选鉴定及发酵产物特性分析

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西北大学学报（自然科学版） 2024年第2期54卷 240-250页

作者：朱晓丽赵锦绣李富松张星柯玉鑫申烨华张子夜王军强西北大学城市与环境学院陕西西安710127 西北大学化学与材料科学学院陕西西安710127 西安金博瑞生态科技有限公司陕西西安710065

油茶行业的迅速发展导致油茶籽粕废弃物的大量产生,其落后的处理方式造成了严重的资源浪费,制约了我国油茶行业的可持续发展。油茶籽粕中富含有机质,利用微生物发酵法降解其中的纤维素、木质素及茶皂素等生物大分子来制备有机肥是实现... 详细信息

油茶行业的迅速发展导致油茶籽粕废弃物的大量产生,其落后的处理方式造成了严重的资源浪费,制约了我国油茶行业的可持续发展。油茶籽粕中富含有机质,利用微生物发酵法降解其中的纤维素、木质素及茶皂素等生物大分子来制备有机肥是实现油茶籽粕合理资源化利用的有效途径。通过筛选获得3株针对油茶籽粕中纤维素和木质素的高效降解菌,包括1株真菌X1-1,属于Pleurostomarichardsiae,以及2株细菌M4-2和M5-2,分别为蒙氏假单胞菌(Pseudomonas monteilii)和类芽孢杆菌(Paenibacillus sp)属,可有效降低发酵产物中茶皂素的含量,实现油茶籽粕的无害化处理。实验结果显示,经菌株X1-1、M4-2和M5-2发酵处理28 d后,油茶籽粕中纤维素含量的降解率分别为29.74%、19.65%和13.19%,木质素含量的降解率分别为12.84%、17.85%和26.39%,茶皂素含量的降解率分别为34.06%、45.05%和46.15%;且发酵后的油茶籽粕腐熟度、有机质含量和养分含量等指标均符合有机肥标准。研究结果拓展了油茶籽粕的资源化利用途径,同时为木质素和纤维素的高效降解提供了良好的菌种资源。

关键词：油茶籽粕纤维素木质素茶皂素降解菌有机肥