基于优化随机森林回归模型的土壤盐渍化反演

当前应用于土壤盐分含量（Soil Salinity Content, SSC）反演的随机森林回归（Random Forests Regression, RFR）较少关注对模型精度影响较大的反演参数子集和模型参数的同步优化。本研究选择渭-库绿洲和奇台绿洲为实验区,基于Landsat-5 TM、SRTM、MOD11A2.006遥感数据构建反演参数。首先,利用弹性网络（Elastic Net, EN）筛选出反演参数子集,然后利用遗传算法（Genetic Algorithm, GA）和贝叶斯优化算法（Bayesian Optimization Algorithm, BOA）分别优化随机森林回归（Random Forests Regression, RFR）参数,建立反演参数子集和模型参数分步优化的RFR模型（EN-GA-RFR、EN-BOA-RFR）。建立利用GA和BOA分别同步优化反演参数子集和模型参数的RFR模型（GA-RFR、BOA-RFR）。在每个实验区,对比EN-GA-RFR、EN-BOA-RFR、GA-RFR、BOA-RFR的预测精度。最后分析每个实验区各类盐渍土的空间分布,并对2个实验区的反演参数进行对比分析。结果表明：每个实验区模型预测精度由高到低的排序均为BOA-RFR>GA-RFR>EN-BOA-RFR=EN-GA-RFR,整体上BOA的优化性能均好于GA;渭-库绿洲和奇台绿洲面积占比最大的盐渍土类型分别为盐渍土和中度盐渍土;反演参数对SSC的表征能力存在空间分异性。     

GM(1,1)模型的遗传算法优化及效果检验

对平稳的数据和非平稳数据两种数据序列建立的GM（1，1）模型，分别用加速遗传算法（AGA）和最小二乘法（LSM）对模型参数求解。结果表明：对平稳变化数据序列，两种方法建立的预测模型的拟合优度和预测精度无显著差异；对变化幅度较大的非平稳数据序列，基于AGA的GM（1，1）模型的拟合优度和预测精度高于基于LSM的GM（1，1）模型的拟合优度和预测精度。     

一种耦合进化算法与FLUS模型的土地利用变化模拟模型

研究如何在土地利用变化模拟过程中更为科学、客观地设置模型参数，对于避免复杂模型由于参数设置不当导致模拟效果不佳的问题具有重要意义。本文通过耦合进化算法（Evolutionary Algorithm,EA）与FLUS模型，构建了具有参数寻优功能的EA-FLUS模型。该模型首先通过进化策略对FLUS模型中人工神经网络模型的参数进行寻优，以提升对各土地利用类型出现概率分布的预测准确率，在此基础上结合地理分区，利用带精英策略的遗传算法与进化策略的组合对FLUS模型中元胞自动机模型的参数进行调整，以提升模拟精度。在实证研究阶段，本文以桂林市为实验区，通过对土地利用变化进行分区模拟来分析EA-FLUS模型的改进效果，此外还设置了自然发展、耕地保护、生态优先3种情景来模拟桂林市2020—2030年的土地利用变化。结果表明：(1)进化算法对参数的寻优结果相比于基于经验以及土地利用变化历史特征的参数设置，更加贴近实验区的政策导向，更能体现各土地利用类型在不同区域间多样的发展趋势；(2) EA-FLUS模型相较于FLUS模型，在加入地理分区的土地利用变化模拟中更具优势，其模拟结果总体精度、Kappa系数、...     

萤火虫算法优化的高光谱遥感影像极限学习机分类方法

机器学习方法在高光谱遥感影像分类中广泛应用,本文使用新型的极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）进行高光谱遥感影像分类,针对ELM中正则化参数C和核参数σ,提出以萤火虫算法（Firefly Algorithm,FA）进行优化。首先,采用萤火虫算法进行高光谱遥感影像的波段选择,以便降低维数;然后,利用萤火虫算法以分类精度最大化为准则对ELM的参数组合（C,σ）进行寻优;最后,利用参数优化后的ELM分类器,对3个不同传感器的高光谱遥感影像进行分类。实验中将新型的萤火虫算法与遗传算法（Genetic Algorithm,GA）和粒子群算法（Particle Swarm Optimization,PSO）进行了对比,并将ELM的性能与支持向量机（Support Vector Machine,SVM）方法作对比。结果表明,FA优化方法优于传统的GA和PSO优化方法,ELM方法的效果在训练时间和分类准确率2个方面都优于SVM方法。实验说明,本文提出的方法具有较好的适用性和较优的分类效果。     

基于神经网络模型的干旱区绿洲土壤盐渍化评价分析

土壤盐渍化严重制约了农业可持续发展和生态安全,土壤盐渍化的精确评价分析,对土壤盐渍化的改善和治理具有重要的意义。本文以新疆焉耆盆地为研究对象,Landsat8 OLI遥感影像和实测采样数据相结合,提取地下水埋深（GD）、盐分指数（SI）、地表蒸散量（SET）和改进型温度植被干旱指数（MTVDI）建立了土壤盐渍化评价模型。结果表明：①结合野外实测土壤盐分数据,对BP神经网络模型进行训练。最终以最优的4-4-1结构的3层BP神经网模型对研究区土壤盐渍化进行了预测（R²=0.864,RMSE=0.569）。相比传统多元线性回归模型（R²=0.741,RMSE=0.767）,神经网络模型对土壤盐渍化的预测精度更高;②土壤盐渍化分布与GD、SI、SET和MTVDI等存在较强的关联性,不同等级的土壤盐渍化是不同影响因素不同程度上组合而引起的结果,盐渍化土地主要分布在地下水位较低以及土地开垦之后没有利用的荒地区域;③整个研究区大部分区域受到不同程度的盐渍化影响,耕地退化为盐渍地导致该区域土壤盐渍化以及土壤次生盐渍化进一步加剧。     

基于Cubist模型树的城市不透水面百分比遥感估算模型

不透水面是城市区域中一种典型的土地覆盖类型,是衡量城市环境质量和城市化水平的重要标志之一。与传统基于像元级的遥感研究方法相比,不透水面百分比（Impervious Surface Percent,ISP）的估算可以进入像元内部,获得更准确的城市信息。本文应用Cubist模型树,对Landsat TM的原始波段变量（除热红外波段）,建立ISP估算的基础模型（Base Cubist-ISP）。通过基于模型树的集成学习优化算法和加入相邻时相影像的波段变量中值,以削弱噪声的影响。然后,优选热红外波段和各种衍生变量,并进行属性精简,继而应用集成学习算法得到的参数和精简后的变量建立ISP估算的优化模型（Optimal Cubist-ISP）。对广东省广州市海珠区的实验结果表明,Optimal Cubist-ISP模型估算不透水面的整体均方根误差（RMSE）为12.98%,决定系数（R²）为0.90,精度明显优于Base Cubist-ISP模型,RMSE降低约5.03%,ISP在透水面区域被高估和高密度不透水面区域被低估的现象得到改善。本文提出的基于Cubist模型树建立ISP遥感估算的模型及优化方法可以适用于城市区ISP的提取。     

因子和样本优化及最优预报方程模型

为了选择与预报量有密切关系的因子和有代表性的样本,分别采用投影寻踪回归（ＰＰＲ）和ＢＰ神经网络对因子和样本进行优选。实例分析表明：优选出的样本保留了全部样本的大部分信息;用优选出的因子建模可达到与用全部因子建模相近的拟合和预报效果。     

同化叶面积指数和蒸散发双变量的冬小麦产量估测方法

同化遥感信息到作物生长过程模拟模型,是估测区域作物产量的重要方法之一。同化变量的选取对同化结果精度至关重要。本文在标定WOFOST作物模型参数的基础上,优化了WOFOST模型的默认灌溉参数。利用ET和LAI作为同化变量,分别构建了时间序列趋势信息的代价函数和四维变分代价函数;采用SCE-UA算法最小化代价函数, 重新初始化WOFOST模型初始参数——作物初始干物质重、作物35 ℃生命期和灌溉量。最后利用MODIS LAI产品（MCD15A3）、MODIS ET产品（MOD16A2）,同化到作物模型估测产量,并对比分析了水分胁迫模式下同化单变量（ET或LAI）和同化双变量（ET和LAI）的估产精度。结果表明：同化双变量ET和LAI的策略,优于同化单变量LAI或ET,双变量策略的冬小麦产量估测精度为R²=0.432,RMSE=721 kg/hm²;单独同化高精度LAI对提高估产精度具有重要作用,其冬小麦产量估测精度为R²=0.408,RMSE=925 kg/hm²;单独同化ET的趋势信息改善了WOFOST模型模拟水分平衡的参数,但是,产量估测精度（R²=0.013,RMSE=1134 kg/hm²）与模型模拟估测产量精度（R²=0.006,RMSE=1210 kg/hm²）相比改善效果有限。本研究为其他区域的遥感数据与作物模型的双变量数据同化的作物产量估测研究提供了参考价值。     

随机森林算法在机载LiDAR数据林分平均树高 估算中的应用研究

采用机载LiDAR数据估算森林结构参数是当前林业遥感中的研究热点。本文以福建省长汀县朱溪河流域为示范区,探讨了随机森林算法（RF）在机载LiDAR数据林分平均树高估测中的适用性。首先,通过渐进三角网（TIN）算法进行点云滤波并获取相应林分样地的植被点云子集和高程归一化的植被点云;然后,从归一化后的植被点云提取出高度分位数变量以及点云统计特征值等24个变量参数;最后,根据提取的变量参数和野外实测林分均高数据建立研究区林分平均高随机森林回归估测模型。研究结果表明,模型估测的样地平均树高与实测值具有明显线性相关关系,线性回归系数为0.938,相关系数达到0.968。对样地的估测精度都在86%以上,总体平均精度达到了93.17%。研究认为,基于植被点云变量参数的随机森林模型估测林分平均树高具有较高的可靠性。     

深圳湾和岘港湾30年土地利用变化研究

本文以南海周边的岘港湾和深圳湾为研究对象,选取了1987年和2015年的遥感影像,基于土地利用转移矩阵、土地利用动态度模型和土地利用程度模型,对2个海湾近30年来的土地利用变化情况进行了对比研究,对所属海岸带的绿地、围填海及城市扩张等变化程度进行了整体分析,透过海湾不同的土地利用特征探究其发展情况。研究结果表明：（1）深圳湾原本的耕地全部被开发为城镇用地,约51%的养殖用地转变为城镇用地,而岘港湾约有86%耕地转化为城镇用地,养殖用地面积则增加了1.43 km²;（2）深圳湾填海造陆面积达32 km²,岘港湾填海造陆面积约5 km²,远小于深圳湾的造陆强度;（3）岘港湾城镇土地增加速度略高于深圳湾,其2015年土地利用综合指数为283.28,而深圳湾在1987年就达到274.12,且2015年该值高达320.52,岘港湾的土地利用综合指数远低于同期深圳湾的水平,岘港湾的土地利用呈现出明显的工业化中期的土地利用特征,而深圳湾则已进入工业化后期;（4）岘港湾裸地面积增加了3.5倍,而深圳湾没有增加,深圳湾的红树林面积增加了2.1倍,而岘港湾的红树林在1987年前已消失,深圳湾的开发方式更注重对自然土地类型及功能性绿地的保护。     

银川平原土壤盐渍化与土地利用强度的空间关联分析

银川平原盐渍土时空格局及其与土地利用强度变化关联关系的空间区位特征,可从土地利用强度的角度阐释土壤盐渍化的动因,为盐渍化因地制宜的治理提供参考依据。本文重点研究了盐渍土空间分布定量遥感生成方法,通过土地利用遥感制图、半方差函数的地统计学方法和灰色关联度分析法,对2004-2010 年银川平原的土地利用强度变化、土壤盐渍化程度变化及各类盐渍土与土地利用强度的关联度,进行了空间区位分布特征的可视化表达。研究结果表明:银川平原的发展仍具集聚效应,土地利用强度变化与城镇体系格局、交通干线、沟渠分布、土壤盐分含量密切相关;2004-2010 年间,银川平原土壤盐渍化存在整体减轻、局部加重的空间分布特征,与土地利用强度变化间的响应关系,存在较明显的空间差异;银川平原土壤盐渍化程度变化与土地利用强度变化间的关联度为0.7781,与水体、耕地这2 种土地类型间的关联程度最高。银川平原土壤盐渍化的干扰活动中,水体与耕地类型的利用行为是较重要的影响因子。     

L波段对不同盐类土壤的微波介电特性分析

 土壤盐碱化是世界面临的一大难题。微波遥感探测土壤具有优势,L波段对土壤含水量和含盐量较为敏感。为了分析不同盐类对土壤介电特性的影响,本文利用L波段(1.43 GHz)微波谐振腔测量了我国盐碱土中普遍存在的3种盐类(NaCl,Na₂SO₄,NaHCO₃)土壤样品的介电常数,研究了土壤介电常数与含水量、含盐量和盐种类的关系。得出结论:实部主要由土壤的含水量决定,含盐量对实部的影响无明显规律;虚部值随含水量和含盐量的增加而增大;3种盐类土壤介电常数虚部随含盐量变化呈现不同的递增趋势,在含盐浓度一定的条件下,虚部值是ε″ _NaCI>ε″ _NaHCO3>ε″ _Na2SO4;在某一含盐量点3种盐类土壤虚部随含水量变化的斜率不同,以此能将3种盐类区分。该研究为建立含不同盐类土壤介电常数模型和微波遥感监测土壤盐碱化提供了实验的依据。     

基于NDSI和NDISI指数的SPOT-5影像裸土信息提取

遥感裸土识别制图为水土流失治理工作提供了科学依据。本文以SPOT-5影像为实验数据,提出一种以土壤指数NDSI和不透水面指数NDISI提取裸土的方法。通过热红外波段的亚像元分解技术,将同期120 m分辨率的TM 6波段细化为10 m分辨率的地表温度影像,为SPOT-5影像计算NDISI不透水面指数增加了必要的热红外波段。在此基础上,构建双重指数模型,获得10 m分辨率的裸土数据。研究表明,双重指数模型可较好地解决裸土提取中建筑用地与裸土相混淆的问题,提取裸土的总精度可达95.4%。通过比较10 m的SPOT-5和30 m的TM影像的裸土提取结果,发现影像分辨率的提升可使裸土信息提取结果更加准确、精细。因此,本文为更高分辨率裸土识别制图,提供了一种有效的方法。     

高山湖盆区特殊性工程岩土

研究了国道219线新疆接西藏段阿克赛钦湖区新生代高山湖盆的构造演化及沉积物岩相分带,利用地质调查、钻探、物探、试验等工作成果,对公路展布带及地基影响深度范围内的特殊性工程盐渍土的盐渍化类型、程度、盐胀性,冻土的类型、融沉性、盐渍化冻土进行了研究与分类。综合评价了特殊土的工程性能和对公路工程的影响程度,为改建公路的选线和路基设计提供了依据,并提出了经济合理、可行的特殊土工程整治措施。     

Dynamics of saline-alkali land and its ecological regionalization in western Songnen Plain,China

As the important reserve land resources for food production,saline-alkali land should play a significant role to ensure the national food security in the context of global food crisis. The western Songnen Plain is one of main distribution regions of saline-alkali land in China,with great potential in agricultural development. In this study,the extent,transformation,spatial distribution and temporal change of saline-alkali land in the western Songnen Plain during 1954–2005 were investigated by using remote sensing and GIS spatial analysis methods. Saline-alkali land change was detected from a temporal series of topographic maps in 1954,satellite images of Landsat MSS in 1976,Landsat TM/ETM in 1988,2000 and 2005 through artificial visual interpretation. The results indicated a significant expansion in saline-alkali land area and aggravation in salinization. The area of saline-alkali land had increased from 401.48×103 ha in 1954 to 1 097.45×103 ha in 2005. While the ratio of light,moderate and serious salinized land areas changed from 6.72︰2.92︰1.00 to 1.25︰1.06︰1.00 in the study period. Grassland,cropland,swampland and water body were the major land use and land cover types from which saline-alkali land transformed. And the secondary salinization occured mainly in Da′an City,Tongyu County,Changling County,Daqing City,Dorbod Mongolian Autonomous County and Zhaoyuan County. Finally,seven large ecoregions and 14 corresponding sub-ecoregions were delineated out based on spatio-temopral dynamic characteristics of saline-alkali land and geo-relational environmental attributes. According to the results,measures of amelioration and ways of development of saline-alkali land in the western Songnen Plain were put forward.     

西北地区土壤资源特征及其开发利用与保护

在分析西北地区土壤分布规律的基础上,研究了不同类型区土壤的资源特征及其在开发利用中存在的问题,认为黄土地区土壤土质疏松、粉砂含量高、富含碳酸钙是水土流失的物质基础;干旱区广为分布的荒漠土壤资源的性能低劣、绿洲区水土资源的利用比例失调是造成土地荒漠化、土壤盐渍化的根本原因;而高原土壤的粗骨性、土层浅薄、有效肥力低则加速了草场的退化和沙漠化.提出了西北地区土壤资源的合理利用与生态环境保护相协调的途经,即搞好农田基本建设,采用旱作技术节水和合理用水,扩大林草植被,保护天然草场和林木.并认为西北土壤资源的开发利用要在充分发挥其生产潜力的同时,首先应遵循生态规律,开发与保护并重,防止土壤资源衰竭和破坏.     

福建东圳库区淹没及水土流失的3D-VRGIS构建与应用

本文应用VRGIS(Virtual Reality Geographical Information System)技术,建立水库工程水土流失三维可视化动态仿真模型,实现库区的空间信息可视化。以福建省东圳水库为研究对象,建立水土流失区域三维虚拟地理信息系统(3D-VRGIS),生成水土流失现状以及库区生态环境三维场景。并结合水土流失中水淹分析要素与三维空间的数据可视化技术,实现水土流失监测预报及其区域定位监控的可视化处理,为减少水土流失危害,提供可靠的信息资源。     

特高压工程施工利用高分二号遥感影像进行水土保持远程监测研究

论述了遥感影像中图像正射校正、图像融合和支持向量机等遥感技术在国产高分二号影像中的应用,并展示了其研究成果应用于特高压工程水土保持远程监测效果。在实施中,对特高压工程施工期和试运行期分别进行监测,首先利用图像正射校正、影像融合以及支持向量机分类等遥感技术获取特高压工程水土保持远程监测各个要素面积,即施工期扰动土地总面积,试运行期扰动土地的整治面积、可恢复林草植被面积和林草类植被面积,进而计算水土保持效果评价的3个评价指标,即扰动土地整治率、林草植被恢复率和林草覆盖率。将研究成果应用于锡盟-山东特高压交流输变电施工过程中,实验结果表明,高分二号遥感影像技术能够有效应用于特高压工程水土保持远程监测,为特高压工程水保监督提供了优质低价、可长期持续的一种远程监测方法。