城市扩展元胞自动机多结构卷积神经网络模型

传统的城市扩展元胞自动机(CA)模型是基于单个元胞的变量信息挖掘来构建转换规则的。针对这一问题,本文基于多结构卷积神经网络提出从区域特征出发且顾及区域多尺度特征挖掘转换规则的城市扩展元胞自动机模型(MSCNN-CA),并以武汉主城区和上海浦东新区为例,模拟了两个试验区2005—2015年期间城市扩展过程。模型验证表明:与逻辑回归和神经网络相比,本文构建的3个单一结构的卷积神经网络元胞自动机(CNN-CA)模型在4个指标(Kappa系数、FoM(figure of merit)值、命中率(h)和错误率(m))上都有不同程度的提高。特别是FoM指数,在武汉主城区提高了23.3%~29.4%,在上海浦东新区提高了20.3%~28.5%。此外,MSCNN-CA模型与3个单一结构的CNN-CA模型相比,在各个指标上也有所改善,FoM指数在武汉主城区提高了0.8%~4.8%,上海浦东新区提高了2.8%~7.8%。两个试验区的模拟结果表明:相比传统CA模型,基于多结构卷积神经网络的城市扩展元胞自动机模型(MSCNN-CA)能够有效提高城市扩展模拟的精度,更真实地反映城市扩展空间演变过程。相比单结构的卷积神经网络CA模型,多结构卷积神经网络CA模型的稳定性和模拟结果准确性有所提升。     

城市场景结构感知的网格模型简化算法

针对二次误差测度(QEM)网格简化算法全局几何特征信息损失严重的缺点,提出一种具有结构感知功能面向城市三维模型重建的网格简化算法。该算法顾及城市影像中平面结构特征,以代理平面为全局特征约束条件,使模型在简化过程中全局结构特征更多地被保持,以利于多层次细节模型(LOD技术)、网格优化提速等模型后续操作。以倾斜摄影获取影像生成的初始三角网格模型为试验数据,采用所给算法对其进行网格简化并与QEM算法进行对比。结果表明:所给算法简化精度及简化效率均优于QEM算法。     

日光诱导叶绿素荧光辐射传输模型研究进展

日光诱导叶绿素荧光(SIF)是指示植被光合作用过程的无损探针,在不同时空尺度上对植被进行SIF的观测可以反映植被的实际光合作用及生理状态。然而在观测、分析和利用SIF的过程中,仍存在很多不确定因素。SIF的发生具有较为复杂的机理,从机理出发理解SIF与植被结构的相互作用,并分析影响SIF激发的主要因素将有助于更好地理解SIF与光合作用以及生物量的内在联系。因此,植被SIF辐射传输模型在解释和利用SIF遥感信号方面具有重要的作用。植被SIF信号相对较弱,且受环境、植被和生理等多种因子的影响,需要定量化描述,这为SIF辐射传输模型的构建带来挑战。近年来,大量学者已经发展一系列SIF辐射传输模型,为SIF遥感的发展提供了坚实的理论基础。本文回顾了叶片、冠层和生态系统尺度的SIF模型,从建模机理出发,对比模型优劣势,并对未来SIF模型的发展前景进行了展望。     

一种基于复合表达模型的方向相似性算法

复合表达模型结合了锥形模型与方向关系矩阵模型的优点,较好地顾及了目标的形状、大小和距离对方向关系的影响,但该模型仅能对两目标之间的方向关系进行定性描述,对于两目标间的方向关系相似性尚未进行研究。本文在对复合表达模型的方向关系矩阵进行优化的基础上,建立一种基于复合表达模型的面目标方向关系相似性计算模型,将该模型的相似值计算转化为交通运输最小代价问题求解。通过认知实验验证了算法的科学性,同时比较实验说明该算法精确度更高。     

不同饲养方式对乌鳢(Ophiocephalus argus)肠道微生物群落结构差异及种类多样性的影响

以乌鳢(Ophiocephalus argus)为研究对象,采用不同日粮饲喂,试验W1组饲喂冰鲜鱼,试验W2组饲喂畜禽内脏。12周后,取肠道内容物,利用16S rDNA技术研究投喂不同饲粮的乌鳢肠道生物群落结构差异和微生物多样性,分别获得W1组和W2组乌鳢肠道细菌有效序列51124和39298条。结果分析表明;W1组和W2组物种注释(operational taxonomic unit,OTU)数目分别为2631和4114条,分类地位明确的细菌种类分别隶属5个属和49个属,W1组和W2组乌鳢肠道细菌种类差异很大。W1组乌鳢肠道细菌的优势类群是邻单胞菌属(Plesiomonas)、狭义梭菌属(Clostridium sensu stricto)、鲸蜡菌属(Cetobacterium);W2组乌鳢肠道细菌的优势类群是狭义梭菌属(Clostridium sensu stricto)、邻单胞菌属(Plesiomonas)、Spartobacteria、甲基副球菌属(Methyloparacoccus)、杆菌属(Alsobacter)、Saccharibacteria、分支杆菌属(Mycobacterium)。W2组乌鳢肠道细菌香农指数高于W1组乌鳢肠道细菌,表明前者肠道细菌多样性大于后者。本实验揭示了畜禽内脏饲喂乌鳢肠道细菌的群落种类多样性、OTU丰富度和物种总数均高于冰鲜鱼饲喂乌鳢;W1组肠道有益菌OTU丰富度大于W2组,且W2组还存在一些潜在致病菌。本研究为乌鳢的健康养殖和后续肠道微生物资源的挖掘提供了理论依据。     

点吸收式波浪能俘获装置结构优化方法研究

根据布设海域波浪能资源特征,对点吸收式波浪能装置结构进行优化,可有效提高装置的能量俘获效率。本文以威海褚岛北部海域为装置布设目标海域,在对该海域波浪资源特征进行统计分析的基础上,计算得到装置的直径,同时利用数值软件计算出多组工况下点吸收装置吃水深度和装置固有周期的对应关系,并利用统计学方法得出装置固有周期随吃水深度的变化规律,进而分析得出装置在该海域的最佳设计吃水深度,为点吸收波浪能装置结构优化设计提供了新的思路。该方法对于其他技术类型波浪能装置的结构优化设计同样具有借鉴意义。     

杭州湾和三门湾拖网大型底栖动物群落组成和多样性研究

本研究根据2017年8月和2018年8月在东海北部杭州湾和三门湾大型底栖动物的拖网采集资料,对这两个海域的大型底栖动物群落结构和多样性进行了研究。杭州湾的10个站位和三门湾的6个站位共获得61种大型底栖动物,其中甲壳动物最多(22种),其次是鱼类(20种)、软体动物(14种)、棘皮动物(2种)、刺胞动物(2种),多毛类最少(1种)。杭州湾大型底栖动物优势种出现3种,三门湾出现8种,脊尾白虾Palaemoncarinicauda是两个海域唯一的共同优势种。相比2017年,杭州湾和三门湾在2018年鱼类的种类和数量都有明显的增长。根据大型底栖群落的多样性指数,杭州湾不同区域的生物多样性差异较大,而三门湾则较为平均。对杭州湾和三门湾大型底栖动物进行聚类分析和nMDS排序分析,结果表明,杭州湾不同站位大型底栖动物相似度低,Q8、Q9、Q10站位群落结构与三门湾的站位更为接近,三门湾的底栖群落在2017年和2018年存在较大差异。杭州湾和三门湾大型底栖动物群落的变化可能与环境因子、人类活动、厄尔尼诺事件等的变化相关。     

2018?2019年舟山近海浮游动物群落结构春季年际变化及其与水团的关系

根据2018?2019年春季两个航次在舟山近海进行的浮游生物调查结果,对舟山近海的浮游动物群落结构(类群组成、优势种数量)年际变化进行了研究,利用典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis, CCA)研究了两年春季浮游动物类群组成差异、优势种变化的原因,初步探讨了春季浮游动物群落结构动态变化的机制。结果表明:根据表层温度(Sea Surface Temperature,SST)、表层盐度(Sea Surface Salinity,SSS)的聚类分析,将该区域分为3个水团:杭州湾内水团(I区)、舟山本岛上升流水团II区)、舟山近海水团(III区)。不同水团对浮游动物类群组成影响显著,引起2018年和2019年春季3个水团区差异的主要贡献种(贡献率>10%)均为中华哲水蚤,同一水团两年间年际差异的贡献种如下:I区为捷氏歪水蚤(56.91%)和真刺唇角水蚤(12.34%);II区为中华哲水蚤(72.64%)、五角水母(13.35%);III区为中华哲水蚤(41.93%)、夜光虫(22.94%)。CCA分析表明,第1 CCA轴(CCA1)和第2 CCA轴(CCA2)共解释了两年春季浮游动物优势种累计方差的46.14%和物种?环境累计方差的97.82%。CCA1主要反映了空间(近海水团和湾内水团)的差异。CCA2主要反映了2018年和2019年站位的年际差异。盐度是影响春季浮游动物群落结构空间差异的主要因素,而温度、叶绿素a浓度是春季浮游动物群落结构年际差异的主要因素。     

基于拓扑网络研究海州湾食物网结构与复杂性

针对食物网结构与复杂性的研究有助于深入解析食物网的功能、营养动力和能量转化过程。本文根据2011年3?12月在海州湾及其邻近海域进行的5个航次的渔业资源底拖网调查资料以及胃含物分析数据,基于11个拓扑网络指数,构建了海州湾拓扑网络,研究海州湾食物网的结构与复杂性。结果表明,本文分析的海州湾食物网物种数S为93,连接数L为1 021,每个物种的相互作用数量L/S为10.98,连接性L/S2为0.12;顶级物种、中间物种、基础物种的比例分别为29%、69%和2%;食物网的杂食性指数为87%,连接复杂性指数SC为22.20,特征路径长度ChPath为2.11,聚类系数CC为0.23。通过每个物种的相互作用数量和连接性的研究显示,L/S和L/S2的值都处在正常范围内,所以海州湾食物网的复杂性仍保持较高水平。通过物种比例、杂食性指数、连接复杂性指数、特征路径长度、聚类系数对食物网结构分析,发现海州湾食物网结构处于稳定状态,能够在一定程度上抵御外界环境的扰动,保证生态系统功能的正常运行。通过对海州湾食物网结构与复杂性的研究,将为今后海州湾食物网功能的深入研究以及海州湾渔业资源的科学管理提供重要依据。     

基于拉格朗日拟序结构的黑潮区域海流运输结构提取和分析

海流的拉格朗日运动对于研究物质输送有着重要意义,拉格朗日拟序结构(LCSs)作为研究海流结构的新型方法,相比于传统欧拉方法更为客观。本文提出了一种新的计算LCSs束的方法,基于25年的平均速度场,利用变分方法计算得到黑潮区域的气候态LCSs,并通过简化合并的方法得到了气候态LCSs束,该LCSs束能够突出地显示出海流特性和运输模式,其代表的平均拉格朗日环流有很强的约束作用,且具有鲁棒性。最终我们获得了气候态下12个月份的流场结构图,揭示了月周期性拉格朗日环流规律。本文还利用虚拟粒子输运、多年浮标轨迹以及气候态温盐异常3种方法进行了验证,与拉格朗日运输模式相吻合,证明了海流拉格朗日拟序结构的准确性和可靠性。