耦合多种特征的森林蓄积量反演方法比较——以雅鲁藏布江流域森林为例

森林资源遥感监测是遥感的重要应用方向之一。传统的统测方法花费大量的人力、物力,科学的森林资源预测可以提升工作效率并降低测算成本。森林蓄积量是评价森林生态系统质量的重要指标。蓄积量反演模型是用来估测蓄积量的数学模型,具有学习和预测的功能。同样的地物在不同光照或阴影区域有较大的差别,利用波段比值可以在一定程度上减小光照和阴影区域在建模时得出结果的误差。森林蓄积量的预测模型通常选取光谱信息和纹理特征作为主要建模因子,但未充分考虑选取波段比值、植被指数、地形因子等多特征变量时不同模型对预测精度的影响。针对不同模型的精度问题,以西藏自治区米林县为研究区域,以Landsat OLI影像、 DEM数据以及森林资源二类调查数据为数据源,对光谱信息、纹理特征和地形因子等进行提取与分析,并建立了三种基于多特征的森林蓄积量的反演模型,分别是多元逐步回归模型、 BP神经网络模型和随机森林模型。旨在研究不同模型对森林蓄积量反演的影响。采用可决系数(R²)、平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)来对模型进行拟合度和精度的评价。结果显示随机森林模型的拟合度和精度均为最优(R^2...     

基于时序Sentinel-2A影像的玉米秸秆覆盖区智能识别研究

秸秆还田是减少土壤侵蚀、增加土壤有机碳的重要措施,对黑土地保护具有重要意义。区域范围内玉米秸秆覆盖区的准确、快速识别,对监测保护性耕作实施、农业补贴政策的制定具有重要作用。以实施保护性耕作的典型区吉林省四平市为研究区,基于GEE(google earth engine)云平台,结合2020年5月—11月的Sentinel-2时序遥感影像,依据玉米生长季和收获后的秸秆状态构建光谱特征和指数特征,指数特征包括归一化差值植被指数(NDVI)和归一化差值秸秆指数(NDRI)。为避免数据冗余,对时序特征值按大小排序,同时利用分位法以0%,25%,50%,75%,100%分位选取分位(QT)特征,进而构建数据集。应用参数优化后的随机森林方法对按照7∶3划分的样本集进行训练和验证,然后对数据集分类,结合连通域标定法去除分类过程中产生的细小连通域,进一步优化全局结果。通过Kappa和整体精度(OA)定量和定性评价,实验结果表明：(1) 基于不同特征集组成数据集的分类模型(M1/M2/M3/M4/M5)定量评价结果均优于90%,其中所设计数据集的分类模型M5效果最好,Kappa和OA分别为97.41%和97.91%,相比于未加入QT特征集的分类模型M2的Kappa和OA分别提升4.52%和3.64%,同时M5识别结果可以有效保留边缘细节信息;(2)针对不同时间尺度的QT特征集,利用5月—11月时序遥感影像的QT特征集分类模型M5_6/M5可以极大地抑制其他作物秸秆的影响,相比仅利用11月时序影像QT特征的M5_1模型分类结果的Kappa和OA分别提升了3.9%和3.12%;(3) 基于M5模型,结合连通域标定法的分类模型M6的Kappa和OA分别为96.76%和97.36%,仅次于M5模型识别结果,模型M6在保证较高精度的同时避免了细碎图斑,优化了分类可视化效果。该研究提出的M6模型适用于识别研究区玉米秸秆覆盖区,该方法能够在GEE云平台环境下快速执行,适合推广应用于东北地区秸秆覆盖区。     

HJ-1A/1B卫星CCD影像水环境遥感大气校正方法评价研究——以鄱阳湖为例

HJ-1A/1B卫星CCD传感器具有较高的空间、时间分辨率,在内陆湖泊水质遥感定量监测方面有很大潜力,大气校正是制约其应用的关键问题之一。以我国第一大淡水湖——鄱阳湖为研究区域,结合2009年、2011年两次现场实测数据对FLAASH,6S,COST和QUAC四种大气校正结果进行对比分析,并探讨各种大气校正算法对悬浮泥沙浓度反演精度的影响。结果表明:(1)HJ-1A/1B卫星CCD的第1波段在水环境遥感应用时,建议进行重新定标;第2和3波段四种大气校正结果精度相对较高,其中,FLAASH,6S和COST三种大气校正算法精度都较高,QUAC精度偏低,建议在可能的情况下对该算法进行有针对性的改进;(2)FLAASH,6S,COST和QUAC四种大气校正算法第2和3波段比值结果与实测数据吻合度最好,平均相对误差分别为8.2%,9.5%,7.6%和11.6%,因此建议在鄱阳湖水域尽量采用第2和3波段比值作为反演因子;(3)以四种大气校正结果为基础,与悬浮泥沙浓度直接建模,结果发现,四种模型反演精度均比用实测遥感反射率与实测悬浮泥沙浓度建立的模型反演结果要高,FLAASH,6S和COST三种算法反演所得悬浮泥沙浓度精度都较高,平均相对误差分别为:10.0%,10.2%和8.0%;QUAC略差,平均相对误差为18.6%。建议在泥沙浓度反演时采用大气校正结果与悬浮泥沙浓度直接建模,可以有效降低利用实测光谱数据建模引起的大气校正误差的累积效应;(4)在精度要求不是特别高的前提下,四种大气校正算法都可以采用,但综合算法复杂程度、精度、稳定性等多种因素,在辅助信息不全的情况下,COST大气校正算法更值得推荐。     

遥感数据误差对地表参数定量反演可靠性的影响——以太湖叶绿素a反演为例

地表参数的遥感反演误差的大小由遥感数据误差和反演模型误差共同构成,数据误差不是简单地“加减”到反演误差中,而是经过反演模型改造后融入到反演误差中。因此,在地表参数定量反演过程中,用回归系数最大或均方根误差最佳代价函数来描述地表参数与遥感反射光谱之间的关系将不太可靠。从理论上指出了最高回归系数或最小均方根误差评价方法失效的根源在于反演模型的形式,以2003年10月27日太湖实测数据为例进行了论证。研究表明,虽然TM2/TM3算法比TM2/TM1算法的回归系数高,但其对数据误差的放大效果是TM2/TM算法的2.28倍,这导致了反演结果的均方根误差比TM2/TM1算法大了7.938 5 μg·L-1;另外从定量反演结果来看,基于TM2/TM3算法和基于TM2/TM1算法的反演结果完全相反,与以往研究成果对比可知,基于TM2/TM1算法的反演结果更符合实际。因此,数据误差应该作为一个约束条件,加入到代价函数的求解过程中,才能增加反演结果的可靠性。     

高光谱与多光谱遥感影像反演地表不透水面的对比——以Hyperion和TM/ETM+为例

不透水面遥感信息的反演是近十年来遥感领域的一个热门课题,但是利用高光谱影像反演不透水面信息的研究较少,高光谱和多光谱影像反演不透水面的对比研究也少有报道。重点研究了高光谱EO-1 Hyperion和多光谱Landsat TM/ETM+数据在反演不透水面信息方面的特点,首先在福州、广州和杭州选取了三个实验区,利用线性光谱混合分析模型反演Hyperion和TM/ETM+影像的不透水面信息。对于多达242个波段的Hyperion影像,进一步利用判别分析从中选取了11个特征波段构成新的Hyperion’影像,以考察是否可用缩减波段的方法来取得较好的反演效果。结果表明,Hyperion高光谱影像反演不透水面的能力优于多光谱影像TM/ETM+,而利用特征波段构成的Hyperion’的反演精度最高,这主要得益于Hyperion具有更高的光谱分辨率和辐射分辨率,使其可以更有效地区别不同地物在光谱特征和辐射特征上的微细变化,从而可以更好地区分不同地物。而由特征波段构成的Hyperion’影像由于大幅减少了高光谱影像波段的冗余度,所以获得了更高的反演精度。     

基于自适应经验半解析模型的无控水深反演方法——以中国南海为例

为保障大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)二级反演数据的有效性和可靠性,需长期监测仪器在轨辐射定标准确性和稳定性。首先,根据EMI在轨测量的太阳光谱和星下点辐亮度,计算了南极洲和格陵兰岛永久冰雪地面选定数据区域的表观反射率时间序列,并建立了太阳天顶角和表观反射率的4阶双向反射分布函数(BRDF)模型。然后,利用4阶BRDF模型对2018～2020年的表观反射率数据序列进行归一化处理,得到了表征EMI定标准确性和稳定性的指标。结果表明,基于BRDF模型得到的表观反射率预测值与实测值相关系数高于0.9;用BRDF模型对表观反射率进行归一化处理后,得到的仪器辐射定标不确定度范围为2%～5%;UV2、VIS1通道两年总衰减的范围为-0.5%～0.5%,VIS2通道的两年总衰减约为1.9%,即EMI在轨运行两年间的辐射响应稳定性较高。     

基于自适应经验半解析模型的无控水深反演方法——以中国南海为例

卫星水深反演作为声学测量的一种补充手段在争议岛礁区发挥着重大作用。但由于实测水深数据的缺失和多光谱影像可见光波段数的限制,传统经验模型和半解析模型都无法使用。为此针对只有3个可见光波段的遥感影像,提出一种不需要实测水深数据的自适应经验半解析模型。新模型根据联合半解析模型和两种经验模型得到的部分像素水深,协同自适应线性比值模型可以确定出最终结果。使用Sentinel-2影像(空间分辨率为10 m)在甘泉岛和浪花礁对AESM、Log＿ratio模型和L-S(Log-ratio and Semianalytical)模型展开测试,将计算结果与水深数据进行比对。结果表明,新模型的均方根误差(RMSE)在甘泉岛和浪花礁分别为1.14 m和1.55 m,反演精度稍优于使用200个水深数据训练的Log＿ratio模型,相比于同样不需要水深数据的L-S模型,RMSE分别减少了0.12 m和1.25 m。     

科学方法显性化的教材编写研究——以单摆模型建构为例

"模型建构"是物理学科核心素养的重要组成部分,"模型法"是培养学生模型建构能力的重要方法.文章尝试以模型法建构"单摆"模型为例来研究中学物理教材编写应如何合理显性化科学方法,并提供一定的教材编写建议.     

平均速度近似为瞬时速度造成系统误差的多方法研究——以倾斜气垫导轨法测量重力加速度实验设计为例

匀变速直线运动加速度计算公式应用中,最基本的物理观念是几个物理量之间存在着“一一对应”关系。在倾斜气垫导轨法测量重力加速度实验中,滑块运动的瞬时速度无法准确测量,只能用平均速度代替,造成了公式应用中要求的物理量之间的“一一对应”关系被破坏,产生了无法克服的系统误差。本文设计了匀加速和匀减速直线运动两种实验情境,分别用控制变量法、数学解析法和图像法等多种方法研究了不同实验情境的系统误差,将系统误差分析与物理观念构建建立了联系,分析了挡光片宽度d、加速情境滑块静止释放时离第一个光电门的距离L、减速情境滑块静止时离第二个光电门距离M、两光电门间距S和气垫导轨倾角θ等参量对该系统误差的影响,研究表明：d、S、L或W参量对该系统误差都有影响;d值的大小是造成该系统误差的主要因素;θ参量无影响;应用公式(1)计算重力加速度值更精确。     

基于tracker和python的物理建模方法——以研究抛体运动的阻力变化为例

利用软件模拟的物理建模方法,以考虑阻力的斜抛运动为例,首先用Tracker视频分析软件对抛体运动进行视频记录,然后利用Python编程软件进行场景模拟和建模分析,经过多次修正建立较准确的有阻力斜抛运动模型.本方法实验简便,低成本,可推广到其他动力学运动实验中。     

上转换充能的动力学研究——以Mn2+掺杂的长余辉材料为例

无机长余辉材料是一种储能释光材料,其储能特性源于材料内部的电子或空穴陷阱在外界激发光作用下的填充..通过上转换激发的方式对长余辉材料充能是学者们在近几年提出的一种新颖的激发充能机制.这种两步离化的激发设计使长余辉材料的充能摆脱了高能离化光的限制,将充能激发波长扩展至可见光甚至红外光区,为长余辉技术在生物成像等领域的应用提供了原位激发的选择.目前,学者们对上转换充能的研究主要集中在材料的开发和激发路径的设计等方面,而对充能本身的物理过程知之甚少.本文通过构建分析上转换充能的速率方程,预测了激发辐照光对陷阱的光排空影响.在此基础上,选择450 nm激光激发的LaMgGa₁₁O₁₉:Mn²⁺长余辉材料体系为模板,分析了激发光剂量与材料热释光强度的函数关系,揭示了光辐照陷阱填充与光排空之间的动力学竞争.此外,相似的充能动力学规律也适用于其他具有上转换充能性质的长余辉材料.     

大学物理与高中物理光学部分的教学衔接研究——以夫琅禾费单缝衍射的讲解方法为例

光学是现代物理学的重要分支,在大学物理教学中具有重要地位。高中物理与大学物理的教学侧重不同,如何衔接高中物理光学部分知识点与大学物理课堂教学是高校教师授课中的难点之一。为针对学生基础设计适合的讲解方式,从而提升大学物理光学部分的教学效果,本文以夫琅禾费单缝衍射为例,依据光程对称关系设计了一种新的讲解方法,可帮助仅有高中物理光学基础的学生快速理解半波带法计算衍射条纹规律的基本原理。通过调查问卷的方式验证了新讲解方法的有效性,证实了适当的教学设计对实现光学部分教学衔接的积极作用。     

分子高激发振动的经典代数方法研究——以C_2H_2的C-H弯曲振动为例

本文以目前探讨得较多的C2H2的CH弯曲振动为例,说明如何应用代数方法来研究分子的高激发振动。由于分子的高激发振动态具有很强的模间非线性偶合以及能量的传递,传统的动力学方法似乎很难有效地用来研究其性质。问题的核心是高激发振动态由于其量子数很大,因此具有经典(或半经典)的性质。同时模间能量的传递可以用二次量子化算子来表示,而这些算子所具有的代数性质,使得人们可以用几何的概念来描述其性质。因此,整个问题就变为用几何的观点来分析分子的高激发振动态。最后,我们用所得的经典的代数哈密顿量和哈密顿方程对CHtrans弯曲和cis弯曲振动模间能量的传递速度与体系所含能量之高低的关系做了探讨