基于随机森林的耕地利用效率测度模型构建及其应用

构建合适的量化分析模型是科学把握耕地利用状况及利用效率的基础性工作,可为制定合理有效的耕地资源管控政策,实现耕地利用与生态环境的协调发展提供决策依据。为了更准确地反映耕地利用系统的复杂性、动态性及差异性等特征,鉴于随机森林的基本思想,运用随机抽样Bootstrap法在合理构建分类树的基础上,构造了耕地利用效率测度的RF模型,进而以中国粮食主产区172个城市为例训练该模型并将其运用至2003-2015年的耕地利用效率测度中,同时将BP神经网络和熵权法作为对比验证其一致性、代表性和优越性。结果表明：（1）耕地利用效率测度的RF模型不受量纲限制,运行所需参数少,运算过程简化,能够较为精确地模拟各评价指标间的复杂联系,科学量化各评价指标对耕地利用效率的贡献。（2）对同一空间单元的效率值而言,RF>BPNN>EW,RF与BPNN所得效率值的总体分布格局相似,且均与EW的测度结果存在较大差异。（3）从评价结果与现实的匹配度和精度表征参数来看,RF的测度结果与自然和社会经济发展等客观事实更相符,具有较高的适用性与可靠性。同时,与其余两种常用模型相比,RF能够降低计算复杂度,提高训练效率,其测度结果的相关系数R为0.8685,M_RPD为2.3533,且具有最小M_MSE0.0174和M_MAE0.0211,更适用于复杂非线性特征的耕地利用效率研究。     

基于随机森林模型的中国近地面NO2浓度估算

NH₃针对传统近地面NO₂浓度空间模拟过程中NO₂浓度与其影响要素之间关系的复杂非线性机制解释不充分的缺陷,本研究基于随机森林（RF）算法、融合多源地理要素开展了近地面NO₂浓度空间分布模拟研究.以卫星OMI对流层NO₂柱浓度数据和多源地理要素（道路交通、气象因子、土地利用/覆盖、地形高程、人口数量）为输入变量,近地面NO₂浓度为输出变量,利用RF算法构建近地面NO₂浓度反演模型.通过对比地面观测数据与传统土地利用回归模型（LUR）检验RF模型的有效性,基于所构建的最优RF模型在不同时间尺度下模拟分析中国大陆地区近地面NO₂浓度空间分布特征.结果表明：（1）集成多源地理要素的RF回归模型精度高,月均模型整体拟合度R² 0.85,RMSE 6.08μg/m³,交叉验证的R² 0.84,RMSE 6.33μg/m³,显著高于LUR模型（拟合R² 0.53,RMSE 10.48μg/m³,交叉验证的R² 0.53,RMSE 10.49μg/m³）; （2）地面NO₂浓度与预测变量呈现显著的复杂非线性与时间尺度依赖关系,卫星OMI柱浓度对模型影响程度最大,重要性指标IncMSE介于97.40%~116.54%,多源地理特征变量对RF模型同样具有不可忽视的贡献力（IncMSE在23.34%~47.53%之间）;（3）中国大陆地区NO₂污染程度较高,年均模拟浓度为24.67μg/m³,存在明显季节性空间差异,NO₂浓度冬季（31.85μg/m³） > 秋季（24.86μg/m³） > 春季（23.24μg/m³） > 夏季（18.75μg/m³）,呈现以华北平原为高值中心、向外围逐渐减轻的空间分布格局.较已有研究揭示对流层NO₂柱浓度宏观分布特征,本研究对近地面NO₂污染特征的研究成果对于合理制定污染防控策略、降低居民暴露健康损害具有指导意义.     

复杂地形对低风速风电场的影响

传统风电场快速发展、即将饱和的背景下,低风速风电场成为开发企业的首选目标。低风速电场要面临收益方面更大的挑战,其中复杂地形对低风速风电场前期设计、评价带来更大的难度。从风能资源、建场、收益等方面,复杂地形对低风速风电场都有关键性影响。     

FB1型风速报警器

随着我国建筑业的蓬勃发展,越来越多的高塔式起重机和大型起重机被应用于施工,由风害造成的起重机翻倾脱轨等机械事故,每年都发生多起。根据现场分析,事故主要原因是作业人员不知道风有多大,在较大风速下仍然进行作业,没有防范措施。 国标《起重机械安全规程》GB6067-85中的4.2.14条规定:“风级风速报警,应保证在露天工作的起重机,当风力大于6级时能发出报警信号并宜有瞬时风速风级的显示能力,在沿海工作的起重机,可定为当风力大于7级时能发出报警信号。”根据这项规定,我们研制了FB-1型霍尔超风速报警器。这种报警器的电源电压为220V+15%…     

等效温度曲线的数值拟合

通风空调工程中,等效温度是衡量气候舒适程度的主要指标.传统的查图法求解等效温度不仅繁琐,而且不准确.本文以等效温度为基础,在等效温度图中取值,运用Matlab拟合数据,并进行坐标变换,求解出干球温度、湿球温度及风速之间的规律,推导出等效温度的数值求解方法.经实例计算和误差分析证明,此数值解法较为准确.     

基于随机森林算法与农户视角的村落级农业面源污染风险分析

当前农业面源污染问题依然严峻,村落级尺度下各地块的污染风险状态精细识别有待进一步研究.本文针对三峡库区典型村落重庆市涪陵区南沱镇睦和村进行研究,结合无人机多光谱技术、农户行为调研、随机森林算法等进行地物识别及泛地块网格划分,通过测算总氮(total nitrogen,TN)、总磷(total phosphorus,TP...     

脉动风速功率谱与随机Fourier幅值谱的关系研究

功率谱密度函数是随机过程在频域内的重要特征量,但由于其本质上是平稳过程的频域数值特征,致使其很难全面反映原始随机过程的概率信息,这就需要从更本源的意义上考察随机过程。本文试图从Fourier随机函数的角度反映随机过程,将经典的功率谱密度函数中具有物理意义的可测变量看作随机变量,利用功率谱与Fourier幅值谱的关系,定义了随机Fourier幅值谱;以Davenport谱为例,证实当地面粗糙度服从对数正态分布、10m高度基本风速服从极值Ⅰ型分布时,可通过功率谱构造具有物理意义的随机Fourier幅值谱。通过实测风速Fourier谱与随机Fourier幅值谱的比较,证明随机Fourier幅值谱的概念具有合理性。     

基于O/E模型的浅水湖泊生态系统健康评价

以长江中下游阻隔型浅水湖泊为研究对象,分析了1998—2018年116湖次底栖动物野外调查数据,构建了基于预测模型的观测物种组成/期望物种组成(O/E)指数健康评价指标体系,评价了长江中下游浅水湖泊的底栖动物物种组成完整性.O/E指数模型评价结果显示,在物种采集概率(Pc)>0阈值条件下的O/E0模型预测得到的监测湖泊...     

矿井通风系统风速故障源诊断技术在大明矿的应用研究

通风系统风流发生变化,从整个网络角度考虑都可以归结为分支的风阻发生了变化。从这一角度分析了大明矿分支风阻变化与各分支风量之间的关系,提出了风阻-风流变化影响关系矩阵法,确定可能使风速异常的巷道集合——故障巷道集合,建立通风网络"故障巷道范围库"。为了故障源诊断能够包含所有分支,研究风速传感器布置的最小数量及位置问题,提出了最少全覆盖布点法,给出了大明矿风速传感器的布置方案。大明矿故障源诊断结果与现场试验结果一致,验证了矿井通风系统故障源诊断技术及方法的可行性。     

基于Monte-Carlo方法的长输管道气体扩散模拟研究

目前气体扩散模拟研究多采用流体力学的计算方法,分析气体扩散过程中的动力学特性.有限体积、有限元等方法都需要对事故区域整体进行网格划分,计算过程效率无法满足长输管道事故应急跨区域、多气象以及复杂地形的要求.Monte-Carlo方法利用RAMS预测的平均风场,模拟有限气体粒子在风场中的随机行走特性,有效地弥补了计算效率与网格精度冲突所导致的模拟性能下降的缺点.通过HAVEGE方法收集计算的硬件信息熵形成随机源,修正了以往伪随机数问题,增强了Monte-Carlo方法的计算精度.结果表明Monte-Carlo气体扩散模拟研究方法满足了长输管道事故灾害应急决策的需要.