空间关联随机森林模型结合Sentinel-2影像估算潍北地区裸土期土壤盐分

土壤盐分含量(SSC)是评价土地退化和肥力水平的重要指标,实现SSC状态和空间分异的快速准确监测对区域环境的优化管理极为关键。选取潍北平原为研究区,野外采集233处土壤样品并获取同时相Sentinel-2多光谱影像,进一步将特征光谱波段和构建的最优光谱指数作为输入自变量,测试得到的SSC实测值为因变量,最后将空间关联函数引入到随机森林中去建立基于空间关联随机森林算法的SSC遥感估算模型,完成区域尺度上的SSC反演估算与空间制图。结果表明：影像的B3、B8和B11是SSC的特征波段,通过波段比值变换能够增强卫星光谱信号对SSC的吸收响应,筛选得到的最优光谱指数分别为RI₃₄(波段3和波段4的反射率比值)、RI₇₁₁(波段7和波段11的反射率比值)、ND₆₁₁(波段6和波段11的反射率归一化值)和D₄₅(波段4和波段5的反射率差值);仅用特征波段或最优光谱指数来构建模型不能取得满意的SSC估算精度,空间关联随机森林模型的SSC估算精度要高于随机森林模型;在将上述特征波段和最优光谱指数共同输入空间关联随机...     

三峡水库二维随机水质模拟预测研究

由于污染物在水流中的扩散迁移过程受水温、局部流速与流向及河道形状等因素的影响,因此,排污口下游处任一点的污染物质量浓度均是一个波动变化的量,而不是恒定值。显然,要精确地描述这种波动与变化,确定性模型已不合适,必须依赖随机水质模型的建立。为精确地描述与模拟水库建成后长江干流的水质变化趋势,建立了二维随机水质模型。      

我国粮食主产区耕地产出效率研究

根据我国粮食主产区11个省1990~2004年地均种植业产值、地均劳动力及各种农业生产物质的投入情况,以耕地产出效率为主要研究对象,运用随机前沿生产函数方法计算出各省历年来的耕地产出效率值。研究表明：现阶段我国耕地经营仍以人力与物质成本的投入为主。与机械化生产相比,化肥等化学和人力密集型的生产方式更能与小规模农户经营的体制相适应;我国耕地产出效率的整体水平不高,耕地的实际产出与现有投入水平下的潜在产出之间存在较大差距;省际间耕地产出效率与经济发展水平没有必然联系,且其差距有着缩小的趋势;近15年来,我国耕地产出效率虽然逐渐提高,但提高的速率却在下降。表明我国现阶段的农业高产需要依靠大量物质投入来维持,生产成本越来越高,继续增加物质上的投入对耕地产出效率的提高意义不大。因此,充分、合理地利用现有资源和技术条件,依靠生物技术的进步,即作物品种的改良来提高耕地的产出,是提高我国耕地产出效率、增加农民收入的重要途径。     

融合多源时空数据的地下水硫酸盐预测模型

准确预测地下水SO₄ ^2-空间变化趋势对改善地下水质量、提高区域地下水管理水平具有重要意义.以2011、2014、2017和2020年叶尔羌河流域平原区土地覆盖数据、土壤参数数据、数字高程数据等多源时空数据和地下水pH值为特征变量,分析其与地下水SO₄ ^2-浓度的相关性,利用贝叶斯优化算法优化随机森林回归,建立BOA-RFR模型,并基于BOA-RFR模型对特征变量进行重要性分析,对模型预测精度进行评价,最后生成地下水SO₄ ^2-预测图.结果表明,pH值、地面高程（GE）和贡献区荒地（BAR）面积占比作为影响地下水水化学组分的重要参数,与地下水SO₄ ^2-浓度均呈现极显著负相关,对地下水SO₄ ^2-浓度预测的重要度均大于25 %;地统计插值方法作为空间分布预测建模的辅助手段,加入辅助样本后的BOA-RFR模型,地下水SO₄ ^2-浓度预测的R²均大于0.96,且多辅助样本构建模型的RMSE和MAE最大值较少样本模型的最小值分别降低了4.7 %和23.8 %;在地下水SO₄ ^2-浓度预测中,高SO₄ ^2-地下水向叶尔羌河流域平原区东北部富集,且面积呈扩张趋势.     

基于遥感时-空-谱特征及随机森林模型的土壤重金属空间分布预测

获取土壤重金属的含量特征及空间分布是预防土壤污染和制定环保政策的关键.选取济南市长清区为研究区,系统采集304处表层土壤样品（0~20 cm）,利用多源遥感数据构建土壤重金属的光谱特征、时间特征和空间特征;进一步采用相关分析法选择出与土壤重金属密切相关的时-空-谱特征,并将其作为输入自变量,实测土壤砷（As）含量值为因变量,建立基于随机森林（RF）算法的空间预测模型,完成土壤重金属的含量估算和空间分布预测.结果表明：①As含量均值超出背景值43.17％,低于农用地土壤污染风险规定的筛选值和管控值,表明As在土壤中出现富集,但处于可管控范围内.②在单个遥感特征构建的土壤重金属空间预测模型中,精度由高到低依次为：空间特征（RPIQ=3.87）>时间特征（RPIQ=2.57）>光谱特征（RPIQ=2.50）,空间特征对土壤重金属空间预测最为重要.③基于“时间-空间”、“时间-光谱”和“空间-光谱”组合特征的土壤重金属空间预测模型均优于单个特征构建的模型,其精度系数RPIQ值分别为4.81、4.21和4.70.④利用“时间-空间-光谱”特征组合输入的随机森林模型达到最佳的空间预测精度（R²=0.90;RMSE=0.77;RPIQ=5.68）.⑤As在空间分布上从西北到东南含量逐步降低,主要受到黄河冲淤积和工业活动影响.研究采用的遥感时-空-谱特征结合随机森林算法的土壤重金属空间预测技术,可为土壤污染防治及环境风险管控提供有效的方法支持.     

美国地震风险评估中建筑物易损性与损失组合的探讨

探讨了以美国地震灾害风险评估模型为例的建筑物易损性模型的建立方法及地震随机事件损失组合的方法.由于应用对象的不同,如用于工程项目风险的评估或是对保险资产风险的评估,其易损性模型建立的方式具有较大的差异.在工程应用中,注重对建筑结构的分析,往往使用非线性解析方法如能力频谱法等以得到结构的易损性或脆弱曲线;而保险行业常用历史数据并运用统计方法等获取所需的易损性曲线.由于工程应用的易损性曲线有更好的精准性,越来越多保险用模型采用此方法.此外,工程应用常对单一地震事件进行评估,而保险行业的模型往往涉及对大量随机事件的评估.对不同的建筑物易损性建模方法、规范标准及适用范围进行了探讨,并对随机事件损失组合方法中如何计算损失的单次超越概率(OEP)和累计超越概率(AEP)进行了介绍.     

基于随机森林和Sentinel-2影像数据的低山丘陵区土地利用分类——以重庆市江津区李市镇为例

精准的土地利用信息是土地资源监测和管理的基础。为提高低山丘陵区域的土地利用分类精度,选取重庆市江津区李市镇为研究案例,基于随机森林方法,以Sentinel-2影像数据和地形因子为数据源,提取3种变量（传统遥感数据,红边遥感数据和地形因子）,合计23个特征指标,构建3个具有不同输入变量的组合模型,以提取研究区土地利用信息,分析变量的重要性。结果表明：（1）传统遥感数据模型中顺序添加红边遥感数据和地形因子,总体分类精度分别为86.54%,87.19%,88.61%;Kappa系数分别为 0.800 9,0.810 2,0.831 4;（2）对模型精度有重要影响的特征指标依次是波段B2(Blue),B4(Red),B3(Green),改进归一化差异水体指数(MNDWI)和波段B5(Vegetation Red Edge 1);(3）基于随机森林的遥感数据和地形因子的组合方法,是获取研究区高精度土地利用信息的一种有效手段。研究成果可以为地形复杂区域的土地利用分类提供参考。     

下辽河平原土地沙漠化程度及预测研究

近年来中国北方春季沙尘暴频繁发生,土地沙漠化地质灾害问题日趋严重,已对当地的经济发展和人民生命财产的安全构成威胁,研究土地沙漠化影响程度及发展趋势显得尤为重要。以下辽河平原作为研究对象,结合研究土地区沙漠化的规模大小和空间分布情况,将涉及的新民、辽中、台安、盘山和黑山等5个县采取多源信息复合方式进行实地调查,总结出该区域土地沙漠化类型有沙地、固定沙丘、半固定沙丘、流动沙丘等,确定了“土壤质地（C1）”、“植被状况（C2）”、“沙丘类型（C3）”和“裸沙占地百分比（C4）”等4个自然评价指标,将土地沙漠化程度级别划分为轻度（<50）、中度（50-70）和重度（>70）;结合本地区土地沙漠化程度的实际情况进行定性定量评价,利用传统的层次分析法（AHP）确定指标权重,通过层次分析法（AHP）分别与随机森林模型（RF）和支持向量机模型（SVM）结合运算,对下辽河平原土地沙漠化程度及发展趋势进行了分类预测。经过对模型进行参数调优和对数据集优化,最终RF模型的AUC值达到了0.89,优于SVM模型的AUC值（0.73）,表明随机森林模型更适用于研究区沙漠化的分类预测。采用7?3的比例对...     

废铅膏熔炼再生烟气处理设施事故下大气污染的不确定性分析

熔炼再生是重金属危险废物资源化利用最广泛的方式之一。熔炼设施废气处理单元失效条件下废气排放具有源强大、短期排放扩散参数偶然性强等特点,其环境后果呈现强随机性,对事故应急过程的精准监测和科学决策形成极大挑战。对此,提出高斯烟羽模型与随机响应面法耦合(GAUSS-SRSM)的风险评估方法,定量评估复杂源强、扩散参数及其不确定性条件下污染物的随机分布及概率特性。选择华北某再生铅企业开展案例研究,结果表明：在该区域典型气候条件下,下风向0.8～2.2和0.75～1.5 km处SO2和Pb浓度存在超标可能,最大落地浓度超标概率分别为44%和28%,以95%置信水平表征的暴露浓度分别为0.68、0.005 2 mg/m³,分别超过其GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值1.36倍和1.16倍。季节性的风速和气温等差异导致同一设施不同季节的污染及其概率特征差异较大。以Pb为例,冬季较夏季存在超标可能的最大范围相差0.6km,超标概率相差24%,暴露浓度相差0.003 9 mg/m³。气候和源强等的不确定性使得大气污染后果存在明显的不确定性...     

天津市突发事故条件下大气污染的应急模拟

基于数值天气预报模式和自动气象站观测资料,采用随机游走粒子-烟团模式对天津市突发事故条件进行应急示踪模拟试验.结果表明,模式能在10min内给出计算结果,并能较好地模拟大气突发事故的大气扩散过程,粒子的散布和积分浓度的分布均能反映出大气突发事故污染物扩散路径和影响范围的变化,可以作为事故应急决策系统的大气扩散模块,为早期应急和后果评价提供更接近实际的信息.