支持向量机在水质遥感中的应用初探

支持向量机(Support Vector Machine)是建立在统计学习理论基础之上,研究有限样本情况下的机器学习问题的一种新方法,该方法在解决小样本、非线性问题中具有许多优势.本研究以现场监测和MODIS遥感数据为基础,应用SVM方法构建出太湖叶绿素a的反演模型,研究表明,该方法在水质遥感领域的应用具有良好的可行性和有效性,其预测结果也与太湖叶绿素a的实际分布相吻合.     

基于TM/ETM+影响分析巢湖叶绿素a浓度变化趋势

对1995~2007年6景巢湖地区TM/ETM+数据利用多暗像元法进行大气校正并利用修正归一化水体指数(MNDWI)进行水体信息提取,在此基础上,使用(TM2+TM4-TM3)/ln[TM3]模型提取了巢湖水体叶绿素a相对浓度信息.结果表明:高浓度区域主要分布在巢湖西半湖;南淝河水质情况对巢湖蓝藻暴发的贡献较大;1995~2006年间高浓度区域扩大了1.82倍,并有向巢湖东部扩展的趋势,富营养化程度仍在加剧.     

内陆水体叶绿素反演模型普适性及其影响因素研究

利用具有较大时空差异性的水体组分和光学特性数据集对现有叶绿素半分析(三波段和四波段模型)和生物光学反演模型进行检验,研究叶绿素反演模型的普适性及其影响因素.结果表明,叶绿素生物光学分析反演模型具有较高的普适性,总体反演精度可以接受,但反演精度受叶绿素比吸收系数时空差异影响较大;三波段和四波段叶绿素反演模型反演精度较高,但是由于水体组分组成及其生物光学特性差异使得反演因子最佳波段位置和反演模型参数存在较大的变异性,大大降低了三波段和四波段叶绿素反演模型的普适性,其中后向散射系数光谱曲线形状和叶绿素比吸收系数是三波段和四波段模型普适性的主导影响因素.     

O_3胁迫对植物叶片光谱特征和叶绿素含量的影响

为了研究空气浓度臭氧(O_3)对木本植物生长的影响,该研究通过对亚热带常见木本植物的实地调查,探索自然状态下对O_3敏感的木本植物种类,利用便携式光谱仪测量叶片的光谱反射率,提取红边位置反射率,分析其受O_3伤害后叶片光谱特征的变化,并结合通用叶绿素-光谱反射率模型计算O_3伤害对叶绿素含量的影响。研究结果表明,亚热带地区有多种木本植物受到了O_3伤害,导致叶片光谱反射率在可见光波段450~680 nm处有明显增高,红边位置极显著地发生蓝移,叶绿素含量极显著降低,说明空气O_3浓度对植物生长已经造成了严重的影响。     

支持向量机在太湖叶绿素a非线性反演中的应用

根据湖泊监测的特点,采用支持向量机(SVM)方法,反演太湖叶绿素a的浓度分布.将2005年8月太湖29个现场水质监测点数据分为训练测试样本集和验证样本集,利用训练测试样本集以及与其时间同步的MODIS遥感影像,分别构建了4种SVM模型.对比分析表明,直接以波段反射率以及水深信息构成输入向量的SVM模型预测效果最好.利用训练测试样本构建了线性回归模型、主成分分析模型(PCA)以及神经网络模型(ANN),并利用验证数据比较了上述3种模型与SVM模型的预测结果.结果表明ANN模型和SVM模型预测能力明显优于另外2种模型,其中SVM模型对低值和高值均有较好的预测精度,平均相对误差仅为15.91%,预测精度比ANN模型提高了10%.利用SVM模型和ANN模型分别反演了2005年8月15日太湖叶绿素a浓度分布,比较了2种模型反演结果的异同,分析了太湖叶绿素a分布特征及其成因.     

基于叶绿素a分级的东部湖区富营养化标准研究

文章基于东部湖区142个湖泊的水质和水生态数据,选取富营养化的原因变量和响应变量,采用叶绿素a六段分级的方法,得到东部湖区各指标富营养化控制的分级标准值,与GB3838-2002中的各指标值相比,所得到的分级富营养化控制标准值均超过III类水标准,这为东部湖区湖泊的管理和控制提供了理论依据。     

基于数据同化的太湖叶绿素多模型协同反演

在国内外众多学者的不懈努力下,开发了大量的水质参数遥感估算反演模型,但不同的模型都具有其"局限性",只能从某个层面反映"真值".基于上述考虑,本研究发展了基于数据同化方法的太湖叶绿素a浓度多模型协同反演算法.利用2006~2009年太湖野外实测水体高光谱遥感反射率数据,构建了7个叶绿素a浓度反演模型;通过模型精度对比,最终遴选出6个适宜的叶绿素a浓度反演模型.进而使用不同模型组合,进行多模型协同反演.结果表明:1多模型协同反演算法的反演精度要高于单模型反演的反演精度,最优MAPE仅为22.4%;2随着参与多模型协同反演的模型个数的增加,其反演精度也逐渐提高,MAPE均值从25.6%降低到23.4%,RMSE均值从15.082μg·L-1降低到14.575μg·L-1,相关系数R均值从0.91提升到0.92;3通过对多模型协同反演产品的置信区间进行计算,可以有效地估算产品精度和误差,同时使得获取全湖反演叶绿素a浓度的误差空间分布情况成为可能.     

太湖梅梁湾不同形态磷周年变化规律及藻类响应研究

以太湖梅梁湾为研究对象,2013年对水体中不同形态磷和藻类进行了逐月观测,探讨了风浪扰动和藻类生长双重影响条件下不同形态磷间转化规律以及藻类生长和不同形态磷含量间的内在联系.结果表明,梅梁湾水体中总磷(TP)、颗粒态磷(PP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性磷酸盐(DIP)和生物有效磷(BAP)均呈现出"夏秋高"、"冬春低"的周年变化规律,藻类生长也呈现了类似规律,而溶解性有机磷(DOP)和可被生物利用颗粒态磷(BAPP)的变化规律并不规则.颗粒态磷生物有效性(BAPP/PP)在6~10月期间仅为12.75%,显著低于年度平均值37.14%.这可归因于沉积物频繁扰动下内源磷固定效应以及藻类生物吸收作用加快了颗粒态磷向溶解态磷的转化.在此期间,DTP占BAP的质量分数高达69.33%(平均值),明显高于BAPP(30.67%,平均值),也高于DTP的周年平均值(56.63%),其也是藻类生长旺盛季节.     

应用流式细胞仪研究Pb对海洋微藻生长的影响

运用流式细胞仪研究比较了Pb对3种常见海洋单细胞微藻:湛江叉鞭金藻(Dicrateriazhanjiangen sis)、球等鞭金藻(Isochrysisgalbana)、小球藻(Chlorellasp.)的毒害作用。用内插法求得Pb对3种微藻的96h的半有效浓度(96hEC50)分别为9.03、8.83和>20.00mg/L。Pb抑制细胞的生长分裂,使延滞期延长,并影响了叶绿素正常合成,毒性与浓度成正相关。Pb对不同生长期的细胞的作用强度不同,对生长分裂和叶绿素合成的作用程度呈现差异性。     

崂山水库叶绿素a含量与富营养化程度探讨

在湖泊富营养化评价中，叶绿素ａ是富营养化的一项重要评价参数，通过对崂山水库１９９８年叶绿素ａ含量分析，在选取总氮，总磷，化学需氧量、透明度等评价参数，对该水库富营养化进行初步评价。结果表明：１９９８年崂山水库整体处于中一富营养发展阶段，并有向富养过渡的趋势，作为饮水源的富营养化问题，已引起人们的关注，需采取有效措施。