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[硕士论文] 向彬彬
控制科学与工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:中国拥有较大林区面积,林区火灾的监测一直是中国环境问题中亟待解决的问题。如此大的林区,如果有火灾发生,带来的损失,将不可估计。为防止火情扩大,造成更大损失,因而对林区火灾的实时监测,显得十分必要。
  首先,分析了林区火灾监测研究中的关键技术,如物联网技术,无线传感网络技术,多感信息融合和LoRa技术,并介绍了林区火灾预测中的几种常用算法。
  接着,对整个林区火灾监测系统做了硬件设计,包括传感器设计,无线通信模块设计,主控制器设计,4G模块设计。综合分析整个林区火灾系统的能耗,采用太阳能锂电池供电,结果表明可以保障整个系统的长时间运行。基于LoRa低功耗广域物联网技术,建立了林区火灾以LoRa为主的无线传感器网络。由于林区环境大,设计了一种多中继的无线网络传输方式与协议,网关节点以轮询方式与中继节点信息交互,中继节点又通过轮询方式与感知节点信息交互。这样保证了整个网络的数据收发有序性,保证网络的稳定运行。主控制器将网关节点数据发送给4G入网,从而建立林区火灾监测平台和林区火灾监测数据库,可以实时检测和调取林区的火灾环境的数据。
  最后,建立了林区火灾参数辨识模型,对数据库中的火灾参数进行决策级信息融合。由于传统的林区火灾预测学习算法缺点较大如BP神经网络,缺点有算法复杂训练速度慢、精度差等,此外,该算法需要多次修正参数,如权值和阈值使整个系统很难达到全局最优。极限学习机是典型的单隐含层前馈神经网络,学习速度快,但其在训练过程中会产生不同的输入权重和偏置阂值,因此本文提出一种粒子群优化的极限学习林区火灾辨识模型。利用该模型对林区的火灾环境数据进行决策级信息融合,优化输入权值和阈值,得到了很好的林区火灾预测效果。优化后的极限学习机相比于传统的方法,其网络训练速度提高了数千倍,预测精度更高。
[硕士论文] 郑倩
农业信息化 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:遥感分类是森林资源调查和监测不可缺少的内容,分类的精度直接影响遥感数据的应用水平和实用价值。如何解决树种分类识别并满足一定的精度,是遥感图像研究中的一个关键问题,具有十分重要的意义。同时,云模型理论已逐渐应用于遥感影像解译方面,其方法简单、计算量小,可以取得高于传统方法的解译分类精度,具有较好的发展前景。但目前,将遥感与云模型相结合进行森林识别的研究还较少。
  本文以山东省泰山为研究区,基于资源三号(ZY-3)和资源一号02C(ZY-102C)多光谱遥感影像,选取泰山油松与侧柏这一对易混淆树种为研究对象,在 Erdas Image、ENVI、ArcGIS等软件支持下,提取树种的光谱特征和纹理特征,将云模型与敏感光谱特征和纹理特征相结合,建立油松和侧柏的识别模型,从而获得更高的分类识别精度,实现树种的快速识别。主要内容与结论如下:
  (1)筛选出油松和侧柏的敏感光谱指数
  基于油松和侧柏冠层反演反射率,构建了158个光谱指数,以相关性显著且高为原则,筛选出对应的敏感光谱指数。经筛选发现,油松和侧柏敏感性较强的波段多位于红光波段,这与植被特征主要体现在这一波段是一致的。
  (2)建立了基于光谱特征的云模型
  基于筛选出的油松和侧柏10个敏感光谱指数分别建立一维云模型,通过对10个一维云模型精度大小的对比,各选择3个敏感光谱指数建立三维云模型,油松的识别精确度达到90.56%,侧柏的精确度达到88.92%,总体精度达到90.06%,为其它易混淆树种的多光谱遥感识别提供了参考。
  (3)建立了基于纹理特征的云模型
  本文基于第一主成分,提取不同滑动窗口尺度的纹理特征,分别对这些纹理特征建立云模型,最终确定了3?3窗口的纹理特征所建立的云模型精度最高,其中油松采用3?3窗口的均值、熵和二阶矩这3个敏感纹理参数,侧柏采用3?3窗口的均值、方差和对比度的3个敏感纹理参数,分别建立三维云模型,但识别精度并不高,其中油松的精确度为55.26%,侧柏的精确度为66.52%。
  (4)进行了泰山上的树种空间反演
  由于基于纹理特征的云模型识别精度不高,因此,本文主要以光谱特征为主,进行了泰山油松和侧柏的空间反演。总分类精度为87.62%,Kappa系数为0.8146。
  综上,本文将云模型与多光谱遥感影像的光谱特征和纹理特征相结合,为建立树种识别模型提供了一种可行的方法和流程,对实现油松和侧柏的快速识别和精准管理具有积极意义,也为其它易混淆树种的多光谱遥感识别提供了参考。
[硕士论文] 张宇欣
地图学与地理信息系统 四川师范大学 2017(学位年度)
摘要:本文通过开展多源数据协同下的林地提取研究,达到监测森林动态变化的目的。本研究对维护和提升区域生态系统服务功能具有重要意义,是提高林地监管能力、开展生态空间规划、兑现生态效益补偿、加强林地保护利用管理和科学预测植被长势的重要基础和科学支撑,并为区域经济社会发展、城乡建设、土地利用及生态环境保护等奠定基础。
  本文主要探讨了以下内容:
  1、利用GF1、GF2、ZY3三种高分数据源开展基于知识发现的2015年林地提取研究。首先,探索高分影像的光谱、遥感派生、纹理和形状特征。第二,依据特征知识,建立知识库进行林地资源提取与目视解译修正。最后,采用google earth影像和实地调查数据进行精度验证。结果表明GF1、GF2、ZY3和总体提取结果的精度分别达到95.1%、94.5%、91.4%、92%,Kappa系数分别为0.9、0.89、0.83、0.84。说明本次提取结果较好,并可以用于接下来的研究。
  2、开展生物量估算研究。首先,在提取结果的基础之上,结合2015年林地变更数据中的公顷蓄积量和主要树种信息,建立生物量与蓄积量之间的线性回归模型,开展研究区内的生物量估算工作。第二,通过DEM、坡度、坡向数据对生物量开展空间分析研究。结果表明在中起伏山地即海拔500-1000m、缓的即坡度15-25°、东南即坡向112.5-157.5°范围内分布的林地资源生物量较多。
  3、开展2011-2015年林地动态变化分析。首先,将2011年林保数据、2013年国土数据和本次2015年提取结果分为三个时段(2011-2013、2013-2015、2011-2015)进行三种数据源的衔接分析工作。分析发现2011-2013年林地面积减少115.53hm2,2013-2015年增加8701.17hm2,2011-2015年增加7546.02hm2。变化原因主要分成人为和自然因素,变化的面积基本符合实际。第二,通过DEM、坡度、坡向数据开展地形因子对植被分布影响分析。结果表明,区内林地在海拔200-1000m、坡度8-25°、坡向112.5-202.5°的范围内分布面积较多。
[硕士论文] 程晓建
机械工程 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:目前果树树枝修剪主要依靠人工修剪,不仅劳动强度大,而且容易造成关节损伤。研究开发树枝修剪的电动机械,不仅能够降低劳动强度,而且对提高经济效益有着一定的现实意义。本课题研究的目的是探讨果树修枝剪刀的设计理论和电动剪刀的基本结构,以此来促进果树修剪器械的发展。主要研究内容包括:
  (1)论文通过分析目前国内外常用各类修剪器械的优缺点,明确了电动修剪器械具有体积小、重量轻、携带方便、维护简单的优势。同时利用电子万能力学试验机对直径5~20mm的苹果树树枝进行剪切力试验,确定以600N剪切力作为剪刀设计的力学参数。
  (2)选用滑切剪结构,分析了滑切剪的工作过程,建立了滑切角和消耗功之间的关系图,从而确定最佳滑切角度应当选择在40°~55°之间,并推导出等滑切角的曲线方程,利用MATLAB绘制了角度与动刀刀刃曲线的关系图,设计了动刀的外形。在SolidWorks三维建模软件上建立了滑切剪的三维模型,用有限元分析软件对所建模型进行了优化分析。
  (3)设计了以圆柱齿轮+蜗轮蜗杆的传动机构,将确定的剪切力通过力的传动折算出电机轴上的转矩,以此确定电机的功率。选定永磁直流行星减速电机作为动力源驱动剪刀工作。控制系统由STM32微处理器、L298驱动模块和上下位控制开关等组成。根据电动机的输出功率,计算了供电电池的容量。编制了控制软件,实验室模拟实现了基本控制功能与动作过程。
[硕士论文] 陈红艳
测绘科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:当森林遭受病虫害后,若没有得到有效的控制,病原菌很可能会大量繁殖、扩散,然后成为巨大的侵染源,进一步对森林造成无法估计的破坏,所以准确、及时的监测林业病虫害是防治病虫害的关键。但是传统的监测方法一般是由林业技术人员通过人工地面抽样调查,费时费力且信息不能及时的反映病虫害的发生情况,已经不能满足林业病虫害监测的需要,而遥感具有宏观性、获取信息快、重复周期短和成本低等优点,恰恰可以弥补人工调查的不足。本文以阿坝州理县、茂县为研究区,以美国陆地卫星8号星(Landsat OLI8)和林业地面调查数据等为研究数据,对林业典型病虫害(云杉落针病、松赤枯病)进行遥感监测。
  本研究主要内容包括:⑴首先提取研究区研究树种的空间分布信息,避免其他地物对监测结果造成影响。然后,根据研究区的具体情况选择时间序列模型,即利用不同时相(灾前和灾后)的两期研究区影像,结合地面调查点数据建立病虫害受害程度与NDVI变化率之间的一元回归模型,模型相关系数R=0.860,R2=0.740,模型精度82.61%,基本满足研究的要求。根据建立的模型,对整个研究区进行病虫害监测和分析,并利用地面调查受害情况数据进行对比分析,结果表明监测结果与地面实际调查情况在空间分布和受害情况都具有很好的一致性,该模型可以应用到研究区的病虫害监测中。⑵根据林业病原菌的生命活动规律,以理县云杉落针病为例,选择了年平均风速、年日照时数、年平均温度、年平均相对湿度和年总降雨量5个气象因子与云杉落针病的受害面积进行逐步回归分析,结果表明:年平均温度和年平均风速对云杉落针病发生影响很大,并利用这两个影响因子建立回归模型,可以对云杉受害面积进行预估计;利用典范趋势分析(CCA)对云杉落针病与林分、土壤以及地形因子进行综合分析,结果表明:种植在土地灰化土区域,海拔越低,土层越薄,受害程度越严重的分布趋势的一般规律。这些影响因子能够揭示病虫害的一般发生规律,对于指导病虫害防治工作具有重要的参考价值,为有效控制病虫害提供理论依据。
[硕士论文] 梁祖琴
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:冠层间隙率是在某一天顶角方向一束光穿过冠层而未被拦截的概率。聚集度指数表征冠层的空间分布集聚情况,描述冠层元素的真实空间分布与随机分布的偏离程度。间隙率和聚集度指数是两个重要的冠层结构参数,可用于相关参数的反演和校正。地基激光雷达技术具有非接触式、高精度、抗干扰能力强等优点,能够为冠层结构参数反演提供有效的技术支持。本文以电子科技大学校园内的玉兰树样方为研究对象,基于地基激光雷达数据,提出了冠层间隙率和聚集度指数反演的新方法,并实现了冠层间隙率和聚集度指数的提取以及冠层聚集情况的研究。
  本研究主要内容包括:⑴实验设计与数据预处理:基于地基激光雷达技术和数字半球摄影技术,设计实验方案,分别利用Leica ScanStation C10扫描仪和配备鱼眼镜头的数码相机获取同一玉兰树样方的三维点云数据和数字半球图像,并对点云数据进行配准、去噪等预处理,对半球图像进行分类等预处理。⑵间隙率反演:通过构建三维体元模型、转换坐标系统、半球面投影等过程,建立基于地面高分辨率激光点云数据提取林木冠层间隙率的新方法;基于数字半球摄影技术,对同一研究对象的数字半球图像进行冠层间隙率的提取,并将其研究结果作为对比对象。结果发现,不同体元大小情况下得到的间隙率与从半球图像中提取的间隙率在变化趋势上大致是一致的。当讨论的天顶角范围越小时,利用地基激光雷达数据和数字半球图像得到的间隙率越接近。对于某一确定的天顶角和方位角,体元越小,间隙率越大,反之亦然。⑶聚集度指数反演:以玉兰树冠层点云数据为研究对象,一方面,基于冠层间隙率的对数平均数方法进行聚集度指数的反演;另一方面,结合种群的空间分布型特征,基于SMI(Standardized Morisita's Index)模型研究冠层的聚集情况。基于数字半球摄影技术,利用数字半球图像进行了聚集度指数反演,并将其研究结果作为对比对象。结果表明,不同体元大小情况下得到的各天顶角的聚集度指数与利用半球图像得到的聚集度指数在变化趋势上大致是一致的。对于某一确定的天顶角,体元越小,聚集度指数越大,反之亦然。研究得到的聚集度指数均小于1,SMI均大于0,两个参数均表明了冠层呈聚集分布。
[硕士论文] 李慧敏
测绘科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:PolInSAR技术对植被几何形态和高程变化较为敏感,因而在森林垂直参数提取上具有一定的优势。目前,国内外利用PolInSAR对树高反演的研究主要集中在地理条件较为平坦的地区,高原斜坡地区的树高提取仍然依赖于激光雷达数据和大规模森林资源清查,前者应用范围较小,而后者难以实施。本研究的创新点在于,提出一种基于相干系数权重的树高提取方法,并将该方法应用于地理条件复杂多变的高原斜坡地区,用易获取的遥感数据反演此类区域的植被高度,并进行分析和验证。
  本研究主要内容包括:⑴通过实地测量和数据整理,分别获取到位于中国四川北部若尔盖县内10个30m×30m样方的树木高度、经纬度、海拔高度和优势树种。将两种传统的双极化 SAR数据树高反演方法应用到研究区域内。相位转高程法:由于该方法在处理过程中存在两次对高程值不可避免的放大,与实测树高进行对比,反演结果Hh是对实测值的高估。干涉相位差法:由于该方法依赖雷达波束照射到树木冠层的位置(实际场景中,此位置往往位于冠层中下部),反演结果H?是对实测值的低估。因此,考虑令上述两种方法的反演结果互为补偿,通过其含参的线性组合,构成树高反演模型,使反演结果接近实测树高。⑵相干系数直接决定干涉质量的好坏和反演值接近真实值的程度,因此,提出一种基于相干系数权重的树高反演方法,将相干系数权重作为组合参数,得到Hh和H的线性反演模型。对此方法进行分析和验证,发现研究区域内10个样方中,样方1、3、5至10的反演结果分别为16.6 m、23.0 m、21.7 m、36.3 m、23.9 m、13.7 m、27.9 m和20.1 m,绝对误差分别为13%、17%、36%、32%、12%、29%、22%和12%,和传统方法相比,精度得到较大提升。⑶结合坡度和植被类型,对反演结果进行分析。样方2和样方4由于位于坡度为50.33°和39.49°坡面上,发生透视收缩,因此反演结果偏大,误差绝对值为57%和127%,说明该方法只适用于坡度较小(0°至30°)的区域。根据实地测量,样方6所在区域为阔叶植被,而其他样方为针叶植被。结合树高反演结果,说明该方法反演阔叶植被的绝对误差为32%,反演效果比针叶植被稍差(平均绝对误差19%)。因此,在应用基于相干系数权重的树高反演方法提取高原斜坡地区植被高度时,对研究区域进行坡度范围的掩膜处理和树种分类能够提升反演效果。
[硕士论文] 袁太平
机械工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:为解决和弥补在开阔区域发生火灾时和灾后次生灾害监测过程中,传统感温、感烟等监测手段和方法所存在的局限性,本文设计研制了一套基于四旋翼飞行器平台的火灾以及次生灾害监测的飞行装置。本文在分析火灾及次生灾害监测的现状、研究热点的基础上,首先搭建了多轴飞行平台,设计了飞行控制器,其次对飞行器模型进行了仿真,设计了火灾中温度和烟雾浓度的检测方法和过程,最后利用无线射频模块将监测信号发送到地面站,实现了对火灾及次生灾害的远距离实时监测。
  全文研究的主要内容和成果包括:
  (1)通过分析传统火灾及次生灾害监测手段的局限性,确立了以多轴飞行器为平台,建立了四旋翼飞行器的数学模型,设计了PID控制器和模糊PID控制器,在MATLAB环境下对控制模型进行了仿真,基于APM2.6飞控板搭建出了原型多轴飞行监测平台。
  (2)为获取灾害环境下的温度值和烟雾浓度,监测装置设置了传感器检测模块。在无明火的情况下,通过对温度值和烟雾浓度值的分析,判断暗火复燃的可能性。选用单片机ATMEGA2560搭建了灾害现场检测模块,编写信号检测模块子程序,在样机中调试运行。
  (3)为将传感器信号无线传输至地面站,设计了一套以nRF905无线射频芯片为核心的无线收发模块;设计了传感器信号显示模块;编写了各模块子程序并调试运行。
  (4)本文设计了火灾现场模拟实验,实验验证了监测飞行装置的有效性。通过对实验数据的分析,设定了暗火复燃时的温度值和烟雾浓度临界值,为预防次生灾害的发生提供了依据。
  在人为控制下,该系统能实现对火灾现场多个位置点的监测,通过对传输的画面,显示的温度值和烟雾浓度的分析,判定火灾救援的安全性和暗火复燃的可能性,从而有益于减小开阔区域火灾救援中生命财产的损失。
[硕士论文] 苏练
测绘科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:森林结构参数是刻画森林生长、评价生态功能的重要指标,常用的森林结构参数有树高、冠幅、胸径、LAI和LAD等,这些参数为森林资源管理以及制定全球气候变化减缓政策提供了可靠的支撑和依据。机载激光雷达系统不仅可以精确、快速的获取地球表面几何信息、回波地物的辐射信息,而且还具有很强的穿透森林植被的能力,它为森林结构参数的提取以及森林生态系统功能参数的反演提供了全新的技术手段支持。
  本研究主要内容包括:⑴提出了一种全新的,在三维空间上根据单棵树冠层内的激光点云以及相邻树与树之间的冠层激光点云,存在的不同的聚类关系进行单木分割的算法。并用实测数据对该算法下实现的单木分割结果进行了验证,验证结果的绝对系数大于0.7。⑵使用单木分割算法分割出来的单木点云数据,并根据冠层在二维空间中的分布形状,改进了一种的估计单木树高的算法----抛物线拟合法,结果表明该方法比普通方法在绝对系数上提高了0.076,均方根误差降低了0.43米;根据激光穿透指数LPI反演了叶面积指数LAI;利用高斯函数反映了LAD随高度的变化情况。⑶根据机载激光雷达数据在森林应用中的实际需求,并遵守相应的设计原则,设计和开发了用于机载激光雷达数据管理、三维显示、数字模型构建和森林结构参数反演的系统ALiDAR_ForForest。⑷以内蒙古额尔古纳市的上库力农场农林交错地带为实验区,对ALiDAR_ForForest系统进行了测试与实际应用:在该系统中,实现了对 las1.0、las1.1、las1.3等点云数据格式的解析;使用DirectX技术实现了激光点云数据的缩放、旋转、平移、视图切换等三维显示;使用空间插值算法创建了测绘中常用的DEM和DSM,以及森林中常用的冠层高度模型CHM;为了分割冠层与灌丛,提出了林灌分割算法;为了观察单木冠层的分布状况,模拟了单木叶片三维分布;以及实现了单木分割和森林结构参数反演等。
[硕士论文] 王洪财
通信与信息系统 哈尔滨理工大学 2017(学位年度)
摘要:本课题从阐述森林火灾危害的严重性和实施森林火灾监控的重要意义开始,对国内外森林火灾监控现状做了调查,调查发现传统的森林火灾监控中存在的不足之处,继而设计一套系统:利用红外热成像技术的优点来弥补传统的森林火灾监控中的不足。
  针对基于红外热成像技术的森林防火监控系统的三大模块,系统相关理论进行研究,对火灾监控系统硬件模块和软件模块进行设计。
  首先,针对系统相关理论中红外热成像技术的优缺点及本监控系统的可行性和现实意义进行分析。重点对红外热成像技术的工作原理、红外探测器的光电转换原理、红外图象处理技术进行探讨与研究。
  其次,在火灾监控系统模块中,给出了火灾监控系统方案,并对实时红外信号处理平台的方案做了详细的研究。针对红外热图像在网络传输中存在占用网络带宽大,实时性差,图像效果不理想,无法达到实时性要求等问题,本文采用无线网络实时视频数据采集与传输技术方案加以解决。
  在森林火灾监控系统软件模块中,针对PC端视频获取、编码、传输不流畅,达不到要求等问题,本文采用H.264制式图像压缩编码技术,实现对红外图像的压缩;采用实时传输协议RTP,实现红外热图像流在网络上的传输。
  最后,一套完善的森林火灾监控系统设计完成后,多次实验研究表明:将红外热成像技术应用于森林防火监控中,可以提早发现隐形的火灾隐患,消除隐患,达到避免火灾发生的目的。
[硕士论文] 李静
测绘科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:云杉和松类(油松、华山松)是阿坝州理县和茂县的林业优势树种,云杉的落针病以及松类的赤枯病是它们的主要病害,在当地的发生情况较为严重,对理县和茂县的生态建设与林业可持续发展有很大的负面影响。
  本研究主要内容包括:⑴为了能对阿坝州理县、茂县的云杉和松类病害发生规律进行研究,本文利用ArcGIS等工具将阿坝州理县和茂县2014年度云杉和松类病害的遥感监测结果与研究区地理国情普查数据进行叠加相交,并结合当地林业部门提供的林保图层数据,分析了影响该地区云杉和松类病害发生的主要因子,如地形、林分结构,土壤类型和人为活动等。⑵为了能够及时掌握研究区云杉和松类病害变化的规律,对未来几年云杉和松类病害的发生面积以及变化趋势作出合理的预测,本文利用马尔科夫链(Markov)等数理统计方法,结合2003-2014年理县云杉和松类病害发生的历史数据来预测和验证2015年云杉和松类病害的发生程度。⑶由于云杉落针病和松类赤枯病皆是由真菌引起的病害,受气象因素的影响巨大,分别采用主成分回归分析法和逐步回归分析法利用温度、降水等气象因子对2014-2015年理县云杉和松类病害的发生面积进行预测,建立出相应的预测模型,并选择精度较高的模型作为最终的病害发生面积预测模型。实验表明,阿坝州理县、茂县的云杉和松类病害主要发生在人工林,受当地5-7月的温度、湿度、降雨量的影响巨大,与海拔、坡向等地形因子,龄组、郁闭度等林分因子,以及道路与水系、土壤类型等环境因子也有重要关系。通过马尔科夫链模型预测出2015年理县云杉和松类病害发生程度较为严重,同时在相关性分析的基础上,基于回归分析分别建立了理县云杉和松类病害发生面积的预测模型,得到了2014年、2015年理县云杉和松类病害发生面积的预测值,预测精度均在80%以上,具有较好的预测效果。
[硕士论文] 罗雪莲
测绘科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:森林树高是计算森林碳汇的一个重要参数,为了提高大面积森林树高的提取精度,合成孔径雷达(SAR)在森林树高反演中的作用愈发凸显。本文根据合成孔径雷达数据特点、干涉SAR和极化干涉SAR的测量原理,研究基于单极化、双极化和全极化数据的一系列树高反演算法并进行算法改进,用 ALOS-PALSAR数据和仿真SAR数据分别进行算法有效性验证。
  本研究主要内容包括:⑴建立ALOS-PALSAR的HV极化通道的后向散射系数与若尔盖原始森林实测高度、胸径之间的经验模型,发现呈负对数关系且相关性低,证明用单基线的后向散射系数回归模型不适用于地形复杂的高山区域森林树高估计。⑵利用HH和HV极化通道的干涉相位之差提取若尔盖森林树高,反演结果严重低估,由此提出利用相干系数的sinc函数进行补偿,但算法仍然有局限性,补偿系数和相干系数的双重作用可能导致估计结果偏高。针对目前广泛使用的全极化干涉随机散射模型(Random Volume over Ground, RVoG)反演算法,提出相干幅度和相位最优化的三阶段改进反演算法,通过提高体散射复相干系数的估计精度使得树高反演更准确,仿真实验获得低于10%的误差。⑶将双极化数据应用于该算法中进行探讨和改进。仿真实验得到的平均树高比全极化数据条件下提取的树高仅低9.5%,为提高双极化数据条件下的树高反演精度提供新的思路。⑷为校正地形坡度对树高反演精度的影响,提出基于随机散射模型的坡度校正算法,仿真实验证明在面对雷达视线方向的一定坡度范围内,该校正算法成功纠正了地形坡度引起的树高反演误差,应用于双极化数据提取若尔盖森林高度中,也得到相应的验证。
[硕士论文] 宋仁飞
森林经理学 中南林业科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着高光谱技术的不断发展,高光谱遥感在树种识别方面的应用越来越广泛。传统遥感只能识别植被、水体、裸地等差异较大的地类,无法满足乔木树种的精细识别要求。高光谱数据具有光谱分辨率高、波段数目多、数据量庞大的显著特点,为乔木树种的精细分类与识别提供了可能。
  乔木树种的分类一直是林业遥感监测研究的一个技术难点,为寻找便于识别乔木树种高光谱数据的最佳监测窗口。本文以黄丰桥国有林场为主要研究区,以杉木、马褂木、马尾松和樟树为研究对象,以JM(Jeffreys-Matusita)距离和变换离散度为最佳监测波段的筛选算法,然后使用马氏距离判别法对计算所得的最佳波段窗口进行验证,从而确定最佳波段区间的范围。此外,利用MATLAB软件GUI界面构建框架,结合开发组件与高光谱数据处理算法,开发相应的数据处理软件,实现对高光谱数据的一键式处理,快速、高效的得出最佳监测波段窗口。
  本文历时2年多,对杉木、马褂木、马尾松和樟树进行定点定期观测,共采集数据2000多条,利用以上观测数据,进行高光谱数据的预处理、相关性分析和相对辐射校正,然后使用JM距离算法和变换离散度算法计算树种之间在所有光谱区间(340nm~2500nm)上的区分距离值,以大于等于1.9的波段区间为最佳监测窗口,再用马氏距离判别法对得到的最佳波段窗口进行验证和精度评价,最终确定乔木树种遥感监测的最佳波段窗口。为快速、高效处理高光谱数据提供一定的参考,为乔木树种遥感监测提供最佳的波段窗口。主要研究结果有:
  (1)对于实测乔木树种地面高光谱数据最佳监测波段的选择,研究得到高光谱数据滤波、相关性分析、相对辐射校正等比较成熟有效的高光谱数据预处理方法。
  (2)对于实测乔木树种地面高光谱数据最佳监测波段的选择,研究得出JM距离算法作为乔木树种遥感监测波段筛选算法比较理想。
  (3)研究得出乔木树种遥感监测最佳波段窗口为:杉木与马褂木为1572~1591nm;杉木与马尾松为993~1013nm;杉木与樟树为2139~2159nm;马褂木与马尾松为729~742nm,1601~1606nm;马褂木与樟树为1710~1729nm;马尾松与樟树为1596~1625nm。
  (4)研发了一套一键式、快速管理与分析高光谱数据的数据处理系统。通过可视化界面,实现研究人员对数据的快速、高效处理,以及数据对人的及时响应,形成人与数据之间的直接价值连接,将数据存储管理与数据处理分析集成到一起。使得系统可以完成高光谱数据的管理与存储,又能完成对高光谱数据的深入处理和分析,形成一个数据管理与分析处理的一体化平台。
[硕士论文] 祝强
机械工程 中南林业科技大学 2017(学位年度)
摘要:在林地作业,地形环境复杂、坡度较大,地面土壤软硬度差异大且植被茂盛,使得作业机械的行驶空间变得狭小。为适应南方林地作业环境,需要一款操作灵巧、转弯半径小、结构紧凑且越障能力强的作业平台。
  履带底盘作为行驶平台有着良好的全地形通过能力和稳定性,能够适应丘陵地区的作业环境,为了发挥这一优势,设计出一款针对林地作业的履带底盘。动力传动系统作为履带底盘的核心部分直接决定了其能否达到主要性能指标,在此前提下,本文主要开展动力传动系统参数匹配与优化的研究,并结合CRUISE软件进行仿真。主要研究内容如下:
  1、根据林地履带底盘使用环境与性能要求提出其动力传动系统的组成形式和整体布置方式,并就底盘对性能的需求进行分析,结合分析结果对动力传动系统各个部件的进行选型与参数设计。
  2、针对整车动力传动系统的各个主要部件建立数学模型,提出履带车辆在CRUISE软件中建模的方法,并利用CRUISE软件建立履带底盘的结构模型。
  3、明确履带底盘动力性和经济性的评价指标,采用CRUISE软件对履带底盘的主要性能指标进行仿真,结合性能仿真结果确定动力传动系统的匹配良好度。
  4、在确定发动机型号的情况下,对传动系统的参数进行优化。将驱动功率损失率与百公里燃油消耗量作为动力性和经济性目标进行优化。利用CRUISE软件中的DOE试验设计功能开展传动系统参数匹配的研究,在多种匹配结果中得到较优的匹配方案。
  5、将动力传动系统匹配的结果应用于实际方案中,试制出履带底盘样机并开展实地验证工作。通过仿真结果分析,验证优化匹配后履带底盘的动力性和经济性能否满足性能设计要求。
[硕士论文] 孙亮
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:剧烈地冲击碰撞使得很多机电类产品在其使用寿命内呈现失效的状态。跌落冲击所引发的毁伤也是园林修枝机的主要失效形式。当前,电动园林修枝工具产品的设计开发一般遵从“产品原始设计-制造样机-跌落试验-产品优化设计”的传统模式,这会耗费大量的人力物力成本,已越来越不适合小机电,特别是产品个性化、结构复杂的电动园林修枝器具的市场要求。因此,研究经济实用且准确高效的修枝机产品设计开发模式,建立预测修枝机抗冲击性能的新方法和设计合理的缓冲防护复合材料结构成为亟需解决的热点问题。
  本文以宁波市产业技术创新重大专项(2015B11031)——“高效长寿命低噪音刀片切割系统的研发及产业化应用”和山西省山西省自然科学基金(201601D102035)——“泡沫铝-聚氨酯复合结构缓冲吸能特性及机理研究”为支撑,对某型号园林修枝机的跌落冲击响应开展研究。
  本文从跌落冲击理论及动力学分析方法,园林修枝机跌落仿真与跌落试验,修枝机结构优化设计,BP神经网络预测模型建立和缓冲防护复合材料结构设计等几个方面进行了深度探究。
  针对内部结构复杂的园林修枝机在跌落冲击动态过程中存在的不确定性,运用Hypermesh和ANSYS/LS-DYNA联合仿真技术,对修枝机在水平跌落和竖直侧向跌落两种极限工况下的跌落过程进行有限元仿真分析。然后在同样的工况下,对修枝机进行现场跌落试验。对比分析园林修枝机跌落仿真和跌落试验的结果,寻找到园林修枝机受到跌落冲击后影响修枝机使用寿命的易损部件。
  然后在Hypermesh中对园林修枝机发生跌落冲击后的易损部件进行结构优化设计,并通过有限元仿真验证改进结构是否符合要求。利用跌落仿真和跌落试验相结合的方法可更好地探究修枝机在发生跌落时的冲击应力响应规律,为其结构优化提供科学依据,从而设计了满足使用需求的修枝机结构。
  利用改进前的符合修枝机跌落实际情况的修枝机跌落仿真参数化模型,得到修枝机在不同工况下跌落后主要部件(齿轮箱和旋转管)的最大冲击应力样本数据共20组,用于神经网络的训练与验证。通过建立跌落高度、跌落角度、地面材质与主要部件最大冲击应力值之间的BP神经网络模型,运用有限元仿真技术和神经网络相结合的方法,预测不同跌落冲击状态下园林修枝机的主要部件跌落冲击最大应力值,为园林修枝机耐撞性测试与可靠度评估提供新的参考,弥补跌落仿真时间过长的缺憾。
  最后,结合冲击试验和有限元仿真两种方法,设计了性能更优的缓冲防护复合材料结构,可将其广泛地应用于产品的运输包装中,以避免修枝机等产品在运输、堆码等过程所造成的跌落冲击中发生破坏。
[硕士论文] 詹琪
计算机应用技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:森林火灾是一种破坏性极强的自然灾害,全世界每年有数十万次的森林火灾发生,严重危害着地球的生态资源和人类的生存发展。因此森林火灾的监测预警技术,已经成为当今世界各国都十分关注的研究课题。
  随着科学技术的快速发展,各种新兴的技术手段,如卫星遥感、智能传感器、无人机、红外探测等技术正逐渐应用于森林火灾的监测预警领域,传统的人工巡逻、瞭望塔监测的手段也迎来了革命性的改变,这其中一种新的基于视频监控图像处理和模式识别技术的火灾监测预警方法由于其适用范围广、经济性强的特点,正受到越来越多研究学者的关注。本文的课题就是研究基于视频监控图像的森林火灾自动监测识别技术及软件系统,目的是实现已经安装在林区的视频监控硬件系统与森林火灾自动识别软件系统的结合,从而辅助或替代人工监测方式,实现全天候林火自动监测预警功能,具有一定的创新性和实用意义。
  本文主要从三个方面阐述了课题的研究内容:一是先对森林火灾监测预警技术发展现状进行了研究分析、比较,而后对森林火灾的图像特性以及图像处理和模式识别的理论技术基础进行了概述;二是对本课题研究的林火图像自动监测识别系统进行功能需求分析和结构设计,提出通过图像预处理、运动目标检测、图像特征提取、识别分类的模块化设计技术路线,并改进识别分类部分,变为烟雾和火焰双模块的分类器,从而满足全天候监测的需求。之后在系统各模块的技术选型中,首先使用中值滤波和灰度处理方法进行图像降噪、数据压缩的预处理;其次运用混合高斯背景模型及差分检测技术进行监控图像中运动目标的检测;再对检测到的目标图像提取颜色矩、能量、熵、逆差矩、圆形度等多维特征融合为归一化的特征向量;最后使用支持向量机(SVM)的二分类器进行识别判决,并按这一技术思路,实现了本系统的总体技术方案设计。三是根据系统的技术方案和原理,进行各模块技术实现算法的研究和改进,并通过Matlab进行实验仿真和功能测试。
  最终通过实验,本系统实现了对样本视频图像的预处理、运动目标检测分割、特征提取和识别的基本功能,通过算法的优化,一定程度上降低了运算的复杂度,提高了系统的效率和准确性,进一步验证了本课题系统研究和设计的可行性。
[硕士论文] 邹琪
林业信息工程 中南林业科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着全球气候变暖的影响,碳循环成为全球气候变化研究的热点,森林是陆地生态系统中最大的碳库,在全球碳循环中具有极其重要的作用。而被称为“城市之肺”的城市森林是城市生态系统碳循环中的一个重要贮存库,因此,研究城市森林碳储量的空间分布特征具有极其重要的意义。随着遥感技术在精准林业当中的运用,利用国内外多种遥感数据源反演森林碳储量,尤其是建立高精度的城市森林碳储量估算模型已经成为有效、快捷的方法。
  本文以深圳市为研究区,以2014年Landsat8和GF-1遥感数据为数据源,采用分层随机抽样的方式布设168个样地,结合外业样地数据,分别基于两种遥感影像提取了55个建模因子,其中包括各种植被指数、纹理信息因子以及地形因子作为自变量,通过碳储量与各因子之间的相关性分析后筛选合适变量,分别基于Landsat8和GF-1遥感数据构建了偏最小二乘回归模型、Radical BasisFunction(RBF)径向基函数神经网络模型和Random Forest随机森林模型,进而估算该地区的森林碳储量,并得到研究区森林碳储量空间分布图。通过多个模型的建立与分析,对进一步分析森林碳储量遥感获取更高精度的模型提供了确切依据。主要研究内容与结果如下:
  (1)建立了Landsat8的深圳市碳储量遥感最佳反演模型。基于Landsat8遥感影像建立的三种碳储量反演模型中,RBF神经网络模型拟合效果最优,模型的拟合决定系数R2为0.972,随机森林模型预测精度最高,预测均方根误差为9.541(t/hm2),偏最小二乘回归模型的拟合和预测精度均最低,模型拟合的决定系数R2分别0.438,预测均方根误差为12.871(t/hm2)。
  (2)建立了GF-1的深圳市碳储量遥感最佳反演模型。基于GF-1遥感影像建立的三种碳储量反演模型拟合和预测精度变化与Landsat8呈现相同的规律,其中随机森林模型预测精度最高,预测均方根误差为7.221(t/hm2),适合应用于城市区域的碳储量估算;RBF神经网络模型拟合效果最优,模型的拟合决定系数R2为和0.974,偏最小二乘回归模型的拟合和预测精度均最低,模型拟合的决定系数R2为0.667,预测均方根误差为10.410(t/hm2)。
  (3)基于Landsat8的深圳市碳储量空间分布与分析。三种模型估算结果所反映的深圳市植被碳储量空间分布趋势基本一致,植被覆盖度越高的地方,碳储量越大。东南沿海森林分布较广的地区碳储量大,中西部城市经济开发区碳储量小,与深圳市森林分布基本一致,说明碳储量与森林面积相关,可以通过扩大城市生态林面积,来提高城市的森林碳汇功能,对城市生态系统碳循环研究和城市生态建设规划具有重要意义。
  (4)基于GF-1的深圳市碳储量空间分布与分析。空间分布特征与基于Landsat8建立的三种模型的估算结果所反映的一致,但这三种模型估算的碳储量值大小和等级分布存在差异,偏最小二乘回归模型总体估算值最低,碳储量估计结果集中分布在0-60(t/hm2)范围内,且估算结果中有负值出现,负值主要分布于中部建筑用地密集且植被覆盖较少或无植被覆盖处。
  (5) Landsat8和GF-1遥感影像反演碳储量的结果比较。GF-1遥感影像的三种模型拟合决定系数R2均高于Landsat8,拟合效果更优,均方根误差分别比Landsat8低1.461(t/hm2)、1.140(t/hm2)和2.320(t/hm2),表明GF-1遥感影像在反演城市森林碳储量的应用上优于Landsat8影像。所以,GF-1遥感影像可以在城市森林碳汇定量遥感监测中应用。
[硕士论文] 徐海舟
森林保护学 中南林业科技大学 2017(学位年度)
摘要:本研究通过建立叶部主要病害胁迫下降香黄檀病情指数的高光谱反演模型,探讨了利用高光谱遥感监测降香黄檀叶部主要病害的方法,为降香黄檀林叶部主要病害病情严重度的快速诊断提供参考依据,并为今后航空、航天遥感实现快速、及时、大面积监测奠定理论基础。使用美国SVC公司生产的HR-1024 i非成像高光谱仪器,对叶部主要病害胁迫下的降香黄檀病情指数(DI)与原始光谱反射率、一阶微分光谱反射率、高光谱特征参数做相关性分析,筛选敏感波段并训练BP神经网络。通过相关系数r、F检验值、拟合R2、预测R2、均方根误差(RMSE)等指标对反演模型进行综合评价,结果如下:
  (1)叶部主要病害胁迫下病情指数的高光谱反演模型:研究发现黑痣病胁迫下降香黄檀病情指数反演模型的拟合R2、预测R2均通过极显著性检验,均方根误差在6.1612~9.3306之间。其中,FD722.8为自变量的抛物线模型精度最高,对应的拟合R2、预测R2和均方根误差分别为0.981、0.991、6.3325;炭疽病胁迫下降香黄檀病情指数反演模型的拟合R2、预测R2均通过极显著性检验,均方根误差在8.2516~9.9180之间。其中,FD718.8为自变量的一元三次函数模型精度最高,该模型对应的拟合R2、预测R2和均方根误差分别为0.981、0.819、9.9180。可见,自变量FD722.8的抛物线模型、FD718.8的一元三次函数模型最佳模型。
  (2)基于地面高光谱遥感的降香黄檀叶部主要病害病情指数反演:研究发现黑痣病胁迫下敏感波段、PCA降维后的敏感波段作为输入变量,得到的决定系数(R2)分别为0.9126、0.8413,均方根误差分别为6.7236、12.8727;炭疽病胁迫下敏感波段、PCA降维后的敏感波段作为输入变量,得到的决定系数分别为0.8728、0.6939,均方根误差分别为6.9330、19.4884。可见,以敏感波段、经过PCA降维后的敏感波段,作为输入变量训练BP神经网络,是一种有效的方法,并且预测效果很好,直接以敏感波段作为输入变量精度更高。
[硕士论文] 陈超
林学 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:森林火灾严重威胁着森林安全,是林业最严重的灾害,常常将森林资源毁灭殆尽,过火林地失去更新能力,森林生态服务功能下降,局部生态环境失去平衡。近年来,随着林业重点工程的实施,陕西森林面积不断扩大,历史上,陕西就是我国森林火灾易发省份,从建国初到2000年平均每年发生森林火灾400次左右,受害森林面积5000hm2,森林受害率达1.2‰到“十二五”期间,平均每年发生森林火灾52次左右,受害森林面积95.5hm2,森林受害率0.0125‰,陕西森林防火工作虽取得了一定的成绩,但防火任务依然艰巨,因此,研究并建设一套适合陕西森林防火实际的信息指挥系统具有重要的现实意义。
  本文通过研究分析国内外森林防火趋势和现状,结合陕西省森林防火信息指挥工作需求和经济社会发展的长期规划,对陕西省森林防火信息指挥系统进行了研究与建设,主要针对陕西森林防火指挥系统硬件平台进行了搭建和软件进行了开发,主要包括网络及物理支撑平台建设、数据中心设计、安全系统设计、指挥室建设设计、机房及配套工程设计、信息资源和数据库设计、地理信息及管理信息系统设计和门户网站及OA设计等方面。
  文章系统的阐述了通过系统硬件平台搭建、数据库建立、数据共享与交换和地理信息及管理信息系统协同配合,实时收集监测林区基础地理信息、监测点数据等信息对森林火灾提前识别、预警、定位,并通过各级服务器与互联网互通,提高系统的高效性、稳定性和快速准确性,为陕西森林防火决策提供翔实可靠的数据支持,对有效保护陕西及周边森林资源,改善区域生态环境,促进社会经济的可持续发展具有重要的作用。
[硕士论文] 潘体湃
机械工程 江苏大学 2016(学位年度)
摘要:随着经济的快速发展,相关产业对木材的需求量日益加大,虽然我们已经对一些废弃木材进行加工再利用,但这些产量仍无法够满足人们对木材的需求,人们开始寻求对圆木进行开发和利用,削片机是开发利用圆木的重要设备,目前,最大直径500mm的削片机的相关技术和产品严重缺乏。
  Φ500mm圆木不但质量较重,人工喂料难度较大,而且削片的质量难以控制,加工效率低下。为此,本课题在盘式削片机的基础上,结合鼓式削片机的强制性送料机构,对Φ500mm圆木强制性送料盘式削片机进行创始设计。
  获得Φ500mm圆木盘式削片机设计的新方案,确定整个削片机的各个主要功能的具体参数以及其设备的框架结构,并根据圆木加工过程的受力情况,对刀具、刀盘、轴、强制送料系统等进行受力分析,并对其主要零部件进行分析计算和校核,例如主轴强度、功率和生产率计算等。
  最后运用abaqus有限元分析软件对盘式削片机的主要部件进行静力学分析,例如对主轴、刀具、刀盘、轴承座等零件固有特性分析,验证设计是否合理,如果不合理,根据分析结果,修改三维参数模型,继续分析直到结构合理为止。
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