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遥感学报 2020年第5期24卷 559-570页

作者：饶月明王川黄华国北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室北京100083

森林火灾既严重影响森林生态系统的稳定,还威胁到人类生命财产安全。传统监测森林火灾方法,覆盖范围小,难以及时监测小面积火灾。遥感卫星能大范围精确监测火情,提高了监测方法的时效性,但使用单一卫星数据源很容易受到云雨等客观环境... 详细信息

森林火灾既严重影响森林生态系统的稳定,还威胁到人类生命财产安全。传统监测森林火灾方法,覆盖范围小,难以及时监测小面积火灾。遥感卫星能大范围精确监测火情,提高了监测方法的时效性,但使用单一卫星数据源很容易受到云雨等客观环境因素影响,降低监测的时效性。本文以四川木里藏族自治县"330森林火灾"区域为对象,开展多源卫星遥感数据对小范围火灾联合监测的研究。首先,充分挖掘高分四号高时空分辨率和中红外火烧敏感波段优势,联合烟幕、温度和植被指数时序变化确定火烧时间与位置;然后,使用Sentinel-2数据监测不同火烧区域光谱信息;接着,使用Sentinel-2数据提取dNBR(differenced Normalized Burn Ratio),提出了基于最大类间方差算法(OTSU)分步骤确定不同程度火烧迹地与面积的方法;最后,建立Sentinel-1A极化比值PR (Polarization Ratio)和NDVI之间关系,利用微波雷达突破云雨限制。结果表明:(1)高分四号联合IRS(InfraRed Scanner)和PMS(Panchromatic Multispectral Sensor)能够实时监测小范围火灾;(2)根据火点位置,确定火灾蔓延期间NDVI下降(由0.7降低至0.25),确定起火时间(3月30日);(3)火灾区域与未受灾区,以及不同类型火烧迹地之间的光谱在490-2200 nm范围存在差异;(4)基于OTSU算法自动确定阈值,确定林地损失面积41.56公顷(dNBR=0.35),精度达94.67%,提取林地过火未损失面积66.56公顷(dNBR=0.10),精度达90.94%,林地损失区域基本符合实际调查结果;(5)火灾前后极化比值由6.6 dB升高至10.8 dB,NDVI与PR经线性回归,R2=0.58,验证R2=0.50。联合多源卫星监测森林火灾,能提高森林火灾监测的时效性,避免了云雨等复杂环境的影响。研究成果能为小火点的及时识别和灾害评估提供参考,其应用可为林火应急响应提供技术支撑。

关键词：森林火灾监测高分四号卫星合成孔径雷达多源遥感数据火灾蔓延

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基于混合像元分解模型的森林叶面积指数反演

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农业工程学报 2013年第13期29卷 124-129页

作者：陈丽张晓丽焦志敏北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室北京100083

在叶面积指数(LAI)遥感估算中,常用的基于统计的遥感反演方法难以处理"同物异谱,同谱异物"的难题,该文从研究地物组分物理结构着手,采用像元分解的方法建立LAI的遥感反演模型,不仅能很好的解决这个难题,而且反演方法简便可行... 详细信息

在叶面积指数(LAI)遥感估算中,常用的基于统计的遥感反演方法难以处理"同物异谱,同谱异物"的难题,该文从研究地物组分物理结构着手,采用像元分解的方法建立LAI的遥感反演模型,不仅能很好的解决这个难题,而且反演方法简便可行、具有普适性。该研究先对TM数据做最小噪声分离(MNF)并基于影像本身选择端元,经混合像元分解得到研究区植被覆盖度,再根据植被覆盖度与LAI的关系,用多次散射过程冠层模型求解迭代的方法逐步逼近准确的LAI值。最终选择植被、土壤、水体和水泥建筑4个端元,采用非限制性线性混合像元分解模型来分解影像,4个端元分解影像的平均误差为0.0028,端元质量好,分解效果较好。结果证明:混合像元分解模型和多次散射过程冠层模型相结合来反演森林叶面积指数的方法,能很好的预测森林LAI;研究区样点实测值与预测值的拟合度R2为0.8219,均方根误差RMSE为0.368,两者存在很强的相关性。该研究可为森林资源遥感定量估算提供技术支撑,为森林资源空间配置的优化调整与辅助解决方案的提出提供参考。

关键词：遥感森林估算叶面积指数混和像元分解模型多次散射

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青杄MYB转录因子基因PwMYB20的克隆及表达分析

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林业科学 2017年第5期53卷 23-32页

作者：游韩莉袁义杭李长江张凌云北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室北京100083

【目的】MYB转录因子家族是植物中最大的一类转录因子,在植物生长发育及抗逆调控网络中发挥重要作用。对青杄中MYB同源基因Pw MYB20的克隆与分析,有利于进一步探究Pw MYB20在植物生长发育及逆境响应中的功能,挖掘与利用青杄中的优质基... 详细信息

【目的】MYB转录因子家族是植物中最大的一类转录因子,在植物生长发育及抗逆调控网络中发挥重要作用。对青杄中MYB同源基因Pw MYB20的克隆与分析,有利于进一步探究Pw MYB20在植物生长发育及逆境响应中的功能,挖掘与利用青杄中的优质基因。【方法】采用RACE-PCR技术,从青杄c DNA文库中克隆得到Pw MYB20基因,并通过PCR技术克隆验证。利用Prot Param、Prot Scale、Fold Index等生物信息学软件对Pw MYB20理化性质进行分析预测。通过BLAST在线工具得到植物同源蛋白,并对其进行比对分析和进化树分析。采用实时荧光定量PCR技术分析Pw MYB20基因在不同组织中的表达性,以及干旱、低温、盐、ABA等非生物逆境胁迫处理后的表达变化。通过亚细胞定位及转录激活活性验证试验,揭示其生物学特性。【结果】通过RACE-PCR克隆得到Pw MYB20 c DNA全长966 bp,含675 bp的完整开放阅读框,编码225个氨基酸。Prot Param工具计算蛋白分子式为C1104H1740N340O330S8,分子质量为25.3 k Da,等电点为9.11;Protscale工具疏水性分析发现,Pw MYB20的疏水位点与亲水位点均匀分布,推测该蛋白为亲水蛋白;Signal P工具预测发现该蛋白没有信号肽结构域;利用Fold Index工具对蛋白质固有无序化进行分析,结果表明该蛋白固有无序化序列较多,推测在生理环境下蛋白的动态活性较大;TMHMM工具预测发现该蛋白没有跨膜结构域。通过对比分析发现Pw MYB20属于MYB家族基因,编码1个R2R3-MYB蛋白。进化树分析结果显示,青杄Pw MYB20与白云杉Pg MYB20聚为一簇。实时荧光定量PCR结果表明,Pw MYB20在种子中的表达量最高,其次是在针叶中,在花粉中的表达相对较少。Pw MYB20对干旱、4℃和ABA处理均有响应,而对Na Cl处理响应相对较弱。在干旱处理下,Pw MYB20表达量先上升后下降;4℃低温处理3 h和12 h时Pw MYB20的表达量上升,在4℃处理6 h时存在波动,呈现上升—下降—上升的趋势;Pw MYB20的表达受ABA处理持续诱导。亚细胞定位分析表明,Pw MYB20是一个主要定位于细胞核中的蛋白质。转录激活活性分析结果显示,Pw MYB20的C端存在转录激活活性,而Pw MYB20全长及其N端没有转录激活活性。【结论】青杄Pw MYB20,作为一个转录因子发挥作用,其转录激活活性位于C端;受干旱、低温和ABA诱导,普遍参与了植物应对逆境胁迫的响应过程。

关键词：青杄 MYB转录因子基因克隆胁迫响应基因表达

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基于机载CCD和ALS伪波形数据的山区地表分类研究

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农业机械学报 2020年第3期51卷 201-208页

作者：黄侃于强黄华国北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室北京100083

为利用机载激光雷达(Airborne LiDAR scanning,ALS)、结合高空间分辨率影像进行土地利用分类,提出一种利用统计高程分布曲线生成的ALS伪波形,结合点云强度信息和CCD影像RGB 3波段数据对山区复杂地表进行分类的方法,并验证了该方法对山... 详细信息

为利用机载激光雷达(Airborne LiDAR scanning,ALS)、结合高空间分辨率影像进行土地利用分类,提出一种利用统计高程分布曲线生成的ALS伪波形,结合点云强度信息和CCD影像RGB 3波段数据对山区复杂地表进行分类的方法,并验证了该方法对山区复杂地形下典型地物的分类精度。通过安徽黄山地区研究区数据分类结果与相同区域基于光学图像的GlobeLand30全球分类产品的对比,验证了该分类方法的可行性和适用性。利用伪波形结合强度信息和RGB信息生成的分类特征曲线,采用神经网络分类方法(ANN)将研究区内地物分为农田、森林、水体、村庄4类。结果表明,研究区分类总体精度达到95.22%,Kappa系数0.9192,较同一区域、同等分辨率的光学数据分类产品(总体精度79.56%,Kappa系数0.6618)精度显著提高。

关键词：地表分类 CCD影像机载激光雷达伪波形

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用机载LiDAR点云数据估测海南博鳌人工经济林单木参数

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农业工程学报 2021年第16期37卷 169-176页

作者：高凌寒张晓丽陈园园北京林业大学森林培育与保护教育部重点实验室精准林业北京市重点实验室北京100083

激光雷达是目前发展迅速的一种主动遥感技术,其发射的激光脉冲能穿透树林冠层,实现森林三维结构特征的获取。为验证机载激光扫描器提取森林单木参数的可行性,该研究以海南省博鳌机场周边人工林为研究对象,使用机载激光扫描器Mapper5000... 详细信息

激光雷达是目前发展迅速的一种主动遥感技术,其发射的激光脉冲能穿透树林冠层,实现森林三维结构特征的获取。为验证机载激光扫描器提取森林单木参数的可行性,该研究以海南省博鳌机场周边人工林为研究对象,使用机载激光扫描器Mapper5000(中国)获取的点云数据,探索对人工经济林单木参数估测的可行性。根据研究区的地形和林木结构特征,分别对槟榔和橡胶2个树种进行单木参数提取,使用K-means分层聚类对不同样地的林木进行单木分割,提取样地内单木树高、冠幅、胸径、材积和地上生物量。结果表明,2个树种的单木分割正检率均在85%以上,总体平均正检率在89.98%以上;单木树高、冠幅、胸径、材积、地上生物量估测结果的决定系数均达到0.8以上,说明该点云数据对提高森林参数估测精度有积极作用,机载激光雷达技术在森林资源精细调查中有较大的应用潜力,同时也可应用于相关果树生长情况监测,为数字果园的发展提供技术支撑。

关键词：遥感模型林业机载LiDAR 单木参数聚类算法

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面向机载高光谱数据的3D-CNN亚热带森林树种分类

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林业科学 2020年第11期56卷 97-107页

作者：赵霖张晓丽吴艳双张斌北京林业大学森林培育与保护教育部重点实验室精准林业北京市重点实验室北京100083

【目的】探讨深度卷积神经网络在机载高光谱数据分类中的应用,以提高亚热带地区森林树种分类精度。【方法】以广西南宁高峰林场为试验区,基于中国林业科学研究院LiCHy系统获取的机载高光谱数据,以三维卷积层为基础,提出一种高效的卷积... 详细信息

【目的】探讨深度卷积神经网络在机载高光谱数据分类中的应用,以提高亚热带地区森林树种分类精度。【方法】以广西南宁高峰林场为试验区,基于中国林业科学研究院LiCHy系统获取的机载高光谱数据,以三维卷积层为基础,提出一种高效的卷积神经网络(CNN)结构。CNN模型以端到端方式处理高光谱影像分析问题,将原始数据作为输入,不需要降维或特征筛选,可省去传统分类方法在不同程度上人工筛选特征的工作;网络中3D卷积层可同时提取光谱特征和空间特征,学习特征立方体空间和光谱维度的局部信号变化,利用重要的识别特征进行分类,以提高对高光谱影像的判别能力。针对机载高光谱数据维度高、训练样本相对较少的问题,对模型进行优化,以避免过拟合。【结果】相较传统的特征筛选与面向对象分割结合的方法,本研究提出的3D-CNN结构森林树种总体分类精度达98.38%,Kappa系数为0.98,与随机森林特征选择结合支持向量机分类相比,总体精度提高8.82%,Kappa系数提高0.11;小样本训练情况下(减少75%训练样本),总体精度仍可达95.89%,Kappa系数为0.94。【结论】三维卷积神经网络在处理机载高光谱影像特征提取和分类问题时能够充分利用影像中的丰富信息,实现高精度区分亚热带森林树种;合理的网络结构以及训练策略(加入Dropout)能够极大提高网络训练速度,并在小样本训练时仍能得到很好的结果,可实现高效、准确的森林树种分类。

关键词：高光谱遥感卷积神经网络树种分类小样本

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聚合氯化铝-腐殖酸(PACl-HA)絮体的物理与分形特征研究

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环境科学 2006年第11期27卷 2239-2246页

作者：王毅力刘杰杜白雨北京林业大学资源与环境学院省部共建森林培育与保护教育部重点实验室北京100083

采用低温急速冷冻一真空干燥技术制备了PACl-HA絮体的粉末样品，研究了这些样品的物理与分形特征．结果表明，PACl-HA絮体具有无定形结构，主要组成元素为C、O、Al，所含特征官能团保留了絮体组成原料的一些特征；絮体的BET比表面积为13... 详细信息

采用低温急速冷冻一真空干燥技术制备了PACl-HA絮体的粉末样品，研究了这些样品的物理与分形特征．结果表明，PACl-HA絮体具有无定形结构，主要组成元素为C、O、Al，所含特征官能团保留了絮体组成原料的一些特征；絮体的BET比表面积为130～161m^2·g^-1，BJH累积吸附孔体积为0．38～0．52cm^3·g^-1，BJH脱附平均孔径为7．7～9．6nm，PSD峰值对应孔径8．4～***-HA絮体具有自相似性的粗糙表面，呈现多尺度分形特征；图象法和N2吸附／脱附等温线法确定的表面分形维数D。分别为2．03～2．26、2．24～2．37，前者的分形尺度大约处于23～390nm之间，主要属于絮体外表面尺度，而后者的分形特征尺度区间的下限大约为0．2nm，属于孔表面尺度；另外．对同一絮体，N2吸附法和脱附法确定的孔表面分形维数不同．热力学模型计算出的D；远大于3，与Sahouli等的研究不符．

关键词：聚合氯化铝-腐殖酸(PACl—HA)絮体元素组成特征官能团无定形态表面分形特征尺度范围

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基于空间信息的高光谱遥感植被分类技术

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农业工程学报 2012年第5期28卷 150-153,I0003页

作者：吴见彭道黎北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室北京100083

高光谱数据常带有噪声,传统的仅考虑光谱信息的遥感植被分类方法效果不佳,融入空间信息进行植被分类显得尤为重要。以NDVI阈值法提取植被信息后,采用最小噪声变换对Hyperion高光谱影像进行压缩处理,取前60个分量数据,并采用一种空间与... 详细信息

高光谱数据常带有噪声,传统的仅考虑光谱信息的遥感植被分类方法效果不佳,融入空间信息进行植被分类显得尤为重要。以NDVI阈值法提取植被信息后,采用最小噪声变换对Hyperion高光谱影像进行压缩处理,取前60个分量数据,并采用一种空间与光谱信息相结合的高光谱影像植被分类法,完成研究区植被分类。结果表明,对各植被类型的平均分类精度达90.3%,而最大似然法的平均分类精度仅为70.0%。融入空间信息的高光谱遥感植被分类方法能有效地削弱噪声,在一定程度上提高了分类精度,在实际应用中有一定的参考价值。

关键词：遥感植被分类高光谱最小噪声变换最大似然法

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青杄转录因子基因PwNF-YB8的克隆与功能分析

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林业科学 2021年第5期57卷 77-92页

作者：苗雅慧鞠丹梁珂豪王爱斌刘峻玲张凌云北京林业大学林学院森林培育与保护教育部重点实验室北京100083

【目的】NUCLEAR FACTOR Y(NF-Y)转录因子在真核生物中广泛存在,通常由NF-YA、NF-YB和NFYC 3个亚基形成异源三聚体,来结合下游靶基因启动子中的CCAAT顺式作用元件,进而调控植物的生长发育进程,并参与植物非生物逆境胁迫过程。本研究对... 详细信息

【目的】NUCLEAR FACTOR Y(NF-Y)转录因子在真核生物中广泛存在,通常由NF-YA、NF-YB和NFYC 3个亚基形成异源三聚体,来结合下游靶基因启动子中的CCAAT顺式作用元件,进而调控植物的生长发育进程,并参与植物非生物逆境胁迫过程。本研究对青杄中PwNF-YB8基因的表达特性及功能进行分析,揭示其参与的生理过程及对非生物逆境胁迫的响应。【方法】根据实验室前期EST测序及RNA-seq转录组数据分析结果获得青杄NF-Ys家族基因序列,克隆得到PwNF-YB8的cDNA序列,并对其编码蛋白进行序列特征和进化树分析。采用qRT-PCR分析PwNF-YB8在不同组织和花粉萌发过程中的表达特性,以及高温、盐胁迫、甘露醇、ABA处理后的表达变化。亚细胞定位揭示PwNF-YB8在细胞中发挥功能的场所。通过酵母双杂交试验、双分子荧光互补试验分别检测PwNF-YB8的转录激活活性以及与PwHAP5的互作情况。农杆菌介导花序侵染法转化野生型拟南芥(WT),获得纯合的PwNF-YB8过表达株系。利用CRISPR/Cas 9技术获得其同源基因AtNF-YB8的突变体。甘露醇和盐处理后测定野生型(WT)、空载体(VC)、突变体株系(nfyb8-cas9#1/12)和过表达株系(L4、L5)的萌发率、幼苗根长,分析比较不同株系对于渗透胁迫和盐胁迫的耐受能力。【结果】PwNF-YB8基因的开放阅读框为489 bp,编码162个氨基酸,具有典型的NF-YB保守结构域,并且与白云杉同源基因具有较近的亲缘关系。SqRT-PCR和qRT-PCR结果表明在青杄的根、茎、针叶和花粉中均能检测到PwNF-YB8的表达,其在花粉中的表达量最高。亚细胞定位试验结果显示,PwNF-YB8定位于细胞核、细胞质中。酵母自激活试验显示PwNF-YB8自身无转录激活活性。进一步对青杄幼苗进行高温(42℃)、盐胁迫、甘露醇和脱落酸处理后发现,PwNF-YB8对干旱和盐2种非生物逆境处理明显响应。PwNF-YB8参与了花粉萌发过程,在花粉萌发36 h时表达量最高。酵母双杂交和双分子荧光互补试验证明PwNF-YB8能够与NF-YC亚基中的PwHAP5互作,可能共同参与花粉管发育调控。甘露醇或盐处理下,异源过表达PwNF-YB8基因的拟南芥种子萌发率与野生型差异不显著,但其根长表现出一定的生长优势。【结论】青杄PwNF-YB8能够与PwHAP5互作,参与花粉萌发和花粉管生长过程,并在干旱、盐胁迫响应中发挥作用。

关键词：青杄 NF-Y转录因子基因表达胁迫响应花粉萌发

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基于改进支持向量机算法的退耕地树种信息提取

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光谱学与光谱分析 2011年第4期31卷 1038-1041页

作者：吴见彭道黎北京林业大学林学院省部共建森林培育与保护教育部重点实验室北京100083

树种间的光谱差异分析及分类算法的改进是利用遥感影像提取树种信息的难点,也是提高退耕地树种信息提取精度的关键。文章采用TM影像,通过不同树种光谱信息的差异分析,筛选出区分树种信息的光谱指标,并采用改进的支持向量机算法对退耕还... 详细信息

树种间的光谱差异分析及分类算法的改进是利用遥感影像提取树种信息的难点,也是提高退耕地树种信息提取精度的关键。文章采用TM影像,通过不同树种光谱信息的差异分析,筛选出区分树种信息的光谱指标,并采用改进的支持向量机算法对退耕还林地不同树种信息进行了提取。结果表明,该研究算法提取的平均精度为81.7%,较传统支持向量机算法提高9.2%。该方法可以实现较为准确的树种信息提取,能够达到对退耕还林工程进行监测的目的,对快速评价工程质量有重要意义。

关键词：遥感光谱支持向量机树种

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