1 长江大学地球科学学院, 湖北 武汉 430100
2 石家庄学院资源与环境科学学院, 河北 石家庄 050035
砷是严重危害人体的重金属之一。 利用高光谱技术进行土壤重金属砷含量的估测具有很大的应用潜力, 但受区域和土壤背景的影响, 估算模型适用性和精度都会有很大的差异。 针对石家庄市地表水源地保护区土壤砷含量的高光谱估算, 在水源地保护区的主要采矿地和冶炼企业进行了土壤实地采样和实验室重金属分析, 对土壤样本的原始光谱反射率采用Savitzky-Golay 7点平滑处理, 进行一阶微分(FD)、 二阶微分(SD)、 倒数(RT)、 倒数一阶微分(RTFD)、 倒数二阶微分(RTSD)、 倒数对数(AT)、 倒数对数一阶微分(ATFD)、 倒数对数二阶微分(ATSD)、 连续统去除(CR)9种光谱变换后, 再对重金属砷实测含量与经光谱变换后的光谱指标进行相关分析, 并提取各光谱指标的最大敏感波段。 运用多元线性逐步回归(MLSR)、 单光谱变换指标偏最小二乘回归(U-PLSR)和多光谱变换指标偏最小二乘回归(M-PLSR)方法构建土壤重金属砷含量估算模型, 最后通过相关系数r、 均方根误差(root mean square error, RMSE)和统计值F来比对建模效果。 结果表明: 研究区部分土壤样本重金属砷含量已经出现了轻度污染, 大部分样本处于污染的临界状态; 经连续统去除变换后的光谱特征与砷的相关性最大, 一阶微分与砷含量存在最大负相关性; 相较于多元线性逐步回归和单光谱变换指标偏最小二乘回归, 采取多光谱变换指标偏最小二乘回归方法土壤重金属砷含量模型估算值与实测值最为接近, 建模R2达到0.852, RMSE和F值分别达到0.147和32.384, 多光谱变换指标建模集成效果显著。 因此研究结果可以为石家庄水源地保护区主要采矿地和冶炼企业重金属砷污染高光谱快速监测提供科学依据。
重金属砷 高光谱 多元线性逐步回归 偏最小二乘回归 Heavy metal arsenic Hyperspectrum Multiple linear stepwise regression Partial least squares regression 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2872
1 长江大学地球科学学院, 湖北 武汉 430100
2 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北 武汉 430079
针对遥感影像中的阴影会导致地物信息受损、影像质量下降的问题,提出了联合对数变换与局部增强的高分遥感影像阴影补偿方法。在阴影检测结果的基础上,首先设计了改进的对数变换图像增强方法,构建了对数变换模型,实现了阴影区域亮度的有效提升。然后,联合局部补偿模型,进行了加权处理,提升了阴影区域的对比度。最后,基于阴影边界同类特征点匹配的思想,自动解算了补偿模型的参数,实现了自动补偿。实验结果表明,所提方法可有效地实现阴影补偿,提升阴影区域的亮度与对比度,较准确地再现阴影区域地物的真实信息。
图像处理 高分辨率遥感影像 阴影补偿 对数变换 局部补偿模型 加权综合 激光与光电子学进展
2020, 57(20): 201006
上海交通大学机械与动力工程学院， 上海 200240
三维激光切割头空间位姿变化的平顺性直接影响机床切割效率、安全和稳定性。建立了三维激光切割机五轴联动运动学模型，分析切割轨迹刀位点几何信息转换为机床五个运动轴空间坐标的可选值。结合B和C旋转轴运动部件间的摩擦力、质量和转动惯量，建立相邻刀位点间的旋转轴旋转运动耗能模型。将完整切割环上旋转轴运动最低总耗能作为优化目标，通过Dijkstra最小路径优化算法，获得完整切割环上的最佳切割方式。通过实例分析，该方法可避免B和C轴瞬间摆动过大情况，提高了切割头运动的平顺性。
激光技术 三维激光切割 运动学模型 耗能 路径优化
