鬆材綫蟲病害遙感監測與傳播模擬研究 [Study on Pine Wilt Disease Remote Sensing Monitoring and Diffusion Simulation] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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黃明祥 等 著

圖書標籤:

• 鬆材綫蟲病
• 遙感監測
• 森林病害
• 傳播模擬
• GIS
• 生態學
• 植被健康
• 林業
• 空間分析
• 模型研究

齣版社： 中國環境科學齣版社

ISBN：9787511107596

版次：1

商品編碼：11022002

包裝：平裝

外文名稱：Study on Pine Wilt Disease Remote Sensing Monitoring and Diffusion Simulation

開本：16開

齣版時間：2012-05-01

用紙：膠版紙

頁

內容簡介

《鬆材綫蟲病害遙感監測與傳播模擬研究》結閤地理科學、復雜性科學、計算機科學等學科的研究進展，探討災害地理學研究新方法——地理環境災害係統工程，構建地理環境災害係統工程三個研究層次，即災害現象監測、災害過程模擬、災害防治協同決策三個層次。針對鬆材綫蟲病害特點，建立鬆材綫蟲病害研究的方法框架，研究病害影響因子提取和監測方法、病害高光譜特徵、病害木識彆技術，對病害過程進行模擬從而發現病害傳播規律，構建病害除治協同決策機製，實現病害的科學防治與減災。

作者簡介

黃明祥，男，1978年生，高級工程師，2008年畢業於中國科學院遙感應用研究所，獲地圖學與地理信息係統專業博士學位。現為環境保護部信息中心技術室環保地理信息係統方嚮（EGIS）技術骨乾，近年來在海塗遙感變化監測、流域壩係空間規劃模型，林業病害多尺度遙感監測與模擬、環保地理信息係統等方麵開展過相關工作，研究方嚮包括環保地理信息係統，資源環境遙感應用、虛擬地理環境。現主持國傢自然科學基金項目1項、科技部科技支撐計劃課題1項，參與973項目1項、863課題2項、水專項2項、環保公益項目2項國傢自然科學基金項目3項、中德閤作項目1項。中國科學院知識創新工程1項，以及地方和部委科研項目3項等。已發錶論文30餘篇，其中SCI檢索8篇，EI／ISTP檢索4篇。2006年獲黃河水利委員會科技創新成果二等奬，2008年獲中國科學院院長優秀奬，2010年獲地理信息科技進步三等奬，2011年獲地理信息科技進步三等奬。

內頁插圖

目錄

1 緒論
1.1 研究背景和意義
1.2 國內外相關研究現狀
1.3 小結
1.4 本書主要研究內容和思路

2 鬆材綫蟲病害研究理論框架
2.1 地理環境與災害
2.2 地理環境災害係統工程
2.3 地理環境災害係統工程框架下的鬆材綫蟲病害研究思路
2.4 本書研究技術路綫
2.5 小結

3 鬆材綫蟲病害環境影響因子監測及其病害風險等級評價研究
3.1 研究區概況
3.2 研究思路
3.3 鬆材綫蟲病害影響因子
3.4 評價模型
3.5 病害風險等級評價
3.6 小結

4 鬆材綫蟲病害高光譜特性及其診斷特徵研究
4.1 實驗設計與數據獲取
4.2 馬尾鬆光譜特性
4.3 鬆材綫蟲病害高光譜敏感特徵
4.4 小結

5 基於高分辨率遙感影像的鬆材綫蟲病害木識彆研究
5.1 基於無人機影像的病害木識彆
5.2 基於QuickBird影像的病害木識彆

6 鬆材綫蟲病害傳播元胞自動機模型及其模擬研究
6.1 鬆材綫蟲病害復雜性及復雜係統建模
6.2 基於元胞自動機的鬆材綫蟲病害傳播模型
6.3 基於元胞自動機的鬆材綫蟲病害傳播模擬
6.4 小結

7 基於協同虛擬地理研討室的鬆材綫蟲病害協同決策研究
7.1 鬆材綫蟲病害防治協同決策的相關理論和技術
7.2 鬆材綫蟲病害防治協同決策框架
7.3 基於協同虛擬地理研討室的鬆材綫蟲病害防治協同決策案例原型
7.4 小結

8 結論與展望
8.1 結語
8.2 本書創新點與新進展
8.3 討論與展望
參考文獻

精彩書摘

1987年，我國科學傢錢學森首次提齣“地理科學”概念，認為地理科學是與自然科學、社會科學、數學科學等並列的大科學體係，是自然科學與社會科學的橋梁科學（錢學森，1987）。並將地理科學分為三個層次，①工程技術層次，這是地理科學在直接改造宏觀世界方麵的學問，帶有工程技術性質，如城市規劃、環境保護、水資源、氣象預報、地震預報等；②技術科學層次，這是把基礎地理科學理論應用到工程技術層次做準備的中間層次，如數量地理學、生態經濟學、環境科學、國土經濟學等；③基礎科學層次，地理科學的基礎科學就是地球錶層學，就是對人在地球上進行活動的這個區域進行係統研究（張現民，2005）。
在錢學森提齣的地理科學概念基礎上，北京大學馬藹乃教授提齣現代地理科學分三個層次，理論層次上為理論地理科學；技術層次上為地理信息科學；應用層次上是地理係統工程（馬藹乃，1996，2003，2005），並於近年陸續齣版地理科學叢書-《地理科學導論（自然科學與社會科學的“橋梁科學”）》《理論地理科學與哲學（復雜性科學理論）》《地理信息科學（天地人機信息一體化網絡係統）》《地理係統工程（可持續發展戰略的基礎》）（馬藹乃，2005，2006，2007），從理論、技術和工程層麵深入探討地理科學。地理信息科學的主要內容就是天地信息一體化網絡係統，包括航天信息網絡係統（外層空間衛星之間的信息網絡）、地麵的網絡係統、天地之間的網絡係統三部分，是有綫網絡與無綫網絡連通的一體化網絡係統。而地理係統工程屬於工程技術層次的科學技術，工程分宏觀工程與微觀工程兩類，主要包括人口、資源、生態、環境、災害、城鎮、基建、産業等國民經濟的8個主要方麵。其中地理信息科學從屬於地理科學的技術科學，是引領和推動地理科學發展的核心力量，此外地理信息科學為地理係統工程提供研究方法與手段，又為理論地理科學提供技術基礎（馬藹乃，2003）。
……

前言/序言

鬆材綫蟲病害遙感監測與傳播模擬研究 書籍簡介 本書係統深入地探討瞭鬆材綫蟲病害的遙感監測技術及其傳播模擬方法。鬆材綫蟲病（Pine Wilt Disease, PWD）是全球範圍內對鬆樹造成毀滅性影響的重大林業病害，其快速傳播和難以根治的特性，對森林生態係統、生物多樣性以及相關經濟産業構成瞭嚴峻威脅。本書旨在整閤現代遙感技術與地理信息係統（GIS）的強大分析能力，結閤科學的傳播動力學模型，為有效監測、預警和控製鬆材綫蟲病的發生與發展提供一套係統性的解決方案。 第一章 引言 本章首先概述瞭鬆材綫蟲病的嚴重性及其在全球範圍內的危害。通過迴顧該病害的曆史演變、緻病機理以及傳統的防治手段，突齣瞭現有防治體係在應對大規模、快速傳播病害時的局限性。隨後，引入瞭遙感技術在森林資源監測和環境變化檢測方麵的優勢，強調瞭其在病害早期發現、疫情範圍評估等方麵的巨大潛力。同時，介紹瞭傳播模擬模型在理解和預測病害空間擴散規律中的重要作用。最後，闡述瞭本書的研究目的、意義以及主要研究內容，為後續章節的研究奠定理論基礎和研究框架。 第二章 鬆材綫蟲病害遙感監測技術研究 本章是本書的核心內容之一，詳細闡述瞭利用遙感技術監測鬆材綫蟲病害的方法。 2.1 鬆材綫蟲病害的光譜特徵分析 鬆材綫蟲病侵染鬆樹後，會引起一係列生理生化變化，這些變化直接影響到鬆樹葉片和冠層的光譜反射特性。本節深入分析瞭健康鬆樹、受染鬆樹（不同發病階段）以及枯死鬆樹在可見光、近紅外和短波紅外等光譜波段的反射差異。通過對比分析，識彆齣能夠有效區分不同病害狀態的敏感光譜特徵。研究探討瞭不同類型遙感器（如多光譜、高光譜、熱紅外等）捕捉到的光譜信息，以及不同遙感平颱（如衛星、航空器、無人機）在空間分辨率、時間分辨率和光譜分辨率上的適用性。 2.2 遙感影像數據預處理 獲取的遙感影像往往受到大氣效應、幾何畸變、雲雨遮擋等因素的影響，需要進行一係列預處理纔能用於後續分析。本節詳細介紹瞭常用的影像預處理方法，包括輻射定標、大氣校正、幾何校正、影像融閤等。重點闡述瞭針對林業應用的特殊預處理技術，例如剋服森林冠層遮擋效應、提高影像的空間分辨率等，以確保遙感數據質量和後續分析的準確性。 2.3 基於遙感影像的病害監測方法 本節構建並驗證瞭多種基於遙感影像的鬆材綫蟲病害監測模型。 2.3.1 植被指數與病害信息提取 研究瞭多種適用於鬆樹的植被指數（如NDVI, EVI, NDWI等）及其在反映鬆樹健康狀況中的敏感性。分析瞭不同植被指數在檢測病害早期癥狀（如葉片褪綠、水分脅迫）和後期錶現（如冠層枯黃、死亡）上的有效性。同時，探索瞭組閤植被指數或多時相植被指數的變化趨勢，以提高病害監測的魯棒性。 2.3.2 機器學習與深度學習模型應用 鑒於病害發生具有復雜性和非綫性特徵，本節重點研究瞭機器學習和深度學習算法在鬆材綫蟲病害識彆和分類中的應用。包括支持嚮量機（SVM）、隨機森林（Random Forest）、決策樹（Decision Tree）等傳統機器學習方法。更進一步，探討瞭捲積神經網絡（CNN）、循環神經網絡（RNN）等深度學習模型在自動提取病害空間格局、識彆病斑邊界方麵的優勢。詳細描述瞭模型訓練、參數優化、模型評估等關鍵步驟，並對不同模型的精度進行瞭比較分析。 2.3.3 時序遙感影像分析 病害的發生與發展是一個動態過程，因此利用多期次的遙感影像進行時序分析，能夠更有效地捕捉病害的動態變化。本節研究瞭如何通過分析遙感影像在不同時間點的變化特徵（如植被指數突變、冠層顔色改變速率）來判斷病害的發生、發展和蔓延。介紹瞭時間序列分解、趨勢分析、變化檢測等方法，並結閤實測數據驗證瞭其監測病害動態的有效性。 2.4 遙感監測結果的精度評估 任何監測模型都需要進行嚴格的精度評估。本節詳細介紹瞭常用的精度評估指標，如總體精度（Overall Accuracy）、Kappa係數、生産者精度（Producer's Accuracy）、用戶精度（User's Accuracy）等。通過對比分析遙感監測結果與野外調查數據（Ground Truth Data），對不同監測模型的性能進行客觀評價，並分析影響監測精度的主要因素（如影像分辨率、模型參數選擇、 ground truth 數據準確性等）。 第三章 鬆材綫蟲病害傳播模擬研究 本章聚焦於利用數學模型和地理信息技術，模擬鬆材綫蟲病的傳播過程。 3.1 鬆材綫蟲病傳播機製的理論基礎 詳細闡述瞭鬆材綫蟲的生物學特性，包括其傳播媒介（鬆墨天牛等）、侵染途徑（通過天牛蛀食進入鬆樹）、緻病機理（綫蟲在鬆樹導管中繁殖，導緻鬆樹失水死亡）以及種群動態。分析瞭影響傳播的關鍵因素，如氣候條件（溫度、濕度）、鬆樹林分結構（年齡、密度、健康狀況）、人為乾擾（如木材運輸、林業經營）等。 3.2 空間傳播模型構建 本節重點研究瞭用於模擬鬆材綫蟲病空間傳播的數學模型。 3.2.1 基於元胞自動機（CA）的模型 元胞自動機是一種能夠模擬空間自組織過程的數學模型。本節構建瞭基於元胞自動機的鬆材綫蟲病傳播模型，將研究區域劃分為離散的網格（元胞），每個元胞的狀態（如健康、受染、死亡）根據預設的規則和鄰域元胞的狀態進行演化。詳細描述瞭規則的設計，考慮瞭傳播的概率、距離衰減、環境因素的影響等。 3.2.2 基於SI/SIR/SEIR等流行病學模型 藉鑒流行病學模型的研究思路，本節探索瞭將SIR（易感-感染-移齣）或SEIR（易感-暴露-感染-移齣）等模型與空間信息相結閤，構建考慮空間擴散的傳播模型。分析瞭模型中各狀態轉移的速率，並將其與地理空間信息（如林分密度、交通網絡）相結閤，以模擬病害在不同區域的傳播速度和範圍。 3.2.3 基於Agent-Based Modeling（ABM）的模型 Agent-Based Modeling（ABM）模型將研究對象分解為具有獨立行為和相互作用的個體（Agent）。本節研究瞭如何將Agent-Based Modeling應用於鬆材綫蟲病的傳播模擬。Agent可以代錶單株鬆樹或天牛個體，通過模擬它們的行為（如遷移、覓食、繁殖）和相互作用（如感染、傳播），來重現宏觀的病害傳播格局。 3.3 傳播模擬模型的參數化與驗證 模型的有效性很大程度上取決於參數的準確性。本節詳細介紹瞭傳播模擬模型的參數化過程，包括如何利用野外調查數據、曆史疫情數據、遙感監測結果以及生態學文獻等，對模型中的關鍵參數（如傳播速率、感染概率、恢復概率、環境影響係數等）進行估計和校準。通過將模擬結果與曆史疫情數據進行對比，對模型的預測能力進行驗證，並對模型的敏感性進行分析，識彆齣對傳播影響最顯著的因素。 3.4 傳播模擬結果的應用與預測 本節探討瞭傳播模擬結果的實際應用價值。 3.4.1 疫情預測與風險區劃 利用已建立的傳播模型，對未來不同時間尺度下的疫情發展趨勢進行預測，識彆高風險區域和易感區域。為製定有針對性的防治策略提供科學依據，例如提前部署監測力量、製定隔離措施等。 3.4.2 防治策略評估 通過模擬不同防治措施（如移除病樹、控製天牛種群、建立隔離帶等）的實施效果，評估其對減緩病害傳播速率、降低疫情損失的有效性。為林業部門提供科學決策支持，優化防治資源的配置。 3.4.3 模擬不同情景下的傳播動態 通過改變模型中的參數或引入外部因素（如氣候變化、人為活動），模擬不同情景下鬆材綫蟲病的傳播動態，為林業可持續經營和生態風險管理提供長遠參考。 第四章 遙感監測與傳播模擬的耦閤研究 本章將前兩部分的研究內容進行整閤，探討遙感監測數據與傳播模擬模型的耦閤應用。 4.1 耦閤策略與框架設計 設計並闡述瞭多種耦閤策略，例如： 數據驅動的傳播模型優化：利用遙感監測獲取的實時或近期疫情分布數據，對傳播模擬模型進行數據同化，實時更新模型狀態，提高預測的準確性。 模擬結果輔助遙感解譯：傳播模擬結果可以預測潛在的病害發生區域，指導野外調查和遙感影像的重點解譯區域，提高監測效率。 模型驅動的遙感監測：傳播模型可以預測病害的空間和時間演變趨勢，為遙感影像的選取和分析提供依據，例如在預測病害發生的區域，選取關鍵時間點的影像進行重點關注。 4.2 耦閤模型的建立與實施 詳細介紹瞭如何具體建立耦閤模型，包括數據接口設計、模型算法選擇、計算平颱搭建等。例如，可以開發集成平颱，將遙感影像處理模塊、病害識彆模塊與傳播模擬模塊無縫連接。 4.3 耦閤研究的案例分析 選取典型的研究區域，展示耦閤模型在實際應用中的效果。通過案例分析，說明耦閤模型如何能夠更精確地描繪病害的空間分布，更準確地預測其傳播趨勢，並為製定更有效的防治策略提供更可靠的支持。 第五章 結論與展望 本章對全書的研究成果進行總結，並對未來的研究方嚮進行展望。 5.1 研究成果總結 係統迴顧本書在鬆材綫蟲病害遙感監測技術（包括光譜特徵分析、影像預處理、監測方法、精度評估）和傳播模擬（包括傳播機製、空間模型構建、參數驗證、結果應用）方麵取得的主要研究成果，強調瞭遙感監測與傳播模擬耦閤研究的重要價值。 5.2 研究局限性分析 客觀分析本研究在數據獲取、模型精度、參數獲取、研究區域代錶性等方麵存在的局限性，為後續研究提供改進方嚮。 5.3 未來研究展望 對未來鬆材綫蟲病害遙感監測與傳播模擬領域的研究方嚮進行展望，例如： 更精細化的遙感監測：利用更高分辨率的遙感數據（如無人機高光譜、LiDAR），捕捉更細微的病害侵染信號。 集成化、智能化傳播模擬模型：開發能夠融閤多種影響因素（如氣候變化、基因漂變、土壤特性）的更復雜的傳播模型，並利用人工智能技術實現模型的自適應學習和優化。 多尺度、跨區域的耦閤應用：將遙感監測與傳播模擬的研究成果推廣到更廣闊的地理範圍，並實現不同尺度之間的信息互通。 實時監測與預警係統的構建：基於先進的遙感技術和大數據分析，構建鬆材綫蟲病害的實時監測與預警係統，為及時有效的病害防控提供技術支撐。 生態經濟耦閤模型研究：將病害傳播模型與森林生態係統服務功能評估模型、林業經濟損失模型相結閤，研究病害對生態係統和經濟社會發展的影響。 通過本書的深入研究，旨在為鬆材綫蟲病害的科學監測、精準預警和有效防治提供理論指導和技術支持，為保護我國乃至全球的鬆樹資源，維護森林生態安全做齣貢獻。

評分☆☆☆☆☆

這本書的目錄結構設計得極為清晰，即使隻是快速瀏覽各個章節標題，也能勾勒齣一個完整的研究脈絡。它似乎遵循瞭從宏觀到微觀，再到應用與展望的邏輯順序。我尤其欣賞那些小標題的措辭，它們用詞精準，充滿瞭技術術語的魅力，暗示著對前沿方法的深入探討。例如，看到關於“時空數據融閤算法優化”的章節時，我立刻能聯想到這背後涉及到復雜的數學模型和大量的實地驗證工作，這絕不是泛泛而談的介紹性文字。這種層層遞進的結構，仿佛為讀者提供瞭一張詳盡的“藏寶圖”，明確指引著專業知識的分布。它不像某些著作那樣，將核心內容藏在冗長的引言或不甚清晰的章節劃分中，而是坦率地將研究的深度和廣度展示齣來，這對於時間寶貴的科研人員來說，無疑是一種高效的閱讀保障。

評分☆☆☆☆☆

從排版細節來看，這本書在圖錶的使用上顯得格外審慎和有效。我注意到那些插圖和照片的質量非常高，分辨率和清晰度都達到瞭業界一流水平，尤其是一些復雜的空間分布圖，綫條銳利，色彩分層清晰，即便沒有詳細閱讀說明文字，也能直觀地理解數據所錶達的地理現象。這種對視覺輔助工具的重視，對於理解“遙感監測”這類高度依賴圖像信息的學科至關重要。它避免瞭單純文字描述帶來的抽象感和模糊性，使得復雜的空間模式和時間演變過程變得觸手可及。這些圖錶似乎不僅僅是佐證，它們本身就是研究成果的重要載體，暗示著作者在數據可視化和信息提煉方麵下瞭深厚的功夫，確保瞭信息傳遞的效率最大化。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計非常考究，封麵采用瞭啞光處理，手感細膩，中央的圖案設計簡潔而富有深意，那種深沉的墨綠色調一下子就把人拉入瞭一種嚴肅而專業的氛圍中。盡管我尚未深入閱讀內文，僅憑這外在的質感和視覺傳達，就能感受到作者團隊在齣版上的用心。它給我的第一印象是，這是一本麵嚮專業領域、注重學術嚴謹性的著作，而非那種輕快的科普讀物。我注意到書脊上的字體排版非常清晰，即使在書架上快速瀏覽，關鍵信息也能一目瞭然。內頁的紙張選擇似乎也偏嚮於環保和耐用，略帶米黃的色調，想必是為瞭長時間閱讀時能減輕眼部疲勞。從封麵設計來看，它試圖在“科學研究的冰冷精確性”與“對自然災害的深切關注”之間找到一個微妙的平衡點，讓人對接下來的內容充滿瞭期待，希望它不僅僅是數據的堆砌，更能帶來啓發性的視角。這種對物理形態的重視，往往預示著內容質量的穩定可靠。

評分☆☆☆☆☆

這本書的專業術語密度似乎非常高，這從扉頁和前言中使用的那些高度專業化的詞匯就可以窺見一斑。它給我的感覺是，作者並沒有刻意去“翻譯”或“簡化”復雜的科學概念，而是直接采用瞭行業內最前沿、最精確的錶達方式。這無疑為領域內的資深研究者提供瞭極大的便利，因為無需在閱讀過程中反復查找基礎定義。然而，這也同時提醒著我，要充分吸收其精髓，需要具備紮實的數理基礎和遙感原理知識背景。它不是一本用來入門的教材，更像是一部麵嚮高階學習者或實際操作者的“操作手冊”與“理論深化指南”，直指問題的核心難點，尋求突破性的解決方案。這種毫不妥協的專業性，是其價值的直接體現。

評分☆☆☆☆☆

我通過翻閱後記和緻謝部分，感受到瞭這部作品背後凝聚的巨大心血和跨學科閤作的影子。作者們對眾多機構和個人的感謝，透露齣這項研究並非孤立完成，而是依托於一個龐大的、可能涉及遙感技術、林業病理學乃至地理信息係統（GIS）等多個領域的專傢網絡。這種協作精神本身就為這本書的權威性增添瞭籌碼。後記中流露齣的那種“攻剋技術難關”後的釋然與自豪，也感染瞭我，讓人感覺這本書裏的每一個論點都經過瞭反復的檢驗和辯論。它似乎不僅僅是一個人的思考結晶，更是一個團隊智慧的結晶，這使得書中任何一個結論的可靠性都大大提高。這種人文關懷和團隊精神的側麵展示，在純粹的技術專著中是比較少見的，讓這本書顯得更加立體和人性化。