基于改进粒子群算法的农产品召回优化

农产品加工是食品供应链质量控制的关键环节。该文针对农产品加工环节的产品召回优化问题,给出了批次分散优化模型并分析了其算法复杂度。针对优化模型为NP难度(non-deterministic polynomial hard),难以求解的问题,指出了采用粒子群优化进行求解的途径。针对粒子群优化算法在进化的初期收敛速度快,易引起早熟;在进化后期收敛速度慢,易引起振荡的问题,提出了一种基于分段门限粒子替换策略的改进粒子群优化算法。采用相关算例对该文提出的改进粒子群优化算法进行优化性能验证,并与类似智能优化算法进行性能对比。算例仿真和性能对比的结果表明,该算法运算开销约为同类算法的10%,且可以降低潜在的召回规模约30%,适用于农产品加工环节的产品召回优化。     

基于改进粒子群算法的低碳型土地利用结构优化——以重庆市为例

探讨了如何在低碳经济背景下进行区域土地利用结构优化,并以规划区域土地利用经济效益目标和各类土地碳排放总量作为环境效益目标建立了相应的优化数学模型;采用针对多目标优化的改进粒子群算法进行土地利用结构优化多目标求解,以重庆市土地利用结构优化为例进行了实证研究。结果表明:基于向量评价的改进粒子群优化算法对土地利用结构多目标优化是适用有效的,优化结果兼顾了经济效益和生态环境效益,为土地利用结构优化提供一种良好的思路和方法。     

基于粒子群算法的城镇土地利用空间优化模型

土地利用结构优化是土地资源优化配置的核心,包括数量结构优化和空间结构优化。针对传统的优化模型如线性规划、多目标、灰色系统和景观生态等不能实现土地数量结构和空间结构的有效统一,在研究现有智能优化模型如元胞自动机、遗传算法的基础上,采用近年来新兴的粒子群优化算法,利用其空间飞行搜索特性和较强的全局优化能力,构建了基于粒子群算法的土地利用空间优化模型。研究表明,该模型能利用粒子的群体空间分布模拟土地利用空间格局,并能在多目标控制下进行全局优化处理,实现土地利用数量结构和空间结构的有效统一。     

基于改进粒子群算法的车辆转向梯形机构优化

通过对车辆转向机构的尺寸和定位参数进行优化,能有效减小车辆转向机构的实际运动轨迹和理论运动轨迹间误差,进而有效改善车辆的操纵性能和提高转向安全性。该文研究了转向梯形机构的工作原理及其对车辆转向性能的影响,建立了转向梯形机构的非线性优化模型;然后引入越界检测函数改进传统粒子群优化算法,并给出了求解转向梯形机构非线性优化模型的方法;编制了改进粒子群算法的实现程序,并对3款不同车型的转向梯形机构进行了优化设计;最后选取3种不同智能算法分别对途乐GRX转向梯形机构进行多组优化试验。试验结果表明,改进粒子群算法的收敛速度快于传统粒子群算法和基于模拟退火的粒子群算法,求解精度略逊于基于模拟退火的粒子群算法,但仍能保证求解精度。     

动态调整粒子群-霍尔特模型在径流预测中的应用

为了提高水库和河流中长期径流预测精度,针对粒子群算法存在的缺陷,提出了动态调整粒子群算法（DAPSO）。借助霍尔特-温特斯线性季节性模型的预测功能,应用DAPSO算法求解和优化霍尔特-温特斯线性季节性模型组合参数,形成动态调整粒子群-霍尔特-温特斯线性季节性模型组合算法,对石泉水库进行中长期径流预测。仿真计算表明,动态调整粒子群-霍尔特-温特斯线性季节性模型算法收敛速度快于霍尔特-温特斯线性季节性模型算法、粒子群-霍尔特-温特斯线性季节性模型算法。该组合算法克服了按梯度试算法搜索质量差和精度不高的缺点,输出稳定性好,预报精度显著提高,置信度为95%时的预测相对误差小于6%。该算法可应用于水库和河川中长期径流预测。     

基于粒子群人工蜂群算法的灌区渠-塘-田优化调配耦合模型

为了缓解农业水资源供需矛盾,减少南方季节性干旱造成的损失,该文结合南方灌区渠、塘、田地复杂的水量转化关系,建立了以灌溉区域效益最大为目标的渠-塘优化调控与田间多种作物优化配水相结合的耦合模型;根据该模型的特点,提出了模型求解的粒子群-人工蜂群混合算法。将模型应用于漳河灌区,并与常规的渠-塘调控和作物配水模型和只考虑作物优化配水模型相比较。结果表明,渠-塘-田地协同调配效果显著,耦合模型计算所得特别枯水年(降雨频率为95%)下灌溉用水效益比采用其他2种模型分别提高了20.7%和6.9%。粒子群-人工蜂群混合算法能快速求解该优化调配耦合模型,有利于解决多水源、长距离输配水、库塘共同调控等复杂情况下的高效用水模型的求解问题。     

基于粒子群的大系统优化模型在灌区水资源优化配置中的应用(简报)

针对灌区水资源优化配置模型存在等式约束的特点,在分析粒子群算法寻优策略的基础上,建立了基于粒子群的大系统优化模型.同时.提出有效的控制粒子速度大小的方法, 克服了粒子因速度过大易逃出约束空间而造成程序中断的不足,成功地将粒子群优化算法应用于作物灌溉制度的寻优中.利用此模型将有限的水资源分配到灌区中的不同子区、子区中的不同作物以及作物的各生育阶段,取得了较好的效果.     

农田氮、磷向水体迁移原因及对策

农田氮、磷向水体迁移,不仅造成化肥的利用率低,农业生产成本上升,还对水环境造成污染,引起水体富营养化。综合评述了农田氮、磷向水体迁移的原因及其控制方面的国内外研究进展。氮、磷肥的过量施用和施用比例不合理是导致农田氮、磷向水体迁移的主要原因;氮、磷向水体迁移量受土壤质地、施肥种类、降雨条件等因素影响;相应措施如优化土地利用、合理施肥和处理农田径流等均可有效地降低农田氮、磷向水体迁移风险。在当前的非点源污染治理中,应采取有力措施控制农田养分流失。     

基于自适应差分进化算法的水稻物候期预测模型参数自动校正

进化算法在作物模型参数校准领域已有广泛应用。由于作物模型的结构包括多组常微分方程,具有非线性、不连续、多峰值特点,因此针对作物模型特点选择合适的进化算法尤为重要。同时,进化算法自身参数对算法性能有较大影响,这些参数选择往往靠经验得出,增加了优化算法在模型参数校准过程中的不确定性。该文针对进化算法应用到作物物候期模型参数校准过程中存在着算法选择和算法参数不确定性问题,以水稻RiceGrow物候期模型为应用对象,分析比较了3类进化算法应用的精度、收敛速度以及稳定鲁棒性。比较的进化算法包括差分进化系列算法（标准差分进化算法和自适应控制参数改进差分进化算法）,协同进化遗传算法系列（个体优势遗传算法、M-精英协同进化算法）以及粒子群算法系列（标准粒子群算法、基于自主学习和精英群的多子群粒子群算法）。研究利用武育粳、雪花粘等5个品种在江苏宜兴、兴化和广东高要等不同生态点的多年田间试验资料展开量化分析。结果表明：1）利用自适应控制参数改进差分进化算法校准水稻物候期模型的品种参数准确性较高,算法自身参数易于确定。物候期模型校准以后在拔节期、抽穗期、成熟期的RMSE为1.7～4.6 d、NRMSE为1.8%～5.8%、MAD 为 1.4～3.3 d、R2为 0.977～0.997,比GA系列平均分别小0.634 d、0.608%、0.453 d、0.09%,比PSO系列平均小1.399 d、1.35%、1.039 d、0.23%。 2）自适应控制参数改进差分进化算法在水稻物候期模型参数校准问题上表现出良好的收敛速度及稳定鲁棒性。重复校准试验100次的目标函数标准偏差趋近于0,每次校准得到的品种参数值标准偏差较其他算法最小。在达到同样精准度的情况下,比标准差分算法收敛速度平均快117代,适用于实际应用实践。     

农田排水沟渠系统对磷面源污染的控制

排水沟渠是农业区重要的水利工程,其排水功能更是农业安全生产的重要保障,然而农田排水沟渠的生态功能未得到足够重视。随着农业面源污染研究的深入,农田排水沟渠在控制磷面源污染上的作用日益引起人们的关注。针对农业面源磷污染控制问题,简要归纳总结了农田沟渠系统对磷面源污染的迁移转化机理及影响因素,并在此基础上,探讨了排水沟渠控制磷污染的措施,以期为农业面源污染控制和管理提供参考。     

大棚控制排水对土壤水氮变化的影响

农田排水技术能够解决大棚种植条件下的次生盐渍化问题,因此得到了较广泛的应用。为了分析大棚控制排水条件下的土壤水分和土壤氮素的变化规律,在田间试验的基础上,采用RZWQM（root zone water quality model）模型对不同控制排水处理下的土壤水分含量、土壤氮素含量及氨挥发过程等进行了模拟校正和验证,并利用模型对不同控制排水条件（不同暗管间距和不同控制出口深度）下的水氮变化情况进行了分析。模型在校正阶段的分层含水率模拟均方根误差（RMSE）为0.038～0.050cm3/cm3,验证阶段的分层含水率模拟均方误差（RMSE）为0.040～0.081 cm3/cm3。结果表明：RZWQM模型能够较好的模拟田间水肥变化情况;控制排水对地下水位的控制效果显著但没有对作物的水分利用产生太大影响;不同暗管间距和控制深度下,暗管排水总量、排氮总量和渗漏氮总量都受到了极显著的影响,氮肥利用效率则受暗管间距影响而对控制深度不敏感。     

耕作模式和滞水时间对稻田中氮磷动态变化的影响研究

通过微区模拟稻田试验,分析了免耕、浅耕和深耕3种耕作模式下滞水时间不同的稻田排水中氮磷的动态特征及总氮、总磷流失潜能,研究了稻田夏季施肥耕作模式和滞水时间对氮磷的减排效能。结果表明：（1）深耕有利于土壤固肥作用的发挥,田面水中TN和NH4＋-N浓度呈逐渐下降的趋势。浅耕和深耕土壤中微生物环境利于硝化反应,不易被土壤吸附的NO3--N得以迅速向田面水中释放。免耕和深耕处理的田面水中TP和DP浓度在第1～5 d内浓度较高,3个耕作处理的滞排水中TP和DP在耕作处理5 d后均处于较低的浓度水平。（2）不同耕作模式滞水5 d后TN的绝对流失量均处于较低水平。免耕、浅耕、深耕在滞水5 d后可分别减少田面水中TN流失59.55%～65.68%、70.15%～88.20%和65.23%～77.26%。深耕处理的模拟稻田田面水中TN的流失潜能相对较小。不同耕作模式处理相对流失形态与潜能以TN为主。（3）免耕处理田面水中TP的绝对流失量最大,浅耕处理田面水中TP绝对流失量最少。免耕、浅耕、深耕在滞水5 d后再排水可分别减少田面水中TP流失54.70%～67.78%、62.99%～85.09%和52.45%～87.99%。浅耕处理模拟稻田田面水中TP的相对流失潜能较小。不同耕作模式处理田面水中磷素的相对流失形态表现出一定的差异性,田面水中磷素流失形态随时间变化呈现出TP与DP交替变化的现象。总之,从减少田面水中氮磷的绝对流失量出发,夏季浅耕不失为最佳清洁耕作模式;同时在滞水5 d后排水,能有效减少田面水中氮磷的流失量,减少稻田排水对面源污染的影响。     

旱涝交替下控制灌溉对稻田节水及氮磷减排的影响

该文研究控制灌排技术对稻田水氮磷动态变化及节水减排效应的影响。于2015年5—10月在河海大学江宁校区节水园,在有底侧坑内进行水稻栽培试验,于水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期和乳熟期4个生育阶段进行控水试验,以常规控制灌溉为对照,测定稻田淹排水铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和总磷浓度变化。结果表明:旱转涝处理淹水初期稻田水中铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和总磷浓度显著高于涝转旱处理,这个时期地表和地下排水应该引起注意。控制灌排条件下灌水量减少7.4%~18.5%,排水量减少23.0%~43.5%,NH_4~+-N负荷减少18.5%~54.5%,NO_3~--N负荷减少16.8%~57.7%,总磷负荷减少34.2%~58.3%;其中拔节孕穗期和抽穗开花期在保证节水减排的同时,也能实现较高的产量;因此,控制灌排技术具有较好的节水减排效果,对南方稻作区灌排实践具有指导意义。     

节水灌溉控制排水条件下稻田水氮平衡试验与模拟

为了揭示我国南方灌区节水灌溉控制排水条件下稻田水平衡机制及其氮素迁移转化规律,以指导稻田水肥管理,该文以2007－2008年试验区域水稻生长期田间水氮监测数据为依据,基于一阶氮素动力反应方程,耦合田间水平衡及氮素渗漏和作物吸收过程,构建了田间水氮平衡模型,模拟计算了试验区稻田日渗漏水量与各氮素迁移转化过程中的日铵态氮和硝态氮量。结果表明,试验区田间水经渗漏和排水流失占降水和灌溉水总和的54.7%,气态氮素损失（挥发和反硝化）和渗漏是稻田氮素损失的主要途径,挥发和硝化损失量分别占铵态氮和硝态氮的30.6%和36.1%。渗漏流失中硝态氮明显高于铵态氮,排水中铵态氮高于硝态氮。通过渗漏流失的总氮素量亦较大,渗漏硝态氮和铵态氮分别占其相应氮素形态的9.8%和29.5%。因此,减少氮素气态损失有利于提高节水灌溉控制排水稻田氮肥利用率     

沟渠及塘堰湿地系统对稻田氮磷污染的去除试验

为研究原位状态下灌区沟渠及塘堰湿地系统对稻田氮磷污染的去除效应和规律,在湖北省漳河灌区选取农沟-斗沟尺度的3段典型排水沟渠和一处塘堰,分别于2009-2010年5—9月水稻生育期在沟渠和塘堰进出水口采集水样进行氮磷浓度化验分析。结果表明,灌区农沟-斗沟尺度典型排水沟渠对总氮、硝态氮、铵态氮、总磷整体去除率分别为44．6％、9．9％、37．3％、35．1％;塘堰对总氮、硝态氮、铵态氮、总磷的平均去除率分别为15．2％、15．6％、30．2％、-6．5％。典型沟渠和塘堰对氮磷污染的去除表现出一定的抗冲击自修复性。原位条件下,由于排水沟中水力停留时间都不长,使得种植不同植被的沟段之间对氮磷的去除效应差异性不明显。塘堰湿地系统中植被的选育及其管理对去除稻田排水氮磷污染具有重要意义。     

种植-肉牛-有机肥-种植模式氮磷投入产出模型的构建

该文针对亚热带丘陵区的生态特征,构建了"种植-肉牛-有机肥-种植"农牧复合循环农业模式,包括种植系统、养殖系统、废弃物无害化处理系统和产品营销服务系统。为了探明"种植-肉牛-有机肥-种植"模式各子系统氮磷投入产出流向特征,基于投入产出模型理论构建了该模式氮磷投入产出模型,并对模型参数的计算方法进行定量化研究。以亚热带丘陵区长沙县金井镇循环农业示范基地为例对模式氮磷投入产出模型的构建进行实证研究,进行种植系统、养殖系统、废弃物无害化处理系统、产品营销服务系统的氮磷投入产出分析。结果表明,循环农业模式氮磷投入产出模型的构建,可以反映各子系统氮磷的中间使用和最终产品的投入产出流动状况,建立循环农业系统中氮磷在各类主要产品的生产和分配之间的平衡关系,研究成果不仅可为亚热带丘陵区农牧复合循环农业模式氮磷资源的高效利用提供科学参考,并且可为农牧生态系统氮磷循环元素平衡的机理研究提供理论依据。     

农业非点源污染物在排水沟渠中的迁移转化研究进展

农业非点源污染物在排水沟渠中的迁移转化是农业非点源污染控制和管理的重要环节。在简要分析农田排水沟渠生态结构和生态特征的基础上,归纳总结了排水沟渠中水生植物、微生物和基质底泥各组分的生态功能以及各组分同氮磷污染物间的相互作用机理;结合目前研究现状,提出今后尚需进一步研究的问题,包括沟渠生态系统中各组分不同作用的量化研究、农业非点源污染物在排水沟渠中的迁移模型以及宏观层面上沟渠湿地运用与区域生态环境间关系的研究等。     

农田排水口高度对地表径流氮磷流失的影响

洱海流域农田径流氮磷污染严重,大量氮磷污染物随雨水进入洱海,导致洱海水质雨季下降。为从源头控制氮磷污染物的输出,该研究采用人工模拟降雨的方法,探究5、10、15、20、25 cm 5种不同高度的排水口对农田径流氮磷流失的控制作用。结果表明,农田排水口较低会造成产流初期硝态氮和颗粒态氮浓度升高,将排水口高度提高到15 cm以上可有效降低径流中各形态氮磷浓度,并稳定在较低水平;排水口高度从5 cm提高至15～25 cm产流中总氮、颗粒态氮、铵态氮、硝态氮流失量分别降低了85.60%～93.13%、88.39%～95.77%、84.59%～91.72%、63.05%～65.15%,总磷、颗粒态磷流失量分别降低了86.75%～92.66%,61.64%～94.61%,且排水口设置在15 cm高度处氮、磷流失量削减效果突出,在15 cm基础上继续提高排水口不会对氮磷流失量产生明显影响。综上所述,将排水口提高到15～25 cm对农田径流污染控制效果优越。结合洱海流域多年降雨资料及建设成本,推荐将农田排水口设置于距土壤表面15 cm高度处,对控制农田养分流失,减少面源污染起到显著效果。     

基于“源”、“汇”过程的农业非点源污染模型构建及应用

根据农业非点源污染产移特点, 将农业非点源污染模型分为田间产污的“源”模块以及模拟污染物在排水沟渠中运移的“汇”模块, 其中“源”模块又包括农田灌溉(降水)排水子模块及农田灌溉(降水)排水中污染物浓度计算子模块。应用DRAINMOD模型模拟田间尺度的灌溉(降水)排水, 同时将农田的施肥和灌溉过程“合成”作为田间污染物浓度的脉冲输入, 以逆高斯分布作为综合作用函数, 建立农田尺度的灌溉排水污染物浓度估算模型, 二者结合构成农业非点源污染田间产污模块; 应用一维水动力学基本方程和非保守性污染物迁移方程, 建立农业非点源污染物沟渠“汇”模块。并以黄河上游青铜峡灌区为例进行了示例应用, 依据典型田块以及排水沟渠农业非点源污染监测试验资料, 结合灌区作物种植结构, 计算了2008年5~9月青铜峡灌区输出污染负荷, 结果为盐分470 099 t、总磷98.17 t、总氮3 593 t、硝态氮2 122 t、氨态氮426 t。通过示例验证, 表明所建模型具有较好的模拟效果, 可进一步推广应用。     

控制排水条件下农业非点源污染物流失特征

通过在宁夏回族自治区青铜峡灌区进行的自由排水与控制排水的对比监测试验,系统分析了控制排水条件下排水量以及农田排水中盐分、总磷、硝酸盐氮、氨氮浓度和负荷的变化特征,分析了控制排水的节排减污机理。研究结果表明：相比于自由排水,控制排水在稻田生长期可累计减少排水43.01%,并降低农田排水中各类污染物浓度,盐分、总磷、硝酸盐氮、氨氮浓度分别减少7.68%、17.39%、18.16%、9.20%;农田排水中盐分、总磷、硝酸盐氮、氨氮污染负荷相应减少46.49%、44.46%、57.51%、38.89%;污染负荷的