“WaterMan”: an on-farm water management game with heuristic capabilities

A modern computer-based simulation tool (WaterMan) in the form of a game for on-farm water management was developed for application in training events for farmers, students, and irrigators. The WaterMan game utilizes an interactive framework, thereby allowing the user to develop scenarios and test alternatives in a convenient, risk-free environment. It includes a comprehensive soil water and salt balance calculation algorithm. It also employs heuristic capabilities for modeling all of the important aspects of on-farm water management, and to provide quantitative performance evaluations and practical water management advice to the trainees. Random events (both favorable and unfavorable) and different strategic decisions are included in the game for more realism and to provide an appropriate level of challenge according to player performance. Thus, the ability to anticipate the player skill level, and to reply with random events appropriate to the anticipated level, is provided by the heuristic capabilities used in the software. These heuristic features were developed based on a combination of two artificial intelligence approaches: (1) a pattern recognition approach and (2) reinforcement learning based on a Markov decision processes approach, specifically the Q-learning method. These two approaches were combined in a new way to account for the difference in the effect of actions taken by the player and action taken by the system in the game world. The reward function for the Q-learning method was modified to reflect the suggested classification of the WaterMan game as what is referred to as a partially competitive and partially cooperative game.     

基于Landsat数据的条件植被温度指数升尺度转换方法

以陕西省关中平原为研究区域,应用点扩散函数、混合像素面积权重法和中值像素变异权重法将基于Landsat卫星遥感数据反演的分辨率为30 m的条件植被温度指数(VTCI)干旱监测结果上推至930 m的干旱监测结果,并与Aqua MODIS数据反演的分辨率为930 m的VTCI干旱监测结果进行对比分析,以期为两种空间尺度的干旱监测结果的综合应用提供技术支持。以MODIS数据反演的VTCI为参考,应用相关系数、均方根误差、半变异函数的估计值和图像纹理特征等对尺度上推的VTCI进行评价。结果表明,点扩散函数和混合像素面积权重法的尺度上推效果均较好,而中值像素变异权重法的尺度上推效果较差,说明点扩散函数和混合像素面积权重法均适用于研究区域VTCI干旱监测结果的尺度转换,且点扩散函数的数据处理过程更为简单。典型样点VTCI的尺度上推结果表明,空间异质性越小,尺度上推的结果越好。     

基于势场蚁群算法的移动机器人全局路径规划方法

针对移动机器人路径规划蚁群算法收敛速度慢和人工势场法易陷入局部最优的问题,提出一种以栅格地图为环境模型,在蚁群算法搜索过程中加入针对具体问题的人工势场局部搜索寻优算法,将人工势场法中力因素转换为局部扩散信息素,使蚁群倾向于具有高适应值的子空间搜索,减少了蚁群算法在盲目搜索路径过程中产生的局部交叉路径及蚂蚁"迷失"数量,提高了蚁群对障碍物的预避障能力。对不同参数组合下2种算法及其它改进算法仿真结果做了比较,验证了基于势场蚁群算法的全局路径规划能够加快寻优过程且具有较强的搜索能力,收敛速度提高近1倍。     

基于铱星通信技术的土壤墒情远程监测网络研究

为了实现野外偏远、无GPRS信号地区土壤墒情、温度及降雨量的远程无线实时监测,设计了一套由土壤墒情及相关影响信息实时采集系统、铱星通信以及互联网技术构成的"物联网"架构式土壤墒情实时监测系统,围绕铱星SBD(Short burst data)终端模块9602开发了具有独立知识产权的数据采集系统。该系统实现了智能化、网络化的土壤墒情实时监测,以及历史数据的查询、下载,根据设定阈值进行短信报警、传感器和通信故障报警等功能。该系统自2011年8月在山东省、北京市等地运行以来,可以安全、稳定、可靠地获取监测土壤含水率、温度及降雨量信息。通过试验可知铱星通信在空旷地带成功率为97.2%,单个节点通信费用为每月200元(12 000字节),达到了对土壤墒情、温度和降雨量变化规律进行长期监测的目的。     

二相UASB反应器中产酸颗粒污泥和产甲烷颗粒污泥的物理性质和化学成分

本文对二相UASB反应器中产酸和产甲烷颗粒污泥的物理性质和化学成分进行了初步的研究。结果表明:(1)二种颗粒污泥均具有良好的沉降性能,并且产酸颗粒污泥的湿密度、强度和稳定性均优于产甲烷颗粒污泥。(2)二种颗粒污泥的表面元素基本相同,但内部Ca,Si含量相差较大,并且均未发现有FeS存在。(3)产酸和产甲烷颗粒污泥中胞外多聚物(ECP)的含量分别为0.57％和1.46％(以污泥干重计)。ECP中的主要成分为糖和糖醛酸。     

ε-聚赖氨酸对脂环酸芽孢杆菌生长与产物代谢的影响

研究了ε-聚赖氨酸对脂环酸芽孢杆菌属生长及产愈创木酚的影响。以A.acidoterrestris、A.herbarius和A.acidiphilus为研究对象,采用双倍稀释法测定最小抑菌浓度;通过菌落计数和高相液相色谱法检测愈创木酚的含量,评价ε-聚赖氨酸对模拟苹果汁体系中脂环酸芽孢杆菌生长代谢的影响。结果表明:ε-聚赖氨酸能够有效抑制脂环酸芽孢杆菌营养细胞和芽孢的生长,最小抑菌质量浓度为1.25~5 mg/L。当模拟苹果汁中ε-聚赖氨酸的添加量为最小抑菌浓度时,脂环酸芽孢杆菌的菌落数呈下降趋势,减少量为1~2个数量级;愈创木酚的生成量显著降低,质量浓度范围为1.7~4.74 mg/L。当ε-聚赖氨酸添加量增加至最小抑菌浓度的4倍时,菌落数由(5~6)×106个/m L降低至4.6×102个/m L以下,同时,可以完全抑制愈创木酚的产生。因此,ε-聚赖氨酸可以有效控制果汁中脂环酸芽孢杆菌属细菌腐败。     

旱区覆膜滴灌棉田N 2 O排放对化肥减量有机替代的响应

覆膜滴灌条件下,采用静态箱-气相色谱法研究了不同施肥策略:CK(不施肥)、CF(N 300 kg/hm~2;P2O590 kg/hm~2;K2O 60 kg/hm~2)、60%CF+OF(普通有机肥6 000 kg/hm~2)、60%CF+BF(生物有机肥6 000 kg/hm~2)对棉田土壤N_2O排放的影响,旨在明确滴灌棉田连续不同施肥策略下土壤N_2O的排放特征。结果表明,棉花生育期N_2O排放通量表现为施肥处理大于不施肥处理,滴灌施肥后第3/4天N_2O排放通量顺序为CF60%CF+OF60%CF+BFCK,而滴灌后第7/8天N_2O排放通量则表现为有机肥处理高于化肥处理,滴灌施肥结束后表现与之相同;生育期的N_2O排放总量以100%化肥处理(CF)最高,与其相比,60%CF+OF和60%CF+BF处理分别降低3.75%和8.37%,N_2O排放系数则分别降低1.39%和73.8%;相关及通径分析均表明,与土壤NH+4-N相比,NO-3-N与N_2O排放的关系更密切。     

基于深度相机的玉米株型参数提取方法研究

提出了一种基于骨架提取的改进算法,可实现在大田环境下,使用PMD深度相机快速、无损测量玉米株型参数。首先利用深度图像RGB伪彩色和深度距离信息,提取深度图像的骨架,排除复杂背景干扰,得到单株玉米的二值骨架图像;然后利用基于角点检测的改进归类算法提取骨架图像特征点;最后建立骨架图像中特征点与深度图像的对应关系,利用空间几何数学方法,结合特征点计算出玉米的3种株型参数,即株高、茎粗、叶倾角。农田实验对比分析表明,所提方法的株高测量结果与人工测量结果的相关系数 r 为0.986,最大相对误差小于2 cm,农田作物育种抗逆性分析还表明玉米株型参数与抗倒伏性具有显著相关性。     

汽车内部空气污染状况的研究

车厢内存有大量的有害物质,世界卫生组织已明确将车内空气污染与高血压、艾滋病等共同列为人类健康的10大威胁.本文就车内空气主要污染物的来源、车内空气污染物对人体的危害、车内空气污染的主要影响因素进行了系统的调查分析.并在此基础上提出了车内空气污染的解决措施.     

薄壁封闭环磨削回弹的建模与数值研究

提出了卡环制造过程中磨削回弹的计算模型。根据卡环的精度和啮合力要求，设计了特殊制造工艺。考虑弯曲残余应力，对磨削工序进行力学分析，提出了磨削回弹弯矩、磨削回弹后搭叠长度和啮合力变化的计算模型；开发了卡环制造辅助工艺系统——Shuttle，对卡环磨削工序进行了模拟，并结合实验讨论了磨削前后曲率半径、啮合力和搭叠长度随余量的变化规律。研究表明：随着磨削余量的增加，试样磨削前的啮合力增加，而磨削回弹后的啮合力呈下降趋势；试样磨削前后的搭叠长度均呈下降趋势，并且试样截面惯性矩越大，磨削回弹后试样的搭叠长度下降速度越慢；在各工序阶段，试样的曲率半径有不同程度的增加。