基于多指标评价和分形维数的坡耕地优先流定量分析

以重庆紫色砂岩区坡耕地田间染色示踪试验为基础,采用形态学和统计学方法,对3种坡耕地土壤剖面染色图像进行指标提取,运用多指标评价法确定了优先流指数PFI,并结合几何学中的分形理论,定量评价了土壤优先流的发育程度。结果表明:6个优先流特征指标(优先流区染色面积比、基质入渗深度、优先流分数、长度指数、峰值指数和变异系数)均表现出南瓜地和柑橘地的优先流程度高于玉米地;优先流指数PFI由大到小为南瓜地(0.88)、柑橘地(0.77)、玉米地(0);通过Fractal Fox 2.0软件计算得到的优先流湿润峰迹线分形维数由大到小为南瓜地、柑橘地、玉米地。与土壤优先流指数PFI进行比较,所得结果基本一致,说明利用分形维数来评价土壤优先流发育程度是准确可行的。     

基于流声耦合法的超低比转数离心泵空化特性研究

为研究离心泵不同空化状态下噪声特性的变化规律,以及空化的发展对水动力噪声的影响,首先以一台超低比转数离心泵为研究对象,搭建闭式试验台,基于泵产品测试系统及数据采集系统建立了离心泵空化噪声的试验测试系统,实现了泵性能参数和内场噪声信号的同步采集。其次,分别应用不同空化模型对模型泵空化性能曲线进行预测,并与试验值进行对比,选择合适的空化模型。在此基础上将整个空化过程划分为未空化阶段、空化初生阶段、特征空化阶段及严重空化阶段,结合声学边界元法将流场信息转化为声场信息,并通过比较各空化阶段噪声预测值与试验值相对误差,发现模拟信号与实际信号吻合度较高,充分验证了预测方法的可行性。最后,基于流声耦合法研究空化对内部声场的影响。研究发现:针对超低比转数离心泵空化,Zwart模型比Kunz模型具有更好的适用性。内场噪声信号随空化的发展变化规律比较复杂。在中低频段,由于空化对动静干涉的抑制作用,使得叶频及其倍频特征值离散分量声压级随空化的发展呈现逐渐下降趋势,而轴频分量呈现增大趋势;而高频宽频噪声随空化系数的降低呈现先缓慢减小、然后急剧上升的规律,逐渐将高频特征值分量淹没在宽频带中,高频段声压级的增高造成总声压级的升高。     

基于自适应概率PCA的植物叶片彩色图像修复

植物叶片图像的采集过程中，由于自然环境或成像条件的影响，特别是夜间，采集到的图像大多带有椒盐噪声，造成图像质量下降。很多植物叶片含有丰富的叶脉，被噪声污染不利于后续的表型分析、图像分割等。椒盐噪声密度较小时，中值滤波降噪效果较好，但在噪声污染严重时滤波方法也无法有效去噪。针对这一问题，提出了基于概率PCA的图像修复模型。一幅光滑的不含噪图像通常可认为服从高斯分布，概率PCA能有效地提取描述这幅图像中的主要信息，通过估计模型参数重构因噪声引起的数据缺失，从而达到图像修复的目的。但是当噪声的缺失像素点聚集在叶脉上时，直接用概率PCA修复会出现明显的边界效应，因此本文先基于树的叶脉进行追踪，再对叶脉进行概率PCA修复，然后再基于整幅图像利用概率PCA模型修复，迭代次数根据修复后图像的PSNR值自适应地选择。为了验证所提出的模型的修复性能，进行了与常用滤波方法的对比试验。试验结果表明：去噪后的图像PSNR值比使用均值滤波高出6dB左右，比使用维纳滤波高出9dB左右，比使用高斯滤波高出7dB左右，比使用中值滤波高出1dB左右，并且在结构相似性上采用本文算法去噪后的图像与原始图像的相似度最高。因此，将概率PCA模型应用于植物叶片彩色图像修复是可行的、有效的，为其后续的图像处理提供了技术支持。     

灌溉管网非恒定流计算机实现方法

为了研究灌溉管网非恒定流计算机实现方法,基于非恒定流的基本原理及其特征线(MOC)解法,探讨了采用节支关联表和支节关联表建立管网结构信息,并对管网数据进行储存、计算和结果输出的方法,在计算过程中通过数组储存不同的节点类型及管网参数供计算机调用。通过实例对典型喷灌管网的非恒定流过程进行了计算并分析。结果表明,该方法储存管网结构信息简单方便,计算机能够快速识别节点类型并调用相应的边界条件子程序,本方法可用于复杂灌溉管网的非恒定流建模与分析。     

生物柴油搅拌装置的设计

生物柴油制备器械很多,但制备过程中油料预混合及配套加热器械却很少。为了进一步完善现今这一领域的不足,设计了一种适用于生物柴油的油料搅拌装置。为此,阐述了该装置的主要结构、工作原理和主要技术参数,并以200r/min的转速为标准,运用gambit进行图形绘制和网格划分,采用fluent软件对该机内部流场进行仿真分析,验证了其转速的合理性。基于STC89C51单片机和DS18B20的温度传感技术,设计了一种温度控制装置,可在生物柴油制备过程中使油料更好地进行预混合和加热,从而提高了生物柴油的制备效率和质量,减少了操作时间。     

茉莉酸甲酯诱导辣椒抗青枯病与活性氧代谢的关系

为探究茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate,Me JA)诱导辣椒抗青枯病效应与活性氧代谢相关酶的关系,以辣椒易感青枯病品种‘粤红1号’和抗青枯病品种‘辛香8号’幼苗为试验材料,在0.1mmol·L-1 Me JA喷雾处理后12、24、48、72和96 h接种青枯劳尔氏菌(Ralstonia solanacearum),对其进行青枯病病情指数与活性氧代谢相关酶——超氧化酶歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)、过氧化氢酶(Catalase,CAT)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)和抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate Peroxidase,APX)活性以及丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量测定及相互关系的分析。结果表明:‘粤红1号’和‘辛香8号’的病情指数随喷Me JA处理时间的推移表现为先降后升,但都低于对照;而诱导效果则相反,Me JA处理对两个辣椒品种幼苗抗性的最适诱导时间均为接种前48 h。接种后0~96 h,Me JA喷雾处理的辣椒幼苗叶片SOD、CAT、POD和APX酶活性均显示先升后降的趋势,且明显高于对照,接种后24~48 h达到最高,而MDA含量则明显低于对照。因此,Me JA可诱导辣椒幼苗抗青枯病,其实现途径可能与提高活性氧代谢相关酶活性和缓解膜脂过氧化有关。     

基于广义回归神经网络的灌溉系统首部多用户配水快速PID控制

针对多用户配水状态下灌区流量、压力需求变化范围大,传统流量、压力控制响应速度慢等问题,建立适用于多用户灌区配水的灌溉系统首部控制技术。该研究通过分析供水系统流量、压力调节方式,提出了流量、压力PID(Proportion Integration Differentiation)耦合调节方法,建立以电动阀开度为流量控制量、变频器频率为压力控制量对流量和压力进行调控的灌溉首部控制系统。为了减少系统的调节时间,提高系统的运行效率,采用广义回归神经网络(Generalized Regression Neural Network,GRNN)建立流量、压力和电动阀控制模拟量、变频器控制模拟量间的预测模型,形成神经网络PID控制模型(GRNN_PID),并进行模型精度和控制精度验证。GRNN训练结果显示,变频器控制模拟量的相对误差为0.11%～3.86%,电动阀控制模拟量相对误差为0.09%～5.74%,模型精度较高。使用3个调节过程模拟3个用户的需水行为对模型进行验证,结果表明,GRNN_PID模型3个过程的调节时间分别为11.6、10.7和7.2 s,PID模型3个过程的调节时间分别为31.7、29.6和16.9 s,GRNN_PID模型大幅减少了系统的调节时间,提高了系统的运行效率;分别计算了2种模型的控制精度,GRNN_PID调节方法和传统PID调节方法的稳态流量和压力误差都在1%以内,最大超调量为8%,控制精度较高但相差不大,表明GRNN是从策略上加速系统调节速度,其本身并没有对PID的参数进行调整,因此对系统的控制精度影响不大。研究可为灌溉系统流量压力快速控制提供参考。     

基于粒子图像测速的坡面流水动力学特性

粒子图像测速(Particle Image Velocimetry, PIV)技术具有多点同时测量、对水流无干扰的优点,该研究利用高分辨率PIV(分辨率为64 pixels/mm),测量了7组坡面流(水深范围为0.5～1.1 cm,雷诺数范围为1 000～3 000),并测量1组深水明渠紊流作为对照,研究了流速轮廓线和修正系数、紊动强度和雷诺应力、偏态系数和峰度系数的变化规律。结果表明:1)PIV能够有效观测坡面流床面至水面的流速分布。当坡面流流态为过渡流时,流速修正系数随着雷诺数的增加呈对数增加,均值为0.77;2)对比深水明渠紊流的紊动强度,坡面流的流向紊动强度较大,而垂向紊动强度较小,且随着水深及雷诺数的增加,坡面流紊动强度逐渐与深水明渠紊流的特征吻合。深水明渠紊流中受雷诺应力影响的流体占比约80%,而坡面流中受雷诺应力影响的流体占比小于80%,随着雷诺数的增加坡面流中受雷诺应力影响的流体占比变大;3)对比深水明渠紊流的峰度系数,坡面流的峰度系数大部分大于3,表明坡面流较深水明渠紊流出现极端流速事件的概率小。PIV技术有利于实验室研究坡面水力侵蚀的力学机理机制问题。