基于粒子群算法和BP神经网络的多因素林火等级预测模型

针对现有小尺度林火预测模型预测结果有效性、可扩展性等方面的不足,通过考虑多种火险因素,构建BP神经网络预测模型以提高预测精度,在此基础上借助粒子群算法加快BP神经网络收敛速度,进而提出一种混成的多因素森林火险等级预测模型particle swarm optimization based back-propagation neural network (PSO-BP)。所构建的预测模型,能够同时考虑气候因素(日最高气温、日平均气温、24 h降水量、连旱天数、日照时数、日平均相对湿度、日平均风速)、地形地貌因素(海拔、坡度、坡向、土壤含水量)、可燃物因素(植被类型、可燃物含水率、地被物载量)、人为因素(人口密度、距人类活动区域的距离) 16个变量。基于南京林业大学下蜀林场森林防火实验站传感器网络所采集的实际数据及现场测量数据,通过一组试验验证提出模型的有效性。结果表明:基于训练数据集及检验样本所构建的模型能够开展有效的火险等级预测;模型的计算复杂度较单独使用BP神经网络模型明显下降。     

木材保护剂分散体系及其液体渗透性研究概述

木材保护是节约木材资源、提高木材使用质量的重要手段。为了实现长期、高效的木材保护,通常需要对木材进行整体浸渍处理,即通过木材的多孔结构将包含有效成分的木材保护剂分散体系引入木材内部。随着技术的发展,出现了各种不同类型的木材保护剂分散体系,笔者介绍了其分类以及各类型的定义和基本特性,在此基础上分别对溶液、微乳液、乳浊液、溶胶、悬浊液型木材保护剂分散体系在木材中的液体渗透性方面研究进行了概述。对于水溶型木材保护剂而言,木材构造、木材抽提物及处理药剂的性质是影响其液体渗透性的主要因素;油溶型木材保护剂的液体渗透性在很大程度上取决于其溶剂的性质,轻油溶剂比重油溶剂的渗透性更优;乳浊液的液滴粒径与木材纹孔膜上孔隙尺寸相当,因此其渗透性与液滴粒径、树种密切相关;微乳液比乳浊液更易渗透,甚至可部分进入木材细胞壁;溶胶形成胶体粒子后在木材内的渗透与木材构造、胶体粒子粒径及p H等相关;悬浊液型木材保护剂由于粒径较大,在木材内的渗透性不佳,分布也不均匀。分析了该领域现有研究的不足,提出应系统、深入地开展研究,在此基础上改善分散体系在木材中的液体渗透性,并为木材保护分散体系的开发提供指导。     

Application of a Particle Swarm Optimization Algorithm in Truss Structure Optimal Design

The particle swarm optimization (PSO) algorithm developed in recent years is a stochastic optimization algorithm based on swarm intelligence. It possesses advantages such as being a simple concept, ease of implementation and low resource occupation. The PSO algorithm was adopted to solve the problem of size optimization of truss structures with stress and displacement constraints. We present the basic principle of the original PSO algorithm in detail, and then introduce a constriction coefficient to modify it. Moreover, reasonable values of the coefficients are proposed for the modified PSO algorithm. Several classical problems are solved using the modified PSO algorithm, and the results compared with those using traditional optimization algorithms and genetic algorithms. Numerical results show that the modified PSO algorithm has good convergence and stability, and can be applied to the size optimization of truss structures.     

Elastic deformable particle model in discrete element method

A polygon particle model with discrete element method（DEM） is developed based on the Hooke’s law, in which the geometry change caused by the elastic deformation and features of material can be taken into account. A DEM programme is developed based on the proposed model and collision processes of elastic particles is studied with finite element method(FEM) and DEM. Comparing the result of DEM with that of FEM. When dealing with the problem of particles contact, the real deformation and the contact force variation of the particles can be presented more accurately with elastic deformable particle model, compared with that from traditional rigid particle model.     

细小泥沙对半透膜微润管堵塞的影响

为探明半透膜微润管对细小泥沙抗堵塞性能的影响,采用有压连续灌水方式对微润管3种粒径组成小于0.100 mm的泥沙颗粒进行了不同质量分数浑水灌溉堵塞试验.分析了泥沙粒径、含沙量以及压力水头对灌水器堵塞的影响,同时探讨了灌水器发生堵塞时的敏感粒径范围和含沙量质量分数值.试验结果表明:随着浑水含沙量的增大堵塞越严重,呈正相关关系;粒径在0.061 0 mm~0.100 0 mm对微润管的堵塞影响最大;相同水质条件下,随着压力水头的增大微润管堵塞程度会降低.研究结果为进一步利用半透膜微润灌溉技术提供了相关的理论基础.     

地下水灌溉水质评价的对数型幂函数指数方法

为了科学合理、简便有效地评价灌溉水质,提出了一个灌溉水质评价的指数公式,并采用粒子群算法优化公式中的参数,得出优化后适用于多指标的灌溉水质评价公式.以新疆阿拉尔垦区、尉犁县和宁夏平罗县的水质资料为例进行验证.结果表明,该公式与综合危害系数法、模糊综合评价、突变理论的评价结果基本一致.新疆阿拉尔垦区和宁夏平罗的地下水适合农业灌溉,而尉犁县平原灌区浅层地下水不宜长期直接灌溉.灌溉水质评价公式具有简单便捷的优点,可以快速地得出灌溉水质评价结果,为灌溉水质评价提供了新的有效途径.     

外源竹炭对土壤硝酸根离子的吸附效应

生物质炭巨大的活性表面, 可吸附土壤中的硝酸根等阴离子养分。采用竹炭作为试验材料, 以自然土壤和人为耕作土壤为试验土壤, 用硝酸钾溶液浇施模拟施肥, 通过离子色谱测定浇施后所得滤液中硝酸根离子的含量, 分析竹炭对土壤中硝酸根离子的吸附效果。试验设计如下:自然土壤加入的竹炭百分比为0, 1%, 2%, 3%, 4%(竹炭直径 < 1 mm), 耕作土壤加入的竹炭百分比为0, 1%, 3%, 5%(竹炭直径为1~2 mm), 2种竹炭颗粒(1~2 mm和 < 1 mm)比较试验时加入的竹炭量为3%。结果表明:土壤中加入竹炭对硝酸根离子的吸附有一定的作用, 前2次淋洗表现为吸附作用随着竹炭比例的增加而增强, 但只有加入的竹炭量超过3%后, 吸附效果没有显著提高(P>0.05)。在加入等量(3%)竹炭时, 前2次淋洗时颗粒直径为1~2 mm的竹炭吸附效果好于 < 1 mm的竹炭, 细粒与对照没有差异, 第3次淋洗时竹炭处理与对照差异显著(P < 0.05), 但不同颗粒之间差异消失。竹炭的施入比例和颗粒直径均能影响其对土壤中阴离子的吸附效果。建议生产上采用3%比例、颗粒直径为1~2 mm的竹炭, 以减少硝酸根离子的淋失。     

陕西主要荞麦品种的淀粉理化特性分析

【目的】掌握陕西主要荞麦品种的淀粉理化特性,为荞麦淀粉的深加工利用及荞麦食品的加工提供依据。【方法】以陕西主要推广荞麦品种榆荞1号、榆荞2号、日本秋播荞麦以及甘肃红花荞麦为材料,以玉米和马铃薯淀粉为对照,采用水提法分离荞麦淀粉,研究荞麦淀粉的颗粒结构、组成、糊化特性以及凝胶质构特性。【结果】荞麦淀粉颗粒为多角形或球形,粒径1.4～14.5μm,大小较为一致,偏光十字较明显,微晶结构为A型;4个荞麦品种的直链淀粉含量为258.2～326.7g/kg,溶解度较低,介于马铃薯和玉米淀粉之间;荞麦淀粉的峰值黏度、起始恒温糊化阻力、起始降温糊化阻力、降温结束糊化阻力和50℃恒温结束糊化阻力均高于玉米淀粉,淀粉糊具有较强的热黏度稳定性、冷黏度稳定性和凝胶形成能力,抗酸、碱和耐剪切能力较强;荞麦淀粉糊的透明度较低,冻融稳定性较强,淀粉凝胶硬度、回弹性和粘聚性均较高,凝胶质构特性优良。【结论】荞麦淀粉的颗粒形态、微晶结构及淀粉构成与谷物淀粉相近,凝胶质构特性兼顾薯类淀粉和豆类淀粉的优点,是食品工业增稠剂、粘结剂和淀粉凝胶制品等的理想原料。     

汾河上游河岸带植被类型变化对土壤粒级组成及土壤水分的影响

人工营造的旱柳与旱柳混交林是汾河上游河岸带面积较大的代表性植被群落,以河漫滩为对照,就这2种植被类型对土壤粒级组成与土壤含水量的影响进行了研究.结果表明:在2种植被类型的土壤中,石砾与砂粒含量分别低于对照17.2%与9.4%,粉粒、黏粒与物理性黏粒的含量高于对照3.4%～22.5%,大于0.05mm与小于0.005mm土壤颗粒的含量与河漫滩存在显著差异(P<0.05);与河漫滩相比,2个林分显著地提高了土壤饱和持水量、毛管持水量、田间持水量与自然含水量(P<0.05), 提高幅度为3.7%～10.4%;土壤含水量与石砾、砂粒含量成负相关,而与粉粒、黏粒和物理性黏粒含量成正相关.     

土壤试样单轴压缩试验与离散元法模拟对比研究

土壤是典型的松散介质,利用粘连的颗粒离散元模型模拟土壤聚团的行成及破裂一直是散体力学的热点之一。本研究详细描述了利用带粘连的颗粒离散元模型制备土壤聚团的方法,利用粘连颗粒离散元模型对土样单轴压缩试验进行数值模拟分析,将模拟结果与试验结果进行对比分析。结果表明:试验与模拟得到的压缩曲线走势吻合,均呈拟线性上升,达到峰值后光滑下降;试验和模拟得到的土壤压缩时的强度极限分别为21.5和24 kPa,模拟值高于试验值11.6%。