基于Copula 函数的边坡可靠度高效分析方法

将Copula函数与高效蒙特卡洛方法结合,提出了含相关随机变量的边坡可靠度高效分析方法。以两个岩质边坡稳定性问题为例验证了所提方法的有效性。结果表明,该方法相比于直接蒙特卡洛方法在保证边坡失效概率的准确性的同时计算效率更高。Copula函数可以构造出具有不同相关结构的岩土体参数的联合概率分布,与高效蒙特卡洛方法(即蒙特卡洛重要抽样方法和子集模拟)结合能高效地处理含多种相关随机变量的边坡可靠度计算问题,相比于现行的Nataf变换方法结果更能体现岩土边坡真实稳定性。此外,该方法也能高效地计算含有复杂的隐式功能函数的边坡可靠度,研究成果拓展了高效蒙特卡洛方法在边坡可靠度分析中的应用。     

基于机器学习算法的土壤有机质 质量比估算

为快速高效地估测干旱、半干旱地区土壤有机质(soil organic matter, SOM)质量比,提出了一种结合竞争适应重加权法(CARS)和随机森林(RF)的估测模型.以内陆干旱区艾比湖流域为研究区,测定土壤高光谱反射率和SOM质量比,经预处理后,利用CARS对原始光谱(R)、一阶导数(R′)、吸光度(log(1/R))及吸光度一阶导数［log(1/R)］′4种光谱变量的可见-近红外光谱进行筛选,并结合RF算法,建立全谱段RF模型与CARS-RF模型.结果表明,基于CARS方法对光谱进行变量筛选后,得出4种光谱变量的优选变量集个数分别为35,26,34和121;在4种光谱变量中,R′和［log(1/R)］′的SOM估测模型精度较高,以［log(1/R)］′为基础数据获得的模型精度最高;CARS-RF模型精度优于全谱段RF模型,模型验证集决定系数(R²)、均方根误差(RMSE)、相对分析误差(RPD)分别为0.881,6.438 g/kg和2.177.该研究在预处理的基础上通过变量优选,应用较少的变量个数获得较高的估测精度,为干旱、半干旱区SOM高光谱估测提供了适宜高效的方法.     

川北地形过渡带地形因子对土地利用与景观格局变化的影响

[目的]基于地形特征分析不同用地类型时空分布变化,不仅能解释土地利用时空变化规律,并能更进一步为优化土地利用结果,生态环境保护奠定基础。[方法]基于四川省北部江油市2003,2010,2018年3期遥感影像,运用土地利用转移矩阵法,分析不同用地类型之间的转化情况;接着利用地形位指数法、分布指数法,分析地形因子影响下不同用地类型分布指数变化特征;之后利用移动窗口法,探究景观格局中斑块密度与Shannon多样性指数时空变化规律;最后结合双变量空间相关性分析,分析地形因子与景观指数间的空间相关性特征。[结果](1)在2003—2010年期间,水田面积减少最多(减少面积2 238.98 hm~2),建设用地面积增加最多(面积增加3 360.36 hm~2);在2010—2018年期间,水田面积减少1 175.84 hm~2,建设用地面积增加1 614.78 hm~2;2003—2010年期间江油市土地利用的变化量整体高于2010—2018年。(2)北部山区主要由旱地转移为林草地,南部平原地区主要为水田转移为建设用地,中部丘陵区域旱地和水田相互转化强烈。(3)随时间变化,旱地和未利用地优势等级向中地形位等级靠拢;低地形位等级上建设用地、水田和水域优势度逐渐降低,并具有优势等级向较高地形位等级扩展趋势。(4)山区河流沿岸以及山地平原交汇处斑块密度与Shannon多样性指数较高,且呈线性分布;随时间变化,丘陵区域斑块密度增加,主城区附近Shannon多样性指数呈下降趋势。(5)高—高聚集区主要表现为向山地丘陵交汇处聚集;城区附近景观指数因受其他因素影响较多,导致该区域景观指数与地形位指数呈现出不显著相关性。[结论]在地形过渡带区域,不同地貌对于各类用地变化的影响在时空上存在差异性,其地形因子与景观指数的空间相关性差异明显。     

基于改进蚁群算法的植保无人机路径规划方法

为了规划出更加高效的植保无人机路径，提出一种基于改进蚁群算法的植保无人机路径规划方法，该方法适用于多个具有复杂多边形边界与内部障碍物的三维作业区域。采用扫描方式生成水平面内的作业路径，经过离散化处理后，在三维地形曲面上插值，获得三维作业路径。在此基础上，建立作业路径生成算法，以三维作业路径总长度尽量短、作业路径数量尽量少为目标，对植保无人机作业航向进行寻优。改进蚁群算法通过附加记录作业路径进入点的机制，实现对三维作业路径的合理排序，生成总长度较短的转移路径。经过算例检验，针对同一作业区域规划出的三维作业路径与水平面内的作业路径的航向角存在较大差异，相差最大为92°，这说明考虑三维地形的必要性。算例中，将改进的蚁群算法与贪婪算法进行了对比，针对一系列相同的作业起点，改进的蚁群算法所得的转移路径总长度均较短，比贪婪算法所得结果缩短3%~28%；在未选定作业起点情况下，改进的蚁群算法与贪婪算法求得的转移路径总长度最小值分别为1661m与1763m，说明改进的蚁群算法具有良好的寻优能力。实例检验情况与算例所得结论基本一致。算例与实例中的作业区域边界与地形复杂，涵盖情况全面，表明本文提出的路径规划方法具有一定实用性。     

Modelling soil erodibility in mountain rangelands of southern Kyrgyzstan

Soil erosion in mountain rangelands in Kyrgyzstan is an emerging problem due to vegetation loss caused by overgrazing. It is further exacerbated by mountain terrain and high precipitation values in Fergana range in the south of Kyrgyzstan. The main objective of this study was to map soil erodibility in the mountainous rangelands of Kyrgyzstan. The results of this effort are expected to contribute to the development of soil erodibility modelling approaches for mountainous areas. In this study, we mapped soil erodibility at two sites, both representing grazing rangelands in the mountains of Kyrgyzstan and having potentially different levels of grazing pressure. We collected a total of 232 soil samples evenly distributed in geographical space and feature space. Then we analyzed the samples in laboratory for grain size distribution and calculated soil erodibility values from these data using the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) K-factor formula. After that, we derived different terrain indices and ratios of frequency bands from ASTER GDEM and LANDSAT images to use as auxiliary data because they are among the main soil forming factors and widely used for prediction of various soil properties. Soil erodibility was significantly correlated with channel network base level (geographically extrapolated altitude of water channels), remotely sensed indices of short-wave infrared spectral bands, exposition, and slope degree. We applied multiple regression analysis to predict soil erodibility from spatially explicit terrain and remotely sensed indices. The final soil erodibility model was developed using the spatially explicit predictors and the regression equation and then improved by adding the residuals. The spatial resolution of the model was 30 m, and the estimated mean adjusted coefficient of determination was 0.47. The two sites indicated different estimated and predicted means of soil erodibility values (0.035 and 0.039) with a 0.05 significance level, which is attributed mainly to the considerable difference in elevation.     

基于柔性夹持的青菜头收获机设计与试验

为解决西南丘陵山地青菜头机械化收获问题，结合青菜头生物特性和农艺要求，设计了一种具有柔性夹持功能的小型青菜头收获机。阐述了整机结构与工作原理，并对样机关键部件进行了结构设计和理论分析，柔性夹持装置初始间隙为60mm，最大允许通过青菜头直径为150mm，分析得到夹持输送带速度为0.37m/s、所需最大夹持力为38.04N；对割台架的仿地形能力和结构动力特性进行了分析，可得该结构允许地形起伏度为50mm，在安装割刀位置振幅最大，前5阶固有频率为115.63~783.60Hz，远大于发动机和地形产生的激励频率，因此不会发生共振现象。田间试验结果表明，切割及夹持输送机构运行平稳、振动小、切割有力、夹持力度适中；切割成功率为89.5%，青菜头损伤率为10.8%，实际工作效率为0.035hm2/h，各项性能指标基本满足设计和农艺技术要求。     

黑土区田块尺度下地形影响作物长势机理分析

为揭示作物长势及水肥运移的空间分异规律,探究田块尺度内作物长势与地形变化的关系,以东北典型黑土区东兴农机合作社为研究区,沿南北垄向提取高精度数字高程模型(Digital elevation model,DEM)与归一化植被指数(Normalized differential vegetation index,NDVI)信息,构建地形指标,分析NDVI的空间变异性。结果表明,坡型凸凹程度越明显,NDVI的空间变异性越大;同类坡型中阴坡NDVI的空间变异性与坡型凸凹程度呈负相关;坡度在±0.03范围内,作物长势好,空间变异性低;以坡度绝对值高于0.04的坡度均值与其对应直线距离所占整条直线的比值作为自变量,构建多元逐步回归模型,进行回归分析,可以解释大豆NDVI决定系数为0.965 2、高粱NDVI决定系数为0.888 3的空间变异性。不同地理空间的地形与成土母质差异显著,通过分析研究区内地形对作物长势的影响规律,可为田块尺度地形的分析提供借鉴,有助于指导农户合理地进行水肥分配。     

Nutritive value of sorghum silage for sheep

This study compared ensiled sorghum (ES) from two varieties (first and second cuts) with corn silage (CS) for chemical analysis, total-tract nutrient digestibility, ruminal variables and blood biochemistry metabolites in sheep. Five experimental silages representing first cut ES var. Pegah (PS1), second cut ES var. Pegah (PS2), first cut ES var. Speedfeed (SS1), second cut ES var. Speedfeed (SS2) and CS were assessed for chemical analysis, silage fermentation and anti-quality compounds. Diets consisted of lucerne hay, silage and a premix (at the ratio of 53.5:46:0.5 on a dry matter [DM] basis). Feed consumption, total-tract nutrient digestibility, microbial nitrogen supply (MNS), ruminal variables and blood biochemistry metabolites were determined in a Latin square design of five periods with five male sheep. Compared to sorghum, CS had lower (p < 0.01) concentrations of ash, water-soluble carbohydrates and crude protein, but higher starch, lignin (sa), non-structural carbohydrates and apparent nutrient digestibility. The measurements of pH, lactic acid, NH₃-N and volatile fatty acids (VFA) confirmed that all silages were well-preserved. The anti-quality compound levels in the silages were below the safe limits for ruminants. No differences were observed in feed consumption (p > 0.05) and total-tract digestibility of DM and nutrients (p > 0.05). Rumen pH, NH₃-N, VFA concentrations and acetate to propionate ratio showed no difference among treatments (p > 0.05). Sheep fed on sorghum silage showed a decrease (p < 0.01) in total protozoa, and particularly in the Entodiniae population. There were no differences in cellulolytic bacteria counts (p > 0.05) among treatments. Urinary N, MNS and blood biochemistry metabolites showed no difference among treatments (p > 0.05). Silages from both cuts of sorghum had comparable total-tract nutrient digestibility to CS, therefore, these varieties could be used as a more drought resilient silage source in the feeding of sheep.     

基于SD模型的长沙市水资源承载力研究

基于长沙市水资源现状,为平衡居民生活用水、经济生产用水和环境生态用水之间的关系,运用系统动力学方法,建立长沙市水资源-人口-经济-生态环境的耦合系统,模型模拟了现状延续型、经济发展型、节水治污型和综合协调型四种发展模式,选取GDP、人口数量、居民生活需水量、经济需水总量、供需压力作为主要评价指标。结果表明:第一、二、三产业分别保持10%、12%、12%年增长率且节流治污情况与现状延续型保持一致的方案,供需压力将达到节流治污方案的两倍多;经济生产用水对水资源供需压力的影响远大于居民生活用水和环境生态用水;通过适当降低人均用水量来平衡因人口数量增长而增加的居民生活用水是可行的。     

基于混合遗传算法的谐波齿轮传动优化设计

以谐波齿轮传动体积最小为优化设计目标,建立了混合离散变量优化设计数学模型。引入混沌移民算子,对基本遗传算法进行了改进,以维持群体的多样性,提高全局收敛能力。提出了一种设计变量的离散化处理方法,结合染色体编码的修正技术,在遗传算法中染色体按离散化后的设计变量进行离散搜索。开发了混合离散变量优化的改进遗传算法程序,给出了谐波齿轮传动的混合离散变量优化设计实例,所得优化设计参数符合设计规范,不需进一步处理就可直接用于制造。