BP神经网络L-M优化算法在地下水动态预测中的应用

根据地下水动态的时间序列数据资料,建立地下水动态模型,应用BP神经网络的L-M优化算法进行模拟和预测,并与灰色模型预测法的分析结果进行比较,得出该方法不仅简单可行,而且预测精度更高,可在地下水动态、河流水质、大气环境质量预测等方面广泛使用的结论。     

基于射频识别中间件的粮食质量安全追溯系统

为建立快速、全面、精确的粮食质量安全追溯信息系统,研究了射频识别（RFID）中间件技术应用在粮食质量追溯中的业务流程及使用方式,结合江苏省粮食流通特点完成了基于射频识别中间件技术的粮食供应链的系统流程分析,进而确定了符合粮食质量安全中间件的软硬件配置。在此基础上采用结构化设计方法（SM）进行粮食质量安全追溯RFID中间件应用体系的系统架构。最后分别应用VC++方法和AutoRunner工具对系统进行集成和测试。单标签和动态应用测试结果表明：系统识别准确率、识读工作周期和系统连续正常运行时间分别达到95.3%、8.6 s和1 000 h。该系统具有应用于粮食质量安全追溯的前景。     

基于模型和GIS的数字棉作系统的设计与实现

为了进一步发展和完善棉花模型的综合模拟功能,提高其生产管理系统的机理性、数字化、可靠性和通用性水平,该研究运用软构件和参数化技术,决策支持与系统设计技术,结合GIS空间技术,充分发挥模拟模型的动态预测功能、GIS的空间信息管理功能、知识模型的管理决策功能,最终建立了基于数字模型和模拟分析的网络化数字棉作栽培管理决策系统,该系统以品种、气候、土壤、生产条件等数据作为基本输入,可为农业生产者、管理人员和科技人员等不同用户提供棉作区划、方案设计、模拟预测、实时调控、生产分析等棉花生产管理服务。系统的实现为棉花生产系统的数字化设计、精确化预测、动态化管理和网络化控制提供了支持。     

基于灰色动态模型群法的河流水质预测研究

水质预测是水环境规划、评价和管理工作的基础。依据灰色系统理论 ,构造了一个由 6个 GM(1,1)模型组成的灰色动态模型群 ,并运用该模型群对淮河干流枯水期氨氮浓度变化趋势进行了预测分析 ,得到令人满意的结果。研究表明 ,灰色动态模型群法能够充分利用近期水质资料信息预测未来水质变化趋势 ;以模型群统计平均值作为最终预测值 ,避免了单一灰色模型容易利用不稳定信息的缺陷 ,使得预测精度更加准确 ,预测结果更为可信     

基于生长模型的油菜管理决策支持系统

基于生长模型的作物管理决策支持系统是数字化农作技术研究的重要内容。在气象因子、土壤条件、品种特征和栽培管理数据库的支持下，利用作物生长模拟技术、计算机软构件技术，构建了基于生长模型的油菜管理决策支持系统(GMDSSRSM)，包括单机版(GMDSSRSM^A)和网络版(GMDSSRSM^W)，其中单机版系统利用VB和VC++语言编程实现，网络版系统在.net平台上用C#语言开发。该系统实现了数据管理、模拟预测、方案评估、因苗预测、时空分析、敏感性分析、专家咨询和系统帮助等功能，具有机理性强、预测性好、通用性强、功能全面等特点。该研究为油菜生长与生产系统的动态预测和管理决策提供了定量化和数字化工具，可为数字化油菜农作系统的构建奠定技术基础。     

GIS技术在玄武湖水质调度中的应用

计算机软、硬件的快速发展给GIS技术的应用注入无尽的活力，其应用的深度和广度在不断扩展。本介绍南京市玄武湖综合治理水质调度中GIS技术的应用，利用地理信息系统数据采集、数据编辑、信息查询、数据库管理、统计制图、空间分析、专业模型应用等功能开发一个实用、可靠的适合数值模拟的系统，能为实际的工作和研究提供强有力的支持。     

动态数据驱动应用系统在农业和环境科学中的应用前景

目前使用的系统动力学模型往往由于输入数据与实际系统不同步,引起对预测和调控的误差和失败。动态数据驱动应用系统(Dynamic Data Driven Application System,DDDAS)以动态运作方式,集实时模拟、实时测量、自动反馈和控制管理于一体能够有效克服传统模拟存在的问题。本文简述了DDDAS提出的历史背景和基本概念,以该系统在农田温室气体排放、农田定量灌溉和河流污染监控中的具体应用为例,进一步阐明了DDDAS在农业和环境科学中应用的思路和方法。并提出DDDAS应用中需要解决的一些具体问题。     

千岛湖水体生态风险胁迫因子氮、磷预测模型应用研究

引起水体富营养化的限制因子主要是氮和磷。现有的研究表明，干岛湖水体中TN浓度较高，已达到导致水体富营养化的危险程度，磷是干岛湖水体富营养化的限制因子。因此模拟和预测干岛湖水体中氮、磷的变化对指导干岛湖生态风险管理具有重要意义。建立了干岛湖氮、磷预测模型，通过对干岛湖水体总氮和总磷预测模型的预测结果进行检验，结果表明所构建模型应用于近期干岛湖总氮和总磷的模拟有较好的预测精度。因此，通过对干岛湖水质参数构建数学模型，模拟其水质变化过程，为科学评估干岛湖水质下降风险提供参考依据在理论上是完全可行的。根据氮、磷预测模型的运算结果显示，干岛湖全湖总氮与总磷的平均比值将持续维持在35～40：1范围内，进一步肯定了总磷仍然是干岛湖总体水质下降及富营养化的限制因子，其对于流域内总磷输入的防控管理是整个水体系统功能维持稳定状态的关键。     

农产品近红外光谱品质检测软件系统的设计与实现

在中国加入WTO后，利用近红外光谱技术进行快速、准确的农产品品质检测技术与方法研究非常迫切，为满足对样品组分定量预测软件的需求，设计并实现了农产品近红外光谱品质检测软件系统。采用了面向对象编程技术，向量、矩阵运算的封装技术，结构化存储与复合文档等软件实现技术。该系统由光谱文件管理，光谱显示，光谱信号处理(预处理)，光谱校正模型的建立与管理，未知样品的组分浓度预测等五大功能模块构成。具有多种光谱仪器光谱格式(SPC、TXT、JWS、MAT、ASF等)兼容性，光谱分析功能全面性，算法(PCR、PLS、GA、ANN、Wavelet、Wavelet Package等)多样性，软件系统易维护性，用户使用操作方便性等特点。实例分析表明，无论采用本系统的PLS-NIR模型，还是采用本系统的PCA-MBP-NIR模型，组分浓度预测精度均很高。本系统为农产品品质检测近红外光谱建模和预测提供了很好的技术支持，具有重要的应用价值。     

DNDC模型模拟农田温室气体排放研究进展

在简要介绍DNDC模型(脱氮分解模型)及其在中国的应用与改进基础上,综述了中国学者利用该模型模拟与估算农田温室气体排放和减排调控方面的研究进展,提出未来模型在中国的发展应针对中国农业种植体系的特点,增加模型模块,修正模型参数,建立跨尺度农田生态系统综合评估模型,加强大尺度和长时间序列的温室气体排放模拟与预测研究。同时,加强遥感和地理信息系统技术与模型的结合,以提高区域尺度模拟和预测精度,降低模拟结果的不确定性。     

地表滴灌条件下水热耦合迁移数值模拟与验证

土壤水热分布状况是作物优质高产的关键环境条件之一,基于土壤水、热运动基本方程,结合地表滴灌水分运动特点,建立了地表滴灌水、热运移数学模型,利用HYDRUS-2D软件对构建的数学模型进行了数值求解,并对数值模拟得到的土壤水热值与田间实测数值进行了对比验证。结果表明, 所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动和土壤温度变化及分布的动态变化具有较好的模拟效果;当土壤、气象以及灌水资料等可知时,利用该数学模型可以较准确地预测地表滴灌条件下水热耦合迁移与分布规律,模型可用来适时监测和调控地表滴灌条件下作物生长所需的土壤水、热环境条件。此外,数值模拟值和实测结果都显示,地表滴灌条件下上层土壤的水分和温度值较下层土壤易受到土壤蒸发和大气温度剧烈波动的影响。     

Visual MODFLOW在李官堡水源地水流模拟中的应用

数值模拟方法目前是模拟地下水流动和评价地下水资源量的主要技术方法之一。Visual MODFLOW软件具有系统化和可视化的突出特点,因此应用该软件建立地下水系统的数学模型,对沈阳市李官堡水源地的水流情况进行了模拟和预测。模拟结果表明,该水源地为建设项目提供所需的9.8×104m3/d水量是可行的。模型的建立对傍河型水源地的建设和开采水量的预测有一定的借鉴价值。     

基于弹道理论坡地喷灌水量分布模拟及均匀度计算

为解决坡地喷灌水量分布实测困难的问题,该文基于弹道轨迹方程,考虑水滴运动蒸发,通过三维坐标系降维转化,计算坡地喷灌水滴空间运动轨迹,以平地实测水量分布为基础,根据水量平衡原理,建立坡地喷灌水量分布计算模型。结果表明,实测与模拟的水量分布、射程的相对误差小于9%和5.04%,说明建立的模型能够准确反映坡地喷灌水量分布规律,具有一定的可靠性,可应用于坡地喷灌系统设计。以雨鸟LF1200喷头为研究对象,应用模型重点分析地形坡度、喷头布置方式、间距和工作压力等因素对喷灌均匀度的影响,结果表明,在95%的置信度下,地形坡度、喷头工作压力、布置方式和间距对喷灌均匀度的影响均呈显著水平,其中喷头工作压力影响最大,布置方式和喷头间距影响次之,地形坡度影响最小,且在一定坡度范围内,地形坡度对喷灌均匀度的影响远小于工作压力、喷头布置方式和间距。在坡地喷灌系统设计时,如果选用雨鸟LF1200喷头,须保证喷头在正常工作压力下运行,不宜低压作业,应优先考虑方形布置,在兼顾系统成本和喷灌质量时,建议喷头间距宜为其平地射程的0.8倍,且喷头不宜在15°以上的坡地作业。研究可为坡地喷灌系统规划设计提供参考。     

根系水质模型中土壤与作物参数优化及其不确定性评价

农业系统模型参数优化存在很高的不确定性,是模型应用研究的重点和难点。该研究利用自动优化程序PEST(parameter estimation software)对根系水质模型(root zone water quality model,RZWQM)中土壤参数(土壤水力学参数和根系生长参数)和作物遗传参数进行了优化,结果表明PEST优化模拟结果明显优于传统试错法的校正结果,且具有较高的参数优化效率。模型参数优化不确定性评价表明校正数据和参数初始值的选择、土壤水力学参数估算方法、不同类型参数间的相互作用以及优化目标方程(误差来源计算)都明显影响模型模拟结果。以上过程中土壤水力学参数优化值差异较小,但其土壤水分特征曲线却明显不同。通过以上评价分析提高了RZWQM相关参数优化结果的可靠性及其模拟功能,降低了模型参数优化的不确定性,为PEST优化其他模型参数提供了重要支持。     

基于模型的可视化水稻生长系统的构建与实现

在气象因子、土壤条件、品种参数和栽培措施等基础数据的支持下,通过耦合水稻生长模拟模型、形态结构建成模型和虚拟显示模型及策略分析评价模型、气象资料生成模型、品种参数调试模型,利用计算机软构件技术和动态图形技术,建立了基于模型的可视化水稻生长系统。系统在.NET平台上运用C#语言进行开发,接入OpenGL作图工具,初步实现了不同生态环境、品种类型、生产技术条件下水稻生长的动态模拟和逼真显示,具有数据管理、生长模拟、方案评估、因苗预测、时空分析、系统帮助等功能。研究结果将有助于提升农作生长系统表达的数字化和可视化水平,为虚拟农业的发展奠定基础。     

采后热风与热水处理杀虫的水果温度场有限元模拟

热风和热水加热具有高效、环保且易于控制的优点,是一种替代化学熏蒸控制采后水果虫害的有效物理方法。但由于缺乏对加热速率、加热时间与温度分布等问题的深入与系统研究,常导致杀虫效果较差或对水果品质造成一定负面影响。为了研究水果采后热处理过程的传热机理,建立了水果热处理时的非稳态传热模型,利用有限元分析软件COMSOL建模求解,并进行了试验验证。结果表明,模拟值与实测值之间的均方根误差均低于8%,从而验证了模拟的可靠性。达到相同的热处理效果,水果热水(55℃)加热时的热处理时间仅为热风(55℃)的30%,所以热水是一种更有效的加热介质。增加热风的流速可以提高加热速率,而热水循环速度对传热速率影响较小。水果内部的传热速率主要受水果大小、介质流动速度和水果形状的影响,热扩散系数对水果加热时间的影响较小。所建立的水果传热模型及相关试验结果可为水果采后热杀虫工艺参数的确定及优化提供参考。     

滇池流域土地利用动态变化及对流域水环境的影响分析

以滇池流域为研究对象,以1974年、1988年、1998年、2008年四个时期的TM遥感影像为数据基础,结合图像处理、地理信息系统及计量软件,应用马尔柯夫模型对研究区土地利用动态变化及变化趋势进行了分析,同时研究了该区域土地利用变化对水环境的影响。结果表明:①滇池流域近30a来土地利用状况发生了明显的变化,其中耕地、建设用地和其它地类的变化幅度较大,水域和林地变化不明显。②马尔柯夫链预测结果表明:2015—2030年研究区内建设用地面积进一步增加,林地、水域和其它地类进一步减少,但减少的幅度在逐渐变小,耕地面积也继续减少。③滇池流域的水质明显受到土地利用类型及利用变化情况的影响:在5%显著性水平下TP和BOD与土地利用类型之间存在相关关系,建设用地对总氮量的弹性为15.31,耕地对总氮量弹性为10.47,牧草地对总氮量弹性为-156.74。建设用地对BOD的影响为543.79,耕地对BOD影响为-272.49,林地对BOD影响为160.88;在20%显著性水平下COD与土地利用类型之间存在相关关系,建设用地、耕地和湿地对COD的弹性分别为173.88,-100.75,-4 920.59。④马尔柯夫链预测结果表明,随着年份的增长,水质污染状况指标呈现持续恶化的趋势。     

层状土垂直一维入渗土壤水分运动数值模拟与验证

[目的]为进一步认识层状土垂直一维入渗土壤水分运动规律。[方法]依据非饱和土壤水分运动理论,建立了垂直一维土壤饱和—非饱和水分运动的数学模型,并用SWMS-2D软件进行求解。采用已有文献资料,对均质土和层状土的土壤剖面含水率、土壤湿润锋运移值和累积入渗量及入渗速率等指标的实测值与模拟值进行分析验证。[结果]实测值与模拟值具有较好的一致性,所提出的数学模型既适用于均质土壤,也适用于层状土壤。[结论]所建模型能比较真实地反映均质土和层状土垂直一维入渗土壤水分运动的状况,证明利用SWMS-2D软件对层状土柱中土壤水分运动进行模拟具有可行性。