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。     

土壤类型对优先流路径和磷形态影响的定量评价

以中国贡嘎山由青灰色砂质冰水堆积物发育而成的疏松岩性土壤和德国厄尔士山渍水土壤优先流路径为研究对象,通过野外染色示踪试验和改进的Hedley磷形态提取法,使用优先流染色面积比和优先流程度评价指数定量评价不同类型土壤的优先流程度,通过相关关系分析进一步揭示不同土壤类型中优先流路径对磷形态分布的影响。结果表明:贡嘎山和厄尔士山优先流图片总染色面积比分别为31%和52%,厄尔士山渍水土优先流比贡嘎山疏松岩性土发育较好。贡嘎山疏松岩性土壤优先流发育程度与潜在生物可利用无机磷和有机磷贡献率显著正相关,而即时生物有效无机磷和磷灰石磷与厄尔士山渍水土壤优先流发育程度显著正相关。土壤类型影响优先流路径分布和土壤磷形态分布,从而影响土壤磷赋存状况和下游水质安全。     

非饱和土壤优先流运动特性的染色示踪研究

由于日益增长的环境问题,作为节水灌溉的基础——土壤中优先流的运动特性越来越受到关注。利用亮蓝对初始含水量不同的2组土壤中的非均匀流动进行了示踪研究。通过染色示踪试验采集土壤表平面的溶质迁移动态图像,结合图像分析讨论2种不同初始含水量土壤表平面溶质运移的变异过程。结果表明:2种初始含水量土壤中土样表面的溶质运移分布都不均匀;不同初始含水量土壤中土样表面溶质运移的动态过程不同;随着入渗时间与入渗水量的增大,2种初始含水量土壤中土样表面的分维数呈现非线性增长,染色剂的分布面积非线性扩大,但扩大程度非线性减小。     

基于TOPSIS和热点分析的高标准农田建设优先区选择

高标准农田建设是保护优质耕地,保障粮食安全的战略部署,合理规划建设时序和空间布局是科学、高效进行高标准农田建设的前提。以河北省涿州市为研究区,按照国家对高标准农田建设区域的基本要求,构建了耕地综合质量评价指标体系,以规则网格为评价单元,基于TOPSIS模型对高标准农田建设优先度进行了综合评价计算,并采用热点分析方法划定了高标准农田建设一级优先区、二级优先区和不宜建设区。研究结果表明:涿州市中部和西南部区域耕地立地条件较优,基础设施较好,适宜建设高标准农田,列入一级优先建设区和二级优先建设区,面积占比分别为38.4%和31.8%;西部和东部部分乡镇不宜建设高标准农田。研究结果可为高标准农田建设优先区选择提供指导,为下一步的整治方向提供依据。     

基于Shannon-cosine小波的农田遥感图像纹理延拓

农田遥感图像一般都是大图像,对这种大图像进行后续的分析,分块处理是较常见的方法,而在进行分块处理的时候易产生边界效应。消除边界效应最常用的方法是进行图像延拓,常见的延拓方法有对称延拓、零延拓和周期延拓,但在边界处会引入大量高频信息。农田遥感图像中的纹理承载了重要的信息,因此,结合农田遥感图像纹理呈现出的直线特性,本文提出了一种基于纹理方向的图像延拓法。利用多尺度插值小波解偏微分方程的方法根据图像的灰度变化自适应选取配置点,即在图像平坦区域稀疏取点,在纹理细节处密集取点。然后根据配点利用包围盒识别农田遥感图像的纹理方向,进一步沿纹理方向进行延拓。试验结果表明,本文提出的图像延拓方法有效地克服了常规延拓方法的缺点,提高了计算效率,消除了边界效应。     

基于物元模型的高标准农田建设优先区划定方法

以河北省涿州市为研究区,从耕地的立地条件、基础设施、空间布局、生态保护4方面构建高标准农田建设条件评价指标体系,采用层次分析法对各指标赋值,综合计算评价高标准农田建设条件,并采用物元模型对各评价条件进行综合关联度计算,结合限制因素组合法,对各限制因素进行等级划分和个数组合,通过建设条件和限制因素两方面划分高标准农田建设优先区。研究结果表明:涿州市高标准农田建设条件整体较好,其中优先划入区、适宜调入区、重点整治区、后备调控区面积比例分别为17.58%、48.60%、32.70%、1.12%,且优先划入区主要分布在码头镇、刁窝乡、豆庄乡北部以及松林店镇,适宜调入区主要分布在百尺竿镇东部、东城坊镇、义和庄乡西部、刁窝乡以及涿州市南部大部分地区,重点整治区分布在百尺竿镇、东城坊镇以及义和庄乡东部地区,呈现明显的聚集状态,后备调控区分布较少,零散分布于研究区内。研究结果可为高标准农田建设优先区合理划定提供借鉴参考。     

基于障碍度模型的高标准农田建设内容研究

为提高高标准农田建设中各项建设工程的针对性和有效性,以豫东平原区睢县周堂镇高标准农田建设项目为研究对象,将障碍度模型与层次分析法结合,构建高标准农田建设评价模型,探究农田建设的限制因子及建设内容。结果表明周堂镇高标准农田建设项目区综合评价得分为0.732 8,农田建设水平一般,符合高标准农田建设选区的建设条件;通过障碍度模型分析得,研究区内机井通电率、农田灌溉保证率、土壤有机质含量、机耕路通达度、农田灌溉设施完整度、农田高效节水面积占比、农田智能化管理、田间主干道绿化率等8项指标的障碍度值大于其平均值,为项目区高标准农田建设的主要障碍因素,亟待解决。研究表明,障碍度模型与层次分析法结合的研究方法,可准确识别研究区农田建设中的主要障碍因子,进而为项目区优先建设内容的确定提供指导,提高建设工程的针对性和有效性。     

基于GIS土壤养分空间变异性的养分分析仪设计

为了提高农田土壤养分的分析效果,将GIS技术和采样机器人技术引入到了养分分析仪的设计中,利用采样机器人快速地对多个点进行采样,并将分析数据汇总;然后,利用GIS技术绘制出养分空间变异性分布图,将图像进行处理后可视化地呈现给远程管理端,农田管理人员根据养分分布情况合理地进行施肥.为了验证方案的可行性,对农田土壤进行了采样...     

基于USB摄像头的田间图像采集方法研究

高成本是制约机器视觉系统在农田中推广应用的重要因素。为此,通过对农田视觉系统的分析,提出了采用普通的USB摄像头代替专用视觉系统作为田间图像采集单元,基于C语言自行开发程序控制摄像头完成图像的采集与处理的方案。试验表明:此方法操作简单、成本低廉,采集、处理一幅640×480的实时图像耗时3 5 ms以内,能有效地满足田间作业的实时性,为农田智能机械的成品化开发提供了新的思路。     

基于FPGA的农田图像采集与3G无线传输系统设计

针对目前农田图像采集装置功耗大、成本高、图像无线传输速度慢的问题,设计了一套基于FPGA和3G无线通信技术的农田图像采集传输系统.该系统由农田图像采集终端和远程服务器组成,服务器与终端通过3G无线网络进行图像传输.研究了基于FPGA的JPEG压缩算法,实现了3G模块的驱动与远程数据通信.试验表明,系统能够快速采集图像并进行无线传输,传输一幅图像所需的时间约为5.42 s,无丢帧现象.     

基于数量生态学的农地优先路径水平分布特征研究

应用数量生态学中的空间点格局分析方法(g(r)函数),经Monte-Carlo随机模拟检验,对三峡库区紫色砂岩区农地(垂直土层深度10~50 cm)不同影响半径土壤优先路径水平分布特征、以及与生物活动的空间关联性进行分析。结果表明:同一影响半径的优先路径随土层深度的增加,数量逐渐减少,同一土层随影响半径的增加优先路径的数量逐渐减少;同一土层,较小影响半径优先路径仅在小尺度(0~20 mm)上呈聚集分布,但随影响半径和尺度的增加,聚集分布状态逐渐明显;不同影响半径的优先路径随土层深度的增加,也逐渐表现为聚集分布格局,较大影响半径优先路径聚集分布状态显著大于较小影响半径的优先路径;优先路径的分布与形成,不仅受到土壤自身膨胀、干缩等因素影响,而且与生物活动的空间关联性呈正相关关系,对大影响半径(R≥1.0 mm)的优先路径影响较大。空间点格局分析法相比CT扫描、土壤水分穿透曲线等测定土壤优先路径的方法更简单易行,所得结果相一致。这种方法能从形态学角度来量化分析土壤优先路径的分布特征,更好地揭示其潜在形成过程。     

基于林分空间结构分析方法的土壤大孔隙空间结构研究

土壤大孔隙的形成和分布具有重要的生态学意义,但尚未有研究者利用生态学方法研究其空间结构。以三峡库区紫色砂岩区的3种典型土地利用类型下的土壤大孔隙为研究对象,将图像处理技术与林分空间结构分析方法相结合,从形态学和生态学角度量化分析土壤大孔隙的空间结构。结果表明:3种土地利用类型的土壤大孔隙形状、空间结构复杂程度高,空间分布格局随土壤深度的增加均呈聚集分布趋势,且深层土壤的大孔隙组成较表层单一,其中草地最明显,大孔隙发育程度均随土壤深度的增加而降低;3种土地利用类型的土壤优先流发育程度由大到小为:草地、果园、农地,同一土地利用类型不同孔径范围的大孔隙所形成的优先路径的连通性、导水性和发育程度由大到小依次为:草地孔径范围[5.0 mm,∞)、[2.5 mm,5.0 mm)、[1.0 mm,2.5 mm)、(0,1.0 mm),农地和果园孔径范围[1.0 mm,2.5 mm)、[2.5 mm,5.0 mm)、(0,1.0 mm)、[5.0 mm,∞);将林分空间结构分析方法与土壤大孔隙位置密度分布、大孔隙变异度和复杂度指标进行对比,并与以往研究土壤大孔隙空间结构的方法进行比较,所得结果相同,证明该方法可以用于土壤大孔隙空间结构的分析和研究。林分空间结构分析方法简单易行,从生态学的角度完善了大孔隙空间结构的分析,弥补了目前基于物理化学方法在大孔隙结构理论分析的不足,进一步揭示了土壤大孔隙空间结构形成和分布的原因。     

基于水量平衡原理的裂隙优先流双域渗透模型及其应用

针对农田裂隙在灌溉过程中造成灌水效率降低和养分淋失等现象,基于表层入渗、裂隙边壁层流通量、裂隙边壁水平吸渗三者与灌水强度平衡原理,构建了基于水量平衡的优先流双域渗透模型,采用染色示踪试验进行了验证,并基于该模型进行了初始/边界条件旋转设计模拟应用。结果表明,试验优先流模式可显著区分为基质流态（土层深度0~10cm）和优先流态（土层深度大于10cm）,染色覆盖率在土层深度大于10cm的区域内呈线性骤降趋势;对比分析实测和模拟流态可知,本文提出的裂隙流双域渗透模型可有效预测土壤上边界入渗特征、基质流入渗深度和染色覆盖率随深度的变化,实测和模拟染色覆盖率极显著相关（P<0.01,R2为0.981）,裂隙流发育可分为供水强度控制、表层入渗能力/裂隙边壁层流控制、表层/裂隙边壁入渗能力控制3个阶段。基于该模型采用初始体积含水率（θi为0.20、0.25、0.30、0.35cm3/cm3）和灌水强度（R0为0.10、0.08、0.06、0.04、0.03、0.02cm/min）旋转设计,分析了初始及边界条件下优先流特征,模拟结果表明,增大灌水强度可使优先流指数增加而降低灌水均匀度,而当初始含水率升高时,优先流强度减弱且基质流深度增加。本文基于水量平衡原理模拟了裂隙流湿润锋推移过程,消除了传统双域渗透模型难以量化裂隙边壁糙率和层流厚度的缺点,丰富了膨缩性土壤裂隙优先流预测理论,可为农田水分管理和水肥渗漏淋失抑制提供依据。     

地表秸秆覆盖度图像识别技术的研究

农田地表秸秆覆盖是防止水土流失的一项主要措施,研究秸秆覆盖度与土壤风蚀、水蚀的定量关系对农田采取合理的覆盖形式有重要的指导意义。针对当前主要靠手工测试秸秆覆盖度存在效率低的问题,研究了如何应用MATLAB语言强大的图像处理功能来识别、分析秸秆图像。通过对样本图像类型的转换、灰度的均衡化和中值滤波等一系列的处理,得出较准确的秸秆覆盖面积和秸秆覆盖百分比,为准确快速测量秸秆覆盖度提供了测试手段。     

基于充油流量与曝气程度的拖拉机动力换向性能研究

围绕拖拉机动力换向离合器充油流量易受温度、回位弹簧刚度和预紧力等因素影响,液压油在加注及工作过程中易受空气污染,导致液压油空气含量增加的工程应用问题,探究了不同充油流量及曝气程度对动力换向性能的影响。以换向时间、冲击度、滑摩功和磨损量为评价指标对换向性能进行了评估,以期提高拖拉机动力换向品质、工作效率和传动系使用寿命。以东方红LF2204型拖拉机TX4A传动系为研究对象,建立了考虑充油流量和曝气程度的动力换向过程数学模型,基于ADAMS、Matlab/Simulink和AMESim平台分别建立了换向离合器机械模型、控制模型和液压模型,对拖拉机Ⅰ挡作业时前进挡切换为倒退挡的工况进行了仿真分析与台架试验验证。仿真结果表明：当液压油曝气程度为0.1%,充油流量分别为16、14 L/min时,与20 L/min流量相比,换向时间分别增长20%和43%,变速器最小输出转矩分别下降26%和52%,滑摩功分别上升33%和78%,最大冲击度分别下降11%和18%,最大磨损量分别上升24%和44%。当充油流量为20 L/min,曝气程度分别为1%和5%时,与0.1%曝气程度相比,换向时间分别增长26%和...     

The Evaluation Mathematical Model of the Sustainable Development Degree

To build The evaluation mathematical model of the sustainable development degree. Firstly,Chose specific indicators for each evaluation subsystem.Then eliminate unimportant indicators by the principal component analysis. Further give weights to indicators by Monte Carlo Algorithm based on AHP. Ultimately, calculate the index of sustainable development degree.     

基于ECT图像重建算法的多相流检测研究

由于电容层析成像(ECT)图像重建的经典算法Landweber迭代法具有半收敛性,从而限制了其在多相流检测中的广泛应用。为了解决这一问题,从数学角度对Landweber法的半收敛性进行分析证明,并找到其物理本质原因。通过构造压缩算子提出一种全收敛的Landweber法,使得该方法具有稳定的收敛特性。同时,对ECT敏感场的软场特性进行分析,针对忽略软场特性所导致的经典Landweber法对不同流型的最佳迭代次数不一致的问题,利用最小二乘支持向量机对一定数量的图像样本进行训练,从而得到一个先验条件,并基于该先验条件提出一种自适应的迭代停止判据,实现在图像重建结果最接近多相流实际分布时停止迭代。仿真结果表明,改进后的方法不仅具有稳定收敛性,而且与Landweber法相比,图像重建精度可提高16%~50%。     

基于灰色关联度变权法的浅层地下水环境质量综合评价

引入指数型白化权函数对灰色关联度变权法中的白化权函数进行修正,使得能够对地下水更合理、客观、准确地评价。将晋江市浅层地下水看作一个灰色系统,在灰色关联度变权法模型基础上,对各水质监测点不同类别的隶属度和灰色关联度作对比分析判断其评价等级以及质量优劣次序,说明灰色关联度变权法对地下水环境质量综合评价方法适当。研究区内绝大多数地区水质状况良好,影响区域地下水质量的指标主要为TDS、锰、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、氯化物,水质较差区主要分布于沿海工业分布较密集区及引污水灌溉农田地区,说明工农业发展、人类活动加剧及海水入侵是造成本区水质变化的主要原因之一。