不同深度基质含水率变化规律与预测模型研究

为探明不同深度的基质含水率变化规律,使用干燥法分别对多个EC-5型传感器进行校准,并将4个传感器分别放置垂向距滴头5、10、15、20cm 4个不同深度处,测量不同滴头流量及滴灌量条件下垂向基质含水率的变化,建立了不同深度基质含水率预测模型。试验结果表明,在滴灌开始后第1层（距滴头5cm处）基质含水率最先上升并迅速达到较高水平,滴灌停止后水分将快速扩散至更深基质层,其含水率可提升至根系易利用水平（25.3%及以上）,水分快速运移时间持续1h左右,随着初始基质含水率的降低,在相同滴头流量及灌溉量条件下,水分在垂直方向的运移程度更深,将第1层基质初始含水率、滴灌时间、预测时间、预测层高度差、滴头流量作为输入,利用遗传算法优化的BP神经网络算法与随机森林回归算法（RFR）,建立滴灌下基质不同深度含水率预测模型。将试验所预测的滴灌后基质含水率与实际测量的不同深度基质含水率进行对比分析,并对不同预测深度的预测结果进行误差分析,结果表明GA-BP预测模型及RFR预测模型的R2分别为0.8664、0.9465,即RFR算法建立的预测模型更加精确,并且预测深度越接近于第1层基质预测结果越准确。     

基于数字图像估算不同密度表层土壤含水率

为有效和无损地监测土壤表层含水率,以壤土、红壤和黑壤为研究对象,研究了不同密度下土壤含水率(θ)的图像信息,包括亮度(V)和饱和度(S),建立了土壤含水率的估算模型。结果表明,1当壤土密度为1 400 kg/m~3时,估算模型相关性最好(决定系数(R~2)为0.93,均方根误差(RMSE)是0.04 m~3/m~3);2当红壤密度为1 600 kg/m~3时,相关性最好(R~2为0.93,RMSE为0.03 m~3/m~3);3黑壤密度为1 600 kg/m~3时,相关性最好(R~2为0.87,RMSE为0.07 m~3/m~3)。考虑密度变化时,黏壤土的估算精度最好(R~2为0.72和RMSE为0.06 m~3/m~3)、其次是壤土(R~2和RMSE为0.70和0.07 m~3/m~3)和砂质壤土(R~2为0.60和RMSE为0.07 m~3/m~3)。因此,利用数码相机来估测表层不同密度土壤含水率是可行的。     

基于机器学习算法模拟不同土壤深度含水率

准确模拟土壤水分(SM)对农田精准灌溉、优化区域水资源配置和提高农业水资源利用效率具有重要意义。采用逐日气象和土壤含水量数据,探究随机森林(RF)和支持向量机(SVM)模拟不同深度(4 cm、10cm和20 cm)土壤含水量的适用性,采用太阳辐射(R_s)、空气温度(T)、降水量(P)、风速(U₂)、空气湿度(RH)和土壤温度(ST)数据的4种输入组合,探讨不同输入变量对SM模拟的影响。结果表明：RF模型在4种输入组合下模拟不同深度土壤含水量精度最高,SVM模型模拟精度较低,R²范围分别为0.871～0.914和0.710～0.814,RMSE范围分别为0.050～0.069 cm³/cm³和0.080～0.098 cm³/cm³,MAE范围分别为0.030～0.051 cm³/cm³和0.060～0.077cm³/cm³。考虑模型精度和数据易获取性...     

基于COMSOL的不同库水位条件下土石坝坝坡稳定性分析

由库水位变化引起的渗透破坏是造成土石坝失稳的主要原因之一,坝体滑坡极易诱发地质灾害,严重威胁人类生命财产安全。针对库水位上升对土石坝坝体滑坡的影响,以某均质土坝为研究背景,借助COMSOL Multiphysics数值软件研究坝坡临界失稳状态下的塑性区和水平位移变化,基于有限元强度折减法分析正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位3种工况下的坝坡稳定性。结果表明：随着库水位上升,土石坝内部浸润线位置提高,坝体的最大塑性应变和水平位移呈线性增大趋势,且最大值均出现在坝脚位置。坝脚处塑性区随折减系数SRF的增大逐渐向坝顶贯通,坝坡变形行为以剪切滑移为主。3种工况下稳定安全系数FOS分别为1.894、1.855和1.831,坝体稳定性不断降低,但均高于临界最小安全系数。     

含水率对种子玉米脱粒性能的影响机理

为深入探明含水率对玉米种子脱粒的影响机理,以铁丹Ⅰ代一号等3个品种种子玉米为研究对象,进行了不同含水率下玉米种子籽粒破损强度、果柄强度和脱粒作用力等试验.试验结果表明,含水率对玉米种子脱粒的影响主要体现在籽粒破损强度和脱粒作用力两个方面:随着含水率的下降,玉米种子籽粒破损强度显著提高,因而脱粒时不容易破碎;脱粒作用力随...     

基于COMSOL的料位检测传感器电极设计与试验

针对肥箱料位人工检测精度底的问题,运用Comsol Multiphysics进行矩形、圆环形两种电极的设计,替代人工进行料位检测。并对测量场内的电容值进行仿真计算,分析传感器电极形状对检测场中料检测值的影响。将两种极板安装在施肥试验台,选取颗粒尿素(GB 2440—2001)作为检测对象,进行单因素试验,结果表明矩形电极肥箱料位高度百分比的相关系数为0.99,优于环形电极,受噪声与空气湿度影响小,故选用相邻矩形电极。提高检测精度,完善农机监测多样性。     

农业土壤含水率监测及灌溉系统研究——基于物联网模式

为提高农业灌溉效率,保障农作物正常生长,设计了稳定可行、易于安装的、以物联网技术为基础的农田灌溉系统。系统以MSP430F149低功耗单片机与射频模块为基础,使用基于无线技术ZigBee的CC2530芯片作为网络连接点,采用RHD-100土壤水分传感器采集农业土壤含水率信息;通过无线技术ZigBee与无线通信GPRS无缝连接,将土壤水分数据通过JN5121通信模块传输到无线网络,实现了土壤水分数据信息传输和智能灌溉。将系统运用于不同农田环境进行测试,结果发现:系统数据传输稳定可靠,运行平稳,可进行推广运用。     

基于可见近红外光谱结合不同光谱选择方法检测生姜含水率研究

快速检测生姜含水率对生姜的存储加工和国际贸易非常重要。本文应用可见近红外光谱快速检测生姜含水率,采集330个生姜的可见近红外光谱(光谱范围350~1800nm),然后用烘干法测定生姜的含水率,把330个生姜样本按照含水率的大小以2:1的比例分成校正组和预测组。应用专业知识法、偏最小二乘法和遗传算法三种光谱选择方法建立生姜含水率的预测模型,其模型的精度比应用全光谱(包含1451个光谱变量)所建立的模型精度高。通过比较,应用遗传算法所得预测模型的效果最好,选定的光谱数和因子数分别是300和6,预测组的相关系数、均方根误差和分别是0.9900和4.4440。     

基于COMSOL有限元法的电涡流传感器仿真

为了研究电涡流传感器中电涡流探头线圈的结构参数对检测性能的影响,以电磁场理论为基础,采用有限元分析法,以有限元仿真软件COMSOL为工具,建立电涡流传感器的检测模型,通过仿真研究电涡流传感器探头的电磁特性和影响其性能的探头线圈内径、外径、厚度等结构参数.结果表明:电涡流传感器探头线圈的电阻值与电抗值随线圈内径和外径的增大及厚度的减少而呈上升趋势,当内径和外径越大、厚度越小时,电涡流传感器的灵敏度越高,且线圈厚度对传感器灵敏度的影响更明显.研究结果对研制用于钢闸门缺陷检测的电涡流传感器的优化设计具有一定的参考价值.     

近红外传感器测量不同种类土壤含水率的适应性研究

采用我国不同土壤类型地区的5种土壤样品,利用自行设计的近红外传感器测量不同土壤含水率对应的反射光强。选取中心波长1 940 nm的近红外光为测量光,1 800 nm为参考光,将两波长的反射光强值换算为相对吸收深度。实测结果表明,随着土壤含水率的增加,相对吸收深度增加,两者间呈线性相关关系。选取独立样品对线性标定模型进行验证,除红土外,其他4种样品的均方根误差均小于6%。通过标定,所设计的传感器能够较好地测定不同土壤的含水率。     

不同含水率砂岩蠕变试验及损伤模型研究

为了解全州某引水隧洞围岩在水劣化作用下蠕变变形规律,选取浸水后的隧洞岩样作为研究对象,开展不同含水率作用下的单轴加载蠕变试验,探究含水率对隧洞围岩蠕变的影响,进而建立一种考虑含水率和时间双重影响的新型的非定常蠕变模型,最后结合试验数据来验证模型的正确性与合理性。结果表明：砂岩受载后的瞬时变形与蠕变变形量均随含水率的增加逐渐增大,且建立的非定常模型考虑了蠕变参数的含水劣化与时间劣化,使得蠕变模型可准确地描述不同应力和不同含水率状态下隧洞围岩的蠕变损伤过程。而参数α₁能有效的控制了岩石的瞬时应变值的大小,参数α₂则控制了岩石黏弹性变形和速率的变量,参数α₄控制了黏塑性蠕变速率,参数α_γ在黏塑性黏壶发生作用时,对黏弹性变形向黏塑性变形转化的速率进行修正,有效保持模型曲线的准确性。     

基于基质含水率的作物蒸腾量估算与预测模型研究

作物蒸腾作用是基质水分传输的主要驱动力,建立了基于基质含水率变化量的温室番茄作物蒸腾量估算模型和预测模型,并进行对比分析。使用校准后的EC5基质含水率传感器,记录第1次灌溉后与第2次灌溉前基质实时含水率变化量,使用称量法测量作物实时蒸腾量。通过基质含水率变化量与基质栽培槽体积的多元线性回归运算,建立番茄单株日蒸腾量估算模型;将基质含水率变化量、空气温度、空气湿度和光照强度作为输入,利用GABP神经网络算法,建立番茄单株日蒸腾量预测模型。将试验所得温室作物日蒸腾量估算模型和预测模型分别与温室作物实际日蒸腾量进行线性回归分析,结果表明,基于基质含水率变化量建立的估算模型在苗期、花期的预测精度分别为0. 972 9、0. 979 6,预测模型的预测精度分别为0. 991 5、0. 989 0,两者之间差异不大,但估算模型运算速度远高于预测模型的运算速度,估算模型对于温室灌溉管理具有推广应用价值。     

基于COMSOL的马铃薯原料库置换通风系统仿真与分析

马铃薯原料库内含有大量的余热和CO_2等污染物,需要及时排出。在COMSOL Multiphysics 5.3a环境下,以马铃薯贮藏库为研究对象,建立置换通风系统的参数化模型,分析库内气体的流线场和温度场,得出热气流卷吸排出余热和污染物的运动形式,即中心截面在高度为0.8m处温度降至10℃并保持稳定。对马铃薯原料库中置换通风系统的设计具有一定的参考意义。     

基于COMSOL的汽车抗性消声器的仿真分析

以某汽车抗性消声器为对象,在COMSOL Multiphysics中建立其几何模型,划分网格、设置材料属性及边界条件,通过压力声学模块和计算流体动力学(CFD)模块对该模型分别进行声场频域分析和流场稳态分析.通过(声学)传输损失以及(CFD)压力损失来对该抗性消声器的性能进行评价,并分析了消声管形状、孔隙率的变化对传输...     

不同含水率羊粪离散元参数通用标定方法研究

针对畜禽粪肥含水率差异大等因素导致其离散元仿真参数标定方法通用性和实用性不强等问题,以堆积角为响应值对不同含水率的羊粪进行试验研究。通过圆筒提升法建立了含水率-堆积角模型,模型相关系数0.9999。基于羊粪粒度分布以Hertz-Mindlin with JKR为粘结模型建立4种不同粒径的EDEM颗粒模型;通过Plackett-Burman试验、爬坡试验和Box-Behnken试验从10项参数中筛选出JKR表面能、颗粒间滚动摩擦因数和静摩擦因数3项显著性参数,并建立了堆积角-离散元参数模型,模型P值小于0.0001,相对误差小于等于2.42%;基于含水率-堆积角模型和堆积角-离散元参数模型推导构建了含水率-离散元参数模型,以抽板法进行工程性验证,相对误差小于等于5.37%。表明通过含水率即可直接预测羊粪离散元参数,研究为施肥机械-羊粪仿真中离散元参数确定提供了通用、可靠的方法。     

基于海棠茎干含水率的智能灌溉控制策略研究

茎干含水率的动态变化是研究植物体水分和生长状况的重要指标,准确判断活立木水分亏缺是人工林抚育和城市园林绿化中灌溉策略制定的重要科学依据。以海棠树为研究对象,以茎干含水率为研究参数,通过干旱胁迫试验探究茎干含水率变化与海棠树生理需水的关系。提出以海棠茎干含水率43%和茎干含水率下降值不超过12%为下限指标、土壤含水率33%为上限指标的灌溉控制策略,依据此策略设计了一套智能灌溉控制系统,并通过该系统验证了所提出灌溉策略的有效性与可行性。     

基于三维光谱指数的土壤含水率反演研究

为研究三维光谱指数预测土壤含水率的效果,以期能为精准农业地表土壤含水率的快速精确测定提供参考.以浙江永康地区采集的不同含水率土壤样本为研究对象,利用ASD FieldSpec 3光谱仪在室内对土样进行光谱反射率测量,并基于原始光谱反射率(R)及其对应的一阶微分光谱(FD)、二阶微分光谱(SD)进行一维二维及三维光谱指数的提取.再通过偏最小二乘回归模型(PLSR)对不同光谱指数建模,并对比分析不同模型的反演精度.结果表明:三维光谱指数相比于一维二维光谱指数对土壤含水率更加敏感;基于三维光谱指数(TBI2)偏最小二乘回归模型具有最佳的预测效果,其Rv2=0.92,RPD可达3.32;对于土壤含水率反演而言,三维指数(R-TBI1)相比于其他的光谱指数更具重要性,其变量投影重要性(VIP)达1.04.该研究表明利用三维光谱指数建模为高光谱遥感对表层土壤含水率的快速有效监测提供了一条新途径.     

基于低频滤波法的T-TDR含水率测量方法研究

为了解决T-TDR(Thermo-time domain reflectometry)探针短,土壤含水率测量效果差等技术问题,提出了一种低频滤波法LFF(Low frequency filter)进行TDR波形分析的计算模型。通过对TDR波形快速傅里叶变换,得到组成TDR波形的频谱,对其低频滤波后重新快速傅里叶反变换,可实现LFF变换。试验通过4种土壤,每种5个含水率的20个土样进行测试,通过LFF法和传统WINTDR法对比,结果表明LFF法具有较好的计算结果,其与干燥法的决定系数R2达0.983 5。LFF法不仅有效提高了T-TDR短针土壤含水率的测试精度,还简化了土壤含水率测试校验程序,提高了测试效率。     

青椒种子高压电场的生物学效应

青椒种子落入高压静电场中，在场力的作用下，将产生沿电场方向产生位移。不同落点的种子，其发芽势、发芽率、发芽系数、幼苗生长根长及植株重等均不相同，不同的电场参数会产生不同的影响。实验证明，它们存在较为明显的相关关系。由此为青椒种子的的优选和促壮提供了新途径。