FDR型土壤水分仪的温度补偿设计与应用

对FDR (Frequency Domain Reflectometry)型土壤水分仪进行改造,将FDR和半导体测温技术相结合,以提高自动土壤水分观测仪的温度适用性,降低土壤水分观测精度受地温变化的影响。通过集成基于频域反射原理的土壤水分传感器和半导体测温器件,设计可同时测量土壤水分及温度的传感器,并在实验室和郑州农业气象试验观测站进行对比试验、建模验证。结果表明：(1)土壤温度变化对FDR型土壤水分传感器精度有较大影响,传感器测量误差和地温呈负相关关系,且随着土壤深度增加愈加明显;(2)在土壤温度20℃时,对传感器测量精度影响最小,高于20℃时传感器测量的土壤水分值大于实际值,低于20℃时传感器测量的土壤水分值小于实际值。地温变化引起了FDR型土壤水分传感器振荡频率的偏移,利用传感器测量频率的温度修正模型,可有效降低土壤水分观测数据受地温变化的影响,提升观测精度。     

基于向导点法反演水文地质参数

为了研究观测井与向导点布置范围以及水文地质参数初值对反演结果的影响,利用二维承压含水层理想模型,分别建立观测井、向导点不同分布范围(占研究区面积16％、36％、64％、81％和100％)以及不同渗透系数场初值的地下水反演模型,讨论其反演规律.其中,初始渗透系数场与实际渗透系数场之间的均方根误差记作R1,表示先验信息精度;初始渗透系数场经过PEST程序反演后的结果称为渗透系数估计场,与实际渗透系数场之间的均方根误差记作R2,表示参数估计精度,R2值越小反演精度越高.结果表明:随观测井、向导点分布范围增加,相应模型的R2值先减小后逐渐保持稳定;同时随向导点分布范围的增加,调用Modflow程序与优化迭代的次数减少;R1值增加,不同渗透系数初值模型的R2值、Modflow程序调用次数与优化迭代也会增加.由此看出,观测井与向导点分布范围越大,初始渗透系数场越接近真实值,反演结果越理想.研究成果为观测井与向导点的科学布置以及初始渗透系数场的取值提供了理论依据,有助于向导点法的推广.     

月牙肋岔管体形优化与设计

针对目前月牙肋岔管得到广泛应用的情况，根据新的《水电站压力钢管设计规范》DL/T 5141-2001，编制了内加强月牙肋岔管的体形优化设计程序。通过工程实例计算，表明该程序不仅有效地减小了工作量，提高了设计工作效率，而且大大提高了计算精度，可以为其它工程岔管的设计提供参考。     

作物生育期降雨量的数值预报模型

首先由灰色系统方法得出作物生育期降雨序列的GM(1，1)微分方程，据此建立了作物生育期降雨量的自记忆数值预报模型。将该模型应用于郭堡水库灌区冬小麦和玉米生育期降雨量预报，结果表明，这种利用了多个观测往值信息的自记忆性灰色模型具有较高的预报精度。     

基于双变量同化和交叉小波变换的冬小麦单产估测

为进一步提高陕西省关中平原冬小麦产量估测的精度,利用集合卡尔曼滤波算法(EnKF)将CERES-Wheat模型模拟的0～20 cm土壤含水率和叶面积指数(LAI)与遥感观测的条件植被温度指数(VTCI)和LAI进行同化,同时利用交叉小波变换分析冬小麦各生育时期同化VTCI和LAI与产量之间的共振周期,通过计算小波互相关度获得各生育时期同化VTCI和LAI的权重,进而构建基于加权VTCI和LAI的冬小麦单产估测模型。结果表明,在样点尺度,经过EnKF同化的VTCI和LAI能够综合表达模型模拟值和遥感观测值的变化趋势;在区域尺度,无论是否同化,经过交叉小波变换的各生育时期VTCI和LAI分别与产量之间存在特定的共振周期,同时发现,同化有助于对关键生育时期的特征提取;相较于未同化构建的估产模型,经过同化构建的估产模型的归一化均方根误差为13.23%,决定系数为0.50,平均相对误差为10.58%,精度略有提升,且估测产量的分布与统计产量的分布更为一致,因此认为将同化与交叉小波相结合构建的双变量单产估测模型精度更高,可为进一步实现高精度的区域产量估测提供研究基础。     

南水北调中线大型预应力渡槽有限元分析

针对南水北调中线总干渠渡槽的大流童、大跨度、大荷载、过水断面大等特性,提出了钢绞线的两种布束方案和模拟技术,为确保工程的安全和结构的优化,采用三维有限元方法,研究分析了两种布束方案下各工况底梁、底肋、边墙等控制断面的应力、应变分布规律,结果表明:采用方案一的钢绞线布束方案较为合理,且槽身满足抗裂和挠度要求.     

变异系数标准值的确定

变异系数标准值的确定新疆农机鉴定站苏同钦在农机产品质量检验工作中，常用变异系数来表述检测精度或观测数据列的离散程度。这是因为这一特征值是个相对变异量，一个无量纲的量，具有可比性，在某些情况下比其它表述离散性的特征值有更多的方便性。变异系数是检测数据列...     

基于Sentinel-1A数据和BP神经网络的裸露地表土壤含水量反演研究

土壤含水量是影响水文循环和气候变化的重要参数，相比于光学遥感，雷达遥感不受云、雨等气象因素影响，可以实现全天时、全天候的连续观测，是大范围获取土壤含水量信息的有效手段。为研究裸露地表雷达后向散射信号的影响因素和变化规律，探讨利用Sentinel-1A雷达数据反演裸露地表土壤含水量的方法，在南阳盆地典型农业区进行了观测试验。首先利用微波散射模型—AIEM理论模型模拟不同雷达入射角度、地表均方根高度、相关长度、以及土壤含水量参数下的雷达后向散射系数，分析各参数对雷达后向散射系数的影响。进而采用实测数据和模拟数据训练BP神经网络模型(Back Propagation Neural Network,BPNN)，以实现对裸露地表土壤含水量的反演，并对其反演精度进行验证。结果表明：在特定入射角下，地表粗糙度对土壤含水量反演精度的影响不可忽略。不同极化方式下，BPNN模型与AIEM理论模型对微波后向散射系数模拟值的R²达到0.99以上。采用野外实测数据对BPNN模型反演土壤含水量的精度进行测试，结果显示，模型预测值与实测值之间的R²为0.72,RMSE为0...     

单目SLAM增强现实测树系统设计与试验

将内嵌有面阵相机及IMU的智能手机作为硬件系统，单目SLAM技术获取多视图几何深度图、位姿等为数据源，构建了单目SLAM增强现实森林测树系统。设计了基于平滑度高鲁棒性过滤胸高圆柱体表面点云及切线的方法；然后，基于点到圆柱体表面距离及圆柱体切线到圆柱体表面距离构建了胸径与立木位置精确估计算法；最后，以该算法为基础在智能手机端开发了增强现实测树系统，即利用智能手机实时测树、并通过增强现实场景实时人工监督测量结果。新型测树系统在5块32m×32m方形样地中进行了测试，以评估新型测树系统的测量精度；此外，每块样地使用了单次观测、正交观测、对称观测及环绕观测4种不同的观测方法对立木胸高圆柱体观测，以评估不用观测方式对测树精度的影响。结果显示：立木位置估计值在X、Y轴方向的平均误差范围为-0.014~0.020m，X、Y轴方向均方根误差范围为0.04~0.08m；立木胸径估计值偏差为-0.85~-0.03cm（相对偏差为-3.60%~-0.04%），均方根误差为1.32~2.51cm（相对均方根误差为6.41%~12.33%）；相比于单次观测方法，其他观测方法获取位置及胸径估计精度均有提高（特别是不可近似为圆柱体的立木树干），从精度与效率角度而言，正交观测及对称观测为最佳观测方法。结果表明，单目SLAM增强现实测树系统是一种可精确进行森林样地调查的潜在解决方案。     

基于长短时记忆网络(LSTM)的地下水埋深模拟预测——以关中平原为例的实例分析

地下水资源对区域经济社会发展至关重要,而准确预测地下水埋深是合理利用地下水资源的重要依据。以陕西关中平原33眼地下水埋深观测井的实测数据为输入,探讨长短时记忆网络模型(LSTM)在地下水埋深模拟预测当中的应用。结果表明:整体上,LSTM模型可以很好模拟关中地下水埋深的变化,但是模型在训练阶段的模拟精度要高于验证阶段的。具体而言,对33眼观测井同时模拟时,无论训练次数多少,其决定系数(R~2)均大于0.98,而均方根误差(RMSE)和相对均方根误差(RRMSE)分别小于5 m和14%;而在验证阶段,尽管模拟值与观测值的R~2仍然大于0.98,但是RMSE和RRMSE的最大值分别增加至7 m和27%。与此同时,模型的训练次数会影响模拟精度,模型训练次数需要与样本进行匹配,本研究适宜的训练次数为40次。此外,样本集的数据也是影响模型模拟准确度的关键因素,将33眼井的观测数据作为一个样本集的模拟精度要高于单眼井单独作为样本集的模拟精度,表明样本容量越大,LSTM的模拟精度越高。     

基于半定量方法的施肥管理模型

AquaCrop模型利用半定量的方法代替具体施肥量数据,该模型与遥感数据结合能有效减小区域施肥管理措施的空间差异性带来的模拟误差。利用盈科灌区2012-2013年田间试验数据对AquaCrop模型进行率定和验证,并对模拟结果进行了精度分析。结果表明:2012年和2013年土壤储水量模拟值和观测值的决定系数R^2分别达到0.83和0.89,RMSE均在合理范围内;冠层覆盖度模拟值和观测值的决定系数R\+2均大于0.90,RMSE分别为7.50%和7.90%;地上干物质量模拟值和观测值的决定系数R^2分别为0.97和0.74。进一步利用该模型的半定量方法对作物生长指标在不同施肥水平情景下的生长状况进行模拟,量化了不同施肥水平下与肥胁迫状况相关的压力系数,为模型区域化应用奠定基础。     

ZHD型蒸发器电测针在水稻需水量测定中的应用

以往我国水稻需水量试验资料的精度不够高,严重影响了理论分析与计算。精度不高的原因很多,而观测仪器陈旧、观测方法落后,则是其中主要原因之一。现在,各试验站都在设法采用精度高,使用方便的需水量测定仪器,笔者于1984年在湖北省嘉鱼县三湖连江灌溉试验站采用南京水利水文自动化研究所研制的“ZHD型蒸发器电测针”     

SCS模型中CN值的优化率定方法——以天山北坡云杉森林为例

利用SCS模型可以计算出已知CN值流域的径流量,但由于地形条件、降水特性存在差异,适用于不同流域的CN值较难获取。以乌鲁木齐河流域板房沟林场为试验区,利用2009-2014年的各类径流观测小区降水-径流量观测数据反算出CN值范围,然后以理论产流曲线与实测降水-产流曲线的拟合度对CN值进行优化筛选,最后以留一交叉验证法对CN值进行率定,从而得到各林分条件下径流观测小区的最优CN值。结果表明:(1)天山林区不同林分条件下的径流观测小区CN值都大于74;(2)CN值与林分郁闭度显著相关(P0.05)。提出了一种获取干旱区山地林区CN值的改进型方法,此方法将有助于SCS模型及CN值在我国的应用。     

自制水位计在堤坝渗透观测中的应用

自制水位计是一种简易的观测渗漏仪器。它具有轻便、价格低廉、省电、操作简单、运用性强等优点。阐述了自制水位计的原理、结构及观测方法，并对其观测精度进行了拟定。     

土壤侵蚀形态演化数字摄影观测系统设计与实验

为解决目前在连续降雨条件下尚无有效的观测技术与手段从时空两个维度对土壤侵蚀过程进行观测的问题,设计了一种基于无线组网技术的数字近景摄影观测系统。该系统通过对连续降雨条件下不同时间节点的土壤侵蚀坡面进行数字影像的瞬时采集、雨滴噪声去除、点云匹配、三维重建等手段,实现对土壤侵蚀坡面形态演化过程的动态监测。该系统的测量精度可达到亚毫米级,最小测量误差为0. 006 2 mm;凹槽尺寸测量值与实测值之间最大相对误差为-2. 968 3%。土壤侵蚀坡面观测实证表明,土壤流失量估算平均相对误差为-1. 73%,单次观测精度最高可达99. 26%,时间观测分辨率可达到分钟级别,空间分辨率达到2 mm。该系统能够准确获取土壤侵蚀坡面形态变化的精细信息,可为土壤侵蚀过程研究提供新的方法和技术手段。     

人工神经网络模型应用于大坝变形

利用已有的垂线原型观测资料，建立了基于人工神经网络的大坝变形计算模型，并用原型观测数据对其进行了校核和检验。结果证明，用人工神经网络建立坝体变形的神经网络模型对大坝变形能够进行较高精度的预测，并具有一定的优越性。     

深厚覆盖层中的倒垂孔施工技术研究

倒垂线是进行大坝挠度监测的重要方法，施工高垂直度的倒垂孔是保障测试精度的重要前提，结合四川华能冷竹关水电站倒垂孔的施工实践，探讨了在超深覆盖层中进行倒垂孔的造孔，纠偏及保护管制安等施工技术，总结了成功的经验及教训，为倒垂孔施工提供了借鉴。     

切削加工机器人刚度模型研究

通过对机器人臂杆的分析研究,把机器人臂杆当作一个柔性杆进行处理,分别求出其拉伸、扭转和弯曲的挠度,运用误差参数建立运动学模型,从而求得臂杆末端挠度的映射模型,并结合机器人各关节传动误差在机器人操作末端上的挠度误差映射,最终在机器人操作末端叠加关节挠度和臂杆挠度,通过刚度的定义求解出机器人总的操作空间刚度。建立的机器人刚度模型可为机器人切削加工过程中刀具的误差补偿提供依据。     

用动态规划方法对塔里木河下游水量配置研究

以塔里木河5次应急输水观测资料为基础，以动态规划理论为指导，以大系统优化理论为手段，研究了塔里木河下游5次应急输水后河道两岸地下水位上升值与单位河长耗水量、不同地下水位埋深对应的高程与生态改善面积等之间的关系，建立了塔里木河下游输水水量在各研究区合理配置的数学模型，并求解出各研究区合理配置的水量，为今后输水工作的开展提供理论依据。     

用动态规划方法对塔里木河下游水

以塔里木河5次应急输水观测资料为基础，以动态规划理论为指导，以大系统优化理论为手段，研究了塔里木河下游5次应急输水后河道两岸地下水位上升值与单位河长耗水量、不同地下水位埋深对应的高程与生态改善面积等之间的关系，建立了塔里木河下游输水水量在各研究区合理配置的数学模型，并求解出各研究区合理配置的水量，为今后输水工作的开展提供理论依据。