树冠遮挡条件下全站仪测量树高及材积方法

树高、材积是森林调查中最重要的测树因子,对森林资源调查和林业科学研究有着重要的意义。为了解决林区遮挡条件下无法精确量测树高进而无法确定单木材积的问题,该研究运用全站仪进行森林样地外业数据采集,对内蒙古赤峰市旺业甸林场的188株落叶松和146株白桦进行量测。对每一株立木分别量测胸径、最高可观测处干径和该处距地面的距离以及这2处之间的中间位置的干径和该处距地面的距离,然后分别利用相似三角形法、简单生长经验方程法和孔兹干曲线方程法估算出树高及材积。试验的最高可观测的位置做了以下4种情况的假设:1/3树高、1/2树高、2/3树高和9/10树高。对这4种情况分别求得树高及材积,最后分别对其进行精度分析,得到随着最高可观测部分的增高以及观测点数的增加,测算出的树高及材积会越来越精准。其中运用生长经验方程,测算树高和材积的精度都能达到70%~80%;运用孔兹干曲线法测算树高和材积的精度都能达到70%~90%。该方法可用于林区遮挡条件下单株立木材积的测量,对实际生产有一定的参考意义。     

自动测量胸径和树高便携设备的研制与测量精度分析

胸径和树高测量是评价立地质量和林木生长状况的重要依据,该文以图像自动识别原理、摄影测量原理、相似三角形几何原理和三角函数原理为理论基础,研制了可测量胸径和树高的多功能便携式微型超站仪,该设备集成电荷藕合器件图像传感器、倾角传感器、激光测距传感器、中央处理器、存储器、液晶显示屏,测量时可获取测站点到待测点的倾角和距离2个参数值,并记录存储测量时的图像信息,通过仪器的嵌入式操作程序,实现胸径的自动测量、树高测量、任意处直径自动测量、基本测量等4项基本功能。通过试验验证,215株立木的单次胸径测量的平均绝对误差为0.369 cm,平均相对误差为2.08%。101株立木的单次树高测量的平均相对误差为1.44%。胸径测量精度达到97.92%,树高测量精度达到98.56%,符合国家森林资源连续清查中的测量精度要求。该设备为森林资源调查提供了参考。     

采用不同方法测量切沟的误差分析

使用卷尺测量切沟的体积和面积是研究土壤侵蚀中最常用也是传统的测量方法,着重分析了使用卷尺测量切沟时,测得切沟体积的误差。其误差主要包括由卷尺精度限制而导致的误差,以及由测量原理所造成的系统误差。运用误差传递公式计算由卷尺精度限制导致的误差,这种误差与测量相邻横截面的间隔长度无关,只与测量仪器即卷尺有关;对于不同的切沟,卷尺精度导致的误差占所测切沟体积的百分比也是基本相同的,不到2%。由测量原理造成的系统误差又可分为两种：由于横截面不规则造成的系统误差,最多可达到体积的2%;由于相临两个横截面之间形状不规则造成的系统误差。在野外测量的时候,每次测量距离保持在10 m左右比较合适。卷尺测量与差分GPS测量的切沟体积的比较表明,单次测量误差较大,在10%左右,而两次测量的体积差,即两种方法所得的切沟体积的年际变化量相差不大。也就是说明,用卷尺测量切沟体积的年际变化是有效的。     

便携式高精度立木胸径测量装置研制与试验

立木胸径是森林资源调查中最重要的测量指标。为了实现高效、精准、简便地测量立木胸径,适应复杂树形和不同径级的树木,节省内外业勘测成本,该研究研制了一款立木胸径测量装置。基于隧道磁阻旋转编码器构建适合低成本、轻小型机电结构和高分辨力处理算法的方法,同时开发了由嵌入式软件、Android端应用和Web端应用构成的系统软件,通过多功能按键组合设计了特殊树形和大径级树木的作业流程。在单木勘查作业过程中,装置的机电结构会将立木胸径由机械量先转换为磁信号再转换成电信号,之后由嵌入式软件中集成的处理算法把电信号换算成胸径测量数据。完成所有单木勘查作业后,装置内的蓝牙将数据传输至Android端应用进行存储再上传到Web端的数据库中。为验证装置的测量精度和作业效率,选取包含多个树种的196株立木和一块包含42株立木的小样地进行试验。试验结果表明：该装置对不同径级的立木都具有较高的测量精准度（总平均绝对误差为0.08 cm、平均绝对百分比误差为0.37%、均方根误差为0.12 cm和相对均方根误差为0.54%）;人均每株立木测量耗时为9.3 s（约为传统围尺方法的1/3）,作业效率高。该装置解决了传统围尺在数据量测、记录和入库上的短板,降低了人力成本,比非接触式、卡测类、电子拉绳类仪器的制造成本低几百到上万元,造价仅为260元,且携带方便（质量仅为230 g）,符合国家森林资源连续清查技术规定的精度要求,在森林资源调查中具有宽广的应用前景。     

Topcon影像全站仪在废弃采石场地形测量中的应用

近年来,废弃矿山生态环境问题越来越受到国家的重视,废弃矿山生态恢复逐渐发展为我国城市生态环境建设的重要内容之一,而区域地形测量则是生态恢复的基础.影像全站仪测量技术作为近年来发展的一种新兴地形测量技术,在废弃采石场地形测量中应用较为广泛.在介绍日本Topcon Corporation公司生产的影像全站仪测量技术原理的基础上,以实例实现地形测量及后期成图的全过程.实践证明,影像全站仪测量技术具有操作简单、测量速度快、精度高等优点,特别是影像全站仪测量过程中不需要用棱镜进行光线反射,极大地提高了地形测量的效率,同时对测量人员的安全性也有保障,适用于常规测量难以实现的困难立地地形测量.     

采用不同方法测量切沟的误差分析

使用卷尺测量切沟的体积和面积是研究土壤侵蚀中最常用也是传统的测量方法,着重分析使用卷尺测量切沟时,测得切沟体积的误差.其误差主要包括由卷尺精度限制而导致的误差,以及由测量原理所造成的系统误差.运用误差传递公式计算由卷尺精度限制导致的误差,这种误差与测量相邻横截面的间隔长度无关,只与测量仪器即卷尺有关;对于不同的切沟,卷尺精度导致的误差占所测切沟体积的百分比也基本相同,不到2%.由测量原理造成的系统误差又可分为两种:由于横截面不规则造成的系统误差,最多可达到体积的2%;由于相临2个横截面之间形状不规则造成的系统误差.在野外测量的时候,每次测量距离保持在10 m左右比较合适.卷尺测量与差分GPS测量的切沟体积的比较表明,单次测量误差较大,在10%左右,而两次测量的体积差,即两种方法所得的切沟体积的年际变化量相差不大,说明用卷尺测量切沟体积的年际变化是有效的.     

离心泵内部流动高速摄像测量及误差分析

为了提高离心泵内部流动测量的精度,阐述离心泵内部流动高速摄像系统,研究主要拍摄参数的确定方法,分析速度误差产生的原因以及泵内速度误差的大小,提出控制误差的方法,对离心泵内部流动进行了高速摄像测量。结果表明,选择合适的拍摄距离和拍摄频率,提高图像的分辨率和判读点的识别精度,能有效控制速度误差。分析叶轮和蜗壳内的流动时,应选择合适的图像判读间隔,以协调点输入造成的误差和弧弦差造成的误差,当拍摄频率为2 000帧/s,判读间隔为6幅时,可达到最小误差0.41%;分析泵进口和出口直管段内的流动时,可忽略弧弦差造成的误差。叶轮半径从0.125 m减小到0.02 m时,测量误差从0.41%增加到2.48%,随着叶轮半径的减小,测量误差增大。在分析不同叶轮半径位置处的速度时,为了减小测量误差,应选择不同的图像判读间隔。研究结果可为提高旋转机械内部流动测量精度提供参考。     

分布式水文模型的误差分析

分布式水文模型以其具有明确物理意义的参数结构和对空间分异性的全面反映,能够准确详尽地捕述和模拟流域内真实的降水径流过程而被广泛需求和关注。在模拟土地利用、土地覆盖、水土流失等各种变化过程的水文响应,面源污染、陆面过程、气候变化影响评价等诸多领域都有广泛的应用。模型的预报精度和误差至关重要．决定了模型的应用和推广。在分析分布式水文模型建立和验证过程的基础上,提出了模型的4类误差来源：被排除往外的因素引起的误差,实测历史记录资料的随机或系统误差,参数误差和模型结构误差,讨论了各类误差的分析与计算方法,为模型的发展和成长提供了依据。     

基于机器视觉的水果尺寸检测误差分析

介绍了当前应用机器视觉进行水果尺寸检测的现状。根据水果成像时水果、摄像机透镜、水果图像三者之间的相互关系，运用几何光学理论分析了尺寸检测中的各种误差及其原因。水果成像时，由于水果表面各点的高度变化，水果图像上各点所代表的实际长度不尽一致，形成标定误差；水果与摄像机透镜光心之间的距离不可能无穷远，成像后，水果图像的边缘点到形心的距离并不能真正代表水果的半径，形成半径误差；水果中心与摄像机光心偏离后，得到的图像存在形状误差。给出了标定误差的计算公式和半径的估算公式。     

藏北高原区DEM高程与坡度值提取的误差分析

高程是数字高程模型（DEM）的基本信息,坡度是DEM进行地形分析的重要描述性因子之一。选取藏北高原区为研究区域,在实测GPS高程值和实测坡度数据的基础上,对SRTM与ASTER GDEM高程值和提取的坡度进行了误差分析。研究表明：（1）SRTM和ASTER GDEM在采集高程值时误差较小,二者与实测值之间的Pearson相关系数分别为0.975和0.994,中误差（RMSE）为57.381和31.106,精度比率（AR）为2.089和1.976,相对平均误差（R_ME）为1.1%和0.7%;（2）SRTM提取坡度的误差较大,而ASTER GDEM提取的坡度误差较小,二者与实测值之间的Pearson相关系数分别为0.878和0.946,中误差（RMSE）为4.014和2.395,精度比率（AR）为1.238和1.034,相对平均误差（R_ME）为21.5%和5.5%;（3）频率累计坡谱能直观地表现DEM提取坡度的误差大小。     

基于无人机图像分析的树木胸径预测

树木胸径是林木资产评估中的重要参数,该文利用图像分析技术预测树木胸径可为资产评估提供参考。以银杏和法国梧桐为试验树种,通过拟合无人机正射图像中的单株树木树冠面积与胸径的关系预测树木胸径值。首先利用二型模糊聚类方法对无人机采集的纯林样地正射图像中的单株树冠进行分割,获取树冠像素面积,然后利用地面参照物计算出树冠的实际面积,并与测量的胸径值进行拟合,得出树冠面积与胸径的函数关系,林区中其他树木胸径值可基于该函数关系和其树冠面积计算得出。试验结果显示无人机正射图像中的银杏及法桐树冠面积与胸径均呈对数关系,且该文计算所得的银杏1.2 m处的胸径与实际胸径之间的平均误差约为0.31 cm,法桐1 m处的胸径与实际胸径之间的平均误差为0.27 cm,均在行业允许的1 cm误差范围内,该文提出的基于无人机正射图像分析技术预测树木胸径较为准确,可为中小尺度林地资产评估提供参考。     

树木年轮信息解析系统研制与试验

树木年轮信息在树木年代学、气候学、生态学、灾害学和环境学等领域研究中有重要的作用。为准确、快速、地获取树木年轮信息,降低工作强度和操作复杂度,该研究设计了一种树木年轮信息解析系统。该系统在硬件上进行了机电一体化设计,主要包含滑台模组、旋转编码器、步进电机、置物台、手轮、工业相机、控制箱、光学显微镜、电脑等组件,基于C#语言和OpenCvSharp工具包设计上位机,所设计的上位机软件通过与工业相机、采集器和控制器通信来实现对年轮信息采集、处理和存储,实现位置计算、电机控制和图像识别。系统设计了2种方法进行年轮信息解析：1） 电子显微定位法。在常规显微定位法的基础上,基于旋转编码器和螺旋测距法感知滑台线性位移进而实现年轮宽度测量,并使用工业相机和显示器代替传统显微镜来判读年轮线,最后可生成年轮解析图表;2）图机辅助法。在电子显微法的基础上,结合图像识别与电机控制算法进行改进。为验证系统的年轮宽度测量精度、年轮线识别准确率和解析效率,以传统显微镜和光学标定板作为参照工具,采集油松、落叶松、杨树、白桦4个树种的木芯样品进行试验。试验结果表明：在年轮宽度测量精度上,电子显微定位法和图机辅助法的平均绝对误差分别为5.68和7.84 μm,均方根误差分别为6.31和8.62 μm,满足国家标准;在年轮线识别上,油松、落叶松、杨树、白桦4个树种的准确率分别为83.3%、93.7%、55.0%和68.3%,针叶树种组、阔叶树种组的平均召回率分别为96.4%和72.6%,能够辅助判读年轮线;在解析效率上,平均每个年轮采集耗时为电子显微定位法1.58 s、图机辅助定位法1.24 s,分别比显微定位法提高了约19%和36%。综合而言,该系统实用性强、精度高、效率高,工作疲劳度低、成本低(<1万元),在多个学科领域中具有推广应用前景。     

谷物联合收割机测产数据中的误差分析与处理

产量分布图作为实施精细农业的起点与农业生产管理决策的基础，其精度至关重要，而产量数据误差分析与处理则是提高产量分布图精度的关键。通过连续两年使用带有测产系统的联合收割机进行收获试验，并对得到的产量数据进行分析，发现产量数据中主要存在三类误差，即割幅宽度设置误差、填充时间误差和延迟时间误差。讨论了这三类误差的产生原因、识别和处理方法，并对小麦和玉米在不同收获条件下的误差进行了比较。分析结果表明，割幅宽度设置误差数据所占的比例一般小于6%，填充时间误差数据大于10%，延迟时间误差数据小于1%。     

Wet digestion,manual and automated analysis of total sulphur in plant material

Abstract

Accurate and reproducible determinations of total sulphur can be made following digestion of plant samples with a nitric/ perchloric acid mixture containing dichromate and metavanadate. Care should be taken to control digestion temperatures. The occurrence of dense fumes of perchloric acid and the deposition of red chromium trioxide are not satisfactory indicators of the digestion endpoint. Digestion for lh. beyond the change in colour of the digest from green to olive‐brown was necessary, in our work, for consistent results.

Methods for reliable manual and automated determination of sulphate sulphur are described; the sulphur values obtained with our samples, were the same by both methods.     

基于多通道数据流在线相关分析及聚类的闸站工程安全监测

闸站工程自动安全监测可积累大量高质量监测数据,然而对这些数据的在线自动分析手段较为有限。该文提出一种针对多通道实时监测数据流的在线相关分析与聚类方法,以挖掘多个感兴趣测点通道数据流之间的联系。该方法能够在线快速计算数据流的统计特征,在计算数据流之间相关性度量的基础上,对多数据流进行自动聚类。以泰州高港闸站工程安全监测系统为例,针对扬压力、伸缩缝、温度等多类型共65个通道数据流进行在线相关分析与聚类,一次特征计算、分析与聚类总时长低于1 s,满足在线处理的实时性要求。该文提出的方法能够判断闸站工程渗压情况、伸缩缝与温度变化特性等,可有效发现潜在的工程安全问题或传感器故障。     

故障树分析在水产养殖监控系统可靠性设计中的应用

简单介绍了水产工厂化养殖计算机监控系统的组成及工作原理，该系统是一个由工业控制计算机作为上位计算机、单片机控制系统作为下位计算机的典型计算机集散控制系统。为保证系统工作的安全可靠性，增强系统的实用性，以鱼类因水体溶解含氧量严重超限而死亡作为顶事件为例，进行了故障树分析，得到了提高系统可靠性的基本思路：即利用单片机和上位机的软硬件冗余资源来构成容错系统，通过改变故障树的拓扑结构来减少低阶最小割集数，以降低顶事件发生的概率。通过对故障树的评价，提出了提高系统可靠性的基本方法，主要有：减少人为操作失误；单片机系统硬件进行可靠性设计；单片机和上位机的控制系统软件中增加和完善纠错程序和故障诊断程序。理论分析和试验结果表明，采用文中所述方法能有效消除系统中由于部分硬件故障、软件缺陷、人为失误、以及受外界电磁干扰等不良因素所带来的不利影响，保证水产养殖的正常进行。     

Comparison of methods for measuring heavy metals and total phosphorus in soils contaminated by different sources

The relationships between the concentrations of zinc (Zn), lead (Pb), copper (Cu), nickel (Ni) and chromium (Cr) as measured by X-ray fluorescence analysis (XRF), aqua regia, and HNO₃ pressure digestion were studied in soil samples covering a wide range of heavy metal concentrations. The soils were contaminated by sewage sludge, exhaust depositions, river sediments of mining residues, and dump material. The question was addressed whether the source of heavy metals or other soil properties affect the relationship between these three methods. The aqua regia-digestible fraction of the five heavy metals reached on average 64% of the XRF-detectable content. The pressure accelerated HNO₃-digestible fraction of the five heavy metals was on average 71% of the XRF-detectable content; the respective phosphorus (P) fraction reached a median of 75%. This suggests that HNO₃ pressure digestion can also be used for characterizing the total P content of soils. Aqua regia extraction and HNO₃ pressure digestion gave similar values for Zn, Pb, and Cu, which dominate the heavy metal load of most contamination sources. Significantly higher Cr values were obtained by HNO₃ pressure digestion than by aqua regia extraction. Additionally, the Cr contents were affected by the source, e.g. sewage sludge had relatively high contents of aqua regia and HNO₃ pressure extractable contents in comparison to the XRF values. The element-specific relationships between the three methods were all highly significant. However, the respective multiple linear regression models were in most cases affected by soil organic carbon (C), in some cases by clay or soil pH.