基于主成分分析和模糊聚类方法的全国节水灌溉分区研究

针对节水灌溉特点，提出了集模糊聚类与主成分分析方法的各优点组合的节水灌溉综合分区方法与分区指标体系，利用主成分分析法对分区指标进行降维处理，简化了计算。在对全国30余省（市、区）资料分析计算的基础上，运用模糊聚类方法进行了全国节水灌溉分区。分区结果用于“全国节水灌溉‘十五’计划及2010年规划”。     

关中地区农业节水分区研究

农业节水分区是促进区域水资源高效利用,缓解农业用水短缺的有效方法之一。针对关中地区水资源短缺、农业用水量大的现状,进行了该地区农业节水分区。收集分析了关中地区的地形地貌、气候特征、水资源利用状况以及农业结构方面的资料,采取系统聚类法结合主成分分析的方法展开关中地区农业节水分区的研究。结合关中地区农业相关的自然社会特点,构建了由气候指标、地形地貌指标、水资源及缺水程度指标、耕地灌溉程度指标、社会经济情况指标和农业结构指标等组成的农业节水分区指标体系;对指标进行变异分析和相关分析,筛选出13个原始指标;借助主成分分析法将原始指标表示成6个主成分以提高计算效率;运用系统聚类法把研究区内的42个县级区域划分成6个农业节水区,并结合自然、社会和经济情况对各区进行了水资源利用情况分析,对各区农业节水措施给出相应的对策建议。     

贵州喀斯特地区生态经济类型划分研究

运用主成分分析法和聚类分析法,对贵州喀斯特地区的生态经济类型进行了划分。首先建立指标体系,并运用主成分分析法对22个类型划分指标进行筛选,再运用模糊聚类方法,将该地区75个县(市)划分为5个生态经济类型,最后对各类型进行了分析,提出了其生态经济的发展方向,为制定区域可持续发展战略提供了科学依据。     

贵州喀斯特地区生态经济类型划分研究

运用主成分分析法和聚类分析法，对贵州喀斯特地区的生态经济类型进行了划分。首先建立指标体系，并运用主成分分析法对22个类型划分指标进行筛选。再运用模糊聚类方法，将贵州喀斯特地区75个县（市）划分为5个生态经济类型。最后对各类型进行了分析，提出了其生态经济的发展方向，为制定区域可持续发展战略提供了科学依据。     

微喷带水量分布特性试验分析

水量分布特性是衡量节水灌溉质量的重要技术指标。为了寻求微喷带水量分布均匀系数的测试方法和评判标准,该文在参照旋转式喷头水量分布特性检测方法的基础上,研究了新型节水灌溉设备微喷带水量分布特性的检测方法,并根据该方法对国内几种典型微喷带的水量分布均匀系数Cu进行了检测。检测结果表明,微喷带的水量分布均匀系数低于旋转式喷头,且不同微喷带之间的差别较大,几种微喷带的水量分布均匀系数Cu最高为78.34%、最低仅为24.55%。据此,分析了影响微喷带水量分布均匀系数的主要因素,并提出了依据水量分布特性将微喷带分成3类,分别用于不同灌溉场合的建议。     

新疆绿洲生态经济类型划分的初步研究--以北疆地区为例

以新疆北疆地区为例,以近年来新疆统计资料为主要依据,运用多元统计中的主成分分析法、聚类分析法,对北疆39个市县进行生态经济类型的划分,根据指标选取原则并结合北疆地区实际特点,建立指标体系,首先用主成分分析法对原始数据进行筛选,然后用聚类分析方法将北疆39个市县划分为8种类型,最后对各类型生态经济现状进行了分析、评价和概述。为系统的认识和评价新疆各地区生态经济发展状况提供科学依据。     

聚类分析法在高寒草甸生态系统健康评价中的应用——以青海玉树县为例

利用离差平方和法,对青藏高原玉树县72个样方及样方指标进行了聚类分析。结果表明,当欧式距离系数为5时,可将72个样方聚为8类;当欧式距离为10时,可将72个样方聚为4类,样方指标聚为7类。样方指标聚类结果与主成分分析法、双变量相关性分析结果比较一致,植被初级生产力是高寒草甸生态系统健康评价的主要指标依据,而且土壤理化性质与植被群落初级生产力呈显著相关(P≤0.05)。以上结果表明:系统聚类分析法能比较合理的将不同健康水平的样方进行分类。     

小流域治理环境质量综合评价方法研究

在对几种小流域治理环境质量评价方法的优缺点进行分析基础上 ,提出主成分分析法是适合于小流域治理环境质量评价的方法 ,认为该方法具有其他方法所没有的优点 :注意到小流域治理的阶段性 ,可以对小流域治理环境质量进行动态评价 ,可避免人为因素的影响和指标权重的均化并可对小流域进行聚类分型。     

负压反馈射流喷头主副喷嘴直径及流道结构参数的优化

负压反馈射流喷头是一种基于射流脉冲特性设计的全圆旋转灌溉喷头。喷头的主副喷嘴尺寸组合对该型喷头脉冲特性和水力性能影响较大。为确定主副喷嘴直径的设计区间及各流道结构参数对喷头性能的影响,首先利用单因素数值模拟方法确定具有良好脉冲效果的主副喷嘴直径设计区间,再以进口流量和射程为评价指标,进行了九因素四水平正交试验。采用极差分析法和相对影响指数评价法处理正交试验结果,得到了喷头主副喷嘴最佳尺寸组合与内部最优流道参数,加工优化后样机进行优化前后喷头水力性能对比试验和数值模拟验证试验。结果表明,在0.15～0.30 MPa工作压力范围内,主、副喷嘴直径的设计区间分别为4.0～4.5 mm、3.5～4.5 mm,最优流道结构具体参数为位差比0.475、侧壁倾角12.0°、劈距比9.0、深宽比2.5、相对曲率半径比3.0、主副喷管相对长度组合8 cm×6 cm、主副喷嘴组合4.5 mm×3.5 mm、仰角30°。优化后的样机比优化前的进口流量降低了12.1%～14.6%、射程增加了6.5%～9.4%,优化后喷头的中近程降水深较优化前减小,远处降水深增加。优化后试验值与模拟值的归一化均方根误差指标分别为4.2%和6.7%,说明优化效果较好,水体模型精度较高。研究提出的最优流道结构参数及研究过程可为喷头后续设计提供参考。     

农业生态系统综合评价指标体系及其权重

本文用主成分分析和聚类分析法将刘岭村农业生态系统聚为四个亚系统类型，在此基础上，建立了四层关系综合评价指标体系，用主成分分析和层次分析法确定了各层指标的权重向量，结果与实际相符。     

Teejet雾化喷头的水力性能试验及工作参数优选

为探究Teejet雾化喷头工作参数对单喷头及组合喷洒水力性能的影响,进而得到雾化喷头的较优配置工况,该研究通过试验分析、理论计算和综合评价相结合的方法,探究等效直径、安装高度、工作压力对雾化喷头水力性能的影响规律;定量分析得到安装高度、工作压力、等效直径、组合间距与组合均匀性系数之间的关系;构建综合评价指标体系,采用主成分分析法确定雾化喷头最优配置方案。结果表明：1）随着工作压力的升高,喷头喷灌强度峰值逐渐增长;随着安装高度的升高,喷头的喷洒范围增大,水量分布更加均匀;相同安装高度和工作压力条件下,喷嘴的喷灌强度峰值与等效直径呈正比。2)3种等效直径喷头组合均匀性系数随工作压力和组合间距的变化趋势基本一致,组合间距对组合均匀系数的影响最为明显,随着喷头组合间距的增加,喷头的组合均匀系数大多呈先减小后增加再减小趋势。3）雾化喷头最优配置工况为喷嘴等效直径1.81 mm、安装高度0.6 m、组合间距0.2 m、工作压力400 kPa。该研究可为适用于温室的移动式微喷灌机组的参数配置提供依据,并为该机组在全国范围内的推广应用提供理论支撑。     

变量喷头实现均匀喷灌的研究

研究了为保证均匀喷灌,变量喷头各水力性能参数之间应具有的理论关系。采用极限理论和二重积分的数学方法推导了描述变量喷头转速、流量和射程之间瞬时变化关系的工作方程。结果表明,变量喷头的流量与射程平方和转速的乘积成正比。以方形喷洒域变量喷头为例,推导了方形喷洒域变量喷头射程随转角变化的理论方程,然后应用变量喷头工作方程推导了方形喷洒域变量喷头理论流量和转速方程。该文的研究结果为变量喷头及方形喷洒域变量喷头的设计提供了理论依据。     

卷盘式喷灌机灌溉施肥计算模型与综合评价体系构建

卷盘式喷灌机实现精准水肥一体化作业对农作物生产具有重要意义。该研究以卷盘式喷灌机为研究对象,开展了桁架式喷头车选配的低压喷头径向水量分布特性测试,构建了低压多喷头组合喷灌水量分布模拟模型,提出了水肥一体化条件下灌溉施肥参数计算模型,建立了基于喷灌均匀系数、设计喷灌强度、单机控制灌溉面积、单位面积年投资、年运行费5个指标的卷盘式喷灌机综合评价体系。研发了一款基于Web平台的卷盘式喷灌机灌溉施肥参数设计软件,以北京地区种植冬小麦为例,对JP75-300卷盘式喷灌机桁架式喷头车配置三款低压喷头进行方案优选,采用主成分分析法对初筛的12种机组运行方案进行综合评价,最高综合得分0.78为最优运行方案,即喷头类型PG134、工作压力0.15 MPa运行方案下机组喷灌均匀系数为88.96%,喷灌强度为57.31 mm/h,单机控制灌溉面积为5.05hm²,单位面积年投资1 981.04元/hm²,年运行费为1 019.99元/hm²。研究成果可为卷盘式喷灌机灌溉施肥的参数设计和设备选型提供技术支持。     

香菇营养品质评价体系的构建

为构建香菇营养品质评价体系,本研究测定了46个不同来源香菇菌株的15项营养品质指标,通过相关性分析、因子分析和聚类分析对营养品质评价指标进行了简化,通过灰色关联度分析和主成分分析建立了香菇营养品质综合评价函数,并通过概率分布建立了香菇营养品质综合评分标准。结果表明,香菇营养品质指标之间离散度不同,变异系数介于8.72%~70.52%之间。综合分析结果将15项营养品质评价指标简化为10项指标(即灰分、粗蛋白、粗多糖、维生素C、Na、Ca、Fe、Cu、Zn、Mn),并建立了香菇营养品质综合评价函数和香菇营养品质综合评分9级标准。本研究为香菇营养品质评价提供了一定的数据支持和方法。     

综合形态与叶片叶绿素含量的番茄壮苗指数筛选

为建立最佳的番茄秧苗壮苗指数,提高秧苗评判的准确度,该文以四叶一心番茄秧苗为研究对象,在测定11项秧苗指标的基础上,利用模糊综合评判法建立番茄秧苗综合评价指数,使用主成分分析进行指标筛选并组合构成多个番茄壮苗指数,通过综合评价指数与壮苗指数的相关分析筛选出适宜的壮苗指数并验证。结果表明:对300株样本进行统计分析,番茄秧苗综合评价指数为0.26～0.79,可全面概括秧苗的整体素质,能客观、准确地评价秧苗健壮程度;通过秧苗单一指标的主成分分析将各指标划分为形态指标、色素指标和株高3个主成分,表明秧苗的质量必须从形态、叶绿素含量和株高这3方面进行评价。从主成分中各选一种指标进行完全随机排列组合成25种壮苗指数,并筛选出与综合评价指数相关性较高且具有代表性的4种壮苗指数;并用3种不同品种番茄秧苗对其进行稳定性验证,其中壮苗指数"(总叶绿素/株高)?全株干质量"与综合评价指数相关性最大为0.797且极显著(P0.01),稳定性好、代表性强,可作为衡量番茄秧苗素质的推荐壮苗指数。以番茄秧苗的综合评价指数为分级依据,根据推荐壮苗指数将秧苗质量分为3个等级(等级Ⅰ(壮苗指数≥0.065)为优质苗,等级Ⅱ(壮苗指数:0.030～0.065)为合格苗,等级Ⅲ(壮苗指数≤0.030)为弱苗(幼苗或老苗)),各等级间差异显著,可以作为较好的判别指标。该研究表明可为番茄育苗生产提供参考,也可为其他蔬菜秧苗评判提供参考。     

采用多元统计分析方法构建南极磷虾粉品质评价体系

南极磷虾是一种重要的战略性海洋生物资源,营养价值高,资源量大,开发利用前景广阔。为了构建南极磷虾粉品质评价体系,为南极磷虾粉品质的科学评价提供依据。通过检测15项南极磷虾粉品质指标,采用因子分析筛选品质评价指标,应用概率分布分级品质评价指标,通过层次分析确定品质评价指标权重,利用K-均值聚类分析和判别分析建立南极磷虾粉品质判别函数。结果表明：1）南极磷虾粉品质指标之间离散度有差异,变异系数在8.89%～84.46%;2）从15项指标中选择6项作为南极磷虾粉品评价指标（蛋白质、脂质、盐分、赖氨酸、生育酚、挥发性盐基氮）;3）建立了南极磷虾粉品质评价指标的分级标准和评分标准;4）建立了南极磷虾粉品质判别函数,判别率较高。该研究构建的南极磷虾粉品质评价体系为南极磷虾粉品质评价提供了科学依据,可以用于南极磷虾粉的品质定性判别和评价。     

基于表型性状的观赏向日葵种质资源遗传多样性分析

为研究观赏向日葵品种资源表型性状多样性,改良现有观赏品种,筛选出有市场前景的观赏向日葵新品种,对30份观赏向日葵种质资源的11个质量性状和7个数量性状进行变异系数、相关性分析,采用系统聚类组间聚合的方法根据欧式距离进行聚类分析。结果表明,观赏向日葵种质的表型性状具有丰富的遗传多样性。在质量性状中, Shannon-Wiener 多样性指数最高的是舌状花颜色(1.408 7),舌状花杂色的分布频率为40.00%。数量性状中,变异系数从大至小依次为舌状花宽、舌状花瓣数、舌状花长、株高、花朵数、SPAD值、分枝长。基于表型性状,在遗传距离为10处将供试的30份种质划分为3个群组,第I群组共包含有12个种质,第II群组共包含14个种质,第III群组有4个种质。     

相邻喷头射流相互作用对喷洒特性的影响

相邻喷头喷洒重叠区域内的射流来自不同喷头,喷射过程中往往产生冲撞等相互作用。为研究组合喷头喷洒过程中相邻喷头间射流相互作用对组合喷洒特性造成的影响,选取Nelson D3000锯齿状喷盘喷头和R3000旋转式喷头,对其单独喷洒和以2.5 m组合间距进行喷洒时的水量分布以及雨滴谱信息进行了测试与比较。结果表明:喷头之间相互影响的强弱程度受喷头几何结构的影响,R3000喷头受组合喷洒时喷头间射流的影响作用不明显;Nelson D3000喷头(锯齿状喷盘)受组合喷洒时喷头间射流的影响作用剧烈,水量分布集中点的位置因射流轨迹的变化而产生偏移,喷灌强度最大点向靠近喷头侧偏移约0.5 m。组合喷洒条件下测点MP5处的降水强度、能量通量密度以及水滴数目较单独射流分别增长91.27%、107.58%和239.29%,其中粒径大于0.9 mm水滴数目的增加对该测点水量和能量提升的贡献率达到40.89%和58.83%。变异性分析结果表明水量和能量的重分布主要是由组合喷洒时增加了水滴之间相互碰撞的机率所引起。在Nelson D3000锯齿状喷盘喷头这类喷头进行水量叠加计算时,应考虑相邻喷头间水滴互相碰撞、结合或碎裂等相互作用对组合后的水量分布形式产生的影响,采用单喷头水量分布直接叠加的方法可能会导致计算精度较低。     

变量喷洒喷头性能指标建立及模糊评价

针对全圆喷洒喷头性能评价指标不能充分反映变量喷洒喷头各参数连续变化特点的问题,该文加入了时间变量参数,初步建立了变量喷洒喷头的评价指标,主要包括:喷头射程降低系数、喷头喷洒形状系数、喷洒均匀性系数、喷洒打击强度变化系数及喷灌强度变化系数。采用模糊数学的方法,以上述5个性能评价指标,分别对BPXH20变量喷洒全射流喷头,BPY120变量喷洒摇臂式喷头和BPY220变量喷洒摇臂式喷头进行综合评价,并根据不同应用场合,探索性能指标权重值变化±20%对评价结果的影响。结果表明:喷洒均匀性系数、喷洒强度变化系数及打击强度变化系数对权重变化较为敏感,但不影响评价喷头的性能。说明权重值选取合理,可为今后其它变量喷洒喷头评价提供参考。     

基于主成分分析和Copula函数的灌溉用水效率评价方法

灌区灌溉用水效率评价,对推行最严格的水资源管理制度具有重要意义。该文在构建评价指标体系的基础上,尝试将Copula函数应用于灌溉用水效率评价。针对多元变量导致Copula函数参数求解困难的问题,采用主成分分析法(principal component analysis,PCA)提取主成分因子,形成新的指标体系,从而建立PCA-Copula评价方法,对灌溉用水效率进行综合评价。对7个灌区灌溉用水效率为例进行评价,从灌区地形地貌、规模大小、供水类型、降雨多少、作物结构以及灌溉成本几方面分析评价值的影响因素。根据各灌区灌溉水有效利用系数的高低,经过Spearman等级相关系数检验,表明PCA-Copula评价方法的评价结果与熵值法以及突变理论评价方法的结果排序相差不超过2个名次的比例为100%,评价结果具有一致性,能够客观反映灌区灌溉用水效率的高低。同时,PCA-Copula评价方法的评价值在0~1之间分布均匀,最大差值为0.622,明显高于另外2种方法,且相邻排序的综合评价值梯度明显,有利于更直观地区别灌区灌溉用水效率的高低。