基于驻波率原理的植物茎体水分无损检测方法研究

水在植物的各项生理活动中起着至关重要的作用,实时无损检测植物茎体的水分对研究植物的生命活动有着重要的指导意义。本文提出了一种基于驻波率原理的茎体水分实时无损在线检测方法,并设计了BD-IV型植物茎体水分传感器,分别在以有机溶剂及烧杯为实验材料的仿真环境、以松树为实验材料的树段环境及以桃树为实验材料的活立木实验环境下,验证了BD-IV型植物茎体水分传感器的检测性能。当植物茎体直径在5.0~10.5 cm之间且体积含水率在1.17%~59.59%之间时,BD-IV型植物茎体水分传感器能准确地检测出植物茎体的体积含水率。通过长期监测桃树茎体水分的日变化和月变化情况,得知BD-IV型植物茎体水分传感器的检测结果与植物生理特性相符;与德国生产的SF-L型树干茎流仪同时监测柳树的茎体水分和茎流,得出茎体水分和茎流之间的关系,为植物生理特性研究提供了一种高性能价格比的国产化检测仪器。     

基于无人机航拍与改进YOLOv3模型的云杉计数

为解决目前苗木计数由人工完成而导致的成本高,效率低,计数精度不能得到保障的问题,该研究以自然环境下的云杉为研究对象,以无人机航拍云杉图像和拼接后完整地块云杉图像为数据源,根据云杉尺寸差异大和训练样本小的特点提出一种基于改进YOLOv3模型的云杉计数模型。该模型将密集连接模块和过渡模块引入特征提取过程,形成Darknet-61-Dense特征提取网络。通过694幅无人机航拍云杉图像测试表明,密集连接模块和过渡模块可解决YOLOv3模型小样本训练过拟合问题和云杉特征丢失问题,改进YOLOv3模型可以快速准确实现云杉计数,在精确率P、召回率R、平均精度AP、平均计数准确率MCA和平均检测时间ADT这5个评价指标上达到96.81%、93.53%、94.26%、98.49%和0.351 s;对比原有YOLOv3模型、SSD模型和Faster R-CNN模型,精确率P分别高2.44、4.13和0.84个百分点。对于拼接后完整地块云杉图像,改进YOLOv3模型的5个评价指标的结果分别为91.48%、89.46%、89.27%、93.38%和1.847 s;对比原有YOLOv3模型、SSD模型和Faster R-CNN模型,精确率P分别高2.54、9.33和0.74个百分点。该研究为利用无人机快速准确统计苗木数量的关键步骤做出有益的探索。     

基于DEMATEL-ISM的粮油质量安全区块链优化

粮油质量安全直接关系人民生命健康和国家安全稳定。粮油供应链具有主体复杂、风险多、供应网络跨域、信息链难以打通等特点,以区块链为代表的新一代信息技术为食品质量安全保障和追溯提供了新的解决思路和应用模式,但同时也引入了新的系统性风险,并且存在安全性方面的挑战。在解析粮油质量安全区块链风险和信息特征基础上,改进并优化现有完全非可信执行场景中通用型区块链结构,在网络层提出了一种适用于非完全可信执行场景中粮油质量安全专用型区块链网络结构,在共识层提出了一种基于PBFT改进拜占庭容错能力的符合粮油质量安全区块链特征的Kafka共识优化算法P-Kafka,分别从正确性、去中心化、安全性、可扩展性、共识效率及一致性6个角度与传统共识算法做了性能对比分析。通过分析比较,所提出的网络节点分区与子链划分一定程度上节省了区块链系统运行成本并提高了节点的隐私安全,改进的P-Kafka共识算法具有了拜占庭容错能力并继承了Kafka分区优化的高吞吐量特性,更加适应粮油质量安全应用场景。     

植物茎干水分系统混沌动力学特性分析

植物水分系统由于与周围环境的非线性相互作用,通常表现出复杂的时空格局。为了探究植物水分系统中的混沌特性,该研究以相空间重构、相关维数（correlation dimension,CD）、最大李雅普诺夫指数（largest Lyapunov exponent,LLE）为基础,研究了植物茎干水分时间序列中可能存在的混沌行为,研究树种包括海棠、花楸、黄丁香、铅笔柏和杨树。结果表明,植物水分系统存在混沌现象,且植物水分动态特性由控制变量数量有限的确定性系统决定。不同种类植物的茎干水分混沌参数普遍存在差异,同种植物生长状态相近时茎干水分的混沌参数相近,当生长状态出现差异时混沌参数随之发生变化。对不同生长状态的植物茎干水分混沌参数分析发现,杨树在干旱胁迫下LLE不高于0.006,而对照组平均值为0.010,木质部破坏胁迫后LLE不高于0.007,而对照组平均值为0.019,表明混沌参数可有效表征植物茎干水分数据变化趋势,并与植物生长状态存在联系,可以尝试利用这一规律对植物生长状态进行预测与回溯。该研究尝试从混沌理论的角度分析植物水分系统的复杂性,可为理解植物水分动力学的混沌行为提供新的途径。     

基于茎干水分包络分析的活立木冻融检测方法

为解决活立本在越冬期易遭受低温所引发的冻融灾害问题,针对现有评估检测方法存在的检测手段复杂、对活立本破坏性大、设备昂贵和难以实时检测的现状,通过分析活立本在越冬期的茎干水分和环境温度的变化规律,提出一种基于活立木茎干水分序列包络分析的冻融状况检测方法.在采用具有自主知识产权的活立木冻融检测传感器实时获取活立木茎干水分和...     

基于叶片分形维数的植物亏水胁迫萎蔫体态测量方法

该文借助基于激光斜射测距原理的3D扫描装置,快速获取西葫芦叶面形态的原始信息,在此基础上通过叶面形态的变化达到研究植株亏水胁迫的目的。定义了叶面分形维数作为刻画叶片萎蔫形态的量化指数——萎蔫指数。根据不同萎蔫程度（10个萎蔫水平）的叶片形态3D测量数据,对分形维数所定义的叶片萎蔫指数分别结合土壤温度与光照强度分析了统计相关性。试验结果表明：在保持田间持水量不变条件下,叶面分形维数满足萎蔫状态的单调变化趋势;激光扫描是获取叶面形态的有效方法;叶片的分形维数（萎蔫指数）与土壤温度、光照强度都成负相关性,并以分形维数为因变量,土壤温度和光照强度为自变量,得出了三者之间多元回归模型。由此可得：以分形维数定义的叶片萎蔫指数可以作为精准节水灌溉的一个控制指标,有效指导节水灌溉。     

基于细化法的土壤孔隙骨架提取算法研究

为可视化土壤孔隙的空间分布和拓扑结构,进一步理解土壤功能和生态过程,以自定义的规则结构和土壤孔隙结构为应用对象,进行了土壤孔隙骨架提取算法的研究,并验证细化法和距离变换法2种算法构建骨架模型的性能。试验结果表明,2种算法的骨架模型构建效果均不受模型类型的影响,其中,距离变换法构建的骨架模型存在体素点缺失和偏移的现象,而细化法提取的孔隙骨架模型结构完整,其平均骨架偏移距离(0. 10 mm)比距离变换法(0. 15 mm)减少了50%,具有良好的拓扑不变性。通过对细化性、连通性和中心性3个指标的综合分析,细化法具有优越的描述土壤孔隙形状及拓扑特征的能力,可为土壤物理结构及水文特性的研究奠定技术基础,为从孔隙尺度理解土壤功能奠定理论基础。     

基于驻波率原理的土壤水分传感器的测量敏感度分析

土壤水分测量方法中,有效测量范围(即测量敏感区域)是一个重要问题。该文运用探针的静电场分布,分析由基于驻波率(SWR)原理的快速土壤水分传感器的测量敏感度,分析了SWR型土壤水分传感器的有效测量土体,输出电压与土壤体积含水率之间的最大线形区域,得出了SWR型土壤水分传感器的最佳结构     

基于铱星通信技术的地面森林管护系统研究

采用铱星SBD卫星通信业务,基于支持向量机算法,设计了一套专门服务于林业部门的信息采集、数据分析及林火识别的森林管护系统,实现了CO浓度、CO2浓度、烟雾浓度、空气温湿度的自动采集与林区无死角实时远距离无线传输,在10 m范围内可有效识别森林火灾发生的可能性。采集终端硬件基于STM32处理器、铱星Q9602模块、LTC2950-1开关机控制、DS2781电源管理以及两级降压结构,软件在自动模式及手动模式下均可实现数据的实时采集与远程传输,并在远程服务器上进行数据分析与林火发生可能性识别。经实验验证:系统可实时采集5种微环境参数,卫星传输成功率为100%,10 m范围内林火正确识别率为80%左右。2014年开始,系统在内蒙古自治区呼伦贝尔市海拉尔区林区的森林管护工作中得到应用测试。     

土壤水分剖面实时测量传感器试验研究

该文探讨了一种基于介电原理的、可实时测量土壤水分剖面分布的套筒式结构土壤水分传感器.由于麦克思维尔方程对边缘电磁场分布求解的局限性,研究过程中采用了以下技术路线:①借助于超高频矢量网络分析仪与有机标定液体相结合的办法分析传感器的高频特征参数;②根据获取的高频特征参数优化电路结构设计;③实验室环境下应用不同容积含水率的土样进行相关检验;④进一步分析套筒壁厚的影响;⑤针对一个由三种不同含水率构成的土柱进行穿层试验.试验数据统计分析表明,该传感器归一化频偏指数与土壤容积含水率之间呈线性关系.