基于高斯过程建模的物联网数据不确定性度量与预测

物联网已经成为农业大数据最重要的数据源之一,自动观测数据的质量控制对农业生产分析以及基础科研数据应用非常重要。针对农业物联网观测的一类非平稳时间序列数据中的数据缺失、野值剔除、感知故障预警和长时间预测等问题,采用光滑弱假设高斯先验,构建了基于高斯过程的自回归模型表征的动态系统,并通过样本集学习,形成能考虑噪声干扰的传感变化规律建模,并可提供预测误差带用于预测数据的不确定性度量。针对原始数据的缺失和野值问题,采用基于高斯过程的短期预测,可补齐缺失数据,利用其不确定性度量可甄别数据野值,进行野值剔除与替换,并在此基础上判断感知故障;给出了基于输入数据不确定性传播的多步迭代预测方法,使长期预测仍可以跟踪农业数据的动态轨迹,并可为其预测值提供不确定性度量;将温室采集的真实传感数据用于分析试验,验证了高斯过程用于服务器端的农业时间序列数据采集质量控制的可行性。     

农田优化灌溉动态管理基本程序与方法研究

从土壤———作物———大气连续体角度出发 ,利用田间试验资料和气象资料 ,分析了影响优化灌溉方案制定的有关因子 ,确定出春小麦、春玉米不同生长阶段土壤水分控制下限标准 ;在土壤水分平衡理论的基础上 ,建立了时域滚动预报灌溉日期的方法 ;并以春小麦、春玉米农田为例进行了检验 ,结果比较理想     

The rehabilitation of an irrigation system along the Yellow River

The People's Victory Irrigation System which diverts water from the Yellow River of China covers a total irrigable area of 59 000 ha. The system encountered some serious problems in the first decade of its operation — salinity and waterlogging of irrigated land, siltation of irrigation and drainage channels, as well as a low efficiency of water use. This paper describes a series of structural and functional measures which have been adopted in the past 24 years for the rehabilitation of the system, including: improvement of the existing drainage system and construction of new drainage system on agricultural land, conjunctive use of surface and groundwater supplies, a comprehensive programme to reduce the levels of siltation as well as the implementation of improved water management practices. A model for the optimal operation of the system by using system analysis theory as an aid in reducing the operation and maintenance (O & M) costs has been developed in recent years. The results are that the soil salinity has been controlled and the agricultural production has increased whilst the efficiency of water use has improved and the siltation levels reduced. Experience gained on this system has been successfully used in developing and managing other irrigation projects along the lower reaches of the Yellow River. The proposed procedure of solving the said optimal model has also embodied some benefits from reducing O & M costs in operation.     

积雪覆盖下土壤热状况及其对气象因素的响应研究

为研究季节性冻土区在积雪覆盖条件下,土壤温度变化趋势及气象因素对土壤热状况的影响,以野外实测试验数据(2013年11月8日—2014年4月28日)为基础,分析裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚覆盖条件下5、10、20、40、60、100、140 cm深度土壤温度变化特征,采用灰色关联度分析的方法筛选出影响土壤热状况的主要气象因素,进而统计土壤温度与气象因素之间的相关关系。结果表明:积雪的存在阻碍了环境与土壤之间的能量交换,引起土壤温度和土壤冻融过程的差异;随着积雪覆盖深度的增加,土壤的冻融日期会出现延迟现象,土壤温度相对稳定在较高水平,并且地、气之间温差增大;冻融过程中土壤温度变化的主要影响因素为环境温度,积雪覆盖使得气象因素与土壤温度的关联度减弱。     

青贮添加剂喷洒装置自动控制仪的研制

介绍了一种用于实现铡草机和青贮添加剂喷洒装置相联动的自动控制仪的工作原理和硬、软件设计。该控制仪可根据铡草机实时喂入量的大小自动调节喷洒装置的喷洒量 ,以保持草液比基本不变。测试表明 :该控制仪喂入量测试误差小于 (等于 )± 13%、喷洒量控制误差小于 (等于 )± 2 %、喷洒均匀性误差小于 (等于 )± 8%、控制周期小于 (等于 ) 1.5 s     

生啤酒膜法过滤除菌技术的试验研究

阐述了生啤酒膜法过滤除菌技术的试验研究方法。着重讨论了膜孔径的选择试验及操作压力，主流液流速对浓差极化和渗透通量的影响，运用二次回归正交组合设计的方法建立数学模型，寻求操作参数的最佳值，并初步探索了膜的再生方法。     

鱼游泳能力对体长的响应及其在鱼道设计中的应用

为了探讨鱼类体长对游泳能力的影响并为鱼道水流的设计提供参考,该研究在封闭水槽中使用"递增流速法"测试了海南省某水利枢纽鱼道目标对象的游泳能力,并用Origin软件进行了数据统计分析,得到了试验鱼感应流速、临界游泳速度和爆发游泳速度的直线回归方程和Kaplan-Meier曲线。结果表明:1)随着试验鱼体长增大,相对感应流速、临界游泳速度和爆发游泳速度(体长/s)均减小,体长和鱼类速度的相关关系可用直线方程表示,且数据经过对数变换后的直线方程拟合效果比未经过对数变换的拟合效果更好,其中R2由0.664～0.725提高至0.907～0.933。2)根据鱼道设计规范、导则及文献,结合本工程目标过鱼对象的感应流速、临界游泳速度和爆发游泳速度(m/s),建议本工程鱼道进口诱鱼流速控制在0.35～0.47 m/s,池室流速控制在0.21～0.59 m/s,竖缝流速控制在0.57～0.74 m/s,出口断面至下一个池室之间的流速控制在0.21～0.50 m/s。鱼类体长对相对游泳速度(体长/s)产生了负面影响,鱼类游泳速度及其变化规律可对鱼道水流设计值提供参考。     

石蜡/Fe-MIL-101-NH2金属有机骨架定形复合相变材料制备

该研究采用石蜡为相变芯材,Fe-MIL-101-NH2金属有机骨架为载体材料,旨在解决石蜡芯材在固-液相变过程中体积变大,从而出现泄漏现象的问题。通过溶剂蒸发法制备了质量分数为40%～70%的石蜡/Fe-MIL-101-NH2定形复合相变材料。采用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）、X射线衍射仪（X-ray Diffraction, XRD）、傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR）对定形复合相变材料的形貌和结构进行观察;用热重分析（Thermogravimetric Analysis, TGA）对定形复合相变材料的热稳定性进行分析;通过差示扫描量热（Differential Scanning Calorimetry, DSC）仪对样品的相变温度、相变焓和热循环稳定性进行测试;SEM结果表明,石蜡的最高负载量为70%,且其均匀分布于Fe-MIL-101-NH2孔道中。XRD、FTIR分析发现石蜡与Fe-MIL-101-NH2之间只是物理混合,没有化学变化;DSC分析可知,质量分数为70%的石蜡/Fe-MIL-101-NH2储能量最大,为51.3 J/g,且质量分数为70%的石蜡/Fe-MIL-101-NH2经过50次循环后,其储能量为47.6 J/g,无明显下降,说明质量分数为70%的石蜡/Fe-MIL-101-NH2具有良好的热循环稳定性,可为相变材料在建筑领域应用研究提供参考。     

基于离散元法的深松作业玉米秸秆运动规律

东北垄作区玉米秸秆还田条件下,针对垄台播种带秸秆残茬易导致深松铲以及后续机具缠草堵塞和阻力增加等问题,建立深松铲-土壤-秸秆-根茬的离散元模型,分析仿真因素秸秆距垄台中心距离、秸秆与机具前进方向夹角、根茬状态（根茬中间切割、根茬一侧切割、根茬挑起和无根茬）和秸秆之间相互影响对深松作业过程中秸秆拨离垄台的影响。进一步探究深松铲作用下垄上秸秆运动规律并分析其扰动比阻（秸秆扰动力矩与深松铲阻力之比）。仿真结果表明：秸秆距垄台中心距离对秸秆位移中的水平侧向运动的影响最大;秸秆水平侧向位移随着秸秆与机具前进方向夹角增大呈减小趋势;根茬状态影响秸秆位移的主次顺序依次为：根茬挑起、根茬一侧切割、无根茬、根茬中间切割;当秸秆距垄台中心距离为60 mm时,秸秆之间相互影响对秸秆位移中的前进方向运动的影响最大;当秸秆距垄台中心距离大于60 mm,秸秆前进方向位移呈增大趋势。秸秆运动的力矩变化趋势为平稳变化,后产生峰值,最后又趋于平稳;影响秸秆力矩的主次顺序依次为：根茬状态、秸秆之间相互影响、秸秆距垄台中心距离、秸秆与机具前进方向夹角。深松过程中,秸秆扰动比阻在切割根茬一侧时达到最大值0.152 mm。田间对比试验结果表明,仿真模型得到的秸秆总位移、水平侧向、前进方向和垂直方向位移与田间试验值的误差分别为0.36%～9.67%、0.16%～12.31%、0.56%～10.11%和0.43%～4.63%,秸秆力矩的误差为0.16%～11.06%。研究结果可为深松铲设计以及优化提供一定的理论依据。     

基于离散元法的免耕深施肥分段式玉米播种开沟器研制

针对东北垄作深施肥免耕播种机上开沟器播种深度均匀性差、工作阻力大、土壤扰动大的问题,该研究利用离散元软件(EDEM 2.7)仿真分析不同类型破茬刀-施肥铲装置对土壤的作用机理,设计了一种分段式玉米播种开沟器。首先建立土壤-玉米根系-玉米秸秆离散元仿真模型,然后进行不同类型破茬刀-施肥铲装置离散元仿真试验,以回落土壤最大合外力的位置和方向为依据设计开沟器入土部分曲线,同时结合滑切原理设计开沟器未入土部分斜刃,最后根据土壤回落距离确定施肥铲和开沟器间距为374 mm。田间对比试验结果表明,分段式开沟器比尖角式开沟器、滑刀式开沟器、双圆盘式开沟器的播深变异系数分别降低了14.24%、27.31%、33.63%;工作阻力分别降低了27.56%、16.93%、1.23%;土壤扰动面积分别降低了11.67%、28.34%、49.34%。分段式开沟器播种深度均匀性高、工作阻力小、土壤扰动小,具有较优的作业效果。