剔除土壤背景的无人机热红外遥感诊断棉花水分胁迫

剔除无人机热红外影像中的土壤背景是提高作物水分诊断精度的有效途径,但也是热红外图像处理的难点问题。本文以不同水分处理的花铃期棉花为研究对象,分别在9:00、13:00和17:00等3个时刻,连续5 d采集无人机高分辨率热红外影像,并采用二值化Ostu算法和Canny边缘检测算法对热红外图像进行掩膜处理,实现对土壤背景的剔除,然后分别计算二值化Ostu算法、Canny边缘检测算法和包含土壤背景下的3种棉花水分胁迫指数(Crop water stress index,CWSI),最后建立不同时刻下3种CWSI与棉花叶片气孔导度Gs的关系模型。研究结果表明,应用Canny边缘检测算法可有效剔除热红外影像中的土壤背景,剔除土壤背景后的温度直方图呈单峰的偏态分布;3种处理方法获得的作物水分胁迫指数CWSI中,Canny边缘检测算法的CWSI最小,二值化Ostu算法的CWSI较高,包含土壤背景的CWSI最大;采用Canny边缘检测算法剔除土壤背景后的CWSI与棉花叶片气孔导度Gs的决定系数R2达到0.84,Ostu算法的结果次之,包含土壤背景的最差。本研究可为无人机热红外遥感监测作物水分状况提供参考。     

驱动叶轮的剪切力测试方法研究

车辆在地面上行驶主要取决于两个方面的力:一是土壤支持车辆的承载能力;二是土壤推进车辆的剪切强度。而土壤的承载能力和土壤的抗剪强度成正比。所以,车辆的通过性能与土壤表面到一定深度的强度有密切的关系。如何快速、简捷地测出车辆行驶时土壤的剪切力显得非常重要。为此,简要回顾了国内外剪切力测试技术的发展现状;分析了国内剪切力测试技术所存在的主要问题;探讨了解决此问题的具体方案,并对以后的剪切力测试仪器发展和研制开发提出了新的思路。     

基于Android手机的植物叶片面积快速无损测量系统

基于Android手机平台构建了一种植物叶片面积快速无损测量系统。获取包含被测植物叶片与已知面积的参照物图像,经图像灰度化、图像平滑、图像二值化、图像几何校正和连通区域标记等处理,根据参照物和被测植物叶片面积比得到植物叶片的面积。基于Android编程技术对系统的功能和界面进行了设计,对图像的几何失真问题提出了几何校正方法。以三叶草、木槿、腊梅、枫树、银杏、樱花等多种植物叶片为对象进行面积测量。试验结果表明,系统不受叶片形状的限制,面积测量的相对误差在-2.9%~2.7%,能够有效测量植物叶片面积。     

西红柿温室内无线传感器网络2.4 GHz信道传播特性

针对西红柿温室环境中无线传感器网络节点部署的要求及其应用环境的特性,以2.4 GHz为载波频率,研究了无线射频信号传播特性和通信距离、天线高度、传输路径等影响因素间的关系。结果表明,无线传感器网络信号在西红柿温室中的衰减符合对数模型;当天线高度固定时,接收信号强度随通信距离的增加总体呈递减趋势,丢包率随通信距离的增加总体呈递增趋势;西红柿温室中天线最宜部署在日光温室中央一列的位置,且西红柿顶部略高于它的位置为放置天线高度的首选,其次为西红柿顶部距地面1.5 m以上的部分,越接近西红柿顶部越好;在上述试验研究的基础上,建立了天线高度、通信距离和接收信号强度之间的关系模型,模型参数A与天线高度、衰减系数n与天线高度之间均呈二次多项式关系。验证试验结果表明:该模型可以较好地预测不同天线高度不同通信距离的接收信号强度,为西红柿温室无线传感器网络的部署提供技术支持。     

固定管道式喷灌系统支管的布设方法

传统固定管道式喷灌系统中的支管一般为最末一级管道,一般为单管顺长布置,支管上不再分支,喷头全部均匀分布在各条支管上,其缺陷是喷灌支管布设密度高,增加固定管道式喷灌系统的投资成本。为降低管道布设密度和投资成本,提出了一种新型支管布设方法,即在传统支管布设的基础上间隔去掉一半原有支管,保留原支管上的喷头位置不变,在保留支管上每间隔一个喷头增设一个垂直于支管的短管,向被去掉支管上的喷头供水。从支管布设密度和管材用量两个方面对新型和传统两种布设方法进行了对比分析。结果表明,新型布设方法降低了支管的布设密度,当喷头为正三角形布置时,支管布设密度降低率为7%。当喷头为等腰三角形布置,且喷头间距为支管间距的两倍时,支管布设密度降低率为25%。新型布设方法增加了支管管材用量,管材用量增加率始终大于141.4%,需要通过变管径的设计方法降低管材用量增加率。研究结果为固定管道式喷灌系统的支管布设提供了一种新的方法,为降低喷灌系统管道投资成本提供了一种新的思路。     

压实对土壤水分影响的试验研究

采用模拟机械压实土壤的方法进行5种载荷的土壤压实试验,测定不同深度处土壤水分的值,并与压前土壤水分进行了对比。结果表明:增大载荷和增加压实次数都会使土壤水分损失,最大可使水分损失23.1%;压实对一定的土壤层(25cm以内)的水分损失影响显著,并且模拟载荷在200kg以内对土壤的水分损失影响比较大。     

方形喷洒域变量施水精确灌溉喷头实现理论研究

在总结国内外变量施水精确灌溉喷头实现方法的基础上,对方形喷洒域变量施水精确灌溉喷头的实现条件进行了研究。通过理论分析,给出方形喷洒域变量施水精确灌溉喷头的射程、流量和转速应服从的变化规律和计算公式。指出这种喷头在组合喷洒时,为保证组合喷灌均匀性达到喷灌的技术要求,需要首先提高单喷头喷灌均匀系数。通过比较分析,得出了这种喷头的最优水量分布曲线应为类矩形的结论。研究结果为方形喷洒域变量施水精确灌溉喷头实现方法的研究提供了理论依据。     

设施生菜光合和蒸腾速率影响因素分析与预测模型构建

光合速率及蒸腾速率是植物的2个重要生理指标。在全人工环境下,选取意大利生菜作为对象,设计并开展多环境变量对生菜光合速率及蒸腾速率影响的嵌套实验,得到环境因子对生菜光合速率及蒸腾速率的影响规律,应用神经网络构建生菜幼苗期光合速率及蒸腾速率预测模型。针对幼苗期生菜,选择温度、相对湿度、光子通量密度（Photosynthetic photon flux density, PPFD）及CO2浓度共4个环境影响因素,采用随机森林方法对数据进行相关性分析。结果表明,与蒸腾速率相关性由大到小的因素依次为CO2浓度、温度、相对湿度、PPFD,与光合速率相关性由大到小的因素依次为CO2浓度、PPFD、温度、相对湿度;采用枚举法确定隐藏层节点数和训练函数,通过遗传算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,构建GA-BP神经网络生理指标预测模型。应用测试数据对模型进行验证,光合速率及蒸腾速率预测值与实测值的决定系数分别为0.96212、0.97944,均方根误差（RMSE）分别为2.9832μmol/(m2·s)、0.0014358mol/(m2·s),表明GA-BP神经网络在模型精度和迭代次数方面性能显著提高。研究结果可为设施生菜生产环境调控提供有效依据。     

仿形喷洒变量施水精确灌溉技术研究进展

仿形喷洒变量施水技术的概念是作者提出用来表示根据被灌溉地块或区域形状变化的要求实现变量施水的一种精确灌溉技术,具有提高灌溉质量和效率,降低灌溉系统成本的潜在优点.该文分类介绍了这种技术的实现原理、优缺点和适用范围,给出了仿形喷洒变量施水喷头流量射程调节器的一般组成和实现方式.指出了今后这种技术的研究重点应集中在以下3个方面:加强仿形喷洒变量施水喷头关键部件结构尺寸对其性能参数影响的理论和试验研究,为喷头优化设计提供依据;尽快开发应用于园林景观喷灌的地埋式仿形喷洒变量施水喷头产品;积极开展应用于大田喷灌的高均匀度仿形喷洒变量施水喷头组合喷灌技术的研究,以降低现有喷灌工程中喷头和管道的布置密度.     

土壤温度和容重对频率反射土壤水分传感器测量精度的影响

为探究土壤温度和容重对FDR(频率反射)含水率测量结果的综合影响规律,以陕西杨凌地区的塿土为研究对象,以基于 FDR 技术的电流型 DSW-T2型土壤温湿度传感器为测量仪器,研究了土壤的含水率(3.82%~21.43%)、容重(0.91~1.30 g/cm3)和温度(2.5~50℃)对传感器输出信号的影响;建立了传感器的输出电流与土壤含水率、容重和温度的综合测量数学模型,实验分析了模型在预测含水率方面的可行性.结果表明,传感器的输出电流随土壤含水率、温度和容重的增大而增大,可用三元二次方程表示输出电流与土壤含水率、温度和容重之间的关系;在0.05的显著水平上,含水率、温度和容积密度均对模型有显著影响.基于模型的计算输出电流与实际输出电流的绝对误差范围是-1.167~1.216 mA,计算含水率与实际含水率的绝对误差范围是-2.638%~2.812%.本研究对于开发具有温度和容积密度补偿功能的新型FDR土壤含水率传感器的综合测量模型有指导作用.