激光诱导击穿光谱技术检测土壤中的铅和镉含量

为了满足土壤重金属快速准确检测的需求,同时为土壤的重金属污染防治和农业的可持续发展提供理论指导,该研究利用激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术结合定标曲线法和化学计量学方法对土壤中重金属铅(Pb)和镉(Cd)元素进行定量分析。在获取LIBS数据之后,结合土壤LIBS发射谱线中Pb和Cd谱峰信息以及美国国家标准与技术研究院(national institute of standards and technology,NIST)的标准原子光谱数据库,选取了Pb和Cd的特征谱线分别为Pb I 405.78和Cd I 361.05 nm。首先对谱线信息进行预处理后,根据谱峰信息和元素的含量,分别建立了基于谱线峰强度、归一化后洛伦兹拟合强度、谱峰积分强度与对应元素浓度之间的关系模型和定标曲线。对于Pb元素的3种定标方法得到的线性关系的决定系数(R2)分别为0.983 85、0.970 97、0.993 21,且模型反演的结果与实际值的相对误差较小;而Cd元素的3种定标方法没有得到明显线性关系。然后运用偏最小二乘回归(partial least-squares regression,PLSR)建立了土壤Pb和Cd元素的定量分析模型,Pb元素PLSR模型的结果与定标曲线法的结果类似,其预测的相关系数(RP)为0.948 5,预测均方根误差(RMSEP)为2.044 mg/g;而Cd元素的PLSR模型的结果比起定标曲线法有较大提升,其预测的相关系数(RP)为0.994 9,预测均方根误差(RMSEP)为97.05μg/g,结果说明PLSR方法在光谱化学分析领域中比定标曲线法进行定量分析有更好的适用性。研究表明,LIBS技术能够实现对土壤重金属Pb和Cd含量的定量检测,为开发实时便携式LIBS土壤重金属检测仪提供了理论基础。     

有效降水指数在暴雨洪涝监测和评估中的应用

科学有效的监测和评估是防范和减轻暴雨洪涝灾害的重要基础。基于有效降水指数(EP)构建单站和区域暴雨洪涝监测、评估指标,利用1961-2014年湖北省76站逐日气象观测资料及相关灾情资料,确定降水衰减参数及致涝阈值,在此基础上分析EP指数在历史暴雨洪涝评估及实时暴雨洪涝过程监测中的应用效果。结果表明：经参数率定后的EP指数对农作物洪涝受灾面积的解释方差达78.1%,对年际间暴雨洪涝强度差异反应敏感,能识别历史典型大涝年和严重洪涝年,在2014年实时暴雨洪涝过程监测中能直观诊断出一般性暴雨洪涝的起止时间和过程动态变化,但对局地性和间歇性发生的暴雨洪涝过程刻画不足。创建EP指数所需数据资料少、计算简便,可用于洪涝灾害历史排位、年景评价、灾情预评估、风险区划以及作物产量建模等。     

基于离散元的西北旱区农田土壤颗粒接触模型和参数标定

为了解决利用离散元法模拟土壤作业过程在预测农具阻力和土壤动态运动时存在失真等问题,整合延迟弹性模型(hysteretic spring contact model,HSCM)和线性内聚力模型(liner cohesion model,LCM)优势建立西北旱区农田土壤模型,以不同参数(静摩擦系数、动摩擦系数和内聚强度)组合下仿真得到的土壤仿真堆积角为响应值,基于Box-Behnken试验法建立回归模型,并根据该回归模型进行了参数预测并验证,对17组土壤仿真堆积角方差分析表明:静摩擦系数、动摩擦系数、动摩擦系数和抗剪强度的交互项、动摩擦系数的二次项对仿真堆积角的影响极显著;静摩擦系数和动摩擦系数的交互项、静摩擦系数的二次项对仿真堆积角的影响显著。使用预测的参数进行6种不同含水率土壤直接剪切仿真和试验对比可知,当含水率为1%~20%时,仿真与试验间的抗剪强度相对误差为1.18%~9.31%,仿真与试验间的内摩擦角相对误差为0.55%~4.07%。对仿真和试验鸭嘴插入阻力数据进行分析可知,仿真与试验曲线在入土距离处于0~50 mm期间时,但仿真入土阻力曲线波动较大,仿真和试验阻力走势基本一致,玉米直插穴播最深处50 mm处的仿真和试验入土阻力相对误差为0.928%,可利用此时的入土阻力分析直插鸭嘴结构对强度的影响。     

基于区间分析的自动移栽机苗盘定位控制方法

苗盘输送部件是自动移栽机的关键部分,由于国内标准塑料苗盘易变形造成苗盘外表面的光反射率不稳定,导致单个光电传感器识别苗盘到位信息误差大,苗盘定位不准确。针对这一问题,该研究设计了一种推杆平移输送、双传感器融合定位的苗盘输送装置,并提出一种苗盘精确定位控制方法。该方法首先通过双传感器分别感知苗盘与推杆的到位信息,并融合输送装置的结构信息,得到苗盘从起始位置输送至取苗位置的精确输送距离;然后设计了一种苗盘与推杆之间放置位置的判定方法,判定苗盘当前放置位置后输入对应的位移量将苗盘输送至取苗位置,最后驱动伺服电机实现苗盘输送的精确控制。以128穴标准PVC硬塑苗盘为测试对象,开展了苗盘输送定位及取苗性能试验,结果表明：控制系统可以准确判定苗盘任意放置在输送链推杆上的具体位置,在苗盘不同放置位置及不同输送速度下,电机脉冲频率越快,定位偏差越大。当电机脉冲频率为800 Hz时,输送定位偏差最大值为1.35 mm,最小值为0.79 mm,此时定位偏差平均值最大为1.07 mm,定位偏差变异系数最大为14.1%。在不同输送速度下,取苗成功率均达100%,满足精确输送定位要求,解决了单个光电传感器定位不...     

基于T-S模糊模型的TDR土壤水分传感器标定方法研究

利用TDR土壤水分传感器实现土壤水分数值的精确采集具有现实意义[1-3]。为了获得TDR土壤水分传感器水分含量测量所对应输出电压与实际土壤含水量的良好对应关系,在采用取土实验测量法获得实际水分含量数值与对应输出电压数值的基础上,利用Takagi-Sugeno模型逼进精度高、后件参数线性化等优点[2,4]对TDR土壤水分传感器     

HJ-1卫星延寿期的CCD影像质量评价与可用性分析

HJ-1卫星发射升空投入运行以来,已在灾害与环境的快速监测与预报领域发挥了重要作用。HJ-1卫星目前已经成功运行3a多,属于超期服役状态。为了评价延寿期影像质量,该文从影像的几何校正精度、灰度特征和纹理特征3个方面对延寿期HJ-1A-CCD影像进行分析,并与正常寿命运行期的HJ-1ACCD影像、同时期的Landsat7 ETM+影像进行比较,分析结果表明:延寿期HJ-1A-CCD影像质量虽然有一定程度的下降,但其与正常寿命期影像质量接近,仍能较好地描述丰富的地物类型及地物细节信息,可以像正常寿命期影像一样,有效地用于环境监测、灾害监测、国土资源管理、城市规划、农业应用等方面。     

实验地貌的动态观测装置

实验地貌的动态观测对于研究沟坡的侵蚀过程和发生机制具有重要意义.在介绍实验地貌动态观测装置——MX - 2010 -G型地貌仪的基础上,采用传统钢尺+水准仪观测方法以及地貌仪测量方法,测量同一坡体的体积,以率定地貌仪的观测精度.结果表明:对于5组不同坡度、体积约为2.4万cm3的沟坡模型,地貌仪测量的体积相对误差可以控制在±10％以内,其中绝对值最大相对误差为9.0％,绝对值最小误差为-0.4％;对于120 cm×140 cm范围内的坡面,10个检查点空间坐标在x、y、z 3个方向上的均方误差平均值分别为0.99、0.84和0.42 cm;在6个断面测点系列高程值线性回归分析中,回归系数6与相关系数R2值均接近于1.结果表明,该地貌仪能够对沟坡微地貌的变化过程进行精确的观测.     

基于无线传感网络的耕种机具空间力监测系统开发与试验

针对实时监测耕种机具作业中所受空间力大小,该文提出了一种能够在现场和远程实时监测耕种机具受力情况并带有提示报警的监测系统。该系统采用基于Zigbee的WSN（wireless sensor network）完成数据的采集和近程传输,采用嵌入式处理器ARM11作为现场监测终端的中央处理单元CPU,并搭建WinCE6.0操作系统,完成数据交换、处理和监测报警等功能。通过安装在耕种机具上的测力传感器,实现对耕种机具受力情况的实时检测。经土槽试验测试,系统实现了耕种机具空间力的实时监测以及监测数据的存储,人机界面交互性良好,可为耕种机具的研究设计提供技术支持。     

TinyOS的开发

无线传感器网络是微机电系统、通信、传感器和网络等技术相结合的产物,具有广泛的应用领域和使用价值。TinyOS是针对无线传感器网络的特点而设计的一种嵌入式操作系统,简要介绍了TinyOS操作系统和nesC语言的特点。     

基于物联网的内河小型渔船动态信息监控系统设计

为规范内河流域渔业生产秩序,保障渔船作业安全,该文设计了基于物联网的内河小型渔船动态信息监控系统。该系统集成了无线传感器网络、远程信息传输、远端后台监控等多种技术方法。其中,无线传感器网络主要用于获取包括渔船位置、电捕鱼违法监测信息和渔船超载检测信息等渔业现场数据。依靠Zig Bee技术,该网络实现了对不同类别传感器数据的汇聚、判断以及远程播发。远程信息传输是利用GPRS/GSM移动通信网络与互联网传输技术,实现了多渔船作业信息向后台监控中心的实时传输。后台渔政监控中心,具有渔船在电子地图上的识别与定位,渔业生产的实时监控以及渔政执法的决策辅助等功能。该系统经测试,可满足内河流域作业渔船在实时监管和安全保障等方面的需求,提高了农业渔政管理的水平。