一种可倾转四旋翼飞行器系统优化与控制研究

【目的】针对传统多旋翼飞行器由于欠驱动引起的强耦合性,难以实现位置和姿态控制的问题,需进一步提高多旋翼飞行器的机动性和灵活性。【方法】课题组设计了一种能够实现六自由度全向运动的可倾转四旋翼飞行器,通过对传统四旋翼机械结构进行可倾转设计,增加系统可控变量实现飞行器的全驱动;利用牛顿-欧拉方程推导出四旋翼的动力学模型,通过变量代换对控制分配矩阵进行线性化处理,针对动力学模型设计RBF神经网络以及非奇异快速终端滑模控制器,对系统不确定性与耦合效应进行估计和补偿;利用神经网络自适应控制逼近虚拟控制量,通过MATLAB/Simulink仿真验证了该控制器的可行性。【结果】所设计的飞行控制器拥有良好的位置和姿态独立控制能力,具有高度的灵巧性、鲁棒性、柔顺性和自适应性,能够有效地估计和补偿内部不确定性和外部干扰。     

矿山废弃地生态修复区植被碳库研究

[目的]对甘肃省金川矿山废弃地修复区内主要的林分进行植物含碳率测定,估算修复区内的植被碳储量,为矿区生态修复系统纳入中国温室气体自愿减排提供科学依据。[方法]利用干烧法对修复区主要物种进行有机含碳率测定,估算修复区内主要物种的平均含碳率、植被储碳密度和碳储量,并对其特征进行分析。[结果]在修复区,乔木的含碳率在0.462 9~0.403 8,灌木的含碳率范围为0.413 9~0.453 6,8种草本植物的平均含碳率为0.144 5,整体上表现为:乔木灌木草本植物。金川矿山废弃地生态修复区植被平均储碳密度为6.209 2t/hm~2,总碳储量为635.10t,在总碳储量分配中,乔木较高,占86.71%,灌木次之(占12.65%),草本植物在总碳储量中所占比例不大。[结论]对矿山废弃地进行生态恢复,能够增加矿区植被储碳量,在纳入中国温室气体自愿减排上有很大的潜力空间。     

基于德劳内三角化和二分查找法的土地自动分配方法

为解决预分方案制定效率低的问题,该文提出一种基于德劳内三角化和二分查找法的地块分配算法。首先生成待分配地块的最小边界几何(minimum bounding geometry,MBG),对MBG进行三角剖分;其次在地块内通过累加三角形的面积执行查找,接近合同面积时采用二分查找法进行微调;最后遍历项目区内所有地块直至生成土地预分配方案。通过对算法进行编程实现,以试验区的土地整治项目为例对算法的可行性进行验证,并从分配效率、精度和形状指数3个方面对结果进行评价。结果表明:项目区内的地块划分仅需231 s,与仅用二分查找法相比,采用该文方法分割效率提高29.3%,精度提高28.2%,形状规则度提高18.2%;在减少农用道路占地面积的同时,分割后的地块具有良好的通达性。该方法可满足自动创建和动态调整土地分配方案的需求,为在一定约束条件下制定最优土地分配方案提供了技术支撑。     

三套再分析降水资料在东北地区的适用性评价

利用1980—2010年东北地区84个气象站月降水资料,基于相关分析、偏差比较、气候倾向率等方法,从不同时间尺度（年、季、月）对CFSR,MERRA和NCEP再分析降水资料在东北地区的适用性进行了比较,结果表明:三套再分析资料能够反映出东北地区年均降水东南多、西北少的分布特征,其中CFSR和MERRA对东北地区年均降水分布的刻画能力要好于NCEP。在年尺度上,CFSR和MERRA与观测资料的变化幅度更接近,其中,MERRA年均降水量与观测资料的差值最小,为42.4 mm。三套再分析资料与观测资料在不同季节的相关性表现出一定的差异。首先,CFSR与观测资料在春、夏、秋3季的相关性要好于冬季;而MERRA与观测资料的相关性则是春、秋两季最优,冬、夏两季次之;NCEP在冬季与观测资料的相关性最好。其次,CFSR和MERRA在春、夏、秋3季与观测资料的相关性要好于NCEP;而在冬季,MERRA和NCEP与观测资料的相关性优于CFSR。在月尺度上,MERRA资料与观测降水的相关性优于CFSR和NCEP,MERRA与观测降水的平均绝对偏差在三套再分析资料中最小,为17.5 mm,CFSR和NCEP的这一差值分别为20.7 mm和22.6 mm。     

小麦与秋豆秸秆配施对土壤有机碳固持的影响

为揭示麦秸与豆科秸秆配合还田对黑垆土有机碳固持的影响,尝试引入了自然δ13C技术并结合双指数模型方法,选取常年种植玉米的C4土壤,设不添加秸秆(CK)、添加小麦秸秆(W)、添加秋豆秸秆(L)、小麦秋豆秸秆组合添加(W+L)4个处理,进行了80d的恒温控湿室内培养试验。结果表明:培养结束后,秸秆添加处理(W+L、L、W)显著提高了CO_2累积释放量和有机碳含量,分别比CK高5.63、2.90、2.60倍和22.3%、10.7%和12.5%;W+L处理显著提高了土壤微生物量碳及微生物熵,分别比CK高39.5%和15.6%;同时W+L、L、W处理也提高了土壤惰性碳库及其占总有机碳的比例,分别比CK高2.82、0.756、1.98倍和2.27、0.569、1.64倍。较W处理,W+L处理的CO_2累积释放量、惰性碳库及其在土壤碳库所占比例和微生物量碳及微生物熵均明显增加,增加幅度分别为84.4%、28.1%、23.9%、25.3%和14.5%;同时,W+L处理明显提高了碳库中来自秸秆的新碳含量(Cstraw)及其所占比例(f),分别比W高86.5%和79.8%,且两种秸秆组合的土壤累积矿化量、有机碳含量和微生物量碳氮都表现出"加和效应"。综上,相比于禾本科作物秸秆单独还田,配施豆科绿肥秸秆会大幅提高土壤有机碳矿化量,同时仍能形成更多来自秸秆的新碳和增加土壤碳库稳定性,有利于土壤有机碳固持,且两种秸秆组合的"加和效应"在土壤固碳过程中发挥重要作用。     

秃杉林和连栽杉木林生态系统C积累及其分布格局

通过野外调查和室内分析,对广西南丹县山口林场23年生秃杉林和连栽杉木林C储量及其分布特征进行了研究。结果表明:秃杉各器官中C含量为426.0~503.9 g·kg~(-1),不同器官C含量排序为:皮>干>根>枝>叶,草本层、灌木层和凋落物层平均C含量分别为452.7、408.0和428.9 g·kg~(-1),土壤(0~80 cm)C含量为16.59 g·kg~(-1)。杉木各器官中C含量为464.5~508.9 g·kg~(-1),不同器官C含量排序为:皮>干>枝>根>叶,草本层、灌木层和凋落物层平均C含量分别为456.2、416.3和468.1 g·kg~(-1),土壤(0~80 cm)C含量为15.77 g·kg~(-1)。秃杉林和连栽杉木林生态系统C储量分别为245.82、213.52 t·hm~(-2),不同层次C储量排序为:土壤层>乔木层>凋落物层或灌草层。秃杉林和连栽杉木林乔木层净生产力分别为10.75、7.14 t·hm~(-2)·a~(-1),C年净固定量分别为5.05、3.47 t·hm~(-2)·a~(-1),年净吸收CO2量分别为18.53、12.73 t·hm~(-2)·a~(-1)。     

白银市玉米春霜冻害精细化风险评估

基于玉米春霜冻害等级指标,建立地温与气温间的统计关系,拟合乡镇地温资料,进而对白银市玉米春霜冻致灾因子开展精细化风险评估。结果表明：春季白银市霜冻出现越晚,则霜冻强度越强,造成作物的受灾程度也越严重;研究期内地温与气温、区域站与本站温度之间相关性显著,拟合出乡镇地温资料可靠性较高;从各等级霜冻强度分布看,景泰西北部始终存在高值区,中部的白银、靖远海拔相对较低,加之地形因素,霜冻强度较弱。从概率分布看,会宁和景泰春季轻霜冻害发生概率较高,白银区和平川区主要以中霜冻害为主,而靖远重霜冻害出现概率较高。从风险指数看,白银市春霜冻害的高风险区主要在景泰西部和白银区,风险指数超过了0.32,会宁中北部相对较低,大部分乡镇风险指数在0.2左右。     

不同梨砧木对缺铁胁迫的生理响应差异研究

【目的】 旨在通过探究缺铁胁迫下不同梨砧木幼苗体内铁分配规律及有机酸种类和含量的差异,为培育铁高效利用梨砧木提供理论依据。 【方法】 以三种不同梨砧木,杜梨Ⅰ (湖北杜梨HB-Pyrus betulaefolia)、杜梨Ⅱ (郑州杜梨ZZ-Pyrus betulaefolia) 、山梨 (黑龙江山梨HS-Pyrus ussuriensis) 幼苗为试材,进行水培试验。以Hogland营养液为基础,在其他养分含量不变的情况下,设两个Fe水平1和40 μmol/L,分别代表缺铁胁迫和正常供铁。在砧木幼苗培养21天后,测定了幼苗活性铁和全铁元素含量、根系构型及各部位不同种类有机酸的含量。 【结果】 缺铁胁迫下,杜梨Ⅰ茎叶中活性铁/全铁比例是杜梨Ⅱ的2.80倍和2.94倍, 是山梨的3.29倍和2.05倍,其叶中的活性铁和全铁积累量分别达到15.71 mg/plant和78.82 mg/plant。缺铁胁迫下,杜梨Ⅱ和山梨的倒一叶叶绿素含量下降幅度显著高于杜梨Ⅰ。三种梨砧木幼苗体内柠檬酸含量最高,其次是苹果酸,这两种酸占有机酸总量的74.8%以上。与正常供铁相比,缺铁胁迫下山梨根和叶中苹果酸含量提高了4.70和1.69倍,分别达到0.96 mg/g和4.80 mg/g,显著高于杜梨Ⅰ和杜梨Ⅱ,而杜梨根和叶中的柠檬酸含量较高,尤其是杜梨Ⅰ品种,达到4.02 mg/g和11.98 mg/g。 【结论】 三种梨砧木对铁的吸收和运输存在较大差异。杜梨Ⅰ根系吸收能力较强,根和叶中活性铁含量及积累量均较高,因而耐缺铁。缺铁胁迫下,两种杜梨根系中主要合成柠檬酸而山梨主要合成苹果酸,可能是山梨对缺铁敏感的机制之一。      

硫酸法钛石膏作为土壤调理剂在油菜上的施用效果研究

为研究钛白粉生产过程中经无害化处理的副产品钛石膏作为土壤调理剂的施用效果及安全性,试验对供试钛石膏通过成分鉴定—土柱淋溶—盆栽种植的方式,研究了钛石膏和钛石膏淋溶液中的有害元素含量以及钛石膏与土壤不同比例掺混后对油菜生长、产量和功能叶光合速率影响。结果表明:钛石膏主要成分为CaSO_4和Fe_2O_3,固体中的重金属含量均符合国家安全标准。钛石膏淋溶液中含有较少量的Ca~(2+)、Mg~(2+),不含其他有害物质,施用后不会随雨水和灌溉污染土壤和地下水。随着钛石膏添加比例的增加,油菜产量呈先增高后降低的趋势,过量的钛石膏施用会抑制油菜的生长。钛石膏与土壤按照1∶4体积比混合施用后效果最好,与常规土壤栽培方式相比,油菜出苗20天后功能叶蒸腾速率提高了11.86%;出苗30天后功能叶SPAD值增加了4.33%,收获时油菜株高提高了12.97%,产量增加了14.08%。相关性分析显示,油菜产量(y)与钛石膏添加比例(x)的关系为y=0.0001x~3-0.0212x~2+0.6966x+41.815(R~2=0.999 4),综合考虑函数及其他因素,在实际生产中若每公顷施用300t的钛石膏能起到最佳增产效果。     

播期和种植密度对芝麻性状及产量的影响

为了探索辽宁地区的栽培管理技术,本试验以‘辽芝7 号’为试材,采用随机区组设计,设4 个播期和6 个种植密度处理,调查生育期、产量构成因子及产量。结果表明：不同播期对芝麻的生育进程和生育期均有影响,随着播期的延迟,缩短了从出苗到现蕾的营养生长时间和开花期,生育期相应缩短。不同播期、不同种植密度对产量影响均达到极显著水平,对产量构成因子中的单株蒴果数影响显著,对蒴粒数和千粒重影响不显著,但随着播期延迟和种植密度增加,蒴粒数和千粒重均呈下降趋势。综上,在北方一年一熟制春播区的辽宁芝麻种植区适宜5月10—20日播种,种植密度为15万~22.5万株/hm2。