无人机机载激光雷达提取果树单木树冠信息

定株管理是未来果园精准生产管理的趋势,果树单木树冠信息的提取是定株管理的关键。该研究利用无人机采集的苹果园激光探测与测量数据（Light Detection and Ranging,LiDAR）检测和测量每棵果树的树冠面积和树冠直径,并评价空间分辨率对于果树单木树冠检测与提取的影响。该方法主要包括使用反距离权重插值法间接生成冠层高度模型（Canopy Height Model,CHM）;使用局部极大值滤波算法和标记控制分水岭分割算法（Marked-Controlled Watered Segmentation,MCWS）对果树进行单木树冠检测与提取,通过与参考数据的比较,评估了该方法的精度,并定量分析了空间分辨率对于单木树冠检测与信息提取结果的敏感性。结果表明,该方法有效地实现果树单木树冠检测与信息提取,代表果树检测精度的F1得分为94.86%,树冠轮廓提取准确率为86.39%,树冠面积的提取数据集和参考数据集的线性拟合结果决定系数和归一化均方根误差分别为0.81和20.56%,树冠直径的提取数据集和参考数据集的线性拟合结果决定系数和归一化均方根误差分别为0.85和14.79%,树冠面积和直径不同程度地被高估。此外,冠层高度模型的空间分辨率接近果树平均树冠直径的1/10时精度最高,可以有效检测果树单木树冠及提取树冠轮廓,从而准确提取果树单木树冠信息。     

137Cs和210Pbex双核素示踪"三北"防护林区退耕前后坡地土壤侵蚀变化

为查明"三北"防护林建设前后农耕地和退耕地土壤保持效益变化，利用137Cs和210Pbex双核素示踪技术，选择了防护林建设较为成功的张家口坝上地区（风力侵蚀区）作为典型区，研究了农耕地以及退耕地土壤137Cs和210Pbex的剖面变化规律及其示踪的土壤侵蚀变化。结果表明：1）由于耕作的混匀作用，农耕地土壤剖面中137Cs和210Pbex均呈均匀态分布；退耕地土壤剖面中137Cs和210Pbex则表现为表层（0～5cm）浓度最高、下层（5～25cm）浓度均相对较低且分布相对均匀的形态，这表明退耕后坡地土壤137Cs和210Pbex剖面形态均会发生一定变化，退耕驱动土壤137Cs和210Pbex剖面变化导致运用土壤核素估算侵蚀模型在该区域难以适用；2）基于土壤137Cs和210Pbex剖面变化规律，利用210Pbex质量平衡方程，提出了退耕地土壤210Pbex土壤侵蚀估算模型；3）利用137Cs比例模型估算退耕地土壤侵蚀速率为27.94±11.92 (t/hm2·a)，农耕地侵蚀速率为29.11±14.42 (t/hm2·a)，而利用修正后的210Pbex转换模型估算得到"三北"防护林区退耕地造林前平均侵蚀速率为82.16±14.36 (t/hm2·a)，造林后平均侵蚀速率为-41.28±33.91 (t/hm2·a)；农耕地造林前平均侵蚀速率为68.55±22.11 (t/hm2·a)，造林后平均侵蚀速率-8.52±47.32 (t/hm2·a)。这表明137Cs示踪技术主要表征了1963年以来该区坡地土壤侵蚀和沉积的平均结果，而210Pbex示踪技术则可以较好地示踪防护林建成前后的土壤侵蚀变化。此外，研究结果也表明，相比于"三北"防护林建成之前，建成之后该区农耕地和退耕地的土壤侵蚀速率均呈显著下降趋势，且均由前期的风沙侵蚀转变成了风沙沉积。     

仿蛛网农田无线传感器网络抗毁性量化指标体系构建

为解决传统抗毁性量化指标无法准确描述网络组件失效的耦合关系和全局作用,难以有效归纳、继承蛛网抗毁性机制与规律的问题,该文提出了一套基于节点平均路径数和节点、链路平均使用次数的人工蛛网模型抗毁性量化指标体系,评测失效网络组件的全网影响度和权重等指标。仿真试验表明该指标体系可有效量化评价不同规模的人工蛛网模型的抗毁性,测评各网络组件的抗毁性权重占比,其中,节点、弦链、辐链分别占50%、39.44%、10.56%,同时与传统抗毁性量化指标相比,该文提出的指标具有独特的优势。田间试验结果表明节点遭受不同程度损坏时,仿蛛网部署仍可通过备用链路进行数据传输,相较非交叠分簇部署、栅格部署具有更优的抗毁性。人工蛛网模型抗毁性量化分析可为优化农田无线传感器网络部署,实现规模化可靠应用提供参考。     

基于隐马尔科夫模型的深度视频哺乳母猪高危动作识别

哺乳母猪的高危动作和仔猪存活率有密切关系,能直接体现其母性行为能力,而这些高危动作又与其姿态转换的频率、持续时间等密切相关。针对猪舍环境下,环境光线变化、母猪与仔猪黏连、猪体形变等给哺乳母猪姿态转换识别带来的困难。该文以梅花母猪为研究对象,以Kinect2.0采集的深度视频图像为数据源,提出基于Faster R-CNN和隐马尔科夫模型的哺乳母猪姿态转换识别算法,通过FasterR-CNN产生候选区域,并采用维特比算法构建定位管道;利用Otsu分割和形态学处理提取疑似转换片段中母猪躯干部、尾部和身体上下两侧的高度序列,由隐马尔科夫模型识别姿态转换。结果表明,对姿态转换片段识别的精度为93.67%、召回率为87.84%。研究结果可为全天候母猪行为自动识别提供技术参考。     

秸秆坯块成型工艺参数及保水性试验研究

为探究玉米秸秆、豆粕和聚丙烯酸钠混合制备农用保水剂的生产工艺,以最大压缩力、混料水分、压缩速度、豆粕质量分数和聚丙烯酸钠质量分数为试验因素,以成型坯块的松弛密度为评价指标进行二次回归旋转组合试验,优化工艺参数组合并试验验证,在松弛密度的最优范围内分析其对坯块保水性能的影响。试验结果表明:坯块的松弛密度为460～540 kg/m3的条件下,得出最大压缩力为16～20.59 kN,混料水分为8.84%～12.96%,压缩速度为95.56～155.51 mm/min,豆粕质量分数为16.08%～24.02%,聚丙烯酸钠质量分数为4.91%～7.15%的最佳成型工艺参数;坯块的保水效果随松弛密度的增大而逐渐增强,有砂土时释水量随时间变化符合对数模型,无砂土时则符合线性模型,拟合方程的回归系数均大于0.9,成型坯块保水性的分析可靠,可为复合型农用保水剂的应用提供参考。     

精油对熟制鸡胸肉中产气荚膜梭菌抑制效果预测模型研究

为研究不同香辛料精油对熟制鸡胸肉中产气荚膜梭菌(C.perfringens)的影响,该文以肉桂精油、艾草精油和茴香精油为研究对象,对C.perfringens标准株(ATCC13124)和分离株(C1)抑菌效果,筛选出抑制最佳浓度,采用BP神经网络构建C.perfringens的生长/残存动力学模型,并以相关系数(R~2)和均方根误差(RMSE)评价模型精度,以期快速预测不同精油浓度条件对C.perfringens影响。结果表明:经肉桂精油处理后的ATCC13124和C1浓度最低,抑制效果最强;采用BP神经网络模型构建不同精油对熟制鸡胸肉中C.perfringens的预测模型,肉桂精油对ATCC13124和C1的R~2分别为0.963和0.976,RMSE分别为0.327和0.271CFU/g,预测效果最佳;利用验证集对模型鲁棒性进行验证,结果表明R~2均在0.917以上,RMSE在0.200～0.640 CFU/g之间,结果表明,BP神经网络模型可以较好的预测熟制鸡胸肉中产气夹膜梭菌的生长/残存情况;为肉类加工过程中控制C.perfringens提供理论依据。     

四川柑橘适宜分布及其对气候变化的响应研究

柑橘是四川省和我国主要水果产品之一。以气候为主的环境变化,对作物空间布局产生了显著影响。为合理优化柑橘生产空间,本研究基于最大熵模型（MaxEnt）构建柑橘适宜分布与环境变量的关系模型,运用受试者工作特征曲线（ROC曲线）检测模型精度,刀切法（Jackknife）筛选主导环境变量;采用ArcGIS技术对比1980年、2010年四川柑橘适宜区分布,揭示近30 a气候变化背景下四川省柑橘适宜区的分布与变化情况。结果显示：四川柑橘适宜性的主导环境变量主要体现为以光、热、水为特征的气候环境变量。近30 a四川省气候暖干化的变化趋势改变了区域生态系统的结构和功能,引起了柑橘种植适宜区的时空变化。1980—2010年柑橘种植适宜性空间格局呈现出2个变化特征,一是高适宜区呈整体向北迁移的趋势,主要分布在成都平原区与川东北地区过渡地区;中适宜区界线向东南方迁移。二是适宜性级别呈现出逐级调整,低、中适宜区的等级调整变化明显。2010年高适宜区面积约为4.22万km²,中适宜区4.19万km²,低适宜区4.4万km²,大部分地区为不适宜区。以高适宜区为参照,通过政策措施,政府部门可增加在川南地区、成都平原地区南部的柑橘生产布局。本研究客观地反映了气候变化下,四川省柑橘种植适宜性变化特征,合理确定了柑橘适宜性面积及分布,为柑橘空间优化提供了科学依据。最大熵模型在对物种分布进行准确模拟和预测时具有较强应用价值,对作物气候适宜性区划具有重要指导意义。但对于不同区域和作物应选取合适的环境变量、空间尺度和物种采样位置,减少系统累计误差,提高作物气候适宜区划定精度。     

二元非结构肥效模型构建及其田间试验验证

二次多项式肥效模型假设单位养分增产量与施肥量之间为线性模型,结果导致最高施肥量之前和最高施肥量之后的施肥效应是对称关系。这种模型设定偏误以及模型存在的强烈多重共线性和异方差是建模成功率明显偏低的重要原因。本研究研发二元非结构肥效模型,旨在提高二元肥效模型的适用性。在一元非结构肥效模型基础上,根据植物营养元素功能不可相互替代原理,构建二元非结构肥效模型,并通过氮、磷、钾二元组合的田间肥效试验结果检验新模型的拟合效果和推荐施肥量的可靠性。结果表明,在水稻、花生、马铃薯、毛豆、冬小麦和夏玉米的17个氮磷、氮钾、磷钾二因素肥效田间试验结果中,二元二次多项式肥效模型均能通过统计显著性检验,但典型肥效模型仅占试验点总数的58.8%,模型一次项系数或二次项系数代数符号不合理以及推荐施肥量属于外推的非典型式占41.2%。基于二元非结构肥效模型拟合上述试验结果,同样均能通过统计显著性检验,典型肥效模型的比例占试验点总数的88.2%,非典型式模型(均属于推荐施肥量外推)比例仅占11.8%,建模成功率较二元二次多项式肥效模型提高了29.4个百分点。两种模型的最高产量施肥量之间、经济产量施肥量之间存在显著的线性正相关,但线性回归方程的一次项系数分别仅有0.9153和0.9161,表明当二元二次多项式模型推荐的最高施肥量或经济施肥量每增加1 kg时,二元非结构肥效模型的相应推荐施肥分别仅增加0.915 3 kg和0.916 1 kg,较好地克服了二次多项式模型推荐施肥量偏高的问题。分析表明,二元二次多项式肥效模型是二元非结构肥效模型的简化式和特例,新模型具有更广的适用范围。     

楔形减阻旋耕刀设计与试验

为解决旋耕整地作业阻力大、能耗高等问题,该文基于旋耕刀理论受力模型设计了一种楔形减阻旋耕刀。采用Inventor和HyperMesh软件分别创建国标旋耕刀及楔形减阻旋耕刀的三维模型和切削土壤模型,分析了楔形减阻旋耕刀的应力强度,对比了国标旋耕刀与楔形减阻旋耕刀的切削阻力。通过田间试验对比了国标旋耕刀与楔形减阻旋耕刀的扭矩、功耗与碎土率。结果表明:楔形减阻旋耕刀所受最大应力为29.49 MPa,远小于材料的屈服强度430 MPa,在保证刀身强度的前提下,与国标旋耕刀相比,楔形减阻旋耕刀质量减轻8.3%;平均切削阻力较国标旋耕刀下降10.65%。在相同工况条件下,楔形减阻旋耕刀的平均扭矩为648.916 N·m,较国标旋耕刀下降11.35%;楔形减阻旋耕刀的平均功耗为67.3kW,较国标旋耕刀下降9.29%,碎土率提高4%,耐磨性能与国标旋耕刀持平,能够达到在降低作业功耗的同时,提高耕作质量并保证刀具使用寿命。     

半解析法求解水柱分离与断流弥合水锤问题及机理分析

为了应对长距离输水工程的水锤防护问题,分析了空气阀作用于波状管线有压输水系统发生水力过渡时的瞬态响应过程,提出了空穴增长和溃灭时间、管线最大含气率、最大压力峰值等参数的半解析公式,并由此探讨和研究影响空气阀水锤防护效果的关键因素。半解析解表明,位于空气阀下游的管段相对长度和管线高点的相对高程对系统的断流弥合水锤起了主导作用。将半解析解与特征线法数值解进行了对比,发现两者随主变量的变化趋势一致;分析了半解析解与数值解产生偏差的原因与半解析公式推导过程中几个假设的关系。结果证明,该文提出的半解析公式能够反映空气阀作为水锤防护装置时,主导断流弥合水锤压力峰值的关键因素。该研究可为水锤防护的相关研究提供参考。