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。     

基于气温预报和神经网络的参考作物腾发量预报

采用反向传播人工神经网络(BP-ANN)逼近气象因子-参考作物腾发量ET0函数关系,以天气预报中的最高和最低气温为输入进行短期ET0预报。收集了南京站实测的2010年7月1日至2013年7月7日逐日气象数据和2012年7月1日至2013年6月30日逐日对未来7d的气象预报数据,以最高、最低气温及相应的日序数为3个输入因子,ET0为输出建立一个包含一个隐含层的3层BP网络,以2010年7月1日至2012年6月30日实测气象数据及通过FAO-56PM公式计算的ET0进行网络,以2012年7月1日至2013年6月30日实测气象数据及通过FAO-56PM公式计算的ET0进行网络验证。将2012年7月1日至2013年6月30日逐日对未来7d的气象预报中的最高、最低气温输入训练及验证后的网络,得到2012年7月1日至2013年6月30日逐日对未来7d的ET0预报值,并与FAO-56PM公式计算的ET0值进行比较以验证预报精度。结果表明,预见期1~7d内,预报的ET0和计算的ET0变化趋势基本一致,预报精度随着预见期的增加而降低;平均准确率(±1.5mm/d以内)达88.08%,相关系数为0.77,均方根误差为1.28mm/d,显示出了较高的预报精度。在局部时间段内出现的ET0,PM和预报ET0的较大差别的原因是该时段内的ET0更多地受到除了日最高和最低气温之外的其他因素的影响。提出的方法 ET0预报,随着气象预报准确度的提高,可实现较为精确的ET0预报。     

Quality and maximum profit of industrial tomato as affected by distribution uniformity of drip irrigation system

The tomato industry reformed its system of payment by weight of tomato, introducing a corrective system based on percent level of fruit dry matter produced. Such a decision implies significant changes in the management of irrigation systems, with a need to emphasize the technological quality of the marketable product. Three levels of distribution uniformity of the irrigation system are analysed, and related production functions of crop yield and percent of dry matter are presented as well as their use on the optimisation of dry matter, expected revenues and seasonal applied water. Results are critically influenced by the distribution uniformity. They demonstrate the inter-relationship between crop production, percent fruit dry matter and irrigation management, and the importance of considering non-uniformity in the economic analysis of industrial tomato production. Decreases in uniformity lead to a reduction in dry matter production per unit land. Decreases in dry matter are also observed with increasing levels of seasonally applied water, with the optimal level always lower than the required for maximum yield. Such interaction suggests a continuous and inverse relationship between profit and water applied. However, due to the corrective system of payment, by levels of percent of dry matter produced, for some uniformity, the expected revenue follows the yield-water production function instead of the dry matter function. This fact introduces disturbances in the optimal water applied inducing higher than expected levels of water applied for profit maximisation. The simulated data also show that incentives to switch to new systems or management practices able to raise the distribution uniformity result more from profit losses than increases in water price.     

刚性暗管结构形式与排水性能关系的三维电模拟研究

作者选用电解液模型对农田排水暗管的五种结构处理进行了三维渗流测试，揭示了其渗流场的基本形态及势场变化规律，定性地描述了此五种暗管结构排水性能的优劣，同时采用能综合反映暗管排水性能的流量系数值，对不同结构在各种参数组合条件下的排水性能作了定量的分析对比，结合以往室内砂槽试验成果，提供了合理的暗管结构设计依据。此外，应用保角变换法求得了仅有纵缝和全管壁进水的两种结构的二维渗流量解析式，并通过对试验资料的统计分析和线性回归分析法推导出三维渗流量的近似计算式。     

自来水厂供水泵性能在线检测方法的研究

建立了针对自来水厂水泵性能曲线在线检测的有效方法，解决了过去水泵在线检测只能测量单点工况、不能获得性能曲线的难题，为提高水泵运行效率、优化运行参数以及水泵在线故障诊断提供了有效手段。对开展其他领域的水泵性能曲线在线检测或泵站工程验收等提供了一定的借鉴。     

温室地下贮热系统设计研究

为了降低温室环境调控能耗。根据育苗不同阶段对气温与土壤温度的要求，设计了温室地下贮热系统，并阐述了系统的组成和贮热原理；同时，分析了各设计参数对系统贮热性能的影响。这样不仅为系统设计与理论分析奠定了基础，对其它类似地下贮热系统的设计、研究也具有参考意义。     

基于GPS和GSM短消息的农田信息采集系统

分析了通过GSM SMS传递信息的优点，研究了如何应用Siemens M20 GSM模块和Rockwell的Jupiter GPS OEM板进行移动模块单元的软件和硬件设计。针对当前农田信息(土壤水分等)采集、记录、处理等技术比较落后以及浪费大量人力物力的状况，设计了农田信息采集系统。本系统利用当前技术比较成熟的GSM蜂窝数字移动通信系统和GPS全球定位系统对农田信息进行采集和传送。     

优化运行理论在泵站综合自动化系统中的应用

利用改进的神经元网络构建了泵站流量以及效率预测模型，并利用改进的遗传算法构建了泵站优化模型。将这两个模型应用到泵站综合自动化系统中，可以完成对泵站流量及效率的准确预测，并在此基础上实现泵站的优化运行。讨论了泵站优化运行理论在泵站综合自动化系统中应用的步骤和方法。     

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     

基于MDT的双翼翻土防漏耕犁的犁体曲面展开

介绍一种基于MDT的犁壁曲面双样板曲线近似展开法，在MDT平台上直接用直线投影法求样板曲线，并直接将正视图投影到三维犁曲面上求各元线实长，减少了计算工作量，具有快捷方便的优点，该方法已用于双翼翻土防漏耕犁的设计，效果良好。