畜禽舍移动式智能监测平台研制

畜禽养殖场内温度、湿度及各种气体构成畜禽生长的外围环境,直接影响畜禽日常行为和生长速度及免疫状态。对这些畜禽养殖场内进行检测并监控畜禽健康状态及寻找二者间的联系,对优化养殖环境,发展健康养殖具有重要意义。该研究以STM32单片机为控制核心,在固定点传感器外设置移动式智能监测平台,通过无线定位系统UWB(Ultra Wide Band)和集成传感器对畜禽养殖场内环境进行监测,利用带图传功能摄像头和红外测温装置实时监控畜禽状态。传感器获取信息后将数据以UART、IIC或模拟量输出方式传递给STM32,STM32处理数据后通过物联网WIFI模块上传至阿里云IoT(The Internet of Things)物联网平台,用户登录网页页面即可对数据进行远程访问,并对畜禽状态进行实时监控。实测结果表明,智能检测平台检测数据与猪场内布置的传感器检测结果相近,二者偏差小于10%,在无遮挡情况下布置无线定位系统,定位误差接近10cm级。系统检测数据可信,数据传输正常,可持续长时间稳定运行。机动平台还开发了搬运功能,单次运送能力为200 kg左右。移动式智能监测平台为畜禽养殖场内实现全范围环境监控提供了设备基础。     

基于Kinect V3深度传感器的田间植株点云配准方法

准确建立植物的三维点云是以点云方式高通量获取植株各部位物理参数的前提。为实现田间复杂环境下的植株三维点云配准,该研究提出了一种基于多标定球的田间植株点云自动配准方法,并分别在室内简单场景及大田复杂场景下从不同角度对多种作物采集的点云数据进行验证。该方法采用随机抽样一致性算法（Random Sample Consensus, RANSAC）结合点云减法的概念从下采样后的点云中实现多标定球的自动提取,弥补了RANSAC一次只能提取单个物体的缺点。然后基于各标定球的球心距离信息实现三维点集的自动匹配。最后使用奇异值分解算法解算旋转平移矩阵,实现点云的自动配准。不同场景下各作物的配准结果表明,各植株的水平90°、180°、270°以及垂直方向上的点云配准到水平0°点云下的平均轴向误差在6～17 mm之间,平均点位误差在13～30 mm之间,与手动配准的商用同类软件LiDAR360的配准结果相当,但配准过程的自动化程度明显提高,效率提高了67%。该文所提出的方法可在田间复杂环境下对低成本深度相机获取的植株点云实现高精度的自动配准,为田间植物表型参数的提取提供了低成本的可行方案。     

“麦德姆”造成山东暴雨的卫星水汽图像分析

为提高台风暴雨的预报准确率,降低对农业生产的影响,本研究利用常规观测资料和FY-2E卫星云图,分析台风"麦德姆"造成山东暴雨的成因。结果表明:前期强降水是由台风倒槽造成,后期中、低纬度系统相互作用导致半岛地区出现大暴雨;水汽图像上的亮区对应对流层中上部湿区,亮区与低层水汽通量散度大值区和500 h Pa总温度场高能舌重合,对台风路径的预报和暴雨落区有较好的指示意义;水汽图像上系统的形态和灰度变化,能更有效地监测中、低纬度系统相互影响导致的过程,叠加云导风产品能更清晰地监测台风进入中纬度变性为温带气旋的风场与云系变化,云导风产品在台风预报分析中能发挥重要作用。     

黄土高原地带连续性暴雨特征分析

通过研究甘肃庆阳地区连续性暴雨的成因及特征,为该地区的灾害性暴雨天气预报预警提供参考依据,本研究利用常规气象资料和诊断分析技术分析了庆阳地区2017年8月17—22日连续性暴雨过程。结果表明：(1)连续暴雨前期降水历时短,强度大,分布不均匀,突发性明显;中期持续时间较长,范围广,局地降水强度强,累计降水量较大;后期持续时间长,范围广,分布均匀,累计降水量大。(2)低空急流低层抬升和高空急流抽吸造成了连续性暴雨的发生发展。(3)中尺度云团较为活跃,组织化程度高,持续时间长。(4)前期大气处于极度高能不稳定状态,中期不稳定能量有所下降,后期不稳定能量急剧下降。(5)前期比湿突增明显,跃变值达4g/kg,且比中后期大。     

逆向云在垩白识别中的应

在云理论的基础上提出了一种无需人工干预的垩白识别方法.在此方法中,把垩白与非垩白定义为两个定性概念,以一个不对称云和一个对称云来表达垩白与非垩白,以两组数字特征分别描述垩白云与非垩白云.首先,利用动态阈值算法获得训练样本,然后设计逆向云发生器实现定量到定性的转换,最后根据两个云的隶属度函数,用极大值判定法来实现垩白区与非垩白区的分离.试验结果表明,云分类法分类精度高于传统的硬分类法.     

基于车载三维激光雷达的玉米点云数据滤波算法

为支持表型参数测量和数字植物相关研究,对车载三维激光雷达获取的玉米点云数据进行分析处理,提出了一种基于统计分析的两次滤波算法。以大喇叭口期的京农科728和农大84玉米为研究对象,使用VLP-16型三维激光雷达采集田间玉米点云数据;对点云数据进行直通滤波预处理,去除无关点后,进行第1次点云数据滤波处理,设置精确率和召回率阈值,选取参数组合;再对点云进行第2次滤波处理,确定精确率和召回率最优组合(110,0. 9)、(6,1. 2),边际组合(100,1. 0)、(6,1. 2)和(110,0. 8)、(5,0. 9),共3组参数组合;以3组验证集数据进行测试,结果表明:最优组合性能最优,可在京农科728和农大84玉米点云数据滤波中通用。     

基于结构光三维点云的棉花幼苗叶片性状解析方法

针对传统的棉花叶片表型测量方法主观、低效,对复杂性状如卷叶程度、黄叶占比等很难量化的问题,提出一种基于结构光三维成像的棉花幼苗叶片性状解析方法。首先,采用结构光扫描仪获取棉花幼苗的三维点云数据;然后,利用直通滤波、超体聚类、条件欧氏距离算法,实现叶片点云的识别与分割;最后,基于分割的叶片点云,采用三角面片化、随机采样一致性、Lab颜色分割等处理,实现叶片面积、周长、生长角度、卷曲度、黄叶占比等参数的快速、准确、无损提取。对40株棉花幼苗进行三维结构光成像试验,结果表明,3D叶片面积、周长测量的平均绝对误差分别为2. 59%、2. 85%,具有较高的测量精度,还证明叶片卷曲度和黄叶占比能显著区分病叶和正常叶。     

江苏省空中云水资源评估

研究旨在定量化评估江苏省空中云水资源可开发量及基本特征。根据云水收支方程,将参与大气云水循环且未降落到地面的资源定义为空中云水资源。利用1981—2010年EAR-Interim高分辨率再分析资料的风场及云含水量,计算江苏上空云水资源年均总量、时空特征及变化趋势。结果表明,资源年均总量353.1亿t,春夏季偏多,秋冬季偏少,开发潜力巨大。旱期(缺水期)沿淮淮北最多,达70.8亿t,沿海垦区、苏南环太湖次之;非旱期总量约占全年58.3%。近30年,云水资源呈下降趋势,平均每10年减少18亿t。建议加大开发力度,实现常态化开发利用,率先建立淮北、沿海、环太湖开发利用重点作业区,加强开发利用技术研究,提高开发效率。     

夏季积层混合云降水的宏微观特征及人工增雨可播性研究

为了使FY-2C/D 卫星资料反演云系微物理特征参数更好地应用于人工影响天气作业中,利用2010 年8 月17—19 日山西夏季积层混合云降水过程的雷达、卫星、机载云物理探测平台的综合探测资料,对云系演变特征、人工增雨的可播性以及催化效果进行分析。结果表明：云系维持时间达35 h,17日白天到夜间云层不断增厚,云粒子有效半径(Re)稳定变化较小,降水少,云系的自然降水过程较弱,具有较好的增雨作业潜力。8 月17 日白天云顶温度-10℃,云滴有效半径小于12 μm,云系密实,云中过冷水含量丰沛,大粒子与冰晶含量较少;夜晚在高云的播种效应之下,产生较大降水;持续稳定的中低层状云系存在较好的增雨作业机会。综合分析可知,适宜于这次夏季积层混合云降水人工催化条件的卫星判据为：云系厚度大于2 km,云顶温度-10~-20℃,云顶云粒子有效半径小于15 μm。     

锡林浩特地区太阳紫外辐射分析

为进一步揭示紫外辐射的变化规律,更好地为生产和人们的生活服务,基于锡林浩特国家气候观象台2007—2012年太阳紫外辐射观测资料,运用数理统计学方法与SPSS 11.5软件,分析了锡林浩特地区不同云况条件下太阳紫外辐射规律及与气象要素的相互关系。结果表明:太阳紫外辐射存在明显的日、季、年变化规律。一日内早晚小,中午大。一年内最高值出现在6—8月,最低值出现在11—12月。且与太阳总辐射、光合有效辐射、空气温度、空气湿度、地温0~5 cm存在较显著的相关性。目前锡林浩特地区紫外辐射强度(UV-B)1—3、10—12月最大值范围分别为0.20~1.91、0.13~1.43 W/m~2,低于人和动物的安全标准2 W/m~2,4—9月可出现最大值范围为2.02~3.39 W/m~2,容易对人和动物造成威胁和伤害。