基于Fick-小波包变换方法对土壤CO2浓度时间序列的去噪处理

土壤CO_2浓度时间序列的数据质量易受到外界环境及土壤监测仪质量的影响,导致不能精确的测定土壤呼吸。针对土壤CO_2浓度时间序列的数据质量问题,本文提出小波包变换和Fick第二定律结合的方法对时间序列进行去噪分析。实验结果显示,无论从均值,信噪比,均方根误差和斜率距离来看,本文算法都优于由传统方法计算得到的结果。同时,在研究区域分别测量了早中晚三个时间段的土壤CO_2浓度,对其进行去噪处理之后,利用Fick第一定律计算获得的土壤碳通量与LI-8100测得的仅相距1μmol/m^2/s左右。说明通过本文算法不仅精确算得了开放型气室内任意时间任意位置的CO_2浓度时间序列,并且通过计算处理后的时间序列获得了与LI-8100相近的土壤碳通量。     

软件开发新技术在土壤碳呼吸实时监测系统中的应用

研究以土壤碳呼吸作为工作基础,充分分析了仪器数据格式,总结了传输数据流中的关键字(项目主要监测数值土壤碳通量的关键字为EXPFLUX),并基于.NET技术开发了实时传输数据解析软件,解决了研究过程中的国外仪器数据传输解析的问题.利用开源软件开发技术,实现了监测点位的分布展示、动态曲线图表生成、Excel数据导入导出等功能,为更好地进行土壤碳呼吸监测,提高科研工作效率,提供了保障.     

土壤——天然水体系pH原位连续远距离测定的研究

分析了影响长距离原位连续测定土壤－天然水ｐＨ值的各种因素，为了进行这种测定，用作者发明的ＳＳＡＳ７３１２敏感玻璃制造了一种具有高稳定性的ｐＨ玻璃电极，用柱塞状银／氯化银电极代替普通的甘汞电极，并提出了一种具有高稳定性，等电位点校用的缓冲溶液组成。在考虑到上述因素以后，设计了一种用于长距离原位连续测定土壤－天然水的ｐＨ值的测量装置，这种装置可以设备在距离测量仪器５０－１００米的土壤或天然水域中，一次     

沼泽垦殖前后土壤呼吸与CH4通量变化

湿地是陆地生态系统的重要组成部分,在碳的储存中起着重要作用。湿地垦殖后,在相同季节根层土壤温度明显高于沼泽湿地土壤,但垦殖后土壤有机碳、氮素含量明显降低,C:N比值减小,土壤呼吸通量增大,且具有季节性变化。垦殖8年的农田土壤,呼吸通量大于垦殖15年的农田土壤,弃耕后土壤有机碳含量及土壤呼吸强度有所增加,土壤呼吸通量与土壤温度呈显著正相关关系。沼泽湿地土壤为大气CH4的重要源,通量季节性变化明显,沼泽垦殖后农田土壤成为CH4的汇,不同垦殖年限土壤间CH4通量差异性不大。     

半干旱区土壤热通量遥感估算模型的适应性对比分析

提出了一种基于地表温度的土壤热通量遥感估算模型,结合另外两种应用比较广泛的遥感估算模型,分别是Moran(1989)提出的基于归一化植被指数NDVI、净辐射通量的模型和Bastiaanssen(1998)的基于NDVI、地表反照率、地表温度、净辐射通量的模型,利用MODIS遥感数据对这3种土壤热通量的模型进行了试验分析。参照半干旱区退化草地和农田地面站点实测的土壤热通量数据,3种遥感模型的试验结果表明:提出的基于MO-DIS地表温度的模型得到的土壤热通量精度最高;Bastiaanssen(1998)模型也能得到精度相当的土壤热通量,特别是它得到的可利用能量精度最高;Moran(1989)模型反演的土壤热通量误差最大。     

土壤碳通量监测仪信息管理系统的设计与实现

针对自主研发的土壤碳通量监测仪存在的数据收集操作烦琐、数据共享能力不足的问题,本文设计了一个对应的信息管理系统。该系统由嵌入式控制器端、Android客户端和云服务器端3部分组成。嵌入式控制器端自主组建了一个WiFi热点,可与Android客户端进行稳定的数据传输。Android客户端会将收集到的数据存入本地SQLite数据库中,并提供一定程度的数据可视化分析服务。Android客户端还能将存储的数据上传到云服务器的MySQL数据库中,可通过浏览器进行下载。该信息系统对于土壤碳通量监测仪的应用推广具有重要的意义。     

土壤——天然水某些化学性质的电化学方法原位加续测定

讨论原位连续测定土壤－天然水化学性质的实际意义，设计了一套原位连续检测技术测定土壤－天然水某些化学性持的自动测量系统，该系统由复合探头，用于传输测量讯号的长屏蔽电缆，测量仪器，接口电路，应用软件和打印机等组成，这种检测系统可以用来自动测定土壤和天然水的ｐＨ，电导，温度，Ｅｈ和ｐＸ（某些离子的浓度）测量距离为５０－１００米，具有良好的稳定性和抗静电子干扰能力，已在中国科学院红壤生态实验站获得成功的应     

高精度卡尔逊仪器检测技术研究及其监测单元的研制

针对卡尔逊仪器的应用要求,提出一种程控交变恒流源为激励的比较测量方法,对相关电路的技术要求进行了分析,并设计实现了基于ＰＣ总线的监测单元;采取了数字滤波和线性预测的数据处理方法,进一步提高了测量精度。工程运行结果表明,该测量技术完全可满足０．０１％测量精度的要求。     

TY—1000数字式土壤坚实度仪

介绍一种土壤坚实度测量仪,它能测量探头入上深度及该深度土层的土壤坚实度值,实现了定深度自动采样土壤坚实度值,该仪器使用方便,测量精度高,功耗低,特别适合于野外测试.     

基于CC2530的无线土壤水分传感器节点设计

土壤含水量的准确测定是实现节水灌溉和精准农业的基础。为实现土壤水分的自动测量和无线传输,基于FDR和CC2530芯片设计了无线土壤水分传感器节点。FDR实现了快速、精确的土壤含水量测量,CC2530完成模数转换、数字信号处理和射频信号的发送等工作。讨论了节点的低功耗问题,最后对节点进行了丢包率测试。试验结果表明:所设计开发的基于CC2530的传感器节点具有丢包率低、运行稳定可靠的特点,能够满足土壤水分的无线数据采集的要求。     

一种土壤剖面水分传感器的节点电路设计

为实现土壤剖面不同深度水分的同时测量,研制了一种土壤剖面水分传感器,对传感器节点部分的电路进行了设计与实现,具有功耗低、成本低等特点。实验结果表明:应用此电路的传感器,输出电压随着土壤体积含水量的增加而减小;与烘干法所测得的土壤水分实际值相比,传感器的最大绝对测量误差为-5.10%;传感器用于土壤剖面不同深度的土壤水分测量,水分梯度变化明显,性能良好。     

基于高频电容原理的土壤剖面水分传感器研究

为了实现土壤剖面不同深度的水分测量,基于高频电容原理,研制了一种能够自动、连续监测土壤剖面动态含水量的水分传感器。通过实验,建立了传感器数学标定模型,并对传感器进行了相关性能测试。通过对比分析土壤水分实际值与传感器测量值,结果表明:传感器最大绝对误差为-5.10%。传感器测量水分梯度变化明显,可用于土壤剖面不同深度水分的测量,具有低成本、低功耗的特点,可应用于农林业实际生产。     

基于有限元模拟的薄膜热流计结构设计及优化

精确的热流测量对航空航天领域发动机设计及使用过程至关重要.薄膜热流计以其体积小、热容量小、干扰小、不破坏部件表面气流等显著优势,成为发动机热端部件表面热流测量的新方法.针对传统工程经验设计薄膜热流计精确度不高且迭代耗时长的缺点,基于有限元仿真模拟方法,建立了一种薄膜热流计有限元分析模型,综合分析了热流密度、热阻层厚度、热电堆厚度等因素对热流计冷热结点温度梯度的影响,提出薄膜热流计优化思路.分析结果表明,优化后的薄膜热流计具有更出色的热学性能与电学性能.     

应用于土壤温度测量的无线传感器节点设计

针对传统土壤温度测量方法的缺陷，设计了一种由MCU、传感器、无线收发模块组成的传感器节点。测量时将整个传感器节点埋入土层长期监测土壤温度，通过无线方式进行传输数据，解决了传统测量方法中劳动强度和测量准确性不能兼顾的矛盾。实验证明，通过对节点的电磁兼容和低功耗设计，使节点的通信距离和电池使用寿命均达到了理想的效果。     

面向云计算环境的能耗测量和管理方法

云计算引领了计算机科学的一场重大变革,但与此同时,也不可避免地带来了日益凸显的能源消耗问题,因此,云计算能耗管理成为近几年的研究热点.云计算系统的能耗测量和管理直接关系到云计算的可持续发展,能耗数据不仅关系到能耗模型的建立,而且也是检验云计算资源调度算法的基础.为此,在广泛研究现有能耗测量方法的基础上,归纳总结了当前云计算环境的4种能耗测量方法:基于软件或硬件的直接测量方法、基于能耗模型的估算方法、基于虚拟化技术的能耗测量方法、基于仿真的能耗评估方法,并分析和比较了它们的优势、缺陷和适用环境.在此基础上,指出了云计算能耗管理的未来重要研究趋势:智能主机电源模块、面向不同类型应用的能耗模型、混合任务负载的能耗模型、可动态管理的高效云仿真工具、动态异构分布式集群的能耗管理、面向大数据分析处理和任务调度的节能方法以及新能源供电环境下的节能规划,为云计算节能领域的研究指明了方向.     

基于自建模技术的电容土壤水分传感器研究􀀂

基于自建模技术研究了一种快速传感、低成本、高可靠性的土壤含水量传感器.土壤水分的快速传感受土壤类型影响很大,利用自建模技术,能有效地降低传感器受土壤类型的影响,将该模型内置于传感器中在农村得到广泛应用.     

考虑时变速度的多车场绿色车辆路径模型及优化算法

针对多车场绿色车辆路径问题,根据顾客的坐标位置,采用K-means聚类方法将顾客分配给不同的车场;考虑时变速度和实时载重对车辆油耗和碳排放的影响,确定车辆油耗和碳排放的度量函数;在此基础上,以车辆油耗成本、碳排放成本、车辆使用成本、驾驶员工资以及时间窗惩罚成本之和最小化作为优化目标,构建多车场绿色车辆路径模型,并根据模型特点设计一种改进的蚁群算法进行求解.算例仿真结果表明,所构建的模型和提出的算法能合理调配不同车场的车辆,科学规划车辆路径,有效规避交通拥堵时间段,降低物流配送总成本,减少车辆油耗和碳排放,促进物流配送企业的节能减排.     

新型软土沉降监测仪的研制

为解决目前我国对土体沉降监测方面存在的自动化程度低、测量精度不高等问题,提出一种新型基于霍尔效应的软土沉降监测方法,设计出一款高精度实时在线监测仪器.选用多个霍尔器件组成阵列固定在假设不发生沉降位移的参考面上.土沉降带动沉降磁环的跟随沉降,根据霍尔效应原理,霍尔器件会输出变化的电信号.采用RS-485总线将阵列电信号实时上传至主机,经主机对实验数据进行科学建模处理,建立沉降位移与输出电信号的对应关系,从而实现对土沉降实时在线监测.搭建模拟测试平台,测试结果表明:对沉降磁环的定位测试,误差在1.2544 mm内,相比较于利用接近原理的传统测量仪器测量精度更高,数据稳定性更好,可以实现实时在线测量.     

基于ZigBee的温室监测系统的低功耗设计

针对传统温室大棚有线监测系统存在施工复杂、线路多和维护难等缺陷,提出了一种基于ZigBee无线传感网络技术的低功耗温室监测系统的设计方案;通过对系统各部分的能耗进行分析,结合实际情况对传感器节点采用低功耗设计策略;硬件设计上采用低功耗射频芯片和智能开关芯片,软件编写上采用事件驱动方法延长节点休眠时间;该系统能够准确采集温室内光照度、空气温湿度、土壤水分和二氧化碳浓度等环境信息,并具有低功耗、低成本和易扩展等特点;测试结果验证了该方案的可行性。     

利用环境余热供电的无线温度测量系统设计

无线测量节点的供电是无线测量系统在实际应用中受限制的主要问题之一.为解决此问题提出了一种收集工业生产现场环境余热并转换成电能为无线测量节点供电的方法.设计了由多个无线温度测量节点和一个Sink节点组成的无线温度测量系统.无线温度测量节点以CC2530为核心处理器,用热电偶测量温度,节点电源由能量收集模块供给.能量收集模块用热电片收集环境余热,以LTC3109为核心构成电源管理模块从而获得3.3 V输出电压.设计了上位机软件实时显示和保存Sink节点收到的各测温节点的温度数据.实验表明,在一定环境条件下能量收集模块可以为无线温度测量节点提供工作电源,为无线测量节点供电提供了一种参考解决方案.