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关键词： 粗放型绿色屋顶   结构配置   蓄水层   生物炭   植被   含水量   HYDRUS-1D  

摘要： 绿色屋顶因具有缓解城市内涝和城市热岛效应等功能被广泛采用。水分运移情况对绿色屋顶性能有着至关重要的影响,绿色屋顶水分运移过程主要为水体的入渗和蒸发,在降雨期间,土壤水分变化主要表现为雨水入渗到基质土壤和蓄水层里,导致土壤含水量增加直至饱和,产生地表径流。而在干旱天气下,绿色屋顶的水分消耗途径主要为植被的蒸腾作用。绿色屋顶的水文性能取决于绿色屋顶的水分运移能力,在基质类型、蓄水层、植被等不同的结构配置下,绿色屋顶的水分运移过程有较大差异,因此,研究不同结构配置下绿色屋顶的水分运移状态能帮助建立合理的绿色屋顶结构。同时,由于粗放型绿色屋顶的基质层厚度小于20cm,其持水能力有限,为了使粗放型绿色屋顶能够有效地发挥水分调控作用,在后期使用中,需要根据绿色屋顶的水分状况制定合理的灌溉方案进行灌溉。 本文采用缩尺模型试验和数值模拟两种研究方法,展开了对影响南宁地区粗放型绿色屋顶水分运移研究;利用有限元分析软件Hydrus-1D,模拟了不同结构配置下粗放型绿色屋顶的灌溉方案;探讨并提出了适合南宁地区且具有较高灌溉效率的粗放型绿色屋顶灌溉方案,为灌溉方案的设计提供依据,主要研究内容与成果如下: (1)考虑根系发育与根系吸水对绿色屋顶水分运移的影响,以及蓄水层对绿色屋顶基质土壤的水分补充作用,通过设置不同结构配置(植被类型、基质类型和蓄水层)下的绿色屋顶缩尺模型,同时在试验中监测了绿色屋顶的土壤物理性质、植被根系生长指标、水文特性和基质土水特性等数据,分析了绿色屋顶水分运移的影响因素。本试验可以为粗放型绿色屋顶的建设提供参考,同时为不同结构配置下的绿色屋顶在实际使用中的水文性能指标提供数据支撑。 (2)基于粗放型绿色屋顶缩尺试验,试验研究了影响绿色屋顶水分运移的因素。结果表明:a.蓄水层的设置能增加基质土壤的最大饱和含水量,而且能够有效的提高绿色屋顶的抗旱能力,减少绿色屋顶收到水分胁迫的天数;b.生物炭的加入会使得土壤的最大饱和含水率显著降低,原因是生物炭的加入导致了非毛管孔隙度的下降,从而引起土壤的最大饱和含水量减少;c.加入生物炭会显著影响植被生长状况,从而提高了绿色屋顶的抗旱能力,使得绿色屋顶受到水分胁迫的时间延迟了2-3天;d.不同植被由于根系发育情况的不同,使得它们的持水能力和抗旱能力都有所不同,根系发育越好的植被的持水能力较强,但是由于较快的水分消耗会导致它的抗旱能力较差。 (3)利用有限元软件HYDRUS-1D建立绿色屋顶数值计算模型,设计了六种灌溉方案,通过对六组常见结构配置的绿色屋顶(P1～P6)分别用六组方案进行灌溉,找出常见结构配置的绿色屋顶所适合的灌溉方案。根据结果所示:P1(种植马尼拉草,有蓄水层,无生物炭)和P5(种植马尼拉草,有蓄水层,生物炭占比5%)的最佳灌溉方案为:降雨后或灌溉后每3天灌溉15mm。P2(种马尼拉草,无蓄水层,无生物炭)、P3(种植佛甲草,有蓄水层,无生物炭)、P6(种植马尼拉草,有蓄水层,生物炭占比10%)的最佳灌溉方案为:降雨后或灌溉后每7天灌到饱和。试验为绿色屋顶的灌溉管理提供了参考。

关键词： 无人机   花生   高光谱图像   群体特征   株数   覆盖度  

摘要： 【目的 】花生是我国重要的油料作物之一，从无人机遥感影像中准确识别花生植株，实现快速、无损、准确的花生株数统计，对花生田间管理和高产具有重大意义。【方法 】文章以广东省河源市灯塔盆地花生种植基地为研究对象，利用无人机获取花生种植区域的高光谱图像（Hyperspectral Images,HSI）数据，利用提取花生平均覆盖度的方法近似估算花生株数。通过分析390～1 000 nm范围内高光谱图像特征，选取分割提取花生植株的有效特征波段，构建了包括光谱特征（Vegetation Indices,VIs）和群体形态特征（Morphological Parameters,MPs）在内共20个特征参数，并利用皮尔逊相关分析选择了12个参数。然后基于偏最小二乘回归（Partial Least Square Regression,PLSR）、随机森林回归（Random Forest Regression,RFR）和支持向量回归（Support Vector Regression,SVR） 3种算法，分别利用光谱特征、群体形态特征、联合光谱特征和群体形态特征构建花生平均覆盖度估测模型，并确定估算花生平均覆盖度的最优估测模型。【结果 】（1）在可见光区域，绿色植株与背景区域的差异明显且不存在重叠区域，671 nm处光谱反射率可有效区分花生植株与背景区域。（2）在使用PLSR、RFR和SVR 3种算法训练的模型中，SVR模型估测结果的精度最佳。（3）在单特征模型中，基于群体形态特征指数的模型精度优于基于最优光谱指数所构建的模型。在多特征模型中，联合光谱特征和群体形态特征所构建的模型精度更高、稳定性更强，PLSR、RFR和SVR 3种模型的R2分别达到0.56、0.58和0.75。其中，SVR模型的RMSE低至0.29株。【结论】基于SVR算法、光谱特征和群体形态特征所构建的模型能有效监测田间条件下的花生覆盖度水平，适用于基于无人机的花生苗期株数的实时快速检测，可为花生的精准管理生产提供一种快捷高效的技术手段。

关键词： 相机标定   瞳孔定位   立体匹配   三维重构   三维点拟合  

摘要： 瞳孔直径是一个重要的生理指标,它反映了人眼的生理状态和神经系统的功能活动。在医学、生理学、心理学等领域,瞳孔的直径数据扮演着不可或缺的角色之一。瞳孔直径数据可以帮助眼科医生评估眼睛的健康状况,医生可以根据病人的瞳孔直径对光反射的反应快慢,以诊断视网膜疾病、青光眼等眼部疾病。并且在进行视力矫正手术前,医生通常会测量患者的瞳孔直径,以确定手术的合适程度和方法。传统的瞳孔直径测量方法容易受到一些主观因素的影响,从而导致需要精确的三维测量或定位时存在困难。而基于双目视觉的瞳孔直径测量方法可以同时获取两个视角的图像信息,通过视差等技术更准确地获取物体的三维深度信息,消除了很多主观因素的影响,从而实现更精确的三维测量和定位。因此,本文基于双目视觉的相关原理来实现对瞳孔直径测量方法的研究,本文的主要工作如下: (1)本文系统性地研究了双目视觉测量方法的相关理论,利用Visual Studio 2022、OpenCV、Matlab等工具完成了基于双目视觉的瞳孔直径测量方法的设计与实现。此类方法包括相机标定、瞳孔定位、立体匹配、三维重构、直径测量等步骤。 (2)本文采用高精度光绘菲林加亚克力基板加固的棋盘格作为标定模板,型号为SM500的双目相机作为图像采集设备,通过张正友标定法实现了平均重投影误差为0.0137597像素的高精度标定。 (3)在瞳孔定位与瞳孔轮廓点立体匹配方面,针对双目相机采集到的近红外图像中,瞳孔区域和背景的平均像素强度之间的差异通常很小的情况,本文使用了基于New Black Top-Hat(NBTH)变换的瞳孔定位方法来对瞳孔轮廓进行精准定位,并且在此之上通过基于极线几何的立体匹配算法完成对轮廓点的匹配操作,得到瞳孔轮廓的匹配点,并通过与四种经典立体匹配算法进行比较来凸显出本文立体匹配方法的优势。 (4)通过视差-深度映射矩阵来实现轮廓点的三维重构,并通过Matlab来实现三维轮廓点的可视化操作,使得三维数据更加直观。最后,通过奇异值分解、均值化点的投影并在此之上运用最小二乘法来对得到的数据进行拟合操作,从中提取出所需的直径数据。 (5)最后为了对基于双目视觉的瞳孔直径测量方法的测量精度进行验证,本文设计了一种直径测量实验,通过在直板上高精度地打印出三个分别为3mm、4mm、5mm的圆形模板作为标准参照物进行测量,之后对测量结果进行分析从而对本文方法的可行性进行判断。

关键词： 小直径   井中核磁共振   原位探测   空间解析模型   高频电磁激发   近端参考天线  

摘要： 我国地下水石油烃污染形势严峻,石油烃污染监控与防治已成为维持地区经济可持续发展的重要保障。井中核磁共振原位探测技术可利用石油烃中的氢质子与电磁场的相互作用实现定向探测,目前已广泛应用于深部油气储层评价。相较于常规电磁类探测技术,井中核磁共振原位探测技术可直接获得井周石油烃的含量信息。然而,常规井中核磁共振原位探测仪器受制于探头尺寸,难以直接应用于水文监测井中。因此,研制面向水文监测井的小直径井中核磁共振原位探测仪器,对于提升区域地下水风险管控水平和治理能力具有重要的实际意义。 本论文针对水文监测井的探测需求,开展小直径井中核磁共振原位探测关键技术研究。针对井中永磁体姿态动态变化导致探测信号与探测位置难以实时对应的问题,提出了基于空间解析模型的井周背景磁场高效建模技术;针对井周核磁共振信号微弱导致探测仪器难以感知问题,提出了基于高频电磁激发的井周核磁共振响应信号增强技术;针对强电磁噪声导致数据信噪比降低问题,提出了基于近端参考天线的井中强电磁噪声自适应抑制技术。本论文的主要研究内容如下: (1)研究了基于空间解析模型的井周背景磁场高效建模技术。通过推导背景磁场建模方程,指出现有背景磁场建模技术难以兼容计算精度与计算效率,无法满足井周背景磁场高精度实时获取需求。为此,通过推导磁化电流被积函数的解析函数,给出永磁体与磁化电流间的数值关系,并将二重积分转化为三角函数大幅降低计算复杂度。同时,构建全局坐标系与运动坐标系间的映射关系,实现任意姿态角度下的实时计算。实验结果显示在相同计算精度的情况下,本论文所提出建模技术的计算效率相比商用有限元建模软件提升约18000倍。 (2)研究了基于高频电磁激发的井周核磁共振响应信号增强技术。通过推导响应信号与探测仪器参数间的函数关系,发现激发频率与响应信号呈指数正相关趋势。通过定位影响激发频率的关键元件场效应晶体管,对其建模分析发现栅极电荷容量与开关速率呈反比,进而优选出氮化镓场效应晶体管作为激发回路的核心元件。在此基础上,提出氮化镓场效应晶体管功率放大技术,构建适用于水文监测井中工作的高频功率放大回路。对比同类型的商用化井中核磁共振原位探测仪器,本论文提出技术将激发频率由0.25 MHz提升至2 MHz。 (3)研究了基于近端参考天线的井中强电磁噪声自适应抑制技术。通过计算信号源的磁场分布,确定信号源与参考天线间的互感耦合系数,为近端参考天线结构设计提供理论基础。同时,利用含噪信号模型比较不同自适应噪声抑制算法的噪声抑制性能,筛选出适用于井中核磁共振信号的快速高鲁棒性变步长最小均方根算法。基于弱耦合理论和自适应噪声抑制算法构建近端参考天线,配套多通道信号调理电路,实现井中强电磁噪声的自适应抑制。实验结果显示本论文提出技术在强噪声环境下探测数据信噪比提升约10.8 d B。 (4)基于上述关键技术,研制小直径井中核磁共振原位探测原理样机。通过开发配套上位机软件,实现调控指令发送和全波数据采集及存储等功能。同时针对探测仪器先激发后感知的工作模式,构建激发时序、能释时序以及采集时序设计逻辑及配套模块。通过测量不同含量石油烃污染物的核磁共振信号,验证了本论文所研制原理样机探测结果的有效性。

关键词： 广西民族大学科学技术史学科   学科建设   口述史  

摘要： 广西民族大学科学技术史学科是广西壮族自治区唯一科技史硕士学位授予点,也是我国西南地区和华南地区唯一科技史博士学位授予点,这离不开万辅彬先生及其科技史团队长期努力探索与艰苦奋斗。经历近四十年的历史积淀,民大科技史学科积累了深厚的研究基础,凝练了独具特色的学科发展及教学育人经验。 以中国科学技术史学科发展史为背景,将文献资料法、访谈法、口述史法、SWOT分析法作为主要研究方法,选取7位民大科技史学科建设过程中最具代表性的人物进行访谈,力图再现几代科技史学科建设者的艰辛创业历程。通过口述内容与历史语境的有机结合,力求还原民大科技史学科最原真的历史脉络。在把握民大科技史学科发展现状的基础上,从学科建设的角度系统研究民大科技史学科的发展历程,深刻剖析民大科技史学科的发展动力,解析民大科技史学科的优势与劣势及面临的机遇与挑战,归纳民大科技史学科发展的成效与不足,总结出专业化师资队伍建设、地方资源保障、多学科融合并凝练学科方向等经验启示。研究成果不仅丰富了科技史学科建设研究理论,还有利于推进科技史学科发展,具有重要的现实意义。