基于GEE的Landsat-8与Sentinel-2影像在棉花种植提取中差异性分析及提取方法对比研究

棉花作为南疆地区重要的经济作物之一,在经济工作中起着至关重要的作用。及时、准确地获取棉花种植面积,对农业政策和经济发展具有重要意义。为了实现这一目标,需要综合分析不同方法和遥感数据对最终棉花种植面积制图精度的影响。本研究以新疆阿克苏地区棉花种植区为例,借助Google Earth Engine云平台,采用随机森林法(RF)、支持向量机法(SVM)、最小距离分类法(MDC)等3种机器学习方法,利用2类中分辨率影像提取棉花种植信息,充分评估使用的档案数据和官方统计数字。结果表明,采用Sentinel-2方法和RF获得了最优棉花图,随机森林法分类器的总体精度、Kappa系数和用户精度分别高达97.4%、96.7%和91.1%,分别比Landsat-8图像和RF模型的结果高出7.3百分点、0.081、2.8百分点。与官方统计数据相比,采用RF、SVM、MDC对Sentinel-2和Landsat-8图像的棉花种植面积估算图的精度分别为98.4%、95.8%、79.6%和90.3%、83.7%、72.5%。很明显,Sentinel-2和RF模型的组合与官方数据的一致性最高。对比分析结果表明,Landsat-8和Sentinel-2数据可用于大范围复杂种植结构的棉花高精度测绘。本研究结果有望为棉花大面积鉴别提供一定的理论指导和实践指导。

基于多光谱影像的阿拉尔垦区棉田土壤盐分反演

针对新疆土壤盐分信息获取困难,无法快速、准确的大范围评估土壤盐渍化情况,本研究以新疆阿拉尔垦区的棉田为研究对象,利用Sentinel-2 SR和Landsat-9 OLI的多光谱遥感影像数据,采用穷举特征组合和交叉验证方法,从20个光谱指数和组合光谱指数构建的高维数据集中筛选出最优特征子集,并比较四种机器学习模型(即XGBoost、随机森林、深度神经网络和K-近邻)在不同特征组合下的土壤盐渍化反演精度,同时分析Sentinel-2 SR和Landsat-9 OLI遥感影像在土壤盐渍化反演中的精度差异。研究结果表明:(1)基于XGBoost算法构建的模型能够实现棉田盐渍化高精度预测,不同特征组合的R^(2)均高于0.74,MSE均低于0.04,MAPE低于0.13。(2)在特征组合1条件下,Sentinel-2 SR(S3+GBNDVI)与Landsat-9 OLI(SI+NDVI)遥感影像使用XGBoost算法均获得了最高预测精度。(3)Sentinel-2 SR影像数据在棉田盐渍化预测中的精度(R^(2)=0.73~0.88)优于Landsat-9 OLI影像数据。本研究实现了新疆阿拉尔垦区棉田土壤盐渍化精准监测,为垦区棉田土壤盐渍化治理和防治提供有效的技术参考。

黏性细颗粒泥沙絮凝及沉降的三维模拟

鉴于试验观察黏性细颗粒泥沙悬浮体系絮凝-沉降过程存在技术困难,尝试以分形生长理论为基础,使用改进的受限反应絮团聚集(RLCCA)模型,在计算机上模拟这一复杂过程。模型考虑了絮团的分形结构与可渗透特性、泥沙浓度对悬浮液黏性的影响等因素,复演颗粒、絮团在重力沉降和布朗作用下的三维运动及相互碰撞并黏结的现象。在对模拟数据的统计分析基础上,讨论了絮凝-沉降过程的各种特性,结果表明:碰撞效率系数不同时,絮凝发育过程存在相似性。

利用叶片高光谱反射率预测棉花叶绿素含量

为提高棉花叶绿素含量预测的准确性,利用连续小波分析和传统光谱变换对棉花叶片原始光谱进行分解和变换,以特征小波系数和光谱特征波段为自变量,并利用单变量、逐步回归和偏最小二乘法建立反演棉花叶片叶绿素含量的数学模型。结果显示,不同的光谱处理方法使得棉花叶片叶绿素和光谱反射率的相关性都有不同程度的提升,对于传统光谱变换,倒数对数一阶微分lg(1/R′)对棉花叶片叶绿素相关性提高了0.41。结果表明,连续小波分析在信息降噪和挖掘特征信息方面优于传统光谱模型,建立的模型RPD>2,具有很好的稳定性,对样本数据都具很好的预测能力。

泥泵水力性能动态特征的数值模拟分析

在使用滑移网格模拟分析新设计的HDP-263-50-130-4型泥泵时,发现叶轮处于不同位置时,同一转速和流量下,泥泵的扬程、扭矩、效率均呈周期性的波动,该波动近似于正弦函数,各量波动幅度较大,波动周期等于叶轮转过两相邻叶片的夹角所需的时间。对于该型号泵,扬程的波动要领先力矩约0.21个波动周期,效率的波动领先力矩约0.34个波动周期;当叶轮的一个叶片转过蜗壳的第Ⅰ断面,且与此断面呈16°左右夹角时,泥泵达到最高效率,约为92%;当叶轮的一个叶片转向蜗壳的第Ⅰ断面且与其夹角约为29°时,泥泵效率最低,约为77%。经分析认为,泥泵水力性能波动的主因是运动叶轮与静止蜗壳之间的动静干扰,该干扰主要体现在叶轮相对涡舌的位置的变化引起涡舌周围流态的变化。

疏浚饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响

针对黄骅港区饱和密实粉土,通过三轴剪切试验以及原型耙齿切削试验,研究饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响。三轴试验结果表明,黄骅地区饱和密实粉土在剪切过程中表现为应变软化性状,偏应力峰值与围压之间基本呈线性关系。在剪切过程中,土体先剪缩后剪胀,随着围压的增大,剪缩性状体现得越来越明显,应力应变性状可划分为4个不同阶段。原型耙齿切削试验结果表明,饱和土较非饱和土切削阻力增长得更快;饱和土切削阻力最大值为非饱和土切削阻力最大值的2.7~3.3倍;对于饱和土,切削阻力达到稳定值后,其波动幅度较非饱和土要大。上述试验结果均表明,土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响十分显著,须采取相应的措施来降低土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响。

耙吸挖泥船耙头固定体喷嘴流场特性数值分析

耙吸挖泥船高压冲水喷嘴的移动特性对其疏浚效率具有明显影响,通过CFD数值模拟手段对移动耙头固定体喷嘴流场特性进行研究。结果显示:在高压冲水时,喷嘴移动速度对高压冲水的速度及压力具有显著影响,移动速度越快,高压冲水速度场衰减越明显。在超高压冲水时,喷嘴移动速度对其流场特性变化并不显著,尤其在不同喷距时,最大速度并没有明显变化。因此,提高喷嘴的冲水压力可以减小其移动速度对速度等流场特性的影响,从而提高疏浚作业的效率。

耙吸挖泥船艏喷轨迹曲线及流场特性的数值模拟

通过CFD数值模拟方法模拟了耙吸挖泥船艏喷不同工况时的喷射轨迹曲线及流场特性,得到了不同工况下的艏喷喷射距离及流场特征,对比数值结果与施工现场测量结果,显示数值模拟结果与现场试验结果基本相符,数值模拟基本可以预测艏喷的喷射距离和流动特征。在此基础上,对艏喷轨迹线和喷射距离的影响因素进行了分析,结果表明:45°喷角比30°喷角喷射距离要远,但是30°喷角有利于回淤与流失量的控制。因此在不同的施工阶段,可调整喷射角度,达到最佳施工效果。

混凝土联锁块软体排压载块抗水流掀动稳定性研究

通过稳定性物模、Fluent二维数模、受力测试等手段,研究和分析纯流条件下4种常用混凝土联锁块护底软体排压载块的稳定性、失稳过程、失稳临界流速,以及水深和压载部位(排边缘、搭接处、中间部位)等因素对压载块稳定性的影响。根据研究结果对现行规范公式提出了水深、结构尺寸及压载部位等因素的修正。在此基础上,提出了3种新型压载块结构形式,并与常用压载块进行了比较。结果表明,3种新型压载块稳定性均好于现用的4种压载块。

堆存污泥深度脱水及其干化泥饼焚烧特性研究

堆存污泥的深度脱水及后续处置一直是制约污泥填埋场发展的难题.焚烧是实现填埋场堆存污泥最大量减容的有效途径,而高效的深度脱水过程却是污泥焚烧处置的必要前提.以抽滤曲线、毛细吸水时间(CST)和泥饼含水率为评价指标探究了聚合氯化铝(PAC)-生石灰-秸秆粉末组合调理剂对堆存污泥深度脱水的效果,并分析了各因素的影响强弱关系和经济成本;此外,通过热重试验建立TG-DTG曲线,分析脱水后干化泥饼的焚烧特性.结果表明:聚合氯化铝(PAC)-生石灰-秸秆粉末组合调理剂中各成分对城市堆存污泥CST削减的影响大小表现为PAC>生石灰>秸秆粉末,PAC和生石灰主要通过吸附架桥或压缩双电子层作用促进结合水向自由水的转变,而秸秆对压滤过程中构建骨架结构起到重要作用;当PAC、生石灰和秸秆粉末添加量(干基比)分别为35%、20%、29%时,堆存污泥的泥饼含水率和CST均达到最优,分别为56.3%和47.9 s,且组合配方经济成本优势显著;脱水干化后的泥饼点燃温度相较原状污泥有所提高,秸秆粉末的添加保障了泥饼在焚烧过程中的可持续性燃烧,泥饼燃烧过程中最大燃烧失重速率(T_(m))达到3.828%min.研究显示,PAC-生石灰-秸秆粉末组合调理剂通过改变堆存污泥的化学性能和压滤性能增强了污泥深度脱水的效果,同时改善了干化泥饼的燃烧行为,对堆存污泥的减量化及焚烧处置具有重要意义.

求解流固耦合问题的一种四步分裂有限元算法

基于arbitrary Lagrangian Eulerian(ALE)有限元方法,发展了一种求解流固耦合问题的弱耦合算法.将半隐式四步分裂有限元格式推广至求解ALE描述下的Navier-Stokes(N-S)方程,并在动量方程中引入迎风流线(streamline upwind/Petrov-Galerkin,SUPG)稳定项以消除对流引发的速度场数值振荡;采用Newmark-β法对结构方程进行时间离散;运用经典的Galerkin有限元法求解修正的Laplace方程以实现网格更新,每个计算步施加网格总变形量防止结构长时间、大位移运动时的网格质量恶化.运用上述算法对弹性支撑刚性圆柱体的流致振动问题进行了数值模拟,计算结果与已有结果相吻合,初步验证了该算法的正确性和有效性.

外部轴向激励作用下螺旋桨桨叶动应变频域变化特性试验研究

为了研究外部轴向激励作用对螺旋桨桨叶动应变频域特性的影响,采用应变片和特制的水下数据采集仪对七叶大侧斜螺旋桨桨叶动应变的频域变化特性进行了试验测量研究。试验结果显示,在非均匀来流条件下,螺旋桨桨叶动应变的频域特性能明显反映出非均匀流场的主角频特征与螺旋桨轴频的耦合振动特性。在螺旋桨桨叶的三个不同径向位置处,桨叶的动应变频域变化特性均能够反映出螺旋桨的轴频及其谐频特征。其中,0.6倍螺旋桨半径位置处的动应变特性最为明显,0.8倍螺旋桨半径位置处次之,0.4倍螺旋桨半径位置处的变化最小;当激励频率fe=42Hz和fe=60Hz的两个外部轴向激励分别作用于螺旋桨-轴系时,螺旋桨桨叶动应变频域均会对其产生一个频率响应,其响应频率与激励频率始终保持一致。

挖泥船绞刀齿切削岩石的离散元分析

采用离散元法建立数值模型,对绞刀齿切削岩石的正刀和反刀过程进行模拟计算,获得了绞刀齿及其前刀面在切削过程中的受力情况,统计了正刀、反刀切削的产量、能耗以及比能。结果表明:与正刀切削相比,反刀峰值切削力更小,产量更高,比能更小。该研究结果可以为实际施工工艺提供技术参考。

泥沙流变学及其应用

本文将流变学的研究方法应用于泥沙问题的研究,提出泥沙流变学,将其作为泥沙学的一个分支科学,倡导从流变学的角度研究在外力作用下泥沙的流动和变形规律,以及其自身结构的变化,以期为工程领域以及自然现象中的一些问题提出新的解决途径。本文以长江口泥沙样本为例,对其流变特性进行了测量,展示了触变性和剪切变稀行为,以及相态转变的4个分区。

疏浚耙齿松土机制及土体孔压响应试验

耙吸式挖泥船在疏浚过程中主要采用机械切削方式将海床土体耙松,其土体切削阻力形成机制一直是疏浚技术改进的关键科研问题之一。针对海床土体切削阻力的形成机制,应用自行研制的耙齿切削土体监测装置,对黄骅港粉土进行了耙齿切削试验。试验可直观再现和测试土体被耙齿切削的动态过程及其孔隙水压力演化规律,结果显示,土体在耙齿切削过程中,由于土体在短时间内发生挤压、剪切变形,外部水体难以完成内外流体的交换,致使其土体因剪胀效应而孔隙水压力骤减(甚至成为负压),土体有效应力骤升,使得切削阻力成倍增加。

我国疏浚技术与装备“十五”、“十一五”十年发展回顾

最近的10年,我国疏浚工业发展迅速。目前年疏浚量已超10亿m3,成为世界第一的疏浚大国。10年里疏浚业获得了70多项专利技术,疏浚核心技术已从简单模仿发展到自主创新,关键系统和设备从严重依赖进口发展到了自主研制。现在我国基本掌握了先进挖泥船的核心技术,大型挖泥船90%以上自己设计制造,疏浚主力船型已从中小型,发展到了大型甚至超大型。核心技术的飞跃,支撑了整个疏浚行业的升级换代,促成了中国疏浚业的十年巨变。

我国疏浚技术与装备“十五”、“十一五”十年发展回顾

最近的10年，我国疏浚工业发展迅速。目前年疏浚量已超10亿m3，成为世界第一的疏浚大国。10年里疏浚业获得了70多项专利技术，疏浚核心技术已从简单模仿发展到自主创新，关键系统和设备从严重依赖进口发展到了自主研制。现在我国基本掌握了先进挖泥船的核心技术，大型挖泥船90％以上自己设计制造，疏浚主力船型已从中小型，发展到了大型甚至超大型。核心技术的飞跃，支撑了整个疏浚行业的升级换代，促成了中国疏浚业的十年巨变。

自航耙吸挖泥船耙头模型试验研究

为了提高自航耙吸挖泥船耙头疏浚饱和硬质土时的效率,根据模型相似的原理推导了耙头的局部模型试验方法,并通过该方法试验了不同位置高压冲水辅助下的挖掘效果,分析了垂直高压冲水和耙齿内高压冲水在耙齿挖掘中的作用,并根据两种高压冲水的作用机理,提出了沿齿面冲水的辅助挖掘新型式,进一步提高了耙头的挖掘能力和疏浚效率,同时降低了耙头的挖掘阻力。研究了耙齿对地压力、耙头吸腔密封度等因素的影响,并做出了调整和改进。结果表明,改进后的模型耙头疏浚坚硬的黄骅港密实砂质粉土时,泥浆密度换算到原型耙头可达1.19 t/m3,相对于国内现有耙头同类土质下的施工密度1.10 t/m3已有大幅提高。

耙齿切削饱和硬质土的试验研究

自航耙吸挖泥船在疏浚饱和硬质土时,耙齿贯入困难,切削阻力大,使得疏浚浓度较低,极大地影响了施工效率和经济效益。为了更好地设计和优化切削过程,提高耙头的施工效率,通过模型试验的方法,综合考虑耙齿类型、负载、航速、不同位置高压冲水等因素的影响,研究不同工况下的原型耙齿切削过程,探讨切削阻力、切削深度、切削宽度等与这些因素之间的关系。结果表明:饱和硬质土切削过程中,纯机械切削的作用有限,且切削阻力很大;只有辅以各种高压冲水,才能大幅增加切削深度,显著降低切削阻力。该模型试验的成果可直接用于指导耙头的优化设计和对现有耙头的改进,以进一步提高耙头疏浚饱和硬质土的施工效率。

耙吸挖泥船高压冲水淹没射流演化过程试验

通过模型试验方法,在风浪流水槽中研究耙吸挖泥船高压冲水淹没射流演化过程。采用超高速相机对静止和移动状态下的高压冲水淹没射流的流动形态进行研究,不仅可提供高压冲水在淹没状态时射流和扩散状态,还可为耙吸挖泥船耙齿设计改进提供依据。结果表明,当高压水射流压力增加到一定程度后,射流形态形成中间大两头小的"藕"形分布状态;试验工况下,在较小射流压力时,移动速度对高压淹没水射流较远处流态影响显著;在较大的射流压力时,移动速度的影响并不明显。因此,提高高压冲水压力可有效解决低压冲水时的拖尾问题。