基于透射图像的高压脉动腌制咸鸭蛋含盐量检测

含盐量是衡量咸鸭蛋品质的重要指标。为了利用机器视觉技术实现高压脉动腌制咸鸭蛋含盐量的无损检测。该研究采用工业相机和透射光源搭建咸鸭蛋的透射图像采集装置。采用图像整体特征和长轴截面光强度特征两种特征提取方法,利用多元线性回归、支持向量机回归两种算法,建立对蛋清、蛋黄及全蛋含盐量以及蛋黄指数的定量预测模型。结果表明,随着咸鸭蛋腌制时间的增加,其透光性显著提高。同时,透射图像蛋黄的所在视野区域会随着含盐量的增加而呈现规律性的变化。基于图像整体特征建立的蛋清、蛋黄、全蛋含盐量模型较优,在蛋黄指数预测下基于长轴截面光强度特征所建模型较优。其中,基于图像整体特征所建立的蛋黄含盐量支持向量机回归(support vector regression,SVR)模型最优,测试集相关系数(test set correlation coefficient,Rp)、测试集均方根误差(root mean square error of prediction,RMSEp)、相对分析误差(residual predictive deviation,RPD)分别达到0.8460、0.3416、1.898;基于长轴截面光强度特征建立的蛋黄指数多元线性回归(multiple linear regression,MLR)模型最优,测试集相关系数Rp、均方根误差RMSEp、相对分析误差RPD分别为0.8318、0.0743、1.916。该研究结果为咸鸭蛋含盐量的快速检测提供理论依据和技术支持。

基于Sentinel-1/2改进极化指数和纹理特征的土壤含盐量反演模型

目前Sentinel-1/2协同反演植被土壤含盐量的研究大多是基于Sentinel-2光谱信息和Sentinel-1后向散射系数,没有考虑Sentinel-2光谱信息容易受土壤亮度等信息影响,Sentinel-1后向散射系数容易受土壤粗糙度和水分影响。为进一步提高Sentinel-1/2协同反演植被土壤含盐量的精度,用水云模型对雷达卫星后向散射系数进行校正,消除植被影响;然后协同Sentinel-2纹理特征,基于VIP、OOB、PCA 3种变量筛选和RF、ELM、Cubist 3种机器学习回归模型构建植被土壤含盐量反演模型。研究结果表明:经过水云模型去除植被影响后的雷达后向散射系数及其极化组合指数与土壤含盐量的相关性有一定程度的提高。不同变量选择方法与不同机器学习方法耦合模型在反演土壤含盐量中,OOB变量筛选方法与RF、ELM和Cubist 3种机器学习方法的耦合模型精度最佳,建模集和验证集的R2都在0.750以上,且验证集的RMSE和MAE均最小;其中OOB-Cubist耦合模型精度最高,且R_(v)^(2)/R_(c)^(2)为0.955,具有良好的鲁棒性。研究可为机器学习协同物理模型、光学卫星协同雷达卫星在土壤含盐量反演中的进一步应用提供思路。

盐渍土路基含盐量的演化规律研究

虽然目前针对盐渍土的研究比较多,但基本上都集中在项目勘察设计及建设期,对利用盐渍土填筑的路堤中含盐量随时间变化的规律,国内外研究还比较少。为了探究盐渍土路基填料中含盐量随时间的变化规律,为改建项目中盐渍土路基设计提供理论支撑,本文依托巴基斯坦罗赫里至木尔坦段既有铁路提速改造项目,通过现场调查及大量现场试验,对比分析既有路基填料及两侧原状土中含盐量,总结出盐渍土路基变化规律。结果表明:采用盐渍土填筑的路堤,路基填土中含盐量随着时间推移逐渐降低,逐渐过渡为非盐渍土;对于新建路基采用盐渍土填筑时,采用加宽路基面、放缓路堤坡率等工程措施,同时优先安排施工,静置浸润后,可有效降低路基填料中含盐量,直接采用盐渍土填筑路基既节约工程投资,又能确保路基的安全稳定。

基于Sentinel-2影像的黄河南岸典型改良示范区土壤含盐量反演模型

土壤盐渍化严重制约农田土壤环境的循环发展,高效准确地监测土壤盐分动态变化对盐碱地改良利用具有重要意义。为及时、有效地监测盐渍化土壤含盐量,以内蒙古黄河南岸灌区的4个典型盐碱化耕地改良示范区为例,利用Sentinel-2多光谱遥感影像,同步采集示范区内表层土壤的含盐量数据,通过相关性分析筛选敏感光谱指标,基于偏最小二乘回归(PLSR)、逐步回归(SR)、岭回归(RR)3种简单机器学习模型和深度学习Transformer模型建模,最后进行精度评价并优选出最佳含盐量反演模型。结果表明:示范区土壤反射率的可见光、红边、近红外波段反射率均与土壤含盐量呈正相关,短波红外波段反射率与土壤含盐量呈负相关,引入光谱指数能够有效提升Sentinel-2遥感影像与示范区表层土壤含盐量的相关性(相关系数绝对值不小于0.32);对比不同模型发现深度学习Transformer模型优于简单机器学习模型,验证集决定系数R~2和均方根误差(RMSE)分别为0.546和2.687 g/kg;含盐量反演结果与实地结果相吻合,为更精准反演内蒙古黄河南岸灌区盐渍化程度提供了参考。

基于Landsat 8的节水改造背景下盐渍化土壤含盐量反演

为探明沈乌灌域节水改造后因渠道衬砌、引排水量减少引起的土壤含盐量时空分布特征及变化规律,采用区域土壤信息定点监测,结合经典统计学、空间插值以及机器学习建模反演等技术手段,利用Landsat 8卫星获取光谱数据,通过对实测土壤含盐量、光谱指数及波段反射率进行处理,运用Adaboost回归、BP神经网络回归、梯度提升树回归、KNN回归、决策树回归、随机森林回归方法构建了沈乌灌域土壤含盐量空间反演模型。采用最优反演模型对沈乌灌域土壤含盐量空间分布特征进行了遥感反演。结果表明:通过全变量单一回归法筛选出相关系数大于0.55的9个光谱因子,使用SPSS PRO软件构建6种机器学习反演模型,对比6种反演模型精度,验证集决定系数R2由大到小依次为随机森林回归、梯度提升树回归、Adaboost回归、KNN回归、决策树回归、BP神经网络回归。其中随机森林回归模型的拟合精度最佳,训练集与验证集的决定系数R2分别为0.834和0.86,说明随机森林回归模型的反演效果较好。反演结果表明:节水改造后非盐渍土面积增加391.7 km^(2),占灌域总面积的21%,中度盐渍土面积、重度盐渍土面积、盐土面积分别减少95.61、63.37、45.7 km^(2),分别占灌域总面积的5%、3%、2%。综上所述,节水改造工程完成后,沈乌灌域土壤盐渍化程度减轻,作物生长安全区面积增加,但由于渠道衬砌以及引排水量减少,土壤盐分淋洗效果减弱,土壤盐分在灌域内部运移,整体土壤环境得到改善,局部地区出现盐分聚集。

组合光学和微波遥感的耕地土壤含盐量反演

耕地保护关系到国家粮食安全和经济社会可持续发展,对生态环境保护具有重要作用,快速精准的获取耕地土壤盐分含量及空间分布信息是耕地保护的必然要求。以宁夏平罗县为研究区,利用Landsat 9 OLI和Sentinel-1遥感影像,提取光谱指数和雷达极化组合指数,基于变量投影重要性法与灰度关联法筛选特征变量,然后运用反向传播神经网络、支持向量机和随机森林3种机器学习算法构建模型,并用最佳模型反演耕地土壤含盐量空间分布情况。结果表明:(1)利用变量投影重要性法筛选变量建立的模型验证集决定系数(R2)大于灰度关联法筛选变量建立的模型。(2)利用随机森林算法,组合光谱指数和雷达极化组合指数协同反演模型效果最佳,建模集R2为0.791,均方根误差(RMSE)为1.016,R2较单一数据源模型分别提高0.065和0.085,RMSE分别降低0.147和0.189;验证集R2为0.780,RMSE为1.132,R2较单一数据源模型分别提高0.091和0.237,RMSE分别降低0.175和0.377。(3)平罗县耕地轻度盐渍化和中度盐渍化土壤分布范围广,占比分别为23.77%和33.54%,重度盐渍化达15.37%。研究结果发现,组合多源遥感数据建模能够有效提高土壤含盐量反演精度,可为干旱区耕地土壤含盐量的反演和当地农业可持续发展提供有效的技术参考。

集成Sentinel-1/2和环境变量的新疆农田土壤含盐量反演

土壤盐渍化是危害农业生产和生态环境的重要因素,快速精准获取农田土壤盐分信息对农业可持续发展和土地资源管理具有指导作用。为了提高卫星遥感在植被覆盖条件下的土壤含盐量预测精度,该研究以新疆生产建设兵团农八师为研究区域,分别在2023年7月和8月采集土壤表层(0~20 cm)样本,并获取同步卫星影像。通过Sentinel-1雷达信息、Sentinel-2多光谱信息与环境变量的不同组合构建数据集A(极化指数、光谱指数)、B(极化指数、环境变量)、C(光谱指数、环境变量)、D(极化指数、光谱指数、环境变量),采用自适应提升(adaptive boosting,AdaBoost)、梯度提升回归树(gradient boost regression tree,GBRT)和极端梯度提升树(extreme gradient boosting tree,XGBoost)3种集成学习算法,构建基于不同数据集的土壤含盐量反演模型。结果表明,1)基于数据集D构建的所有模型预测精度普遍高于数据集A、B、C构建的模型,环境变量与雷达数据、多光谱数据的协同使用可以有效提高模型精度;2)地形因子和地表温度可作为研究区土壤盐分预测的有效特征变量,其中海拔与表层土壤含盐量的相关性最高;3)在所有数据集中,XGBoost模型性能最优,GBRT次之,AdaBoost模型验证误差较大,其中D-XGBoost模型精度最高,其验证集决定系数为0.72,均方根误差为2.40 g/kg,平均绝对误差为1.29 g/kg;4)基于多种来源变量组合的集成学习算法具有强大的非线性拟合能力,XGBoost能够更好地模拟土壤含盐量与遥感信息和环境因子之间复杂的非线性关系,并获得理想的拟合结果。该研究结果可为新疆地区土壤含盐量实时动态监测和当地土地资源可持续利用提供有效的技术手段。

渗流条件下地下水含盐量对基坑坑底冻结温度场影响的数值模拟

地下水含盐量不同会影响土体的热力学性质,探究渗流条件下地下水含盐量对基坑坑底冻结温度场的影响,可为市政地下工程、矿井工程、海底隧道建设等提供科学依据。运用COMSOL水热耦合模块对含盐量不同的地下水基坑坑底冻结温度场发展规律进行研究,通过对比冻结壁的厚度和路径分析得到渗流条件下地下水含盐量对基坑坑底冻结温度场的影响规律。研究结果表明:当地下水含盐量>3%时,渗流对基坑坑底冻结帷幕的形成影响较大,相较于上游,下游区域受到的影响更明显;随着地下水含盐量的增加,积极冻结40 d后冻结帷幕温度逐渐升高,降温速率逐渐减慢,形成的冻结帷幕厚度也逐渐变薄,含盐量越高,冻结效果越差,降温速率越慢。

基于贝叶斯最大熵的黄河三角洲土壤含盐量空间分布预测

黄河三角洲土壤盐渍化问题是制约当地农业生产和生态稳定的关键因素。为了准确掌握盐渍土的空间分布,提高土壤含盐量的空间预测精度,本研究根据2022年5月黄河三角洲的193个采样点两个深度土壤含盐量分析数据,结合高程和Landsat 9遥感影像等数据,采用地理加权回归(Geographically weighted regression,GWR)模型构造区间型软数据,进而建立贝叶斯最大熵(Bayesian maximum entropy,BME)模型对研究区土壤含盐量的分布进行了预测,并同传统的地统计模型普通克里格(Ordinary kriging,OK)及GWR模型的预测结果进行了比较。结果表明:BME模型对土壤含盐量的预测精度高于另外两种模型。与OK模型相比,BME模型的RMSE在土壤表层(0~30 cm)和底层(90~100 cm)分别降低25%和21%,R^(2)分别提高0.543 2和0.352 7。BME模型作为本研究最佳土壤含盐量空间预测模型,展现了多源数据整合及非线性估计的优势。黄河三角洲表层土壤盐渍化率(88%)高于底层(68%),土壤含盐量大体呈现由西南向东北递增的趋势,沿海地区大于内陆地区,黄河三角洲北部是整个区域盐渍化最为严重的地区。

基于无人机遥感图像纹理与植被指数的土壤含盐量反演

基于无人机遥感技术获取农田土壤盐分信息为盐渍化治理提供了快速、准确、可靠的理论依据。本文在内蒙古河套灌区沙壕渠灌域试验地上采集了取样点0~20 cm的土壤含盐量,并使用M600型六旋翼无人机平台搭载Micro-MCA多光谱相机采集图像。利用Otsu算法对多光谱图像进行图像分类(土壤背景和植被冠层),基于分类结果分别提取剔除土壤背景前后的光谱指数和图像纹理特征,采用支持向量机(SVM)和极限学习机(ELM)构建土壤含盐量监测模型,其4种建模策略分别为:未剔除土壤背景的光谱指数(策略1)、剔除土壤背景后的光谱指数(策略2)、未剔除土壤背景的光谱指数+图像纹理特征(策略3)、剔除土壤背景的光谱指数+图像纹理特征(策略4),通过比较4种建模策略的模型精度以筛选出最优变量组合。结果表明:策略3、4所计算出的土壤含盐量反演精度高于策略1、2,策略1~4验证集决定系数R_(v)^(2)分别为0.614、0.640、0.657、0.681,因此利用图像纹理特征+植被指数对提高土壤含盐量的反演精度有重要意义。对比策略3、4,图像纹理特征+植被指数受到土壤背景的影响,策略4精度低于策略3精度,其R_(v)^(2)分别为0.614、0.657;各变量处理的最优模型均为ELM模型,建模集R_(v)^(2)分别为0.625、0.644、0.618、0.683,标准均方根误差分别为0.152、0.134、0.206、0.155。相比于SVM模型,ELM模型提高了土壤含盐量的反演精度。

基于EnKF和PF的沙壕渠灌域土壤含盐量监测模型研究

为探究不同数据同化算法在时空尺度上监测土壤含盐量的可行性,以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区域,采用高分一号卫星遥感图像作为数据源,通过EnKF算法和PF算法的同化观测算子和模型算子得到时空范围中的土壤含盐量变化情况。其中观测算子分为两步,首先通过PLS-VIP准则来筛选光谱指数作为自变量,再使用ELM模型建立基于不同时间不同深度的遥感监测土壤含盐量模型;模型算子为基于Hydrus-1D模型的数学模拟监测土壤含盐量模型。结果表明,基于ELM模型的土壤含盐量模型中,深度0~20 cm、20~40 cm和40~60 cm的平均IOA均在0.74以上,平均ME在0.14%以下,表明反演模型具有良好的精度;基于Hydrus-1D的数学模拟监测土壤含盐量模型中,3个深度平均IOA在0.79~0.89之间,平均ME在0.128%~0.137%之间,能够较好地反映土壤盐分在时间序列中的运移情况;EnKF算法3个深度IOA在0.820以上,ME在0.141%~0.157%之间,NMB在0.141~0.252之间,PF算法3个深度IOA在0.89以上,ME在0.090%~0.142%之间,NMB在0.075~0.097之间,精度优于EnKF算法,能够很好地反映土壤含盐量在时间和空间上的分布情况。本文基于EnKF和PF算法进行Hydrus-1D模型和ELM模型的同化方案研究,提高了土壤含盐量的监测精度,可为后续在长时间大范围的时空尺度上监测土壤含盐量提供依据,也可为精准农业防治土壤盐渍化的研究提供参考。

基于随机森林算法的土壤含盐量预测

快速监测区域土壤盐渍化信息,对于盐渍化治理与生态环境保护具有重要意义。本文以Sentinel-2A和Landsat8 OLI遥感影像为数据源,以银川平原为研究区,利用谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)平台,基于随机森林算法,通过建立光谱指数特征与地面实测土壤含盐量之间的关系,进行土壤含盐量估算。结果表明:GEE能够为土壤含盐量预测提供可靠的数据支撑;以Sentinel-2A为数据源建立的随机森林模型具有更好的预测精度(R2=0.789,RMSE=1.487),优于Landsat8 OLI,可用于土壤含盐量高分辨率遥感估算,能够为大尺度土壤含盐量监测工作提供理论支撑。

基于Landsat8 OLI影像干旱区绿洲土壤含盐量反演

利用遥感技术进行土壤含盐量的快速检测可为土壤盐渍化治理和绿洲农业合理开发提供科学指导。基于渭干河—库车河三角洲绿洲采集的95个土壤样品,采用光谱指数、波段反射率与实测土壤含盐量,运用多元线性回归、偏最小二乘回归、支持向量机回归和随机森林回归方法构建土壤含盐量估测模型,并利用最优估测结果对研究区土壤含盐量的空间分布格局进行遥感反演。结果表明:通过全子集回归法筛选出与土壤含盐量相关显著的9个光谱因子,相关系数均在0.5以上(P<0.01)。其中盐分指数中SI-T与土壤含盐量的相关系数最大为0.648;对比4种反演模型的估测精度,拟合的效果由高到低依次为随机森林回归>支持向量机回归>偏最小二乘回归>多元线性回归。其中随机森林模型拟合精度表现最佳,训练集和验证集的决定系数分别为0.870和0.766;相对分析误差分别为2.792和2.105,值均大于2,表明模型反演效果较好,有稳定的估测能力;由随机森林模型的反演结果来看,第Ⅰ等级和第Ⅱ等级占比达到41.62%,分布于绿洲内部的耕作区;第Ⅲ,Ⅳ和第Ⅴ等级区共占比56.41%,主要分布在绿洲外围与沙漠的交错带和荒漠区。采用随机森林机器学习建模方法对土壤含盐量进行反演,估测效果明显优于传统的统计模型,可为干旱区绿洲土壤盐渍化监测提供参考。

含盐量与纤维条件对加筋土抗剪强度的影响

采用SRS-150型动态环剪仪,对甘肃通渭地区黄土重塑并进行室内环剪试验,分析含盐量与纤维长度、掺量对聚丙烯纤维加筋土抗剪强度的影响,并通过扫描电镜试验分析其微观作用机制.结果表明,加筋土抗剪强度随含盐量的增加,表现为先减小后增大的趋势,含盐量的界限值为6%左右;当纤维掺量取0.2%、0.4%、0.6%时,加筋土峰值强度有明显提升,但对其残余强度影响不大;纤维长度越长,加筋土黏聚力越大,当纤维长度增长到9 mm以上时,黏聚力减小或增长变慢;在纤维掺量低于0.4%的情况下,加筋土内摩擦角受纤维长度的变化影响很小,当纤维掺量高于0.4%之后,纤维长度越长,内摩擦角越小;含盐量的增加会使土颗粒的双电子层厚度减小,使土颗粒间的黏结力增大,从而土体中颗粒聚集体越来越多,最终促使加筋土的抗剪强度发生变化.试验表明含盐量与纤维条件对加筋土抗剪强度的影响均存在一个界限值,这些可控因素对纤维加筋黄土边坡的加固及防护影响巨大,在实际工程应用中可围绕试验中的界限值进行相应调整.

硫酸盐渍土抗剪强度的含盐量效应和结构效应

为探讨含盐量对盐渍土抗剪强度的影响和结构效应,依托青海柴达木盆地某水资源配置工程,以级配和结构不同的粉质黏土类、砂质粉土类硫酸盐渍土为研究对象,通过室内三轴试验,分析两类盐渍土在不同硫酸盐含量和不同围压下的力学响应特征及变形特性,研究其抗剪强度参数随含盐量增加的变化规律,探讨硫酸盐渍土抗剪强度参数的含盐量效应和结构效应.结果表明,含盐量对盐渍土抗剪强度参数的影响存在阈值含盐量现象,即含盐量的影响具有分段性,两类盐渍土的黏聚力c和内摩擦角φ随含盐量的变化均呈相反的变化规律.以阈值含盐量为界,随着含盐量的增加,粉质黏土类盐渍土的c先减后增、φ先增后减;砂质粉土类盐渍土的c先增后减,φ先减后增.粉质黏土和砂质粉土在内部结构上的差异,导致土颗粒与盐分间的相互作用机理不同,使得抗剪强度参数对含盐量的变化表现出不同的响应规律,具有显著的结构效应.

盐渍土物理力学参数对含盐量变化的响应及其微观结构特征

为了研究含盐量变化对盐渍土物理力学参数及微观结构特征的影响,文中以青海东部地区发育的硫酸盐渍土为试验材料,采用去盐试验、扫描电镜和孔隙分形等方法,研究土体物理力学参数对含盐量变化的响应及微观结构的影响,并建立了盐渍土物理力学参数对含盐量变化的响应模型。结果表明:当土样含盐量在0.5%~4.0%时,随着硫酸盐含量的增加,盐渍土呈现最大干密度减小、最优含水率增大的响应特征,盐渍土的黏聚力和内摩擦角等主要力学参数均呈现减小的响应特征。硫酸盐含量的变化主要影响土体微观结构的分形维数(D_(f)),改变了土中片状孔隙和针状(柱状)孔隙的比例。当硫酸盐含量较高时,土体的孔隙结构复杂,片状孔隙占比高,不易压密;反之,土体孔隙结构简单,容易压密。研究结果可为进一步探讨含盐量变化对盐渍土物理力学参数的影响机制及地基处理提供数据参考。

含水率和含盐量对红黏土电阻率的影响规律及机理研究

为了研究含水率和含盐量对红黏土电阻率的影响规律,分析含水率及含盐量与红黏土电阻率之间的关联关系,揭示含水率和含盐量对红黏土电阻率的影响机理。以贵州地区红黏土为试验研究对象,以蒸馏水为基液,配制不同浓度的氯化钠溶液,通过自行研制的伏安法电阻率测试装置,利用二相电阻率法,测量了不同含水率和NaCl浓度的红黏土电阻率,并进一步结合电动电位测试揭示电阻率演变机理。结果表明:塑限(26%)及2%的NaCl浓度与含水率和含盐量对红黏土电阻率影响的临界值相近,超过临界值后土体电阻率趋于最小值。基于土体三相组成及扩散双电层结构,结合三相路径和扩散双层结构,揭示含水率和含盐量对红黏土电阻率的影响机理,为红黏土地区的地质灾害防治及土地资源利用提供理论依据。

傅里叶变换-红外技术快速检测酿造酱油中含盐量的方法研究

以酿造酱油为研究对象,探究傅里叶变换-红外技术快速测定酿造酱油中含盐量的可行性。建立傅里叶变换-红外光谱法测定酿造酱油含盐量的快速定量模型,测定酿造酱油中的含盐量,与化学滴定法对比测定结果。结果显示,该模型的测定结果准确,具有较高的精密度和稳定性,为酿造酱油含盐量的定量分析提供了快速检测方法。

硫酸盐渍土起胀含盐量及容许含盐量的研究

本文从不同干密度、含水量、低剂量含盐量情况下的硫酸盐土的降温盐胀试验入手，提出了确定起胀含盐量与容许含盐量的计算公式，给出了不同条件下的起胀含盐量与容许含盐量值，可供修订有关技术规范参考，对盐渍土地区的公路及机场工程也具有重要的指导作用。

玛纳斯河流域不同土壤质地土壤含盐量分析

土壤质地对土壤盐分空间分布具有间接的影响，对玛纳斯河流域3种土壤质地：沙土、沙壤土、中壤土的土壤含盐量进行垂直分布及盐分离子研究分析。结果表明：3种土壤类型的盐分分布情况差异显著，中壤土含盐量较低，沙壤土、沙土的表层含盐量较高；3种土壤类型不同深度盐分变化趋势也差异很大，中壤土含盐量在20cm处最大，20cm以下土壤含盐量呈下降趋势；沙壤土在60cm处最大，60cm以下土壤含盐量呈下降趋势；沙土在0～150cm土壤盐分处于增加趋势；在非耕作土壤的沙土和沙壤土中，阳离子以Ca^2＋、Mg^2＋为主，在耕作性土壤的中壤土阳离子以Na^＋、K^＋为主，阴离子都以SO4^2-为主。