基于BPNN-PID控制策略的果蔬保鲜环境参数调控优化

【目的】开发新的控制策略,用于解决传统控制方法果蔬保鲜环境参数因时变性、非线性、滞后性强和惯性大等特点导致的控制精度低、鲁棒性弱等问题。【方法】将传统比例−积分−微分(Proportional-integral-derivative,PID)和BP神经网络(Back-propagation neural network,BPNN)算法相结合,开发一种基于BPNN-PID的控制策略,通过自主搭建的果蔬保鲜环境调控试验平台和自主设计的控制系统,研究不同控制策略对保鲜环境参数调控效果的影响。【结果】基于BPNN-PID控制策略的果蔬保鲜环境控制系统,环境温度超调量为1.7℃、稳定时间为80 min、稳态误差为±0.2℃,环境相对湿度超调量为2.8%、稳定时间为55 min,相对湿度稳定维持在80%~90%范围内。与传统PID控制策略相比,BPNN-PID控制策略环境温度超调量减小了2.1℃、稳态误差减小了0.3℃、稳定时间缩短了25 min,环境相对湿度超调量减小了2.2%、稳定时间缩短了25 min,环境参数波动幅度均有所降低。【结论】本文开发的果蔬保鲜环境控制系统呈现出良好的动态调整能力,具有较强的鲁棒性,控制性能明显提升,实现了保鲜环境参数的精准控制,满足果蔬保鲜贮藏要求。研究结果为果蔬保鲜环境参数调控提供了参考。

融合GA-Attention-LSTM算法的温室樱桃环境参数预测与裂果预警

针对温室环境因素对樱桃的影响,设计一套大樱桃温室环境自动监测装置,用来采集温室内的环境参数值为樱桃裂果提供数字化预警支持及防治方案。基于采集的环境参数值,首先使用相关性分析得出与棚内裂果具有强相关性的环境参数特征;其次使用滑动窗口方法将输入的环境特征生成时间序列矩阵形式;随后提出一种融合GA-Attention-LSTM算法的预测模型,实现精准预测棚内的环境参数的功能;最后通过SPSS数据分析软件来分析不同大棚的环境参数和裂果率。所提的融合GA-Attention-LSTM算法的预测模型的平均绝对误差为0.112,均方误差为0.087,相比于LSTM网络模型高出12.80%和9.72%,对环境参数的预测精度更高,同时得出一套科学的樱桃环境参数值范围,为预测模型对樱桃裂果数字化预警提供有力支持。

湖北冷季高架雷暴天气分类及环境参数特征分析

利用常规观测资料、加密地面自动站、闪电定位仪和ERA5再分析资料,将2011—2020年湖北冷季91次高架雷暴事件,按照形成机制分为雷雨型、强对流型和雷打雪型3类,并细致归纳了3类事件的时空分布特征、大气环流背景及关键环境参数等特征。(1)湖北冷季高架雷暴雷雨型最多,强对流型次之,雷打雪型最少。3类型存在明显的时空分布差异,雷雨型主要发生在秋末冬初(11月)和冬末初春(1—2月),强对流型及雷打雪型常出现在早春2月,3月基本以强对流型为主。(2)低槽冷锋、850 hPa切变线及低空西南急流是冷季高架雷暴发生的有利环流背景,近地面为稳定的冷气团控制,逆温明显,西南低空急流沿着锋面逆温层以上的850 hPa附近触发抬升,水汽、上升运动及不稳定层结均出现在850 hPa以上。雷雨型和雷打雪型距离冷锋超过100 km以上,强对流型不足100 km。(3)850 hPa是风场转换的重要层次。强对流型850 hPa露点温度(T_(d850))、K指数、850 hPa与500 hPa温差(ΔT_(85))、850 hPa假相当位温(θ_(se850))、西南急流厚度和强度(I700)、切变线强度(S_(850))最大,中低层(850~700 hPa)垂直风切变(SL78)最小;雷打雪型对水汽和不稳定能量的要求最低,SL78最大。

城市道路隧道晚高峰环境参数时空差异性分析

隧道内晚高峰的出现会导致交通流量的时空分布发生很大的变化,并进一步影响隧道内的环境参数及CO浓度。为了改善隧道内环境质量,研究人员于晚高峰时段对玉涵路隧道内空气温度、风速、CO浓度、CO_(2)浓度和颗粒物浓度进行了详细的现场实测。测试结果表明:节假日的交通晚高峰时长更短以及高峰车流量更低,从而引起节假日的风速、温升、CO_(2)增量较工作日平稳且状况更优;工作日洞内风速减小1.7~3.2 m/s,纵向温升为6.1~7.7℃;随着车辆行驶速度延迟时间的增大,风速、温升、CO_(2)增量延迟时间呈增大趋势,最大延迟时间可达70 min;工作日隧道通风应考虑交通高峰开始后20 min至交通高峰结束后70 min时间段的延迟时间。

海南岛4—9月短时强降水的天气型和环境参数特征

利用海南岛加密自动站逐小时降水资料、ERA5再分析资料,对海南岛短时强降水日环流配置进行了天气学分型,并进一步探讨了各天气型下海南岛短时强降水的时空分布、环流形势和关键环境参数特征。结果表明:(1)海南岛短时强降水有明显的日变化特征,呈单峰型,主要出现在15:00—19:00。(2)海南岛短时强降水的天气型主要有南海低压槽、华南沿海槽、西南低压槽和冷锋型。(3)南海低压槽、华南沿海槽、西南低压槽和冷锋型短时强降水分别占37%,31%,16%和16%。南海低压槽和华南沿海槽型主要出现在7、8和9月;西南低压槽型除9月外,其余各月份均可能出现;冷锋型绝大多数出现在4、5月。(4)南海低压槽和华南沿海槽型整层湿度条件都较好,不稳定能量较大,垂直风切变较弱。西南低压槽型不稳定能量较大,湿度条件一般,垂直风切变较弱。冷锋型存在明显的上干下湿特征,垂直风切变最大,0~6 km风速差75%分位大于10 m/s,不稳定能量最小。

基于ISSA-ELM模型的温室环境参数预测研究

温室环境系统具有非线性、多变量和强耦合的特点,传统的温室模型难以预测其真实环境。采用极限学习机、BP神经网络和支持向量机三种模型对温室温度、湿度和光照强度进行了预测分析,结果显示极限学习机模型预测值与温室环境实时参数最为相近。为提高温室环境参数的预测精度,采用改进的麻雀搜索算法对极限学习机模型进行优化,预测的环境参数与天津某温室实测数据吻合较好,证实了所提出预测模型用于温室环境调控的可行性。

不同环境参数对300 MW压缩空气储能系统运行的影响

压缩空气储能系统是提高电力系统稳定性的有效手段,为研究环境温度和湿度对压缩空气储能系统性能的影响,基于MSP平台建立300 MW压缩空气储能系统热力学模型,研究环境温度和湿度对压缩过程性能的影响规律。结果表明,随空气温度增大,压缩机总功率增大,压缩过程时间增大;随空气湿度增大,压缩机总功率增大,压缩过程时间增大且变化幅度极小。研究结论对压缩空气储能系统的实际运行具有一定的参考意义。

河源市前汛期暖区暴雨环境参数的统计分析

采用2007—2022年4—6月河源市探空资料和地面常规观测资料,统计分析了河源市前汛期暖区暴雨时空分布特征和环境参数,并基于百分位法提取了不同等级暖区暴雨的预报关键阈值。结果表明:4—6月暖区暴雨事件逐月明显增加,且72.5%出现在南海夏季风爆发以后;发生频次的空间分布自西向东逐渐减少,高频次站点均处于东北-西南向的喇叭口地形附近;925与850 hPa温度露点差的平均值、500 hPa温度露点差、整层比湿积分、抬升指数、K指数和0~3 km垂直风切变对典型河源暖区暴雨事件的发生具有较清晰指示意义。

广州白云机场雷暴大风的气候特征和环境参数

基于2005—2021年广州白云机场气象观测报文数据和清远探空站探空数据,采用线性趋势分析、合成分析等方法,分析广州白云机场雷暴大风的气候特征及环境参数。结果表明:广州白云机场年平均雷暴大风日数为10.43 d,并呈缓慢增加的趋势,季节分布呈单波峰型,主要分布在3—9月,占雷暴大风日数总数的97.6%。历史风速极大值为42 m/s,大风的风速强度主要在15~19 m/s区间内,雷暴大风主要出现在午后至前半夜的时段。影响雷暴大风的主要天气系统为低压槽和切变线;其次是气旋型、西太副热带高压型和锋面型。最大抬升指数介于-1至-4.5℃;湿对流有效位能中位值介于1130~1395 J/kg;850与500 hPa温度差介于21.2~23.7℃;对流抑制能量值介于0.875~69.15 J/kg;0~3 km风矢量差介于0.3~3.1 m/s;湿层厚度介于2302.3~5250.5 m,易发生雷暴大风天气。

楼房猪场环境参数与母猪性能的相关性分析

随着社会经济的快速发展和人口的不断增长,对猪肉的需求量也在逐年增加。为了满足市场需求,养猪业逐渐向规模化、集约化方向发展。然而,在规模化养猪过程中,环境参数对母猪性能的影响越来越受到关注。这不仅关系到母猪的生产效益,还直接影响到猪肉的质量和安全。因此,研究楼房养猪环境参数与母猪性能的相关性,对于提高养猪业的生产效益和猪肉品质具有重要意义。

中原地区开放式鸽舍夏季环境参数测定与分析

了解中原地区开放式鸽舍夏季环境状况。以河南天明鸽业有限公司种鸽舍为测试对象,分别于晴天、阴天、雨天等不同天气条件下,在6∶00和15∶00对鸽舍内不同位点进行温度、湿度、风速和光照强度的测定。不同天气同一位点6∶00温度差异不显著(P>0.05),平均值范围为26.2~27.7℃。同一位点15∶00晴天温度显著高于阴天和雨天(P<0.05),平均值范围为29.9~35.2℃。不同天气同一位点6∶00相对湿度差异不显著(P>0.05),平均值范围为84.0%~87.5%,不同天气同一位点15∶00相对湿度差异显著(P<0.05),平均值范围为60.0%~81.3%。舍内各位点各次风速测定值均为零,夏季无法降低体感温度。不同天气同一位点6∶00和15∶00光照强度差异显著(P<0.05),6∶00平均值范围为65.3~258.3 lx,15∶00平均值范围为451.8~1262.5 lx。开放式鸽舍舍内环境受外界影响较大,晴天午后舍内温度偏高,鸽舍阴雨天湿度偏高。鸽舍晴天15∶00光照强度超过肉鸽生产需要,需采取遮光措施。

鸡舍环境参数控制与福利养殖研究进展

鸡舍环境是影响家禽健康和产品质量的重要因素之一,改善其生活环境不仅关乎家禽福利,而且更能提升家禽养殖水平和生产性能。鸡舍环境作为复杂且多维度的范畴,涵盖了温度、湿度、空气流通等多种因素,这些交互叠加的参数指标对鸡群福利养殖的综合评价起着重要的影响。目前我国家禽福利的评估标准尚未统一,福利养殖与环境参数有机结合的评价体系有待进一步研究。文章通过对国内外相关文献的搜集,集中阐述了家禽舍内环境参数控制及其福利养殖的研究进展和现状,以期为鸡舍环境参数精准设定与现代化福利养殖的有效评价提供理论依据,从而深度优化、改善养殖环境,全面推动家禽养殖快速健康发展。

考虑环境参数的风电齿轮箱传动系统疲劳性能优化

随机风速会使风电齿轮箱传动系统出现频繁的载荷波动,造成复杂的结构变形,容易产生齿轮偏载,加剧其接触疲劳失效风险。提出了一种考虑环境参数随机不确定性的风电齿轮箱传动系统疲劳性能优化方法,在建立计入全局载荷的风电齿轮箱传动系统动力学模型基础上,利用代理模型方法重构“平均风速、湍流强度-齿轮修形参数-齿轮长期接触疲劳损伤”映射关系,建立考虑风速概率分布的多级齿轮修形参数优化函数,对比了风电齿轮箱传动系统疲劳性能优化效果。结果表明,低速级太阳轮长期接触疲劳损伤值大于0.7,是风电齿轮箱传动系统高可靠设计的薄弱环节之一;优化后的风电齿轮箱齿轮长期接触疲劳损伤值明显降低,其中低速级太阳轮长期接触疲劳损伤值降低了11.37%,疲劳性能提升效果显著。

辽宁省温带气旋龙卷的环境参数特征

利用欧洲中期天气预报中心ERA5再分析数据,统计1979—2020年辽宁省42个温带气旋龙卷环境背景和物理量参数特征,结果表明:辽宁省温带气旋龙卷多发于温带气旋中心的西南、东南象限,与冷锋前暖区相对应,主要分布在辽河平原中西部及渤海湾沿岸,强龙卷(EF2及以上级别)占比为28.6%。风暴相对螺旋度和对流有效位能的大值区出现在气旋西南—东南象限,呈带状分布,龙卷风暴主要分布于风暴相对螺旋度大值区西北侧、对流有效位能大值区的顶端的强梯度区附近。强龙卷参数最大值达0.7,其大值区与EF2及以上级别龙卷相对应。地面冷锋和干线是温带气旋龙卷的关键触发系统,对比近气旋中心和冷锋尾部湿度垂直分布,后者所表现的高层强干侵入导致风暴产生更强的冷池,过强的下沉气流可能是龙卷产生的不利因素。温带气旋龙卷多分布于高空急流左侧气流的分流区内,对应高空强辐散区。0~3 km垂直温度递减率大值区与气旋中心附近的弱龙卷高发区有较好对应关系。

融合物联网多环境参数的茎干水分SSA-BP预测模型

作为一种典型的生理水分参数,茎干水分与活立木内部水分平衡的维持、光合固碳及细胞代谢等的正常运转有紧密联系,对不同环境参数协同作用下的茎干水分较准确预测是必不可少的。为实现对生长季茎干水分变化特征及其影响因素进行解析,并构建茎干水分预测模型,该研究以常见绿化树种五角枫(Acer pictum subsp.Mono)为研究对象,搭建五角枫物联网生态信息监测系统,实现五角枫茎干水分和各环境参数的实时采集与在线显示,其中茎干水分变化情况由自主设计的基于驻波率原理的茎干水分传感器实时且无损获取。在此基础上,提出麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)优化反向传播(back propagation,BP)神经网络即SSA-BP茎干水分预测模型,计算模型的决定系数(coefficient of determination,R^(2))、均方根误差(root mean square error,RMSE)和平均绝对误差(mean absolute Error,MAE)以评估其预测性能,与传统的BP模型及遗传算法(genetic algorithm,GA)优化BP即GA-BP模型的预测性能进行对比。结果表明:1)搭建的物联网生态信息监测系统可有效获取茎干水分及各环境参数;萌芽期和落叶期,茎干水分呈“昼升夜降”的变化趋势,生长期,茎干水分呈“昼降夜升”的变化趋势;2)SSA-BP模型的预测性能要优于GA-BP模型和BP模型,SSA-BP模型的R2为0.896~0.987,RMSE为0.314~12.971 mV,MAE为0.232~5.030 mV。该研究提出一种可行的茎干水分采集和预测方法,可为揭示植物茎干内部水分运移规律及其环境适应机制提供借鉴。

融合图像与环境参数的农作物生长远程监控平台

为实现温室大棚中农作物生长的监测和农机设备的控制,设计开发了一套远程监控平台。平台采取三层物联网结构,包括感知层、网络层、应用层。感知层中的各种传感器设备负责采集农作物的环境参数与图像数据,并按照指定的通信协议将信息传输到网络层。利用Vue+SpringBoot前后端分离框架,在网络层实现了业务逻辑处理、数据存储解析、页面交互。同时,通过TCP与UDP的并行通信,使交互业务与数据接收业务互不干扰,降低了系统的业务耦合度。在应用层设计了数据中心、控制中心、设备中心、视频中心以及设置中心五个模块。通过功能测试,验证了该平台能够满足温室大棚农作物生长的监控需求。

卷帘舍环境参数与奶牛泌乳性能及行为的相关性分析

旨在分析卷帘舍环境参数与奶牛泌乳性能及行为的相关性。本研究选择南北纵墙安装自动卷帘的全舍饲奶牛舍,存栏约200头5~6岁经产的健康荷斯坦泌乳奶牛(3~4胎,体重(650±100)kg)。通过检测该卷帘舍一个自然年度的环境参数,研究温热参数(温、湿度和风速)、气载微生物(细菌和真菌)、粉尘(PM2.5和PM10)和有害气体(二氧化碳(CO_(2))和氨气(NH3))与泌乳性能和行为的相关性。结果表明:1)各项环境参数均表现出季节性规律。真菌(1049.91 cfu·m^(-3))和两种粉尘(PM2.5=17.86μg·m^(-3);PM10=193.07μg·m^(-3))含量夏季最高,细菌含量秋季最高(1.11×104cfu·m^(-3)),而CO_(2)和NH3浓度冬季最高(1302.85 mg·m^(-3);2.51 mg·m^(-3))。2)环境参数与泌乳性能相关性表现出季节性。尤其夏、冬季,夏季温度、湿度与产奶量均呈显著线性负相关(P<0.05),风速与产奶量呈极显著线性正相关(P<0.01);冬季温湿度对产奶量影响较大,温度越高,产奶量越高,呈极显著线性正相关(P<0.01),而湿度表现出相反规律。3)环境参数与行为参数相关性表现出季节性规律。春季温度和CO_(2)是影响行为的主要参数。温度与采食时间、躺卧时间均呈显著线性正相关(P<0.05),CO_(2)浓度与采食时间、躺卧时间呈显著线性负相关(P<0.05);夏季的温、湿度和风速是影响行为的主要参数,温度增加,采食频率显著降低(P<0.05),且饮水频率、单次饮水时间和单次站立时间显著增加(P<0.05,P<0.01)。风速越大,采食时间越长(P<0.05)。另外,温、湿度也是影响冬季行为的主要参数,温度与躺卧时间呈极显著线性正相关(P<0.01)。卷帘奶牛舍的环境参数与泌乳性能、行为参数的相关性表现出季节性规律。夏、冬两季环境参数与泌乳性能的相关性较强,且夏、冬季温、湿度也是影响奶牛行为的主要参数。

环境参数对回热空气制冷系统COP及能效最优压缩比的影响分析

为配合加强基加利修正案中氢氟碳化物的管控,环境友好型制冷空调系统的研究成为热点。针对以空气为工质的制冷系统,为研究系统性能系数(COP)及其达峰的最优压缩比,本文建立了回热直流高压空气制冷系统COP计算模型,探讨分析了环境温度、压力及相对湿度等参数对系统COP与能效最优压缩比的影响。结果表明:降低环境温度、增大环境压力可降低系统的能效最优压缩比并提高制冷COP,且环境压力升高可显著减少膨胀过程的凝冰量;环境空气相对湿度对能效最优压缩比及系统制冷COP影响较小。

GNSS-IR解译地表环境参数研究进展及展望

全球卫星导航系统(GNSS)具有全天候、近实时、高精度的特点,可持续发射L波段信号,广泛应用于定位、导航和授时(PNT).随着GNSS研究与应用的不断深入,全球定位系统干涉反射(GNSS-IR)技术为地表参数探测提供了一种全新的手段.GNSS无线电导航信号经不同地表介质(如土壤、积雪、水面等)反射后,被反射的GNSS多路径信号承载反射面的特性信息,通过对GNSS反射信号中振幅、相位和频率等参数的分析,可有效获取地表反射面的物理参数.GNSS-IR作为当前GNSS和遥感领域的研究热点,取得了一些研究进展和成果.本文详细介绍了GNSS-IR原理和方法及该技术在土壤湿度、植被、积雪和水位等方面的应用进展,并在此基础上,提出GNSS-IR研究中存在的问题及发展方向.

采精员和猪舍环境参数对杜洛克公猪精液品质的影响

【目的】研究采精员、猪舍温湿度、氨气浓度和光照强度对种公猪精液品质的影响,以提高猪精液品质。【方法】选取347头(580±48)d的杜洛克公猪,收集2021年11月至2022年2月共2966条精液测定记录,采精员做好每天公猪的采精记录,猪舍温湿度、氨气浓度和光照强度参数于每天上午09:00进行测定。使用R软件对采精员记录、环境参数和精液性状进行关联分析。【结果】①采精员对精液品质具有显著影响(P<0.05),8号采精员采集的精液精子活力最高、精子畸形率最低。②猪舍环境温度为22~25℃时,精子活力显著高于18.5~22℃(P<0.05),精子畸形率显著低于18.5~22℃(P<0.05)。③相对湿度在70%~77%时精子活力最高、精子畸形率最低,与相对湿度在46%~60%时差异显著(P<0.05),与相对湿度在60%~70%时无显著差异(P>0.05),相对湿度在60%~70%时精子活力、精子畸形率和总精子数都处于较高水平。④随着氨气浓度降低,精子活力和总精子数呈现上升趋势、精子畸形率呈下降趋势,氨气浓度2~4 ppm与5~7.3 ppm时精子活力、总精子数、精子畸形率差异显著(P<0.05)。⑤光照强度在90~110 lx时精子活力和直线前进运动精子比例最高,与光照强度为130~164.5 lx差异显著(P<0.05),光照强度对精子畸形率无显著影响(P>0.05)。【结论】猪舍环境参数温度范围为22~25℃、湿度范围为60%~70%、氨气浓度2~4 ppm和光照强度为90~110 lx时公猪的精液品质较高。生产中还应加强对采精员的管理培训,减少精液采集过程中造成的机械损伤及细菌污染,为今后研究、修订种公猪舒适环境参数,科学调控猪舍内环境提供参考和理论依据。