网络最小覆盖流问题

网络流理论中最基本的模型是最大流及最小费用流问题. 为研 究堵塞现象, 文献中出现了最小饱和流问题, 但它是NP-难的. 研究类似的最小覆盖流问题, 即求一流, 使每一条弧的流量达到一定的额定量, 而流的值为最小. 主要结果是给出多项式时间算法, 并应用于最小饱和流问题.     

紫外可见光谱的水产养殖水体有机物浓度快速检测研究

应用紫外可见（ultraviolet/visible,UV/Vis）光谱技术对表征水产养殖水体中有机物浓度的指标化学需氧量（chemical oxygen demand,COD）进行快速测量,对采集到的135份甲鱼养殖水样进行UV/Vis波段全光谱扫描,采用无信息变量消除（uninformative variable elimination,UVE）和连续投影算法（successive projections algorithm,SPA）相结合的变量选择算法选取全波段光谱中的特征波长,从201个UV/Vis光谱变量中选取了7个特征波长,只占全波段光谱变量的3.48%,降低了建模的时间和模型的复杂度。结合最小二乘支持向量机（least-square support vector machine,LS-SVM）算法进行COD预测建模,结果表明：使用特征波长建模的预测效果（相关系数r（correlation coefficient）=0.89,预测均方根误差（root mean square error of prediction,RMSEP）=15.46 mg·L-1）好于使用全波段光谱建模的预测效果（r=0.88,RMSEP = 15.71 mg·L-1）。使用UVE-SPA变量选择算法获取UV/Vis光谱特征波长,结合LS-SVM建模,可以快速、准确的测量水产养殖水体中的COD浓度,为进一步实现水产养殖水质的在线检测以及其他水质参数的快速测定奠定了基础。     

近红外光谱技术快速鉴别地沟油与食用植物油的研究

地沟油检测是我国食品安全最为关注的话题之一,它给人们的生活健康带来了极大的危害。国内现有的检测手段也仅停留在定性检测水平上,只能确定地沟油的有无,还难以进行定量检测。本实验利用近红外光谱技术与光纤传感技术相结合的新方法对勾兑混合油中地沟油的含量进行了定量分析。将煎炸老油与九三大豆油按照一定的体积比进行勾兑,共计50个样本,采集其近红外透射光谱,分别采用偏最小二乘法(PLS)和BP人工神经网络建立了煎炸老油含量的定量分析模型,校正集决定系数分别为0.908和0.934,验证集决定系数分别为0.961和0.952,均方估计残差(RMSEC)为0.184和0.136,预测均方根误差(RMSEP)都为0.111 6,符合应用要求,同时还结合主成分分析法(PCA)对煎炸老油与食用植物油进行了鉴别,识别准确率为100%。实验研究证明近红外光谱技术不仅可以准确快速的定性分析地沟油, 还能定量的检测地沟油的含量,在油脂的检测方面具有很大的应用前景。     

高光谱成像技术的油菜叶片氮含量及分布快速检测

应用高光谱成像技术实现了油菜苗-花-角果整个生命期叶片氮含量的快速检测和氮素水平分布的可视化。采集三个生长时期共计420个叶片样本的高光谱图像信息(380～1 030 nm),提取图像中感兴趣区域的平均光谱数据,经过不同光谱预处理后,利用连续投影算法(SPA)选择特征波长,将提取的12个特征波长(467,557,665,686,706,752,874,879,886,900,978和995 nm)作为自变量,叶片氮含量作为因变量,分别建立偏最小二乘法(PLS)和最小二乘-支持向量机(LS-SVM)模型。SPA-PLS和SPA-LS-SVM模型对叶片氮含量的预测相关系数R_P分别为0.807和0.836,预测均方根误差RMSEP分别为0.387和0.358。高光谱图像中的每一个像素点都有对应的光谱反射值,利用结构简单、更易提取回归系数的SPA-PLS模型,快速计算出12个特征波长下高光谱图像中每个像素点对应的氮含量预测值,结合像素点的空间位置生成氮素浓度的叶面分布图。可视化分布图详细且直观的反应出同一叶片内部或不同叶片之间氮含量的差异。结果表明,应用高光谱成像技术分析整个油菜生长期的叶片氮含量及其可视化分布是可行的。     

最小二乘支持向量机方法对冬小麦叶面积指数反演的普适性研究

冬小麦叶面积指数(leaf area index, LAI)是进行作物长势判断和产量估测的重要农学指标之一,高光谱遥感技术为大面积、快速监测植被LAI提供了有效途径。在探讨利用最小二乘支持向量机(least squares support vector machines, LS-SVM)方法和高光谱数据对不同条件下冬小麦LAI的估算能力。在用主成分分析法(principal component analysis, PCA)对PHI航空数据降维的基础上,利用实测LAI数据和高光谱反射率数据,构建LS-SVM模型,采用独立变量法,分别估算不同株型品种、不同生育时期、不同氮素和水分处理条件下的冬小麦LAI,并与传统NDVI模型反演结果对比。结果显示,每种条件下的LS-SVM 模型都具有比NDVI模型更高的决定系数和更低的均方根误差值, 即反演精度高于相应的NDVI模型。NDVI模型对不同株型品种、不同氮素和水分条件下冬小麦LAI估算精度不稳定,LS-SVM则表现出较好的稳定性。表明LS-SVM 方法利用高光谱反射率数据对于不同条件下的冬小麦LAI反演具有良好的学习能力和普适性。     

高光谱成像技术的柑橘植株叶片含氮量预测模型

氮素是果树生长发育的一种大量必需元素,及时准确地监控果树的氮营养状况,对果树的合理施肥、增产、优化果实品质以及减缓过量施氮引起的水资源污染具有重要意义。利用高光谱成像技术结合多变量统计学方法,建立了柑橘植株叶片的含氮量预测模型。研究步骤为：高光谱扫描、提取平均光谱曲线、预处理原始光谱数据、采用连续投影法提取特征波段和建立含氮量预测模型。从SG平滑、SNV、MSC、1-Der等11种预处理方法中筛选出的较优预处理方法是SG平滑、Detrending和SG平滑-Detrending。对应这三种最优预处理方法,先采用连续投影法挑选出各自的特征波长,然后将各特征波段下的光谱反射率作为偏最小二乘、多元线性回归和反向传播人工神经网络模型的输入,各自建立三个预测模型。从以上获得的9个预测模型中,得出两个最优模型SG平滑-Detrending-SPA-BPNN(R_p：0.851 3,RMSEP：0.188 1)和Detrending-SPA-BPNN(R_p：0.8609,RMSEP：0.159 5)。结果表明,利用高光谱数据测定柑橘叶片含氮量具有可行性。这为实时、准确地监控柑橘植株生长过程中叶片含氮量的变化以及合理科学的氮肥施加提供了一定的理论基础。     

激光告警中近红外焦平面阵列探测器成像技术研究

为了提高激光探测的方位分辨率,实现对来袭激光的准确定位,选用了FPA-320x256-C型InGaAs焦平面阵列探测器作为光栅衍射型激光告警装置的核心元件。介绍了基于光栅衍射的激光波长和方向探测原理,在分析了探测器性能及参数的基础上设计了驱动电路。探测器在FPGA时序的控制下,输出模拟量通过高速AD进行采集,数据经缓存后存储在FPGA外扩的SRAM中,然后通过USB传送至PC机。上位机Labview采集原始数据,处理并显示。利用上述方法,完成了成像实验,采用波长为1 550和980 nm的激光器从不同角度进行入射,对探测得到的衍射图像进行分析,判断出零级和一级的位置,根据光栅衍射理论,计算出相应波长和二维方向入射角,结果显示波长误差小于10 nm,入射角误差小于1°。     

弹性半空间地基上圆形基础板的位移场和应力场

针对弹性半空间地基上圆形基础底板的弯曲问题,根据地基土壤的受力特性和已有实验研究成果,假设圆形基础底板底部与地基土壤之间是由竖向集中荷载引起的接触应力分布形式,采用板的弯曲理论和通过数值积分及最小二乘法拟合的方法,推导出完全满足边界条件的弹性半空间地基上圆形基础底板上部受集中力作用、下部受幂函数形式连续分布荷载作用时的位移场、径向和环向应力场的表达式。尽管圆形基础板属于中厚度板,但是该表达式的计算精度和可靠性得到了有限元分析软件ANSYS验证。     

强化生物除磷过程中聚β羟基烷酸酯的红外光谱分析

强化生物除磷是废水生物除磷的主要技术手段。在厌氧与好氧交替运行的反应过程中,污泥中聚β羟基烷酸酯(PHA)经历了厌氧储存和好氧降解的过程,其位于1 740 cm-1吸收峰亦呈现出先增强后减弱的变化。通过比较PHA标准品的红外光谱图,实现了活性污泥PHA的红外特征归属,1 740 cm-1红外吸收峰源于PHA羰基特征吸收。利用高斯分峰法将相互重叠的PHA峰、蛋白质Ⅰ峰和蛋白质Ⅱ峰进行了分离,PHA与蛋白质Ⅰ峰的峰面积比值与PHA测定值有较好相关性,相关系数可达0.873,峰面积比值可反映污泥中PHA的变化趋势。选取1 480~1 780 cm-1区域红外光谱,经过归一化处理并转化为吸光度数据后,结合污泥样品PHA含量的色谱分析结果,应用偏最小二乘法建立了污泥样品红外光谱与PHA含量的关系模型,模型预测值与测量值具有较好的一致性,结合未知浓度活性污泥样品的红外光谱以及该关系模型,可以迅速预测未知污泥样品中的PHA含量。该方法的研究为污泥胞内PHA的快速表征和定量分析提供了新的分析方法。     

基于Enter-PLSR的高光谱晋华宫矿南山煤矸石山景区土壤有效氮估测

土壤有效氮是反应土壤肥力的一个重要指标。高光谱技术对土壤有效氮进行监测和评价可以为土地复垦和生态修复提供指导性的动态信息。针对国家矿山公园高光谱有效氮监测研究的空白和偏最小二乘回归(PLSR)计算效率问题,利用ASD FieldSpec 3光谱仪采集了晋华宫矿南山煤矸石山景区(晋华宫矿国家矿山公园组成部分),30个碱化栗钙土土样350～2 500 nm波段的光谱曲线,研究了土壤光谱与土壤有效氮含量之间的关系。对土壤反射率光谱进行一阶微分和倒数的对数变换,然后在提取特征吸收波段的基础上,分别进行PLSR和进入法-偏最小二乘回归(Enter-PLSR)建立估算模型并检验。结果表明Enter-PLSR估算模型在保证与PLSR估算模型相近准确度的情况下,自变量从122个降低到12个,大大提高了计算效率,在填补国家矿山公园高光谱有效氮监测研究空白的同时弥补了PLSR方法计算效率的不足。