高光谱成像的土壤剖面水分含量反演及制图

传统土壤水分的获取方法仅可获得离散的土壤水分点位数据，难以获得剖面上精细且连续的水分含量分布图。研究了野外条件下利用近红外高光谱（882～1 709 nm）成像反演剖面土壤水分含量（SMC），并实现精细制图的可行性。研究剖面位于江苏省东台市，我们利用近红外高光谱成像仪对剖面进行了5天原位连续观测，共采集了280个土样用于烘干法测定SMC。原始高光谱图像经数字量化值（DN）校正、黑白校正、拼接、几何校正、剪切和掩膜等一系列预处理后，提取各采样点的平均光谱反射率。提取光谱（Raw）经吸光度[LOG₁₀(1/R)]，Savitzky-Golay平滑（SG）、一阶微分（FD）、二阶微分（SD）、多元散射校正（MSC）和标准正态变量（SNV）转换后，采用偏最小二乘回归（PLSR）和最小二乘支持向量机（LS-SVM）方法建立SMC预测模型，并对比分析不同光谱预处理方法与建模方法组合条件下SMC的预测精度。结果表明，光谱反射率随SMC增加逐渐降低，不同光谱预处理方法的预测精度有所差异，除MSC方法外，同一光谱预处理方法的LS-SVM模型预测精度均高于PLSR模型，并且基于LOG₁₀(1/R)光谱的LS-SVM模型对SMC预测精度最高，其建模集的决定系数（R2_c）和均方根误差（RMSE_c）分别为0.96和0.65%，预测集的决定系数（R2_p）、均方根误差（RMSE_p）和相对分析误差（RPD_p）分别为0.88，1.05%和2.88。利用最优模型进行剖面SMC的高空间分辨率精细制图，通过比较SMC反演图中提取的预测值与实测值关系发现预测精度较高（R2: 0.85～0.95, RMSE: 0.94%～1.02%），且两者在剖面中的变化趋势基本一致，说明SMC反演图不仅能很好地反映出土壤水分在整个剖面中毫米级的含量分布信息，也可反映出同一位置处不同天数间的含量差异。因此，利用近红外高光谱成像结合优化的预测模型，能够实现土壤剖面SMC的定量预测及精细制图，有助于快速、有效监测田间剖面土壤水分状况。     

A New Small-Molecule Donor Containing Non-Fused Ring π-Bridge Enables Efficient Organic Solar Cells with High Open Circuit Voltage and Low Acceptor Content

To achieve high open-circuit voltage (V_oc) and low acceptor content, the molecular design of a small-molecule donor with low energy loss (E_loss) is very important for solution-processable organic solar cells (OSCs). Herein, we designed and synthesized a new coplanar A−D−A structured organic small-molecule semiconductor with non-fused ring structure π-bridge, namely B2TPR , and applied it as donor material in OSCs. Owing to the strong electron-withdrawing effect of the end group and the coplanar π-bridge, B2TPR exhibits a low-lying highest occupied molecular orbital and strong crystallinity. Furthermore, benefiting from the coplanar molecular skeleton, the high hole mobility, balanced charge transport and reduced recombination were achieved, leading to a high fill factor (FF). The OSCs based on B2TPR : PC₇₁BM blend film (w/w=1 : 0.35) demonstrates a moderate power conversion efficiency (PCE) of 7.10 % with a remarkable V_oc of 0.98 V and FF of 64 %, corresponding to a low fullerene content of 25.9 % and a low E_loss of 0.70 eV. These results demonstrate the great potential of small-molecule with structure of B2TPR for future low-cost organic photovoltaic applications.     

单重工作休假M/M/c排队驱动的流体模型分析

该文在M/M/c排队驱动系统中加入工作休假策略,研究了单重工作休假多服务台排队驱动的流体模型.利用拟生灭过程和矩阵几何解法得到驱动系统稳态队长分布.构建净输入率结构,导出流体模型的稳态联合分布函数满足的的矩阵微分方程组,进而利用Laplace-Stieltjes变换(LST)方法得到稳态下缓冲器库存量的空库概率及均值表达式.最后,给出模型在多信道无线Mesh网下的应用,通过数值例子展示参数变化对系统性能指标的影响.     

一种间接从高光谱数据中提取黑土硒含量的新方法

我国东北黑土富含养分，随着土壤数字制图、精确农业和土壤资源调查等研究的深入，引入航空高光谱数据并提供科学的预测结果成为研究热点。硒元素相对于黑土土壤的主要成分属于微量元素，但其对作物的正常生长的作用与大量元素是同等重要的，亦是人体健康所必要的营养元素。针对硒含量反演，建立了一个基于主要成分的间接提取模型，该模型能够显著提升硒含量回归系数，降低实测值与预测值的误差。数据源自CASI-1500航空高光谱成像系统，光谱范围380~1 050 nm，空间分辨率1.5 m。在黑龙江建三江地区采集60个土壤样本，化验获得硒、有机质、全铁、pH和氧化钙含量数据，选择BP神经网络，建立光谱与含量的反演模型。分析不同含量的黑土成分在可见-近红波段范围内光谱变换规律，掌握了硒元素随着含量升高，光谱反射率会逐步升高的规律。但当硒含量较低时，在其他成分的干扰下，这一规律会逐渐减弱，直至不显著。有机质的光谱特征与硒元素相反，总体上随着含量的增高，反射率整体下降，这与有机质的光谱特性紧密相关。全铁光谱呈现出与有机质光谱类似的规律，说明二者具有较高的相关性。不同pH值和氧化钙含量的光谱特征与检测值没有呈现出明显的特征规律，反射规律不明显。对60个采样点不同养分含量进行逐波段求反射率对养分的相关系数。结果表明，pH值各个波段相关系数最高，均值达到0.63；其次是全铁的相关系数，为0.54；有机质和氧化钙的相关系数接近，分别为0.42和0.47；而硒元素含量与逐波段的平均相关系数最低，为0.38。选取相关系数较高的前5个波段，作为建模波段。硒特征波段为447，437，456，466和475 nm；有机质特征波段为447，456，466，437和475 nm；全铁特征波段为752，695，800，762和733 nm；pH特征波段为905，752，800，943和695 nm；氧化钙特征波段为752，695，800，523和762 nm。通过计算样本点硒含量与其他成分的相关系数，硒与有机质呈正相关，相关系数为0.79；与全铁、pH、氧化钙呈负相关，相关系数分别为-0.80，-0.94和-0.69。针对有机质、全铁、pH和氧化钙反演精度较高，而硒元素含量较低，直接反演精度不足的问题，设计了一种先提取4种成分含量，再根据其提取结果建立硒元素函数关系，间接反演硒元素含量的方法。首先将五种成分与特征光谱进行神经网络分析，计算每种成分的回归系数R2和RMSE。显示全铁和pH具有较高的反演精度，有机质和氧化钙归系数虽低于0.8，但也显著高于硒元素的反演精度。建立硒元素与其他4种成分含量的回归模型，得出Se=0.522 9+0.041 8Som-0.016 6Fe₂O₃-0.035 6pH-0.005CaO，进行硒元素间接提取，回归系数从0.516增长到0.724，均方根误差从0.182降低到0.136，显著改进了反演硒含量的精度，为硒元素大范围精确制图提供了一种新技术。     

Antioxidant activities and bioactive compounds of five Jalopeno peppers (Capsicum annuum) cultivars

The present study was designed to evaluate the contents of different antioxidants compounds and their antioxidant activities in Jalopeno peppers (Capsicum annuum) cultivars (El Dorido, Grande, Tula, Sayula and El Rey) extracts. Free radical scavenging activity of Grande was recorded as high as 87% followed by El Dorido (83%). Results of reducing power (Fe³⁺ to Fe²⁺) showed that Grande (0.85%) and El Dorido (0.81%) fruit extract absorbance value were close to synthetic antioxidant BHT (0. 97%) obtained at100 μg/mL. The results showed that total phenolic content of El Dorido and Grande were significantly higher compared to other Jalapeno pepper. Results indicated strong and positive correlation between antioxidant activity and carotenoids content (r = 0.75), vitamin C (r = 0.78) and total capsaicinoids (r = 0.84), respectively. The results of the antioxidant activity assays showed that the El Dorido and Grande had strongest antioxidant activity compared to other peppers cultivars in this study.     

不同含水量黑土土壤光谱反射率半经验模型构建

土壤含水量的变化情况与时空分布对热量平衡、农业墒情等具有显著的影响。利用反射率光谱信息反演土壤含水量的研究，可为实现土壤含水量速测、揭示土壤含水量时空变异规律提供科学依据。构建不同含水量黑土土壤反射率光谱半经验模型，深入探究土壤重量含水量与反射率光谱的关系。 制备了12种不同湿度的土壤样品。 采用ASD Field Spec Pro 3地物波谱仪对制备的不同湿度梯度的黑土土壤进行反射率光谱测量。 利用菲涅耳反射率建立土壤表面反射模型；在以往的研究中，Kubelka-Munk (KM)模型中的漫反射率R_∞通常被视为对于给定材料和照明波长的常数或需要反演的参数。通过研究发现，漫反射率R_∞不仅与材料和波长有关，还与土壤含水量相关。利用与土壤含水量相关的吸收系数及散射系数描述了土壤含水量与漫反射率R_∞的关系，并基于KM理论对体散射分量进行建模；进而构建不同含水量黑土土壤反射率光谱半经验模型。 根据实际测量数据选用最小二乘算法对模型参数进行反演，并通过分析反演参数简化模型。最后，将未参与建模的不同含水量梯度的数据代入模型中，验证模型的有效性。结果表明：对比不同含水量土壤反射率光谱的模拟值与实测值在400～2 400 nm波段范围内的模拟精度发现，含水量为200 g·kg-1的土壤反射率光谱的均方根误差最大，为0.008，含水量为40 g·kg-1的土壤反射率光谱的均方根误差最小，为0.000 6，不同含水量下土壤样品反射率光谱的均方根误差的均值是0.005 1。在400～2 400 nm波段范围内，不同波长下黑土土壤反射率光谱的预测均方根误差基本低于0.008，1 920 nm波长处的预测均方根误差最小，为0.002 062。采集长春地区的土壤检验模型的可靠性，配制15个不同含水量样品并对其进行反射率光谱测量。选取9个样品数据用于建模，6个样品数据用于验证。结果表明：在400～2 400 nm波段范围内，不同波长下的长春土壤反射率光谱的预测均方根误差基本低于0.015，525 nm波长处的预测均方根误差最小，为0.000 922 5。综上所述，所建立的模型具有很高的预测精度，可很好地适用于不同含水量黑土土壤反射率光谱的模拟。