基于无人机多光谱图像的土壤水分检测方法研究

以表层土壤为对象,探究土壤的多光谱反射率与土壤水分含量相关性,进行基于无人机多光谱图像的土壤水分含量预测模型方法的探究。选取中国农业大学通州实验站为研究区域,实地采集试验田的土壤样本100组,按照一定梯度配制土壤含水量,配成的土壤含水率为10%~50%之间,土壤含量的真实值采用土壤烘干法进行测定。多光谱相机灵巧便捷,可搭载在无人机上对土壤进行监测。将RedEdged-M型多光谱相机搭载在Phantom 3型无人机上,选择阳光充足的采集环境,实时采集土壤样本的多光谱图像,建立土壤多光谱信息与水分含量之间的模型。利用处理光谱数据的ENVI5.3软件提取土壤样本多光谱信息,以多光谱相机自带的标准白板反射率为100%,计算出土壤样本在蓝、绿、红、红边、近红外五个波段的光谱反射率。采用BP神经网络算法、支持向量机算法、偏最小二乘算法分别建立基于无人机多光谱图像的土壤水分含量的预测模型。以80组土壤样本数据作为训练集,建立基于多光谱图像的土壤水分含量预测模型。采用莱文贝格-马夸特算法对BPNN进行改进,提高了其训练速度,当网络结构为5-10-1时,训练效果最好,本文选择该网络结构;SVM采取高斯核函数,当参数为0.56时,模型效果最好。本研究采用归一化均方根误差(NRMSE)和决策系数(R 2)对三种土壤水分含量的预测模型进行定量对比。以20组土壤样本数据作为测试集,结果可知,基于BP神经网络土壤水分含量预测模型的NRMSE为0.268,R 2为0.872;基于支持向量机的土壤水分含量预测模型的NRMSE为0.298,R 2为0.821;基于偏最小二乘土壤水分含量预测模型的NRMSE为0.316,R 2为0.789。对三种模型分析可知,基于BPNN的土壤水分含量预测模型效果均较好。结果可知,土壤的光谱反射率与含水率间存在较密切的相关性,将多光谱相机搭载在无人机上可以对土壤水分含量进行有效的实时监测,对监测土壤墒情提供技术支持和理论支撑。     

Three-level all-fiber laser at 915 nm based on polarization-maintaining Nd^3+-doped silica fiber

Nd3+-doped fiber lasers at around 900 nm based on the 4F3/2→4I9/2 transition have obtained much research attention since they can be used as the laser sources for generating pure blue fiber lasers through the frequency doubling.Here,an all-fiber laser at 915 nm was realized by polarization-maintaining Nd3+-doped silica fiber.A net gain per unit length of up to 1.0 dB/cm at 915 nm was obtained from a 4.5 cm fiber,which to our best knowledge is the highest gain coefficient reported in this kind of silica fiber.The optical-to-optical conversion efficiency varies with the active fiber length and the reflectivity of the output fiber Bragg grating(FBG),presenting an optimal value of 5.3%at 5.1 cm fiber length and 70%reflectivity of the low reflection FBG.Additionally,the linear distributed Bragg reflector short cavity was constructed to explore its potential in realizing single-frequency 915 nm fiber laser.The measurement result of longitudinal-mode properties shows it is still multi-longitudinal mode laser operation with 40 mm laser cavity.These results indicate that the Nd3+-doped silica fiber could be used to realize all-fiber laser at 915 nm,which presents potential to be the seed source of high-power fiber laser.     

光学共振增强的表面铯激活银纳米结构光阴极

金属光阴极因其超短脉冲发射和运行寿命长的特性从而具有重要应用价值,但是较高的功函数和较强的电子散射使其需要采用高能量紫外光子激发且光电发射量子效率极低.本文利用Mie散射共振效应增强银纳米颗粒中的局域光学态密度,提升光吸收率和电子的输运效率,并利用激活层降低银的功函数,从而增强光阴极在可见光区的量子效率.采用时域有限差分方法分析银纳米球阵列的光学共振特性,采用磁控溅射和退火工艺在银/氧化锡铟复合衬底上制备银纳米球,紧接着在其表面沉积制备铯激活层,最后在高真空腔体中测试光电发射量子效率.实验结果表明平均粒径150 nm的银纳米球光阴极在425 nm波长的量子效率超过0.35%,为相同激活条件下银薄膜光阴极的12倍,峰值波长与理论计算的Mie共振波长相符合.     

基于图像的二维剪纸自动生成方法

中国剪纸的设计极具挑战性, 要求画面简洁、直观, 还需要表达特定的文化内涵, 且整张剪纸须整体连通。提出了一种基于图像的二维剪纸自动生成方法, 能够将任意数码照片自动转化为剪纸图形。首先，利用图像分割方法建立区域连接图; 接着, 基于该连接图对颜色、边界对比度和区域连通性进行数学建模, 并获得优化目标函数; 最后, 通过模拟退火算法求解目标方程, 自动生成保持图像内容的剪纸图形。还开发了连通性后处理和区域指定等用户交互工具, 允许用户在自动生成的剪纸图形中方便地加入个人设计。实验表明, 所生成的剪纸图形画面简洁、整体连通。 本方法在降低剪纸设计难度的同时还可满足个性化的设计需求, 有助于传播和传承我国的民间剪纸艺术。     

Towards the meV limit of the effective neutrino mass in neutrinoless double-beta decays

We emphasize that it is extremely important for future neutrinoless double-beta(0νββ)decay experiments to reach the sensitivity to the effective neutrino mass|mββ|≈1 meV.With such a sensitivity,it is highly possible to discover the signals of 0νββ decays.If no signal is observed at this sensitivity level,then either neutrinos are Dirac particles or stringent constraints can be placed on their Majorana masses.In this paper,assuming the sensitivity of|mββ|≈1 meV for future 0νββ decay experiments and the precisions on neutrion oscillation parameters after the JUNO experiment,we fully explore the constrained regions of the lightest neutrino mass m1 and two Majorana-type CP-violating phases{ρ,σ}.Several important conclusions in the case of normal neutrino mass ordering can be made.First,the lightest neutrino mass is severely constrained to a narrow range m1∈[0.7,8]meV,which together with the precision measurements of neutrino mass-squared differences from oscillation experiments completely determines the neutrino mass spectrum m2∈[8.6,11.7]meV ing phases is limited to ρ∈[130°,230°],which cannot be obtained from any other realistic experiments.Third,the sum of three neutrino masses is found to beΣ≡m1+m2+m3∈[59.2,72.6]meV,while the effective neutrino mass for beta decays turns out to be mβ≡(|Ue1|2m1^2+|Ue2|2m2^2+|Ue3|2m3^2)1/2∈[8.9,12.6]meV.These observations clearly set up the roadmap for future non-oscillation neutrino experiments aiming to solve the fundamental problems in neutrino physics.     

分布反馈太赫兹量子级联激光器实现高功率单模输出

太赫兹量子级联激光器(THz QCL)是一种基于超晶格或耦合多量子阱中电子共振隧穿和子带间跃迁的单极光源,其辐射频率可通过能带和波函数设计进行调控,具有响应速度高、体积小、便于集成等优点。近年来,国际上多个科研团队展开了对THz QCL的密集研究,器件性能取得了显著的进展。针对THz QCL的实际应用,目前急切需要解决两个方面的问题:第一方面,受限于严重的大气衰减、光束合成等困难,急需解决THz QCL功率输出提升的问题。第二方面,研制窄线宽、高功率单模输出的太赫兹本振源。     

钒的冲击熔化原位X射线衍射测量研究

高压结构与相变研究对理解物质在极端压缩条件下的性质变化和动力学响应行为具有重要的科学价值,然而部分过渡金属的动/静高压熔化线差异一直是多年来悬而未解的科学难题.其中动、静高压固-液相界幅值差异最大的是第五副族金属,以钒最为反常,至今仍缺乏自洽的物理认识和理解.本文采用高能脉冲激光驱动的瞬态X射线衍射诊断技术,对冲击压缩下钒的熔化特性进行了研究,首次获取了冲击压缩下钒在200 GPa范围内的晶体结构响应随压力变化的衍射图谱.研究发现,冲击压力为155 GPa时,钒仍保持固态bcc相;至约190 GPa时转变为液态.这一结果否定了早期确定的静压熔化线,与最新的冲击熔化线及高温高压相图符合,为钒高压熔化线的统一认识提供了新的微观实验证据.本工作亦可推广至其他材料熔化特性的研究工作中.     

一种考虑聚醚醚酮（PEEK）不同力学状态的本构模型

聚醚醚酮（简称PEEK）以其优良的性能而广泛应用于高端机械、 核工程和航空等科技领域.为了描述其在应变、应变率和温度3种因素作用下的力学行为,依据PEEK在不同温度下呈现的3种力学状态,在著名的JC(Johnson Cook)本构模型的基础上,提出了针对高分子不同力学状态的分段JC本构模型.与传统JC模型及文献中改进JC模型相比,提出的分段JC模型能够更精确地表征PEEK在中高温下的力学行为,为PEEK在复合材料中的应用和分析奠定了理论基础.     

柱前衍生-高效液相色谱法测定肥料中芸苔素内酯异构体

建立了以苯硼酸为衍生试剂,柱前衍生-高效液相色谱测定肥料中24-表芸苔素内酯(24-EBL)和28-高芸苔素内酯(28-HBR)的方法。样品采用甲醇作为提取溶剂,常温条件下用苯硼酸衍生30 min,乙腈/水(85/15, V/V)为流动相,在222 nm波长下进行分析。结果表明：在0～1250 mg/kg范围内线性关系良好,相关系数(r²)≥0.999。24-EBL和28-HBR的检出限分别为0.46和0.51 mg/kg。样品加标回收率为67.1%～128.5%,批间相对标准偏差为0.09%～2.4%。该方法满足2种芸苔素内酯异构体在肥料内定量分析的要求。     

基于示差脉冲伏安法检测高纯铟电解液中铟离子

采用恒电位沉积法在玻碳电极上制备原位铋膜电极,利用循环伏安法、电化学交流阻抗探究玻碳电极和原位铋膜电极表面的电化学行为。对缓冲液pH、铋离子浓度、富集时间及电位等实验条件进行优化,利用示差脉冲伏安法实现高纯铟电解液中铟离子（In3+）的检测,In3+的溶出峰电流值和其浓度在0.6～2 mg/L范围呈线性关系,线性方程为c=0.061I+0.093,相关系数（R2）为0.998。在NaCl和明胶存在下,该方法仍能够有效地检测高纯铟电解液中In3+浓度。