基于参数化的玉米叶片三维模型主脉提取

提取玉米叶片三维点云模型主脉对于建立真实玉米叶片模型具有指导意义。本文利用计算机图形学中的相关算法,包括离散网格的平均曲率计算、网格曲面的参数化以及点云数据的骨骼提取等,对扫描得到的玉米叶片三维点云模型进行主脉曲线提取。整个算法分为3步:不完整主脉三维点集提取、完整主脉点集提取和三维主脉重建。通过对不同种类玉米叶片三维扫描数据进行实验证明,该算法可以快速、准确地得到玉米叶片的主脉曲线。     

植物叶片萎蔫过程的物理表示方法

为定量化描述植物叶片萎蔫的动态过程,提出一种基于物理模型的描述方法。首先基于植物叶片的三维模型构造体素结构用以抽象植物的细胞结构,在此基础上利用质点弹簧模型表示细胞之间的受力关系,然后根据欧拉-拉格朗日方程描述细胞的运动过程,最后采用隐式纽马克积分法对方程求解进而得到细胞的三维位置变化。以萎蔫状态下叶尖在几何空间的变化轨迹作为参考属性进行数据验证,模拟的叶尖运动方向与实测值相差19°,实测的叶尖三维空间位置与模拟结果的距离差值在0.68 cm至3.0 cm之间,数据表明所提算法得到的叶尖变化轨迹与真实叶尖变化轨迹接近;其次,从视觉角度评价,也可逼真地模拟萎蔫状态下叶片三维形态的变化过程。     

带分流叶片混流式水泵非定常流动特性研究

为研究在流固耦合作用下分流叶片对混流式水泵的性能影响,以某型号的大流量混流式水泵作为研究对象,采用双向流固耦合方法和动网格变形技术对有/无分流叶片混流泵进行流场和结构场计算。对比分析了有/无分流叶片对混流泵非定常流动特性和动力学特性的影响。研究发现,分流叶片的添加使得动静干涉产生的压力脉动幅值的最大值大幅降低,但减小了脉动衰减的速度。有/无分流叶片对轴向力平均值影响不大,但考虑流固耦合效应时轴向力有所减小并有波动产生。分流叶片的添加可以降低应力以及形变的波动幅值。叶片最大应力区主要集中于靠近叶轮轮毂及轮缘处,分流叶片的添加使得叶片最大应力减小,且改善了应力变化梯度,使得应力分布更加均匀。分流叶片的添加也使得叶片形变在圆周方向更加均匀,改善了形变分布的偏心问题。研究结果可以为混流泵叶片的优化设计提供相应参考。     

小麦茎秆粘弹性力学性质试验研究

由于小麦茎秆是具有粘性性质的生物材料,因此在研究茎秆作物优种生物力学评价指标时需要考虑小麦茎秆的粘弹性力学性质,即将流变性质作为应用生物力学方法评价作物优种的指标之一.为此,以小麦的茎秆为材料,试验研究了蜡熟期小麦茎秆材料应力松弛和蠕变等流变性质;同时,分析了不同品种小麦茎秆材料流变性质的差异性,并结合粘弹性力学理论进行了流变学分析,得到了两个小麦品种茎秆材料的应力松弛和蠕变模型.结果表明:不同品种小麦茎秆材料的流变性质不同;小麦茎秆材料的应力松弛特性和蠕变特性可分别用五元件的Maxwell模型和四元件(Burgers)模型来描述.     

茄子穴盘苗形态及力学特性试验研究

为了给茄子穴盘苗移栽机自动取苗机构的设计及试验研究提供理论支持，对茄子穴盘苗形态及力学特性进行研究。为快速、准确地测定茄子穴盘苗的形态特性，采用机器视觉系统对适移栽茄子穴盘苗的苗高、茎秆直径、苗冠直径、叶片长度及叶片位置参数进行测定，得出茄子穴盘苗的苗高范围为134.33～150.20mm,茎秆直径范围为1.83～3.06mm,自然状态下苗冠直径范围为128.57～155.77mm。采用MatLab2018b对试验数据进行分析，得知茎秆直径与苗高正相关；自动取苗机构取苗后，在不改变运动方向的情况下，运动距穴盘至少160mm后，才能进行翻转动作；取苗机构开合距离取10mm;为防止穴盘苗移栽过程中叶片损伤及挂苗现象的发生，需设计防叶片张开机构。力学特性测定试验表明：茄子穴盘苗基质含水率范围为30%～40%,机械手取苗力为3.0N,基质损失率为7%,移栽效果较优。     

变桨距角下水平轴海流能水轮机水动力特性及结构性能

基于CFD对海流能水轮机二维水翼进行数值模拟,通过分析不同攻角下的升阻比,得到了该水翼的最佳攻角.利用Matlab对Wilson设计法进行编程,完成设计功率为20 k W海流能水轮机叶片的三维设计.利用CFD对水平轴海流能整体发电装置及支撑结构周围流场进行了计算,研究了功率系数、力矩系数和轴向力系数在不同桨距角下随叶尖速比的变化情况;采用有限单元法对水动力载荷作用下的水平轴潮流能整体发电装置进行结构计算,探讨了水轮机叶片的应力和应变在不同桨距角下随叶尖速比的变化情况.结果表明:在1°~5°的桨距角范围内,增大桨距角,有利于低转速下启动水轮机;流速过大时,增大桨距角可有效减小轴向荷载及叶片的形变和应力;在最优工况下,水轮机的功率系数达到0.301,并且满足材料强度要求.研究成果有益于海流能水轮机装置的设计和优化.     

基于数字图像处理技术的玉米长势预测

玉米长势是指玉米生长的状况与趋势,在生长期内实时掌握长势是玉米生产调控的关键,玉米长势可以通过叶面积、叶尖距、叶基角等特征参数来衡量。吉林省是我国主要的玉米种植区域,种植规模多为小地块,如果采用传统人工方式测量玉米长势,需要耗费大量人力、物力,而遥感技术适用于大面积种植,因此采用人工测量与遥感技术都具有明显的局限性。该研究采用数字图像处理技术,利用固定影像采集设备获取不同生长期玉米多尺度影像,首先利用灰度化和增强技术对影像进行前期预处理,然后使用迭代阈值分割算法提取影像中玉米植株区域,通过图像细化技术并结合参照物标定方法获取玉米植株的株高、叶尖距、叶基角和冠层面积等特征参数,最后对获取的特征参数使用回归分析建立玉米长势模型。试验结果证明,提出的方法有效可行,可以作为人工测量和遥感技术必要有益的补充。      

基于流热固耦合的高温熔盐泵转动系统结构应力分析

基于ANSYS Workbench平台开展高温熔盐泵转动系统的结构应力分析,采用计算流体动力学软件CFX对泵内部全流场进行多工况定常数值计算,并通过试验对计算结果进行验证.综合考虑了高温熔盐泵的水动力载荷、离心力载荷、温度载荷等因素,建立了流、热、固耦合作用下动力学模型,研究不同温度下不同材料属性变化对高温熔盐泵结构性能的影响,并对高温熔盐泵转子部件进行应力分析.结果表明:在同一流量工况下,不同材料的叶轮叶片最大变形量均呈随温度的升高呈先增大后减小的趋势;同时,不同材料的叶轮形变程度基本趋于稳定,受流量影响不大;叶片工作面应力值大于叶片背面应力值,且不同温度工况下不同材料的叶轮背面应力值呈线性递减的趋势;叶轮等效应力最大位置主要集中在叶轮出口处叶片和前、后盖板接触的区域;经过变形及强度综合分析,表明3种不同的不锈钢材料中316L材质的叶轮力学性能最好.研究结果可为高温熔盐泵的结构设计提供一定参考.     

玉米叶片全磷含量高光谱遥感监测诊断模型研究

在2012—2014年连续实施夏玉米磷素营养监测定位试验,在4种不同施磷量和2个夏玉米品种处理下,分别测定了拔节期、大喇叭口期、吐丝期和灌浆期玉米叶片光谱反射率及其对应叶片的全磷含量。选取了9个代表性光谱波段及其组合,利用前2年归一化光谱数据分品种与叶片全磷含量分别进行回归拟合。在各生育时期,每个品种选择决定系数和F值最高的4个模型,并利用第3年测定的光谱和全磷含量数据分别对两个品种进行均方根误差和相对误差的验证,选择均方根误差和相对误差较小的拟合模型。结果表明,在拔节期、大喇叭口期和灌浆期,玉米叶片全磷含量最佳的拟合光谱参量分别为波段(830+880)、(830+940)、(880+1 100)nm的归一化指数。     

玉米果穗剥皮装置影响剥皮性能的试验分析

利用自制玉米果穗剥皮装置试验台,通过单因素试验,分析了压送器叶轮轴间距对剥净率、落粒率和籽粒破损率的影响规律.通过正交试验,得出了压送器转速、剥皮辊转速、剥皮辊倾角、剥皮辊长度和压送器叶片距剥皮辊距离等参数的最优组合,从而为玉米剥皮装置的优化设计提供了依据.     

植物叶片形状可视化模型研究

针对不同形状的叶片,文章提出了植物叶片形状可视化建模的一种方法。植物叶片的形状几何模型造型采用矩形形状变形得到。通过在原矩形的参数方程上连续加上或减去不同幅度、频率、相位的三角波函数以及变形的高斯函数来实现叶片形状可视化模型研究。使用这种建模方法对不同形状的叶片进行研究。然后,在通过研究获得的叶片上加上叶脉,与真实树叶照片的对比,表明其仿真效果较好。     

蜻蜓翅膀结构刚度有限元分析

以蜻蜓翅膀为研究对象,应用CAD和有限元分析软件ANSYS建立蜻蜓翅膀的有限元模型,通过静力学分析确定:蜻蜓翅膀脉络结构中主脉为主承力结构,主脉与次脉协调作用,使整体结构更为合理。根据蜻蜓翅膀起皱结构的特点,建立四边形、交错四边形两种褶皱结构网格模型,分析不同载荷作用下的力学性能。结果表明:相同均布载荷作用下,起皱的高度越大,结构变形量越小;在相同的起皱高度下,随着载荷的增加,变形量也随之增加,但起皱高度越大,随载荷增大的变形量越小,同时四边形网格结构的刚度稍大于交错四边形网格结构;在相同载荷作用下,有膜网格结构的变形量总是小于无膜的网格结构。     

类球体果实生物力学特性研究综述

农产品果实在采集、运输、加工处理和储存等过程中不可避免会受到各种外部载荷,从而对果实造成机械损伤,因此全面深入了解果实的生物力学特性,对于现代农业的发展进步具有重要意义。尽管国内外学者对于果实的生物力学特性进行大量研究,然而尚无针对类球体果实生物力学特性的综述。为深入了解类球体果实的生物力学特性,总结果实力学特性的研究方法,重点讨论果实压缩力学特性、果皮拉伸力学特性和果实冲击力学特性三个方面的研究现状及进展。分析果实储存时间、储存温度和果实成熟度对其力学特性的影响,得出果实力学特性随影响因素变化的大致规律。通过对研究进展分析,指出果实生物力学特性的发展趋势。本文旨在为今后各种类球体农产品果实的生物力学特性研究提供研究方向和解决方法。     

小波变换与分水岭算法融合的番茄冠层叶片图像分割

在基于机器视觉的作物营养诊断研究中,通常需要采集叶片样本并在实验室条件下定量测定其营养素含量,但由于叶片间相互重叠,往往使得叶片样本不能清晰地反映在群体番茄冠层图像中。为了解决这一问题,需要利用图像分析技术有效提取作物冠层图像中的叶片,并根据处理结果采集实验室测定样本。本文从复杂背景剔除、梯度图计算、小波变换、标记选取、分水岭分割等环节出发,实现了基于小波变换与分水岭算法融合的番茄冠层多光谱图像叶片分割。首先对比了4种复杂背景剔除算法,发现当增强因子a=1.3时,基于归一化植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)的阈值分割目标提取准确,适合各种光照条件,时空复杂度低。其次在梯度图计算方面,近红外(Near infrared,NIR)波段图像形态学梯度在保持目标边缘的同时,能消除大量由叶脉、光照等引起的叶片内纹理细节。然后以小波分析为基础进行标记选取,发现当选取db4小波函数、4层小波分解低频系数、阈值为18的H-maxima变换能得到最优的目标标记结果。最后对多光谱番茄冠层图像的小波变换分水岭分割和数学形态学分水岭分割结果进行叠加,发现对复杂背景及不同光照强度下的番茄冠层叶片平均误分率为21%,为基于多光谱图像分析的番茄叶片营养素含量检测提供了一定的技术支持。     

玉米生长铜铅污染信息光谱辨别研究

为辨别农作物所受重金属胁迫种类,以受重金属铜(Cu)、铅(Pb)胁迫的玉米叶片为研究对象,利用ASD地物光谱仪获得叶片高光谱数据,通过分数阶微分(FD)对原始光谱数据进行处理,采用竞争性自适应重加权采样法(CARS)提取特征波段,最后通过多层感知机(MLP)、K-最近邻(KNN)、支持向量机(SVM) 3种模型对受胁迫的叶片光谱进行辨别,选择最优的MLP构建的FD-CARS-MLP模型,进行玉米生长铜铅污染信息光谱辨别。结果表明,FD-CARS-MLP模型对于受胁迫叶片光谱辨别的能力相较于传统方式有所提高,试验集辨别精度均可达到98%以上,0.1、0.2阶分数阶微分辨别精度可达到99%以上。选取苗期与抽穗期的玉米叶片,对其进行FD-CARS-MLP模型的可行性测试,经验证可得,FD-CARS-MLP模型辨别受重金属胁迫玉米叶片光谱数据的精度更高且更稳定,可为监测谷类作物不同重金属胁迫提供技术与方法。     

植物叶脉可视化造型研究

提出了植物叶脉可视化建模方法,包括植物叶的形态几何建模及植物叶脉的形状建模.植物叶的形态几何模型采用矩形形状变形;同时对植物叶脉的形状建模提出了多种构建方法.利用非线性多项式生成羽状叶序,提出了基于种子生长的随机迭代方法生成网状脉及基于叶片生长方法生成掌状脉序.方法简单易行,可控性好,易于构造各种不同类型的叶脉.通过给出的树叶模拟结果,表明其仿真效果较好.     

香根草叶片铅含量的近红外光谱快速检测

提出了一种应用近红外光谱技术快速检测香根草叶内重金属铅含量的方法,采用多种预处理方法建立偏最小二乘法(PLS)模型并对建模效果对比分析,得出最优预处理方法。结合不同波段选择方法优化PLS模型参数,建立了香根草叶内重金属铅含量定量分析模型,预测决定系数R2为0.87,预测均方根误差RMSEP为0.18。研究结果表明,利用近红外光谱技术快速定量检测香根草叶内重金属铅含量具有可行性。     

图像与L系统相结合的柑橘叶片形态特征重构研究

为了快速、逼真、有效地描述植物叶片的外在形态特征,提出了一种基于图像与L系统相结合的柑橘叶片形态重构的方法。该方法利用边缘检测的方法提取柑橘叶片的边缘以及叶脉的分布特征,以Harris计算与叶脉相关的特征点。最后用L系统和B样条曲线对柑橘叶片形态进行重构。通过实验表明,该方法能够快速、有效地描述出柑橘叶片的形态,降低柑橘叶片模型构建的复杂度。     

银杏叶总黄酮含量近红外光谱检测的特征谱区筛选

通过区间偏最小二乘法(iPLS)谱区筛选方法、反向区间偏最小二乘法(biPLS)谱区筛选方法和联合区间偏最小二乘法(siPLS)谱区筛选方法优化光谱特征区间,建立黄酮含量分析模型,并与波数范围为4 000～8 000 cm-1的全光谱偏最小二乘(PLS)模型进行比较。结果表明,采用siPLS谱区筛选方法将全光谱均匀划分21个子区间,选择两个子区间(7、12区间)联合时,建立的siPLS谱区筛选模型预测效果最佳,其交互验证均方根误差和预测均方根误差分别为2.950 0和3.000,校正集和预测集相关系数分别为0.938 4和0.943 7。因此采用siPLS谱区筛选方法可以有效选择光谱特征区域,提高建模预测能力,实现银杏叶总黄酮含量的快速检测。     

沟灌渗透对直播水稻生长发育及产量的影响

研究了不同畦宽(90cm、130cm、170cm)沟灌渗透栽培与常规淹水栽培对直播水稻根、茎、叶生长发育特性、机能及其产量的影响。结果表明：合理畦宽的沟灌渗透栽培不但可以促进根、叶的生长发育,而且能改善根系的机能、冠层叶的性状和结构,塑造良好的株型,提高单位面积穗粒数、结实率、千粒重,达到节水增产的效果。