基于有效最大含水量的土壤水分监测优化布设方法

考虑空间变异的土壤水分精准测定是作物适时适量灌溉的基础。以土壤有效最大含水量作为关键参数,结合经典统计学和地统计学方法,提出了土壤水分监测优化布设数量与位置的确定方法,克服了以实测土壤含水量作为参数导致通用性差的弊端,并以北京大兴试验区3.645 km2为例,布设了129个采样点,分析了土壤有效最大含水量空间变异规律,提出了优化的采样数目及具体布设位置。结果表明:(1)土壤有效最大含水量在0~40与0~80 cm深度均满足正态分布,其变异系数分别是14.96%和13.56%,表现为中等程度的变异;(2)运用经典统计学方法获得在置信区间90%、采样误差10%情况下,0~40和0~80 cm深度的合理采样数分别为6个和5个,并采用地统计学方法确定了具体布设位置。(3)以129个样点估算的区域含水量作为实测值,依据优化采样点估算的区域含水量误差均低于10%,因此基于有效最大含水量的土壤水分监测优化布设方法可以在保证区域测量精度情况下,大幅减少采样点数量。     

玉米植保无人机热雾喷施系统设计与雾滴分布特性试验

针对玉米中后期封行后高地隙植保机难以下田、传统植保无人机雾滴穿透性差导致病虫害难以防控等问题,本文将脉冲烟雾机的热力雾化和低量喷雾技术与高效率的植保无人机进行结合,提出了植保无人机搭载热雾喷施系统的植保作业方案,设计了热雾喷施管路与遥控作业系统,并开展了灌浆期玉米植保作业试验。以清水代替农药进行喷雾作业,在试验区域设置水平和垂直采样点,通过水敏试纸收集沉积在各采样点的雾滴,并利用雾滴分析软件测出热雾植保无人机雾滴在不同采样区域的沉积分布结果。试验结果表明：喷雾区域采样范围-2~6m的雾滴粒径和雾滴密度分布差异较为明显,在距喷口0~2m水平位置雾滴较为集中,垂直方向玉米冠层至底层的雾滴粒径和密度依次减小,整个采样区域内雾滴密度均超过20个/cm2。雾滴覆盖率和沉积量总体变化趋势一致,其中,距喷口前方1m位置各垂直采样层叶片正面的雾滴覆盖率均取到最大值,从上层到地表依次为18.02%、13.48%、4.37%和2.11%,冠层叶片正面雾滴沉积量在此区域也达到最大值,为0.36μL/cm2,整体上叶片正面的雾滴覆盖率和雾滴沉积量均大于同位置叶片反面数值。此外,除少数采样点位置因雾滴重叠、黏连导致雾滴谱宽度大于2μm以外,其他采样点的数据均符合低容量喷洒条件下雾滴谱宽度小于等于2.0μm的技术指标。该研究可为热雾植保无人机在玉米等高秆作物中后期植保作业的参数优化和使用提供参考依据。     

基于立体视觉的水果采摘机器人系统设计

基于立体视觉建立了水果采摘机器人系统.在图像空间利用Hough变换检测出果实目标,并利用随机采样目标上均匀分布多个点的三维坐标信息重建果实球模型,进而获得目标质心的空间位置坐标;通过最小二乘法研究了采摘机器人手眼标定;分析了采摘机器人的轨迹规划.实验结果表明,设计的自动采摘系统可以有效地消除遮挡以及立体视觉匹配失效等因素的影响,目标定位误差小于8 mm,显著地提高了抓取的精度和可靠性.     

基于机器视觉的嫁接苗移栽实时定位研究

针对自动化育苗流程中的嫁接苗移栽环节,提出了一种基于机器视觉的嫁接苗移栽实时定位系统。该系统能根据点云信息定位每次移栽嫁接苗时穴孔的位置,并且在穴盘受迫移动后重新定位穴孔的位置。具体的方法是通过RGB传感器与红外传感器获取工作区域内的点云信息,利用点云信息,首先离线标定传送带平面方程,进而根据实时的位置信息完成穴盘与背景的在线分离;接着从分离出的穴盘点云得到对应的二维掩膜,从掩膜中的单连通区域推算出每个穴孔的位置;针对穴盘移动之后的重定位,使用了基于随机采样一致算法的单应矩阵计算方法,由历史单应矩阵从初次定位的穴孔坐标计算出当前的穴孔位置。实验表明,该定位系统能有效定位穴孔的位置,满足嫁接苗移栽要求。     

仪征市地表水水质现状分析

本文利用水质采样、指标测试、统计分析、模糊逻辑以及GIS等技术对仪征市的地表水水质现状进行了分析.共收集仪征市17个采样点的204个样品,并对其进行指标测试,得到各水质指标的浓度及统计特征值.采用模糊逻辑法对各样点的水质状况进行量化,并结合GIS技术得到研究区域内地表水水质的分布情况.     

基于机器视觉的非结构环境下黄瓜目标特征识

提出了一种基于近红外光谱成像技术的温室黄瓜信息检测方法.根据黄瓜的光谱反射特性,选用特定波长的近红外光谱图像解决与背景颜色相近的果实信息表征;利用图像内作物灰度分布差异确定果实所在区域,区域内采用矩不变优化阈值分割和特殊形态学模板滤波,实现果实目标有效识别;结合黄瓜物理性状和纹理特征检测果实的可抓取部位,并引入形心主惯性轴思想确定果柄的切割点位置.实验结果表明果实的正确识别率为93.3%,抓取点、切割点位于有效区域的几率分别为96.7%、93.1%.     

基于立体视觉的水果采摘机器人系统设计

基于立体视觉建立了水果采摘机器人系统。在图像空间利用Hough变换检测出果实标,并利用随机采样目标上均匀分布多个点的三维坐标信息重建果实球模型,进而获得目标质心的空间位置坐标;通过最小二乘法研究了采摘机器人手眼标定;分析了采摘机器人的轨迹规划。实验结果表明,设计的自动采摘系统可以有效地消除遮挡以及立体视觉匹配失效 等因素的影响,目标定位误差小于8mm,显著地提高了抓取的精度和可靠性。     

基于Mapx组件的凹多边形快速分解算法的实现

在精准农业作业过程中,需要对农田地块多边形进行复杂的空间分析,如路径优化.空间分析一般是基于凸多边形,所以需要将凹多边形分解成凸多边形来处理,数目尽量最少,效率尽量高.为此,提出了一种凹多边形的分解算法,通过各凹点连接其他顶点连线的交点等信息进行判断,采用递归算法,利用Visual C++语言和Mapx组件实现该算法的实现与显示.该算法简明实用,效率高,生成凸多边形数量少.     

离心风机涡旋结构及失稳流动特性分析

为了了解离心风机转子区域的失稳流动特性,基于SST k-ω湍流模型,探究了风机进流面非均匀流动特性与转子区域失稳流动的匹配关系,并基于涡动力学探究了转子失稳流道的涡旋尺度与结构.研究结果表明,在设计风量下,离心风机转子区域呈现明显的非均匀流动特性,可由气流速度、流动品质划分为稳流区和失稳区.同时,风机进流面流动特性与转子区域内流特性保持较好一致性,压力、速度、进流冲角皆呈现非均匀分布.进流面高速气流仅仅冲刷转子稳流区流道,而进流面低速流体在流经转子轴端后经由离心力的作用流至各个流道.通过使用进流冲角、环量、切向速度等方法,确定了额定工况下转子区域涡旋尺度、堵塞程度最为剧烈的流道,并通过湍动能及涡核分布成功捕捉堵塞流道的涡旋结构.     

南方农田土壤容重空间变异性及其尺度效应

以南方典型农田作物生长地为试验区,利用经典统计与地统计学方法,分析研究了选定区域不同深度土层(0~10,10~20 cm)土壤容重的空间异质性及其尺度效应,并对试验区农田土壤容重进行空间插值估算.结果表明农田土壤容重变异系数较小,为弱变异.半方差函数分析表明土壤容重的块基比小于10%,田间土壤容重由空间自相关部分引起的异质性程度很大.在尺度效应研究中,随着采样幅度增大,变异系数呈先减小后增大趋势;通过调整采样点位置"再采样"发现,当采样间距增大时,土壤容重变异系数变化幅度很小(6.32%~7.92%),而相关距离却减小.说明当采样幅度一定时,采样间距对土壤容重变异系数的影响很小.通过空间插值估算,绘制等值线图发现两层土壤容重也具有相关联的空间分布规律,且呈显著正相关关系,相关系数为0.76.此外,土壤容重空间变异受人为活动影响程度大.