基于高光谱与电子鼻融合的番石榴机械损伤识别方法

提出了一种基于高光谱与电子鼻融合的水果机械损伤识别方法。分别采用高光谱仪与电子鼻对无损伤、轻度机械损伤和重度机械损伤的番石榴进行采样,提取特征信息后,运用主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)、欧氏距离分析(ED)和模糊C均值聚类(FCM)对高光谱仪、电子鼻以及高光谱与电子鼻融合3种识别方法的识别效果进行了对比。PCA和LDA的分析结果表明,高光谱与电子鼻识别番石榴机械损伤是可行的,但单独采用这两种识别方法均无法对番石榴机械损伤程度进行分级。采用高光谱与电子鼻融合方法,结合LDA分析可以较好地识别番石榴机械损伤程度,比单一识别方法具有更好的识别效果。此外,LDA比PCA对番石榴机械损伤识别效果更佳。根据PCA、LDA和ED分析结果可以推测多源信息融合的分类识别方法既可获取更多的样本信息,提高相同样本之间的聚类性,又可较多地保持单一分类识别方法得到的不同样本之间的最大距离。根据FCM分析结果,高光谱识别、电子鼻识别和高光谱与电子鼻融合识别3种方法对番石榴机械损伤识别的正确率分别为89.74%、82.05%和97.44%,验证了多源信息融合方法对提高水果机械损伤识别效果的可行性。     

适用于水田的激光平地机具液压系统设计

设计了一种水田激光平地机具液压系统.该液压系统主要由液压油泵、电磁换向阀、液压缸、蓄压器和散热器等元件组成.液压泵由拖拉机的动力输出轴驱动;电磁换向阀采用拖拉机电源直流12V供电,可实现平地机具两端分别独立升降;蓄压器起到缓冲作用可改善系统油压的稳定性;散热器可保证液压油温不超过70℃;背压阀用来调节平地机具的下降速度.实际应用表明,水田激光平地机构液压系统能与控制系统相匹配,工作正常.     

无人油动力直升机用于水稻制种辅助授粉的田间风场测量

无人驾驶直升机具有机动灵活、不需要专用机场等特点,目前已在农业航空植保中得到应用。杂交水稻制种中,利用无人直升飞机飞行时其旋翼产生的风力能使父本花粉传播更远,可扩大父本和母本相间种植的宽度,实现父本和母本的机械化耕种和收割,从而实现制种全程机械化。杂交稻制种辅助授粉的效果(母本异交结实率)、作业效率及经济效益与无人直升机飞行时产生的风速、风向和风场宽度等参数密切相关,但迄今尚不明确。该文采用风场无线传感器网络测量系统组成三向风速测量线阵和单向风速面阵在水稻田里对无人油动单旋翼直升机飞行时的风场进行了测量试验,目的在于探明无人直升机在辅助授粉作业时不同方向的风速和风场宽度等参数,以便决策出较佳的飞行作业参数,包括飞行高度、作业航向等。无人直升机授粉作业的飞行速度设置为3m/s,作业载荷为3.75kg,飞行高度为:9、8、7和6m,测量的风向为:平行于飞行方向(X)、垂直于飞行方向(Y)、垂直于地面方向(Z)。测量试验结果表明,上述3个风向的风速值大小排序为VX>VY>VZ,且风速持续稳定,因此,在直升机辅助水稻授粉作业时,平行于飞行方向的风力(即沿着直升机前进方向的飞机尾风)更有益于辅助授粉作业;随着飞行高度不断降低,风场宽度亦有所增加,在飞行高度为6～8m时,达到3级风的风场宽度最大可达到9m,飞行高度为9m时,达到3级风的风场宽度最大仅为4m,明显缩小,综合考虑农艺要求、作业效率及安全性等因素,该文建议无人驾驶油动单旋翼直升机Z3机型的较佳飞行作业高度为7m;直升机逆自然风方向飞行作业时到达水稻冠层的风力较小,很难形成能满足水稻制种授粉所需的风场宽度和风速,而顺风方向飞行时的风场宽度和风速较大,因此采用油动力无人直升机辅助水稻制种授粉时,宜避免逆自然风方向飞行作业。该研究可为无人直升机水稻制种辅助授粉技术的发展提供参考。     

不同保鲜环境荔枝褐变的理化指标识别方法研究

为探究理化指标识别荔枝褐变的可行性,试验获取了3种常用保鲜环境(常温保鲜、冷鲜柜保鲜和气调保鲜)荔枝贮藏过程中褐变程度,色差a*、b*、L*,可溶性固形物含量(TSS)和硬度变化。常温、冷鲜柜和气调3种保鲜环境荔枝褐变指数随褐变程度逐渐增大,其中常温保鲜荔枝增大最快,冷鲜柜保鲜荔枝其次,气调保鲜荔枝较慢。理化指标色差a*、b*、L*和硬度均随褐变指数增大呈减小的趋势,TSS随褐变指数增大变化不明显。采用线性判别分析(LDA)对常温、冷鲜柜和气调3种保鲜环境荔枝褐变程度识别正确率分别为96.67%、100%和100%。但冷鲜柜和气调保鲜荔枝4级与5级果LDA分析数据点较近,实际分类易发生混淆。LDA可较好地识别1级、2级、3级和4~5级荔枝果实。采用偏最小二乘回归(PLSR)建立预测模型同时对3种保鲜环境荔枝褐变程度预测时,训练集与测试集测试值与实际值的拟合决定系数R2分别为0.85和0.90,证明了不同保鲜环境荔枝通过同一个模型进行预测的可行性。试验揭示了褐变、理化指标和保鲜时间之间存在的关系,证明了通过理化指标识别褐变程度的可行性,可为水果褐变准确识别以及商品价值评价提供参考。     

小型无人直升机喷雾参数对杂交水稻冠层雾滴沉积分布的影响

为了初探小型无人直升机航空喷施雾滴在水稻冠层沉积分布规律,主要通过不同的飞行参数研究了不同喷雾作业参数对水稻冠层的雾滴沉积分布的影响。该试验以HY-B-10L型单旋翼电动无人机搭载北斗定位系统UB351绘制作业轨迹,以质量分数为5‰的丽春红2R水溶液模拟生长调节剂喷施沉积情况,以图像处理软件DepositScan来分析靶区和非靶区的雾滴沉积参数得出雾滴的沉积分布结果。结果表明：3次试验中的雾滴沉积分布趋势均相似,且飞行高度和飞行速度对靶区内采集点上雾滴平均沉积量影响均显著,对雾滴沉积均匀性影响并不显著。3次试验中靶区的雾滴沉积量随着高度的增加而减少,总雾滴沉积量分别为2.380、1.905、1.156μL/cm2,采集点的平均沉积量分别为0.198、0.159、0.064μL/cm2;在作业高度为1.92 m时雾滴沉积平均均匀性最佳,且非靶区的雾滴漂移总量最少,为0.174μL/cm2。另外,第1、2条采集带上靶区内的雾滴沉积量均明显多于作业速度较大的第三条采集带上的雾滴沉积量,3次试验中,第一、2条采集带上雾滴沉积总量的平均值分别高于第3条采集带上雾滴沉积总量的184.27%、53.51%、72.31%;且由于外界风场的影响,作业航线下风向的雾滴沉积量和漂移距离均大于作业航线上风向的雾滴沉积量和漂移距离;以及由于飞行速度的影响,非靶区航线下风向第3条雾滴采集上的雾滴漂移量均大于第1、2条雾滴采集带上的雾滴漂移量。该结果较好地全面揭示了作业参数对航空喷施雾滴沉积分布结果的影响,并从风场因素方面推测了对雾滴沉积的影响,对药液的合理喷施、提高喷施效率具有十分重要的指导意义。     

提高农业机械化水平促进农业可持续发展

在中国农业现代化建设中,影响农业资源可持续发展的主要因素是土、种、肥、药、水。精准耕整技术、精准播种技术、精准施肥技术、精准施药技术和精准灌溉技术是提高农业资源利用率的几项关键技术。提高农业机械化水平,是促进农业资源可持续发展的重要途径之一。该文介绍了提高农业资源利用率的机械化精准作业关键技术与机具。为了进一步发挥农业机械化在提高农业资源利用率、促进农业可持续发展中的作用,该文建议:进一步加强农机农艺融合,加强相关基础理论研究;进一步加强相关关键技术的研究;进一步加强相关机械与装备制造的自主创新能力;进一步加强推广应用。     

水稻氮肥精准管理技术研究进展

氮肥施用是水稻生产中比较重要,对水稻增产效益最高的环节,但目前我国水稻氮肥管理形式粗放,过量施用情况时有发生,这不仅增加了生产成本,还对环境造成污染。因此,进行氮肥施用精准管理研究,对水稻生产的提质增效有重要意义。对影响水稻氮肥吸收利用的主要因素进行深入分析,包括水稻品种、土壤理化性质、气候条件、水分管理、氮肥施用技术等5个方面;并对基于测土配方、生长模型、实地观测、遥感监测的主流水稻氮肥管理技术进行总结归纳,深入剖析当前我国水稻氮肥精准管理中所存在的主要问题;最后,提出解决我国水稻生产中氮肥过量施用问题的有效方法,并指出在未来水稻氮肥施用中,无人机遥感用于精准施氮决策将是重要的发展方向之一。水稻氮肥精准管理技术的研究对我国农业生产中化肥的减量施用具有重要意义。     

喷杆喷雾机旋翼悬浮式喷杆自动调平控制系统研究

现有的大型喷杆喷雾机的喷杆大多采用传统桁架结构,随着喷杆长度的增加,配套机构、设计复杂度及整机质量相应增加,整机质量大,农田中行走的通过性差,陷车风险高;喷杆平衡控制难度加大,降低了整机的可靠性和便利性;特别是在水田喷施作业中,大型喷杆喷雾机的功能受到很大限制。本文提出了一种旋翼悬浮式喷杆,分别融合地面机械高续航、载重大和空中无人机作业灵活、受地形地貌限制小的优点,并设计了自动调平控制系统以实现喷雾机喷杆在喷施作业过程中保持水平姿态。分析了喷杆的受力情况,对自动调平控制系统进行了辨识和建模,采用“陀螺仪+激光雷达”进行双传感器融合控制的方式,开展了旋翼悬浮式喷杆自动调平控制算法的仿真试验、台架试验和田间试验。试验结果表明：采用双传感器融合的模糊PID控制算法优于单传感器的角度PID控制算法,可较好地避免出现失稳状态;在田间试验中,当喷杆进入稳定状态后,整根喷杆各点离地高度均值在1.4~1.5m之间,标准差不大于0.1027m,具有较好的水平度;所采集的10个不同时刻喷杆各点高度均值的变异系数为1.40%,说明喷杆悬浮高度的稳定性较好。该研究验证了旋翼悬浮式喷杆作业方法的可行性。     

无人农机作业环境感知技术综述

推进农业装备智能化能够有效解决农业劳动力短缺的问题。环境感知是农业装备智能化的首要条件。然而,农业环境的动态变化和非结构化特性限制了无人农机的环境感知能力。该文对无人农机的作业环境信息感知技术进行全面梳理,首先介绍了无人农机作业环境的典型要素和各类感知传感器,并分析了不同传感器的优缺点,然后分别从障碍物感知、作物行感知和农田边界及高程信息感知等方面,对无人农机作业环境信息感知技术进行归纳总结,最后讨论了无人农机作业环境信息感知技术面临的挑战及发展趋势,旨在推动环境感知技术在农业领域的应用,促进农业机械的智能化转型。     

植保无人机飞防助剂与杀虫剂配伍方式对其防治稻纵卷叶螟效果的影响

为探究不同类型飞防助剂与杀虫剂配伍方式对其防治稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis效果的影响,以杀虫剂、飞防助剂和施药液量为因素设计3因素4水平的正交试验,通过方差分析(analysis of variance,ANOVA)对各因素的显著性水平进行分析,确定对稻纵卷叶螟具有理想防效的配伍方式。结果表明,杀虫剂和飞防助剂对防治稻纵卷叶螟的效果均有极显著影响,施药液量对防治稻纵卷叶螟的效果无显著影响。施药后第15天,杀虫剂选择10%甲维·茚虫威悬浮剂、飞防助剂选择有机硅、施药液量选择30.0 L/hm²的配伍方式对稻纵卷叶螟的防效较好,达84.32%。飞防助剂并非对所有杀虫剂都具有同等增效,其中聚合物助剂对5%氯虫苯甲酰胺悬浮剂的增效显著高于对其他3种杀虫剂的增效,植物油助剂对12%甲维·虫螨腈悬浮剂的增效显著低于对其他3种杀虫剂的增效,有机硅助剂对4种杀虫剂的增效均较好。