基于视觉显著性改进的水果图像模糊聚类分割算法

准确分割水果图像是采摘机器人实现视觉定位的关键技术。该文针对传统模糊聚类对初始聚类中心敏感、计算量大和易出现图像过分割等问题,结合机器人的视觉特性,提出了一种基于多尺度视觉显著性改进的水果图像模糊聚类分割算法。首先,选择适当的颜色模型把彩色水果图像转换为灰度图像;然后对灰度图像做不同尺度的高斯滤波处理,基于视觉显著性的特点,融合了多个不同尺度的高斯滤波图像,形成图像聚类空间;最后,用直方图和模拟退火粒子群算法对图像的传统模糊聚类分割算法进行了改进,用改进的算法分别对采集到的100张成熟荔枝和柑橘图像,各随机选取50张,进行图像分割试验。试验结果表明:该方法对成熟荔枝和柑橘的图像平均果实分割率分别为95.56%和93.68%,平均运行时间分别为0.724和0.790s,解决了水果图像过分割等问题,满足实际作业中采摘机器人对果实图像分割率和实时性的要求,为图像分割及其实时获取提供了一种新的基础算法,为视觉精确定位提供了有效的试验数据。     

2CYL-450型水稻秧盘育秧播种流水线的研制

在分析国内外水稻秧盘育秧播种流水线特点的基础上,针对播种器容易伤芽、没有除杂环节、整机操作劳动强度大等不足之处,研制了2CYL-450型水稻秧盘育秧播种流水线;介绍了该流水线的组成、工作原理、主要技术参数及结构特点.设计的播种器由勺式槽轮将种子从种箱中播出,落于筛分板上,经振动筛分、除杂后进入到与其安装为一体的V形槽板上,沿V形槽板有序排队,最后经出口播出.设计的双层秧盘供送装置,通过光电传感器与供送装置实现了依次定位输送秧盘.整个流水线结构简单、操作简便、播种精度好、生产效率高.     

农田土壤含水率监测的无线传感器网络系统设计

为解决传统土壤含水率监测中所存在的监测区域面积小、采样率低等问题,设计和开发了基于无线传感器网络技术的土壤含水率监测系统,包括10个传感器节点,1个簇首和1个基站节点,可按任意时间间隔全自动地采集、处理、传输和存储地表以下4个不同土层土壤含水率变化状况;各类节点采用TinyOS操作系统,节点间通信遵循ZigBee协议;含水率测量采用EC-5传感器;太阳能供电模块的供电能力满足传感器节点及簇首的能耗需求;进行了数据包传输率试验,10个传感器节点中有7个的数据包正确传输率高于90%,1个节点的数据包正确传输率为89.2%,2个节点的传输率低于70%。造成2个节点数据包传输率较低的主要原因是太阳能供电电路制作,通过更换电路板解决了该问题。试验结果表明,系统能够实现稳定的数据传输,适合农田土壤含水率的实时监测。     

基于稻田监测的混合天线WSN组网模型研究

针对稻田环境特点与网络可靠性需求,在理论分析和实地测试全向天线和定向天线无线信号传输距离的基础上,设计了基于混合天线WSN分簇组网模型,分析其网络运行机制。经实地测试,与全向天线组网方法相比,混合天线WSN网络中簇头节点的寿命提高近45%,从而有效地提高了整个网络的存活时间。     

宽喷幅风送式喷雾机在果树冠层中喷雾有效性及雾滴穿透性试验研究

风送式喷雾可以有效地抵御自然风的干扰,减少雾滴的漂移,其喷雾有效性及雾滴的穿透性直接影响着喷雾机的喷雾性能.以宽喷幅风送式喷雾机为试验平台,用0.1％的罗丹明B为示踪剂,对靶标树进行了喷雾试验,研究宽喷幅风送式喷雾机雾滴沉积的有效性与穿透性.结果表明:喷雾雾滴在树冠前冠面及内膛均有较高的效率,在靶标树的前冠面、中膛、后冠面和距离树冠后方10 cm的外截面等4个截面上都有雾滴沉积,喷雾有效率分别为100％、86.2％、48.3％和62.1％;树冠前冠面、中膛、后冠面雾滴沉积量分别为0.028、0.007、0.003 mL,树冠前后地面上有明显的雾滴沉积,地面采样点上的沉积量分别为0.044、0.031 mL;喷雾过程中气流在靶标树两边存在绕流是引起树冠后方雾滴沉积的原因,关闭处于喷口下方的喷头可以减少雾滴在地面上的沉积.     

基于定向天线的稻田环境监测WSN 网关设计与组网试验研究

为了实现稻田环境信息的实时监测,设计了一种基于定向天线无线传感器网络的稻田环境信息监测系 统,并对其网关进行设计。网关节点设计以MSP430F149 为核心,外围以nRF905 射频芯片和节点通信,节点采用土 壤水分传感器TDR-3 和空气温湿度传感器DHT22 对稻田环境信息进行实时采集与处理,选用MC55 作为GPRS 通 信模块,实现了稻田环境信息的远程传输与监控等功能。在该硬件平台编写硬件驱动程序和通信协议、异常短信报 警程序和时间同步协议。测试了网关节点的通信距离、功耗、存储速率,对网关的实用性进行实地试验,网关节点通 信距离可达331.18 m,1 h工作周期下可持续工作32 d,数据存储速率达849.7 kbps,组网试验结果表明,内网平均丢 包率为0.686%,外网平均丢包率为0.712%,传感器节点采集数据稳定,能够满足稻田环境信息监测的需求。     

水稻精量旱穴播机穴距电液比例控制系统的设计与试验

针对目前国内水稻精量旱穴播机普遍采用多组链轮或多组齿轮改变传动比,实现株(穴)距调节,但株距调节范围有限的问题,为了增加穴距调节范围,实现穴距的无级调节,研制了一种基于可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)与触摸屏的电液比例控制系统,实时调整液压马达转速,实现播种作业的实时调节。液压系统主要由液泵、液压马达和比例流量阀等组成;控制系统通过Delt WPLSoft V2.37编程软件,编制PLC梯形图程序,采用监视与控制通用系统(monitor and control generated system,MCGS)组态软件开发出人机交互界面,可在交互界面上输入地轮直径大小和穴距,以及设定比例流量阀初始值和阈值,调整比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)参数,并通过人机交互界面实现播种作业时的穴距调节和作业速度监测。通过台架试验和田间试验表明,在作业速度2.8~3.2和3.2~3.6 km/h时,台架试验穴距合格率和田间试验播种穴距合格率均为100%,满足播种要求;在作业速度3.6~4 km/h范围内,台架试验穴距合格率达到89%,田间试验穴距合格率为70%,根据NY/T987-2006《铺膜穴播机作业质量》农业行业标准,田间试验穴距合格率80%,不能满足穴播机作业质量标准。研究结果表明,水稻精量旱穴播机选用型孔轮式排种器,但田间播种作业成穴性效果受风阻、机架振动和种子下落速度等影响较大,作业速度应控制在2.8~3.6 km/h为宜,当作业速度增大对成穴性影响尤为显著。台架试验和田间试验结果都表明电液比例控制穴距系统的可行性,为播种机株(穴)距调节技术提供了科学依据,为播种机的相关设计研究提供技术参考。     

茄果类嫁接机砧木上苗装置设计

针对国内外嫁接机性价比偏低的问题,该文以华南农业大学的高速嫁接机2JT-1600型流水线式茄果类嫁接机为基础,分别在砧木上苗工位和接穗上苗工位增设嫁接用苗输送链和转接手,实现砧木和接穗均单人上苗,成倍提高了嫁接机作业人员的上苗生产率。通过分析传递过程中带土坨砧木的受力情况,确定转接手结构尺寸,并且研制了具有较好拾苗性能的交叉闭合式送苗夹,其拾苗容偏能力可达5 mm。为防止在输送过程中砧木由输送链的苗座内脱出,选用高弹性橡胶贴合在苗座槽口上夹持砧木,以砧木弯曲度、苗座槽口深度及苗座槽口橡胶厚度作为影响因素,考察苗座槽口对嫁接用苗的夹持性能,试验结果表明当苗座槽口深度为8 mm、苗座槽口所用橡胶厚度为3 mm时,苗座可保证95%以上的砧木不脱出苗座,增设上苗装置后,可保证2JT-1600型流水线式茄果类嫁接机在2 000株/h的生产率条件下,实现1 000株/h的人均嫁接生产率,综合上苗成功率达到92%以上。     

两级螺旋排肥装置的设计与试验

为了改变现有排肥装置对肥料形态特征要求高的缺陷及改善排肥效果,该文设计了一种两级螺旋排肥装置,研究了装置的排肥原理,建立了排肥螺旋的单圈排肥量的数学模型,分析了两级螺旋排肥装置的相关参数,并通过试验测试与分析了两级排肥装置的排肥性能。试验结果表明,在10~200 r/min转速范围内,对于芭田复合肥、水稻专用肥及吸潮后的芭田复合肥和水稻专用肥,两级螺旋排肥装置每分钟内的排肥量随转速的增加而增大,并呈线性关系,整体决定系数大于0.998,排肥螺旋的单圈排肥量的极差、标准差及变异系数较小,对于含水率2%的芭田复合肥和含水率5.6%的水稻专用肥的单圈排肥量的变异系数小于0.025;吸潮后含水率较高的芭田复合肥和水稻专用肥的单圈排肥量的变异系数整体上不大于0.040。同时,通过数学模型计算出的单圈排肥量与实际单圈排肥量一致较好,该模型能准确表达此类两级螺旋排肥装置的单圈排肥量。因此,该研究能有效地改善排肥效果,降低对肥料形态特征的要求,为同步播种施肥机具及变量施肥机具的研究与设计提供了参考依据。     

华南双季稻区水稻不同机械化栽植方式对比试验与评价

为探索不同机械化栽植方式对华南双季稻区的适应性及其影响机理,2011-2014年连续4 a在广东省肇庆市和江门市,以钵体苗人工手插为对照,安排了钵体毯状苗机插、毯状苗机插和毯状苗窄行机插3种机械化栽植方式的对比试验。应用主效可加互作可乘(additive main effects and multiplicative interaction,AMMI)模型对影响水稻产量的栽植方式、环境和二者的互作进行了分析,进而对不同栽植方式的适应性进行了评价。结果表明:不同栽植方式水稻产量的单因素方差分析显示,3种机械化栽植方式对常规稻都具有良好的适应性,可替代人工手插大面积推广使用;而杂交稻各次试验中3种机插秧栽植方式的产量都低于人工手插,杂交稻机插秧问题还需进一步研究。AMMI分析中,栽植方式平方和、环境平方和及二者的互作平方和分别占处理平方和的6.39%、85.29%和8.31%,都达到了极显著差异水平(P0.01);AMMI模型的交互效应主成分(interaction principal component analysis,IPCA)前2个达到显著水平,两项累计解释了互作平方和的92.99%;残差均方根(root mean square,RMS)的值为49.34 kg/hm2,占总均值的0.71%,表明AMMI2模型对试验的数据结构进行了很好的拟合。适应性评价显示,人工手插的平均产量最高,与环境存在较大正互作,是目前杂交稻种植中最好的栽植方式,但稳定性欠佳;毯状苗机插的平均产量最低,与环境的互作最小,是一种稳定性较好的栽植方式;钵体毯状苗机插的稳定性不及毯状苗机插,但平均产量高于毯状苗机插,与毯状苗机插相比平均增产约-2%~6%;毯状苗窄行机插的稳定性不及钵体毯状苗机插,但平均产量与钵体毯状苗机插相差不大,在杂交晚稻种植中常常高于钵体毯状苗机插。研究结论对推进华南双季稻区种植机械化的发展具有重要参考价值。