基于猪粪水热炭化的生物炭性能及残液成分分析

为系统研究不同炭化温度条件下猪粪水热炭化规律,本研究以猪粪和发酵猪粪为供试材料,采用水热炭化工艺在系列温度条件下（180、240℃和300℃）制备生物炭,对其元素含量、热稳定性、孔隙结构、表面官能团等理化性质进行表征,并对水热炭化残液进行成分分析。结果表明,猪粪生物炭和发酵猪粪生物炭均具有发达的孔隙结构、丰富的表面官能团等优良特性,其H/C原子比和热失重率均随炭化温度升高而减小,表明热化学稳定性随炭化温度升高而增强。水热炭化残液的成分主要包括有机酸、醇、酯、醛、吡嗪、苯酚等物质,较高炭化温度条件下残液中化合物种类更丰富。与猪粪相比,发酵猪粪水热炭化残液的成分仍然以酚、烯、酮类物质为主,但呋喃、吡啶、吡嗪类毒性化合物消失。研究表明,发酵猪粪在300℃条件下水热炭化的残液用作液态肥料的安全性更高,在资源化利用方面更具优势。     

基于残差BP神经网络的6自由度机器人视觉标定

基于视觉伺服控制的机器人手眼标定和逆运动学求解一直是视觉伺服领域的核心问题。随着应用场景的逐渐复杂,传统手眼标定方法已无法满足需求;随着网络深度的增加,单一BP神经网络逆运动学求解算法的误差趋于饱和甚至变大,无法进一步提升网络性能。针对以上问题,本文将手眼标定和逆运动学求解融合为拟合目标图像坐标到机器人各关节角之间的映射关系问题,提出了一种残差BP神经网络算法。使用多个残差网络模块的方式加深BP神经网络的深度,残差模块的输入信息可以在网络内跨层传输,较好地解决了因深度增加网络模型容易产生梯度消失而无法提升网络性能的问题;通过6自由度机器人雅可比方程对逆运动学解的空间进行划分,确定了8个独立的区域,基于独立区域方法对训练数据进行处理,从而避免了多自由度机器人逆运动学多解对网络学习的影响,网络训练精度提升了2个数量级,训练速度提高了2倍。在REBot-V-6R型6自由度机器人输送线分拣系统中进行二维平面抓取和三维实物抓取实验,实验结果验证了该方法的准确性。结果表明,该方法比1层BP神经网络、3层BP神经网络、5层BP神经网络的训练精度分别提高了4个数量级、2个数量级、5个数量级,测试精度提高2个数量级;与传统标定方法相比,本文方法节约了逆运动学求解过程的计算成本,抓取位姿精度提高了1个数量级。     

不同覆膜处理下春玉米叶面积指数高光谱估算

为实现快速、无损、实时监测不同覆膜处理下春玉米的叶面积指数（Leaf area index,LAI）,研究覆膜因子对LAI及冠层反射率的影响,借助高光谱遥感技术获取了各生育期春玉米的冠层反射率,在对光谱数据进行预处理后,经相关性分析提取各覆膜处理LAI的敏感单波段、敏感植被指数和特征指数,据此构建了全生育期各覆膜处理下LAI的高光谱估算模型。结果表明,覆膜对LAI的影响主要在抽雄期之前,相同施肥水平下覆膜与无覆膜处理之间LAI的差异随生育期的推进呈先减小、后增大的趋势,其中苗期差异最大,覆膜比无覆膜处理LAI增加78%以上;各覆膜处理冠层反射率之间的差异由大到小为生育中期、生育末期、生育初期,覆膜主要影响玉米对绿光和红光的吸收。基于3个指标构建各覆膜处理下LAI的估算模型,以特征指数为因变量建立的模型对LAI的反演结果精度较高,其拟合和验证决定系数R2均在0.8以上,均方根误差RMSE为0.45~0.65cm2/cm2,剩余预测偏差RPD均大于2,由于覆膜的影响,无覆膜处理LAI反演精度高于覆膜处理。以特征指数NI(722,731)为自变量建立的所有处理的混合LAI估算模型表现了反演的优越性,能降低覆膜对LAI反演的影响。     

栅条式清杂装置机理分析与优化试验

残膜清杂是残膜回收的重要环节,现有机型的清杂装置存在清杂效果差及工作不可靠的缺点。为此,结合夹指链式残膜回收装置的改进设计与试验,提出了一种基于倾斜栅条的清杂装置。通过对该装置清杂机理进行分析,采用Box-Behnken响应面试验设计方法建立起清杂率与栅条间距b、栅条角度α、栅条长度L间的二次回归模型。通过分析模型响应曲面,寻得最优方案,确立了栅条式清杂装置的结构与尺寸。田间试验表明:当栅条间距为75mm、栅条角度为51°、栅条长度为870mm时,清杂率达85.35%。由此证明了优化方案的可行性,可为相关残膜清杂装置的研究提供理论依据。     

覆膜与水分控制对宁夏设施滴灌番茄产量与品质的影响

【目的】探索宁夏设施滴灌番茄覆膜的效果和适宜的灌溉制度,为宁夏地区设施滴灌番茄节水高产种植提供理论依据。【方法】通过2 a试验,在覆膜(M)与不覆膜(NM)条件下,设定4种水分控制水平,灌水频率为7~10 d,W1、W2和W3处理的灌水上限分别为100%FC(田间持水率)、80%FC和70%FC,以当地灌水量为对照(CK,灌水上限为123%FC),研究了覆膜和水分控制对设施滴灌番茄生长、产量、品质与水分生产效率的影响。【结果】番茄株高和茎粗在苗期―开花坐果期生长迅速,受覆膜处理影响显著(P<0.01),受水分控制影响不显著(P>0.05)。随着灌水量的增加,番茄产量先增加后降低,W2M处理的产量和水分生产效率均为最大值,分别为89844.88 kg/hm2和502.5 kg/(hm²·mm),相比覆膜CK分别增加21.4%和63.7%。相比于不覆膜处理,覆膜番茄产量平均增加18.1%,差异达到显著水平(P<0.05),其还原性维生素C和可溶性固形物量分别提高28.9%和22.8%(P<0.05)。覆膜和水分控制均对番茄还原性维生素C量、可溶性固形物和可溶性总糖量的影响达到显著水平(P<0.01),覆膜处理还对可滴定酸量和糖酸比的影响达到显著水平(P<0.05)。【结论】对于宁夏设施滴灌番茄,采用覆膜栽培与80%FC的灌水上限可以获得较高产量和较好品质。     

膜下滴灌棉田冻融期土壤剖面水盐热分布动态

为了深入揭示干旱区膜下滴灌棉田冻融期土壤水、盐和温度的动态变化规律,利用Hydra水盐热系统实现对冻融期宽行、窄行和膜间位置15,25和40 cm深度土壤液态水分、温度和电导率实时等间隔加密监测,分析了冻融期土壤水盐热动态变化过程.结果表明:同一位置不同深度液态水分、电导率和温度动态变化规律一致;冻融期内盐分垂向运移规律为深层土壤内的盐分向表层运移,冻融作用使盐分发生了重分布,加重了土壤40 cm深度的盐分含量,电导率增值范围为20~80 μS/cm,并且冻融前后不同位置电导率以位置排序由大到小为宽行,窄行,膜间;在冻融过程中不同位置土壤温度、液态水分和电导率两两之间存在着正相关关系(P<0.01),其相关系数大于0.74,而电导率与温度和液态水分两者也存在极强的多元一次函数关系(P<0.01),其相关系数大于0.90;冻结和融化并不是重合的过程,而是在期间会出现分叉点,分叉点出现在-1 ℃附近.研究结果对制定合理的非生育期灌溉制度具有重要参考意义.     

基于注意力机制的小样本啤酒花病虫害识别

为提高啤酒花产业的品质和产量,针对于传统人工识别鉴定难度大,效率低和客观性不够,以及啤酒花病虫害识别无大型公开数据集等问题。本文提出一种基于软注意力机制的小样本啤酒花病虫害识别方法,对传统深度残差网络ResNet模型进行改进,并使用图像增强技术-直方图均衡化处理图片得到新的数据集。实验结果表明,在小样本情况下,相比于传统的模型,改进过后的模型A-ResNet50和A-ResNet101都能准确识别不同类型的病虫害图像,在测试集上的准确率为93.27%和93.11%,Kappa指数达到了0.9027和0.8996,证实了A-ResNet50和A-ResNet101模型在啤酒花病虫害识别上的可行性以及可靠性。本文提出的方法识别精度高,实现了啤酒花病虫害的智能识别,同时也对小样本数据集的高精度识别提供了一种途径。     

玉米种肥同穴与膜下滴灌一体机的设计与试验

针对河西灌区玉米种植过程中水肥利用率及播种效率低下的问题,设计一种玉米种肥同穴与膜下滴灌一体播种机。该机具由有机肥排肥装置、滴灌铺设装置、地膜铺设装置、排沙装置、膜上覆土装置和播种装置等6部分组成。根据农艺种植要求对机具的关键装置进行理论分析,确定正常工作时机具匹配的施肥装置、播种装置和覆沙装置的合理容积;确定穴播器和排肥器的外形尺寸;通过Adams分析软件验证了机具种肥同穴的可行性。田间试验结果表明:机具前进速度为0.55m/s时,空穴率为0.9%、穴粒数合格率92.3%、膜下播种深度合格率97.8%。样机能够一次性完成施肥、滴灌带铺设、覆膜、覆沙、播种、覆土等工序,实现了旱区玉米的种肥同穴与膜下滴灌的栽培且满足覆膜穴播机技术要求。     

基于深度残差网络的麦穗回归计数方法

单位面积的穗数是估算小麦产量的重要指标,针对传统麦穗计数方法效率低、主观性高等问题,将基于深度残差网络的密度回归模型引入麦穗的计数领域,建立原始图片与密度图的对应关系,以密度图像素值总和确定图像中麦穗数量。对ResNet34网络进行改进,提出了ResNet-16模型,实现端对端的麦穗计数。针对ResNet34网络复杂度高的特点,ResNet-16增加了残差块的宽度,减少了ResNet34网络的深度;为了避免真值密度图的精度误差以及梯度下降过快,引入了矫正因子δ和膨胀因子K。结果表明:改进后的ResNet-16模型能够取得更好的预测精度,平均绝对误差为2.50,均方根误差为3.27,相关系数R~2为0.973,计数准确率达到94%,较MCNN计数模型精度提高了6%,可以实现高效、快速的麦穗计数。利用基于深度残差网络的回归计数模型为麦穗计数提供了一种新的计数方式。     

垄膜沟播与秸秆还田对内蒙古黄土高原玉米农田土壤水分、酶活性及产量的影响

为明确全覆膜垄膜沟播种植和秸秆还田措施下玉米农田土壤保水改土效果及增产效应,在内蒙古黄土高原旱作区对比分析了全覆膜垄膜沟播结合秸秆还田（S+M）、秸秆还田（S）、全覆膜垄膜沟播（M）、秸秆不还田不覆膜（CK）4种不同耕作方式下土壤水分、酶活性变化规律及玉米产量形成特性。结果表明：全覆膜垄膜沟播种植和秸秆还田均能提高玉米各生育阶段0—100 cm土层土壤含水量,尤以0—20 cm土层土壤含水量差异最为显著,且全覆膜垄膜沟播种植提升效果优于秸秆还田,两者耦合后土壤含水量表现为最大;垄膜沟播和秸秆还田均可显著提高土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性,且随玉米生育期推移,土壤酶活性呈先增加后降低趋势,在大喇叭口期达到峰值;同时,垄膜沟播和秸秆还田均能提高玉米干物质量和产量,由高到低次序为S+M＞M＞S＞CK,与CK相比,S、M、S+M处理玉米产量分别提高11.84%、37.83%、45.13%,全覆膜垄膜沟播结合秸秆还田明显优于其他处理,可作为内蒙古黄土高原旱作区玉米节水增效增产栽培模式。