面向立木识别的有效K 均值聚类算法研究

针对林区自动对靶施药过程中,当立木生长密集时,获取的点云数据聚类准确率低、效率低的问题,提出优化后的K-均值聚类算法,数据获取方式基于2D激光扫描。针对立木点云信息聚类前需对相关数据进行滤波,提出窗口滤波算法,选取产生混合像素点的树干边缘,提取3次连续扫描的混合像素及其近邻点组成滤波窗口,进行最大阈值滤波,结果显示50次试验中仅有2个混合像素点未被滤除,混合噪声的滤除率高。在K-均值算法优化方面,针对算法需预先确定聚类数和初始聚类中心的不足,提出利用斜率变化确定聚类数的方法,试验对5个不同距离下5组立木分别进行100次测量,结果显示错误测量次数仅为3次,并可在试验前期通过人工方式去除,算法合理有效;对哈夫曼树法确定立木扫描点聚类中心的性能进行了试验分析,3种不同树干分布类型下分别运用随机抽样法和哈夫曼树法进行K-均值聚类,前者平均正确率仅为76.4%,后者则为95.5%;同时分析了Ⅰ型分布下2种算法聚类的迭代次数和耗时,5个不同距离下,随机抽样法的平均迭代次数明显高于哈夫曼树法,平均运行耗时上,哈夫曼树法则高于随机抽样法,前者变化范围为120~220 ms,后者为50~85 ms,该范围为林区测绘的可接受范围。试验证明,基于斜率变化确定聚类数和基于哈夫曼树法确定聚类中心的K-均值算法是林区立木点云聚类的有效算法,可应用于林区的立木检测。     

三维弹性静力问题的无网格局部Petrov-Galerkin法

将二维平面问题的无网格局部Petrov-Galerkin法拓展到三维的相应理论中，编制了该法相应的三维Fortran程序.分析了均匀受拉立方体和悬臂梁两个经典算例，将所得结果与有限元法和解析解对比.结果表明了无网格局部Petrov-Galerkin法在解决三维弹性静力问题时的可行性和有效性，相对于有限元方法在位移解和应力解上也具有更好的精度.     

基于遗传变邻域搜索算法的农机跨区调度优化研究

智慧农业的快速发展促使多区域互联农机的调度追求更高的实时性，为更合理配置农机资源，农机跨区作业已成为完成“三夏”机收任务的主要服务模式。基于小麦收获机跨区作业真实场景，研究了带时间窗的多库、多机型的农机跨区调度问题，同时考虑经济成本和环境成本，建立以最小调度成本为目标的跨区调度模型。根据问题特征，设计遗传变邻域搜索算法(Genetic algorithm variable neighborhood search, GAVNS),该方法通过交叉、随机扰动、自适应邻域选择等操作，使解的搜索更加高效和灵活。对我国黄淮海平原72个小麦生产区县的作业需求进行计算与分析：不同算法相比，本文设计的算法得到最优解的迭代次数更低、收敛速度更快，求得的目标函数值较遗传算法、变邻域搜索算法分别降低16.41%、11.15%;对比不同调度模式，开放路径模式更有利于提升跨区调度服务效率，较闭合路径模式，调度成本降低17.76%。     

基于三次拉格朗日曲线拟合轨迹的斜置式扎穴机构研究

为更好地满足斜置式扎穴机构喷肥针的入出土轨迹姿态以及不损伤作物的农艺要求,提出基于三次拉格朗日曲线拟合扎穴轨迹的逆向设计参数优化方法,为得到理想的"杏胡形"扎穴轨迹,通过改变相对轨迹上若干型值点的坐标,控制喷肥针入出土姿态并建立喷肥针的运动学模型,采用Matlab GUI开发平台,编写了斜置式非规则齿轮行星轮系扎穴机构的逆向设计与运动学分析仿真软件,最终得到非规则齿轮行星轮系的节曲线、喷肥针的入出土角及喷肥针尖的速度随行星架转角的变化曲线。通过高速摄影试验,观察和分析了在扎穴机构不同斜置角度下喷肥针尖相对运动轨迹的变化规律。试验结果表明,随着机构斜置角度的增大,喷肥针轨迹横向尺寸不变,纵向尺寸减小,扎穴轨迹段曲线逐渐向里收缩。在保证喷肥针扎入土壤一定深度情况下,喷肥针入出土角逐渐增大,随着机构斜置角度的增大,喷肥针轨迹的穴口宽度逐渐增大。     

基于修正的Snake模型与特征对象法的多运动目标分割

在分析常规的运动目标分割算法的基础上，以计算简单、速度快、能精确提取运动目标为原则，提出了基于特征对象的运动目标分割算法，并将该法与修正的Snake模型结合进行了运动目标外廓的精确提取.分析和实验表明：该算法需要调整的参数少，计算简单，速度快，抗干扰能力强，可以有效地消除多帧间运动目标的遮挡，在多运动目标不重叠的情况下，能精确定位多运动目标的外轮廓.     

移动降雨条件下坡面产流产沙过程试验研究

通过对降雨移动方向上不同雨强和降雨历时的研究,揭示移动降雨坡面产流产沙关系及其变化规律,采用2个降雨移动方向(沿径流向上和向下移动)、2个雨强(1.35,2.75mm/min)和2个降雨历时(60,120min)在室内进行模拟移动降雨试验,分析不同降雨移动方向、不同雨强和降雨历时坡面产流产沙特征。结果表明:(1)向上移动降雨,相同历时(相同雨强)条件下,大雨强(长降雨历时)初始产流时间为140s(240s),比小雨强(短降雨历时)提前165s(65s)。(2)向下移动降雨,雨强越大,降雨历时越短,产流产沙曲线越陡峭;产流量和产沙量达到峰值的时间一致。(3)与向上移动降雨相比,向下移动降雨初始产流平均时间、产流和产沙达到峰值的平均时间分别滞后了2 210,2 468,2 948s;产流总量和产沙总量分别减少了13.08%~74.90%和42.95%~84.24%,但产流和产沙峰值大小没有明显变化规律。(4)不同降雨移动方向,坡面累计产沙量和累计产流量之间的函数表达式不同。     

基于改进A*与DWA算法融合的温室机器人路径规划

根据温室环境下移动机器人作业的实时路径规划要求,提出一种基于改进A*算法与动态窗口法相结合的温室机器人路径规划算法.针对传统A*算法搜索算法拐点过多的问题,对关键点选取策略进行改进,融合动态窗口法,构建全局最优路径评价函数,采用超声传感器进行局部避障,实现实时最优的路径规划.仿真实验结果证明,与传统A*、Dijkstr...     

基于模糊隶属度的多站点多机协同即时响应调度系统

为了实现多农机站联合调配完成农户的实时作业订单，该研究针对农田与农机的匹配与调度需求问题，综合考虑农户满意度、多农机站协同、订单数量、农田面积和位置坐标等因素，建立带有模糊时间窗并以调度总时长最小和调度农机数量最少为目标的多农机站即时响应调度数学模型。并设计了基于保留优秀父代基因的改进遗传算法的农机调度系统，完成多农机站响应多农田的同时作业需求的任务，在最短时间里即时调配农机按照最短路径至各农田完成作业要求。以武汉周边某地区的3个农机站和35个农田作业订单为例，验证所提出的模型和智能优化算法，并进行可视化界面展示。试验表明，当模糊隶属度为0.8时，调度总路程减少率为9.89%，农机数量降低率为15.38%；针对该地区各农机站农机数量的实际情况，在不影响农户满意度的前提下，单个农机站接受实时订单数量以不超过20为最佳。该研究实现了多农机站对多农田精准调度作业，有助于科学合理调度农机，提高农机作业效率，节约成本投入。     

哈密绿洲生态环境质量空间格局变化

通过2000、2008、2018年3期的Landsat数据,利用遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI)确定哈密绿洲生态环境质量等级,运用3D趋势面探究生态环境质量各等级空间变化规律,利用移动窗口法分析绿洲生态环境质量的空间内部异质性及生态质量格局变化.结果表明:1)2000-2018年,哈密绿洲RSEI均值从0.223上升到0.396,生态环境质量总体转好,但水平较低.2)2000年生态环境质量中等、较好和优的分布较集中,均在东南-西北走向的轴线上;2008年生态环境质量极差与差等级区域明显减少,中等级、良等级和优等级区域增加范围较大,哈密绿洲整体扩展迅速;2018年生态环境质量中等、较好和优的范围相互交错,混合分布,且分布范围较大,生态质量不够稳定.3)生态环境质量变好的区域集中在绿洲的内部,且从内部到外部呈环状嵌套分布.2018年及2008年从内部到外部表现为:低值区-高值区-低值区-高值区;2000年与之相反.     

A novel odor stimulation system in freely moving,behaving animals

Precise and reliable presentation of odorants to animals is crucial for olfactory studies. Although odor stimulation systems in anesthetized or awake, head-fixed animals are well established, temporally precise odor presentation in awake, freely moving animals remains a challenge. Here, we describe a new odor stimulation system which presents odors directly to the nostrils of freely moving mice. The system comprises 3 modules: an odor-delivery module, an odor-generation module, and a control module. The new system is precise and temporally reliable, and odor stimulation can be triggered by specific sniffing phases or other events. Moreover, the system can be combined with neural recordings, such as electrophysiology, and olfactory behavioral tests to investigate how neurons in the brain represent odor information during individual olfactory behaviors. This innovative odor stimulation system may replace traditional stimulation systems: It will enable precise odor presentation in a wide range of olfactory studies in freely moving animals.