基于图像处理的土壤表层含水率在线检测方法研究

土壤表层含水率是影响作物生长的重要因素,在节水灌溉控制系统中对其进行在线检测尤为重要。运用计算机数字图像处理技术,探索一种土壤表层含水率在线检测的新方法。通过土壤表层图像的中值滤波、图像模式转换和“坏区”过滤,提取图像的特征参数——灰度值,并对土壤表层图像的灰度值与其含水率的关系进行了试验研究。理论分析与试验结果表明,土壤含水率的百分比与土壤表层图像的灰度值之间是一种近似线性的函数关系。     

马铃薯播种机分体式滑刀开沟器参数优化与试验

针对马铃薯播种机的铧靴式和圆盘式开沟器存在的种薯株距分布不均、播种效果质量差、回土量小等问题,研制出分体式滑刀马铃薯开沟器,并进行关键参数优化,分析开沟和回土过程中土壤颗粒在开沟器上的运动规律,研究种薯落入垄沟后的运动过程,确定影响土壤覆盖种薯效果的因素。采用旋转正交的试验设计方法,以机具前进速度、开沟器侧面夹角、开沟器长度及开沟深度为试验因素,以种薯的横向偏移系数、株距变异系数和回土量为试验指标,分析实施田间试验结果,优化分体式滑刀开沟器的结构参数与最优运动参数：在前进速度为0.95 m/s、开沟器侧面夹角为60°、开沟器长度为500 mm、开沟深度为115 mm时,株距变异系数为10.8%、种薯的横向偏移系数为3.83 mm、回土量为24.1%,满足马铃薯播种作业的要求。该研究结果可为马铃薯开沟播种装置设计与应用提供参考。     

喷雾干燥鸡血浆蛋白粉工艺优化

为了开发利用鸡血蛋白质资源,该文探讨了鸡血浆蛋白分离及喷雾干燥工艺。首先研究了不同的离心转速和离心时间对鸡血浆蛋白分离效果的影响;使用SD-BASIC喷雾干燥器(英国Labplant公司),研究了喷雾干燥过程热风温度、进料速率对鸡血浆蛋白粉提取率、含水率、粗蛋白质量分数、氮溶解指数、颜色各项指标的影响。结果表明:离心转速和离心时间对血浆蛋白分离效果有显著影响(p<0.05);最佳分离条件为:离心转速3000r/min,离心时间15min。喷雾干燥热风温度、进料速率及两者之间的交互作用对鸡血浆蛋白粉品质均有显著影响(p<0.05);喷雾压力0.3MPa,进料温度为25℃,热风温度150℃、进料速率0.167mL/s时效果最好,此时血浆蛋白粉提取率、含水率、粗蛋白质量分数、氮溶解指数分别为64.289%、4.514%、72.644%、97.295%。研究结果为鸡血浆蛋白粉的工业化生产提供了相关的基础性数据。     

基于景观安全格局的农村居民点用地布局优化

农村居民点用地布局优化不仅是农村土地整治的基础,也是新农村建设和实现美丽乡村的重要路径。该文以江苏省宜兴市为例,根据其经济发达、生态环境优越以及风景名胜众多的特点以及农村居民点用地特征,运用景观安全格局理论和最小累积阻力模型相结合的方法,分别从水土保持、生物多样性保护和风景名胜保护三方面构建单一景观安全格局,进而建立宜兴市农村居民点用地布局综合景观安全格局。通过与宜兴市农村居民点用地的叠加分析,针对不同景观安全水平的农村居民点提出不同的布局优化方向,将宜兴市农村居民点用地划分为优先整治型、限制扩展型、适度建设型、重点发展型4种类型,分析各类型现状特征并提出优化方案。研究结果强调农村居民点用地布局工作中生态环境和景观保护优先的思想,不仅为当地新农村建设提供理论支撑,而且为相关规划制定提供参考。     

基于窗口观测的电控柴油机判缸控制的优化分析

柴油机起动初期控制时序的建立过程(判缸控制)直接决定其起动过程的长短,判缸控制是电控柴油机管理系统中最核心的部分。为了缩短判缸时间,提高控制系统的可靠性,该文根据目标柴油机的发火顺序设计了电控系统的转速信号与相位,采用了2套转速计算装置;基于有限状态机,提出了窗口观测联合判缸方法,并开发了电子控制单元(electronic control unit,ECU)复杂驱动层的联合判缸驱动控制软件。试验结果表明该策略是有效可行的,发动机的起动成功率提升10%,达到100%,正常起动成功的时间由1.5 s缩短到1 s以内,改善了电控柴油机的起动性能。该控制策略的实现完善了电控柴油机的时序控制功能,提高了柴油机的电控水平。     

浙江水稻氮肥优化的决策支持系统ONIR

在大量田间试验的基础上,建立了浙江水稻氮肥优化决策支持系统ONIR(optimazation of nitrogen to irrigated rice).该系统是利用NuDSS(nutrient decision support system)与独创的NSAM(N splitting application model)有机结合而成的.氮肥分次施用模型(NSAM)是根据水稻生长发育规律和养分平衡供应原理建立的,目的是确定各生育期的氮肥施用量,也就是氮肥的分次施用量.系统验证结果表明,模拟值与实测值均落在直观图1∶1线附近,线性回归t 检验平均＞0.05,斜率α在0.847 ～ 1.034 之间,确定系数R2在0.85 ～ 0.99之间,均方差误差为1 ～ 110 kg/hm2,规范均方根为 9% ～ 24%.在浙江水稻区,当目标产量为7.3 t/hm2(晚稻)和8.3 t/hm2(中稻)时,利用ONIR推荐的最佳氮肥用量分别为120 kg/hm2和150 kg/hm2;基肥、分蘖前期、幼穗分化期和抽穗期施肥的分配比例:晚稻为0.4∶0.2∶0.4∶0 或0.4∶0.2∶0.2∶0.2,中稻为0.4∶0.2∶0.4∶0 或者0.4∶0.2∶0.2∶0.2.     

马铃薯生全粉中不饱和脂肪酸微波萃取工艺参数优化及应用

为了优化马铃薯生全粉不饱和脂肪酸的微波萃取工艺,该试验采用软件Design-Expert 8.05分析以及响应面法来优化马铃薯生全粉中不饱和脂肪酸微波萃取工艺,得出马铃薯生全粉中不饱和脂肪酸的萃取模型P=0.000 10.01,R2=0.939 8,并确定马铃薯生全粉中不饱和脂肪酸最佳萃取工艺:萃取温度81℃,萃取时间11 min,萃取溶剂中丙酮占比0.802 5,料液比3.25∶1,各因素对不饱和脂肪酸质量分数影响大小分别为:丙酮占比料液比萃取温度萃取时间,实测不饱和脂肪酸质量分数为1.081 mg/g和拟合方程的预测值1.084 mg/g基本一致。将该优化方案应用于热风干燥温度对马铃薯生全粉中不饱和脂肪酸含量影响的分析中,结果表明:随着干燥温度的升高,亚油酸质量分数显著增加(P0.05),总不饱和脂肪酸质量分数增加(P0.05)。优化试验为热风干燥条件对马铃薯品质影响的研究提供了理论依据。     

基于模态置信度准则的插秧机支撑臂模态分析与结构优化

针对高速插秧机栽插机构动力传输过程中的振动问题,该文以2ZG-6DK插秧机为研究对象,分析了栽插系统动力传输方式及工作原理;利用Solid Works软件对插秧机动力传输系统中关键部件支撑臂进行建模,将模型导入ANSYS Workbench并结合Lanczos Method解算方法求解模态固有频率和振型,在此基础上开展基于MAC(modal assurance criterion)准则优化的模态试验,验证了有限元理论分析的准确性。为使支撑臂固有频率避开外部激振频率,在分析外部频率激振特点的基础上,基于ISIGHT多学科软件平台,采用序列二次规划法对支撑臂结构参数进行优化。研究结果表明:优化后支撑臂侧壁腔体厚度5.7 mm、横梁宽度42.0 mm、臂长497.0 mm,前4阶模态频率分别调整至135.17、204.23、483.14和702.32 Hz,均可避开插秧机汽油发动机激振频率范围86.67~120 Hz。优化后1阶频率下振动幅度衰减最为明显,振动幅值最高下降9.4%,支撑臂低频振动特性得到明显改善。研究结果可为插秧机的振动特性分析与减振设计提供参考。     

考虑风险价值的不确定性水资源优化配置

保障区域农业用水的可持续发展,对水资源进行优化配置至关重要。由于粮食主产区水资源配置过程中存在许多不确定性因素,在追求最小用水成本时,也存在着较大的风险,因此该文以三江平原涵盖的七台河、佳木斯、双鸭山、鹤岗和鸡西5个重要粮食主产区为研究区域,以区间两阶段随机规划模型为基础,引入风险偏好,构建地表水和地下水优化配置模型。结果表明,双鸭山和鸡西的配水过程中地表水缺水量很大,主要开采利用地下水;佳木斯作为粮食生产面积较大的行政区,需要外来水进行补给;七台河和鹤岗的种植面积较小,综合考虑引水成本和粮食收益,引用较少的外来水来降低成本;最后得出不同来水水平下,各种风险偏好下水资源优化配置的最小成本的变化规律,即在低来水水平下,用水成本从344.2×108~355.4×108元增加到411.5×108~430.7×108元;在高来水水平下,总用水成本从422.5×108~435.3×108元降低到351.7×108~365.3×108元;在中来水水平时,总用水成本则呈现出先增加后减少的规律。该模型兼有区间两阶段和风险价值模型的特点,综合衡量成本和风险,可有效节约用水成本,并能增强水资源系统规避风险的能力,并以佳木斯2014年实际用水为例,计算得到相对误差在15%以内,较为真实地反映水资源优化配置过程中的不确定性和风险性,为提高水资源利用效率和区域水资源规划管理提供依据。     

收割机作业速度多目标控制模型的鲁棒优化设计

本文围绕稻麦联合收割机作业速度控制策略问题,以收割机作业质量、作业效率、能效利用率为控制目标,基于模型鲁棒优化理论,建立了基于多目标控制的收割机作业速度控制模型;在分析各控制目标约束条件和满足收获损失率、作业效率和能效系数期望区间的基础上,考虑控制目标对田间作业参数变化的灵敏度,提出一种基于模拟退火算法的控制目标权重因子优化方法。田间试验结果表明,当草谷比变化率为40%,谷物密度变化率为29.9%时,本控制模型可将收获损失率控制在0.42%～0.43%范围内,脱粒滚筒功耗15.12～16.99kW,并能实现收割机复杂工作环境下作业速度的合理控制,进一步验证了控制模型的鲁棒性和可行性。