基于遗传算法和阈值滤噪的玉米根茬行图像分割

作物行的识别是农业机械视觉导航系统的一项重要研究内容,针对华北一年两熟区玉米利用联合收获机留茬收获后,农田原始图像中背景目标多(行间秸秆、裸露地表等),且背景目标与玉米根茬颜色接近,难以实现玉米根茬行准确快速分割的问题,该文采用RGB颜色空间,以根茬顶端切口为目标,提出了一种基于遗传算法和阈值滤噪的玉米根茬行图像分割方法。首先,为了降低图像分割难度,选取图像中间位置包含一条完整玉米根茬行的矩形区域作为感兴趣区域(region of interest,ROI);然后,利用经过遗传算法优化得到的灰度化算子对ROI进行灰度化,采用单阈值法分割ROI;最后,通过形态学腐蚀处理去除孤立点、毛刺等误分割情况,同时利用基于连通域面积阈值和偏距阈值的滤噪方法滤除根茬行两侧噪声,实现玉米根茬行的有效分割。为评价该分割方法,利用从农业部河北北部耕地保育农业科学观测实验站采集到的200幅玉米根茬行图像进行试验。结果表明:该方法能够较好的适应晴天光照条件变化,从含有裸露地表、玉米行间秸秆等复杂背景下,准确快速地分割出玉米根茬行,平均相对目标面积误差率为24.68%,处理一幅1280像素×1 024像素的彩色图像平均耗时为0.16 s,具有较好的鲁棒性、实时性和准确性。研究结果验证了基于遗传算法和阈值滤噪方法实现玉米利用联合收获机留茬收获后根茬行图像分割的可行性,并为玉米根茬行直线检测提供良好的基础。     

篱架式栽培葡萄双边作业株间自动避障除草机设计与试验

针对现有篱架式栽培葡萄园中株间除草机作业效率不高、葡萄藤周围未除草区域较大等问题,该文设计了一种双边作业的株间自动避障除草机。通过对除草单体各部件进行理论分析,确定了行宽调节机构、信号采集机构、自动避障机构和除草刀盘等关键部件的结构及参数,其中避障液压缸行程为150 mm,除草刀盘半径为150 mm。在ADAMS中建立了除草机虚拟样机模型,进行单因素仿真试验,确定了避障液压缸速度、前进速度和控制系统预设的当触杆转动达到一定角度触发自动避障机构工作的阈值(简称"角度阈值")为主要影响因素。以仿真得到的3个主要影响因素为试验因素,以除草作业覆盖率为评价指标,设计了二次回归组合试验,建立了除草作业覆盖率的回归模型,得到最优参数分别为:避障液压缸速度160 mm/s,前进速度380 mm/s,角度阈值15.12?。在最优参数下进行了田间验证试验,得到平均除草作业覆盖率约为90.02%。采取双边同时作业方式,作业效率比单边作业方式提高约1倍。该研究为可用于篱架式栽培葡萄及其他作物株间除草机的进一步优化提供参考。     

耦合CFD-DEM的气力式种肥穴施装置投肥路径分析与试验

穴施肥装置气力投肥过程要求气流将肥团从肥腔中全部清出并尽量减小肥料在土壤中的分布长度,为明确不同投肥路径下投肥机构内流场分布及其对肥团运动的影响,该文运用CFD-DEM耦合方法,根据出肥管与肥盘接触面的不同,对比分析了不同入口风速（4、6和8 m/s）下侧投肥和底投肥2种投肥路径下机构内流场和颗粒的运动特性,结果表明：当肥腔与进气端面接触面积较小时,肥腔内气流流速和颗粒扰动过大,出现颗粒“倒流”现象;随接触面积增大,肥腔内气流流速和颗粒扰动逐渐减小,投肥趋于稳定;当入口风速较小时,2种投肥路径投肥性能均相对较差;随入口风速增大,两者清肥率和肥料成团性能均明显提高,当入口风速达到8 m/s时,底投肥方式清肥性能优于侧投肥方式,而肥料成穴性能却低于后者。室内台架试验表明其投肥性能指标的变化规律与仿真试验相吻合,且入口风速达到8 m/s时,侧投肥方式的清肥率和肥料分布长度分别为85.5%和9.9 cm,底投肥方式分别为87.1%和11.4 cm。仿真和台架试验结果为后续投肥路径的设计和优化提供了理论依据。     

华北玉米秸秆覆盖对砂土、壤土水土保持效应的影响

通过野外径流场模拟降雨试验,研究玉米秸秆覆盖对砂土和壤土产流产沙过程的影响,探索不同土壤质地下水土保持的临界秸秆覆盖条件。处理分为2种土壤质地类型和5个水平的秸秆覆盖度:0、10%、20%、30%和40%。结果表明:壤土抗侵蚀能力优于砂土,但透水性弱于砂土;不同土壤质地条件下秸秆覆盖效益存在差异,相同的秸秆覆盖时,砂土条件下的土壤侵蚀防治效果优于壤土;2种土壤质地条件秸秆覆盖度30%时可显著提高土壤入渗总量(25.7%~33.9%),减少产沙总量(22.2%~46.4%),对水土流失具有良好的防治效果。考虑到过大的秸秆覆盖度(大于80%)会造成播种机堵塞,在华北保护性耕作研究实践中,建议砂土和壤土质地下的农田地表保持1 600~3 000 kg/hm2(30%~60%)的玉米秸秆覆盖,以达到较好的水土保持效果和播种质量。     

固定道小麦免少耕播种机设计与试验

为了减少农机作业对农田土壤的压实,改善作物生长环境,加强农机与农艺融合,该文结合固定道和保护性耕作技术要求,开发了固定道小麦免少耕播种机,设计了一种楔刀型开沟器与“Y”型、“L”型刀具相结合的防堵开沟装置,并确定了“Y”型、“L”型刀具等关键部件的参数,田间对比试验表明,所设计的固定道小麦免少耕播种机通过性能良好,各项指标满足免耕播种机设计要求。固定道模式下机具各项性能指标均略优于非固定道,种、肥深度合格率均达到84%以上,且一致性好,种肥间距加大5 mm,合格率达到85.2%,有效减少了烧种现象。固定道免少耕作业实施2年后,与非固定道作业模式相比,作业油耗降低22.01%,节油效果显著。因此,固定道免少耕播种技术能够提高播种质量,降低作业功耗。另外,随着中国土地流转政策地推进,研究成果将对土地规模化种植、高效化管理具有一定指导意义。     

轮胎压实对机具作业能耗的影响

针对华北平原小麦、玉米一年两熟区固定道保护性耕作,进行了节能效应的研究,对比分析了固定道与非固定道下机具田间作业的能耗。 深松作业时,固定道保护性耕作比非固定道保护性耕作油耗降低23.7%, 其中纯行走油耗降低23.8%,纯作业油耗降低36.3%。夏玉米和冬小麦播种作业时,固定道保护性耕作分别比非固定道保护性耕作油耗减少23.9%和26.0%。两年试验期,相对于非固定道保护性耕作,固定道保护性耕作平均减少总作业燃油消耗27.09 L/hm2,节油率为28.6%。研究结果表明,固定道保护性耕作通过区分机具行走道和作物生长带,改善机具行走性能,减少机具对作物生长带的压实,明显降低了机具田间作业的能耗,具有明显的节能优势。     

对辊挤压式砂姜黑土整地机设计与试验

针对砂姜黑土区土壤易形成坚硬土块,传统翻耕、旋耕作业后地表大土块过多,严重影响小麦播种质量的问题,设计了一种对辊挤压式砂姜黑土整地机,可一次性完成土块捡拾、筛分输送、破碎还田和平地镇压等作业.对整机关键部件进行了设计与分析,确定了入土铲刀、筛分输送装置和破碎装置等部件结构与工作参数,同时分析了土壤在筛分输送装置上的受力...     

浅析提高造林成活率及造林质量的技术分析

随着国家综合国力不断增强,科技水平不断发展,环境却遭到了严重破坏,为了保证经济发展,让人民得到更好的生活经济保障,保护好环境,增强造林成活率以及造林质量是关键。如今我国大力发展林业,利用人工手段实现造林,但是气候的不断变化、环境的改变等不稳定因素让苗木存活率低下,从而导致林业经济迅速下滑,我们需要在提高造林成活率及造林质量的技术上做出改变,针对这两个重点问题进行分析,为我国未来林业发展提供经验。     

基于PID算法的高频间歇供肥系统设计与试验

在液态肥寻种对靶点施系统中，液态肥需满足在高频间歇喷施时压力波动较小且在间歇喷射频率发生变化时仍能保证压力稳定的要求，为此设计了基于PID算法的高频间歇供肥系统。设计了供肥系统硬件电路和软件程序，对管路压力进行采集与控制，并设计了可方便设置作业参数和显示实时作业状况的人机交互界面。采用临界比例度法对PID算法进行参数整定，经实际试验调整后确定PID算法的比例系数、积分系数和微分系数分别为4、0.079和0.012，对采用和不采用PID算法的供肥系统压力变化情况进行了对比试验，结果表明，采用PID算法的供肥系统压力更加稳定。为评价基于PID算法的供肥系统在不同作业速度和压力设定值下的压力稳定性能，选取管路压力的最大误差、平均误差和标准差为试验指标，进行了台架试验。结果表明，供肥系统压力的最大误差、平均误差和标准差分别不大于6.49%、1.54%和0.40MPa，满足液态肥寻种对靶点施系统对于管路压力稳定性的要求。     

螺旋切分式种带清理装置设计与试验

针对东北地区免耕播种时易出现秸秆堵塞等问题，本研究设计一种螺旋切分式种带清理装置。通过理论分析，确定了清茬刀的排布方式和清茬刀刃口曲线参数，并得到影响种带清理效果的主要因素：拖拉机前进速度、螺旋切分式种带清理装置转速和螺距。在离散元软件EDEM中建立螺旋切分式种带清理装置仿真模型，以种带清秸率为试验指标，以前进速度、转速和螺距为试验因素，进行了二次回归组合仿真试验，建立了种带清秸率的回归模型，结果表明，前进速度、转速和螺距对种带清秸率影响极显著(P<0.01)，其中转速影响最为显著。利用Design-Expert软件对影响因素进行优化求解，得到最优参数组合为：前进速度2m/s、转速400r/min、螺距570mm，最佳组合下种带清秸率为92.55%。在最优参数下进行了田间验证试验，试验种带清洁率比仿真减少了约2.89个百分点，基本满足玉米免耕播种的要求。该研究为东北地区免耕播种机秸秆清理与防堵装置的研究提供了参考。