基于小麦群体图像的田间麦穗计数及产量预测方法

在田间小麦测产时，需人工获取田间单位面积内的麦穗数和穗粒数，耗时耗力。为了快速测量小麦田间单位面积内的产量，该文利用特定装置以田间麦穗倾斜的方式获取田间麦穗群体图像，通过转换图像颜色空间RGB→HSI，提取饱和度S分量图像，然后把饱和度S分量图像转换成二值图像，再经细窄部位粘连去除算法进行初步分割，再由边界和区域的特征参数判断出粘连的麦穗图像，并利用基于凹点检测匹配连线的方法实现粘连麦穗的分割，进而识别出图像中的麦穗数量；通过计算图像中每个麦穗的面积像素点数并由预测公式得到每个麦穗的籽粒数，进而计算出每幅图像上所有麦穗的预测籽粒数，然后计算出0.25 m2区域内对应的4幅图像上的预测籽粒数；同时根据籽粒千粒质量数据，计算得到该区域内的产量信息。该文在识别3个品种田间麦穗单幅图像中麦穗数量的平均识别精度为91.63%，籽粒数的平均预测精度为90.73%；对3个品种0.25 m2区域的小麦麦穗数量、总籽粒数及产量预测的平均精度为93.83%、93.43%、93.49%。运用该文方法可以实现小麦田间单位面积内的产量信息自动测量。     

南方稻麦轮作系统下小麦根系的三维分形特征

【目的】根构型直接影响作物的水肥吸收,而定量根构型的相关指标多局限于二维分析,缺乏有效的3D分析指标。论文探讨计算分析根构型3D特征的指标与操作方法,用于定量稻麦轮作制不同耕作方式对小麦根构型的影响。【方法】使用自制的根构型数字化仪,测取田间小麦根系的真实空间拓扑数据,获得根系构型的空间坐标。然后运用Matlab编程实现小麦根构型拓扑数据的虚拟重构,令虚拟根系再现实体根系的空间拓扑。结合分形理论与软件的计算分析功能对虚拟根构型进行分形维计算,分别获取3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D平面分形丰度和单株总根长5个特征指标,以此表达小麦根构型在不同年度、不同耕作方式处理下的时空动态。同时建立不同年度及耕作处理下单株总根长动态与根构型3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D平面分形丰度间的相关关系。【结果】研究发现随着作物生长期的变化,不同年份及不同耕作处理下的小麦根构型指标都表现出稳定增长的趋势。不同之处在于2010—2011年度的小麦根构型指标平稳增长,而2011—2012年度的根系生长速率变化较为剧烈。对比两个年度间的小麦根构型指标发现,免耕和旋耕两种耕作方式对小麦根构型的影响效果相反,在2010—2011年度,旋耕处理方式下的根系指标优于免耕处理方式,而在2011—2012年度,免耕处理方式下的根构型指标表现更优。对于作物生长前期(0—98 d)而言,年度变化引起的根构型指标差异显著大于耕作处理引起的差异,在作物生长后期(98—112 d),年度变化和耕作处理方式对小麦根构型指标的影响较为相近。对比小麦根构型的3D分形维指标和平面分形维指标发现,3D分形维明显区别于平面分形维,这表明根系的三维分形是根构型的必要分析指标。在不同的年度与耕作措施下,单株小麦的总根长与3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D分形丰度都满足指数模型,且显著相关,说明年度因素和耕作措施仅是影响模型的常量参数项。【结论】由计算机软硬件结合分形理论构建的田间小麦根构型的可视化和定量化分析手段是实现小麦根构型精确分析的保证,该分析过程真实再现了田间小麦根构型的时空动态。3D分形指标可以准确定量作物根构型真实的时空动态,在进行根系生长策略的选择及根土关系优化时需要考虑到田间作物根系的实际生长条件和耕作制度。     

稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机开沟功耗研究

为了获得较准确的开沟功耗,从而为稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机动力配套、开沟作业参数选择提供依据,对多功能一体机开沟部件作业功耗进行了测试,并建立了开沟作业功耗数学模型。结果表明:刀盘转速为294r.min-1时,平均开沟功耗最低(8.18kW),446r.min-1时平均开沟功耗最高(10.83kW),最高平均功耗约占配套动力的25%。正常作业效率下,开沟功耗为8～12kW;从低耗高效原则出发,刀盘转速宜取294～369r.min-1;不同刀盘转速下,模型用不同修正系数修正后可用来进行开沟功耗估算、整机动力配套或各部件动力分配。     

稻茬麦根系构型可视化与三向分型维研究

提出一种根系可视化分析方法用于定量稻茬田环境的小麦根系构型。使用根系构型数字化仪测试稻茬麦苗期根系构型,将所测数据导入Pro/E平台进行根系构型的3-D重构,然后对可视化根系进行3向平面投影,计算小麦根系在不同平面的分形维数与分形丰度。结果表明,该方法可以真实反映出田间稻茬麦根系构型的动态变化状况,而根系分形维数与分形丰度随时间逐步递增,正视图面的分形维数和分形丰度总大于左视图面。从播后第98天开始,俯视图面的根系构型分形维数与分形丰度出现突增。在3个投影面上稻茬麦根系的分形维数与分形丰度都高度相关,二者与根总长也存在一定的相关关系。     

现代土壤机械耕作研究的综述

总结了国外的现代土壤机械耕作研究的成果,介绍围绕机械耕作为核心的土壤物理学研究进展,并指出今后土壤机械耕作研究所需解决的关键问题。     

正反转旋耕作业的秸秆混埋效果比较

秸秆混埋是增强土壤碳汇的重要技术途经。为分析和比较正、反转旋耕作业的秸秆混埋效果,进行了正、反转旋耕秸秆混埋对比试验。测取旋耕处理后的地貌形态及秸秆在土壤空间中的分布状况,并使用Pro-E造型展示秸秆的空间分布状况。结果表明三维数字化仪配合虚拟造型技术能够直观反映混埋后秸秆在土壤空间的分布状态。2种旋耕处理方式的地表形态及土壤空间内秸秆分布对比分析表明,正转旋耕的秸秆埋覆率及纵向空间分布总体均匀率优于反转旋耕,而反转旋耕的秸秆在沿土壤深度方向的空间分布均匀率、秸秆-土壤混合效果、耕幅内地表平整度等优于正转旋耕。综合分析表明正转旋耕的秸秆混埋质量略有优势,但具体选择混埋模式时还应考虑田间秸秆残留情况。秸秆量较少时反转旋耕较适宜,反之正转旋耕更好。     

犁体结构参数与工作参数优化设计

流变态土壤的特有力学性质决定着流变态土壤环境下的犁具、旋耕刀具等农业机械应与北方旱作条件下的有所不同。为在流变态土壤条件下,优化犁体的结构参数和工作参数,以达到改善其性能和提供一个降低能耗的途径,应用3种犁体,以耕作能耗最小为目标,对犁体的工作参数进行了四因素三水平正交试验,同时应用ANSYS软件进行了相应的数值分析。试验结果表明,耕深对能耗的性能指标影响显著。通过试验结果分析确定最佳优化方案为:耕速0.8 m/s,耕深20 cm,同时验证了模拟的可行性。进而应用数值分析的方法对犁体结构参数推土角、起土角、覆土角和犁体高度进行优化。通过数值分析结果确定犁体推土角为90°、起土角为35°及犁体高度为200 mm时,其耕作比阻优化结果为0.69 N/cm2。     

微型联合收割机气流式清选装置的仿真研究

介绍了谷粒的基本物理特性,分析谷粒在水平气流中的运动轨迹与受力间的关系,设计出箱体式纯气流谷物清选装置,并确定了清选流场的守恒方程。借助Fluent软件,建立了气固多相流的欧拉模型,实现了谷物清选的仿真模拟并获得相关数据,论证了适用于微型联合收割机的气流式清选装置的可能性与可行性。     

冲击作用下粘性土壤破碎体的分形维数与影响因

给出冲击破碎分析的两倍尺度控制约定,研究粘结态土壤破碎体生成的影响因素,建立了土壤破碎体分形维数与落锤质量、冲击行程、土壤含水率、破碎比能之间的关系.结果表明,土壤破碎体的分形维数与落锤质量及冲击行程没有联系,但分形维数与土壤含水率及破碎比能具有明显的相关性.另外,通过比较得知土壤在冲击作用下的破碎体分形维数远远低于植被土样的分形维数.     

树枝粉碎机的研制

介绍了自行研制的适应中国城市废弃树枝处理的树枝粉碎机的结构与工作原理 ,探讨了主要工作部件喂入装置和粉碎装置的设计理论和设计准则。对样机主要性能指标的实验测试结果表明 ,该机能够粉碎直径 2 0 0mm的树枝 ,工作平稳可靠 ,树枝粉碎质量好 ,生产率达到 2 8m3 ·h-1木屑。