采摘机器人定位导航系统设计 —基于机载三维激光成像电力巡线

采摘机器人作为一种典型的农业机器人,一直未得到普及,其主要受限于果实空间分布的不规律性,以及存在视觉定位及采摘方式等技术难题。为此,将机载三维激光成像电力巡线技术引入到采摘机器人的定位导航系统的设计过程中,通过果实的圆形检测和三维重构来确定果实的质心坐标,以提高采摘机器人导航视觉的精度和效率。为了验证方案的可行性,对果实图像采集和处理的准确性进行了测试,结果表明:视觉导航系统可以成功得到标准的圆形图像,通过三维重构后,质心坐标的计算结果和测量结果基本吻合,且对果实的成功识别率较高,从而验证了方案的可靠性。     

不同地下水埋深土壤水分入渗规律研究

【目的】分析农田土水势的分布对作物的生长状况和农田水分循环的影响。【方法】采用观测室内层状长土柱(土柱长L=335 cm)在上边界条件为薄层积水、下边界控制不同地下水埋深时的水分入渗及蒸发过程的试验,分析了不同地下水埋深时土水势与零通量面的变化特征。【结果】入渗率随时间总的变化趋势是减小,入渗率随时间的变化一般经历3个阶段:迅速减小、缓慢减小和稳定阶段;累积入渗量随时间增加,与时间呈幂拟合关系;入渗初始阶段湿润锋运移速率较快,之后随着时间的推移,湿润锋运移速率逐渐减小,至某一时间后趋于稳定。【结论】湿润锋运移距离与时间的平方根呈线性关系     

叶片偏转角对液力变矩器的性能影响规律

建立了液力变矩器三维流道模型并进行流场仿真计算,将计算结果与试验数据进行对比,验证了仿真策略的正确性。基于流场仿真策略分别研究了液力变矩器泵轮、涡轮和导轮叶片偏转角对性能的影响规律。结果表明,各叶轮叶片偏转角对液力性能均有较大影响,导轮叶片偏转角对失速泵轮转矩系数影响最大,且随着偏转角的增大,失速泵轮转矩系数先减小后趋于平缓;涡轮叶片偏转角对失速变矩比和最大效率影响最大,且随着偏转角的增大,失速变矩比和最大效率均趋于减小。研究结果为液力变矩器的改型和性能优化设计提供了理论参考。     

基于船舶模型的横摇转动惯量计算和仿真分析

针对船舶横摇转动惯量进行测量,传统的实验法实验条件复杂且结果误差较大,因此提出2种更适合于计算船舶横摇转动惯量的方法。一是基于UG进行船模三维建模求解转动惯量,操作简单,效率高,由计算机自主完成;二是通过理论计算近似得出船舶模型横摇的转动惯量。总结了2种方法的优缺点,同时对2种方法进行误差分析,得到2种经济高效的计算转动惯量的方法。并将建好的三维模型导入有限元软件,进行船舶横摇仿真分析,研究船舶横摇的运动规律。     

圆柱镂空型人工鱼礁波流水动力特性数值模拟

研究人工鱼礁在波流作用下的水动力特性,对于人工鱼礁的设计具有重要的意义。基于有限体积法,采用边界造波,利用自由表面捕捉法(VOF)捕捉自由水面,建立了可以分别模拟纯波、均匀流以及波流共同作用下人工鱼礁水动力特性的多功能三维数值波流水槽。基于该数值模型对不同波流工况作用下圆柱型镂空人工鱼礁水动力特性进行数值模拟,并与物理模型试验结果进行比较。结果显示,人工鱼礁数值模拟受力与模型试验结果吻合良好,人工鱼礁所受的波流力最大值随着波高、周期和水流流速的增大而增大;人工鱼礁处于波流场波峰正下方时,背涡流的面积随着水流流速的增大而增大,随着波高、周期增大而减小。对单独均匀流作用、单独波浪作用和波流联合作用下人工鱼礁的水动力特性对比研究表明,人工鱼礁所受的最大波流力比最大波浪力、水流力都大,波流联合作用下的流场效应最显著,在礁体的后部形成了较大规模的漩涡结构。     

茶树GGPS基因家族的克隆、生物信息学和表达分析

牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶(Geranylgeranyl diphosphate synthase,GGPS)是萜类合成途径的结构酶,对植物生长发育具有重要意义。本研究通过RACE和RT-PCR方法克隆得到5条潜在的茶树GGPS序列,分别命名为CsGGPS1-4和CsGGPS9,其中CsGGPS9存在3条等位基因,分别是CsGGPS9-1、CsGGPS9-2和CsGGPS9-3,在系统进化树上与其他基因分成两支。蛋白质序列分析表明,茶树GGPS家族成员都具有polyprenyl_synt结构域,不存在信号肽序列。亚细胞定位预测结果显示,CsGGPS1、CsGGPS2和CsGGPS4定位在叶绿体上,CsGGPS3和CsGGPS9定位在线粒体上。通过Swiss Model进行三维建模,结合"three-floor"模型对茶树GGPS家族成员的功能进行预测,预测结果显示,CsGGPS1、CsGGPS2和CsGGPS4是GGPS;CsGGPS3是异源二聚体形式的牻牛儿基焦磷酸合酶的小亚基;CsGGPS9的催化主产物是碳链数大于30的异戊烯基焦磷酸。q RT-PCR分析表明,CsGGPS1整体表达丰度较低,仅在一芽二叶中表达量稍高;CsGGPS2在茶树各个组织中均有表达,在花中表达量最高,且花发育过程中表达量先上升后下降;CsGGPS3在叶和幼根中的表达量高于花,花发育过程中表达平稳;CsGGPS4在茶树各个组织中表达量数值相近,在花发育过程中表达量变化趋势与CsGGPS2相同;CsGGPS9的表达量在成熟叶中显著低于幼嫩叶片。     

极端暴雨条件下黄土丘陵沟壑区土壤蓄水能力和入渗规律

黄土高原退耕还林还草工程实施后,下垫面环境条件的变化可能对流域水文过程、水文通量、水量平衡以及生态系统产生十分重要的影响。研究极端暴雨条件下剖面土壤蓄水能力和入渗规律,对于阐明流域产汇流过程和影响机制具有重要的科学价值。采用土壤墒情仪对陕北"7·26"特大暴雨事件下黄土丘陵沟壑区草地剖面土壤水分进行了实时动态监测,分析了极端暴雨条件下剖面土壤水分的动态变化和蓄水过程,利用Horton入渗模型模拟了剖面土壤水分湿润锋的运动过程,揭示了极端暴雨条件下剖面土壤水分的入渗规律。结果表明:(1)极端暴雨条件下,黄土丘陵沟壑区坡面草地不同深度层次土壤水分与降雨过程的响应不同,具有层次性和明显的滞后效应,其中,0～140 cm是影响该地区土壤水文过程的关键层次;(2)土壤水分再分配结束时,湿润锋最深深度达140 cm,土壤蓄水量达225.99 mm,较降雨前95.37 mm增加了1.37倍;(3)极端暴雨过程中湿润锋的运动随时间呈对数递减关系,其稳渗速率随容重增加而减小,呈指数函数递减;(4)极端降雨过程中该地区坡面草地的产流机制仍以超渗产流为主,对于揭示流域的产汇流机制和完善水文预报模型具有重要的科学意义。     

Alpha-shape算法构建枣树点云三维模型

为了实现枣树智能化修剪作业，该研究提出了基于点云配准的自然光照环境下的果树三维重构方法，并针对传统最近点迭代（Iterative Closest Point，ICP）算法对待配准点云的空间位置要求苛刻的问题，提出了改进的点云配准算法。首先，使用彩色深度（RGB-D）相机采集不同角度下的枣树彩色和深度图像，并通过信息融合实现相应角度下的点云获取。其次，对点云进行背景去除和滤波处理，基于直方图设定分割阈值，提取单株枣树点云，并将放置在树根附近的标靶球作为标记，使用人工标记法进行两站点云初配准。最后，在初配准基础上计算点云的曲面法向量和曲率，由曲率相近的点构成配对点对，使用k维树最近点迭代（k dimensional-tree-Iterative Closest Point，kd-tree-ICP）算法完成精配准，对点云使用Alpha-shape算法面片化，实现表面重构。利用上述方法对多棵枣树进行全局配准并完整重构果树模型。试验结果表明，通过引入初配准，有效提高了点云配准的准确性和稳定性，配准误差均控制在1.0 cm以内，平均配准误差为0.78 cm；重构模型真实感较强，在外观上更加接近真实树，枝干相对误差控制在7%以内。该研究重构模型精度较高，可为枣树智能修剪提供可视化研究基础和技术支持。