激光脉冲在橘子表皮打标的效果研究

为满足水果追溯条码清晰、耐久的要求,选取橘子为试验对象,对比纳秒激光和皮秒激光在其表面打印二维码的效果。试验结果表明:与纳秒激光相比,皮秒激光在橘子表皮上打印的线条平直度佳,轮廓清晰,对表皮的损伤更小。     

利用氦氖激光诱变提高枯草芽孢杆菌纤溶酶活力的研究

通过诱变筛选纤溶酶活性高的枯草芽孢杆菌菌株,得到突变株HDBF-N7HN5。使用氦氖激光诱变,设置不同的诱变时间,通过不同的蛋白平板处理,筛选高产突变株并检测纤溶酶活力。实验结果表明,在氦氖激光诱变处理45 min后,最高产突变株纤溶酶活力达到429.89±5.74 IU/mL。突变株经过10次传代培养后,保持稳定的高产纤溶酶特性。纤溶酶粗酶液处理血凝块的绝对溶解率可达到57.74±0.72%,10倍稀释液处理血凝块的绝对溶解率也能达到26.89±0.68%,菌株产生的纤溶酶具有良好的体外溶栓效果。本研究结果既提高了微生物纤溶酶活性,也为该菌株产纤溶酶的产业化提供了依据。     

明轮驱动虾塘自主导航投饵船设计与可靠性试验

基于明轮驱动的虾塘投饵船能够适应养殖池塘复杂的环境、满足全塘抛撒的要求，可靠性是其进行推广的关键。采用滚塑工艺设计了全封闭投饵船体，利用免油脂润滑不锈钢链轮和明轮作为驱动机构，以避免对水体的污染，螺旋输送饵料装置可满足船载投饵过程中重心位置稳定的要求，通过GPS+电子罗盘的方式实现了自主导航定位和姿态控制需求。根据虾塘投饵和控制性能要求，进行投饵船直线运动和转弯运动模型的构建，采用PID航向、航速运动控制算法进行巡航路径控制，池塘测试平均速度为0.72m/s，直行和转弯最大偏航量分别为0.8m和0.5m。40d的养殖塘现场试验结果表明，自主导航投饵船在复杂路径下运行平稳，可满足虾塘饵料投喂要求，同时对强风、大雨等恶劣环境进行了可靠性测试，发现并解决了相关问题。     

海参捕捞装置导航中低成本陀螺仪的降噪研究与试验

针对MEMS陀螺仪输出信号中含有的随机漂移噪声造成海参捕捞装置惯性导航精度明显下降的问题,采用时间序列分析法和Kalman滤波算法,对MEMS陀螺仪随机漂移噪声的削减问题进行研究。以MEMS惯性测量单元的实测数据和三维电子罗盘测量的姿态角为样本,对本研究的低成本陀螺仪的降噪效果进行测试,试验结果表明:1)经过降噪处理后的陀螺仪随机漂移信号的方差比陀螺仪原始采样信号的方差降低1个数量级,显著改善了陀螺仪随机漂移数据的精密度;2)以高精度三维电子罗盘实测的姿态角作为参考基准,将降噪后的陀螺仪随机漂移数据导入捷联惯导姿态更新算法程序,在300s时间内,解算出的俯仰角、横滚角和航向角的均方根误差RMSE全部小于1°;与降噪前相比,相应的俯仰角、横滚角、航向角的RMSE分别降低了170.5、97.6和42.5倍,明显提高了惯性导航精度。     

基于激光雷达的巡检机器人导航系统研究

智能巡检机器人能够高效、可靠地完成巡检任务,降低工作人员的劳动强度,准确、稳定的导航定位是巡检机器人执行巡检任务的基础。本文研究了基于激光雷达的巡检机器人导航系统,可实现机器人在室内外环境下的地图建立、路径规划和导航定位。导航系统由远程监控平台与巡检机器人组成,远程监控平台发布巡检任务、监控机器人状态、查询与存储检测数据,巡检机器人可实现自主导航定位、遍历检测点、执行数据采集等巡检任务,二者通过无线网络实现远程数据交互。融合激光雷达与编码器信息,使用高鲁棒性Gmapping算法建立二维环境地图。根据地图与检测点信息,采用分支界定算法搜索最优巡检路线,以减少巡检时间和能源消耗。使用自适应蒙特卡罗定位(AMCL)算法估计机器人位置和姿态,结合巡检路线,进行导航定位。根据横向偏差与航向偏差,通过经典的PID算法完成机器人驱动控制。机器人搭载可见光相机与红外相机,可对目标进行可见光通道与红外通道的融合图像检测。对巡检机器人进行了室内导航定位试验,试验结果表明,在1 m/s的速度下,位置与航向偏差的平均绝对误差(MAE)分别小于5 cm和1.1°,标准差(SD)分别小于5 cm和1.5°,能够满足巡检导航定位的要求。     

自动导航插秧机路径跟踪系统稳定性模糊控制优化方法

为了提高自动导航插秧机路径跟踪系统的稳定性,提出了一种利用模糊控制调整纯追踪模型前视距离的路径跟踪方法。在考虑自动转向系统一阶惯性环节的情况下,建立插秧机运动学模型,分析了在跟踪直线时纯追踪模型的稳定性条件;基于此稳定性条件,以速度和横向偏差为输入,以前视距离为输出,建立模糊控制模型实时调整纯追踪模型的前视距离;以洋马VP6E型水田插秧机为实验平台对所提出方法进行了实验验证,结果证明,该方法能有效提高路径跟踪系统的稳定性。     

基于自动导航的小麦精准对行深施追肥机设计与试验

针对冬小麦返青期地表追施氮肥使氮素挥发导致肥料利用率低的问题,结合目前在小麦追肥过程中缺少深施氮肥作业装备的现状,进行了基于拖拉机自动导航技术实现精准对行深施氮肥的技术研究,设计了小麦精准对行精量深施追肥机。追肥机采用安装有自动导航系统的拖拉机牵引实现精准对行,以RTK-GNSS接收机测取的作业速度为基准,通过液压系统驱动排肥机构工作,双圆盘开沟器开沟深施,采用PID控制排肥轴转速与车辆行驶速度实现实时匹配,达到精量控制追肥量的目的。田间试验结果表明:设置目标追肥量为200 kg/hm2,车辆行驶速度为5 km/h时,追肥机能完成对行深施追肥作业,机具对行作业误差在±6 cm以内,追肥量偏差小于9%,可满足实际生产需求;对照撒肥机表层撒肥作业,每公顷减施氮肥25 kg左右,小麦每公顷增产486.5 kg左右。     

地基激光雷达提取单木冠层结构因子研究

在传统森林计测中,由于树木冠层的形态各异、结构复杂,往往难以精确获取结构因子。本文以地基激光雷达为工具,通过对单木扫描获取点云数据,基于球极平面投影和Lambert方位角等面积投影法计算冠层孔隙度,运用不规则面投影法和体元法提取树冠的体积和表面积,并对结果进行了对比分析。选取北京林业大学校园内6株立木为研究对象,结果表明,对于冠层孔隙度,球极平面投影的结果均小于Lambert方位角等面积投影,平均误差为0.03;对于体积和表面积,运用不规则面投影法和体元法得到树冠体积相对误差为5.32%~12.43%,平均相对误差为9.29%,提取的树冠表面积的相对误差为1.40%~5.21%,平均相对误差为3.33%。2种方法得到的结果差别不是很显著。因此利用地基激光雷达获取点云数据,通过对单木一次扫描提取冠层孔隙度、树冠体积和表面积,为计算树木的三维绿量、生物量、光合作用能力等提供了更可靠的数据支持。     

联合收获机单神经元PID导航控制器设计与试验

针对联合收获机在田间直线跟踪作业中在维持高割幅率条件下易产生漏割的问题,设计了一种基于单神经元PID(Proportion Integration Differentiation)的联合收获机导航控制器。以轮式联合收获机为平台,通过对原有液压转向机构进行电控液压改装,搭载相关传感器构建了导航硬件系统。开展了常规PID控制和单神经元PID控制的仿真以及实地对比试验,仿真结果表明单神经元PID控制具有超调小和进入稳态快等特点;路面试验表明,当收获机速度为0.7 m/s时,单神经元PID控制最大跟踪偏差为6.10 cm,平均绝对偏差为1.21 cm;田间试验表明,收获机速度为0.7 m/s时,单神经元PID控制田间收获最大跟踪偏差为8.14 cm,平均绝对偏差为3.20 cm。试验表明所设计的联合收获机导航控制器能够满足自动导航收获作业要求,为收获作业自动导航提供了技术参考。     

区域农用GNSS基准站云端管理方法与系统研究

针对区域农用卫星导航定位基准站规模化应用中存在无效冗余、频率干扰和基准不统一问题,提出基于云端管理构架实现区域基准站管理与信息共享的初步解决方案。选择石河子市作为研究区,获得3个企业总计84个固定基准站的备案数据,计算任意2个基准站的站间距ΔD和频率差ΔF形成数据集E。在此基础上,利用GIS空间分析和数值统计方法,分析基准站无效冗余和同近频干扰,开展基准站坐标平差与精度验证,开发基准站管理服务系统原型。研究表明,由于缺乏技术和管理协调,区域农用GNSS基准站无效冗余、频率干扰和频率浪费难以避免,所统计的84个基准站占用了26.7 MHz频带,使用了47个频点,其中30个基准站使用单独频点,站间距40 km以内时多达18对基准站频率相同,29对基准站频率相近(ΔF≤25 k Hz)。石河子东北18个基准站,平均冗余率达263.2%,中心区冗余率更高。固定基准站通过坐标平差可以提高站址精度,有利于发挥基准站冗余的有效性和提高差分信号接入的可靠性,3个验证点的经度坐标差最大为0.011 m,纬度坐标差最大为0.023 m,精度分别达到毫米级和厘米级。管理服务系统原型和手机端APP原型的初步测试表明,系统可以实现基准站备案、建站辅助、基准站查询和频率推荐等功能,可以提高基准站管理效率和减少干扰现象。