机器学习及其在农业中应用研究的展望

机器学习是一种面向机器的数据分析方法,自动化机器学习的研究促进了人工智能的发展。大数据的快速积累,促进了机器学习算法的井喷式发展。如何选择合适的机器学习算法解决行业问题,成为了当前应用的难点。笔者整理了机器学习新材料,对各种机器算法的特点和算法之间的差异,进行了仔细的梳理,总结了各种算法的需求背景和优缺点,以及主要的应用场合。在此基础上,分析了机器学习在农业应用的案例,综述了机器学习在农业应用,指出了目前存在的发展瓶颈,并提出了进一步研究应用的建议。     

有机基质臭氧消毒设备设计与试验

为实现有机基质的绿色、高效消毒,设计了有机基质臭氧消毒设备。基于离散元软件EDEM建立了有机基质颗粒模型,根据有机质物料输送及抛撒动力学特性与臭氧消毒工艺流程,利用Solid Works软件构建了有机基质臭氧消毒设备结构模型,并对两种模型进行接触参数标定。以有机基质倾尽角为评价指标,以抄板弯折角、转筒转速、填充率为试验因素,进行了三因素五水平正交旋转组合仿真试验。根据仿真结果,利用Design-Expert软件回归分析法建立倾尽角回归数学模型,对有机基质臭氧消毒设备模型中的抄板弯折角、转筒转速、填充率进行了参数优化与试验验证。结果表明,在各因素取值范围内,抄板弯折角对有机基质倾尽角影响极显著,转筒转速对倾尽角影响显著,填充率对倾尽角影响不显著;有机基质臭氧消毒装置最优作业参数组合为:抄板弯折角124.23°、转筒转速6.29 r/min,此时物料倾尽角仿真值为89.3°。臭氧消毒灭菌性能试验验证结果为:臭氧初始质量浓度64.2 mg/m~3,消毒60 min后,细菌灭菌率88.9%,真菌灭菌率97.9%,能够满足有机基质消毒生产要求。     

基于FSEC赛车电池箱的结构设计与强度分析

以中国大学生电动方程式赛车的电池箱体研究为背景,对电池箱的结构设计和强度分析方面进行了研究论证,提出了电池箱设计的总体思路,使电池箱的结构设计紧凑合理,工作安全可靠,符合赛事规则。这对纯电动乘用车在电池箱的结构设计方面也具有参考和借鉴的价值。     

无源蓄冷控温运输箱设计与试验

针对蓄冷运输箱信息化程度低、控温时间短、控温困难等问题,设计了一款集控温、远程监控、定位、故障诊断等功能于一体的蓄冷运输箱。以脐橙为试验对象,结合能耗模型,对蓄冷控温箱控温性能进行了研究。结果表明,箱内各截面温度不均匀系数分别为0.38、0.47、0.78,温度极差最大值为2.8℃,均匀性较好;当蓄冷剂用量为180 kg,预冷脐橙660 kg,在外部环境平均温度26.39℃的条件下,总控温时长为122 h,风机共执行控温21次,且随着蓄冷量减少,风机开启控温所用时间呈指数上升趋势,决定系数不小于0.928 0;结合能耗模型分析得出,该箱体在广州夏季高温环境下可控温5 d以上,能够满足远距离运输要求。     

基于多指标评价和分形维数的坡耕地优先流定量分析

以重庆紫色砂岩区坡耕地田间染色示踪试验为基础,采用形态学和统计学方法,对3种坡耕地土壤剖面染色图像进行指标提取,运用多指标评价法确定了优先流指数PFI,并结合几何学中的分形理论,定量评价了土壤优先流的发育程度。结果表明:6个优先流特征指标(优先流区染色面积比、基质入渗深度、优先流分数、长度指数、峰值指数和变异系数)均表现出南瓜地和柑橘地的优先流程度高于玉米地;优先流指数PFI由大到小为南瓜地(0.88)、柑橘地(0.77)、玉米地(0);通过Fractal Fox 2.0软件计算得到的优先流湿润峰迹线分形维数由大到小为南瓜地、柑橘地、玉米地。与土壤优先流指数PFI进行比较,所得结果基本一致,说明利用分形维数来评价土壤优先流发育程度是准确可行的。     

筒状固定床花生通风干燥性能指标模拟与分析

为了解筒状固定床花生干燥机理、作业性能,确定合理的结构和通风参数,根据干燥过程花生荚果和介质空气间的热质传递关系,以PDE模型为理论基础,建立了适用于筒状固定床花生通风干燥计算机模拟的离散模型,该模型可计算花生干燥实时状态及批次干燥耗时、不均匀度、生产率、单位质量能耗等干燥指标。经试验验证,模型模拟结果与试验结果基本相符,料层花生平均含水率和温度模拟值和试验值的相关系数r>0.975,模型模拟可用于筒状床花生干燥过程分析。在此基础上,分析了单位面积通风量、筒状固定床外径、内径变化对上述指标的影响。结果表明:受介质空气温度降低和相对湿度增加影响,内层物料干燥起始时间和干燥速率存在一定的滞后性,但单位面积通风量沿通风方向逐渐增大的特性对内层物料的干燥滞后有较好改善;随着单位面积通风量增加,干燥不均匀度明显降低,生产率亦有显著提高,但单位质量能耗增幅较大;筒状床外径增加或内径减小都可增加生产率,降低单位质量干燥能耗,但干燥不均匀问题很难解决。为进一步确定最优的结构和通风参数,采用均匀设计模拟试验和综合加权评分法,得出筒状固定床外径2.75 m,内径0.935 m,外进风面单位面积通风量0.36 m^3/(m^2·s)时干燥效果最优,此时干燥时耗39.2 h、生产率86.55 kg/h、单位质量能耗5.87×10~6 J/kg、干燥不均匀度1.54%。该研究可为筒状固定床干燥设备设计优化提供技术支撑。     

拖拉机变速箱箱体快速设计方法与软件开发

针对目前拖拉机变速箱箱体产品开发周期长、设计与制造成本高的问题，该研究提出了一种基于知识的拖拉机变速箱箱体快速设计方法。首先，研究并建立箱体设计知识库、推理机制及参数化模型；然后，运用Visual Studio 2015的MFC编写快速设计系统的人机交互界面，联合SQL Server2012、Creo4.0完成快速设计系统与知识库、模型库的连接，建立拖拉机动力换挡变速箱箱体快速设计系统，并进行实例验证；最后，运用ANSYS workbench18.1对系统输出模型进行有限元仿真分析，箱体最大等效应力为206.19 MPa，最大变形为0.450 mm，最大间隙变化量为0.007 8 mm，最大错移量为0.026 mm，一阶固有频率为369.48 Hz，与ZF公司相同传动方案产品相比，箱体质量减少了28.8 kg。结果表明：该系统能高效、快速地完成拖拉机变速箱箱体开发，系统设计的拖拉机变速箱箱体具有良好的强度、刚度、密封性与动态特性，产品质量更轻，这对于缩短产品开发周期、降低设计与制造成本具有重要意义。     

整地筑埂两用机传动系统的设计

为了提高水稻种植机械化的程度,针对其生产过程中的整地筑埂作业工序,设计了一种稻田生产用整地筑埂两用机的传动系统,该传动系统主要由变速箱、传动轴、链传动系统、两个旋耕集土器半轴、离合器、轴承等关键部件组成;采用轮式拖拉机为动力,实现了一次进地,可同时完成整地和筑埂两种作业。田间试验表明,该传动系统设计合理、性能稳定、技术先进,为水稻生产过程全程机械化提供了技术支持。