油菜播种质量监测系统设计与试验

目的 为了获取油菜播种质量信息,并实现信息的显示、远程传输与云存储,提出了一套油菜播种质量监测系统。方法 该监测系统由油菜籽传感检测装置、播种监测终端、播种质量信息云存储平台组成。采用多种形式小粒径种子传感检测装置实现对播种质量信息的实时获取,基于射频通信模块实现与播种监测终端的数据交互;监测终端完成信息显示,并通过北斗定位单元对播种质量信息位置进行精确定位;通过无线传输模块,实现油菜播种质量信息数据的远程传输和云存储。搭建油菜播种质量监测系统试验台,通过田间试验验证系统的稳定性和可靠性。结果 设计的油菜播种质量监测系统能通过内嵌的北斗定位单元获取播种机经、纬度信息,同时可利用4G无线传输模块将播种质量信息及定位信息传输至云存储平台。台架试验结果表明,当排种器落种频率为16.5~26.2 Hz时,检测准确率不低于97.1%,采集的油菜播种质量信息均能够传输至播种监测终端并进行显示;播种质量信息均准确上传至云存储平台数据库,传输时长不超过2 s,且与终端显示数据一致。田间试验验证结果表明,排种频率为17.4~25.5 Hz时,检测准确率不低于96.6%,且系统运行正常。结论 该系统为油菜播种过程智能化提升、播种状态图生成及产量预测提供了技术支撑。     

自动调节深度式果园双行开沟施肥机设计与试验

针对国内果园开沟施肥机施肥效率低、一致性差和有机肥与化肥混施难的问题,设计了一种开沟深度可自动调节的果园双行开沟施肥机。该机采用双行开沟施肥的工作方式,可一次完成果园开沟、有机肥与化肥混施、覆土一体化作业。通过理论分析对开沟装置、排肥装置和开沟深度自动调节装置等关键部件进行设计,搭建基于STM32F103的控制系统,实现开沟深度的自动调节。性能试验表明,各工作部件运行稳定,开沟深度一致性较好,开沟深度稳定性系数大于等于94.76%;田间试验表明,各种肥料颗粒混合均匀,有机肥分布稳定性系数大于等于91.44%,化肥分布稳定性系数大于等于92.09%,混合肥分布稳定性系数大于等于93.70%,性能指标满足果园生产要求。     

果园基肥施肥装备研究现状与发展分析

我国果树栽培面积和果品产量均居世界第一，果树施肥是果园生产管理的关键作业环节，施肥质量直接决定果树产量及果品品质。果园主要施肥方式有深施基肥、土壤追肥、叶面喷肥、树干涂肥等。其中，基肥的肥料施用量占全年施肥总量的70%以上，是影响果树产量及品质最重要的阶段。基肥施肥机械化是果园生产管理机械化水平的重要体现。本文综合分析了果园基肥施肥机械化农艺要求及发展概况，重点阐述了我国和国外发达国家基肥施肥装备的典型机具及其技术参数和特点，并结合我国基本农情和果园生产的实际情况，归纳总结了我国果园基肥施肥机械化发展亟待解决的主要问题，展望了基肥施肥装备的发展趋势，为我国果园基肥施肥装备的进一步发展提供参考。     

基于组合色彩特征的苹果树叶片各生长期氮含量预测

为精准预测开花期、幼果期和果实膨大期苹果树叶片的氮含量,提出一种基于组合色彩特征的苹果树叶片氮含量预测模型。首先,获取苹果树叶片图像并提取R、G、B单色分量及14种色彩组合参数共计17种色彩特征,通过主成分分析提取不同时期苹果树叶片氮含量关键影响因子,消除原始变量之间的相关性,降低模型输入向量维度;其次,对建立的PCA-SVM、PCA-BP、PCA-ELM预测模型在不同时期对苹果树叶片氮含量预测效果与精度进行对比,得到不同时期最佳的预测模型;最后,利用最佳预测模型对不同时期苹果树叶片氮含量进行预测,并通过自适应遗传算法对最佳预测模型参数进行优化。试验结果表明：在不同生长时期,PCA-SVM模型的预测精度均高于PCA-BP、PCA-ELM模型;优化后PCA-SVM预测模型在开花期、幼果期和果实膨大期的平均绝对误差分别为0.640、0.558、0.544g/kg,平均绝对百分误差分别为0.057、0.050、0.064g/kg,均方根误差分别为0.800、0.747、0.737g/kg,优于优化前预测模型。该模型具有良好的预测性能和泛化能力,可以为果园精准施肥管理、提升果品品质、避免资源浪费和环境污染提供理论依据。     

微藻固碳与生物能源技术发展分析

微藻固碳与生物能源技术因兼具二氧化碳（CO2）减排、可再生能源生产、环境治理及粮食补给的独特优势,日益受到各国政府和业内学者的高度关注。笔者阐述了微藻固碳与生物能源技术的研发历程与发展趋势,分析了该产业的进步对各国摆脱发展窘境和中国加快特色经济建设的促进作用,回顾了我国在该领域的研发部署及成就,并对＂十二五＂期间我国在微藻固碳与生物能源领域的技术发展方向进行了展望。     

果园开沟施肥机机架优化设计与试验

为提高果园开沟施肥机的动态作业性能，避免共振的发生，同时保证作业时开沟一致性及施肥稳定性，对其机架进行多目标优化设计。首先，建立果园开沟施肥机机架的参数化模型及有限元模型。其次，通过模态分析，得出机架的固有频率及振型，研究其对整机动态性能的影响，将一阶模态频率设定为目标函数。通过机架灵敏度分析，得到各杆件厚度对一阶模态频率的灵敏度，将灵敏度杆件的厚度设定为设计变量，将其厚度变化范围设定为约束条件。根据现代农机结构轻量化设计的要求，将机架的质量也作为目标函数。以目标函数、设计变量、约束条件为基础，构建机架多目标优化的数学模型。然后，基于Hammersley抽样方法，按约束条件选取42组试验样本进行试验设计，并计算其对应的目标值。根据试验设计结果，选用移动最小二乘法并拟合出对应响应面。其中，一阶模态频率响应面模型的决定系数R2=0.9974，质量响应面模型的决定系数R2=0.9999，均大于拟合模型要求的精度0.9，拟合精度较高，满足设计要求。最后，基于响应面以及多目标遗传算法对果园开沟施肥机机架进行结构优化设计。优化结果表明：优化后的果园开沟施肥机机架一阶模态频率由原来的35.39Hz提高到38.31Hz，提高了8.25%，且远离拖拉机的输入频率35Hz；优化后质量为389kg，满足在提升一阶模态频率下，质量最小的要求。优化后果园开沟施肥机作业的开沟一致性系数和施肥稳定性系数比优化前分别提高3.72%、3.57%，提升效果明显，满足果园开沟施肥生产要求。     

薄面光折射式小麦种子流多通道并行检测装置设计与试验

针对小麦高速播种作业过程中高频排种种子流精准检测困难的问题，该研究设计了一套薄面光折射式小麦种子流多通道并行检测装置。基于将高通量变为低通量多通道并行同步检测的思路，设计了种子流分流结构。根据小麦种子物理特性，在已有传感原理的基础上，提出了一种"LED灯珠+窄缝"产生薄面光层，结合凸透镜折射原理扩大有效检测面积的方法，通过光路分析和窄缝尺寸分析确定了凸透镜焦距、薄面LED窄缝尺寸及传感元器件关键参数。利用多通道并行检测传感原理，设计了多路信号同步采集系统。为提升检测准确率，建立检测准确率-排种频率之间的关系，通过分析检测装置的误差规律，构建了准确率补偿模型。台架试验表明：排种器转速在80～180 r/min时，田间正常排种频率范围为52.10～321.55 Hz，检测准确率均高于96.68%。田间播种试验表明：在2～9 km/h的小麦播种机作业速度下，田间排种频率为67.65～323.95 Hz，检测装置检测准确率高于95.28%。检测装置能够检测排种器的排种频率、各通道排种量、排种总量。正常田间小麦播种作业中机械振动、强光照和土壤粉尘对检测装置没有明显影响。该检测装置可为小麦高速播种作业中高频种子流精准检测、漏播检测以及补种提供有效支撑。     

油菜机直播颗粒肥分流有序并行检测装置设计与试验

针对油菜机直播作业中因施肥农艺要求及高速作业产生的肥料颗粒流量大而无序导致检测精度不高的问题，该研究提出一种“碰撞离散+筛式分流+螺管约束”的高通量颗粒流离散化及分流序列化方法，基于离散分流有序机制设计了颗粒肥分流有序并行检测装置。根据油菜施肥农艺要求和颗粒肥排量精准检测要求，确定了传感检测结构、匀肥管、筛式分流结构、螺管的关键参数。根据多通道并行检测原理，设计了多通道信号同步采集系统。为验证离散分流序列化效果，利用螺旋扰动锥体离心式排肥器搭建试验台架，开展装置性能试验。结果表明：排肥器转速为100～130 r/min（排肥频率361.80～631.60 Hz）时，随转速增加，倾斜状态下检测装置的各通道分流一致性变异系数逐渐减小。正常田间作业0°～5°倾斜状态下各通道分流一致性变异系数不超过6.08%；单通道排肥频率为30～80 Hz时，使用螺管的检测装置准确率相较直管提升7.3个百分点；经排量补偿修正后，检测准确率不低于90.11%，较补偿前提高9.3个百分点。振动试验表明，低频振动（0～30 Hz）提升颗粒肥离散化效果，检测准确率提高；中频振动（30～110 Hz）检测准确率趋于稳定；高频振动（110～150 Hz）破坏颗粒肥序列化约束，检测准确率降低。不同振动频率对检测装置的分流均匀性无明显影响，各通道分流一致性变异系数不超过4.98%。田间试验表明，正常田间作业速度4.3～7.0 km/h下，光照、振动、灰尘对检测装置无明显影响，检测准确率不低于90.05%。检测装置能够监测机具施肥作业状态，有助于提高施肥作业质量。