巴旦木脱青皮机的改进设计与试验研究

为进一步提高巴旦木脱青皮工作效率,基于原巴旦木脱青皮机设计了一种滚筒刷式巴旦木脱青皮机。通过改变原机结构,将组合式定滚筒改为一体式动滚筒;基于多头螺旋辊结构将脱皮转轴转变为分段脱皮的作业模式,通过不同工件对实现喂料、破皮、揉搓,确定了关键部件结构参数;改变了传动形式,实现了多工件同源驱动、等速比运动,通过改进样机脱皮转轴结构和传动配置,可在工作中避免物料积存,消除壅堵。制作了滚筒刷式巴旦木脱青皮机,实测效果表明：改进后样机在主轴转速300 r·min^-1、间隙20 mm、喂入速度750 kg·h^-1时,脱净率为96.26%、破损率为2.36%,对比原巴旦木脱青皮机具有喂入稳定、脱皮过程流畅等优势,脱净率增长2.10%、破损率降低1.68%。研究结果可为研发巴旦木初加工设备和提高脱皮机械性能提供科学参考。     

植物生理生态信息检测技术的研究现状与进展

【目的】回顾与总结近20年来植物生理生态信息监测技术的研究现状及进展,分析该技术对农业生产的影响,为该技术在农业智能水肥上的应用提供理论和科学依据。【方法】汇总及对比分析国内外相关文献。【结果】2016年水肥一体化技术(滴灌施肥技术)应用面积超过466.67×10⁴ hm²(占全国耕地面积的3.46%);新疆约59%面积采用滴灌施肥技术(兵团高于95%以上),应用面积接近266.67×10⁴ hm²。应用作物种类包括棉花、蔬菜、小麦、玉米等。有研究对基于植物生理生态信息监测技术的智能灌溉系统进行了探索并取得了一定进展,但因投入成本高、技术不完善等原因,应用面积有限,尚局限于西部干旱地区。【结论】植物生理生态信息监测技术智能灌溉系统已应用于农业生产,并在节水节肥方面取得了良好的效果,但因其施肥的指导技术较少、现场布排管线繁琐等,广泛应用尚有一定的局限性。综合分析了该技术在农业生产上的应用,应推进该技术在植物生理生态信息监测技术往高精快速化、无线远程化、无损动态监测方面的发展。     

基于多层感知机的温室内番茄茎直径变化预测模型

【目的】研究温室内番茄茎直径变化量动态预测模型,为番茄需水规律提供一定决策支持。【方法】采用多层感知机算法与植物生理生态信息相融合的方法,建立一个包含空气温湿度、土壤湿度、叶片温度、茎直径变化量及光合有效辐射的基于多层感知机算法的茎直径变化量预测模型。采用3层隐含层神经网络对经过正则化及归一化的6维训练集数据向量,进行全连接式训练后,得出预测模型,验证集数据输入预测模型后得出1维输出向量,对输出向量进行反归一化进而得出茎直径变化量预测值。【结果】建立的基于多层感知机短时番茄茎直径变化量动态预测模型的预测值与实测值的回归系数(R²)为0.901,均方根误差(RMSE)为0.175。【结论】该模型适用于温室番茄短时茎直径变化量动态预测,具有较好的应用场景。     

基于LiDAR的温室番茄冠层几何参数提取

【目的】准确获取温室番茄作物行中单株冠层数据,为分析作物生长状态和为对靶喷药提供冠层数据支持。【方法】采用三维激光雷达(LiDAR)搭建番茄植株冠层检测平台,使用导轨以0.05 m/s的速度移动三维激光雷达,利用雷达上位机软件Ctrlview保存双侧扫描的A、B 2组共40株番茄植株点云。双侧点云使用ICP(迭代最近点)算法进行配准,利用基于特征值的平面拟合法去除地面,使用均值漂移算法(Meanshift)分割番茄行中的单株点云,获取冠层参数,与人工测量值比较验证精度,将单株点云在MATLAB中使用alpha shape算法进行重建并进行体积的获取,使用凸包算法作物参考值对比。【结果】该检测平台在激光雷达前进方向与垂直前进方向的测量误差分别为-2.65%、-3.95%;获取到的单株番茄植株高度与人工测量值相比,平均绝对误差分别为0.025和0.031 m;重建后求取的体积与凸包算法相比平均误差下降了约15.3%,与人工获取相比相差不大,各指标良好。【结论】番茄行点云分割结果与人工测量相比A、B 2组的均方根误差RMSE分别为0.039和0.043,冠层体积获取与参考值对比V_RMSE为0.011 3,激光雷达在获取作物外形轮廓信息中具有一定的准确性和可靠性,该方法用于温室环境下单株作物冠层数据的获取。     

设施蔬菜自动对靶喷药技术研究现状与分析

【目的】回顾与总结国内外设施蔬菜自动对靶喷药技术的研究现状与进展,为该技术在设施蔬菜自动对靶喷药机器人的发展应用上提供理论和科学依据。【方法】采用相关文献资料、实地调研的方法,汇总、整理及分析。【结果】导航技术国外主要采用基于GPS、机器视觉、激光雷达等技术开发的路径识别及智能避障技术,国内主要采用电磁诱导、基于GPS、激光雷达和视觉技术的道路边缘获取与道路识别技术。病虫害检测现阶段国外主要采用图像识别、红外成像和高光谱及基于深度学习的病虫害识别技术,技术较为成熟,国内现阶段主要采用图像识别技术,利用作物颜色、纹理及形状特征进行识别。国外对靶喷药采用机器视觉、激光主动视觉和超声波技术并结合传感器对目标作物进行识别,利用变速喷药技术在生菜、番茄等作物上进行了应用,国内开发了温室自主喷药机器人,采用机器视觉技术获取靶标病虫害位置信息,对喷头进行单独控制,以达到精准对靶施药的效果。【结论】导航技术、病虫害识别技术及对靶喷药技术是自动对靶喷药技术的核心。导航方面在温室中利用机器视觉和激光雷达技术相比GPS技术更加可靠、灵活,精准度更高,高光谱与病虫害识别技术可提高病虫害识别的效率,对靶喷药技术中目标作物的识别与冠层稠密程度的判断是发展趋势。     

基于PCA-BPNN的温室番茄果实直径预测模型

【目的】 研究温室番茄果实直径变化量的动态预测模型,为番茄所需水肥规律提供数据支持。【方法】 选择番茄果实横径为研究对象,以5株番茄果实膨大期的数据建立模型,采用主成分分析法对植物生理生态信息和环境信息进行分析,提取主要成分,以主成分为自变量,输出变量为因变量,建立一个包含空气温度、空气湿度、土壤含水率、叶片温度及果实横径的BP神经网络回归动态预测模型,并以3株番茄果实膨大期内所测的数据作为测试数据进行预测,比较预测值和实测值。【结果】 第1株番茄预测值与实测值的决定系数为(R²)0.964,均方根误差(RMSE)为0.238,第2株番茄预测值与实测值的决定系数(R²)为0.960,均方根误差(RMSE)为0.051,第3株番茄预测值与实测值的决定系数(R²)为0.951,均方根误差(RMSE)为0.047。【结论】 该模型可以预测温室短时内番茄果实直径变化量,可以用于新疆连栋温室内的秋季番茄果实直径变化预测,可根据预测量与实测量之间差值对水肥实行微调。     

不同振动特性参数对杏树振动响应的影响

为研究振动时间、振动频率和振动激励点振幅等不同振动特性参数对杏树振动的影响,该文利用ANSYS软件对杏树进行了有限元建模分析;通过三因素三水平试验分析不同振动特性参数对杏树振动检测点的影响,利用Design Expert软件进行优化分析,并进行实验室验证试验。杏树自由模态振动响应分析表明最佳杏树振动采收响应频率范围为0～20 Hz;谐振动响应分析可知在最佳频率范围内,杏树振动激励点振幅为5、10和15 mm时,同一频率下,随着激励振幅的增大,相同位置加速度增大,但振动曲线整体变化规律和趋势一致。试验分析可知,各因素影响检测点1和2加速度的强弱顺序一致:激励点振幅振动频率振动时间;各因素影响检测点3加速度的强弱顺序为:振动时间激励点振幅振动频率;建立3个检测点的响应方程,由下至上3个检测点的回归方程决定系数分别为0.906 7、0.879 3和0.973 3;多目标参数优化结果为:振动时间7.207 s,振动频率15 Hz,激振点振幅10 mm,通过验证试验可知由下至上各检测点加速度为10.4g、10.2g和9.3 g,与优化值相近。该研究可为杏振动采收机械参数设计提供参考。     

不同LED补光时间对日光温室番茄生长发育及光合特性的影响

【目的】分析LED补光时长对番茄生长发育及光合特性影响,研究新疆地区越冬季节日光温室番茄最佳补光时长。【方法】以番茄品种天粉1号材料,以日光温室保温被揭盖时间为基准,比较不同补光时间处理番茄生长发育、光合特性、果实品质和产量等指标。【结果】保温被盖后/揭前补光2 h/4 h、4 h/2 h、6 h/0 h、4 h/0 h有利于番茄株高和茎粗(4 h/2 h)生长;保温被盖后/揭前补光4 h/2 h、6 h/0 h处理叶片光合特性明显增强,番茄果实产量显著高于对照;番茄果实果实VC和番茄红素含量以盖后/揭前6 h/0 h和4 h/0 h为最佳。【结论】综合番茄生长、植株干鲜重、光合特性、果实品质和产量等因素,保温被盖后/揭前补光4～6 h为新疆乌鲁木齐周边地区日光温室越冬茬番茄适宜的补光时长。     

残膜回收机自动仿形系统设计与试验

目前残膜回收机已经成为新疆棉田回收残膜的主要方式之一。在残膜回收机回收残膜的过程中,由于棉田的环境复杂多变,而现有的残膜回收机无仿形功能,导致入土部件的入土深度不稳定,这就造成残膜拾净率达不到预期结果等问题。4JSM-2.1A型棉秸秆还田及残膜回收联合作业机存在同样问题,所以根据此机型设计一套机—电—液配合的自动仿形系统,对地面仿形传感机构的运动进行分析,确定机械部件的关键参数,并对仿形系统进行场地试验和田间试验。结果表明,该机工作稳定可靠,整体仿形稳定,在机具作业速度为6.5～7 km/h时,其入土部件的入土深度平均值为91.6 mm,其标准差为3.13 mm,残膜拾净率达89.5%。