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。     

基于边缘检测和区域定位的玉米根茎导航线提取方法

基于玉米根茎图像信息，提出一种基于边缘检测和区域定位的玉米根茎导航线提取方法。首先，利用最大类间方差法自动分割2G-R-B灰度图像，得到二值化图像，结合形态学处理、位置/面积去噪方法提高二值化图像质量，对去噪图像按列累加得到列像素累加曲线；针对传统方法得到的特征点中伪特征点较多的问题，引入高斯滤波器平滑累加曲线，并运用极值法减少玉米根茎伪特征点的干扰，在提取玉米茎秆边缘直线时，提出基于最远茎秆成像宽度的双侧边缘判别思路，通过扫描每条边缘直线的四边形封闭邻域有效剔除伪边缘直线；最后，根据边缘直线二次定位玉米的根茎区域范围，并剔除伪特征点，采用最小二乘线性拟合方法准确提取导航线。试验表明，本文算法处理一幅1280像素×720像素图像耗时约236ms，特征点拟合准确率为92%。与传统方法相比，本文算法精度高、实时性好，在缺苗、杂草较多和株距不标准的情况下仍具有较强的鲁棒性。     

玉米行间导航线实时提取

针对高地隙植保机底盘玉米田间植保作业压苗严重的现象,该研究提出了基于车轮正前方可行走动态感兴趣区域(Region of Interest,ROI)的玉米行导航线实时提取算法。首先将获取的玉米苗带图像进行像素归一化,采用过绿算法和最大类间方差法分割玉米与背景,并通过形态学处理对图像进行增强和去噪;然后对视频第1帧图像应用垂直投影法确定静态ROI区域,并在静态ROI区域内利用特征点聚类算法拟合作物行识别线,基于已识别的玉米行识别线更新和优化动态ROI区域,实现动态ROI区域的动态迁移;最后在动态ROI区域内采用最小二乘法获取高地隙植保机底盘玉米行间导航线。试验表明,该算法具有较好的抗干扰性能,能够很好地适应较为复杂的田间环境,导航线提取准确率为96%,处理一帧分辨率为1 920像素×1 080像素图像平均耗时97.56 ms,该研究提出的算法能够为高地隙植保机车轮沿玉米垄间行走提供可靠、实时的导航路径。     

Changes to freshwater mussel assemblages after 25 years of impoundment and river habitat fragmentation

1. The Tennessee–Tombigbee Waterway is among the largest and most expensive environmental engineering projects of the 20^th century. The waterway accommodates barge navigation between the Tennessee River Drainage and Mobile River Basin through a series of locks, dams, canals, and dredged and diverted streams. These structures have altered riverine habitat and fragmented lotic habitats resulting in isolated freshwater mussel populations in patches of streams such as the East Fork Tombigbee River, where 42 species were known historically.
2. The first post‐waterway mussel surveys in 1987 and 1988 reported 31 taxa. During 2010 and 2011 surveys, 70 sites were sampled using both timed searches and quadrats and detected 29 extant mussel species. Between 1988 and 2010–2011 the relative abundance of nine mussel taxa decreased, whereas the abundance of 11 taxa increased. The populations of three federally listed species were detected at levels below the detection limits in 1988 as well as three non‐native unionids that appear to have colonized the East Fork Tombigbee River via the Tennessee–Tombigbee Waterway River.
3. Although mussel abundance and total species richness were relatively unchanged, assemblage composition shifted toward animals typical of smaller streams rather than large rivers. This shift suggests that present‐day East Fork Tombigbee River habitats favour smaller‐bodied, thinner shelled taxa that are laterally compressed and lack shell sculpture. These taxa are likely to be better adapted to hydrologically and hydraulically variable habitats than are thick‐shelled, large bodied, and sculptured mussels.
4. The results suggest that mussel assemblages are dynamic and may exhibit predictable responses to changes in hydrology, physical habitat conditions, and stream connectivity. However, examinations over broad (20+ yr) temporal scales are needed to observe these shifts. The data demonstrate the value of regular monitoring of diverse mussel assemblages and the importance of stream connectivity and flow modifications to this long‐lived group of benthic invertebrates.

     

北斗导航系统在新疆安全生产过程中的应用研究

针对新疆通信盲区多、移动信号覆盖差，安全事故信息不能及时上报，应急救援指挥严重滞后的现状，提出了建设针对长途客货营运车辆、危险品运输车辆、应急运输车辆、野外工程车的基于我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统的安全生产运输车辆监控管理系统，提供面向各行业需重点监控各型车辆及其主管调度部门的基于位置的综合信息服务。从而实现生产事故应急救援指挥，有序开展野外事故设备、人员的搜寻，有效提高安全生产信息化水平。     

基于机器视觉的导航定位技术

对导航定位中的曲线导航问题进行研究,采用单目视觉导航定位的方法采集多幅导航线图像,首先进行了远距离标定,建立实际行走的距离与偏航角度以及目标物偏离中心位置的距离与像素大小的数据库,再用得到的数据库,根据几何的方法计算出导航精度,在本实验中,基本依靠单目视觉技术完成了曲线导航的任务。     

农业机器人自主导航改进自适应滤波控制器研究

为提高导航精度与控制精度,对农业机器人的自主导航控制进行研究。结合Sage-Husa自适应滤波与强跟踪卡尔曼滤波两种算法优点,利用严格收敛判据,设计了改进的自适应卡尔曼滤波算法。新算法保证了系统的实时性和稳定性,且具有更好的滤波精度。利用变结构切换方法来阻止PID控制器积分饱和现象,有效解决了控制器过饱和问题。将改进的自适应滤波算法与变结构PID控制器相结合,可提高导航系统的稳定性和精度。对所提理论进行仿真与试验,结果表明该方法大幅度提高了滤波器抑制发散的能力和导航的控制精度。     

玉米中耕除草复合导航系统设计与试验

为了实现玉米中耕除草过程中的自动导航作业,提高自动除草的效率和准确性,设计了一种玉米中耕除草复合导航系统。系统由基于GNSS的农机自动导航部分和基于机器视觉的农具自动导航部分组成,可通过GNSS位置信息进行农机自动导航,同时根据摄像头获取的玉米作物行信息控制农具铲刀进行行间除草。对农机的转向控制部分和前轮转角检测部分进行了机械改装,以PLC和步进电机驱动器为基础设计了农机转向控制电路和农具液压控制电路;以横向偏差和横向偏差变化率作为模糊控制的输入变量设计了自适应模糊控制方法;采用摄像头获取玉米作物行,通过扫描滤波方法进行作物行检测。农机独立导航除草试验和农机具复合导航试验结果表明：在车速为0.6 m/s时,农机自动导航最大横向偏差为10.04 cm,平均偏差为4.62 cm;农机具复合导航时的最大偏差为6.35 cm,平均偏差为2.73 cm;农机具复合导航系统能较好地满足玉米中耕除草的要求。     

基于约束的虚拟装配运动导航技术

在虚拟装配过程中,当虚拟手抓取的零部件受到约束时,操作者佩戴的位姿跟踪器(FOB)检测到的理论位姿数据与虚拟手的位姿不能满足一致性,难以满足沉浸感的要求。在建立装配约束和自由度等价关系的基础上提出了表达自由度的统一数据结构,并根据零部件所受到不同约束时的剩余自由度进行了自由度的重新归约;根据零件满足当前约束的等价自由度以及位置跟踪器检测到的数据,提出了一种基于增量驱动和广义坐标系的自由度求解算法求解零件在受约束条件下的运动导航矩阵,以此矩阵驱动零部件在满足约束条件下的运动。这个算法已经被应用于集成虚拟装配系统IVAE中。     

机器人在设施农业领域应用现状及发展趋势分析

机器人技术在设施农业领域的广泛应用,不仅大幅提升农业产量,也能够体现一个国家农业现代化科技水平。机器人操作系统ROS的兴起,逐渐成为国内外设施农业机器人研究开发的热点。对国内外机器人设施农业领域相关研究探讨分析,综述当前机器人在种苗嫁接移栽、喷药施肥、果蔬收获加工、畜禽健康养殖等设施农业领域方面的应用现状,总结归纳SLAM地图构建、自主导航、机器视觉三种机器人关键技术研究趋势,并对比分析路径规划中Dijkstra算法、BFS算法、A*算法的优缺点以及机器视觉在果蔬采摘分选等领域的发展趋势。面对农业向智慧农业方向发展,总结并展望设施农业机器人未来发展趋势。