树木精准施药技术研究进展

树木精准施药大多利用高速气流将药液输送至冠层,理想的农药沉积需要药量、风量与靶标特征相匹配,在保证农药有效沉积的情况下提高农药使用效率,降低农药残留。从靶标探测、施药量控制、风量调节等三方面对现有精准施药技术的研究成果进行评述。靶标探测是精准施药的基础,归纳分析了红外技术、机器视觉、超声波、激光雷达等传感器用于获取树木靶标位置、冠层体积、枝叶稠密度、病虫害程度等喷雾决策信息的技术与方法,指明多传感器协同的作物靶标特征及病虫害程度在线探测的发展方向。药量与风量控制是精准施药的重要手段,总结了现有药量和风量决策与控制技术,指出在风量需求理论方面研究的不足,以及缺乏成本低、响应快的药量与风量调控装备。对国内外典型的地面与航空精准施药装备进行介绍,提出农林精准施药技术的发展需要与标准化种植模式推广相配合的建议,发展特种施药装备以及开发多机协同的立体智能植保系统,以期提高农林机械化水平。     

农林仿形对靶喷雾及其控制技术研究进展

仿形对靶喷雾是实现农林精确施药的一种重要技术方式,近年来在理论发展和技术应用中取得重要进展。文中从仿形喷雾目标探测技术、常用仿形机构、仿形对靶控制及算法、仿形变量喷雾测试技术和典型农林仿形喷雾机方面评述现有仿形对靶喷雾技术,归纳包括红外线、超声波、图像和LIDAR等仿形喷雾目标探测方法与技术;分析常用仿形机构的仿形原理和各自设计的优缺点,强调轻量化是仿形机构设计的趋势;综述仿形对靶喷雾控制系统硬件和软件方面的发展,强调智能算法的应用能有效提高仿形喷雾控制系统的鲁棒性;分析评述仿形变量喷雾测试装置、喷雾系统数学模型和PWM变量喷雾技术的进展;介绍几种典型的农林仿形喷雾机,并提出农林仿形对靶喷雾的研究建议。     

机载林业探测大光斑激光雷达系统的设计与应用

激光雷达以其独特的穿透能力在大面积的林业探测中越来越受到重视。以国家林业局调查规划设计院和北京遥测技术研究所共同设计研发的大光斑激光雷达系统为基础,详细介绍了该系统的工作原理、模块组成、设备安装、参数设计、数据处理等,并对该系统的飞行试验数据进行了分析,结果显示,该系统下得到的波形数据可对建筑、农田、森林等地物进行精确地刻画。进一步利用Matlab 2014b软件对大光斑激光雷达回波波形估测森林样地最大冠层高度,并利用与之对应的小光斑激光雷达数据提取的森林最大冠层高度对比,总体平均精度达到89.24%。利用SPSS软件做配对样本T检验,结果表明,该系统下获得的大光斑波形数据估测的森林最大冠层高度与小光斑估测的森林冠层高度的差异显著性为0.366,大于0.05,无明显差异,直接证明了大光斑激光雷达估测森林最大冠层高度的独特性能。因此,在未来的林业探测中,可用该系统对大面积的森林资源进行探测,为大面积估测林分最大高、平均高、郁闭度、生物量、蓄积量、叶面积指数等一系列森林参数创造了条件。     

基于PLC的产品自动打包生产网络通信系统设计

基于西门子S7-200型PLC设计产品自动打包生产控制系统,构建“1个上位机+1个主站分流机+4个从站打包机”网络通信控制体系,实现对生产线产品的自动网络化集成装箱作业控制。详细阐述了系统功能、操作控制要求、硬件组建方法、软件程序设计等内容,通过实际生产应用发现：该系统实现了产品自动打包生产的多级网络通信控制,打包作业的准确率、数据通信效率、响应时间均满足生产要求,具有较好的网络通信能效。     

PLC应用于喷泉控制系统的方案设计

采用PLC与计算机组成的喷泉控制系统,充分利用PLC的通信功能和编程特点,实现上位机与下位机之间的通信和控制,由远程计算机与PLC之间进行通信,通过PLC实现对喷泉各种水型和灯光的快速控制;另一方面,利用PLC的自诊断功能,可实现喷泉控制系统的故障诊断,不但缩短了维修时间,而且提高了控制系统的稳定性。     

基于STC单片机的变量喷雾控制器设计

介绍了变量喷雾控制系统的原理并重点阐述了其软、硬件设计。该系统采用单片机作为控制核心,可根据需要自动调节喷雾量。经仿真和田间实验表明其喷雾效果比常规喷雾更加均匀和可靠。     

食用菌多糖提取成套设备的研究

通过对食用菌多糖提取成套设备的分析,建立了一个由上位机和下位机组成的控制系统.上位机由计算机和MCGS组态软件组成,下位机则采用西门子S7-200系统可编程逻辑控制器(PLC).详细阐述了成套设备的硬件配置和控制方法.     

烘炉温度自动监测系统

介绍了一种单片机监测烘炉温度系统。该系统以单片机为核心,对采集的数据进行处理及存储,并可与上位机进行串行通信。同时它可驱动数码管,并兼有检测电池电量及报警功能。上位机软件采用VC 6.0编程,提供了良好的人机交互界面,具有接收下位机数据并分析数据的功能。     

基于单片机HT32F52352的六旋翼机器人设计

设计了一款基于HT32F52352的六旋翼机器人,由各类传感器系统、小型涵道推进器、舵机组成的机械结构(机身)、无线控制系统、主控制器、上位机控制器等组成。主控制器部分利用HT32F52352单片机实现,上位机控制部分利用LabVIE实现。主控制器的核心程序主要采用软件模拟法输出6路PWM;定时器0模块作为时间产生模块提供基准信号;通过PID反馈调节改变脉冲的周期与占空比实现运动和动作组;通过改良算法,实现最优的DELTA轨迹规划;通过无线远程遥控实现对六旋翼机器人的控制。该六旋翼机器人能够实现飞行、翻转、自动避障前行、三维抓取、勘测等复杂运动,解决了高空环境下多旋翼飞行器控制复杂、动作组简单的技术难题。     

基于PLC的工业锅炉温度自动控制系统设计

为提升工业锅炉温度控制的自动化和人机交互水平，基于西门子S7-200型PLC和MCGS组态软件设计了一款工业锅炉自动温度控制系统。系统采用“上位机-PLC-模拟量模块-人机交互触摸屏”结构设计，可通过两档开关进行“高温”和“低温”切换，系统启动后炉内实时温度高于设置温度5℃时自动停止加热，当炉内实时温度低于设置温度5℃时自动启动加热，并且具有便捷的人机操作界面。详细阐述了系统的控制要求、组成框架、电气原理、硬件模块、程序编译等内容。通过生产实践验证该系统的温控精度、响应时间均符合工业自动化生产要求。     

基于BP神经网络的变量喷雾供药系统研究

在变量喷雾供药系统的研究中,由于控制对象及控制算法尚未突破,使得目前的精确供药系统很难满足动态变化的变喷量精确农药流量控制。笔者从变量喷雾供药系统入手,基于流量调节阀的开度及其两端压差决定其通流量大小的原理,对变量施药的供药系统进行了研究,利用Matlab中的BP神经网络工具箱函数对试验结果进行了拟合和测试,结果表明:流量调节阀两端压差恒定时,其通流量的大小与其开口度存在一定的正相关关系;利用BP神经网络拟合了压差恒定时,通流量与调节阀开度的非线性递增关系曲线,经过结果分析,验证了BP神经网络在该控制系统中的可行性。此项试验分析为变量喷雾精确供药的深入研究提供了理论基础。     

多自由度书写机械臂控制系统设计

采用简易、快捷的方法设计了六自由度书写机械臂控制系统。该系统中,计算机作为上位机,采用以51单片机为核心的舵机控制器作为下位机。将字库中的文字坐标通过串口发送给下位机控制器,下位机控制舵机转动相应角度,实现了汉字的书写。     

农药助剂对空中和地面防控林业有害生物的雾滴粒径影响

【目的】量化分析农药助剂对空中和地面防控林业有害生物的雾滴粒径影响,为农药助剂的生产应用、喷头的操作使用提供技术依据,为进一步研究新型农药助剂、设计新型喷头和喷雾设备提供理论支持。【方法】利用开路式风洞和激光粒度仪对农药助剂在空中和地面防治时不同风速、喷头类型、喷头孔径、喷施压力、喷雾介质等情况下的雾滴粒径、分布跨度进行研究,并根据美国S572. 1标准判断喷头雾谱等级,分析农药助剂配比、喷头结构参数、施药技术因素对雾滴粒径分布的影响。【结果】压力增大和喷头孔径减少,均会导致喷头的雾滴体积中径变小。相较于水作为喷雾介质,当以飘移抑制剂41A作为喷雾介质时,所有喷头的雾滴粒径变大,分布跨度增大,雾谱等级改变。当以表面活性剂LI700和润湿剂CHEMWET作为喷雾介质时,地面国产喷头的雾滴粒径稍变小,雾谱等级维持不变;对于空中CP系列扇形喷头,导流板设置的喷雾偏转角度增大,雾滴粒径减小,雾滴谱分布跨度变小,雾滴雾化均匀性更好。【结论】农药助剂与体积中径、分布跨度显著相关。进行空中施药时,为了降低雾滴飘移,需要添加合适的农药助剂(如飘移抑制剂41A)增大雾滴粒径,提高附着性;进行地面施药时,为了确保覆盖面积和冠层穿透性,需要添加合适的农药助剂(如表面活性剂LI700)降低雾滴粒径,增强沉积率。蜡质层较厚的树木叶片,其表面较难被药液润湿,对于此类靶标喷施农药时,应使用润湿剂CHEMWET,以增加药液在靶体表面的润湿性能和黏附性能。     

激光雷达沙尘参数提取技术研究

对激光雷达沙尘天气监测技术进行了研究,详细分析了Mie散射激光雷达气溶胶和沙尘参数计算方法.分析、设计并用C#言开发了用于处理和分析激光雷达回波信号的大气和沙尘参数反演软件系统.利用后向散射激光雷达(LB-D200)对北京市2006年春季沙尘天气进行监测试验,通过软件计算气溶胶参数,计算结果与其他监测结果相符.结果表明:通过退偏振系数可以计算出大气气溶胶中沙尘含量,后向散射激光雷达在沙尘天气沙尘的垂直分布探测中具有优势.     

影响农药利用率的相关因素分析及改进措施

文章从我国农药利用率现状、农药本身特性、喷雾机械性能、施药技术、环境条件、靶标植物的冠层结构及表面结构等方面,分析了影响农药利用率的原因,提出在充分利用农药剂型、农药助剂、环境和作物群体结构的条件下,通过改进喷雾机械性能、引进先进的喷雾新技术、研制新的农药剂型、培训施药人员、提高施药质量、减少农药流失和喷液量等措施提高农药利用率。     

基于ALS数据和哑变量技术森林蓄积量估测

基于机载LiDAR数据,分析哑变量对林分蓄积量估测精度的影响。以广西高峰林场为研究对象,借助机载激光雷达点云数据和96个样地数据,将样地数据按7∶3的比例随机划分为建模样本和测试样本,采用随机森林模型(RFR)和支持向量机模型(SVR)对建模样本与对应的点云特征回归建模,将树种组(针叶林和阔叶林)和龄组分别作为哑变量引入到回归模型。利用测试样本的估测精度评价模型的估测精度,引入树种组哑变量,随机森林模型决定系数R2从0.59提高到0.64,支持向量机模型决定系数R2从0.49提高到0.50。引入龄组哑变量,随机森林模型决定系数R2从0.59提高到0.65,支持向量机模型决定系数R2从0.45提高到0.55。根据模型的建模精度和验证精度结果得出,引入哑变量对蓄积量估测模型的精度提升是相对有效的。龄组哑变量对模型精度提升效果优于树种组哑变量。     

基于DSP2407a的爬壁机器人控制系统硬件电路设计

介绍一种以TI公司TMS320LF2407a为核心处理器的无线爬壁机器人嵌入式控制系统硬件电路.该系统实现了对爬壁机器人的运动控制、真空吸盘内的负压控制、对锂电池的电压检测和与上位机的无线通信.     

基于无人机激光雷达的银杏人工林有效叶面积指数估测

【目的】精确估测银杏人工林有效叶面积指数(eLAI),以更好了解银杏人工林的生长和竞争、理解人工林生态系统的功能和生产力。【方法】基于多旋翼无人机激光雷达(LiDAR)系统获取的点云数据,结合45块地面实测样地数据,使用孔隙度模型法(通过计算点云的冠层穿透率,根据Beer-Lambert定律计算有效叶面积指数)和统计模型法(首先通过地面实测的有效叶面积指数和所提取的LiDAR特征变量建模,然后借助拟合的模型估测有效叶面积指数)对我国典型银杏人工林进行样地尺度的有效叶面积指数估测。【结果】1)使用统计模型法估测eLAI时,仅利用LiDAR高度特征变量估测精度为R2=0. 38(rRMSE=54%),引入其他特征变量(冠层密度特征、冠层容积比以及强度特征变量)后精度分别达到R2=0. 64(rRMSE=26%)、R2=0. 61(rRMSE=28%)、R2=0. 74(rRMSE=23%); 2)根据Cover将样地分组建模后发现,分组建模的精度优于不分组建模的精度;3)孔隙度模型法估测有效叶面积指数的精度为R2=0. 71(rRMSE=32. 0%)。【结论】结合多组LiDAR特征变量估测有效叶面积指数能够充分挖掘LiDAR数据包含的冠层结构特性,从而提升估测精度;同时,使用孔隙度模型法可以有效估测银杏人工林有效叶面积指数。无人机LiDAR点云在估测银杏人工林有效叶面积指数上具有较好的潜力。     

基于地面Lidar的树冠体积和表面积测量方法研究

树冠体积和表面积是树木生物量计算中非常重要的参数。本研究的目的在于找出一套基于地面三维激光扫描系统的树木树冠体积和表面积的高精度测量和计算方法。研究方法如下:首先,介绍了该方法的外业作业流程,主要有控制点布设、控制靶标布设、控制点和靶标的坐标测量、设站、扫描等。其次,描述了内业数据处理流程,包括点云数据的配准、以1 cm为间隔分割点云、点云层表面点的筛选、内部点的剔除、分层构面等。然后,基于点云分层所构多边形,求算树冠体积和表面积。最后,以广州大学校园内的8颗样本树为例,将计算结果与前人的研究结果进行了比较分析。研究结果表明,使用本研究方法所测得的树冠体积和表面积计算结果更为合理、精度也更高。因此,本方法实现了高效、无损、精确的获取树冠的体积和表面积,具有较强的实践意义和应用价值。     

木板智能涂腻设备关键技术

为了实现木板表面缺陷的自动检测与修复,设计了一种可以自动控制的涂腻头结构和基于OPC的控制系统,构建了针对涂腻设备的计算机视觉系统。基于视觉系统获得的三维缺陷信息,研究了板材表面缺陷图像数据的提取和处理方法。介绍了如何将图像处理程序内置在VB编写的上位机控制程序中。分析了板材表面分区涂抹腻子的修复工艺。