基于多角度成像数据的大豆冠层叶绿素密度反演

利用多角度观测系统采集田间不同生育期大豆冠层的图谱数据,通过提取影像中土壤背景、大豆植株、光照叶片等不同目标地物的反射光谱,对比分析不同观测角度下成像光谱数据反演大豆冠层叶绿素密度的效果,探讨土壤、阴影叶片及角度变化对群体叶绿素密度反演的影响.结果表明:(0°,20°,40°,60°)的天顶角组合有最高的预测模型决定系数(R2为0.834)和最小的均方根误差(RMSE为6.13);(20°,40°,60°)天顶角组合的决定系数值高于(0°,20°,40°)的组合,且在混合植被、纯植被、光照植被3类数据中有一致的趋势.40°天顶角是反演叶绿素密度的最优角度.0°方位角(太阳主平面的后向观测)是反演叶绿素密度的最优角度.天顶角变化是影响大豆冠层叶绿素密度反演的主要因素.     

基于RS的安宁河上游植被覆盖时空变化研究

以TM和ETM+遥感影像为数据源,利用RS和GIS技术,提取和分析了1999—2010年安宁河上游植被覆盖度及其时空变化特征,并结合Aster DEM数据分析了不同海拔高度带和坡度带的植被覆盖分布及变化特征。研究结果表明,研究区植被覆盖状况总体较好,植被覆盖度fc≥0.5的区域面积占研究区总面积的比例达60%以上;研究区植被覆盖度总体呈增加趋势,Ⅰ级(fc≥0.7)、Ⅱ级(0.5≤fc0.7)和Ⅲ级(0.3≤fc0.5)植被覆盖度区域面积分别增加了1.24%、4.36%和2.28%,而Ⅳ级(0.1≤fc0.3)和Ⅴ级(fc0.1)植被覆盖度区域面积呈减少特征,分别减少了25.72%和12.28%;植被覆盖度较低的区域主要分布在海拔高度相对较低的地带,随着海拔高度的升高植被覆盖度呈现出先增加后减少的趋势,海拔高度低于3 000 m的地带植被覆盖变化较为明显,主要表现为低植被覆盖度向高植被覆盖度转化,其中海拔高度低于2 500 m的地带变化最为显著,海拔高度大于3 000 m的地带受人为活动影响小,植被覆盖变化相对较小;研究区植被覆盖度较高的区域主要分布在坡度相对较陡的地带,而植被覆盖度较低的区域主要分布在坡度相对较缓的地带,植被覆盖度变化较为明显的区域主要集中在坡度25°~45°的地带,其次是坡度0°~25°的地带;坡度45°以上的地带受人为活动影响小,植被覆盖变化不明显;受水热条件的影响,研究区植被覆盖度随坡向的变化特征呈现从大到小依次为阳坡(135°~225°)、半阳坡(45°~135°)、半阴坡(225°~315°)、阴坡(0°~45°,315°~360°),1999—2010年各坡向地带的植被覆盖度均有不同程度的提高,其中,阳坡提高幅度相对较大,阴坡提高幅度相对较小。     

基于RGB-D SLAM手机的森林样地调查系统研究

基于RGB-D SLAM手机构建了森林样地调查系统,该系统实现了样地构建、每木检尺及林分/样地参数的估计功能,并在测量过程中使用增强现实展示测量结果,且提供了重新测量的交互方式,使观测者在观测过程中能够检测结果的可靠性,并保证所获取样地信息的完整性。该系统在18块半径为7. 5 m的圆形样地中进行了测试。结果显示,平均胸径估计值的偏差(BIAS)及均方根误差(RMSE)分别为0. 36、0. 69 cm,平均树高估计值的BIAS及RMSE分别为0. 06、0. 63 m,蓄积量估计值的BIAS及RMSE分别为8. 595 9、25. 735 8 m3/hm2,横断面积估计值的BIAS及RMSE分别为0. 949 7、1. 987 3 m2/hm2,株树密度估计值的BIAS及RMSE分别为-3、13株/hm2,坡度估计值的BIAS及RMSE分别为0. 30°、0. 88°,坡向估计值的BIAS及RMSE分别为-0. 44°、7. 61°。其中,坡向估计具有较大的RMSE,是由于当坡度较小时,即使SLAM系统估计位姿有较小漂移,仍会导致该值产生较大偏差,但整体而言坡向仍是无偏的。     

基于多视角立体视觉的拔节期玉米水分胁迫预测模型

针对现有采用生理特性指标的玉米水分胁迫检测方法影响玉米植株生长的问题,提出了一种基于多视角立体视觉的玉米水分胁迫预测模型。首先,利用RGB相机获取玉米拔节期-30°、0°(玉米叶片展开平面)和30°的3视角图像;然后,基于加速稳健特征点(Speeded up robust features,SURF)检测的双目立体视觉原理,建立-30°～0°、0°～30°2个玉米点云模型,采用基于KD树(K-dimensional tree,Kd-tree)的最近迭代(Iterative closest point,ICP)点云配准算法,将2个玉米点云模型数据合并到同一坐标系下;最后,用L1-中值法提取玉米点云骨架,在该玉米骨架基础上提取玉米节间高度、叶片长度及株高等参数,建立基于单一参数的玉米水分胁迫预测模型,并建立基于多参数纠错输出编码思想的支持向量机(Error correcting output codes-support vector machine,ECOC-SVM)水分胁迫预测模型。试验结果表明,玉米叶片长度、节间高度和玉米株高每日生长量与水分胁迫程度呈显著线性关系,故分别以节间高度、株高每日生长量和全展叶叶长为自变量,以土壤含水率为因变量,建立水分胁迫预测模型,得到相关系数分别为0. 892 2、0. 892 8和0. 817 6,RMSE分别为2. 92%、2. 53%和2. 76%。为了准确判断玉米水分胁迫程度,以上述3个玉米参数为特征向量,建立ECOC-SVM水分胁迫预测模型,该模型测试集预测准确率为93. 33%,具有较高的准确性。本研究可以快速检测拔节期玉米的水分胁迫情况,为农情信息精准获取提供技术支持。     

基于无人机数码影像的大豆育种材料叶面积指数估测

利用低成本的无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)高清数码影像获取系统,于2016年7—9月在山东省济宁市嘉祥县圣丰大豆育种基地,获取大豆育种材料试验区的R1-R2、R3、R5-R6共3个关键生育期的高清数码影像,首先利用高清数码影像中的黑白定标布,对数码影像的DN(Digital number,DN)值进行归一化标定,并构建标定的18个数码影像变量,然后基于900个育种小区的叶面积指数实测数据构建大豆育种材料叶面积指数的一元线性回归、逐步回归、全子集回归、偏最小二乘回归、支持向量机回归和随机森林回归模型,最后基于模型建立和验证的决定系数(R~2)、均方根误差(RMSE)和归一化的均方根误差(nRMSE)3个指标,筛选估测叶面积指数的最佳模型。研究表明,全子集回归模型中采用4个数码影像变量B、RGBVI、GLA和B/(R+G+B)的多元线性回归模型对大豆育种材料叶面积指数的解析精度最优,模型建立的R~2、RMSE和nRMSE分别为0.69、0.99和17.90%,验证模型的R~2、RMSE和nRMSE分别为0.68、1.00和18.10%。结果表明,以无人机为遥感平台,搭载低成本的高清数码相机,利用高清数码影像进行大豆育种材料LAI估测是可行的,可以快速、有效、无损地获取大豆育种材料的长势信息,为筛选高产大豆品种提供一种低成本的可行方法。     

基于无人机可见光图像的夏季玉米植被覆盖度提取方法

为准确快速获取夏季玉米四叶期、拔节期、抽穗期和花粒期的植被覆盖度信息,利用无人机获取玉米田间可见光图像,对图像可见光波段提取的多种植被指数进行分析和比较,选择差异植被指数(Visible-band difference vegetation index,VDVI)、过绿指数(Excess green,EXG)和归一化绿蓝差异指数(Normalized green-blue difference index,NGBDI),结合监督分类提取了玉米4个时期的植被覆盖度信息。通过对试验田4个阶段的单幅图像监督分类处理,将其目标物分为土壤和玉米植被两类;分别统计监督分类后图像中土壤和玉米的VDVI像元直方图,将两者的像元直方图交点作为植被覆盖度提取阈值,同理获得EXG和NGBDI对应的玉米植被覆盖度提取阈值;利用获取的玉米植被3种覆盖度提取阈值,对玉米4个时期的植被覆盖度进行提取,并对提取精度进行了验证。结果表明,VDVI对应4个生长时期的植被覆盖度提取误差分别为1. 21%、4. 88%、2. 31%和3. 61%; EXG对应的植被覆盖度提取误差分别为1. 38%、1. 25%、0. 89%和0. 33%; NGBDI提取误差为1. 61%、3. 31%、1. 99%和3. 25%,EXG在夏季玉米4个生长时期的植被覆盖度提取效果最好。将玉米4个生长时期单幅图像确定的阈值作为固定阈值,对剔除确定阈值的单幅图像的试验田全景图像进行植被覆盖度提取,并对提取效果进行验证。结果表明,采用监督分类与可见光植被指数统计直方图相结合确定阈值的方法提取玉米植被覆盖度效果较好。     

基于无人机数码影像的马铃薯覆盖度提取方法

为了利用数码影像快速提取马铃薯覆盖度,首先,利用植被覆盖度提取算法从地面数码影像中获取马铃薯覆盖度实测值;然后,通过植被指数提取法和最大似然监督分类法对无人机数码影像进行处理,分别获取各个研究小区的马铃薯覆盖度;提出利用颜色转换空间HSI(H-A法)从无人机数码影像中快速提取马铃薯覆盖度;最后,对HA法、最大似然监督分类法和植被指数提取法3种方法的计算结果进行精度比较。结果表明,H-A法估测的植被覆盖度的精度最高,均达到0. 91以上,拟合函数拟合度为0. 97;最大似然监督分类法次之,最低精度为0. 75,拟合度为0. 82;植被指数提取法最差,最低精度为0. 74,拟合度为0. 74。     

基于特征LED光源的苹果多品质参数无损检测装置研究

为了实现对优质果品的快速无损筛选,设计了便携式苹果多品质一体化无损检测装置。利用可见/近红外光谱检测平台,获取苹果样本的漫反射光谱信息,采用随机蛙跳算法提取了可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果肉硬度的特征波长,优选出3个参数的10个共享特征波长。在此基础上,采用特征窄带LED光源与光电二极管相结合的检测方式,设计了漫反射检测光路、窄带LED环形光源、检测探头及控制电路等硬件系统。选取144个苹果样本,通过检测装置获取漫反射特征电压强度,由传感器感光系数计算出对应的光强,建立了苹果可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果肉硬度的多元线性回归模型,预测集相关系数分别为0. 812 9、0. 807 3和0. 773 6,均方根误差为0. 603 6°Brix、0. 063 6%和1. 732 5 N。基于QT和Python3开发工具,采用Python语言开发了装置的实时控制与分析软件,植入苹果多品质参数预测模型,实现了多品质参数的同时检测与分析。为测试该装置的检测精度和稳定性,另选取46个样本,每个样本重复检测8次,预测苹果可溶性固形物含量、可滴定酸含量和果肉硬度的相关系数分别为0. 809 6、0. 796 2和0. 758 9,均方根误差0. 697 3°Brix、0. 070 3%和1. 832 3 N,装置重复采样最大变异系数分别为0. 010 6、0. 011 6和0. 006 2。结果表明:基于多特征窄带LED光源研发的低成本、便携式无损检测装置可实现对苹果多品质参数的实时无损检测,可满足农户田间生产及电商销售优质果筛选要求。     

履带式甘蔗收割机坡道行驶稳定性分析与仿真

我国甘蔗种植区域主要在缓坡和丘陵地,为更好地开展履带式甘蔗收割机丘陵山地作业,需对履带式收割机的坡道行驶稳定性进行分析。以两履带与四履带式甘蔗收割机为研究对象,以极限倾翻角为评价指标,对两机纵、横坡倾翻稳定性进行理论分析。利用RecurDyn仿真软件对两机坡道行驶稳定性进行仿真。仿真结果显示：两履带式(输送臂水平旋转0°、+90°)、四履带式的纵上坡极限倾翻角仿真值分别为24.0°、31.0°、35.0°。两履带式(输送臂水平旋转0°、+90°)、四履带式的纵下坡极限倾翻角仿真值分别为36.0°、32.0°、27.0°。两履带式输送臂水平旋转+90°时纵上坡行驶稳定性比水平旋转0°时好,四履带式纵上坡行驶稳定性比两履带式好,纵下坡行驶稳定性则相反。两履带式(输送臂水平旋转-90°、0°、+90°)、四履带式的横坡极限倾翻角仿真值分别为21.0°、18.0°、12.0°、16.0°。两履带式输送臂水平旋转角度与横坡倾斜角度相反,行驶稳定性越好。四履带式横坡行驶稳定性比两履带式输送臂为+90°时好,比两履带输送臂为-90°、0°时差。研究结果表明：四履带式坡道行驶稳定性比两履带式好,更适应...     

含沙水流中翼型空蚀磨损试验

模拟水力机械内部流动环境,在收缩-扩散型试验段中对翼型进行了空蚀、磨损及两者联合作用破坏试验,观测表面破坏微观形貌并测量破坏深度分布规律.空蚀形貌呈较为规则的近圆独立蚀坑,其分布较为随机.根据颗粒对表面作用的不同,磨损形貌表现为冲击、铲削、犁耕及切削等类型.在较高固相质量浓度下,联合作用破坏形貌大多在极端的角度(90°或0°)以颗粒磨损形式出现,其尺度特征在翼型表面随位置后移远大于磨损形貌,宏观破坏深度明显比单纯磨损大;而在低固相质量浓度下,微观形貌为空蚀磨损共存.     

网带式花椒干燥机流场模拟与结构优化

花椒干燥过程中网带式花椒干燥机内气流强度和均匀性影响花椒干燥后品质,通过实验进行花椒参数测定和模型可靠性验证,采用多孔介质模型对结构优化前后网带式花椒干燥机流场进行数值模拟研究,根据网带式花椒干燥机气流分布特性提出了增加导流板的优化方案,考察了不同角度导流板气流分布特性。结果表明:导流板角度变化对干燥机气流强度与均匀性有一定影响,最优导流板角度为2.5°,较原始结构在干燥机XY、XZ、YZ面平均速度平均增加6.8%、10.8%、5.2%,不均匀系数平均减小8.7%、8.5%、2.7%。     

Force Measurements on Driven Discs

Experiments were carried out under controlled conditions in a soil bin containing sandy-loam soil to study the effects of varying the speed ratio (ratio of peripheral disc speed to forward speed), disc angle and tilt angle settings, on the performance of adriven disc. The hydraulically powered disc provided speed ratios from −3 (backward) through approximately 1 (free wheeling) to 6 (forward). Disc angles were varied from 20 to 65°, from the direction of travel, and tilt angles from −15 to 30° with respect to the vertical. It was observed that there was a major reduction in draught force and specific draught resistance in all cases when disc speed increased from freely rotating to forward speed ratios of approximately 3. Driving a disc in the reverse direction reduced penetration resistance at certain angle settings. Backward-driven discs were also found to reduce side forces on the concave side of the disc and increase those on the convex side. Total power consumption and specific total power increased significantly when the disc was driven in either direction. The angle setting also affected the driven-disc performance. The optimum angle setting in terms of minimizing force and power requirements occurred at a disc angle between 35 and 50° with approximately 0° tilt angle. Observations of soil disturbance showed that driving a disc either backward or forward improved soil mixing and pulverization characteristics.     

高秆禾草履带收获机防倾翻预警系统研究

针对高秆禾草收获机在南方山坡地带作业易发生倾翻的问题,设计了防倾翻预警系统.该系统主要由上位机、控制器和传感器组成,通过倾角传感器和压力传感器共同监测,实现防倾翻预警功能.对整机质心进行了测量,测得整机质心与驱动轮轴之间的水平距离为944.5 mm、质心高度为1080.4 mm、质心与纵向中心平面的距离为27.9 mm...     

不同喷孔夹角的直喷柴油机涡流室燃烧系统性能分析

为改善燃烧室内喷雾的空间分布,增强气流运动,促进油气混合,基于前期研究提出的新型直喷柴油机涡流室燃烧系统,对146°、150°、154°喷孔夹角的3种不同喷油嘴在燃烧室内的喷雾、混合气形成与燃烧过程进行了数值模拟.结果表明:从燃空当量比总体分布来看,采用146°喷孔夹角时混合气最均匀.燃烧涡流和逆挤流对速燃期的燃烧室内温度分布有较大的影响.154°喷孔夹角的NO排放量最低,而146°喷孔夹角的碳烟排放量最低.综合来看,150°喷孔夹角有较好的排放性能.     

山东紫花丹参种子物理特性试验

为获得丹参播种机排种器设计参数,以山东省紫花丹参种子为研究对象,试验测试了未经过催芽的紫花丹参种子三轴几何尺寸、千粒质量、含水率、休止角和滑动摩擦角。基于试验测试的结果,分析了紫花丹参种子关键物理参数。丹参种子试验测试结果表明,未催芽的紫花丹参种子的含水率为9.53％,三轴几何尺寸平均值为2.80 mm×1.46 mm×1.04 mm,平均千粒质量为1.39 g,休止角为13.27°,滑动摩擦角（不锈钢、塑料和铝）为18.5°、25.2°和33.6°。      

国产星载激光雷达森林回波波形模拟仿真

为探究拟发射国产星载激光雷达卫星波形数据在森林结构参数估测方面应用潜力,首先需对其回波波形进行模拟仿真。针对地形无规律起伏和林层结构复杂这一问题,本文采用有限元原理实现了随机地形与林分三维信息的模拟仿真;针对激光脉冲传输过程中能量衰减的问题,引入了激光雷达辐射传输模型;为验证本文所建回波仿真系统有效性,利用与国产星载激光雷达回波波形相近的ICESat-GLAS实测波形数据对GLAS仿真波形数据进行验证。研究结果为：发射波仿真波形与实测波形相关系数为0.96;地形坡度分别为0°～10°、10°～20°、20°～30°和30°以上时回波仿真波形与实测波形相关系数均值分别为0.90、0.88、0.85和0.81;郁闭度分别为0～0.2、0.2～0.4、0.4～0.6、0.6～0.8和0.8～1.0时回波仿真波形与实测波形相关系数均值分别为0.81、0.80、0.84、0.88和0.90;针叶林、阔叶林和混交林回波仿真波形与实测波形相关系数均值分别为0.85、0.86和0.89。研究结果表明：本文所建回波仿真系统可用于国产星载激光雷达回波仿真。回波仿真所得国产星载激光雷达仿真波形,可为森林结构...     

4SY-1.8改进型油菜割晒机主要装置设计与试验

针对油菜成熟度不一致而导致联合收获损失率大、收获期短的问题,对适合油菜分段收获的4SY-1.8型油菜割晒机进行了改进,提出了一种集成横向和纵向输送的组合式茎秆输送装置,分析确定了拨禾轮、切割装置、组合输送装置等关键部件的结构参数及运行参数。田间试验表明:油菜割晒机能实现有序中间条铺,收割机械直播油菜时,茎秆上层铺放角23.6°,下层铺放角17.1°,铺放角度差小于10°,根差小于0.12 m;收割人工直播油菜时,茎秆上层铺放角小于5°,下层铺放角小于2°,角度差小于5°,根差小于0.1 m。作业质量满足行业标准要求。     

Force-Time Behaviour of Flat Tines in Dry Sand

Studies conducted in a laboratory soil bin filled with dry sand indicated that the nature of soil reactions on tines of 90° rake angle were cyclic for tine aspect ratios (width/depth) of 0·6 and greater. For tine aspect ratio of four, soil reactions were observed to be cyclic for all the tine rake angles studied (15-140°), These variations were found to be closely related to the observed soil failure patterns. Wave ratio (wave length/tine depth) for tines with a rake angle of 90° increased with increase in tine aspect ratio up to four. The amplitude of cyclic variations in draught increased with tine width for a rake angle of 90°.     

丘陵坡地自吸式绿豆精密排种器设计与试验

为降低排种器倾斜状态对充种性能的影响,满足丘陵坡地精密播种作业的需求,设计了一种自吸式绿豆精密排种器。通过分析种子受力状态与计算吸附单粒种子的真空度,确定了勺式型孔与往复式吸气装置的主要结构参数。运用多体动力学软件ADAMS对往复式吸气装置进行了运动学仿真,得出活塞位移和速度随时间的变化曲线,证明了该装置设计的合理性。将充种层高度固定为70 mm,转速分别固定为115、125 r/min,排种器左右倾斜角(倾向种腔方向为负)分别选取-12°、-6°、0°、6°、12°,对3种排种盘进行了对比试验,结果表明,本文所设计的勺式型孔有助于在左右倾斜状态下辅助充种;选取排种轴转速、充种层高度为试验因素,以漏播指数、重播指数、合格指数为试验指标,进行了两因素五水平旋转组合设计试验,并利用Design-Expert软件对试验数据进行了分析,结果表明:当排种轴转速为138 r/min、充种层高度为65 mm时,漏播指数为2. 97%,重播指数为3. 43%,合格指数为93. 58%,各指标均符合国标要求。通过验证试验得到实测值与回归模型预测值的漏播指数相对误差为4. 4%,重播指数相对误差为2. 6%,合格指数相对误差为0. 2%,与寻优结果基本一致,证明了回归模型的合理性。