基于三维重建的动物体尺获取原型系统

为提高现有动物体尺获取技术的效率和自动化程度,提出双深度摄像头动物实时三维重建系统,进而进行动物体尺获取。基于随机采样一致性算法的圆球标定方法对摄像头外参数进行自动标定,再利用外参数将同步获取的点云数据进行配准达到实时重建,最后采用优化拾取机制后的交互式测量方法得到体尺。选取Xtion PRO作为点云数据采集设备并以猪标本作为重建对象,利用高精度激光扫描仪的重建数据与该系统重建结果进行了对比试验,结果表明圆球标定算法能够全自动快速地获取摄像头外参数,用该参数配准后的数据平均误差在7.50 mm以内,该系统以15帧/s的速度重建猪体全身,获取误差在4%以内的体尺信息,达到农业上动物体尺测量的一般要求,该系统可用于动物体尺测量。     

基于点云数据的树木三维重建方法改进

激光点云数据以其详尽、高精度的三维信息,在森林参数估算、精确重建植物形态结构三维模型方面具有特殊优势。为进一步提高三维模型精度,综合集成多种算法,在改进现有PC2Tree软件基础上,基于点云数据进行树木三维重建。首先根据树木局部点云的主方向相似度和局部点云轴向分布密度分离枝干与树叶;其次采取水平集和最小二乘法提取枝干部分的骨架点,通过下采样方法提取冠层部分的特征点;最后根据骨架点和特征点拓扑结构重构树木三维模型。以樟树为例,分析枝叶分割精度,自动分割与手动分割结果相近;以无叶的鸡蛋花树为例,分析重建模型精度,模型主枝长度相对误差范围集中在0~8.0%,半径相对误差范围集中在0~10%;枝条重建过程避免了噪声点的干扰,对噪声点具有一定的不敏感性;重建三维模型与原始点云吻合度高,基本解决了冠层内部枝干遮挡严重带来的三维建模困难的问题;依据模型提取树高、冠幅、胸径、体积等参数,增加了重建模型的应用范围。     

复杂环境下肉牛三维点云重建与目标提取方法

基于点云采集技术的非接触式测量能够缓解肉牛在采集体尺体重等参数时的应激问题,但采集肉牛的三维数据耗时长且易受环境干扰而产生大量无关噪点,难以适应实际养殖环境需求。为解决该问题,本研究开发了一种非接触式肉牛三维点云重建与目标提取系统与方法,采集的肉牛三维点云可为肉牛育种育肥提供大量标准化和三维量化表型数据。三维点云采集系统由Kinect DK深度相机、红外对射光栅触发器和射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）触发器组成,可在肉牛自由通过步行道的瞬间实现肉牛点云的多角度瞬时采集。肉牛点云目标提取方法基于C++语言与点云处理库（Point Cloud Library,PCL）开发,通过空间直通滤波、统计学离群点滤波、随机抽样一致（Random Sample Consensus,RANSAC）形态拟合与点云抽稀、基于降维密度聚类的感知盒滤波等算法有效滤除与肉牛紧贴的栏杆等干扰,不破坏点云的完整性,实现肉牛点云的三维重建与分析。在养殖场中对20头肉牛进行了124次点云采集与目标提取试验。结果表明,重建的肉牛三维模型与肉牛真实形态1:1对应,系统的采集成功率为91.89%,采集的点云与真实值相比,体尺重建误差为0.6%。该系统与方法可以在无人干预的情况下,实现多角度肉牛点云数据的自动采集与三维重建,并从复杂环境中自动提取目标肉牛的点云,为非接触式肉牛体高、体宽、体斜长、胸围、腹围和体重等核心表型参数的测量提供重要的方法支撑,促进肉牛育种和育肥的标准化管理。     

基于单目SLAM的实时场景三维重建

针对单目SLAM(实时定位与重建)三维重建点云精度与运动实时性成负相关的问题,提出了一种基于单目视觉里程计融合激光传感器的方法,实现运动物体周边环境的实时点云自动配准与场景三维重建,在保证实时性的情况下获得更为精确的点云数据。针对图像传感器和激光传感器返回数据的特点,提出一种相机与激光传感器空间相对姿态的标定方法。针对单目视觉里程计的尺度模糊问题,提出了一种基于激光传感器的离线尺度标定算法,从而实现了里程计的位姿信息与激光传感器数据的匹配,达到实时点云自动配准的效果。     

基于Kinect相机的油麦菜自动化三维点云重建

为了解决传统三维点云重建过程中人工调参费时、费力,且精度得不到保障等问题,提出了一种三维点云自动化配准算法,并应用于油麦菜三维重建。使用Kinect相机采集油麦菜不同视角下的点云数据,通过配准实验分析配准参数的变化规律,继而建立了配准评价体系,实现了两片点云的自动化配准,并通过最小化匹配误差积累将多幅点云变换到同一基准坐标系下,实现了油麦菜三维重建。对随机选取的12株油麦菜进行自动化三维重建,结果表明,在两片点云重叠率不低于30%的前提下,本文算法可获得最优参数组合,自动全局配准平均距离误差为0.65cm,平均耗时为44.05s,具有较高的配准精确度和稳定性。本文算法能有效减少配准误差积累、构建较高精度的完整结构,可为其他作物三维重建提供参考。     

基于消费级深度相机的玉米植株三维重建

根据植物表型分析对植物三维重建的需求,针对植物特征点不易提取而影响三维重建的问题,提出了一种基于深度相机的植物三维重建方法。首先,对深度相机进行内部参数标定和深度畸变矫正,以获取准确的深度信息;然后,固定好相机和转盘的相对位置,精确地计算出在当前深度相机的坐标空间下、转盘旋转一个固定角度θ对应的矩阵T;最后,按旋转角θ等间隔转动转盘,获取一系列点云,并结合矩阵T实现点云拼接,完成三维重建。通过与使用商业软件Skanect的重建结果进行对比,本文重建方法只需要配准一次,还原度更高,效率更好,鲁棒性更强,满足植物形态测量需求。     

基于骨架点的矮化密植枣树三维点云自动配准

为了实现枣园的自动化管理,针对枣树自动化选择性冬剪作业要求,需要重建出矮化密植无叶枣树枝干的三维模型。利用2台固定的Azure Kinect DK深度相机搭建获取枣树点云信息的三维重建系统平台,然后把系统平台逆时针旋转55°获取同一棵枣树的另一帧三维点云信息。为了自动完成2帧点云的配准,提出了基于骨架点的枣树点云配准方法：首先利用FPFH特征描述子计算骨架点的特征向量,并采用SAC-IA（采样一致性）算法对2个视角下的枣树骨架点云进行初始匹配;其次利用经典的ICP算法对初始位姿进行优化;最终只采用2个视角下的点云重建枣树枝干的三维模型。实验对比了在3种典型自然环境下（晴天、阴天、夜间）枣树点云的配准精度和配准时间,结果表明：晴天时对采集系统有一定的影响,使得配准后的枣树枝干有部分不完整;阴天和夜间对采集系统影响小,能够重建出完整的枣树枝干;相对于阴天和夜间,晴天时,枣树点云配准耗时最少,为0.09s,而配准误差最大,其拟合分数为0.00029;阴天时,枣树点云配准时间介于晴天和夜间之间,为0.12s,而此时配准误差最小,其拟合分数为0.00011;夜间配准误差介于晴天和阴天,且此时配准时间最长,为0.16s。     

三维点云孔洞修补算法及在植物形态重建中的应用

基于三维点云的重建是植物形态建模的重要方法之一.但由于植物形态具有的多样性和复杂性,通过三维激光扫描仪直接获取的点云数据或通过立体视觉技术从图像序列恢复的植物三维网格模型中,往往存在缺失数据并产生各种各样的孔洞等问题.为此,系统介绍了当前的孔洞修补的主要方法,剖析了其优缺点,并对相关算法在植物三维点云孔洞修补上的适用性及其中存在的问题进行了分析和总结.     

基于移动机器人平台的玉米植株三维信息采集系统

为了快速、无损、自动获取玉米植株的三维信息,设计了一种基于移动机器人平台的玉米植株三维信息采集系统。首先,通过四轮驱动移动机器人与升降平台配合,精准控制Xtion深度相机多视角采集盆栽玉米植株的三维点云数据;然后,对获取的点云进行配准拼接与滤波,实现玉米植株的三维重建;最后,对重建后的玉米模型进行叶片的分割与参数测量。该系统的移动机器人运动误差可以控制在1 cm之内,玉米植株叶片参数测量误差在1%～5%之间,证明了该系统进行玉米植株三维信息采集的可行性。     

基于地基激光雷达的玉米真实叶面积提取方法研究

叶面积指数(LAI)是定量描述植物叶片生长状态的重要参数,相较于受叶片聚集情况影响较大的有效LAI,真实LAI更能准确反映作物真实的生长状态。地基激光雷达(TLS)可以快速获取高精度植物的高度、密度、叶倾角、叶面积等作物结构信息,但在叶面积信息获取上主要得到的是有效LAI。借鉴体素化的思想,提出了基于体素内叶片及其投影数学关系的真实叶面积获取方法。该方法充分利用TLS在获取垂直结构信息上的优势,将表征玉米真实生长状态的点云数据作为数据源,利用体素将玉米叶片回波点云分割成一系列叶片单元,基于体素内叶片及其投影数学关系求取叶片单元面积,进而实现玉米真实叶面积的获取。通过利用不同激光雷达扫描仪分别于北京和河北两地获取的不同品种、不同尺度的4个样本点的玉米TLS点云数据进行验证:样本点1、2、3的试验数据为单木尺度,采用不同体素大小计算叶面积。结果表明,该方法计算所得叶面积与实测叶面积具有较高的相关性,决定系数均在0.8以上,方法可信度较高;最优体素大小分别为0.17、0.15、0.15 cm,在相应最优体素大小下,RMSE分别为61.898、44.058、42.844 cm2,植株总叶面积之间的相对误差分别为-2.678%、0.619%、-0.474%,误差较小,精度较高。样本点4的玉米点云数据属于群体尺度,叶面积计算结果与实测叶面积之间的绝对误差为-14.663%,计算结果偏小。由此可知,基于体素内叶片及其投影数学关系的真实叶面积获取方法切实可行,且精度较高。     

小型农村水利改革思路

在分析小型农村水利的特点和性质的基础上,理清了小型农村水利改革的思路。认为：小型农村水利具有工程小、数量多、分布面广,地位重要但易受忽视,涉及范围广、服务功能多、公用性、垄断性、群众性、政策性、公益性、系统性和整体性强,季节使用、经营管理难等特点。改革的核心要按照“谁受益,谁负担,谁投资,谁所有”的原则,组建用水合作组织,明晰所有权。改革的关键是把所有权与经营管理权分开,采用灵活多样的形式加强经营管理。改革的实质是建设与管理制度改革,不能简单理解为“产权制度改革”。     

基于系统动力学的咸阳市水资源承载力

基于系统动力学的原理和方法,将水资源承载力系统划分为工业、农业、生活、生态、水资源和污水处理回用子系统,以缺水程度为主要反馈因子,考虑缺水时人们用水决策偏好,通过各子系统之间的反馈关系,建立了咸阳市水资源承载力系统动力学模型.模拟结果表明：按趋势发展型方案,咸阳市工业发展迅速,农业和生态用水被挤占,发展缓慢,规划年内缺水程度为9%～35%,为严重缺水;按资源环境保护型方案,生态环境得到良好保护,但工农业发展受到严重制约;按经济发展型方案,工业发展十分迅速,但农业灌溉面积减少,生态环境恶化,地下水超采严重,缺水情况仍存在,为3%～5%,发展可持续性差;按协调发展型方案,工农业保持13.8%发展速度,污水处理回用量增加,农业灌溉稳步发展,生态环境情况得到改善,缺水程度严重时约为0.4%,表明该方案是咸阳市水资源承载力可持续发展的最优方案.     

温室用渗灌管铺管机的研制及试验研究

研制了一种用于温室铺设渗灌管的铺管机,其主要由卷扬机和铺管器构成,由拖拉机提供动力.对铺管机的试验结果表明,其基本上满足设计要求,作业速度均匀,能够实现温室铺设渗灌管的目的;但是铺管深度一致性与铺管直线性较差,结构有待于进一步改进.     

南水北调河北省受水区水资源可持续利用AHP量化研究

为了充分利用调入水,实现南水北调河北省受水区水资源可持续利用,以受水区7个设区市为主要研究对象,考虑2010年南水北调工程建成为前提,预测了7个设区市现状水平年为2005年和预测的2010、2015、2020、2025、2030年在95%保证率下供需平衡状况,以此为依据,确定各设区市水资源可持续利用的权重系数,利用层次分析法(AHP)构建河北省受水区水资源可持续利用评价模型,进行定性分析和定量计算,对加大治污力度、控制地下水开采、加强节水措施、完善技术管理这4项水资源可持续利用对策进行重要程度排序。得出整个受水区及7个设区市主要可持续利用对策的重要程度排序:整个受水区可持续利用对策中,控制地下水开采最重要,其次是治污措施;邯郸市完善技术管理最重要,其次是控制地下水开采。     

Integrated hydrologic-economic modelling for analyzing water acquisition strategies in the Murray River Basin

We describe a coupled hydrologic-economic spreadsheet model for the Murray-Darling Basin that allows analyses of water allocation and use by different sectors including agriculture and environment under alternative policy scenarios. The model is a simple, lumped optimisation model which includes partitioning of rainfall into runoff and evapotranspiration, a reach by reach water balance of the river system, irrigation demand and revenue generation. Groundwater is not considered because groundwater use is a small part of the overall water use. The model is used to optimize profit, diversions and flows subject to hydrological and economic constraints determined by the policy scenario.We use the model to examine approaches of acquiring water for reallocation to the environment, and their impacts on irrigation water use and regional income from agriculture. We show that the optimal approach for acquisition depends on: economic factors, including the cost of water and the profits generated by its use; institutional factors, such as restrictions to trade between regions; and, hydrological factors, particularly the connectivity of and losses within the river network.The volume of water to be acquired does not, in general, equal the volume to be allocated. For a downstream site, water must be acquired from upstream, and more water must be acquired than is to be allocated: the volume acquired is that to be allocated plus transmission losses between the locations of acquisition and allocation. For upstream sites, it is optimal to acquire some water from downstream, and less water must be acquired than is to be allocated: the volume acquired is that to be allocated, less the transmission losses no longer incurred between the locations of acquisition and allocation.The volumes of water that must be acquired to satisfy an allocation target and maintain flows in the river system are affected by restrictions on trade between sub-catchments.     

基于虚拟边界法的永磁式缓速器转子鼓温度场计算方法

根据车用永磁式缓速器的结构和工作原理,建立了转子鼓温度场的计算模型;推导了由于涡流集肤效应的影响导致转子鼓上集中分布的内热源强度公式,确定了合理的边界条件,运用虚拟边界法和传热学理论推导了转子鼓稳态温度场的计算公式;最后进行了台架试验,并与计算数据进行了比较,结果表明试验值与理论值吻合较好。此计算公式可用来分析转子鼓温度场的变化,反映各设计参数与温度之间的精确关系,达到转子鼓的优化设计、减小转子鼓温度和温度梯度、从而降低转子鼓的热应力与热变形,有效提高永磁式缓速器的制动稳定性。     

发动机气门弹簧参数优化方法研究

建立了多目标优化函数,对发动机中多约束、多变量的气门弹簧进行了优化设计,克服了传统设计的不足,利用MATLAB解多约束、多变量的不等式方便快捷,可得到最优的设计参数.算例结果表明该方法具有工程实用价值.     

一种有效的ABS汽车制动性能检测方法

针对现行检测站的台架试验检测无法真实地反映其制动性能,而道路试验的随机性大、重复性较差等问题.在理论分析的基础上建立ABS汽车的制动性能检测结果的区间函数,结合高速道路试验,对其结果进行评价.结果表明:该方法能大大地减少道路试验的随机性.并能可靠地对ABS汽车的制动性能进行评价.     

朔州市紫花苜蓿生长期气候条件分析

苜蓿是一种使用价值和经济价值均较高的牧草,朔州市广泛推广种植苜蓿对于农民增收、社会经济发展有着重要的意义。本文通过研究苜蓿生长的特征指标,结合中国气象局和山西省气象局信息中心整编的1991～2020年30年平均温度、降水、光照、风速、蒸发量、积温等朔州部分资料,指出朔州市的年积温、年平均气温和日照等气象要素符合紫花苜蓿的生长发育需求,年降水量对紫花苜蓿的正常生长发育有所不足,在灌溉条件能够得到保证的前提下可以进行规模化种植。朔州市平川区和山区种植紫花苜蓿会有一定的差异性,平川区比山区更适宜种植,山区特别是不平整地块种植苜蓿可用于放牧或提升当地生态效益。朔州市在6月中旬至7月中旬为最佳播种紫花苜蓿时期,4～6月如果土壤墒情好,或有灌溉条件的也可以种植苜蓿。平川区的紫花苜蓿一年适宜刈割4次,山区的紫花苜蓿一年适宜刈割3次。朔州市种植紫花苜蓿具有较好经济价值和使用价值,可以进行大面积推广种植,本文的研究结论可为朔州市紫花苜蓿种植提供一定的依据。     

Plant pathogens in recycled irrigation water in commercial plant nurseries and greenhouses: their detection and management

With water conservation and reuse a priority for communities worldwide, recycling irrigation water in commercial plant nurseries and greenhouses is a logical measure. Plant pathogenic microorganisms may be present in the initial water source, or may accrue and disperse from various points throughout the irrigation system, constituting a risk of disease to irrigated plants. The continual recycling of this water is exacerbating this plant disease risk. Accurate and timely detection of plant pathogenic propagules in recycled irrigation water is required to assess disease risk. Both biological and economic thresholds must be established for important plant-pathosystems. Plant pathogens in recycled irrigation water can be managed by a variety of treatment methods that can be arranged in four broad categories: cultural, physical, chemical, and biological. An integrated approach using one or more techniques from each category is likely to be the most effective strategy in combating plant pathogens in recycled irrigation water.