基于UG的采棉机锥齿箱的三维建模与虚拟装配

介绍基于UG软件的采棉机锥齿箱的建模与装配,实现了采棉机锥齿箱的虚拟设计,缩短了产品的研发周期,提高实际生产的效率与产品的可靠性。     

田间作业条件下摘锭耐磨性能及棉花采净率的试验研究

为了探究田间作业条件下摘锭的耐磨性能与棉花采净率,该研究将未钝化摘锭和钝化摘锭安装到采棉机不同采摘头上,在作业面积达到0、150、300、450、600 hm2时,获取2种摘锭样本并进行切割制样,分析钩齿磨损形貌,提取钩齿磨损面积及镀层厚度,同时测定2种摘锭的采净率。结果表明：未钝化摘锭的钩齿前齿尖易折断,钝化摘锭的钩齿镀层剥落晚于未钝化摘锭。在相同作业面积下,钝化摘锭的钩齿磨损面积更小,在测试位置的镀层厚度更高;当作业面积达到600 hm2时,未钝化摘锭的钩齿平均磨损面积达到2.9×105 μm2,约为钝化摘锭的2.6倍;未钝化摘锭1号、2号钩齿及钝化摘锭1号钩齿测试位置镀层剥落,钝化摘锭具有更加优异的耐磨性能。对照2种全新摘锭的采净率,钝化摘锭的采净比未钝化摘锭低0.2个百分点;当作业面积达到约200 hm2时,2种摘锭的采净率相差不大;当作业面积超过200 hm2时,钝化摘锭的采净率大于未钝化摘锭;当作业面积为450 hm2时,未钝化摘锭和钝化摘锭采净率均达到最大值,分别约为96.4 %和96.7 %;当作业面积为600 hm2时,钝化摘锭的采净比未钝化摘锭高0.5个百分点,钝化摘锭具有更加优异的采摘性能。该研究成果对于采棉机摘锭钩齿的结构优化与修形具有重要意义。     

基于Solidworks平台的脱粒滚筒特征造型与虚拟装配

对小型水稻联合收割机中钉齿式脱粒滚筒的结构和工作原理进行研究,井基于Solidworks软件对其所有零件进行三维特征造型及整个机构的虚拟装配,形象直观地再现脱粒滚筒模型,为脱粒滚筒的设计提供新方法。     

基于WPF的粮仓三维激光测绘系统设计与开发

粮仓清仓查库是粮食储藏管理中必不可少的环节,关系国内粮食的宏观调控。该文针对传统的清仓查库方式中效率低,准确率低的问题,在搭建三维激光监测系统的基础上,提出基于三维激光扫描的粮堆快速三维建模与体积计算方法。利用三维激光测距传感器扫描粮堆表面轮廓,获取表面三维点云,再根据Delaunay原则对点云进行三角划分,最终利用微软WPF(windows presentation foundation)技术的3D渲染引擎完成粮堆三维模型的建立,而系统中粮堆体积的快速计算采用方格网算法。利用该系统在实验室搭建的试验粮堆上进行了试验。系统利用处理后的标准点云数据可快速准确地完成粮堆三维模型的建立。通过对试验数据的处理和分析,结果显示利用该系统对粮堆扫描后计算出的体积与真实体积的相对误差的平均值仅为0.318%。验证了该系统中所使用的体积计算方法的准确性与稳定性。该研究为粮仓的清仓查库提供了一种高效准确的方法。     

基于三维激光扫描的水稻种子离散元建模及试验

在采用离散元法进行精量播种、收获、清选等关键部件的工作过程仿真分析时,需要建立与物料真实形态逼近的三维离散元颗粒模型。目前非规则形状物料常规建模方法是将其近似处理为规则体,导致仿真精度降低。该文以水稻为研究对象,提出一种基于三维激光扫描建立水稻等非规则颗粒材料的三维离散元建模方法,运用三维激光扫描技术获取其点云,利用自动化逆向工程软件Geomagic Studio和SolidWorks对种子进行点云处理和逆向建模,得到种子轮廓模型及其空间坐标信息,并基于颗粒聚合体理论建立水稻种子的三维离散元模型。通过离散元分析软件EDEM分别对三维激光扫描的水稻种子离散元建模和常规椭球体处理离散元建模条件下水稻种子的自然休止角进行仿真测定,并与实际水稻种子自然休止角测定试验结果进行对比分析,得出2种建模方法所得自然休止角与实际试验结果的误差分别为0.24%和8.83%,证明了基于三维激光扫描的水稻种子离散元建模方法的有效性和可行性。该建模方法为提高非规则物料离散元仿真精度提供了一种新手段。     

基于三维点云数据的花瓣形态及生长过程模拟

目前对于虚拟植物的研究多是通过图形建模来模拟植物的生长变化,计算复杂且操作不灵活。随着三维扫描和点云重建技术的发展,为复杂植物形态可视化提供了新的手段。论文基于三维扫描的植物点云数据模型,研究了植物花瓣的形变和生长过程模拟。利用三维扫描仪获取植物花瓣的生长序列,采用MATLAB根据实测点云数据拟合植物生长函数曲线,最后将传统花卉生长模拟与点云模型的自由变形相融合,提出了依据实测点云数据通过点云模型变形算法模拟花卉植物动态生长的方法。该方法不仅能够保留花卉植物复杂的形态特征,而且使形变控制简单,模拟的花瓣形态及生长真实自然。此外,该方法还与基于物理的模拟方法进行比较,并利用拟合回归分析、实测花瓣数据与重建数据间误差对该方法的准确性进行了分析。结果显示花瓣生长期内决定系数达0.75以上及平均误差控制在2mm以内,研究结果为花卉植物的生长形变模拟提供了参考。     

几种胡敏酸和富里酸分子结构模型的三维可视化与特性研究

针对已提出的几种胡敏酸和富里酸的二维分子结构模型,应用HyperChem软件转换为三维结构并进行几何优化,计算了这些三维模型的能量以及定量构效关系(QSAR)参数。结果表明:几种模型在三维结构和特性上都各不相同,这为从空间角度更直观地认识腐殖物质的分子结构提供了可能性。     

基于各向异性的区域土壤有机碳三维模拟与空间特征分析

为探索更加科学的土壤属性三维空间模拟方法,以各项同性三维普通克里格法为对比方法,采用均方根误差（root mean squared errors,RMSE）和标准化克里格方差（mean squared deviation ratio,MSDR）以及空间模拟方差图等,评价比较了各项同性和顾及各项异性的三维模拟方法的模拟效果。结果显示：三种方法模拟的土壤有机碳三维空间分布格局基本一致。随着土壤深度的不断增加,土壤有机碳含量较高的斑块逐渐减少,垂直方向上总体呈现出土体上部高下部低的格局。顾及各向异性能在一定程度上克服普通克里格法常出现的牛眼和趋中效应等缺陷问题。顾及各向异性基于Markov 的同位置协同格里格法模拟效果最佳。该法的 RMSE 值最小（1.6215）,相比于各项同性三维普通克里格法 RMSE提高将近50%,特异值覆盖比率最大（76.15%）,模拟精度最高,能够更好地突出波动性,体现特异值;该方法的 MSDR最接近1（1.4409）,且模拟的土壤有机碳质量分数总体方差均值最小（2.08）。研究成果将为区域土壤属性三维空间有效模拟提供方法参考。     

基于虚拟运动副的开链机构误差建模与仿真

随着农业机器人的广泛应用,其运动精度受到更多关注。作为其基础机构的连杆机构误差建模,传统上大多基于齐次变换矩阵的微分法,建模过程不直观,误差变换矩阵为非齐次矩阵。因此,将串联机构的D-H参数误差等效为虚拟运动副运动的结果,以旋量理论为数学工具,建立机构误差模型;将输出构件的位置和姿态误差分别用移动副旋量运动和转动副旋量运动表示,给出其大小及方向的计算方法。以PUMA560机器人为例,在Matlab下编程进行了误差仿真分析,并使用Adams软件对误差仿真结果进行了验证,2种分析方法只有0.001 mm级的差异。结果表明该误差建模与仿真方法正确有效,建模过程直观简便。     

水土保持科技示范园地上下一体化三维建模

[目的]探讨水土保持生态科技示范园三维建模的流程和方法,以期为后续数字园区建设奠定基础。[方法]基于园区GPS测绘以及地面调查数据,将可视化建模技术应用于水土保持工程中。[结果]以江西省水土保持生态科技园为例,运用约束三角剖分和空间插值等技术,解决了地物与地形的无缝拼接、土壤实体建模、植物模型快速生成等关键问题,最终构建了包含工程措施、植被、土壤等要素的园区地上下一体化三维模型。[结论]开发的三维可视化系统,可以更好地发挥水土保持生态示范园区的科学支撑、社会宣传、典型带动和示范辐射作用。     

基于人工倾斜摄影测量的微地形三维建模方法研究

耕作坡面微地形是地表径流和土壤侵蚀的重要场所,建立其高精度三维数值模型是定量研究土壤侵蚀过程的基础。针对现有接触式和非接触式测量方法得到的三维模型不能完全真实地反映微地形特征的缺陷,提出了一种获取坡面微地形高精度三维模型的人工倾斜摄影测量方法(ATPM),并对建模精度进行了评价。结果表明,采用ATPM方法建立的地表三维模型精度高,空间各点的平面中误差和高程中误差分别为±1.9 mm和±2.6 mm,能很好地反映微地形的细微特征,可为定量研究土壤侵蚀过程提供较高精度的数据支持。     

多元结构抬田饱和-非饱和渗流三维控制数模优化分析

以江西省峡江库区土料实测数据为依据,通过实验获得土料基本物理参数,用Van Genuchten（VG）模型拟合土壤水分特征曲线及非饱和导水率,建立由耕作层、犁底层、防渗层和垫高层组成的抬田多元地基结构。采用饱和—非饱和渗流三维有限元分析方法建立数学模型进行计算,通过数值计算结果与实验模型数据对比,证明该数学模型是合理可靠的。在此基础上,建立数学模型模拟计算各土层不同压实度、不同厚度对抬田渗流的影响。通过模拟分析计算,大幅减小了试验工作量,并得出了可供工程使用的结构参数。     

基于小波分析的陀螺随机漂移建模与滤波

采用基于小波分析提取信号趋势项的方法,对实测三浮陀螺漂移数据的趋势项加以提取,并对其残差进行建模。在建立了时序模型的基础上进行卡尔曼滤波器设计,对三浮陀螺的随机漂移数据进行卡尔曼滤波,结果表明,滤波方法有效地抑制了陀螺的随机误差。     

基于二元Logistic回归分析的苹果汁鉴伪模型的建立

苹果汁中特征有机酸指纹图谱可以用来鉴别苹果汁掺假。本文共收集了170个中国产苹果样本,通过高效液相色谱法测定样本中有机酸的种类及含量。数据与现有文献中相关数据不完全吻合,但所得数据反应的是中国不同产区苹果中有机酸数据特征。在测得的有机酸种类和含量的基础上利用二元Logistic回归分析方法建立了一个判别模型,用以区别掺假苹果汁。模型为：π=1/[1+exp(79.545X1+14.255X2+ 3.4X3-5.02)],此模型的精确度和重现率分别为87.4%和94.51%。统计数据显示该模型判别效果良好,可用于苹果汁的质量控制。     

基于GRNN网络模型的土壤重金属空间分布的研究

以江苏省南通市为研究区,利用采样点实测数据,借助GRNN神经网络模型并结合3S技术对农田土壤重金属的空间动态分布进行了深入研究。结果表明,GRNN神经网络模型能够智能地学习各个采样点的空间位置与该点各重金属含量之间的映射关系,并能够稳健地对各个空间插值点处的土壤重金属含量进行预测;结果显示南通市农田土壤重金属污染总体较轻,但也存在局部地区的严重污染。在运用GRNN神经网络模型进行空间插值了解重金属空间动态分布的基础上,可以根据污染的状况确定农产品的生产布局和规划。     

基于三维曲面的山地土壤有机碳储量估算研究——以庐山地区为例

当前区域土壤有机碳(SOC)储量多是基于土壤平面面积进行估算的,其估算结果的误差需要量化评价,尤其在地形复杂区域。本文选择庐山为研究区,基于七个坡度等级样区的二维平面面积及DEM提取的三维曲面面积,得到曲面和平面面积比率(A3D/A2D)与坡度间的量化关系;将庐山地区按高程及其主导土壤类型分为四个区域,结合土壤调查采样数据估算了各区域和整个庐山地区在三维曲面面积和二维平面面积上的土壤有机碳密度(SOCD)和储量,并对比分析了两种面积估算庐山SOC储量结果的差异。结果表明,随着坡度增加,曲面面积与平面面积差异呈指数式增加;从庐山4个高程区域看,坡度最大区域的A3D/A2D值最大,其SOC储量差值比例最高,达到12.13%,坡度最小区域的A3D/A2D值最小,其SOC储量差值比例最小,为6.78%。整个研究区平均坡度为19.55°,其A3D/A2D值为1.10,SOC储量差值比例为9.70%。以上研究表明,地形起伏较大的山地区域,其土层的平面面积与曲面面积有较大差距,对区域土壤碳储量估算有重要影响,计算该地区土壤碳储量时,应充分考虑这种影响,以降低区域碳储量估算的误差。     

区域土地利用信息系统的建立与应用

根据土地利用现状数据库建设标准和目标,利用GIS技术,以川南山区长宁县为例,建立了区域土地利用信息系统,该系统采用地星GIS为平台,对空间数据和属性数据进行一体化管理,并运用计算机数据库语言Visu-al Foxpro进行二次开发,建立相关应用模型数据库,通过空间数据库、属性数据库和相关应用模型数据库的集成,能有效地组织不同时空的各类型相关数据,较好地实现土地利用的变更。在此基础上对不同时空的数据进行处理和分析,能反映长宁县的土地利用状况及动态变化过程。     

基于实时含水率数据的土壤墒情动态建模及预测

实时准确地预测墒情是进行灌溉预报,实现农田水分精准化管理,提高水分利用效率的重要措施。基于根区（0−60cm土层）水量平衡原理,利用泰勒级数对根区下界面水分通量和作物蒸腾量进行了线性化处理,并以实时根区平均土壤含水率为自变量构建了动态的土壤墒情预测模型。采用天津市武清区西吕村无线土壤墒情监测系统（包含3个监测点）实时监测数据（地表下30cm和60cm处的土壤含水率）,分别选取5d、10d、15d和20d作为建模系列长度进行回归分析,确定模型参数,对10d和15d两种预见期进行了土壤墒情预测精度分析。结果表明：（1）实时预测模型拟合程度较好,三种建模系列长度条件下的确定性系数均达到0.80以上（样本数均大于550）;（2）15d建模系列长度下相对误差最小;（3）15d建模系列长度、15d预见期、10%相对误差界限值条件下,3个监测点的墒情预测合格率分别达到98%、100%和89%。由此可见,研究提出的实时墒情预测模型预测精度较高,便于建模分析,为土壤墒情的预测提供了新方法。     

Modeling Pollutant Buildup and Washoff Parameters for SWMM Based on Land Use in a Semiarid Urban Watershed

SWMM (Storm Water Management Model) has been widely used in urban water resources management. Despite its popularity, no commonly accepted pollutant buildup and washoff parameters are available for urban areas in semi-arid or arid climate, which covers 30% of global land area and is sustaining fast growth. This study provides a method to determine these parameters using inverse modeling and apply it in a semi-arid Texan urban watershed. Because GIS land use data is not available for early 1980s, it was determined from aerial photography from 1984 to 2006, and GIS land use data from 2006. Calibration using Shuffled Complex Evolution – University of Arizona (SCEUA) was used for hydraulic parameters followed by pollutant parameters. Confidence intervals of pollutant parameters were calculated by GLD (Generalized Lambda Distribution). Buildup parameters are clustered in narrow numerical ranges, indicating that spatially uniform factors are responsible for pollutant buildup. Washoff parameters do not cluster and are distributed more evenly, indicating strong influence of local factors such as topography. The results also imply that the commonly used parameter values need major revision.