联合收割机稻麦收获边界激光在线识别系统设计与试验

针对联合收割机收获边界在线识别问题,利用激光无损探测技术,开发了联合收割机收获边界在线识别系统。首先介绍了系统组成、激光传感器选型及工作原理,将传感器输出数据极坐标转换为直角坐标,建立稻麦轮廓特征数学模型。由于收获过程会产生大量的灰尘,会对激光探测距离及信号反射产生影响。通过与作物特征阈值比较,对受灰尘影响的错误数据进行有效识别与剔除。采用移动平均数字滤波算法,消除系统测量噪声。通过信号阶跃变化模式识别算法,实现了收获边界的在线检测,准确推算出联合收割机作业割幅,并进行了田间试验研究。试验结果表明,该系统可实现在线监测,收获边界测量误差不大于12 cm,可为联合收割机智能监控系统的实际应用提供参考。     

江苏省水资源利用相对效率时间分异与影响因素

[目的]全面客观地研究2005—2014年江苏省用水效率的时间分异性,为江苏省更好地开展水资源可持续利用工作,提高水资源利用效率提供有针对性地科学理论依据。[方法]选取江苏省2005—2014年的相关指标数据,运用传统数据包络分析模型及其改进模型,计算得到江苏省的用水技术冗余率、规模冗余率及水资源相对利用效率;并结合典型相关分析模型,探究影响水资源利用相对效率相关因素。[结果]规模冗余率与人均地区生产总值符合环境库兹涅茨曲线。技术冗余率与人均地区生产总值呈负相关。运用典型相关分析方法研究发现影响两种冗余率的因素也并不完全相同。[结论]近10a江苏省水资源利用效率呈现平稳增长,其中影响技术冗余率的因素主要是万元地区生产总值用水量和第三产业比重;而影响规模冗余率的因素则为水资源开发利用率和万元地区生产总值用水量。     

豆科绿肥对渭北旱塬土壤养分及生态化学计量学特征影响

渭北旱塬是我国重要的农业生态区,但土壤贫瘠、水土流失严重,亟需培肥土壤、改善生态环境。为探究渭北旱塬地区夏闲期种植并翻压豆科绿肥后土壤养分及其生态化学计量学特征的变化规律,采用田间定位试验,分别设置了3种豆科绿肥(绿豆、大豆和长武怀豆)和4个施氮水平,连续6年种植并翻压绿肥后,分析了土壤中养分含量,采用生态化学计量学方法计算了不同条件下的生态化学计量比值。结果表明:与对照(休闲)处理相比,长期种植并翻压豆科绿肥能显著提高土壤有机碳、全氮和碱解氮等养分指标含量,3种养分分别提高了4.47%~15.35%、5.21%~6.25%和11.00%~14.35%,且均以怀豆处理提升效果最佳。翻压绿肥短期内(2周后),土壤全氮含量的提升幅度大于有机碳和碱解氮。怀豆处理的有机碳、全氮、碱解氮、全磷和有效磷含量在短期和长期内均显著升高,培肥效果最为明显。翻压绿肥后,短期内土壤C∶N降低,但从长期效应来看,翻压绿肥提高了土壤C∶N,有利于土壤有机质的积累,能有效改善土壤养分平衡状态。土壤C∶P和N∶P与土壤C、N含量变化关系较为密切。夏闲期长期种植并翻压绿肥明显改善了土壤碳、氮养分状况,是渭北旱塬地区土壤培肥的有效措施。     

基于GF-1 WFV数据的玉米与大豆种植面积提取方法

准确掌握农作物的空间种植分布情况,对于国家宏观指导农业生产、制定农业政策有重要意义。针对黑龙江省玉米与大豆生育期接近、光谱特征相似,较难区分的问题,以多时相16 m空间分辨率高分一号(GF-1)卫星宽覆盖(wide field of view,WFV)影像为数据源,选择归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、增强植被指数(enhanced vegetation index,EVI)、宽动态植被指数(wide dynamic range vegetation index,WDRVI)、归一化水指数(normalized difference water index,NDWI)4个特征,结合实地调查样本点,采用随机森林分类算法,提取黑龙江省黑河市嫩江县玉米与大豆种植面积。研究表明,区分玉米与大豆的最佳时段为9月下旬至10月上旬,即大豆已收获而玉米未收获的时段,在4个待选特征中,NDVI、NDWI与WDRVI指数组合表现最佳;随机森林算法与最大似然算法、支持向量机算法相比,分类精度更高,其总体分类精度为84.82%,Kappa系数为77.42%。玉米制图精度为91.49%,用户精度为93.48%;大豆制图精度为91.14%,用户精度为82.76%。该方法为大区域农作物的分类提供重要参考和借鉴价值。     

马铃薯精密播种机智能控制系统设计

针对现有马铃薯播种机播种株距控制精准度不高、易产生重种漏种等问题,研发了一种由主控制模块、检测模块、株距控制模块和振动强度控制模块等7个模块组成的马铃薯精密播种机智能控制系统,采用液压马达控制薯种输送带运转,步进电机控制薯种输送带的振动强度,实现了播种株距和重种漏种率的自动控制.试验结果表明,播种速度相同时,实际播种株距相对于设定播种株距的平均偏差依次增大,播种速度越高实际播种株距的稳定性越差;薯种输送带振动强度越强,重种率越低,漏种率越高,各因素对重种漏种率影响的主次顺序为:薯种输送带振动强度＞播种速度＞薯种质量,且薯种输送带振动强度对重种率、薯种输送带振动强度和播种速度对漏种率有显著影响;较佳的播种作业参数为:薯种输送带振动强度为Ⅱ级(即轻微振动时)、播种速度为1.16 m/s及薯种质量为35 g.经2～3个周期即可调整到允许范围内,且稳定性好.因此,完全能够满足种植户的实际播种作业要求,为智能控制马铃薯精密播种装备的后续研发提供参考.     

DOC与POC耦合柴油机燃用调合生物柴油颗粒物的排放特性

在一台高压共轨柴油机上进行燃用调合生物柴油(B0、B10和B20)台架试验,利用MOUDI颗粒分级采样系统和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分别研究氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)结合颗粒氧化催化器(particle oxidation catalyst,POC)对颗粒物的粒径质量浓度分布和可溶性有机组分(SOF)的影响。结果表明:随着生物柴油的掺混比增加,各粒径范围的排气颗粒物质量浓度均下降,质量浓度峰值均在0.18~0.32μm;颗粒物SOF中脂类、酸类质量分数增加,烷烃类、芳香烃、酚类物质质量分数减少;B0和B20的碳原子数质量分数均呈现近似以C16为峰值的正态分布。加装DOC+POC后,3种燃料颗粒物的质量浓度均降低,聚集态颗粒的质量浓度转化率高于粗颗粒态,其中B20聚集态转化率最高,为58.36%;随着生物柴油的掺混比增加,DOC+POC对SOF的转化率增大,其中B20颗粒中SOF转化率达65.15%;DOC+POC对脂类和酸类物质净化作用明显,加装DOC+POC后,B20脂类和酸类物质的质量分数降幅分别为55.45%和43.27%;DOC+POC对B20颗粒物中SOF的C12~C18氧化作用明显。     

基于离散元的西北旱区农田土壤颗粒接触模型和参数标定

为了解决利用离散元法模拟土壤作业过程在预测农具阻力和土壤动态运动时存在失真等问题,整合延迟弹性模型(hysteretic spring contact model,HSCM)和线性内聚力模型(liner cohesion model,LCM)优势建立西北旱区农田土壤模型,以不同参数(静摩擦系数、动摩擦系数和内聚强度)组合下仿真得到的土壤仿真堆积角为响应值,基于Box-Behnken试验法建立回归模型,并根据该回归模型进行了参数预测并验证,对17组土壤仿真堆积角方差分析表明:静摩擦系数、动摩擦系数、动摩擦系数和抗剪强度的交互项、动摩擦系数的二次项对仿真堆积角的影响极显著;静摩擦系数和动摩擦系数的交互项、静摩擦系数的二次项对仿真堆积角的影响显著。使用预测的参数进行6种不同含水率土壤直接剪切仿真和试验对比可知,当含水率为1%~20%时,仿真与试验间的抗剪强度相对误差为1.18%~9.31%,仿真与试验间的内摩擦角相对误差为0.55%~4.07%。对仿真和试验鸭嘴插入阻力数据进行分析可知,仿真与试验曲线在入土距离处于0~50 mm期间时,但仿真入土阻力曲线波动较大,仿真和试验阻力走势基本一致,玉米直插穴播最深处50 mm处的仿真和试验入土阻力相对误差为0.928%,可利用此时的入土阻力分析直插鸭嘴结构对强度的影响。     

无人机点射式水稻播种装置控制系统设计与试验

针对当前无人机水稻撒播难以成行成穴、落种易受旋翼风场干扰和播种均匀性不佳等问题,该研究结合点射式水稻播种装置和飞行控制器设计了一套播种控制系统,开发了配套的地面站功能,并制作了样机。控制系统基于PID算法实现排种器步进电机的转速闭环控制,通过标定模型对振动电机激振力和摩擦轮电机转速进行控制,并根据状态机设计播种控制程序。以3倍丸粒化稻种为对象,从播种量准确性、播种成行性和播种均匀性3个方面对样机的播种性能进行验证并优选合适的播种参数。试验结果表明：无人机模拟飞行的播种量准确性测试中,样机以1.0～2.5 m/s的作业速度进行播种时,播种量的平均相对误差小于4%,控制系统具有较好的动态调节能力。实地飞播测试中,样机以1.0和1.5 m的高度播种时,种子分布在12 cm种行宽度内的平均概率超过80%,成行性较好。考虑安全因素,优选1.5 m为样机的适宜作业高度。在作业高度为1.5 m,3倍丸粒化稻种的播种量为90～150 kg/hm2（对应裸种的播种量22.5～37.5 kg/hm2）,作业速度为0.5～2.0 m/s时,播种均匀性变异系数为20.51%～35.52%。进一步分析发现,适当提升作业速度可提高播种均匀性。田间试验结果表明,播种量的相对误差分别为2.47%和4.12%,播种均匀性变异系数分别为22.17%和21.82%,种子破损率分别为0.34%和0.18%,满足相关标准的水稻飞播精度控制要求。研究结果可为无人机水稻直播技术提供参考。     

喷施山梨醇螯合钙对花生生长及钾、钙、镁吸收的影响

为探究不同山梨醇螯合钙喷施浓度对花生生长及养分吸收的影响,采用大田试验,以花育22号为试材,在施基肥基础上设置5个钙素喷施浓度处理(以Ca²⁺计,单位g/L):0 (CK)、1.4 (T1)、1.6 (T2)、1.8 (T3)与2.0 (T4),测定了各处理对花生光合作用、收获期产量、品质、各器官干物质积累量及钾、钙、镁含量的影响。结果表明：(1)与CK处理相比,喷施山梨醇螯合钙提高了叶片SPAD值,促进了花生光合作用,尤其在结荚期;(2)喷施山梨醇螯合钙能提高花生产量及粗脂肪、粗蛋白含量,其中T2处理较CK处理分别提高11.48%、5.74%、7.82%;(3)喷施山梨醇螯合钙能够显著增加籽仁干物质积累量,有效提高花生生殖器官干物质占比,降低营养器官干物质分配比例,以T3处理改善效果较为突出,其次是T2处理;(4)喷施山梨醇螯合钙对花生各器官钾、钙、镁含量的影响不同,但总体上促进了花生对养分的吸收。主成分分析结果表明,喷施山梨醇螯合钙显著影响了花生生长发育。综合来看,喷施Ca²⁺浓度为1.6～1.8 g/L的山梨醇螯合钙对花生增产提质效果更...     

基于区间分析的自动移栽机苗盘定位控制方法

苗盘输送部件是自动移栽机的关键部分,由于国内标准塑料苗盘易变形造成苗盘外表面的光反射率不稳定,导致单个光电传感器识别苗盘到位信息误差大,苗盘定位不准确。针对这一问题,该研究设计了一种推杆平移输送、双传感器融合定位的苗盘输送装置,并提出一种苗盘精确定位控制方法。该方法首先通过双传感器分别感知苗盘与推杆的到位信息,并融合输送装置的结构信息,得到苗盘从起始位置输送至取苗位置的精确输送距离;然后设计了一种苗盘与推杆之间放置位置的判定方法,判定苗盘当前放置位置后输入对应的位移量将苗盘输送至取苗位置,最后驱动伺服电机实现苗盘输送的精确控制。以128穴标准PVC硬塑苗盘为测试对象,开展了苗盘输送定位及取苗性能试验,结果表明：控制系统可以准确判定苗盘任意放置在输送链推杆上的具体位置,在苗盘不同放置位置及不同输送速度下,电机脉冲频率越快,定位偏差越大。当电机脉冲频率为800 Hz时,输送定位偏差最大值为1.35 mm,最小值为0.79 mm,此时定位偏差平均值最大为1.07 mm,定位偏差变异系数最大为14.1%。在不同输送速度下,取苗成功率均达100%,满足精确输送定位要求,解决了单个光电传感器定位不...