基于时间序列和多元模型的集约化猪舍温度预测

目的 从挖掘猪舍历史环境参数数据时序信息角度出发,提出基于时间序列模型和多元模型序列的猪舍温度预测模型。方法 采取缺失部分环境因子统计预测,评估猪舍环境中相对湿度、二氧化碳浓度、氧气浓度等环境因子对温度预测的影响程度。针对猪舍温度时间序列进行数据预处理,滤除错误值和缺失值,采用时间序列模型构建基于门控循环单元网络(Gated recurrent unit,GRU)的猪舍温度预测模型,采用多元模型建立基于梯度提升决策树(Extreme gradient boosting,XGBoost)缺失值重要程度的猪舍温度预测模型。将该预测模型用于预测广东省某集约化猪场母猪分娩舍温度,并与循环神经网络(Recurrent neural network, RNN)模型、反向神经网络(Back propagation neural network, BPNN)模型进行对比试验。结果 对比温度预测值与实测值发现,基于GRU模型对应的猪舍温度均方根误差和平均绝对误差分别为0.25和0.19 ℃,平均绝对百分比误差为0.65%;基于XGBoost多元模型的猪舍温度均方根误差和平均绝对误差分别为1.21和0.71 ℃,平均绝对百分比误差为2.50%。在时间序列的温度预测模型中,GRU模型表现出更优的预测效果;在多元模型的温度预测中,XGBoost模型的预测效果更优。结论 本研究使用的GRU模型在时间维度上对母猪分娩舍温度的变化起到了预警作用,确定了各种环境参数对温度的影响程度,为养殖环境的精细调控提供了参考。     

液氮充注气调保鲜环境数学模型

为了掌握液氮充注气调过程中保鲜厢体内氧气浓度、温度的变化规律,建立液氮充注气调保鲜环境的数学模型,对氧气浓度、温度随时间变化过程进行了详细的理论推导,得出相应的计算式。在试验厢体上进行的验证试验表明:计算结果与试验结果基本吻合,为液氮充注气调系统的优化设计和控制策略提供了理论依据。     

保鲜运输车果蔬堆码方式对温度场影响的数值模拟

温度场是保障果蔬运输品质的重要因素之一。为了解温度场的分布规律,该文以基于差压原理的运输厢体为研究对象,采用香蕉为试验物料,建立厢体的1/4等比例三维紊流数值计算模型,结合有孔模型,采用SIMPLE算法和壁面函数法,对厢体中间两侧留空、两侧留空和满载等3种果蔬堆码方式的模型进行温度场的数值计算,得出了厢体内纵截面和横截面的温度以及货物表面的温度分布图。经对比分析发现,合理的货物堆码方式可以改善厢体内温度场的分布;中间两侧留空方式较两侧留空方式和满载方式相比较,冷空气与货物的热交换好,厢体温度场较均匀。经过试验验证,模拟值与测试值平均温度偏差均不超过1.5℃,试验结果与模拟结果吻合较好。该研究揭示了果蔬保鲜车厢体内部温度场分布的一般规律,对保鲜运输车的货物堆码方式以及结构优化设计等研究有一定的参考价值。     

液氮充注式果蔬气调保鲜运输箱能耗模型建立与验证

为掌握液氮充注式果蔬气调保鲜运输箱能耗规律,该文分析了运输箱的传热传质过程及其能耗构成,在分别研究了气调过程、制冷过程和加湿过程的基础之上建立了液氮充注式果蔬气调保鲜运输箱能耗模型,并对所建能耗模型进行了试验验证。研究结果表明,液氮充注式果蔬气调保鲜运输箱能耗主要由气调能耗、制冷能耗和加湿能耗构成;根据能耗模型所得的理论能耗与试验能耗基本一致,平均相对误差为11.86%±4.29%;根据能耗模型所得的理论液氮消耗量与试验液氮消耗量基本一致,平均相对误差为11.60%±3.51%;液氮充注气调过程消耗较少能耗即可产生较大的附加制冷总量,并且气调附加制冷总量与箱体气调体积有关,在该验证试验中理论液氮充注气调附加制冷总量所占理论制冷总量的比例达22%左右。该研究为液氮充注式果蔬气调保鲜运输装备优化以及果蔬保鲜运输节能提供参考。     

保鲜运输车温度场分布特性试验研究

为解决果蔬保鲜运输车厢体内温差过大的问题,搭建了基于压差原理的保鲜运输温度场试验平台。通过改变回风道风速、回风道长度、开孔隔板开孔率、堆栈方式、气流导轨等影响气流形式的因素,研究了这些因素对保鲜运输车厢温度场分布的影响。结果表明：回风道风速越大,回风道越长,保鲜厢内的温度场均匀性越好;堆栈方式为中间两侧留空时,厢体内温度场均匀性优于仅中间留空、两侧留空和满载等3种堆栈方式;开孔隔板开孔率对保鲜室中横截面温度场均匀性的影响较大;有气流导轨时的温度场均匀性优于无气流导轨时。当回风道长度为1.5 m,回风道风速为8 m/s,开孔率为16.11%,堆栈方式为中间两侧留空,有气流导轨时,保鲜运输车厢内的温度场均匀性较优,此时保鲜室内中纵截面温度分布的标准差为1.15℃,中横截面温度分布的标准差为2.04℃。研究结果为果蔬保鲜运输车的厢体结构优化提供参考。     

保鲜运输用液氮充注气调的温度调节性能优化

为解决保鲜运输用液氮充注气调产生的果蔬低温伤害问题,建立了液氮充注气调试验装置,通过改变液氮罐出液阀孔径、汽化盘管长度、横管开孔方向、开孔隔板开孔率、通风风速、回风道长度等因素,研究各因素对液氮充注温度调节性能的影响,优化液氮充注气调的温度调节性能。结果表明：当液氮罐出液阀孔径为1.5 mm,汽化盘管长度为4 m,横管开孔吹向风机,开孔隔板开孔率为4.03%,通风风速为8 m/s,回风道长度为1.5 m,厢体内氧气体积分数自20.95%降至5%时,液氮气调的温度调节性能较优,开孔隔板出气口最大温差仅为1.3℃,开孔隔板出口处与回风道内的最大温差仅为2.72℃。液氮充注气调在43 min内可快速将厢体内氧气体积分数由20.95%降至5%,还可利用液氮的冷量为保鲜环境降温。研究结果对果蔬液氮气调保鲜运输车的设计具有一定的参考价值。     

荔枝树枝能量传递特性与去梗式振动采摘作业参数

为评价荔枝去梗式振动采摘效果,开展了树枝能量传递特性研究,利用一种动-定梳排组合式采摘机构进行了荔枝采摘试验与品质对比分析。研究结果表明,激振点在靠近外侧树冠位置的分支时,传递到末端枝条的振动能量衰减少,动-定梳排组合采摘方式通过激励相对固定的挂果枝条可有效利用振动能量。综合加权评分法确定的采摘机构的最佳作业参数条件：梳排振动频率为26.67 Hz,定梳排间距为20 mm,动梳排摆动角度为40?,试验测定的生产率为4.1 kg/min,破损率为5.05%。振动采摘和人工采摘2种采摘方式的荔枝色差值、可溶性固形物含量和可滴定酸含量在8 d的贮藏期内无显著性差异,即振动采摘未对荔枝果实品质产生不良影响。该研究可为荔枝采收机械的设计与优化提供参考。     

不同贮藏温度下荔枝呼吸速率模型的对比与验证

为了准确预测荔枝的呼吸速率,该文以\     

猪舍环境无线多点多源远程监测系统设计与试验

为及时掌握猪舍内主要环境参数的时空分布特性,设计了猪舍环境无线多点多源远程监测系统。采用ZigBee网状拓扑结构进行无线分布式组网,节点设备以一主多从的形式实现多点监测。从节点以STM32嵌入式控制芯片为核心,搭载温度、相对湿度、氨气浓度、二氧化碳浓度等多种传感器。各从节点将实时采集的数据通过主节点上传至服务器,最终在Web端实现系统远程监测的功能。在广东省某规模化种猪场进行系统测试,并分析了分娩舍内各环境参数的时空分布特性。试验结果表明:分娩舍各区域温湿度变化呈负相关性,相对湿度较高;舍内氨气浓度及二氧化碳浓度变化差异性极显著(P 0. 01);系统运行稳定,锂电池可持续工作170 h,平均丢包率2. 39%,各环境参数监测量准确可靠,区域性差别显著。该系统有利于快速感知猪舍环境参数分布特性,可为猪舍环境控制优化提供参考。     

畜牧养殖环境监测自主移动平台轨迹跟踪控制算法

为实现畜牧养殖环境全方位监测,开发了可实现轨迹跟踪的自主移动监测平台。以具有非完整约束特性的自主移动平台为研究对象,研究其轨迹跟踪问题。在平台的结构基础上,通过建立其运动学模型及误差模型,提出基于Lyapunov函数和反推（Backstepping）时变状态反馈控制方法的轨迹跟踪算法,实现自主移动平台转向轮转角和行驶速度的控制。仿真和试验表明：所提出的控制算法能使该平台较好的收敛于期望轨迹,当跟踪期望轨迹稳定后,控制参数为(k1,k2,k3,k4)=(0.1,0.2,0.15,0.3)时,直线轨迹跟踪误差为xe=±7 mm,ye=±9.8 mm,θe=±4.2°,圆弧轨迹跟踪误差为xe=±6.2 mm,ye=±8.3 mm,θe=±5.8°,取得良好的跟踪精度。该研究可为畜牧养殖环境监测自主移动平台轨迹跟踪控制提供参考。