基于负水头供液决策的温室作物自动灌溉施肥方法

针对温室作物基质栽培过程中营养液供给不易精量控制、水肥利用率低等问题,设计了基于负水头供液的决策方法和系统,采用温室基质栽培番茄负水头耗液量作为精量决策指标,通过自动化滴灌系统对同期内番茄常规基质栽培行进行3~4h的错时灌溉,以定时定量供液方法的番茄栽培行为对照,研究了系统的运行状况、番茄产量和水肥利用率等问题。结果表明,基于负水头供液决策的自动灌溉系统比定时定量供液系统的单株产量提高了6.70%,水、肥量均节省28.13%。通过试验得出该系统运行良好,可根据番茄日需水规律适量、及时、精准地供给营养液。     

不同施肥土壤水分特征曲线空间变异

为了探讨长期施肥土壤水分特征曲线空间变异性及其影响因素,依托中国科学院黄土高原长武农业生态实验站中的长期定位实验,采用高速离心机法测定长期施肥条件下不同吸力的土壤含水率,并利用Van Gennuchten数学模型对水分特征曲线进行拟合,对比研究了不同施肥土壤水分特征曲线、持水性、供水性及土壤水分的有效性。结果表明:由于长期不同施肥使其土壤结构发生差异,导致土壤水分特征曲线存在明显的差异。化肥处理(N、NP)破坏了土壤结构,降低了土壤持水性能;有机肥(M、NPM)的施入增加了土壤有机质的含量,改善了土壤结构,提高了土壤持水性能。有机肥处理(M、NPM)土壤水分的有效性明显高于其他处理,N、NP、CK处理之间无明显差异。土壤供水能力由强到弱为N、CK、NP、NPM、M。     

形态可重构移动机器人行走机构设计与分析

基于用移动机器人代替农民在农田复杂环境下进行劳作、减轻农民作业负担的理念,提出一种轮/履形态可重构移动机器人。该移动机器人由4个相同结构的轮/履形态可重构行走单元以及车体组成,具有轮式和履带式2种行走姿态,以便适应野外复杂地形。轮/履运动形态的可重构可以通过轮/履形态转换装置实现。建立了形态可重构单元的运动学模型、数学模型以及动力学模型,并推导了行走单元的数学模型,得到行走单元机器人在攀越台阶越障时机器人摆杆角度与台阶高度h的关系,以及能够攀爬的坡度范围。在Simulink以及ADAMS中建立了行走单元虚拟样机以及仿真环境,并设计了样机。通过对虚拟样机仿真以及Matlab理论值计算,末端速度和加速度的仿真值与理论值误差的数量级仅在10-8～10-6之间,验证了其数学模型以及运动学模型的正确性。     

基于红外热成像的生猪耳温自动提取算法

针对利用红外热成像进行生猪体温自动提取困难的问题,在设施猪场生猪体温红外巡检装置的基础上,提出将生猪耳部区域作为其体温的代表区域,探索一种基于红外热像图的生猪耳温自动提取算法(IT-PETE)。该算法通过高效而准确地识别生猪耳部区域并提取耳部区域的温度最大值和平均值,实现生猪体温非接触式自动监测。IT-PETE算法首先用拉普拉斯算子对生猪热红外图像进行预处理,然后基于YOLO v4和形态学对热红外图像中的生猪耳部进行提取,并结合耳部分割图像和温度矩阵自动获取耳部区域温度的最大值和平均值。采用5折交叉验证方法训练生猪耳部区域检测模型,训练集和验证集图像共2000幅,测试集400幅。试验表明,YOLO v4耳部区域检测准确率为97.6%,比Faster R-CNN和SSD分别提高了2.0个百分点和7.8个百分点,单帧图像的平均检测时间为12ms。同时对20头猪的人工统计耳温数据与算法提取体温进行相关性分析,得到两者在耳部区域温度最大值和平均值的决定系数分别为0.9849和0.9119,表明IT-PETE算法对体温数据的提取具有可靠性和可行性。因此,IT-PETE算法在一定程度上可为生猪体温自动化监测和预警系统提供技术支撑。     

制造车间生产物流瓶颈指数研究

针对制造车间生产物流瓶颈漂移现象,将瓶颈漂移因素分为能力因素、需求因素和能力-需求综合因素,并采用时间能力因子、时间需求因子和质量保证能力因子对各种瓶颈漂移因素进行数字化描述,为瓶颈漂移因素耦合机理的研究提供数据支持。利用马尔可夫链描述各种瓶颈漂移因素的状态空间和转移概率,构建贡献函数,实现瓶颈漂移因素耦合机理的定量分析。以贡献度和质量保证能力为参数,建立瓶颈指数数学模型,以度量制造单元成为瓶颈的能力,为生产过程的控制和优化提供技术支持。通过对某一制造车间内生产物流瓶颈的预测和监控,验证了瓶颈指数的有效性和实用性。     

大功率拖拉机电液提升器比例提升阀设计

针对大功率拖拉机电液提升器,设计了比例提升阀,对4种不同型式节流口的流量特性进行了对比.基于状态空间法,建立比例提升阀的动态数学模型及仿真模型,在Matlab/Simulink中进行仿真及参数优化设计,并进行了室内试验.结果表明,采用半圆形节流口的阀芯行程短且具有良好的小流量特性;经参数优化之后,比例提升阀控制电流与流量曲线线性度决定系数为0.9986,动态阶跃响应超调量为6.25％,调整时间为0.3s.     

农用全地形仿形行走底盘地面力学特性

针对减少农田土壤机械压实的技术措施,在常规轮式行走机构的基础上,提出配备超低气压轮胎的农用全地形仿形行走底盘的解决方案.建立了超低气压轮胎的地面力学模型,研究了配备超低气压轮胎的农用全地形仿形行走底盘的地面力学特性,并与现有的四轮驱动拖拉机进行对比分析,结果表明,农用全地形仿形行走车能够有效减小土壤机械压实,且牵引性能良好,满足现代农业的发展需要.     

基于机器视觉的烟叶面积在线测量

为提高烟草打叶复烤工艺中烟叶叶片结构的检测效率,研究了用于烟叶叶片结构在线检测的叶片面积快速测量方法.采用空变模糊矩阵还原了线阵相机的场曲模糊,利用张正友标定法校正了图像畸变;提出了对噪声、照明环境不敏感的R、G分量差值阈值分割法,实现了叶片图像的高精度分割;提出了计算效率较高的叶片面积拼接法,解决了在线检测时单个叶片被分割在2幅图像中的问题.采用多线程技术,编写了并行图像处理软件,开展了重复性实验,结果表明:图像处理速度达22帧/s,能够满足在线测量要求,在100～2500mm2量程内,相对误差小于0.50％,变异系数小于1.01％.     

自动传动液摩擦特性与自动变速器换挡元件匹配特性

对自动变速器与自动传动液摩擦特性进行匹配性分析,确定自动变速器换挡元件的评价指标以及影响该评价指标的自动传动液关键特性.通过建立动力学模型以及动态仿真模型对扭矩容量、功率密度与滑摩功进行计算与仿真分析,获得与自动变速器换挡元件相匹配的自动传动液摩擦特性的要求.对计算结果、仿真结果和试验结果进行对比分析,证明了此方法的可行性、正确性与有效性.     

温室轨道式弥雾机气流速度场三维模拟与试验

基于CFD模拟技术建立了温室轨道式弥雾机的气流速度场分布模型,并对模拟结果进行了验证.研究表明,在所设计的模拟区域内,气流速度在垂直和水平两个方向呈梯度减小趋势;改变喷孔气流速度对气流速度场空间分布状态不会产生显著影响,但对雾滴的分布范围有明显拓展作用;把喷孔气流速度由25 m/s提高到50 m/s,可将吹送距离由2.4m增大到3.6m,气流速度场范围半径由0.20m扩大到0.25 m.试验和模拟结果对比表明,所建模拟模型能够较准确地模拟温室轨道式弥雾机气流速度场的速度分布特性.