胶合空心木柱结构设计与制造工艺

胶合木结构建筑中,柱作为轴心受压构件,需要对其承载能力进行强度和稳定性验算。对空心柱进行理论设计计算,从而确定一定尺寸、规格下柱能承受的最大载荷。由于没有专用设备进行实验论证,本研究仅对不同规格的空心木柱和实心木柱进行对比,得出了在保证空心木柱强度与实心木柱相当时,空心木柱的外围直径与实心木柱相比均有一定程度扩大的结论,从而使胶合木结构中的胶合木柱达到了美观与结构的双向要求。同时提供了几种具体空心木柱的外观设计。     

基于GA-SVR的热源自适应茎流检测与调控系统研究

茎流测量是研究植物耗水规律的重要手段,现有茎流传感器多基于热平衡法进行设计,但在低温天气时,植物蒸腾作用不明显,茎流瞬时变化响应不灵敏,导致测量结果不精确。针对上述问题,设计了一种热源自适应茎流检测与调控系统。综合考虑不同因素下茎流消耗在热源提供能量占比中变化趋势的建模需求,设计融合外界温度、茎流速率、横截面积等多环境因子茎流标定嵌套试验。在此基础上,利用支持向量机回归算法(Support vector regression, SVR)和遗传算法(Genetic algorithm, GA),建立热源功率自适应模型。结果表明所建模型的最优决定系数与均方根误差分别为0.989和0.015 W。基于LoRa无线传感网络构建茎流检测与调控系统,实现多组温度信息和热源功率的监测,系统调用移植到嵌入式设备的热源自适应模型动态获取热源功率调控目标值,并发送至执行控制器,控制功率调控模块,实现热源自适应融合的功率动态控制。精度验证试验显示：在低温段时,本系统比FLOW-32KS型传感器平均相对误差小2.64(6℃)、2.53(11℃)、3.68个百分点(16℃)。在高温段时,自适应模型修正对结果影响...     

基于U弦长曲率的番茄氮肥调控目标区间获取方法

针对中国现有设施番茄生产中氮肥施用量过高,利用率低,环境污染严重等问题,该研究面向设施番茄精量施肥需求,提出一种基于叶绿素荧光技术的设施番茄生长氮素浓度适宜区间获取方法。该研究利用不同氮浓度水培液进行番茄栽培,获取叶片荧光参数和干物质等生理指标,采用最大互信息系数值（Maximum Information Coefficient,MIC）筛选叶绿素荧光参数,确定最适的荧光参数进行水培液氮调控研究目的是区间确定。结果表明,叶绿素荧光参数Fv/Fo（光系统潜在活性）的整体表现效果较优。以Fv/Fo的响应曲线提出基于U弦长曲率特征点为分界点的适宜氮素浓度区间获取技术。采用此方法的番茄生长的适宜氮素浓度区间为7.2~9.8 mmol/L,同时干物质等生理指标都保持在较高水平,变异系数最小。与日本园试营养液对照组相比,番茄干质量平均提高33.8%,叶片磷浓度平均提高10.2%,叶片钾浓度平均提高11.3%,叶片氮浓度平均降低0.8%,而氮肥用量减少了51.4%。因此,基于U弦长曲率特征点的方法是确定番茄施氮目标区间调控有效的技术。     

融合光谱形态特征的苹果霉心病检测方法

针对轻微霉心病和健康苹果光谱差异较小,致使基于可见/近红外特征光谱的检测方法对轻微霉心病检测准确率较低的问题。该研究将光谱形态特征与光谱特征融合的方法引入霉心病模型构建,建立了融合光谱形态特征的判别模型。以215个苹果可见/近红外光谱为样本,分析了不同预处理和特征提取组合对建模效果的影响,并完成了光谱特征的提取;分析健康果和霉心病苹果平均光谱的差异性,提取波峰、波谷等差异明显的光谱形态特征点,对比波段比、波段差和归一化强度差三类形态特征获取方法;最终建立光谱形态特征参数和光谱特征融合的苹果霉心病模型。试验结果表明,归一化预处理后提取的特征光谱和归一化强度差形态特征融合后模型判别准确率最高,在支持向量机模型中训练集、测试集判别准确率分别为98.6%和96.3%。特别是当发病程度小于10%时,该研究的判别模型准确率高于95%,表明通过融合光谱形态特征可以提升轻微病变霉心苹果的判别准确率。     

基于MOPSO和TOPSIS的多目标优化温室黄瓜光环境调控模型

针对在现有温室光环境调控模型中,未考虑光质-光强的协同影响以及净光合速率与光能利用率双优化的问题。该研究面向温室黄瓜的高效补光,提出一种基于多目标优化思想的光质-光强协同调控方法。通过设计多因子耦合的净光合速率试验,获取叶片的净光合速率数据,建立净光合速率模型,并计算叶片尺度的光能利用率;构建光能利用率与净光合速率双优化的多目标优化模型,利用多目标粒子群算法获取非劣解集,基于理想解逼近算法得到光质-光强的调控单点,从而建立设施黄瓜红、蓝光模型。理论验证试验表明,与光合最大补光法相比,净光合速率降低21.39%,需光量降低59.40%;与固定光质0.5和0.8相比,在相同光强下净光合速率依次提升3.66%和9.69%。在此基础上开展实际验证试验,结果表明与固定光质法相比,在耗电量相近的前提下,生理指标均优于固定光质补光法,且在茎粗、干质量以及壮苗指数上存在显著差异;与光合最大补光法相比,生理指标不存在显著差异,且耗电量节省27.43%,表明本研究方法在保证生理指标高水平的前提下,有效节省了光电资源的消耗。本研究方法为设施农业调控提供了新型补光策略,保障了农业生产资源的高效利用。     

基于改进型鱼群算法的番茄光环境调控目标值模型

针对光温耦合条件下番茄光环境调控目标值难以快速、精确获取的问题,在光温嵌套光合速率试验结果基础上,为提高人工鱼群算法寻优速度,基于视野和步长动态调整思想,提出了改进型鱼群算法的光温耦合寻优方法,对不同温度下光饱和点进行快速精准寻优,建立了番茄光环境调控目标值模型,模型决定系数为0.999 9。验证试验结果表明,不同温度下光饱和点的模型计算值与实测值高度线性相关,相关系数为0.988,最大相对误差在±2%内,明显优于遗传算法构建模型的相对误差(±6%)。快速、动态获取不同温度下光饱和点,对设施光环境精准调控效率具有重要意义。     

多因子约束的卷帘机揭盖被决策方法与控制系统研究

日光温室冬季反季节生产中光照时长与温度普遍无法满足作物的生长需求,本文基于作物生长对温度与光照的需求,以维持温室温度平稳的光平衡点、夜间最低温预测模型、经验揭盖被时间为约束条件,提出了以作物低温限制点、光补偿点、光平衡点与经验揭盖被时间为约束的揭被决策方法,以及以夜间最低温预测模型、作物低温限制点、光补偿点与经验揭盖被时间为约束的盖被决策方法,在此基础上,基于无线传感器网络构建了卷帘机决策控制系统。试验结果表明,本文卷帘机揭盖被决策方法及控制系统能有效减少43%的低温发生率,与经验揭盖被相比,试验温室日光照时长平均延长1.25h,试验期间累计增加光照时间75.16h,辐热积增加61.41MJ/m2,有效积温增加22.28℃,有效提升了温室热量积累;试验温室番茄植株矮、茎粗大,表现更为健壮,叶长与叶宽的生长速率显著高于对照温室,对试验期间影响较大的第1穗果产量进行统计分析,试验温室产量提升30.74%,且第1次收获时间提前,证明了本文卷帘机揭盖被决策方法与控制系统能促进作物生长,有效增加番茄的物质积累,为日光温室卷帘机揭盖被决策提供了思路。     

融合暗荧光参数的茄子叶片光合速率预测模型构建

现有光合预测模型主要考虑环境因子对植物光合作用的影响,模型只能对生理状况相似的叶片进行光合速率预测,本文面向不同生长状态叶片光合速率预测模型的建模需求,提出融合叶片暗荧光参数Fv/Fm的多环境因子光合速率预测模型构建方法。试验以不同生长状态的茄子叶片为样本,在获取暗荧光参数的同时,分别测量不同温度、CO2浓度和光照强度下的光合速率,构建建模样本集。在此基础上,利用遗传支持向量机算法,建立了光合速率统一预测模型,其训练集决定系数为0.8895,均方根误差为3.2679μmol/(m2·s)。采用异校验方式进行模型验证,结果表明,融合荧光参数后模型精度显著提高,光合速率预测值与实测值拟合斜率为0.9046,截距为0.3641,〖JP〗说明引入Fv/Fm后,模型可实现对不同生理状态叶片光合速率的精准预测。     

基于物联网的日光温室冠层特征温度时空变化规律分析

针对日光温室冬季反季节生产中冠层温度时空分布不均的问题,以典型西北日光温室为研究对象,建立了40通道PT100温度场监测系统,对冬季番茄冠层全天候动态温度数据进行采集,在此基础上,采用克里金插值算法进行冠层温度场建模,通过差分进化算法获取温度极值点,分析了不同天气条件下冠层特征温度的时空变化规律。结果表明,晴天、多云天、阴（雨）天插值验证的R2均大于0.94,平均均方根误差分别为1.34、0.95、0.40℃,该算法更适用于阴（雨）天及夜间低温冠层温度场的插值;在不同天气条件下,温室冠层温度全天整体上呈现西高东低、内高外低的趋势,阴（雨）天温室内温度整体变化规律趋于一致,晴天、多云天气揭被后,受外界光辐射等因素影响室内温度分布差异性较大,晴天夜间温度的下降程度大于阴（雨）天;冠层极值点分布结果表明,在不同天气条件下,极值特征点在日光温室中分布区域基本相同,冠层最高温点主要位于温室中部[22.0m,2.5m]附近,最低温点主要位于温室东部外膜[4.0m,5.48m]附近。日光温室冠层极值特征点的获取为温室栽培、温度灾害监测与传感器部署等研究提供了理论基础。     

可控LED亮度的植物自适应精准补光系统

人工补光对作物生长具有重要作用,发光二极管（LED）作为一种新型光源在作物补光系统中具有广阔的应用前景。针对目前常用的定光照度、定光质补光方式存在的不足,该文设计了一种综合考虑作物特性、光合有效辐射、环境温度等因素的自适应精确补光系统。该系统实时监测特定波段光照度、环境温度,精确计算作物补光量,并通过脉宽调制（PWM）信号控制红、蓝光LED灯组亮度,支持对不同植物在不同生长阶段、不同环境下的按需分波长定量补光,具有精确化,智能化,低能耗的特点。经温室实际生产过程的试验结果表明,补光系统性能可靠、达到了定量精确补光的设计要求,可避免植物生长不同阶段补光不足或过量的问题,从而提高了能源利用率。