基于系统动力学的河南省农业机械化研究

以河南省农业机械化系统为研究对象,运用系统动力学原理,在分析农业机械化系统相关因素的基础上,建立了农业机械化系统动力学模型,并进行了系统仿真。从模拟结果来看,随着社会进步和河南省经济的发展,农村劳动力逐渐转移,农村劳动力数量呈下降趋势,农村耕地总面积呈微弱的下降态势,土地经营规模上呈上升趋势。随着土地经营规模的扩大,农民人均纯收入随之增长,河南省整体农业资金总投入量呈指数上升趋势,农业机械总动力及农业机械化作业水平也将逐步提高。     

温室营养液调控器的设计

[目的]研究温室营养液调控器的设计,以实现营养液的全天候合理调配。[方法]采用模块化的设计思想,以AT89C55为主控芯片设计了一套温室营养液调控器。[结果]该系统硬件由设置、采集、控制3部分组成。该营养液控制器可以实现营养液的EC、pH参数的采集,并结合作物营养液配制与调控知识和专家的经验,实现营养液合理调配,并支持键盘输入与数码显示。[结论]该控制器成本低,操作简单方便,运行可靠。     

风向对温室内气流分布模式影响的CFD分析

以自然通风的Venlo型两连栋玻璃温室为研究对象,基于CFD数值方法,以流体控制方程和标准湍流模型为理论依据,结合DO辐射模型对室外风向垂直屋脊和平行屋脊两种工况下室内气流分布模式进行了3-D数值模拟。结果发现风向垂直屋脊时侧窗外侧存在两个对称涡流,侧窗是主要进风口;室内气流速度随高度呈上升趋势;室内东侧流速较西侧低。风向平行屋脊时,侧窗气流流动复杂,天窗是主要进风口;气流速度随高度呈下降趋势;室内东侧流速较西侧高。两种风向下南北向流速分布相对均匀一致。室外风向对室内气流分布模式有明显影响。     

基于阻抗和电容的番茄叶片含水率实时监测

为降低基于叶片电特性的番茄营养状况实时监测系统中叶片含水率对营养监测准确性的影响,提高营养水平监测模型的精度,提出一种基于叶片阻抗和电容的含水率实时测量方法,利用自制的针状电极设计了一种基于叶片阻抗和电容的4电极含水率监测系统。以不同含水率的番茄叶片为对象,在1×10-6~1 MHz的频率范围内研究了番茄叶片含水率对阻抗的影响规律,提取了叶片含水率的敏感频段,并建立了基于阻抗和电容的各生育期的叶片含水率预测模型,各模型的相关系数均大于0.973,均方根误差均小于5.06%。结果表明:番茄叶片含水率为50.5%~94.4%时,利用频率为3.98 k Hz时叶片阻抗和电容的对数函数可对番茄叶片含水率进行监测。     

基于PDWT与高光谱的生菜叶片农药残留检测

在离散小波变换特征提取算法基础上,结合有机物近红外谱区倍频中心近似位置,提出一种分段离散小波变换特征提取的方法。以4类农药残留水平(重度超标、中度超标、轻微超标、低于国标)生菜为研究对象,通过透射电镜对生菜叶片微观结构进行检测,并利用近红外高光谱成像仪采集生菜样本的高光谱图像。在生菜高光谱图像中选取感兴趣区域并提取该区域的平均光谱,依据常见基团主要中心近似位置对平均光谱进行有效分段,以sym5为小波基函数,依次对每段光谱数据进行小波变换分解。通过每段不同层次高频小波系数曲线的奇异值分析,来获取光谱特征波段。为了便于判断特征提取波段的优劣,提出初步评估参数契合度,并结合支持向量机分类准确率进一步评估提取特征波段。试验结果表明:随着农药残留浓度的增加,生菜叶片内部嗜锇颗粒数量变多,而淀粉颗粒变少,细胞间隙逐渐变大。不同浓度农药残留的生菜叶片内部细胞排列结构方式和组织结构存在差异,从而使不同浓度农药残留的生菜近红外光谱具有一定的差异性。与离散小波变换特征提取算法相比,分段离散小波变换具有较高的预测分类准确率。分段数取值为4时,取得最佳的契合度、校正集、交叉验证集与预测集准确率分别为75%、95%、92.86%和90.63%。分段离散小波变换结合契合度参数评估,能有效提高光谱特征提取波段可靠性,为快速、准确地无损检测生菜农药残留提供了一种新方法。     

栽有作物的圆拱型连栋温室强制通风气流场模拟

为了研究连栋塑料温室在强制通风情况下内部风速场,采用流体力学分析软件Fluent软件建立圆拱型连栋塑料温室强制通风模型加以分析。温室内栽种作物以番茄为例,研究了作物高度为0.5、1、1.5、1.8m条件下温室内部的气流分布情况。数值模拟结果表明:作物对强制通风情况下温室内流场有较大影响,作物区域空气流速变化平缓,作物上部风速迅速增加;由于作物明显阻碍气流运动,不同作物高度的温室内气流分布存在较大差别。     

基于FCM离散化的粗集权重在粮虫可拓分类中的应用

粮虫的识别属于参数多、混合度大的分类问题,特征客观权重的自动确定是粮虫可拓分类中的重要环节.提出了用聚类数评价函数自适应确定聚类数目,用FCM进行聚类分析,并依据最大隶属度原则对实值特征进行离散化处理.引入粗集理论中属性重要度的概念,自动确定粮虫特征的客观权重,并对粮仓中危害严重的9类粮虫进行了可拓分类,识别率达到93%,证实了基于FCM离散化的粗集权重在粮虫可拓分类中应用的可行性.     

基于STM32F407微型植物工厂智能控制系统研制

为了给微型植物工厂内部作物提供良好的生长环境,设计了一种基于STM32F407的微型植物工厂智能控制系统,包括微控制器模块、人机交互模块、数据采集模块、网络模块和执行机构驱动模块等。同时,制定了环境因子控制策略,构建了微型植物工厂智能控制系统软硬件,并进行了作物种植试验。结果表明:该系统稳定可靠,能够为作物生长提供适宜的光照、温湿度和水肥条件。     

家用微型植物工厂结构设计与生菜栽培试验

为迎合当今家庭成员希望在家中享受栽培植物、食用自己栽培的无公害蔬菜的愿望,面对都市用户群体设计了一款微型植物工厂,以简单经济可靠高效为原则,操作简易,维护方便。本设计以创造适合植物生长的人工环境为核心,将整个微型植物工厂划分为若干子系统,根据子系统的功能需求进行结构设计和工作方式设计。同时,按照设计制作样机进行了生菜栽培实验,验证了本设计的作物生产适用性。     

基于Micro-CT的黄瓜苗坨夹取破损检测及取苗参数优化

为了减小自动移栽时取苗爪夹取苗坨的破损,利用X射线Micro-CT对处于夹取状态的黄瓜苗坨进行检测,用阈值分割方法将根系和孔隙从断层图片中分割提取并三维重构。在垂直和水平方向将苗坨划分成6等份,对根系和孔隙的体积和分布密度进行统计,得出夹取过程中根系未发生显著位移,根系的作用是将基质缠绕包裹住,防止苗坨散坨;孔隙的体积和分布密度变化非常显著,新生孔隙的聚集和裂缝的形成是导致苗坨破损的主要原因。苗坨中夹针收缩移动的区域、夹针的顶端部位和苗坨的顶部是破损的主要部位,用这3个区域孔隙体积的增加量作为评价苗坨破损量的指标,对圆形和扁形2种夹针,在夹针直径为2、2.5和3 mm,夹取初始角为7°、9°和11°时进行扫描试验,得出在夹针收缩量为5 mm时,减小夹针直径和增大夹持初始角可以减小苗坨破损量,相同夹取条件下圆针夹取苗坨的破损量小于扁针;在夹取力等于苗坨屈服点的抗压力7.31 N时,圆针和扁针的收缩量分别为4.75和4.26 mm,此时孔隙体积的增加量分别为843.7和786.1 mm~3,扁针夹取苗坨的破损量小于圆针。以苗坨质量损失25%作为考核指标,在自动取苗机构上进行试验,结果表明,在夹针直径为2 mm,夹取力和夹取初始角分别为7.31 N和11°时,苗坨的破损率为6.3%,小于其他参数的试验结果,与Micro-CT扫描分析的结论一致。