直线型植保无人机航姿UKF两级估计算法

针对直线型植保无人机航姿测量受磁场干扰严重、磁力计校准动态性能差、航姿估计精度低等问题,提出了一种基于磁力计实时校准的无人机航姿两级解算方法。依据地磁场矢量变化小的特点,利用列文伯格-马夸特（Levenberg-Marquardt,LM）算法和磁力计误差模型,建立磁力计实时校准模型,实时计算磁力计误差参数。考虑运动加速度、电机磁场以及环境磁场干扰,采用无迹卡尔曼滤波器（Unscented Kalman filter,UKF）融合陀螺仪和加速度计实现一级航姿估计,通过四元数精准解析出横滚角和俯仰角姿态信息;然后融合磁力计实时校准数据和陀螺仪修正航向角完成二级航姿估计,最终实现无人机姿态和航向的精准估计。试验结果表明,在外部磁场干扰高达30.97μT时,实时校准算法仍可快速计算出磁力计校准参数,模长均方根误差为0.59μT,减小了航向观测信息噪声。本文的航姿测量系统姿态角均方根误差不大于0.75°,航向角均方根误差为1.40°,较互补滤波算法,姿态角精度提高约0.6%,航向角估计精度提高1.38°;动态飞行试验中,姿态估计算法大幅减弱了磁干扰影响,航姿跟踪准确,航向角快速收敛,稳态精度更高。     

污染土壤不同粒级团聚体中铅的富集特征及其与叶类蔬菜铅吸收之间的相关性

研究土壤重金属团聚体颗粒组微域环境的空间分异,对阐明土壤重金属环境行为具有重要意义,目前对于铅(Pb)在土壤不同粒级团聚体组分中分布及其与蔬菜吸收相关性方面的研究仍然比较缺乏.选取22种典型土壤,采用盆栽试验通过人工添加硝酸铅的方法,测定分析了这些土壤不同粒级团聚体组分中Pb含量及其与两种叶菜(苋菜和空心菜)Pb吸收之间的相关性.结果表明粒径大小对于Pb在土壤中分布有显著影响:各粒级Pb含量为71.3～2245.4 mg· kg-1,根据各粒级组分分布,可计算出2～0.5 mm粒级Pb含量占全量的比例为1.21％～28.96％,0.5～0.25 mm粒级Pb所占比例为1.98％～22.15％,0.25～0.05 mm粒级Pb所占比例为3.29％～38.41％,0.05～0.002 mm粒级Pb所占比例为4.94％～68.17％,＜0.002 mm粒级Pb所占比例为2.30％～56.50％.Pb在红壤等14种土壤不同粒级团聚体中分布随着粒径减少大致呈递增趋势,黏粒组的团聚体普遍呈现出Pb富集现象;在潮土等8种土壤中,Pb在不同粒级团聚体中分布呈现双峰分布趋势,在黏粒组和粗砂组团聚体中都出现富集现象.此外,pH、有机质、阳离子交换量和活性氧化铁等对不同粒级团聚体中Pb的富集系数有显著作用.粉粒组团聚体中Pb含量与叶菜类蔬菜Pb的吸收呈显著相关.     

基于改进SIFT-ICP算法的Kinect植株点云配准方法

针对传统配准方法准确度低、速度慢的问题,提出了基于改进SIFT-ICP算法的彩色植株点云配准方法。首先采用Kinect获取不同视角下植株彩色图像和深度图像合成原始植株彩色点云,通过预处理提取原始点云植株信息,对植株点云进行尺度不变特征变换(SIFT)的特征点检测,得到点云配准关键点,再对关键点进行自适应法线估计,然后求取关键点的快速点特征直方图(FPFH),通过采样一致性(SAC-IA)初始配准方法改进点云间初始位置关系,最后利用Nanoflann加速最近点迭代(ICP)算法完成精确配准。试验结果表明,改进SIFT-ICP算法可以大幅度提高点云配准的准确性和快速性,其中对应点间平均欧氏距离小于7 mm,配准时间小于30 s。     

饲用微生态制剂菌种的分离及毒性研究

叙述了从乳猪新鲜粪便中分离菌种的方法及结果;并对获得菌株进行了耐受性及毒性试验,最终筛选出了４株芽孢杆菌和２株乳酸菌,可供制作生态制剂菌种使用。     

高地隙四轮独立驱动喷雾机路径跟踪模型预测控制

针对传统燃油驱动、前轮转向的高地隙喷雾机传动效率低、碳排放高、环境污染、智能化水平低、灵活性差等问题,本研究提出了一种适用于无人驾驶的高地隙四轮独立驱动（Four Wheel Independent Drive,4WID）喷雾机。其采用混合动力、前后双转向桥的4WID,转向半径小,前后轮的运行轨迹高度一致,能够减少田间植保作业时的压苗现象。考虑水田极端作业环境下驱动轮的滑移、陷坑等问题,基于喷雾机线性时变的运动学模型（LTV）,构建了考虑驱动轮滑移的分层路径跟踪控制。上层模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）器根据预期路径、车辆当前位置,获得喷雾机的转向角和运动速度,实现路径跟踪。下层以模糊控制和积分分离PID控制构建驱动轮滑移控制器,从而实现路径跟踪、运动速度、驱动轮滑移的有效控制,提高了喷雾机在复杂作业环境中的稳定性和路径跟踪精度。采用Adams/Matlab的联合仿真结果表明,在复杂的工况条件下,喷雾机驱动轮的滑移率依然控制在±20%之内,防止驱动轮发生过度滑移对车速和转向角产生不良影响,有利于喷雾机稳定性的提升。本喷雾机能够快速准确地跟踪期望路径,与未考虑驱动轮滑移的控制相比,能够适应更加复杂的工作环境,跟踪精度有明显提升。     

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项日常管理探讨

以农业部环境保护科研监测所基本科研业务费专项的日常管理实践为案例,深入总结了该所在基本科研业务费立项、管理制度制定、条件保障、绩效考评等日常管理中的做法,探讨了日常管理对基本科研业务费成果产出的促进作用。     

Kinect传感器的植株冠层三维数据测量

植株三维信息重构能为植株生长状态监测和精确喷雾施药提供有效数据。提出一种基于Kinect传感器技术的植株冠层三维数据测量的方法。由Kinect传感器进行植株彩色和深度图像数据的采集,提取和处理所采集的植株冠层目标有效三维信息,完成对植株深度数值和水平投影面积的计算。以规则形状物体与不规则植株为实验对象,对三维数据测量方法进行准确性实验测试,并将实验结果与人工测量结果进行比对。实验结果显示,该方法的深度和面积测量的准确性较高,深度测量误差小于1.0%,面积测量误差小于3.6%。选取温室吊兰作为场地实验对象,采用由测量机构和控制处理机构组成的冠层三维检测系统对吊兰冠层进行三维数据测量,并实时输出深度以及水平投影面积信息,其深度测量的相对误差为1.77%。研究表明,该方法具有较高的可行性,适用于温室植株冠层三维数据测量。     

同步转向高地隙喷雾机模糊自适应轨迹跟踪预测控制

为提高同步转向高地隙喷雾机轨迹跟踪的稳定性与鲁棒性,提出一种基于模型预测控制理论的模糊自适应轨迹跟踪方法。首先,基于刚体运动学以及几何约束推导出喷雾机的非线性运动学模型,并对该运动学模型进行简化;然后,基于简化的运动学模型建立喷雾机的状态预测模型;最后,结合实际工况设计了模糊自适应预测控制器。仿真试验表明：与传统的预测控制器相比,模糊自适应预测控制器的跟踪速度更快、稳定性更好。场地试验表明：在进行初始误差2.5、5m的直线轨迹跟踪以及无初始误差的圆形轨迹跟踪时,其平均误差分别为0.0442、0.0602、0.0901m。本文建立的喷雾机运动学模型可以很好地体现同步转向高地隙喷雾机的运动特点,设计的模糊自适应预测控制器可以保证喷雾机路径跟踪的准确性和鲁棒性。     

城镇生活污水回用农业的措施及建议

城镇生活污水中不明确的化学成分和病原微生物对人类健康和环境(地下水和地表水)造成明显的影响,在分析再生污水中的病原微生物和残留的化学成分对环境和公众健康的潜在影响的基础上,提出城镇生活污水回用农业的措施和建议。     

基于遥控的温室喷雾机自适应控制系统设计与试验

在地面存在障碍及施药隐患的温室环境里,为避免喷雾机碰撞墙面或作物,防止重喷漏喷,要求喷雾机与作物之间始终保持近似平行,以保证施药效果。为此,基于串口通信,设计了无线遥控及自适应行走的实时运动控制系统。在喷雾机车体两侧及前端共布置了5个超声波测距传感器,分别用来实时检测车体到作物行两边的距离和前方路况,并设计了一种对作物行两侧距离检测的去最值平均值算法,以根据测量数据对喷雾机进行实时调整。给出了样机总体结构,介绍了运动控制系统的组成、原理及自适应调节方法,详细阐述了控制系统的软硬件设计方法,并对遥控与自适应实时运动控制系统及算法的调节性能分别进行了室内场地试验和温室环境试验。试验结果表明:自适应控制系统及算法可使喷雾机实时快速调整并沿作物行中心线行走,喷雾机实际偏移道路中心线的距离平均值为6cm,遥控系统灵敏、安全、可靠。