果园移动机器人自主导航研究进展

果园移动机器人自主导航是实现果园智能机器人化作业的前提,是保障机器人在无人操控的情况下完成多功能作业的基础功能。介绍和分析果园移动机器人自主导航技术研究现状,重点讨论果园移动机器人不同导航技术、导航数据处理算法和导航控制策略。首先,针对单传感器果园导航存在的局限性,得出具有更高精度和鲁棒性的多传感器信息融合方案是未来果园导航主流趋势的结论;其次,介绍当前主流的果园导航数据处理算法,明确其对环境感知和路径规划的支撑作用;最后讨论果园移动机器人常用路径跟踪导航控制策略。通过对果园移动机器人自主导航研究现状进行较为全面的分析和介绍,有助于推动果园移动机器人研究的理论创新和快速发展。     

基于异构无人系统的水渠网络自主巡检路径规划

引入无人自主系统实现水渠网络智能化巡检对水利工程的建设、监控与维护具有重要意义。采用无人机、无人车协作执行水渠巡检任务时,无人机在水渠上空完成巡检工作,无人车可作为无人机的运载平台和能量补给站,有助于实现大规模水渠网络的快速自主巡检。但是,受到水渠网络、道路网络的双重约束,无人系统的路径规划面临较大困难。针对上述问题,本文以最小化完成整个巡检任务时间为目标,首先基于度约束提出了水渠网络分割方法,将巡检任务分配给无人机,使无人机在巡检各子区域时不需要起飞或降落进行充电。然后基于遗传算法为无人机和无人车计算最优运动路径。最后,通过实例验证,当无人机以速度60 km/h、无人车以速度40 km/h匀速工作时,按人工步行巡检速度2 km/h计算,无人系统的巡检速度为人工巡检的8.4～9.8倍。     

基于Seekur的农田机器人激光避障设计与仿真

以农业机器人为代表的新型智能农业机械装备的开发已经成为现代农业领域研究热点之一。为了探讨农田环境下机器人作业时自主避障问题,设计了基于Seekur机器人平台的自主避障系统,由激光传感器、WRAP wifi interface和远程监控PC组成;通过分析农田环境中避障应用需求,设计了模糊逻辑算法避障策略。通过在Mat Lab中的模糊逻辑仿真和Mobile Sim中的避障过程仿真,验证了模糊逻辑避障算法具有较好的避障效果。     

马尾松两种林型土壤养分特征及其与凋落物质量的关系

【目的】研究土壤养分和地被层凋落物养分含量的差异,为马尾松人工林营林措施及地力维持提供科学依据。【方法】以鼎湖山两种典型林型(马尾松纯林和马尾松-黧蒴混交林)为研究对象,对比分析0~60 cm土层的土壤养分含量及地被层凋落物养分含量的差异,探索凋落物质量如何影响土壤养分。【结果】1)林型对土壤有机质、全氮和硫酸根含量有显著影响(P<0.05),对土壤全磷、交换性K+、Ca2+和Mg2+有极显著影响(P<0.01),混交林土壤养分含量(除硝态氮含量和交换性H+含量以外)均高于纯林。2)相同林型不同土层间土壤养分含量差异极显著(P<0.01),其中,土壤有机质和全氮含量随土层的加深而递减,且主要聚集在0~10 cm土层,表聚效应十分明显。3)纯林凋落物有机碳、全氮、C/N和全磷等含量高于混交林;相同林型不同分解层凋落物有机碳、全钙和全镁含量有显著差异(P<0.05),均表现为未分解层>半分解层>腐殖质层。4)土壤养分与地被层凋落物质量的RDA分析表明,0~10 cm土层土壤养分与腐殖质层有机碳呈极显著负相关(P<0.01),与腐殖质层C/N呈显著负相关(P<0.05);在10~20 cm土层,土壤养分与腐殖质层有机碳呈极显著负相关(P<0.05)。【结论】纯林的土壤养分低于混交林的主要原因是纯林凋落物具有较高的C/N和有机碳含量。     

高架栽培草莓采摘机器人系统设计

为了提高草莓采收自动化水平,针对高架栽培草莓设计了自动采摘机器人系统,其采用无线遥控和语音提示相结合的人机交互方式,可以对机器人本体两侧果实同时进行采摘。该系统采用机器视觉和声纳测距相结合的方式实现了自主导航,通过双目视觉相机对果实进行识别和空间定位,由关节型机械臂操纵末端执行器进行定位。系统末端执行器采用果实吸附、果柄夹持和电热切割的方式对果实进行柔性操作。针对系统控制方案,制定了采摘机器人系统作业流程,并对机械臂末端运动路径节点和时间节拍进行规划,防止与周围环境发生运动干涉,保证机器人作业效率。试验结果表明,草莓采摘机器人系统末端定位平均误差小于2.2mm,单次采摘作业平均耗时10.99s。     

不同林龄桉树林下植被多样性分析

以广东省信宜市中部山区不同林龄（3 a 生和 5 a 生）桉树人工林为研究对象,通过样地调查, 统计和分析了桉树林下植被结构特征（种类组成、结构与分布）和物种多样性（Margale 丰富度指数、 Simpson 优势度指数、Shannon-Wiener 指数和 Pielou 均匀度指数）。结果表明：（1）3 a 生桉树林下植被共 记录维管束植物23 科 31 属 33 种,5 a 生桉树林林下植被共记录维管束植物 24 科 32 属 35 种,不同林龄 桉树林下植被结构与分布特征差异较大,乔木幼苗、灌木层和草本层的优势种均明显不同;（2）林龄对 桉树林下植被丰富度影响相对较小,但对优势度和均匀度影响较大;随着林龄的增加,桉树林下灌木层 和草本层植被物种多样性均明显下降,其中灌木层下降幅度大于草本层。总体而言,林龄对林下植被的 种类组成影响相对较小,但对林下植被的结构与分布以及物种多样性有显著影响。     

基于自适应系数卡尔曼滤波的农业移动机器人组合定位

基于全球导航卫星系统（Global navigation satellite system,GNSS）的定位导航技术在半结构化、半开放式农业应用场景的部分区域,可能由于存在作物遮挡而导致GNSS接收信号出现短暂丢失的情况,进而影响机器人定位导航精度,甚至对作物和工作人员造成伤害。针对这一问题,本文开展了农业遮挡环境下的GNSS与惯性导航系统(Inertial navigation system,INS)的组合定位方法研究。搭建了用于多传感器定位导航实验的农业机器人系统,该系统由履带式移动平台、GNSS、INS等硬件和ROS(Robot operation system)操作系统、远程操控界面等软件构成。提出了引入自适应系数的GNSS/INS组合定位卡尔曼滤波算法,当GNSS无法进行差分定位或定位数据产生跃变时,通过自适应卡尔曼滤波能够切换到INS定位,从而实现机器人自身位置、姿态的最优估计。在典型农业遮挡场景（果园）进行了实地组合定位实验,并通过GNSS单通道定位、INS单通道定位、常规卡尔曼滤波融合定位、引入自适应系数的卡尔曼滤波定位等4种定位方法的对比,验证了本文提出算法的有效性。现场实验表明：定位过程中,当100m×20m的实验区域内出现30m×6m的高遮挡区域时,与GNSS定位信息测量方法、INS航迹推算定位方法以及常规卡尔曼滤波组合定位方法相比,自适应系数卡尔曼滤波组合定位方法定位精度分别提升62.1%、48.5%、47.7%。     

干旱胁迫下华南地区3种苗木渗透调节物质的动态变化

采用盆栽法,在干旱胁迫条件下,对华南地区常见树种楝叶吴茱萸Evodia meliaefolia、石斑木Rhaphiolepis in-dica和任豆Zenia insignis叶片中的渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白质)进行了研究.以探明供试树种通过渗透调节来适应干旱胁迫的途径与机理,为华南石漠化干旱区的树种选择提供科学依据.结果表明:在干旱胁迫下,3个树种的脯氨酸和可溶性糖质量比均表现出逐渐增加的趋势,在重度干旱时达到最大值,其中石斑木的质量比最高(脯氨酸为490.86μg/g,可溶性糖为38.13 mg/g),楝叶吴茱萸最低(脯氨酸为278.33μg/g,可溶性糖为27.74 mg/g).而可溶性蛋白质质量比则表现出先增大后减小的规律,其中楝叶吴茱萸和任豆在轻度干旱时先达到最大值,分别为5.97和6.84 mg/g,而石斑木在中度干旱时才达到最大值(7.44 mg/g),重度干旱时,只有石斑木的可溶性蛋白质质量比高出正常水分条件53.64%,表现出很强的渗透调节能力.综上可知:在3个供试树种中,石斑木具有很强的渗透调节能力,对干旱胁迫有较强的适应性,任豆次之,楝叶吴茱萸渗透调节能力最弱,抗旱适应性较差.     

广东省森林康养基地空间分布特征与影响因素研究

利用地理信息数据及社会经济指标,通过ArcGIS工具探究广东省森林康养基地空间分布特征及影响因素。结果表明：（1）广东省森林康养基地在空间上整体呈凝聚型分布,其中广州市森林康养基地集中程度最高;从数量上看,各地级市基地数量分布不均,48.61%的森林康养基地分布于珠三角地区,北部生态区次之,东部及西部沿海地区森林康养基地数量占比不足10%;(2)在分布方向上广东省森林康养基地总体呈西南-东北方向分布,并表现出向北部扩散的趋势。（3）研究发现,广东省森林康养基地分布主要受到地区生态资源及社会发展状况的综合影响,现阶段森林康养基地主要分布于经济、交通、人口发达的高植被覆盖区域,基地数量与各地级市森林覆盖率具有显著正相关性。（4）广东省森林康养基地在空间分布均衡性与资源利用情况上还不尽合理,较多拥有良好森林生态资源或丰富客源市场的城市其森林康养基地未得到发展。最后从数量分布及距离分布两方面提出广东省森林康养基地布局策略。     

干旱胁迫对两种速生树种叶绿素含量的影响

以竹柳和尾巨桉2种速生树种为试材进行干旱胁迫模拟盆栽试验,通过对比干旱胁迫后叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素（a＋b）含量以及叶绿素（a/b）值的变化,对供选树种进行抗旱性能分析与评价,为在华南地区选育优良的抗旱、节水速生树种提供重要的理论支持和参考依据。试验结果表明,两个树种在干旱胁迫下均表现出叶绿素a含量逐渐降低的趋势,尾巨桉降幅为70.2%,竹柳为55.5%;叶绿素b、叶绿素（a＋b）含量先缓慢增加后降低,叶绿素b含量与正常水分条件相比变化较小,叶绿素（a＋b）含量的变化主要由叶绿素a引起,竹柳的叶绿素（a＋b）含量变化幅度小于尾巨桉。叶绿素（a/b）值呈现先降低后升高的变化趋势,最小值均出现在干旱胁迫第9 d,且竹柳的降幅小于尾巨桉。经过对各项指标的综合分析并结合植物的抗旱性表现,得出竹柳比尾巨桉的适应性强,抗旱性能较好。