青藏高原20种灌木生长时期根系特征及抗旱性初探

以青藏高原地区各地的柠条Caragana korshinskii等20种灌木树种为试材,通过田间试验测定此20种灌木在生长初期(5月)和生长旺期(7月)的全根系特征值(长度、表面积、体积、根尖数、分叉数)和微细根(直径≤2 mm)特征值(长度、表面积、体积、根尖数),研究灌木在生长初期和旺期根系特征,并根据根系特征进行聚类分析。研究结果表明:(1)5月和7月灌木树种之间全根系和微细根系特征值指标均存在显著性差异,同一时期灌木树种各根系特征值大小顺序有所不同,并且7月灌木树种根系特征值大小顺序规律与5月不一致。(2)与5月相比,灌木7月全根系和微细根特征值均呈不同幅度增加,其中全根系和微细根特征值中增幅最大的分别是全根体积(175.14%)和微细根根尖数(74.56%)。(3)全根系特征值4个指标之间和微细根系特征值5个指标之间均呈显著正相关,而全根系特征值和微细根特征值之间总体呈显著正相关,仅5月全根体积与各微细根特征值相关性不显著。(4)主成分分析结果表明,7月各项指标载荷均比5月份对应指标高,并且7月微细根特征值指标载荷相对高于对应全根系指标,测定灌木7月的微细根系特征值,能更好地反映灌木根系特征。(5)从根系特征角度综合评价,20种灌木大致可以分为5种类型(抗旱能力依次减弱):金露梅Potentilla fruticosa为第1类,抗旱性最强;三颗针Berberis julianae、树锦鸡儿Caragana arborescens为第2类;柠条Caragana korshinskii、胡颓子Elaeagnus pungens、蔷薇Rosa multifl ora和绣线菊Spiraea salicifolia为第3类;唐古特莸Caryopteris tangutica和珍珠梅Sorbaria kirilowii为第4类;其余11种灌木为第5类。     

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%。     

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。     

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STM32的微型植物工厂温湿度监测系统设计

利用嵌入式技术研发了针对家庭用微型植物工厂的温湿度监测系统。该系统以STM32微处理器为核心,在μC/OS-Ⅱ操作系统环境下,实现了温湿度信息的实时采集和显示,并采用分批估计数据融合算法提高了单传感器精度;同时,该系统还具备SD卡存储功能,可以随时查询微型植物工厂内部温湿度历史数据。种植试验结果表明:该系统稳定可靠,能准确、实时地对微型植物工厂内部的温湿度进行监测和显示,且方便通过触摸屏进行历史数据查询,具有较高的实用性。     

畜禽舍防疫消毒机器人设计与试验

针对畜禽养殖防疫消毒劳动强度大、安全性差的问题，设计了防疫消毒机器人系统，以实现畜禽舍防疫消毒喷雾的智能化作业。机器人系统由移动承载平台、防疫喷雾部件、环境监测传感器以及控制器等4部分构成，支持全自动运行和遥控操作2种工作模式。针对畜禽舍内弱光、低应激的工况条件，提出了“磁标-射频识别”组合的导航路径探测方法，实现在畜禽舍内养殖笼架间的自主移动。设计了风助式药液喷嘴，可同步实现消毒药液的雾化和扩散。通过对喷嘴内腔风场进行流体动力学仿真，对喷嘴气体导流和药液雾化部件结构参数进行了优化设计，确定了锥形导流垫块和雾化栅板的倾角分别为75°和90°。最后，在禽舍内对机器人导航和喷雾性能进行了现场测试。试验结果表明，机器人移动平台可满足0.1~0.5 m/s速度范围的自动巡线导航，其实际轨迹相对磁钉标记的最大偏移量为50.8 mm；风助式喷嘴可适用于200~400 mL/min流量的药液喷洒，形成的雾滴直径（DV.9）为51.82~137.23 μm，雾滴沉积密度为116~149 个/cm²。本畜禽舍防疫消毒机器人可实现养殖舍内消毒和免疫药液的智能化喷雾作业。     

微型植物工厂内部环境调控试验平台研制及试验

为解决植物工厂研究中存在的控制对象模型缺失问题,该文介绍了一种微型植物工厂内部环境调控试验平台。该平台舍弃了常用的参数设定间接调控模式,赋予控制算法对加热、降温等执行器的开关控制权,从而为更加直接地观测植物工厂内部环境的控制响应创造了条件。实际测试表明,该试验平台的加热、降温调控功能运行良好。同时,初步的数据分析确定了系统的延迟特性和平台内部温湿度因子间的相关性特征,为采样周期的选择以及后续开展温湿度智能优化调控奠定了良好的基础。