基于激光三维重建的种薯芽眼识别方法研究

种薯芽眼的准确识别是实现智能切块的重要前提。为解决种薯芽眼机器视觉识别易出现误判和不易获取芽眼三维位置信息而导致切块不均匀的问题,提出一种基于激光三维重建的种薯芽眼识别方法。确定点云获取过程中ROI区域消除采集过程中背景的影响,通过工业相机与线激光器相配合连续采集移动种薯的激光光条图像获取其点云数据;根据点云密度去除随机噪声和裙边噪声,提高点云质量,降低芽眼误判率。采用体素滤波算法稀疏点云,提高识别效率;通过对种薯表面任意点的局部邻域进行平面拟合后获取点云法向量,构建加权协方差矩阵参数化种薯表面点云,根据矩阵特征值大小设定的动态阈值对种薯表面点云进行初步筛选,得到种薯芽眼判别的候选点,采用欧式聚类算法获取候选点的点云簇,选取每个点云簇中最大特征值点为关键点,利用计算关键点和邻域内其他点构成的中心线连线向量与法向量夹角余弦值对关键点再次筛选,最终确定种薯各个芽眼位置。试验结果表明,芽眼识别率为95.13%,芽眼误识别率为4.87%,可为马铃薯种薯智能化切块时芽眼识别提供参考。     

改进整数线性规划法的农机配备研究

山东省小麦玉米规模化轮作生产下机械效能未充分发挥,存在动力机械与机具配套比低、农机动力与资金浪费问题,主流的整数线性规划农机配备法不适配山东省中小型农业新型经营主体。在对小麦玉米周年轮作全程机械化技术模式调研后,对小面积耕作时农机配备模型采用增设租赁农机服务进行改进。通过验证计算,模型优化后年成本为47 922元,相比未优化前模型成本210 392元下降77.22%;农业机械的配备量下降63.63%。     

基于主成分与聚类分析的柿子开发利用预判分析

为建立不同柿子品种间的关系,依据品种类型选择相应加工处理方式,从而更好的确定不同类型柿子用途,以期得到具有高附加值的柿子产品。该研究测定了柿子中单宁、黄酮、绿原酸、水分及灰分含量,对成分指标进行了描述性统计、主成分分析、聚类分析。描述性统计结果表明,测定数据具有一定全面性与代表性。结果表明:提取出的3个主成分,方差累计贡献率为81.28%,包含了绝大多数测定指标所具有的信息。聚类分析结果表明,38个柿子品种可分为两大类,其中,“盖柿”“满堂红”“胎里红”为第一大类;其它35个柿子品种为第二大类。分成2类的柿子品种中,第一类各成分含量普遍偏低,此种类型的柿子可用于初等柿产品如柿饼的加工生产;第二类柿子各成分含量相对较高,此种类型的柿子可用作后续加工生产,如提取其中的活性物质后,依据其性质相应加入到产品中。该研究为柿子品种资源的科学规范利用,为更好地选择柿子相应加工方式提供理论依据。     

纵轴流双螺旋滚筒的设计与试验分析

为解决目前国内大豆机械收获出现的损失率大、含杂率高、破碎率高的问题,设计出一款纵轴流双螺旋脱粒滚筒。由于滚筒工作环境及工作载荷复杂,为防止脱粒滚筒在脱粒工作过程与其他结构引起共振或者谐振而影响脱粒效果和机具损坏,利用ANSYS Workbench对设计的纵轴流双螺旋脱粒滚筒进行模态分析。模态分析结果表明:纵轴流双螺旋脱粒滚筒的1阶固有频率为43.881Hz,远大于滚筒自转和发动机自转产生的激励频率,螺旋滚筒结构是安全的。以收获速度为试验因素,破碎率、含杂率、损失率为试验指标,对纵轴流双螺旋脱粒滚筒与普通齿杆脱粒滚筒的作业效果进行对比试验,得出纵轴流双螺旋脱粒滚筒损失率、破碎率、含杂率最大为0.153 9、4.75、3.86,普通杆齿脱粒滚筒最小损失率、破碎率、含杂率为0.502、6.85、0.29。试验结果表明:设计的螺旋脱粒滚筒的破碎率、损失率均低于普通滚筒,能够满足大豆收获的需求。该研究可以为大豆收获脱粒装置的设计提供参考。     

智能马铃薯出仓机的设计与试验

目前,马铃薯出仓设备研究较少,且存在作业效率低、成本高及需要大量人工辅助作业等问题,机械化、智能化程度较低。为此,设计了一款高效的智能马铃薯出仓机。该机可前后伸缩和左右转动,作业半径可在6～10m之间进行调整,作业适应性强;其收集铲贴近地面,降低了马铃薯在出仓时的伤薯率;同时,采用行程限位开关进行伸缩位置控制,利用液压推杆实现拖车架前后端高低的变化,并通过上料量对后级输送带速度进行自动控制,提高了自动化水平。对样机进行出仓试验,结果表明:该马铃薯出仓机具有出仓效率高、伤薯率低,以及机器故障率低等优点。     

基于VR的农田环境监测机器人研制

农田环境信息是农田管理策略制定及修改的重要依据,但目前农田环境参数监测存在监测范围小,机动灵活性不足。为实现农田环境数据动态采集,采用4G通信技术与TCP Socket通信协议,通过C++语言以及蓝图节点进行功能程序的开发,设计了一款基于虚拟现实(Virtual Reality)技术的环境监测机器人。机器人利用云端服务器接收保存机器人上的Raspberry Pi(树莓派)收集上传的数据,管理者通过本地客户端可将云端服务器数据下载和分析。应用VR手柄能够实现机器人的远程控制,佩戴VR头显可查看虚拟三维控制室中农田环境的可视化数据,利用机器人传回的田间实时影像获得沉浸式体验。测试结果表明:机器人能够高效获取田间环境数据、自主行走、自动采集和上传数据。     

响应面优化桃木水热碳基固体炭燃料的制备

为解决废弃桃木枝生物质带来的生态环境与土地占用等问题,通过对废弃桃木枝的资源化处理,提高其附加值,实现农林废弃物的资源化利用。开展了不同水热条件(温度：220～260℃、初始压力：2～4 MPa、停留时间：1～2 h)下桃木枝水热碳化试验,利用响应面法对影响炭产率的3个主要因素即温度、初始压力、停留时间进行了优化设计,对水热碳能量产率进行了分析。结果表明,利用Design-Expert软件的Box-Behnken设计建立的响应面模型拟合程度较为良好(回归模型P<0.000 1,其失拟项P=0.295 4)模型方程较为可靠(R²=0.993 4,R_Adj²=0.985)。3个因素对于能量产率的影响水平为A温度>C停留时间>B初始压力。然后运用Design-Expert软件对桃树枝水热碳化的最优条件进行预测,A温度为220℃,B初始压力为2.3 MPa, C停留时间为1 h时,能量产率可达53.57%。说明桃木水热碳化后热值保留率高,用于固体燃料效果显著,同时也探明了增强水热炭燃料性能的研究。     

马铃薯机械化收获除杂技术与装备研究进展

高效低损除杂是马铃薯机械化收获的核心环节,直接影响马铃薯的收获效率与收获品质,是助推马铃薯收获模式制定与收获装备研发与产业化进程的关键。由于不同马铃薯种植地区的自然环境等区域差异性较大,各地区马铃薯种植和收获模式复杂多变,因此对马铃薯机械化收获的除杂技术、装置结构和作业原理的需求各不相同。机械化收获除杂是减少生产成本、提高经济效益的重要方法,该研究基于国内马铃薯种植农艺,分析了国内外典型的马铃薯收获机基本结构和技术特点,对马铃薯机械化收获秧膜杂处理技术进行归纳总结,阐述薯土分离、薯秧分离、残膜回收及杂质清选等环节的装置结构与工作原理,对比分析不同除杂装置的特点与技术指标。针对国内覆膜种植、丘陵地区土壤粘重等特点,指出制约国内马铃薯除杂机械化发展的关键问题,并提出规范种植体系,研制适用机型与专用装备,农机农艺农信相融合和产学研相结合等建议,以期为马铃薯机械化收获除杂技术装备的研发应用奠定基础。     

鲁中平原井灌区小麦玉米机械规模化生产研究

通过鲁中平原井灌区小麦-玉米周年生产现有规模化经营主体经营现状的调研,对影响小麦-玉米全程机械化生产的种植规模、种植方式、机具配备、机械作业过程及机械作业成本效益等进行分析总结,提出一种适合鲁中平原井灌区小麦-玉米全程机械规模化生产的规范化作业技术,并对机械化作业薄弱环节提出了解决思路及对策。