基于K-OPLS的无线传感网络室内定位跟踪算法

针对基于指纹的无线传感网络室内定位,提出了一种基于核隐变量正交投影(Kernel-based orthogonal projection to latent structures,K-OPLS)的定位算法。在O-PLS的模型框架下,K-OPLS算法应用核技巧将描述变量映射至高维特征空间,给出了描述变量和响应变量之间的非线性关系,以实现对模型的预测成分及与响应-正交成分的计算。K-OPLS算法集核偏最小二乘建模和正交信号校正预处理方法于一体,在一定程度上有效地改进了模型性能,增强了模型解释性。基于RSSI指纹信息,构建锚节点与处于参考位置的非锚节点之间的非线性映射关系,K-OPLS算法可以实现WSN的室内定位跟踪。将所提出的算法应用于仿真与物理环境下的不同实例中,在同等条件下,还与核岭回归(KRR)、核极限学习机(KELM)、核信噪比(KSNR)、核偏最小二乘(KPLS)、核自适应滤波等其他核学习算法进行比较。仿真实验中,基于小波核的WK-OPLS算法在无噪声和有噪声环境下的跟踪估计误差分别为0. 232 6、1. 320 5 m。物理实验中,基于小波核的该算法跟踪估计误差为0. 249 3 m。实验结果表明,所提算法有效提高了定位精度,而且具有一定的除噪能力。     

PWM间歇喷雾变量喷施系统中的压力损失和液压冲击

在PWM间歇喷雾式变量喷施系统中,流量变化会引起喷杆各管路中的压力损失的变化,电磁阀的快速启闭会在管路中形成液压冲击,致使各喷头的实际喷雾压力发生波动,导致其喷施流量和雾化特性出现畸变。为揭示其管路压力损失的变化特性和液压冲击特性,构建了一套PWM间歇喷雾式变量喷施系统,并对其进行了流体动力学分析,确定了不同喷雾流量下的管路药液流态,建立了压力损失和液压冲击的计算模型,分析了0.3 MPa设定喷杆压力下的管路压力损失变化范围和液压冲击幅度,并进行了实际试验测试。结果表明:在0.3 MPa设定喷杆压力下,同一喷头前端管路的压力损失的变化幅度可达140 kPa,不同喷头间的实际喷雾压力差异可达25 kPa,由于电磁阀快速启闭而引起的液压冲击幅值可达170 k Pa。     

基于PWM变量喷雾的单喷头动态雾量分布均匀性实验

为研究PWM变量喷雾系统的动态雾量分布均匀性特点,以胭脂红溶液为喷雾试剂,在输送带上放置矩阵式集雾穴盘收集雾滴,采用浓度-吸光度法测量雾量沉积浓度,对单个喷头分别测试了不同PWM频率、PWM占空比和喷雾压力对总体区域、喷雾前进方向和喷杆方向上雾量分布均匀性的影响。研究发现,相较于喷杆方向,PWM频率对单喷头在喷雾前进方向上的雾量分布均匀性影响更大,某一速度条件下PWM频率的最小值应至少保证喷雾的连续性,且无需过大,从而保证电磁阀的使用寿命;当PWM占空比增大到一定值使喷雾流量基本稳定时,PWM占空比的继续增大可同时提高单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性,而在PWM占空比增大到该定值之前,仅对喷雾前进方向上的雾量分布有明显影响;在雾化效果较好的前提下,喷雾压力对单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性均有较大影响,且影响效果相反,主要因为随着喷雾压力的增大,雾量更多地向喷杆方向上的两侧和喷雾前进方向上的中间聚集。     

植保无人机动态变量施药系统设计与试验

针对我国植保无人机施药系统控制方式单一,施药流量无法根据飞行参数自动调整造成的雾滴分布不均匀、重喷、漏喷等问题,设计了基于ARM架构单片机的施药控制系统,提出基于PWM(脉宽调制)的施药流量控制方法,采用多传感器融合技术,实现施药参数的实时动态监测。设计了基于LabVIEW的地面站控制软件,实现对施药系统的远程控制和作业数据存储。基于3CD-15型单旋翼无人机平台对动态变量施药系统实际作业性能及施药效果进行了测试。试验结果表明,在飞行速度为0.8~5.8 m/s时,该动态变量施药系统可实现施药流量与飞行速度自动匹配,实际流量与理论流量之间平均偏差为1.9%,实际施药作业优选飞行速度为3.91~5.10 m/s,此时有效喷幅为5 m,雾滴覆盖密度为18~41个/cm~2,变异系数为34%~75%,雾滴沉积量为42.1~52.4μg/cm~2。     

播种机电控株距无级调节器调节性能分析与试验

为了明确机械式株距无级调节器在玉米播种机上的工作性能,以本校设计的一种播种机电控株距无级调节器为对象,阐述了其基本结构和工作原理,进行了株距调节性能的分析;以排种器的合格指数、漏播指数、重播指数和变异系数为试验指标,对株距无级调节器的工作性能进行试验。结果表明:播种机电控株距无级调节器工作稳定、播种机前进速度为4km/h时,666.7m2株数为4 000、5 000时的合格指数分别为89.01%、90.00%;播种机前进速度为7 km/h时,666.7 m2株数为4 000、5 000时的合格指数分别为90.65%、90.11%以上数据均达到国家标准。     

压力式变量喷雾喷头特性研究

通过试验得到了标准平面扇形喷雾防漂移喷头在不同压力下喷雾的均匀性、喷雾雾锥角及喷雾粒径的数据参数,分析了其变化规律。结果表明:基于压力变量喷雾的调节区间约为2(1.54/0.82);随喷雾压力的增大,喷雾均匀性的喷量向两侧分散的趋势显著,雾滴粒径减小明显,雾锥角的变化率为0.62°/%;压力对喷雾性能的影响极大,但在一定的压力变化范围内,喷雾性能的变化符合工程、农机、农艺的要求(25%左右),且可以节约一部分能源。因此,大力研发和改进推广压力式喷头是压力式精准变量喷雾技术大规模应用的关键。     

喷杆喷雾机变量控制特性测试系统设计与试验

为精准高效地完成喷杆喷雾机变量喷雾控制系统的控制特性测试,研制一种喷杆喷雾机变量控制特性测试系统,通过网络RTK采集机具行进速度,采用高精度流量与压力传感器获取管路流量和压力,利用CAN总线和无线数传的方式完成数据和指令的传递,通过Android设备进行人机交互完成数据的实时监测,结合数据处理软件完成测试结果的统计分析...     

基于激光雷达数据的东北林区航空林分材积表编制

利用东北林区云冷杉林、落叶松林、樟子松林、红松林、栎树林、桦树林、杨树林、榆树林、椴树林和水胡黄林10种森林类型的1947个样地的激光雷达数据和地面实测蓄积量数据,首先通过多元线性回归和非线性回归方法,分别建立基于机载激光雷达数据的森林蓄积量回归估计模型,并通过对比分析,确定统一形式的基础回归模型;然后利用哑变量建模方法,建立基于不同森林类型参数和相同激光雷达变量的蓄积量模型。结果表明,研究建立的10种森林类型的线性蓄积量回归模型的解释变量个数在2~7之间,确定系数在0.460~0.858之间;非线性蓄积量回归模型的解释变量个数在2~4之间,确定系数在0.461~0.846之间。基于点云平均高度和平均强度建立的10种森林类型的二元蓄积量模型(研究称之为标准模型),其确定系数在0.440~0.815之间,平均预估误差在2.88%~4.42%之间,平均百分标准误差在16.76%~25.52%之间,预估精度基本达到森林资源规划设计调查技术规定要求。依据研究建立的10种森林类型的蓄积量模型,可以编制基于激光雷达数据的航空林分材积表,在森林资源调查实践中推广应用。     

基于ALS数据和哑变量技术森林蓄积量估测

基于机载LiDAR数据,分析哑变量对林分蓄积量估测精度的影响。以广西高峰林场为研究对象,借助机载激光雷达点云数据和96个样地数据,将样地数据按7∶3的比例随机划分为建模样本和测试样本,采用随机森林模型(RFR)和支持向量机模型(SVR)对建模样本与对应的点云特征回归建模,将树种组(针叶林和阔叶林)和龄组分别作为哑变量引入到回归模型。利用测试样本的估测精度评价模型的估测精度,引入树种组哑变量,随机森林模型决定系数R2从0.59提高到0.64,支持向量机模型决定系数R2从0.49提高到0.50。引入龄组哑变量,随机森林模型决定系数R2从0.59提高到0.65,支持向量机模型决定系数R2从0.45提高到0.55。根据模型的建模精度和验证精度结果得出,引入哑变量对蓄积量估测模型的精度提升是相对有效的。龄组哑变量对模型精度提升效果优于树种组哑变量。     

桉树相容性可加性立木生物量模型系统研建

桉树是我国南方重要的速生树种,在保障国家木材安全和增强森林碳汇能力方面发挥着重要作用,但目前尚无可靠的立木生物量模型。从我国桉树林的主要分布区广西分别采集了183株和124株代表性样木的地上生物量(含干、皮、枝、叶各个分量)和地下生物量数据,采用最新的综合哑变量方法和误差变量联立方程组方法的联合估计技术,建立了相容性可加性一元和二元立木生物量模型系统。结果表明,地上、地下生物量模型的确定系数R²均在0.95以上,平均预估误差MPE分别在3%和6%以下。通过对3组已发表的桉树地上、地下生物量模型的估计结果进行对比分析,发现仅1组模型能达到相关技术规程的精度要求,另外2组模型的估计结果明显有偏差,其中偏差最大的地下生物量模型其相对误差甚至超出了100%。此次研建的桉树相容性可加性立木生物量模型系统,为准确估计广西乃至全国桉树林的生物量及碳储量提供了计量依据。