丘陵山区果园机械化技术与装备研究进展

中国果园种植面积大,主要集中在丘陵山区,受地形条件和种植模式影响,丘陵果园机械化程度普遍偏低,随着产业结构的调整,果园机械化的发展程度将直接影响其经济效益。本文分析了中国果园分布情况与丘陵果园种植特点,概述了丘陵果园的机械化发展程度,并分析了制约其发展的原因,阐述了机械动力底盘、多功能作业平台、果树修剪机械、植保机械以及采摘收获机械等果园主要装备和技术的研究现状和进展,并对部分果园机械的生产与推广应用情况进行调研分析。在此基础上指出丘陵果园机械化发展面临的问题,认为缺乏对复杂环境的适应能力是制约丘陵果园机械化发展的关键,对果园改建和机械装备研究等提出了发展建议。     

丘陵山地农业装备与坡地作业关键技术研究综述

丘陵山区先进适用农机装备的研发是目前国内农机装备研究的热点和难点问题之一。目前,我国丘陵山区农业生产存在“无机可用,无好机用”的现实问题,并且先进适用丘陵山地农机装备(简称山地农业装备)的研发缺乏必要的理论支撑。本文重点综述了国内外山地农业装备尤其是山地拖拉机及山地农机调平技术、山地拖拉机驱动与动力系统、山地农机具及其作业性能的研究现状,阐述了农机土壤压实与坡地土壤耕作侵蚀的研究进展,总结归纳了山地农机设计及山地农机-土壤互作机理研究的计算机辅助方法。展望丘陵山地农机装备及坡地作业技术的研究重点及发展方向：山地农机-坡地土壤-作物(养分)互作机理研究;山地农机总体设计与农艺及坡地作业场景深度融合;山地农机姿态调平机构与控制策略;山地农机动力高效传递与灵便转向驱动;山地农机作业机组的智能化监测与精确自主导航。以期为我国丘陵山区农机装备的研发设计提供借鉴参考。     

An integrated water trading-allocation model, applied to a water market in Australia

Temporary water trading is an established and growing phenomenon in the Australian irrigation sector. However, decision support and planning tools that incorporate economic and biophysical factors associated with temporary water trading are lacking. In this paper the integration of an economic trading model with a hydrologic water allocation model is discussed. The integrated model is used to estimate the impacts of temporary water trading and physical water transfers. The model can incorporate economic and biophysical drivers of water trading. The economic model incorporates the key trade drivers of commodity prices, seasonal water allocations and irrigation deliveries. The hydrologic model is based on the Resource Allocation Model (REALM) framework, which facilitates hydrologic network simulation modelling. It incorporates water delivery system properties and operating rules for the main irrigation and urban centres in a study area.The proposed integration method has been applied to a case study area in northern Victoria, Australia. Simulations were conducted for wet and dry spells, a range of commodity prices and different irrigation distribution system configurations. Some example analyses of scenarios incorporating water trading were undertaken. From these analyses potential bottlenecks to trade that constrain the economic benefits from temporary water trading were identified. Furthermore, it was found that in certain areas of the system, trading can make impacts of long drought spells worse for water users, e.g. irrigators. Thus, the integrated model can be used to quantify short-term and long-term third party impacts arising from temporary water trading. These findings also highlight the need to link “paper trades” (estimated by economic models) to physical water transfers (estimated by biophysical models).     

农业作业距离测量系统的研究

针对目前农业生产作业中对作业距离的测量需求,设计了一种高精度、宽量程的脉冲反射式超声波距离测量系统;同时,介绍了系统结构及工作原理,给出了系统硬件组成和软件设计流程。该系统具有系统体积小、硬件电路简单、易于控制、成本低等优点,具有良好的工作可靠性,并通过数据修正,进一步减小了测量误差,提高了测量精度,满足了农业作业距离测量的需要。     

考虑配置的多源注水系统泵站运行方案优化

为了实现对多源注水系统中各站内运行注水泵的型号、数量及运行参数同时进行优化,以系统输入功率最小为优化目标,考虑水量平衡、泵流量、泵正常运行压力、泵型号等约束,建立了考虑泵配置的泵站运行方案优化数学模型.针对优化问题的特点,设计了双重编码改进遗传算法对模型进行求解.在双重编码中,第1行采用实数编码表示泵的流量,第2行采用整数编码表示泵所属注水站编号,实现了对优化变量的准确描述,并指出了解的编码为变长度编码.设计了根据流量确定泵型号的方法,泵的其他运行参数根据选择的泵型号确定.在改进遗传算法操作过程中,设计了初始解的产生方法及与问题相适应的多种交叉和变异方法,使部分约束条件得到了满足,减少了不可行解的数量.利用本算法对某深度注水系统进行了优化设计,优化后系统输入功率比现状降低了2.42%,表明在多源注水系统中对泵的配置及运行参数进行同时优化节能效果明显.     

泵站单机组变速运行优化方法研

考虑峰谷电价与站下水位变幅等因素,提出了以日开机运行总耗电费用最少为目标函数,各时段水泵转速为决策变量,规定时段内抽水总量为约束条件的单机组变速优化运行动态规划模型.对江都四站单机组变速优化运行与恒速运行进行了比较分析,结果表明:满负荷工作时,无论是否考虑峰谷电价,变速带来的效益不足以抵消安装变频装置产生的耗损;考虑峰谷电价、非满负荷工作时,效益明显;不考虑峰谷电价情况下,80%和60%负荷工作时,变速节省的电费偿还相应配套功率的变频装置投资约需15～18年和7～10年.     

多架次作业植保无人机最小能耗航迹规划算法研究

利用栅格法对工作区域进行划分,快速得到往复遍历式植保无人机的作业路径,在以作业架次数最少为约束条件的情况下,研究了一种多架次返航路线规划算法,合理地分配了各架次的喷药量和返航点,使无人机的工作总能耗最小,降低了无人机在非作业情况下无效消耗能量,提高了作业效率。仿真结果表明,在同等作业条件下,在一块210 m×200 m的矩形作业区域,采用本算法进行航迹规划,相比于仅以药液耗尽为返航依据的航迹规划,能耗节省率达到了12.89%,而且作业面积越大,能量节省效果越明显,通过田间对比试验,进一步证明了算法的可行性。     

多作业区域植保无人机航线规划算法

针对植保施药多个作业区域的情况,研究了一种植保无人机全局航线规划算法,将整个算法分为单个区域航线规划、区域间作业顺序和区域间调度航线规划3部分。从作业路程、多余覆盖和遗漏覆盖的角度,分析了多种覆盖作业方式的优劣,确定了无人机在单区域内的覆盖方式。基于遗传算法与TSP问题得到区域间的优化作业顺序,并基于改进的二进制编码遗传算法进行区域间调度航线的规划,最终实现无人机多作业区域航线的全局规划。仿真结果表明,规划算法可以有效地实现全局航线的规划,缩短了无人机的作业距离与区域间调度飞行的距离,达到了能耗与工作时间的优化,节省了航线规划所需的人力成本,使作业管理更加便利。     

非充分生态约束条件下水库生态调度模型研究

在不影响水库原有防洪及供水目标前提下,为了降低水库对河流生态系统的影响,针对部分调度模型存在调度结果满足最小生态流量约束而不满足适宜生态流量约束的情况,提出了以最小生态流量约束调度结果为基础,逐步向适宜生态流量约束靠近的非充分生态约束流量求解方法,并引入松弛变量,建立了生态保证程度与发电量的关系,通过对比Kmin法和Kmax-1法的Tennant评价结果确定水库生态调度的最佳平衡点,以此作为非充分生态约束条件下的尼尔基水库生态调度模型。结果表明,生态流量约束值还有很大的提升空间,不宜直接选取最小生态流量约束的调度结果作为调度方案;新的调度模型可以有效解决此类生态调度问题,给决策者提供更合理的调度方式,6种生态约束条件下的生态保证程度分别可提高60%、80%、40%、60%、70%、70%,电量损失率仅为2.01%、1.13%、1.28%、1.47%、2.16%、2.08%。     

四自由度两模式并联机构结构综合与位置分析

为设计可实现一机多用的并联机构,提出了多模式并联机构的结构类型综合方法以及操作模式分析方法。首先利用方位特征集方法,综合得到一类(640种)具有运动分岔特性的4自由度并联机构;然后从中优选出一种机构进行操作模式分析,分析结果表明:机构处于分岔奇异点时动平台瞬时自由度为5,此时采用冗余驱动的方法可引导动平台通过分岔奇异点顺利到达三平移一转动或两平移两转动模式;最后推导了该并联机构处于上述2种操作模式时的位置正、逆解分析方程,得知位置逆解方程和三平移一转动模式时的位置正解方程均可解析求解。