农田二氧化碳浓度梯度原位同步测量系统优化设计与试验

为准确测量农田近地层二氧化碳浓度梯度分布,降低人为测量所产生的干扰误差,设计了一种二氧化碳浓度梯度原位同步测量系统。该系统由机械采集模块和系统控制模块组成,机械采集模块负责采集气体,系统控制模块实现二氧化碳浓度的自动测量,测量系统在农田中自动进行二氧化碳浓度梯度分布的测量,并采用无线传输技术将测量数据发送至服务器。阐述了测量系统的总体结构以及各模块设计方法,运用Fluent软件模拟了二氧化碳测量的抽气过程,分析优化了测量管路间隔与抽气速度、管道直径的关系,并进行了测量系统室内标定和现场二氧化碳浓度测量试验。试验结果表明,该系统能够较好地测量农田二氧化碳浓度梯度的分布,测量误差不大于4.17%,实现了农田信息的自动获取,对二氧化碳碳汇信息计算具有重要意义。     

小麦茎秆截面参数显微图像测量系统

小麦的抗倒性与其茎秆截面显微结构密切相关,茎秆微观结构的观测和分析对小麦遗传育种具有重要意义。研究了一种显微图像测量系统,用于精确测量小麦茎秆截面的主要参数。使用计算机、图像采集室、光学显微成像系统等搭建了硬件平台,并开发了算法软件。系统针对茎秆截面的颜色和结构特点,对显微图像进行预处理得到髓腔、厚壁的轮廓,再进行椭圆拟合以计算截面整体、髓腔和厚壁的几何参数。根据维管束结构的一致性,提出了一种具有尺度、平移和旋转不变性的模板匹配方法,用于在目标图像中识别维管束并统计数量。实验表明该自动化测量系统具有高通量和高精确度的优点,在作物重要资源的挖掘和群体遗传等研究中具有重要的价值。     

气吸精播机施肥量无线计量监测系统的研究

针对目前播种机施肥工作环境条件恶劣、人员监测难度大及施肥监测装置较少等问题,以嵌入式微处理器为核心,采用传感器技术、无线通信技术,研究了施肥量计量及工况监测系统,该系统已进行田间生产试验。试验结果表明:施肥计量误差6.3%,肥箱空、肥管堵、肥管空误报警率为0,报警延迟时间0.5s,具有较好的全天候作业能力,能够满足实际田间作业中肥量监测及肥量施肥状态预警等任务。     

花生收获机实时测产远程监测存储系统设计——基于智能路由器

为了解决花生收获过程中的实时自动测产及远程数据监测存储问题,设计了基于智能传感器的花生收割机实时测产远程监测存储系统,提出了一种新的测产机械结构和方法,并利用智能路由器加密通道建立了一套API框架体系,实现了测量数据的远程传输与实时共享。试验结果表明:收割机终端测产值与智能路由器传回至服务器的数据相对误差绝对值小于5%,数据传输速度快,具备较大的扩展性,验证了测产系统的可行性、可靠性和准确性,应用前景宽广。     

高寒草甸生态系统表层土壤水分时间稳定性研究

选取西藏高原北部那曲地区一处典型的高寒草甸生态系统为研究对象,用TDR 300测量样地中2个样带共82个测点表层0~7.5 cm的土壤含水率,在2015年生长季中共测量14次。基于所测数据分析了土壤含水率的时空变异性和时间稳定性。结果表明,2015年生长季2个样带表层平均土壤含水率为26.0%,在空间上表现为弱变异性,在时间上表现为中等变异性,土壤含水率较高时,土壤水分的变异性也较高;82个测点土壤含水率的空间模式在7月份—8月初相似性较弱,在8月中旬—9月初相似性较强;土壤含水率的相对差分平均值在-11.5%~8.5%之间,相对差分标准差的平均值为8.6%,二者表现为开口向上的二次曲线关系,说明土壤含水率接近样地平均值的测点具有较高的时间稳定性,而在较干和较湿的测点,土壤含水率的时间稳定性相对较弱;时间稳定性指数、平均绝对偏差、均方根误差和最小相对差分标准差平衡法4种方法均能准确地判定土壤含水率时间稳定性最佳代表测点,利用最佳代表测点估算样带平均土壤含水率均具有较高的精度,相比较而言,最小相对差分标准差平衡法精度更高。     

基于点云数据的测树因子自动提取方法

树冠的结构复杂、形态各异,测树因子的自动、准确、无损测量是森林调查中的一个重要研究项目。以三维激光扫描仪获取的三维点云数据为研究对象,基于计算几何学的寻找凸包算法,自动提取树冠的表面积、投影面积以及体积等测树因子。为验证算法的准确性,随机选取8个树种的120株待测立木进行试验,试验表明该方法测得的立木树高平均相对误差为2.33%,胸径平均相对误差为1.10%,冠幅平均相对误差为3.92%,自动解算的树冠表面积、树冠投影面积以及树冠体积相对于传统方法测得的参考值的平均相对误差分别为3.48%、6.01%和5.59%。因此以三维激光扫描仪获取点云数据,运用三维凸包算法,能够自动准确计算这些原本难以精确测量的因子,为应用三维激光扫描仪自动提取立木的测树因子提供了参考。     

基于张量理论的数控机床误差补偿模型

为了进一步提高数控机床多体运动学误差模型的精度,提出了基于张量理论的机床误差补偿模型。首先面向数控系统列表插值补偿方式,提出了应用张量理论设定基础阶、扩展阶和误差阶来建立机床误差张量模型。然后,提出了采用设定机床信息、建立张量模型及设定检测参数3个流程实施误差补偿,并通过多元回归分析提出了采用4阶多项式拟合机床空间误差。最后,以某重型车铣复合机床实验为例,提出了分轴步进对角线法下的张量误差模型,采用球杆仪进行了圆度误差检测实验,结果表明该方法能够有效地提高机床精度,比多体运动学误差模型的补偿效果更优。     

果树快速定位采摘机器人设计——基于红外和激光扫描技术

为提高采摘机器人的自主导航能力和采摘效率,实现机器人的快速果树识别和定位,结合红外测距传感器与计算机图像处理技术,利用激光扫描传感器体积小、功耗低、速度快、抗干扰等特点,提出了一种非接触式测量果树深度信息的方法;并结合计算机图像处理对果树进行了标定,实现果树的快速识别与定位,为采摘机器人运动轨迹规划提供了自主导航的参数。为了验证该方法的可靠性,在采摘机器人试验样机上安装了红外线测距和激光扫描快速定位装置,并通过左右两侧果树的导航路径拟合,得到了机器人的行走路径,通过对比红外线测距和激光扫描的结果发现,其拟合路径基本吻合,从而验证了该方法测量数据的可靠性。根据不同的树高对应的枝叶密度,利用计算机图像处理对果树进行了标定,最后利用激光扫描方法对标定后的果树进行了快速定位,并将结果和全站仪的结果进行了对比,结果表明:激光扫描和全站仪之间的最大误差仅为20mm。这说明,激光测量的精度较高,可以满足设计的需求。     

电子条码尺立木胸径自动测量研究

为了实现立木胸径的快速、准确测定,以EAN-13条形码编码和译码规则为模版,基于Android开发平台和Open CV图像智能处理技术,设计了一种可以实现单人作业、立木胸径自动测量的电子条码尺。条码尺编码完成后,利用开发的手机APP扫描条形码图像,通过图像的预处理、条形码的定位与识别、胸径的自动测量与记录、数据保存与导出等过程,实现立木胸径自动测量。经实验验证,该方法进行立木胸径测量的精度达99.95%以上,满足国家森林资源连续清查的精度要求,测量工作的效率也得到显著提高。     

Sensing of tomato plant response to hypoxia in the root environment

A severe drawback in hydroponic production systems and irrigated field cultivation arises due to the risk of hypoxia, provoked by water logging in the root environment. The effects of hypoxia become temporarily visible when plants are irreversibly damaged. For this reason, non-invasive methods are required for detecting hypoxia in good time. In five experiments, tomato plants at two stages of development were grown in containers in aerated nutrient solution. Aeration was interrupted to trigger hypoxic conditions in the root environment. Whereas young plants were able to adapt to hypoxia in the root environment and survived, mature plants wilted two days after aeration interruption and died rapidly. A decrease in leaf photosynthesis, leaf transpiration rates and efficiency of the photosystem II was observed in older plants, while leaf diffuse reflectance changed slowly. On the other hand, if young plants were able to adapt to hypoxia in the root environment and survived, no clear reduction of leaf photosynthesis and the efficiency of the photosystem II arose, although the dry matter growth was decreased by 50%. Changes in leaf colour and reflectance spectra occurred. The latter indicated changes in the profile of the carotenoids. The ratio of intensities at 550 and 455 nm in particular provided a sensitive and diagnostic parameter for hypoxia in the root zone of adapted plants which, nevertheless, displayed severe growth limitation.