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摘要:溫室環(huán)境優(yōu)化調(diào)控方法和技術(shù)能有效改善溫室作物的生產(chǎn)條件，提高光能資源的利用效率，從而實(shí)現(xiàn)溫室作物的高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。為了充分利用國內(nèi)外的研究成果，促進(jìn)我國在該領(lǐng)域的研究與應(yīng)用，從基于設(shè)定值、智能算法、多目標(biāo)優(yōu)化、多因子耦合和基于作物生長信息的環(huán)境控制方法等5方面，綜述了溫室環(huán)境控制方法的國內(nèi)外研究進(jìn)展。針對我國該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和存在的問題，提出今后應(yīng)解決光/溫/營養(yǎng)耦合高效控制機(jī)理、植物表型高通量檢測方法等重大科學(xué)問題，突破信息感知、物聯(lián)網(wǎng)、智慧管控等關(guān)鍵技術(shù)，形成具有中國特色的溫室智能化測控技術(shù)體系。

摘要:智能巡檢機(jī)器人能夠高效、可靠地完成巡檢任務(wù)，降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，準(zhǔn)確、穩(wěn)定的導(dǎo)航定位是巡檢機(jī)器人執(zhí)行巡檢任務(wù)的基礎(chǔ)。本文研究了基于激光雷達(dá)的巡檢機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在室內(nèi)外環(huán)境下的地圖建立、路徑規(guī)劃和導(dǎo)航定位。導(dǎo)航系統(tǒng)由遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺與巡檢機(jī)器人組成，遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺發(fā)布巡檢任務(wù)、監(jiān)控機(jī)器人狀態(tài)、查詢與存儲(chǔ)檢測數(shù)據(jù)，巡檢機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航定位、遍歷檢測點(diǎn)、執(zhí)行數(shù)據(jù)采集等巡檢任務(wù)，二者通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互。融合激光雷達(dá)與編碼器信息，使用高魯棒性Gmapping算法建立二維環(huán)境地圖。根據(jù)地圖與檢測點(diǎn)信息，采用分支界定算法搜索最優(yōu)巡檢路線，以減少巡檢時(shí)間和能源消耗。使用自適應(yīng)蒙特卡羅定位（AMCL）算法估計(jì)機(jī)器人位置和姿態(tài)，結(jié)合巡檢路線，進(jìn)行導(dǎo)航定位。根據(jù)橫向偏差與航向偏差，通過經(jīng)典的PID算法完成機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制。機(jī)器人搭載可見光相機(jī)與紅外相機(jī)，可對目標(biāo)進(jìn)行可見光通道與紅外通道的融合圖像檢測。對巡檢機(jī)器人進(jìn)行了室內(nèi)導(dǎo)航定位試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，在1m/s的速度下，位置與航向偏差的平均絕對誤差（MAE）分別小于5cm和1.1°，標(biāo)準(zhǔn)差（SD）分別小于5cm和1.5°，能夠滿足巡檢導(dǎo)航定位的要求。

摘要:針對目前視覺測量農(nóng)作物株高技術(shù)中存在農(nóng)作物頂點(diǎn)和底點(diǎn)難以識別的問題，設(shè)計(jì)了一種基于激光視覺的農(nóng)作物株高測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對農(nóng)作物株高測量特點(diǎn)，改進(jìn)了三角測量模型，改進(jìn)后的三角測量模型參數(shù)包括相機(jī)參數(shù)、光平面方程和相機(jī)安裝參數(shù)；依據(jù)系統(tǒng)測量模型，該系統(tǒng)標(biāo)定過程中通過至少一次將棋盤格標(biāo)定板置于農(nóng)作物底端點(diǎn)對應(yīng)水平面的平行平面上，建立農(nóng)作物底點(diǎn)平面對應(yīng)的地面坐標(biāo)系，通過將激光器發(fā)出的激光線投射到農(nóng)作物上，識別農(nóng)作物頂點(diǎn)。在株高為558.00~1843.30mm的農(nóng)作物上的測試結(jié)果表明，測量絕對誤差最大值28.30mm，相對誤差最大值為2.17%。該系統(tǒng)標(biāo)定完成后可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與實(shí)時(shí)測量，且測量精度高，具有良好的實(shí)用價(jià)值。

摘要:為了使植保無人機(jī)作業(yè)更加精準(zhǔn)、高效與節(jié)能，研究了一種適用于三維地形的植保無人機(jī)路徑規(guī)劃方法。根據(jù)農(nóng)田的規(guī)模、形狀、高度起伏等地理環(huán)境信息，對其進(jìn)行柵格化處理，建立三維環(huán)境模型；在此環(huán)境模型條件下，為無人機(jī)增加直行與回轉(zhuǎn)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)全覆蓋路徑仿真；通過提取仿真計(jì)算中每次植保作業(yè)飛行距離作為輸入變量、非植保作業(yè)耗費(fèi)時(shí)間作為輸出函數(shù)，從而構(gòu)建尋優(yōu)模型；對尋優(yōu)模型引入引力搜索算法，以輸出函數(shù)最小為目標(biāo)，對輸入變量進(jìn)行尋優(yōu)，再通過仿真計(jì)算求出優(yōu)化后的返航點(diǎn)位置。實(shí)例結(jié)果顯示，在二維投影形狀與尺寸相同的田地中，二維與三維路徑規(guī)劃方法之間的返航點(diǎn)位置存在偏差，證明了本文方法的必要性；在三維地形算例中，運(yùn)用本文方法規(guī)劃后的往返飛行距離總和與非植保作業(yè)時(shí)間分別為440.2m與9min，相比于未規(guī)劃情況分別減少了90%與54%，相比于簡單規(guī)劃結(jié)果分別減少了23%與7%。在實(shí)際測試過程中，相比于未規(guī)劃情況，規(guī)劃后的路徑飛行距離總和與非植保作業(yè)時(shí)間分別減少了11%和5%，驗(yàn)證了本文方法的合理性與可行性。

摘要:受東方螻蛄刺狀挖掘足能夠高效挖掘土壤的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了大豆播種機(jī)破碎式覆土裝置，以提高其碎土性能。對東方螻蛄前足的趾爪趾長、趾尖角、趾間距、側(cè)面的楔角進(jìn)行測量，以此為依據(jù)設(shè)計(jì)了仿生碎土圓盤。破碎式仿生覆土裝置由大小碎土圓盤、折彎法蘭、固定機(jī)架、旋轉(zhuǎn)副、減震彈簧和懸掛架組成。本覆土裝置專為雙行種子溝設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對大豆溝槽雙側(cè)進(jìn)行覆土。對仿生碎土圓盤碎土齒進(jìn)行了受力分析，并利用Ansys及LsDyna軟件對所設(shè)計(jì)部件進(jìn)行仿真優(yōu)化分析，得到碎土圓盤切削受力情況土壤的等效應(yīng)力分布以及覆土過程中種子橫向位移。田間試驗(yàn)結(jié)果表明破碎式仿生覆土裝置完成了覆土功能要求，破碎率達(dá)到92.2%，平均覆土厚度為2.4cm，平均種子行間距為10.1cm。

摘要:在玉米直插穴播機(jī)的基礎(chǔ)上，針對被動(dòng)鴨嘴開啟過程播種性能受地面高低起伏影響較大的問題，設(shè)計(jì)了強(qiáng)排-強(qiáng)啟排種裝置，主要由共軛凸輪、強(qiáng)排-強(qiáng)啟排種器等組成。對前進(jìn)速度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析，確定了穴播過程關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)，重點(diǎn)對強(qiáng)排-強(qiáng)啟排種器的取種輪取種和鴨嘴強(qiáng)制開啟2個(gè)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了位移計(jì)算，反求法計(jì)算確定共軛凸輪的主凸輪輪廓；取種輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)能提高取種率，通過計(jì)算確定了凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明：該裝置傳動(dòng)運(yùn)行平穩(wěn)，能完成取種和排種動(dòng)作，鴨嘴無夾土、無提早排種現(xiàn)象；鴨嘴膜孔較小，鴨嘴播種期間無挑膜、撕膜等問題；玉米直插穴播機(jī)的空穴率為1.8%、穴粒數(shù)合格率為95.3%、膜下播種深度合格率為88.1%，設(shè)計(jì)的玉米直插穴播機(jī)強(qiáng)排-強(qiáng)啟排種裝置滿足設(shè)計(jì)要求和玉米播種的農(nóng)藝技術(shù)要求。

摘要:為進(jìn)一步提高穴播質(zhì)量，針對排播過程中觸土部件的壅土、堵塞等問題，結(jié)合精密播種技術(shù)要求并運(yùn)用四桿運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，提出一種旱地回轉(zhuǎn)扎穴式播種方式及其配套機(jī)具。通過建立扎穴結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型并采用VB可視化編程平臺選取了核心運(yùn)動(dòng)參數(shù)，同時(shí)對關(guān)鍵部件型孔凹輪和回位壓簧進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。以玉米為播種對象，以主軸轉(zhuǎn)速和壓簧線徑為試驗(yàn)因素，以合格指數(shù)和變異系數(shù)為試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，采用Design-Expert 10.0.3軟件對結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，選取最優(yōu)工作參數(shù)。通過田間驗(yàn)證試驗(yàn)測得，在主軸轉(zhuǎn)速為27r/min，壓簧線徑為1.5mm的工況下，播種器作業(yè)合格指數(shù)為92.1%，變異系數(shù)為2.5%，堵塞率為0。結(jié)果表明，該機(jī)構(gòu)在滿足精密播種作業(yè)技術(shù)要求的同時(shí)，進(jìn)一步改善了入土可靠性和粒距均勻性。

摘要:在玉米籽粒直收過程中，脫粒滾筒轉(zhuǎn)速與聯(lián)合收獲機(jī)的額定喂入量相匹配才能發(fā)揮出最佳的作業(yè)效果。為了獲得不同喂入量時(shí)玉米聯(lián)合收獲機(jī)最優(yōu)的滾筒轉(zhuǎn)速范圍，設(shè)計(jì)了一種零部件可更換、結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)均可調(diào)的縱軸流玉米脫粒分離裝置，并在自主研制的試驗(yàn)臺上以脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、喂入量為影響因素，以籽粒破碎率、未脫凈率為性能指標(biāo)進(jìn)行玉米脫粒試驗(yàn)。通過臺架試驗(yàn)、回歸分析和單變量求解，最終確定了不同喂入量的最優(yōu)滾筒轉(zhuǎn)速范圍：喂入量為8kg/s時(shí)，最優(yōu)的滾筒轉(zhuǎn)速為254~486r/min；喂入量為10kg/s時(shí)，最優(yōu)的滾筒轉(zhuǎn)速為278~466r/min；喂入量為12kg/s時(shí)，最優(yōu)的滾筒轉(zhuǎn)速為313~445r/min。在以上條件下籽粒破碎率均小于5%，未脫凈率小于2%，達(dá)到了國家和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

摘要:為了解決傳統(tǒng)摟耙式地膜回收機(jī)卸膜和裝箱困難、作業(yè)連續(xù)性差等問題，設(shè)計(jì)了一種鏈耙式地膜回收機(jī)，可以連續(xù)實(shí)現(xiàn)摟膜集膜、輸膜抖土、卸膜過程。該回收機(jī)主要由機(jī)架、起膜鏟、鏈耙、集膜箱等部件組成。為了使地膜回收機(jī)的性能達(dá)到最佳，首先在土槽實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對回收機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)分別進(jìn)行了單因素試驗(yàn)和響應(yīng)曲面優(yōu)化試驗(yàn)，通過土槽試驗(yàn)得到地膜回收率、脫膜率、夾帶土壤質(zhì)量3個(gè)指標(biāo)的二次回歸方程、響應(yīng)優(yōu)化曲面及最佳參數(shù)組合。最佳參數(shù)組合為：耙齒總成間距300mm，單排耙齒數(shù)5個(gè)，耙齒入土深度84.41mm，回收機(jī)前進(jìn)速度2.542km/h，鏈耙線速度0.417m/s。通過大田驗(yàn)證試驗(yàn)，得到優(yōu)化后的地膜回收機(jī)性能指標(biāo)為：地膜回收率90.2%，脫膜率88.1%，夾帶土壤質(zhì)量0.41kg/m。大田試驗(yàn)表明，鏈耙式地膜回收機(jī)滿足生產(chǎn)要求。

摘要:針對丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械通過性差、車身難以保持水平、機(jī)械化薄弱的問題，設(shè)計(jì)了一種丘陵山區(qū)農(nóng)用仿形行走動(dòng)態(tài)調(diào)平底盤。底盤4組調(diào)平懸架的懸臂夾角可精確調(diào)節(jié)，不僅能在崎嶇地面上實(shí)現(xiàn)全時(shí)多輪驅(qū)動(dòng)、多自由度仿形行走，而且通過懸架懸臂夾角調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)車體調(diào)平控制，同時(shí)解決丘陵山區(qū)農(nóng)用動(dòng)力底盤行走、作業(yè)的兩大難題。底盤在仿形行走過程中，傾角傳感器實(shí)時(shí)測量車身傾斜角度，并計(jì)算出各懸架懸臂夾角瞬時(shí)調(diào)節(jié)量，精確調(diào)整各懸架懸臂夾角實(shí)現(xiàn)底盤動(dòng)態(tài)補(bǔ)償調(diào)平。參照中小型東方紅500型農(nóng)用拖拉機(jī)設(shè)計(jì)底盤樣機(jī)，建立虛擬樣機(jī)三維模型，并導(dǎo)入動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS中進(jìn)行仿真分析，底盤在多自由度仿形行走過程中，可在0.5°精度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)平。研制小比例樣車，通過土槽試驗(yàn)驗(yàn)證底盤在多自由度仿形行走過程中，可在1°精度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)平。仿真、土槽與自然地面試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析和計(jì)算結(jié)果，為丘陵山區(qū)農(nóng)用仿形行走動(dòng)態(tài)調(diào)平底盤應(yīng)用提供參考。

摘要:針對東北地區(qū)深松整地作業(yè)中，深松鏟土壤擾動(dòng)量和耕作阻力大的問題，以離散元（EDEM）軟件仿真分析鏟尖對土壤的作用為依據(jù)，設(shè)計(jì)了擬合曲線型深松鏟。采用離散元軟件模擬深松鏟鏟尖在土壤中的運(yùn)動(dòng)，獲得鏟尖上方土壤顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡的擬合曲線和擬合方程，采用線元設(shè)計(jì)法對線形優(yōu)化，獲得鏟柄外形曲線；同時(shí)設(shè)計(jì)了刃部、切削刃角、入土角，并通過鏟柄與鏟尖的互作效應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)證了分層的可行性與合理性。土槽對比試驗(yàn)表明，擬合曲線型深松鏟有效降低了土壤擾動(dòng)量和耕作阻力，比折線式深松鏟土壤擾動(dòng)量減少了53.6%，耕作阻力減少了36.23%；比圓弧式深松鏟土壤擾動(dòng)量減少了66.18%，耕作阻力減少了29.18%。田間對比試驗(yàn)表明，擬合曲線型深松鏟比折線式深松鏟回土面積增加了81.03%，比圓弧式深松鏟的回土面積增加了146.95%。土槽和田間試驗(yàn)表明，擬合曲線型深松鏟土壤擾動(dòng)量小、耕作阻力小，滿足深松作業(yè)的要求。

摘要:水稻播種時(shí)芽種含水率高、種芽長度差異大，表現(xiàn)出與其他作物種子不同的物理特性。為減小仿真分析時(shí)芽種參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確而形成的模擬系統(tǒng)誤差，本文基于水稻芽種摩擦角的試驗(yàn)與仿真測定，標(biāo)定出不同含水率下的水稻芽種離散元主要接觸參數(shù)。通過芽種的摩擦角（兩種休止角及滑動(dòng)摩擦角）離散元仿真試驗(yàn)，建立了芽種-不銹鋼板靜摩擦因數(shù)、芽種-芽種靜摩擦因數(shù)、芽種-芽種滾動(dòng)摩擦因數(shù)與3個(gè)摩擦角之間的三元回歸方程。以芽種的3個(gè)摩擦角試驗(yàn)結(jié)果作為修正指標(biāo)，對回歸方程數(shù)值求解，得到當(dāng)仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的擬合誤差達(dá)到允許范圍內(nèi)的3個(gè)主要接觸參數(shù)。將標(biāo)定后的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，分別對不同含水率下的芽種摩擦角的仿真測定與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對比分析，相對誤差均小于2.75%，表明水稻芽種離散元模型與實(shí)際顆粒物料體現(xiàn)出相同的摩擦特性，建立的回歸模型滿足不同含水率芽種參數(shù)的標(biāo)定要求。對其他5個(gè)品種的水稻芽種摩擦角實(shí)測值與仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析，相對誤差均在5.54%以內(nèi)。該水稻芽種的離散元模型及接觸參數(shù)可為水稻精密播種裝置的動(dòng)態(tài)仿真提供參考。

摘要:為了研究不同類型和大小的液壓噴嘴、不同生物農(nóng)藥噴霧樣本對霧滴特性的影響，采用激光粒度分析儀、噴幅寬度測定裝置等對美國Teejet公司的平面扇形噴嘴XR8004、XR11004和中空錐形噴嘴TXA8002、TXVK8004等4種常規(guī)噴嘴和7種不同噴霧樣本（普通自來水和6種美國Bioworks公司的生物農(nóng)藥），分別對相同和不同噴霧壓力、相同噴霧高度和相同噴霧環(huán)境下的霧滴粒徑大小分布，以及相同噴霧壓力和相同噴霧高度下噴幅寬度等特性進(jìn)行了對比試驗(yàn)研究，并對結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果表明：在分別與水以一定比例混合后，原液狀生物農(nóng)藥的霧滴粒徑與水的霧滴粒徑大小差異不顯著，但比原粉末狀生物農(nóng)藥霧滴粒徑尺寸大；生物農(nóng)藥在同一噴嘴噴霧下，霧滴粒徑隨噴霧壓力增大而減??；在相同噴霧壓力情況下，霧滴粒徑大小分布均勻度隨噴嘴噴量速率的增大而減小，噴量速率越大，其粒徑尺寸越分散、越不集中；噴嘴噴幅寬度的大小隨噴霧角度增大而增大，不同類型生物農(nóng)藥的噴霧樣本對噴幅寬度影響不大。因此，根據(jù)以上噴嘴和生物農(nóng)藥的噴霧特性，對于不同的農(nóng)作物選擇適當(dāng)?shù)膰娮煨吞?、噴量流速和噴霧壓力來噴施農(nóng)藥，可以提高農(nóng)藥的噴霧效率和有效性。

摘要:為了研究氣液兩相條件下離心泵相似定律的適用性，選用NKG65-50-140型直聯(lián)式單級單吸離心泵，基于試驗(yàn)和數(shù)值模擬方法對其進(jìn)行研究。首先搭建了氣液兩相流開式試驗(yàn)臺，進(jìn)行了3種轉(zhuǎn)速、不同進(jìn)口含氣率條件下模型泵性能試驗(yàn)；然后采用Eulerian-Eulerian非均相流模型、由空氣和水作為工作介質(zhì)進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了3種轉(zhuǎn)速、不同進(jìn)口含氣率條件下葉輪內(nèi)的流動(dòng)情況和氣相分布情況。研究結(jié)果表明：進(jìn)口含氣率通過影響氣體在葉輪內(nèi)的分布而影響旋轉(zhuǎn)葉輪與液體能量交換能力，從而影響氣液兩相流相似定律的適用性；同一流量系數(shù)時(shí)進(jìn)口含氣率越大，相似定律的適用性就越差；隨著轉(zhuǎn)速的降低，氣體分布呈現(xiàn)從葉片頂尖、葉輪流道中部和蝸殼隔舌處移動(dòng)的趨勢，特別是進(jìn)口含氣率大于0.03后，氣體更易堵塞流道。最后通過對比試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果，驗(yàn)證了低進(jìn)口含氣率下所采用的計(jì)算模型和方法基本可靠，為泵設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。

摘要:軸流泵內(nèi)壓力脈動(dòng)是引起機(jī)組振動(dòng)和噪聲的主要原因之一，為了研究漩渦誘發(fā)水泵內(nèi)壓力脈動(dòng)的機(jī)理，采用Fluent軟件對軸流泵裝置進(jìn)行非定常計(jì)算，得到了大流量工況下（1.2Qd）不同特征斷面的頻域特性，結(jié)合模型試驗(yàn)，利用高速攝像機(jī)對漩渦生成到消失全過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量，觀察到漩渦微觀變化過程。結(jié)果表明：喇叭管下方漩渦發(fā)生位置與低壓區(qū)位置一致，渦管底端的壓力脈動(dòng)幅值最大，其Cp值約為非中心點(diǎn)處的1.8~2倍，渦管中心處壓力脈動(dòng)次頻發(fā)生在1倍葉輪轉(zhuǎn)頻處，在葉輪進(jìn)口壓力脈動(dòng)與漩渦壓力脈動(dòng)在1倍葉輪轉(zhuǎn)頻處具有同步性，且壓力脈動(dòng)次頻均在1倍葉輪轉(zhuǎn)頻處。在進(jìn)水池底部壓力脈動(dòng)激勵(lì)源為進(jìn)水漩渦，進(jìn)水漩渦影響葉輪進(jìn)口壓力分布，誘發(fā)葉輪進(jìn)口壓力脈動(dòng)。通過研究進(jìn)水漩渦從生成到潰滅的過程及對壓力脈動(dòng)的影響，可為泵站工程實(shí)際應(yīng)用中消渦措施提供理論依據(jù)。

摘要:為了有效地消除表面吸氣渦，對進(jìn)水池內(nèi)流場進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，模擬了表面渦吸氣的動(dòng)態(tài)過程；建立了試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?yàn)證CFD方法的可靠性；并提出了圓形蓋板消渦裝置，探求其有效性；采用了螺旋度密度分析法，揭示了表面渦的吸氣及其抑制機(jī)理。結(jié)果顯示：采用的CFD方法可以較好地預(yù)測表面吸氣渦的動(dòng)態(tài)過程；吸氣準(zhǔn)備階段，自由水面出現(xiàn)凹陷，喇叭管進(jìn)口附近形成螺旋度密度管；隨著氣體從自由水面進(jìn)入水體，自由水面下方形成另一螺旋度密度管；當(dāng)連續(xù)氣柱形成時(shí)，兩個(gè)螺旋度密度管相互連通，形成氣體通道；通過在自由水面和喇叭管進(jìn)口之間放置一定尺寸的圓形蓋板裝置，可以消除表面吸氣渦。

摘要:為了提高Schnerr-Sauer模型預(yù)測空化流場的能力，提出了一種修正的球形空泡動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)合均相流假設(shè)建立了一種基于Rayleigh-Plesset方程的改進(jìn)空化模型。聯(lián)立修正后的濾波器湍流模型，分別采用改進(jìn)后空化模型和Schnerr-Sauer模型對繞二維Clark-Y型水翼非定?？栈鲃?dòng)進(jìn)行計(jì)算，得到了不同空化數(shù)條件下翼型吸力面上空穴形態(tài)隨時(shí)間變化規(guī)律及水動(dòng)力系數(shù)特征。與已有文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明：在準(zhǔn)靜態(tài)片狀空化階段，改進(jìn)的空化模型計(jì)算得到的片狀空穴長度基本上維持不變，在空穴尾部捕捉到明顯的相間界面，與實(shí)驗(yàn)描述較為一致；在云狀空化階段，改進(jìn)的空化模型模擬的空化區(qū)域范圍更廣，預(yù)測的瞬時(shí)升力系數(shù)與實(shí)驗(yàn)值的變化趨勢吻合程度更高，且其對云空化周期性演變過程中一些流動(dòng)細(xì)節(jié)的預(yù)測能力更好。

摘要:隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，快速獲取大棚和地膜農(nóng)田面積及地理分布的需求越來越大，但沿用面向衛(wèi)星遙感影像的解譯方法處理無人機(jī)航拍影像，存在特征選擇復(fù)雜、識別精度較低、處理時(shí)間長等問題?；诖耍疚奶岢鲆环N基于深度學(xué)習(xí)的大棚及地膜農(nóng)田無人機(jī)航拍監(jiān)測方法，即采用六旋翼無人機(jī)搭載索尼NEX-5k相機(jī)進(jìn)行航拍作業(yè)，對采集到的558幅赤峰市王爺府鎮(zhèn)地區(qū)的無人機(jī)航片進(jìn)行正射校正與拼接，構(gòu)建全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Fully convolutional network, FCN)，通過多尺度融合的方法實(shí)現(xiàn)了FCN的5個(gè)變種模型：FCN-32s、FCN-16s、FCN-8s、FCN-4s、FCN-2s，使用帶動(dòng)量的隨機(jī)梯度下降算法端到端訓(xùn)練模型，自動(dòng)提取并分類影像特征。FCN模型與ENVI商用遙感軟件的基于像素的分類方法、eCognition軟件的面向?qū)ο蟮姆诸惙椒▽Ρ群蟊砻鳎篎CN-4s模型為識別大棚和地膜農(nóng)田的最佳模型，對于測試區(qū)域的平均整體正確率為97%，而基于像素的分類方法平均整體正確率為74.1%，面向?qū)ο蟮姆诸惙椒ㄆ骄w正確率為81.78%。FCN-4s模型平均運(yùn)行時(shí)間為16.85s，是基于像素的分類方法運(yùn)行時(shí)間的0.06%，是面向?qū)ο蟮姆诸惙椒ㄟ\(yùn)行時(shí)間的5.62%。本方法可快速準(zhǔn)確獲取大棚和地膜農(nóng)田的地理分布及面積，滿足設(shè)施農(nóng)業(yè)對無人機(jī)航拍監(jiān)測的需求。

摘要:灌區(qū)渠系制圖配合現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)，對合理配水、安全輸水有著重大影響。但目前普遍使用的灌區(qū)遙感影像分辨率不高，給渠系提取與制圖帶來一定的困難。本文將無人機(jī)采集的高精度正射影像、高程、坡度數(shù)據(jù)相結(jié)合作為數(shù)據(jù)源，提取出具有顯著描述能力的渠系特征來構(gòu)建訓(xùn)練樣本集，基于支持向量機(jī)的分類方法對目標(biāo)渠系進(jìn)行分割提取，再通過后處理對提取結(jié)果進(jìn)行去噪、連接和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)高分辨率多數(shù)據(jù)源的渠系提取。結(jié)果表明，該渠系提取方法可以識別提取灌區(qū)中的支渠、斗渠和部分農(nóng)渠，渠系連續(xù)性良好，與手繪渠系對比，精度最高可達(dá)89.35%。其中提取誤差主要由級別較低的渠系中渠床淤泥沉積導(dǎo)致影像、地形特征不明顯造成。

摘要:近年來較多的樹冠提取算法以激光雷達(dá)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，然而激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)量大、冗余多而且采集成本高。本文基于無人機(jī)影像匹配點(diǎn)云提取單木樹冠輪廓，研究一種成本可控、能夠補(bǔ)充甚至部分替代激光雷達(dá)的小范圍森林制圖方案。以福建省三明市某林場內(nèi)苗圃地作為研究對象，在稠密的無人機(jī)影像匹配點(diǎn)云中截取2個(gè)25m×25m的樣地作為測試樣本。預(yù)處理后，首先構(gòu)建植被冠層高度模型，以局部最大值法探測樹冠位置并標(biāo)記為種子點(diǎn)；從這些種子點(diǎn)形成的初始區(qū)域開始生長，迭代計(jì)算直到全部的影像匹配點(diǎn)云歸并完畢；最后，將算法提取的樹冠輪廓導(dǎo)入ArcGIS中獲取樹冠輪廓矢量邊界，并與手繪參考樹冠疊加，利用F測度實(shí)現(xiàn)精度的評定。依此方案，在2個(gè)林分范圍內(nèi)的樹冠提取F測度均達(dá)到了89%以上，單木冠幅提取的誤差在0.14m以內(nèi)。結(jié)果表明，該方案簡單有效、精度可靠，適用于小范圍、高精度的植被制圖。

摘要:以冬油菜為研究對象，利用連續(xù)3季（2013—2016年）不同氮營養(yǎng)水平下冬油菜關(guān)鍵生育期400～1350nm冠層高光譜和LAI數(shù)據(jù)，研究基于偏最小二乘（Partial least square，PLS）回歸分析的冬油菜原初光譜（Raw spectral reflectance，R）及一階微分光譜（First derivative reflectance，F(xiàn)DR）窄波段光譜變量（1、5、10、20nm）和寬波段光譜變量（40、80、100nm）與LAI之間關(guān)系，確定可穩(wěn)定指示油菜LAI時(shí)空變化的最佳波寬及其有效波段。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了基于有效波段最優(yōu)波寬下冬油菜LAI預(yù)測和精度驗(yàn)證。結(jié)果表明，冬油菜LAI對氮肥響應(yīng)具有高度敏感性，可較為充分反映油菜LAI時(shí)空變化，其建模集和驗(yàn)證集變異系數(shù)分別為65.4%和54.4%；隨波寬增加，基于R-PLS和FDR-PLS回歸模型的冬油菜LAI預(yù)測精度均呈先增加后降低趨勢，至窄波段光譜變量和寬波段光譜變量臨界處20nm波寬時(shí)達(dá)最高，且FDR-PLS預(yù)測效果顯著優(yōu)于R-PLS，建模集和驗(yàn)證集相對分析誤差（Relative percent deviation, RPD）分別為2.223和2.004。根據(jù)FDR-PLS回歸模型中各波段變量重要性投影值（Variable importance for the projection, VIP），確定基于該最佳波寬條件下油菜LAI有效波段分別為759、847、921、1002、1129nm。此后，再次構(gòu)建基于上述有效波段的油菜LAI預(yù)測模型，建模集和驗(yàn)證集RPD分別為2.004和1.707，反演效果較為理想。

摘要:土壤速效磷是影響作物生長發(fā)育的重要養(yǎng)分指標(biāo)。光譜分析技術(shù)對速效磷的定量預(yù)測具有較好的應(yīng)用前景，高光譜帶寬窄、分辨率高，但存在數(shù)據(jù)冗余和共線性等問題。本文針對皖北砂姜黑土145個(gè)樣本開展研究，提出了利用偏最小二乘回歸算法（PLS-R）對土壤可見近紅外高光譜數(shù)據(jù)（400~1000nm）進(jìn)行數(shù)據(jù)降維和特征提取，根據(jù)交叉驗(yàn)證和變量投影重要性分別得到潛在變量和特征波長；再分別輸入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BPNN）進(jìn)行訓(xùn)練，得到回歸分析模型對速效磷進(jìn)行定量預(yù)測。結(jié)果表明：與利用全部波長數(shù)據(jù)建模的預(yù)測結(jié)果（校正集和驗(yàn)證集的相對分析誤差MRPD分別為10.27和2.09）相比，利用9個(gè)特征波長建立的回歸模型校正集MRPD為2.66，預(yù)測精度明顯降低，而驗(yàn)證集MRPD為 2.05，近似達(dá)到利用全部波長數(shù)據(jù)建模的預(yù)測效果；利用5個(gè)潛在變量建立回歸模型，校正集和驗(yàn)證集的MRPD分別為3.10和2.29，其中驗(yàn)證集相對于全部波長建模的預(yù)測精度提高了9.6%。因此，基于PLS-BPNN算法進(jìn)行回歸建模可以有效降低高光譜數(shù)據(jù)冗余和共線性的影響，提高模型的泛化能力，且利用潛在變量進(jìn)行回歸建模能提高模型預(yù)測精度。

摘要:為研究無人機(jī)多光譜遙感技術(shù)對裸土土壤含水率的大范圍快速測定和最佳監(jiān)測深度的確定，以楊凌地區(qū)粘壤土為試驗(yàn)材料，分別配制成2種不同深度（5cm和10cm）、含水率為3%~30%的土壤樣本。用無人機(jī)搭載多光譜相機(jī)對土樣連續(xù)監(jiān)測3d，監(jiān)測時(shí)刻均為15：00。采集6個(gè)波段（490、550、680、720、800、900nm）處的土壤光譜反射率，同時(shí)對2種不同深度的土壤樣本表層（約1cm）含水率和整體含水率進(jìn)行測定。分別采用偏最小二乘回歸法、逐步回歸法和嶺回歸法，建立不同波段光譜反射率因素反演土壤含水率的回歸模型，并分析其定量關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，逐步回歸預(yù)測精度最佳，決定系數(shù)（R2）分別為0.775、0.764、0.798、0.694，而預(yù)測均方根誤差（RMSE）分別為0.028、0.042、0.037、0.038；其次為嶺回歸法；偏最小二乘法的預(yù)測精度最低。綜合比較得最佳回歸方法為逐步回歸法，最佳監(jiān)測深度為土壤表層（約1cm），其次為5cm深度，最后為10cm深度。

摘要:復(fù)雜生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是近年來區(qū)域生態(tài)環(huán)境可持續(xù)研究的熱點(diǎn)。以2016年磴口縣的遙感影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)等為研究素材，提出生態(tài)庫倫力的概念并基于力導(dǎo)向算法構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)多情景模擬模型，結(jié)合最小累積阻力面模型設(shè)置多個(gè)情景模式對磴口縣現(xiàn)狀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的演化進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：隨著（1.0，0）模式到（0，1.0）模式的轉(zhuǎn)換，生態(tài)源地斑塊柵格逐漸消失，骨架廊道逐漸出現(xiàn)斷裂；在（0，1.0）模式下生態(tài)網(wǎng)絡(luò)遭到極大破壞，現(xiàn)狀條件下若進(jìn)行大規(guī)模土地經(jīng)濟(jì)開發(fā)會(huì)對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)造成極大的破壞；但在（0.9，0.1）模式下，雖沙漠邊緣處出現(xiàn)破壞，但是在樣圓內(nèi)部生態(tài)網(wǎng)絡(luò)卻出現(xiàn)擴(kuò)張，在現(xiàn)有自然資源的約束下，磴口縣仍有發(fā)展經(jīng)濟(jì)的空間，但空間不大。本研究所提出的多情景模擬模型適用于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的演化分析。

摘要:基于不同銅離子(Cu2+)和鉛離子(Pb2+)脅迫梯度下玉米葉片光譜微分?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)合高階譜估計(jì)與灰度-梯度共生矩陣(Gray gradient co-occurrence matrix, GGCM)的特征提取方法，提出了Cu2+和Pb2+污染定性分析、污染元素種類識別和污染程度診斷的方法。首先，測量了不同脅迫梯度下玉米葉片光譜數(shù)據(jù)以及葉片中富集的Cu2+、Pb2+含量；然后，利用高階譜估計(jì)的ARMA模型參數(shù)法對各類玉米葉片微分光譜數(shù)據(jù)序列進(jìn)行雙譜估計(jì)，得到bisp_rts和bisp_qs矩陣及其相應(yīng)的雙譜三維圖，從而可以直觀可視地定性分析玉米是否已受Cu2+和Pb2+污染，辨別出Cu2+或Pb2+污染的元素類別；最后，構(gòu)造bisp_rts和bisp_qs矩陣相應(yīng)的GGCM，通過提取各GGCM的紋理參量特征值，診斷玉米葉片受Cu2+和Pb2+的污染程度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：高階譜估計(jì)可以定性分析玉米老葉(O)、中葉(M)、新葉(N)是否已受Cu2+和Pb2+污染，也可辨別出O、M葉片所受Cu2+或Pb2+污染的元素類別；bisp_rts矩陣的灰度分布不均勻性(T1)、能量(T2)特征值均能反映O、M葉片中Pb2+含量的變化，能較好地診斷O、M葉片中Pb2+的污染程度，而bisp_qs矩陣的小梯度優(yōu)勢(T3)特征值能反映O、M葉片中Cu2+含量的變化，能較好地診斷O、M葉片中Cu2+的污染程度。

摘要:在傳統(tǒng)森林計(jì)測中，由于樹木冠層的形態(tài)各異、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往難以精確獲取結(jié)構(gòu)因子。本文以地基激光雷達(dá)為工具，通過對單木掃描獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，基于球極平面投影和Lambert方位角等面積投影法計(jì)算冠層孔隙度，運(yùn)用不規(guī)則面投影法和體元法提取樹冠的體積和表面積，并對結(jié)果進(jìn)行了對比分析。選取北京林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)6株立木為研究對象，結(jié)果表明，對于冠層孔隙度，球極平面投影的結(jié)果均小于Lambert方位角等面積投影，平均誤差為0.03；對于體積和表面積，運(yùn)用不規(guī)則面投影法和體元法得到樹冠體積相對誤差為5.32%~12.43%，平均相對誤差為9.29%，提取的樹冠表面積的相對誤差為1.40%~5.21%，平均相對誤差為3.33%。2種方法得到的結(jié)果差別不是很顯著。因此利用地基激光雷達(dá)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過對單木一次掃描提取冠層孔隙度、樹冠體積和表面積，為計(jì)算樹木的三維綠量、生物量、光合作用能力等提供了更可靠的數(shù)據(jù)支持。

摘要:激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含信息豐富、精度高，在森林演變、植物模型重構(gòu)方面應(yīng)用廣泛。為提高樹三維重構(gòu)時(shí)的精度與真實(shí)感，提出一種基于實(shí)測點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維重構(gòu)方法。首先，使用Kinect 2.0采集樹的雙面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在樹根附近放置塑料標(biāo)準(zhǔn)球作為標(biāo)記，使用人工標(biāo)記法粗配與ICP算法精配相結(jié)合的方式對獲取的雙面點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，得到樹完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；其次，引入生長角度約束改進(jìn)空間殖民算法生成樹的三維骨架，根據(jù)管道模型估算樹枝粗度，使用廣義圓柱體生成樹干；最后，對葉片單獨(dú)建模，根據(jù)葉序規(guī)則添加樹葉完成樹的三維重構(gòu)。以玉蘭樹、楓樹以及Limit Tree為例進(jìn)行重構(gòu)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠逼真地模擬樹的三維形態(tài)結(jié)構(gòu)，較好地展現(xiàn)樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系，重構(gòu)誤差在6.5%以內(nèi)，可為虛擬樹木三維建模、虛擬修剪以及樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析等研究提供參考。

摘要:為實(shí)現(xiàn)無手機(jī)信號林區(qū)生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，基于北斗衛(wèi)星短報(bào)文、物聯(lián)網(wǎng)和云存儲(chǔ)等技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種林區(qū)小氣候?qū)崟r(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由小氣候監(jiān)測站、云服務(wù)器和系統(tǒng)軟件構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)林區(qū)大氣、土壤、光照和植物等多參量的實(shí)時(shí)監(jiān)測、云存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)查詢、報(bào)表生成和大數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)對森林火險(xiǎn)天氣指標(biāo)的計(jì)算進(jìn)行平滑處理，加入了枯枝落葉層土壤濕度火險(xiǎn)因子，實(shí)現(xiàn)了森林火險(xiǎn)天氣等級預(yù)報(bào)功能，為局部林區(qū)的防火預(yù)警服務(wù)。通過2017年3—5月在北京鷲峰國家森林公園的連續(xù)測試實(shí)驗(yàn)，3個(gè)小氣候監(jiān)測站可以穩(wěn)定可靠地獲取11種林區(qū)小氣候數(shù)據(jù)，北斗衛(wèi)星傳輸正確率分別為98.57%、99.43%和99.59%，達(dá)到了對林區(qū)小氣候進(jìn)行長期實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的，通信費(fèi)用低于銥星衛(wèi)星通信。該系統(tǒng)自2016年在北京、內(nèi)蒙古、河北和河南等地推廣應(yīng)用，為林區(qū)的生態(tài)大數(shù)據(jù)獲取和分析提供服務(wù)。

摘要:平原區(qū)耕作單元地塊細(xì)碎化是影響小麥機(jī)收效率的重要因素。以河北省定州市韓家莊村為例，從分析平原區(qū)耕作單元地塊的細(xì)碎化特征入手，定量評估了地塊面積對小麥機(jī)收效率的影響程度，在此基礎(chǔ)上分析了耕作單元地塊合并后小麥機(jī)收效率的提升狀況。研究發(fā)現(xiàn)：平原區(qū)耕地以權(quán)屬細(xì)碎化為主，耕作單元地塊面積小且分散，地塊總體狹長，目前不適合大型農(nóng)機(jī)作業(yè)；小麥機(jī)收效率受耕地面積影響較大，小麥機(jī)收的總作業(yè)效率、純作業(yè)效率均隨著耕地面積的增加而增加，總作業(yè)效率理論上可以達(dá)到0.4301s/m2，純作業(yè)效率理論上可以達(dá)到0.3049s/m2；平原區(qū)開展土地整治時(shí)，建議切實(shí)推行耕作單元地塊權(quán)屬調(diào)整及耕地流轉(zhuǎn)，使耕地連片面積達(dá)到一定規(guī)模，可以明顯提高小麥機(jī)收效率。

摘要:在識別缺資料流域水文模型參數(shù)時(shí)，目前常采用的區(qū)域化方法存在相似流域間降雨徑流關(guān)系差別較大、模型參數(shù)與流域?qū)傩蚤g的相關(guān)性不明顯、在大范圍缺資料地區(qū)難于選取參考流域等問題。本文從全球陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)（GLDAS）獲取流域蒸散量數(shù)據(jù)，提出利用GLDAS蒸散量率定GSAC模型的方法。首先，通過合并網(wǎng)格建立GSAC模型模擬的蒸散量與GLDAS蒸散量在時(shí)間和空間方面的對應(yīng)關(guān)系；其次，基于納什效率系數(shù)的定義構(gòu)建了一個(gè)模型率定指標(biāo)，以評價(jià)GSAC模型模擬的蒸散量對GLDAS蒸散量的擬合效果；最后，依據(jù)GLDAS蒸散量與GSAC模型模擬蒸散量之間的擬合關(guān)系率定GSAC模型。呼蘭河流域應(yīng)用結(jié)果表明，GLDAS提供的蒸散量能夠較好反映流域?qū)嶋H蒸散量的變化情況，為率定GSAC模型提供了一種有效的輸入數(shù)據(jù)；在率定期與驗(yàn)證期，利用GLDAS蒸散量率定的GSAC模型對流量模擬的納什效率系數(shù)分別為0.81和 0.77，與利用流量數(shù)據(jù)率定的GSAC模型模擬結(jié)果相近。

摘要:為了探究不同空間分辨率驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)對作物模型區(qū)域模擬結(jié)果的影響，以中國北方冬麥區(qū)為研究區(qū)域，采用薄盤樣條插值方法生成4種空間分辨率（5、10、25、50km）的氣象驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，采用空間聚集方法構(gòu)建相應(yīng)空間分辨率的土壤參數(shù)集，以農(nóng)業(yè)氣象觀測站數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過泰森多邊形方法擴(kuò)展農(nóng)田管理和作物模型品種參數(shù)，在以上基礎(chǔ)上建立不同空間分辨率的WOFOST模擬平臺，結(jié)合區(qū)域統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量數(shù)據(jù)，診斷不同空間分辨率驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)對作物模型區(qū)域模擬的影響。研究表明：對于模擬的開花期、成熟期、潛在產(chǎn)量水平的地上生物量和穗質(zhì)量、雨養(yǎng)產(chǎn)量水平的地上生物量和穗質(zhì)量，4種空間分辨率的區(qū)域平均值模擬結(jié)果之間無顯著差異；高分辨率驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)下，模擬結(jié)果分布上有更多的極值。不同空間分辨率的模擬結(jié)果均能反映冬小麥生長的空間分布規(guī)律；與同區(qū)域統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量相比，不同空間分辨率下WOFOST雨養(yǎng)產(chǎn)量可以解釋觀測產(chǎn)量年際變異的75.4%~85.4%。不同空間分辨率的潛在產(chǎn)量和雨養(yǎng)產(chǎn)量與氣候因子相關(guān)分析表明，生育期輻射可以解釋16.6%~29.6%的潛在產(chǎn)量變化，生育期降水可以解釋13.3%~17.8%的雨養(yǎng)產(chǎn)量變化。高空間分辨率的數(shù)據(jù)存貯量和計(jì)算時(shí)間分別是低空間分辨率的80和100倍以上。研究結(jié)果可以為作物模型區(qū)域應(yīng)用，尤其是空間分辨率的選擇提供理論依據(jù)。

摘要:以撓力河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，利用1990年和2013年土地利用類型，結(jié)合基于格子玻爾茲曼方法（LBM）的TOPMODEL模型定量評價(jià)了土地利用方式變化對水循環(huán)時(shí)空變化過程的影響。結(jié)果表明：基于LBM法的TOPMODEL模型可以很好模擬撓力河流域降雨徑流水循環(huán)過程，對研究區(qū)具有較高的適用性；研究區(qū)林地、草地和建設(shè)用地面積變化不大，對于土地結(jié)構(gòu)變化貢獻(xiàn)比較小，而未利用地和旱田部分轉(zhuǎn)為水田對土地結(jié)構(gòu)變化貢獻(xiàn)大；由于種植水田，導(dǎo)致5月到10月間的流域總蒸散發(fā)量增加、根系區(qū)缺水量減少、非飽和帶缺水量減少、地表水量減少、地下水量增加；蒸散發(fā)增幅達(dá)8.9%，根系區(qū)缺水量降幅達(dá)10.5%，地表水量減少達(dá)43%；水田對水文情勢影響的差異主要體現(xiàn)在水稻生育期的差異上，分蘗期對蒸散發(fā)量、根系區(qū)缺水量和非飽和帶缺水量影響較大；水田灌溉對水循環(huán)過程的影響按變化幅度從大到小的順序?yàn)榉秋柡蛶彼俊⒏等彼?、蒸散發(fā)量、入根系區(qū)水量、出根系區(qū)水量和地下徑流量，其中入根系區(qū)水量差值和出根系區(qū)水量差值接近。

摘要:利用生態(tài)系統(tǒng)分類及生態(tài)參量數(shù)據(jù)產(chǎn)品，運(yùn)用InVEST生態(tài)服務(wù)評估模型，分析了陜北重大生態(tài)建設(shè)工程實(shí)施關(guān)鍵年份（2000—2010年）內(nèi)草地生態(tài)系統(tǒng)類型及其主導(dǎo)服務(wù)功能的時(shí)空變化特征。結(jié)果表明：延安市和榆林市的黃土溝壑區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)面積明顯增加，草地植被覆蓋度整體由低覆蓋向中覆蓋等級轉(zhuǎn)變，其中草原和草叢覆蓋度呈明顯增長趨勢。11年間，各草地類型平均土壤保持能力逐年增加，由大到小呈現(xiàn)草原、草叢、稀疏草地的一致特征，分布于榆林市南部和延安市北部的草原是陜北草地土壤保持服務(wù)功能增加的主要貢獻(xiàn)者。各類型草地產(chǎn)水功能變化表現(xiàn)為先減少后增加，稀疏草地分布區(qū)產(chǎn)水功能對陜北風(fēng)沙灘區(qū)能源化工基地建設(shè)、城市生態(tài)安全維護(hù)以及農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。

摘要:針對華北平原地區(qū)冬小麥水肥利用效率低且造成一定的面源污染問題，研究了滴灌施肥灌溉對冬小麥生長、產(chǎn)量及其構(gòu)成要素、耗水量、水分利用效率、灌溉水利用效率和土壤養(yǎng)分分布的影響。結(jié)果表明：滴灌施肥灌溉條件下，2013—2014、2014—2015和2015—2016年冬小麥平均產(chǎn)量為7120.5kg/hm2，相比當(dāng)?shù)禺a(chǎn)量（6000kg/hm2）提高了18.7%，冬小麥穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量表現(xiàn)較好，千粒質(zhì)量平均提高了4.3g。2013—2014、2014—2015和2015—2016年冬小麥全生育期耗水量平均為387.9mm。播種期-拔節(jié)期降水量占階段耗水量的比例最大（52%），拔節(jié)期-抽穗期灌水量所占比例最大（78%），而抽穗期-收獲期土壤儲(chǔ)水量的消耗量所占比例最大（54%）。3年度冬小麥全生育期耗水量各組成所占比例表現(xiàn)為：灌水量所占比例最大，為49%，其次是土體儲(chǔ)水量的消耗量，占總耗水量的25%，降水量占總耗水量的24%，地下水補(bǔ)給量占總耗水量的比例最小，僅2%。冬小麥水分利用效率和灌溉水利用效率分別為1.8、3.9kg/m3，相比地面灌溉分別提高了38%、95%。養(yǎng)分主要分布在根區(qū)0~40cm土層內(nèi)，養(yǎng)分利用率高，養(yǎng)分淋失少。因此，華北平原地區(qū)控失肥作為底肥，采用滴灌施肥灌溉進(jìn)行隨水追肥，當(dāng)施肥量為當(dāng)?shù)厥┓柿康?0%時(shí)，可提高冬小麥產(chǎn)量18.7%，穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量表現(xiàn)較好。此外，滴灌施肥灌溉可節(jié)水36%，節(jié)肥30%，提高灌溉水利用效率95%，提高水分利用效率38%。

摘要:在新疆滴灌棉田，選擇新陸早45號作為試驗(yàn)材料，設(shè)置5個(gè)施氮水平（0、120、240、360、480kg/hm2），研究滴灌棉花各器官氮素吸收分配規(guī)律及生物量和氮濃度的動(dòng)態(tài)變化，并建立滴灌棉花的臨界氮濃度稀釋模型，確定臨界氮營養(yǎng)指數(shù)，實(shí)現(xiàn)對滴灌棉花氮素營養(yǎng)豐缺程度的診斷。結(jié)果表明，滴灌棉花生物量隨施氮量的增加而增加，氮濃度隨滴灌棉花的生長進(jìn)程而降低；滴灌棉花臨界氮濃度與地上部生物量間符合冪函數(shù)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.906。通過均方根誤差RMSE對模型進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明，所得模型的模擬性能較好?；谂R界氮濃度建立的氮素營養(yǎng)指數(shù)模型(NNI)可作為滴灌棉花氮素營養(yǎng)狀況的判別指標(biāo)，由氮營養(yǎng)指數(shù)得到滴灌棉花的適宜施氮量為240~360kg/hm2。

摘要:東北黑土區(qū)土壤肥沃、性狀優(yōu)良、適宜作物生長，然而大面積坡耕地的水土流失問題嚴(yán)重威脅著區(qū)域生態(tài)環(huán)境和國家糧食安全。為探明施加生物炭對該區(qū)域坡耕地的節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng)，以及最優(yōu)施加量與施加年限，基于田間徑流小區(qū)進(jìn)行為期兩年的觀測試驗(yàn)。2015年，試驗(yàn)根據(jù)生物炭施加量設(shè)置為C0（0t/hm2）、C25（25t/hm2）、C50（50t/hm2）、C75（75t/hm2）和C100（100t/hm2）5個(gè)處理；2016年，各處理分別連續(xù)施加等量生物炭。試驗(yàn)結(jié)果表明：施加兩年生物炭均降低了土壤容重、提高了孔隙度和有機(jī)碳密度，且隨施加量的增加效果越顯著；2015年實(shí)測田間持水量隨生物炭施加量呈上升的趨勢，2016年則呈先升后降的趨勢，上升至C50處理達(dá)到最佳；2016年C50處理土壤三相比較合理，廣義土壤結(jié)構(gòu)指數(shù)（GSSI）高于其他處理；連續(xù)兩年施加生物炭均減少了3°坡耕地的年徑流量，各年份年徑流系數(shù)降低最多的分別為C75（15.44%）和C50（17.27%）處理。適量生物炭也可增加單次降雨后雨水蓄積量和其隨時(shí)間下降的速率和幅度；2015年和2016年大豆產(chǎn)量最高的處理分別是C75和C50，增產(chǎn)率分別為27.16%和28.17%。比較2015年和2016年試驗(yàn)結(jié)果，連續(xù)兩年施加50t/hm2生物炭時(shí)，大豆水分利用效率較對照處理增幅最高，為27.67%，節(jié)水增產(chǎn)效果最佳。

摘要:為了明確覆蓋物對凍融土壤熱量傳遞阻礙作用的機(jī)理和特性，基于冬季大田試驗(yàn)（2016年11月1日—2017年4月30日），設(shè)置裸地、自然降雪覆蓋、5cm秸稈覆蓋+自然降雪、10cm秸稈覆蓋+自然降雪4種處理，分別測定了不同處理?xiàng)l件下10、20、30、40、50、60、70、80、90、100cm深度的土壤總含水率、液態(tài)含水率和溫度等數(shù)據(jù)，計(jì)算了不同處理?xiàng)l件下凍融土壤的熱容量、相變熱量和熱量變化量等相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而分析了覆蓋物對凍融土壤熱量空間分布和傳遞效率的影響。結(jié)果表明：試驗(yàn)期30cm深度范圍內(nèi)土壤熱量交換量占比較大，不同時(shí)期內(nèi)熱量變化占比可達(dá)54.57%~81.17%；在凍結(jié)期4種處理?xiàng)l件下，土壤熱量傳遞整體呈現(xiàn)出熱量散失的趨勢，在融化期4種處理?xiàng)l件下，土壤熱量傳遞整體呈現(xiàn)出熱量吸收的趨勢；自然降雪覆蓋、5cm秸稈覆蓋和10cm秸稈覆蓋對于熱量傳遞的影響率分別為17%、8%和17%；4種處理?xiàng)l件下土壤熱量無變化時(shí)間段均較長，分別為29.17%、39.41%、43.33%、50.88%。

摘要:為了解決積雪反演研究中常用的二值積雪分類法存在誤差較大的問題，根據(jù)松嫩平原黑土區(qū)的獨(dú)特地理環(huán)境，并在充分考慮地表類型的情況下，將中分辨率成像光譜儀（Moderate-resolution imaging spectroradiometer，MODIS）影像作為數(shù)據(jù)源、陸地成像儀（Operational land imager，OLI）影像視為“真值”數(shù)據(jù)，建立松嫩平原黑土區(qū)MODIS像元積雪覆蓋率與歸一化雪蓋指數(shù)（Normalized difference snow index，NDSI）值之間的線性回歸關(guān)系模型。結(jié)果表明，與MOD10A1積雪面積比例數(shù)據(jù)（Fractional snow cover，F(xiàn)SC）相比，反演模型雪蓋率的誤差分析結(jié)果得到改善，能夠更好地滿足當(dāng)前積雪反演研究的現(xiàn)實(shí)要求。亞像元雪蓋率估算模型在一定程度上提高了松嫩平原黑土區(qū)雪蓋面積監(jiān)測的精度，為該地區(qū)春季墑情預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)耕種提供了科學(xué)依據(jù)。

摘要:采用數(shù)值模擬方法對氣體攪拌下厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)氣液兩相流動(dòng)進(jìn)行研究,探討不同流量下反應(yīng)器內(nèi)非牛頓液相的速度場、流場及動(dòng)力黏度等流體動(dòng)力學(xué)信息,并進(jìn)一步分析不同多相流模型、相間作用力以及多相湍流模型對液相速度的影響。結(jié)果表明：入口氣體流量的增大并沒有對流場形態(tài)和旋渦分布產(chǎn)生明顯影響,但能有效降低液相動(dòng)力黏度峰值,改善厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)液相的流動(dòng)性,尤其影響著反應(yīng)器四周底部區(qū)域液相動(dòng)力黏度。入口流量為2.05mL/s及5.3mL/s時(shí),歐拉雙流體模型與歐拉雙流體模型耦合群體平衡模型(Population balance model, PBM)模擬得到的液相速度與實(shí)驗(yàn)值較為接近,并優(yōu)于歐拉-拉格朗日模型;采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型(Standard k-ε),重整化群k-ε模型(RNG k-ε)得到的液相速度模擬值優(yōu)于可實(shí)現(xiàn)k-ε模型(Realizable k-ε)。相間作用力考慮為升力及曳力組合時(shí)，模擬得到的液相速度與實(shí)驗(yàn)值吻合良好。

摘要:為進(jìn)一步降低生物質(zhì)鍋爐煙氣排放污染，針對生物質(zhì)鍋爐煙氣排放特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種具有除塵、脫硫、余熱利用功能的多效煙氣凈化裝置，研究了該裝置的工藝設(shè)計(jì)、系統(tǒng)計(jì)算，考察了該套裝置的連續(xù)煙氣凈化性能。生物質(zhì)鍋爐多效煙氣凈化裝置經(jīng)過連續(xù)性運(yùn)行，整體運(yùn)行穩(wěn)定，煙氣溫度、煙氣SO2含量、煙塵含量、SO2去除率、煙塵去除率等工藝參數(shù)和運(yùn)行指標(biāo)均較為平穩(wěn)。出口煙氣溫度控制在（62±3）℃范圍內(nèi)，平均出口煙氣SO2質(zhì)量濃度為4.2mg/m3， SO2去除率達(dá)到70.6%。平均出口煙塵質(zhì)量濃度為4.6mg/m3，煙塵去除率達(dá)到90.57%，具有較好的運(yùn)行穩(wěn)定性和較高的除塵、脫硫效率。

摘要:為了提高溫室環(huán)境測控系統(tǒng)中傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，針對溫室環(huán)境參數(shù)變化的時(shí)間相關(guān)性和空間相似性特點(diǎn)，提出了一種基于主成分分析(Principal component analysis，PCA)的故障檢測與基于時(shí)空信息比較的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器故障識別方法。首先利用基于PCA的傳感器故障檢測方法，通過監(jiān)控統(tǒng)計(jì)量T2和SPE的變化實(shí)現(xiàn)傳感器系統(tǒng)故障檢測；再針對檢測出故障的傳感器節(jié)點(diǎn)，對該時(shí)刻傳感器節(jié)點(diǎn)采用基于時(shí)空特性的節(jié)點(diǎn)信息比較實(shí)現(xiàn)不同傳感器的故障識別。分別對比基于時(shí)間尺度、空間尺度、時(shí)空尺度的節(jié)點(diǎn)信息比較方法對傳感器故障識別的影響進(jìn)行了分析與試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明：基于PCA的傳感器故障檢測方法能夠有效地實(shí)現(xiàn)對傳感器系統(tǒng)故障的初步檢測，提出的基于時(shí)空信息比較的傳感器故障識別方法，融合考慮時(shí)間尺度和空間尺度的節(jié)點(diǎn)信息，能夠有效地實(shí)現(xiàn)傳感器具體故障定位；所建立的傳感器故障識別方法檢測正確率CDR為98.37%、平均虛警率FAR為1.72%，較傳統(tǒng)的傳感器故障識別方法檢測正確率CDR提高了22.067個(gè)百分點(diǎn)，而平均虛警率FAR則降低了15.762個(gè)百分點(diǎn)，能夠有效地保證故障診斷效率、提高故障診斷精度、降低虛警率，具有可靠性和準(zhǔn)確性。

摘要:為解決現(xiàn)存分級過程中損傷種子問題，替代僅根據(jù)種子表面特征評價(jià)的粗篩查方法，本研究基于高光譜的圖譜融合技術(shù)，提出了一種番茄種子圖像采集并辨識種子特征進(jìn)而將種子分級的算法。試驗(yàn)隨機(jī)選取170粒番茄種子作為樣品，校正集與驗(yàn)證集比例約為3∶1。通過標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)得到種子活力結(jié)果，基于連續(xù)投影算法（Successive projections algorithm, SPA）求得反映番茄種子活力的特征波長為：535、577、595、654、684、713、744、768、809、840nm。對特征波長下的光譜圖像進(jìn)行解析，通過雙邊濾波法、大津法、形態(tài)學(xué)變換算法提取了種子邊緣輪廓，計(jì)算求出每粒種子的面積、圓形度以及圖像灰度平均值。基于統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，利用校正集128粒種子的特征值及其標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)果求出分級閾值，其中有活力為合格，無活力為不合格。然后，利用驗(yàn)證集42粒種子的特征值對閾值進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示，在713nm波長下的圖像特征對活力結(jié)果判斷分級的正確率最高，校正集和驗(yàn)證集的正確率分別為93.75%和90.48%。

摘要:瓊脂是酸奶常用穩(wěn)定劑，適量添加可以有效提高酸奶的黏稠度，改善質(zhì)地，防止乳清析出。研究了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0.025%~0.5%）瓊脂對乳蛋白酸凝膠體系的微流變特性及凝膠動(dòng)力學(xué)的影響，發(fā)現(xiàn)在恒溫發(fā)酵階段，瓊脂對脫脂乳酸凝膠沒有顯著影響，在形成凝膠網(wǎng)絡(luò)前，瓊脂-脫脂乳混合體系的黏性因子（MVI）高于脫脂乳混合體系，在凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成后，二者M(jìn)VI值無顯著性差異；隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，瓊脂-脫脂乳混合凝膠晶格尺寸急劇減小。在冷卻后熟階段，隨著瓊脂濃度的增加，酸奶彈性因子增加，但是MVI值無顯著差異。通過對瓊脂-脫脂乳混合酸凝膠形成過程的動(dòng)力學(xué)方程分析，確定了酸奶中適宜的瓊脂濃度。該研究采用微流變動(dòng)力學(xué)方法揭示了瓊脂酸奶凝膠的流變學(xué)特性與變化規(guī)律，為指導(dǎo)企業(yè)酸奶生產(chǎn)提供了參考。

摘要:采用可見-近紅外高光譜檢測系統(tǒng)對馬鈴薯中干物質(zhì)進(jìn)行快速檢測，并最終實(shí)現(xiàn)其分布狀態(tài)的可視化。采用9種光譜預(yù)處理方法對采集的馬鈴薯高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，得到標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量（SNV）結(jié)合Savitzky-Golay平滑（SG）和一階導(dǎo)數(shù)（FD）的預(yù)處理方法效果最好。經(jīng)過光譜預(yù)處理后，采用正自適應(yīng)加權(quán)算法-連續(xù)投影法（CARS-SPA）對光譜進(jìn)行特征變量提取，獲得22個(gè)變量。對所選變量不同的建模方法進(jìn)行了比較，以偏最小二乘回歸（PLSR）模型預(yù)測效果最優(yōu)，預(yù)測集決定系數(shù)為0.849，均方根誤差為0.878%，相對分析誤差為2.312，優(yōu)于全波段模型。將SNV-SG-FD-CARS-SPA-PLSR模型與高光譜圖像結(jié)合，得到馬鈴薯干物質(zhì)主要分布在內(nèi)髓與維管束環(huán)之間、在內(nèi)髓位置干物質(zhì)含量最低、由內(nèi)髓向外干物質(zhì)逐漸增加的空間分布。內(nèi)髓位置干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為12.16%，外層最高可達(dá)24.62%。結(jié)果表明：可見-近紅外高光譜技術(shù)可準(zhǔn)確、快速地實(shí)現(xiàn)馬鈴薯干物質(zhì)的檢測和空間分布的可視化。

摘要:利用拉曼光譜技術(shù)分析了超聲處理及高壓均質(zhì)作用下大豆蛋白-磷脂酰膽堿復(fù)合物結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。研究表明，超聲處理及高壓均質(zhì)處理均提高了大豆蛋白α螺旋結(jié)構(gòu)及無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)含量，并降低了大豆蛋白的β構(gòu)型結(jié)構(gòu)。大豆蛋白-磷脂酰膽堿交互作用顯著降低了蛋白質(zhì)α螺旋結(jié)構(gòu)，并轉(zhuǎn)變?yōu)闊o規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)及β折疊結(jié)構(gòu)。超聲處理及高壓均質(zhì)作用下大豆蛋白-磷脂酰膽堿復(fù)合物中蛋白質(zhì)α螺旋結(jié)構(gòu)均低于高速分散處理組，而β折疊結(jié)構(gòu)及無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)含量較高。超聲處理、高壓均質(zhì)作用下大豆蛋白色氨酸、酪氨酸殘基趨于“暴露態(tài)”，促進(jìn)了與磷脂酰膽堿之間的疏水交互作用。大豆蛋白-磷脂酰膽堿的交互作用位點(diǎn)為大豆蛋白疏水氨基酸側(cè)鏈及磷脂酰膽堿疏水脂鏈，兩者之間的疏水作用是大豆蛋白-磷脂酰膽堿交互作用的主要形式。超聲處理、高壓均質(zhì)作用下大豆蛋白二硫鍵構(gòu)型未發(fā)生顯著變化，仍保持旁-旁-反式構(gòu)象振動(dòng)模式。大豆蛋白-磷脂酰膽堿交互作用也未改變二硫鍵構(gòu)型。

摘要:針對土壤條件變化較大的作業(yè)環(huán)境，基于土壤比阻的力位綜合控制，探索了其權(quán)重系數(shù)的自動(dòng)控制算法。通過構(gòu)建模糊PID控制策略，并采用土壤比阻B模擬土壤環(huán)境，利用Matlab對不同土壤比阻進(jìn)行分析，以系統(tǒng)超調(diào)量、穩(wěn)定時(shí)間以及耕深變化為依據(jù)，建立了權(quán)重系數(shù)與土壤比阻之間的關(guān)系模型，得出了基于土壤比阻的權(quán)重系數(shù)自動(dòng)控制算法。將采用該算法的變權(quán)重力位綜合控制（以下簡稱“變權(quán)重方法”）與權(quán)重系數(shù)為0.5的控制方式進(jìn)行田間試驗(yàn)并對比。結(jié)果表明，變權(quán)重方法在土壤比阻較小的區(qū)域可以保證耕深，發(fā)揮位調(diào)節(jié)的優(yōu)勢；在土壤比阻較大的區(qū)域可以確保發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，發(fā)揮力調(diào)節(jié)的優(yōu)勢。該方法在土壤比阻變化較大的區(qū)域可實(shí)現(xiàn)權(quán)重系數(shù)的自動(dòng)判斷與設(shè)定，為系統(tǒng)更精確化控制奠定了基礎(chǔ)。

摘要:拖拉機(jī)重載作業(yè)模式下負(fù)載峰值功率和高頻功率存在較大隨機(jī)性，單一電源方案無法有效匹配電動(dòng)拖拉機(jī)負(fù)載特性。通過分析拖拉機(jī)工況負(fù)載勢變量功率譜密度和電源放電特性，基于電動(dòng)拖拉機(jī)通過主、輔電源對低、高頻功率分流的觀點(diǎn)，設(shè)計(jì)了采用DC-DC轉(zhuǎn)換器并聯(lián)超級電容器的18.5kW電動(dòng)拖拉機(jī)復(fù)合電源方案，計(jì)算了系統(tǒng)參數(shù)。以平衡峰值功率和高頻載荷控制超級電容器功率流方向?yàn)槟繕?biāo)，設(shè)計(jì)了基于邏輯門的雙DC-DC模式控制策略。根據(jù)負(fù)載時(shí)頻分析需求，構(gòu)建了基于Haar小波的雙通道濾波器組，設(shè)計(jì)了功率分配控制器。以標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布白噪聲為基波，構(gòu)造拖拉機(jī)犁耕、旋耕載荷波動(dòng)間的互譜函數(shù)，建立了負(fù)載模擬模塊。采用CRUISE/Simulink API動(dòng)態(tài)聯(lián)合仿真得出：基于功率分配控制的能量管理策略能夠?qū)?dòng)力電池電功率抑制在載荷波動(dòng)基頻附近，犁耕作業(yè)和旋耕作業(yè)下其電功率的截止頻率分別為2、7Hz，幅值符合正偏態(tài)分布；超級電容器平衡高頻載荷，其電功率符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。

摘要:冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)數(shù)目大于自由度數(shù)目，其各驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)間需要具有更高的驅(qū)動(dòng)協(xié)調(diào)性。為了解決冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)協(xié)調(diào)問題，本文提出了一種基于模型的驅(qū)動(dòng)力同步協(xié)調(diào)控制方法。以冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)6PUS+UPU為研究對象，在力位混合驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，提出了一種驅(qū)動(dòng)力同步協(xié)調(diào)控制策略；結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)力同步控制器，并基于機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)算法。模型仿真與樣機(jī)實(shí)驗(yàn)分別驗(yàn)證了本文方法的有效性。

摘要:針對空間剛?cè)狁詈喜⒙?lián)機(jī)器人在動(dòng)力學(xué)方程求解過程中存在的違約問題，提出了一種基于瞬態(tài)剛體校正法的非線性動(dòng)力學(xué)模型求解方法。利用自然坐標(biāo)法和絕對節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)法構(gòu)建該3-RRRU并聯(lián)機(jī)器人的正動(dòng)力學(xué)模型與逆動(dòng)力學(xué)模型，考慮各支鏈柔性空間梁單元的剪切效應(yīng)，并可描述其大范圍非線性彈性變形?；谧匀蛔鴺?biāo)法和剛性機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，分別提出2種動(dòng)力學(xué)模型的瞬態(tài)剛體校正法，同時(shí)從系統(tǒng)能量等角度總結(jié)出獲取該動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定因果解的求解策略。仿真結(jié)果表明，動(dòng)力學(xué)方程的求解精度為10-6，約束方程的相容誤差為10-8，滿足工程應(yīng)用的要求，且有效地改善了動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的綜合收斂性能。通過圓形軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn)可知，與理想剛性模型的控制方法相比，基于逆動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定因果解構(gòu)建控制方法最大跟蹤誤差降低了0.372mm，圓度誤差降低了1.46mm；各柔性桿上特征點(diǎn)處主應(yīng)變測量值與理論計(jì)算值均處同一數(shù)量級，且具有相同的變化趨勢，從而驗(yàn)證了該方法的有效性。

摘要:采用自主研發(fā)的氣動(dòng)多向彎曲柔性關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)了一種仿生六足機(jī)器人。該機(jī)器人外形類似蜘蛛，利用腿部柔性關(guān)節(jié)在氣壓下的形變進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。針對機(jī)器人腿部運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，采用三角步態(tài)法，規(guī)劃了機(jī)器人的行進(jìn)和轉(zhuǎn)彎步態(tài)，進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)。依據(jù)關(guān)節(jié)形變機(jī)理，建立了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，確定了本體和足部位置關(guān)系，分析了機(jī)器人的步距、轉(zhuǎn)角和整體速度，并通過實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。利用3D運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)進(jìn)行了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)，獲得了機(jī)器人足部工作空間，分析了在不同氣壓、步頻和負(fù)載條件下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，按照規(guī)劃步態(tài)，通過氣壓控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)腿部運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、平移和轉(zhuǎn)彎等功能。該機(jī)器人最大運(yùn)動(dòng)速度為100mm/s，可負(fù)載能力為0.5kg。

摘要:針對多自由度機(jī)械臂軌跡跟蹤控制系統(tǒng)存在收斂速度慢、跟蹤精度低的問題，提出了一種基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RBFNN）的非奇異快速終端滑模（NFTSM）自適應(yīng)軌跡跟蹤控制方法。首先，該方法采用非奇異快速終端滑模超曲面，切換控制項(xiàng)引入連續(xù)終端吸引子，使得系統(tǒng)能在有限的時(shí)間內(nèi)收斂到平衡點(diǎn)。其次，采用RBFNN逼近系統(tǒng)未知非線性動(dòng)力學(xué)，并結(jié)合逼近誤差的自適應(yīng)補(bǔ)償機(jī)制，實(shí)現(xiàn)無模型控制。利用Lyapunov理論證明閉環(huán)系統(tǒng)的全局漸進(jìn)穩(wěn)定性和有限時(shí)間收斂性。最后，將該控制方法應(yīng)用于Denso串聯(lián)機(jī)械臂進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并分析系統(tǒng)傳輸延時(shí)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，提出解決方法。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制方法能有效地提高系統(tǒng)收斂速度和跟蹤精度，增強(qiáng)對外部擾動(dòng)的魯棒性，削弱系統(tǒng)抖振。

摘要:針對選用的摩擦傳動(dòng)的壓電定位臺控制系統(tǒng)，首先根據(jù)其物理機(jī)理建立了近似的時(shí)域數(shù)學(xué)模型，通過開環(huán)實(shí)驗(yàn)，采用最小二乘法進(jìn)行了參數(shù)辨識，所得模型與實(shí)際系統(tǒng)對輸入的脈寬信號與三角波信號具有較為一致的輸出；然后根據(jù)該模型的形式，采用其逆系統(tǒng)補(bǔ)償加滑模變結(jié)構(gòu)控制的方案，并討論了該控制算法的穩(wěn)定性及其參數(shù)的選擇依據(jù)；最后進(jìn)行了信號跟蹤的實(shí)驗(yàn)測試，得到了微米級（最大跟蹤誤差為0.01095mm）的控制精度。作為對比，采用PI控制方法跟蹤同一信號，結(jié)果表明，本文所用控制算法的控制精度遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)的PI控制方法。

摘要:鐵鎵合金的磁滯和功耗特性是研究磁致伸縮換能器工作效率的基礎(chǔ)特性?；诨魻栃?yīng)和法拉第電磁感應(yīng)定律設(shè)計(jì)了一套磁致伸縮材料磁特性自動(dòng)測試系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)分別測試了鐵鎵合金棒不同磁場頻率和不同磁感應(yīng)強(qiáng)度下的磁滯回線，得知矯頑力和剩磁都隨磁場頻率和磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加而增加。基于磁滯回線計(jì)算了相同磁感應(yīng)強(qiáng)度在不同磁場頻率下的電磁損耗和介質(zhì)儲(chǔ)能，通過對電磁損耗曲線進(jìn)行擬合，將電磁損耗分離為磁滯、渦流和剩余損耗。結(jié)果表明：磁感應(yīng)強(qiáng)度為1725mT時(shí)，磁場頻率由30Hz增至70Hz，電磁損耗和介質(zhì)儲(chǔ)能分別增加了3.24倍和1.96倍，分離后的磁滯、渦流和剩余損耗分別增加了1.33倍、5.26倍和7.35倍。磁滯損耗所占比例由56.87%下降至31.31%，渦流損耗所占比例由32.98%上升至48.69%，剩余損耗所占比例略有上升。對于高頻工作條件下的鐵鎵換能器，通過對鐵鎵棒切片處理，減小了渦流損耗，提高了鐵鎵換能器的工作效率。

摘要:現(xiàn)行大方形系數(shù)兩棲平臺在水中排水航行，受到“興波阻力墻”的影響，速度難以提高。為了減阻提速，以蛇怪蜥蜴為仿生對象，提出了一種變角度的水面矢量推進(jìn)器，通過角度和轉(zhuǎn)速控制，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)力矢量輸出的新模式；增加了托舉力和轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，為平臺水上低阻高速航行提供了新思路。進(jìn)一步結(jié)合PISO算法和兩相流瞬態(tài)分析，建立了推進(jìn)器的流體動(dòng)力學(xué)模型，分析了運(yùn)動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對三維驅(qū)動(dòng)輸出的影響，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明：葉片角度從0°到90°增大，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)力輸出角從-6.85°到51.95°的矢量連續(xù)變化，且存在驅(qū)動(dòng)均衡輸出區(qū)間[40°,60°]；托舉力與輪輻長度呈線性關(guān)系，且推進(jìn)力、轉(zhuǎn)矩與輪輻長度呈二次函數(shù)關(guān)系；隨轉(zhuǎn)速增加，驅(qū)動(dòng)輸出增加，轉(zhuǎn)速為5r/s時(shí)因流場恢復(fù)能力不足導(dǎo)致頻率為轉(zhuǎn)速的2倍；托舉力隨輪轂寬度、直徑的增加而減小。研究結(jié)果為深入開展推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)和平臺航行控制打下基礎(chǔ)。