2018, 49(3):1-17. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.001
摘要:隨著光譜傳感技術和圖像處理與分析軟件的日益成熟,無人機多光譜軟硬件一體化程度和觀測精度及易用性得到極大的發(fā)展。無人機多光譜遙感已在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、資源、生態(tài)、環(huán)境保護等領域應用日益廣泛。本文概述了無人機飛行平臺、多光譜傳感器等硬件技術的發(fā)展,和無人機遙感影像的幾何校正、輻射校正圖像處理技術及數(shù)據(jù)處理流程,并對無人機多光譜遙感在植被長勢監(jiān)測、存在問題、精細分類與地物識別、病蟲害監(jiān)測、生物量和產(chǎn)量估算等方面的應用潛力和發(fā)展方向進行了系統(tǒng)分析和總結,以期為開展相關領域研究提供參考。建議各行業(yè)部門的專業(yè)人員與遙感、計算機科學等領域的專家密切合作,制訂無人機多光譜遙感技術的相關標準和規(guī)范,共同推進并普及無人機多光譜遙感技術。
楊啟志 , 孫夢濤 , 蔡靜 , 石新異 , 毛罕平 , 顧俊
2018, 49(3):18-27. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.002
摘要:現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)化應用的溫室穴盤苗移栽機大都為三坐標龍門架式結構,其體積龐大、慣性大、相對剛度低、移栽速度低、柔性作業(yè)能力差,無法滿足高速剔苗、高速補苗作業(yè)要求。針對這些問題設計了一種并聯(lián)式三平移移栽機器人,闡述了并聯(lián)移栽機器人主體結構和為其配套設計的5種末端執(zhí)行器,并統(tǒng)計了這些末端執(zhí)行器的質(zhì)量;在ADAMS中建立剛柔耦合動力學模型,選定一條最長對角線軌跡進行仿真;比較了剛性模型理論軌跡與柔性模型實際軌跡的誤差,并分析了因動平臺質(zhì)量變化引起的誤差變化情況,發(fā)現(xiàn)移栽軌跡末段存在振蕩問題;最后通過物理樣機進行定位精度試驗,樣機經(jīng)誤差補償后,平均誤差由7.611mm降低到1.208mm,其中大部分誤差為系統(tǒng)誤差。運動試驗發(fā)現(xiàn),機構運行平均速度為2m/s、加速度峰值為20m/s2時,滿足精度要求;但機構在平均速度3m/s、加速度峰值30m/s2時,誤差會擴大,需要進一步改善關節(jié)徑向支撐力。
2018, 49(3):28-35. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.003
摘要:為了能夠快速、準確地獲取花生出苗質(zhì)量,提出了基于機器視覺的花生出苗質(zhì)量評價方法。首先通過田間自走機器人獲取花生圖像信息,然后采用機器視覺的方法獲取圖像中花生苗的數(shù)量、花生苗冠層投影面積以及花生苗中心點坐標位置。將花生缺苗率和花生苗活力指數(shù)作為花生出苗質(zhì)量評價指標,以花生苗數(shù)量結合花生苗坐標計算花生缺苗率,以花生苗葉片包絡面積計算花生苗活力指數(shù)。針對花生圖像識別易受環(huán)境干擾的問題,提出了魯棒性強的花生苗提取算子,采用K均值聚類方法對花生苗提取算子進行分類,結合花生苗和土壤自適應分類算法,有效地將花生苗從土壤中提取出來。針對花生苗棵數(shù)誤判現(xiàn)象,提出了采用圖像全局分割和區(qū)域分割相結合的方法對圖像進行分割,并基于形態(tài)學方法剔除田地雜草等噪聲。試驗結果表明:采用機器視覺識別花生苗數(shù)量的平均準確率為95.4%,花生苗株距計算平均誤差為5.35mm,驗證了所提出的圖像自適應分類算法的可行性?;跈C器視覺所得花生缺苗率結果與人工測量結果兩者之間的相關性為0.991(皮爾遜相關系數(shù)),人工評價與基于機器視覺評價具有較高的一致性。
劉雙喜 , 孫林林 , 付千悅 , 王震 , 張春慶 , 王金星
2018, 49(3):36-42. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.004
摘要:為解決現(xiàn)有比重瓶法測量谷物體積時操作復雜、工作量大、有毒等問題,進行單粒谷物體積排液法精確測量研究,結合圖像處理技術和體積排液原理,提出一種單粒谷物體積排液法。該測量裝置主要由標準白光光源、高精度線陣CCD相機、測量容器、谷物專用盛放裝置、計算機等構成。該測量方法首先調(diào)節(jié)標準白光光源,增強圖像采集環(huán)境,進行體積標定,計算單個像素點代表的實際體積V0約為0.0023mL;其次,使用高精度線陣CCD相機采集體積排液過程中測量容器內(nèi)的液位圖像;最后,運用差值法提取液位變化部分的圖像,統(tǒng)計該部分圖像所包含像素點個數(shù),結合體積標定結果,計算體積。對同一批谷物分別使用單粒谷物體積排液法和比重瓶法測量每粒谷物體積,得到兩組體積數(shù)據(jù),單粒谷物體積排液法用時12min,比重瓶法用時124min。對兩組數(shù)據(jù)分別使用格魯布斯檢驗(TA、TB)、F檢驗(FAB)以及t檢驗(tAB)進行顯著性差異檢驗,并將3種檢驗值與各自分布表中查得的臨界值相比較:(TA、TB)
劉莫塵 , 許榮浩 , 李法德 , 宋占華 , 閆銀發(fā) , 韓守強
2018, 49(3):43-50. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.005
摘要:蠶蟲上蔟多采用紙板方格蔟,但紙板方格蔟在使用過程中會因扭曲變形導致方格分布不規(guī)則,而采繭機械對變形的方格蔟進行蠶繭采摘時,會對方格蔟造成損傷。為了提高方格蔟機械采繭的智能化水平,減少采繭設備對方格蔟的損傷,提出一種基于顏色與面積特征的方格蔟蠶繭分割定位算法,實現(xiàn)對方格蔟中蠶繭的分割、中心點定位和位置坐標的視覺測量。首先采用圖像空間的Brown畸變模型對方格蔟圖像進行畸變矯正,減小徑向畸變對視覺測量的影響;對矯正后的圖像采用Mean Shift聚類算法進行預分割,消除光照及圖像背景對蠶繭分割的影響;然后對閾值分割和形態(tài)學處理后的二值化蠶繭圖像進行基于面積特征的連通域標定,得到每個蠶繭中心點位置;將連通域標定得到的蠶繭中心點坐標代入圖像坐標系與世界坐標系轉換方程,得到每個蠶繭在笛卡爾空間的三維坐標,經(jīng)過視覺測量確定蠶繭在方格蔟中的具體位置,控制蠶繭采摘裝置采摘方格蔟中的蠶繭。經(jīng)過試驗,該算法對方格蔟中的蠶繭檢測正確率為96.88%,蠶繭坐標最大定位偏差小于6.0mm,滿足采繭裝置對蠶繭采摘的定位精度要求。
肖德琴 , 張玉康 , 范梅紅 , 潘春華 , 葉耀文 , 蔡家豪
2018, 49(3):51-58. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.006
摘要:針對當前大田環(huán)境條件下對害蟲進行識別研究的不足,以南方蔬菜重大害蟲為研究對象,探索了一種在大田環(huán)境下使用黃色誘捕板對蔬菜害蟲進行監(jiān)測計數(shù)的方法。在經(jīng)典圖像處理算法基礎上,根據(jù)害蟲監(jiān)測目標的需要,提出了一種基于結構化隨機森林的害蟲圖像分割算法和利用不規(guī)則結構的特征提取算法,進一步結合背景去除、干擾目標去除和檢測模型計數(shù)子算法,集成設計了基于視覺感知的蔬菜害蟲計數(shù)算法(Vegetable pest counting algorithm based on visual perception,VPCA-VP)。使用了現(xiàn)場環(huán)境下拍攝的圖像進行實驗與分析,共識別出薊馬9351只,煙粉虱202只,實蠅23只。經(jīng)過與人工計數(shù)比對得出,本文基于視覺感知的蔬菜害蟲計數(shù)算法的平均識別正確率為94.89%。其中,蔬菜害蟲薊馬的識別正確率為93.19%,煙粉虱的識別正確率為91%,實蠅的識別正確率達到100%。算法達到了較好的測試性能,可以滿足害蟲快速計數(shù)需求,在農(nóng)田害蟲監(jiān)測中有一定的應用前景。
2018, 49(3):59-67. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.007
摘要:針對現(xiàn)有小麥播種機械作業(yè)幅寬小、播種不均勻等問題,設計了一種氣力集排式小麥排種分配系統(tǒng),從播種機的定量排種系統(tǒng)、分配系統(tǒng)等方面研究了氣力集排式小麥排種分配機理,分析了排種分配系統(tǒng)的穩(wěn)定性和均勻性。運用Solidworks Flow進行流體動力學(Computational fluid dynamics, CFD)仿真,分析排種分配系統(tǒng)機構參數(shù)(輸種管、分種外蓋)對氣室流場的影響,速度流場分布結果表明,排種分配系統(tǒng)具備較理想流場特性的結構參數(shù)為:褶皺管波紋長度為16mm,波紋角度為90°,分種外蓋圓錐角為120°。對排種分配系統(tǒng)穩(wěn)定性和均勻性進行臺架試驗,結果表明,排種器轉速在20~40r/min時,總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)為1.01%~1.19%,各行排量一致性變異系數(shù)為3.20%,種子破碎率為0.23%,試驗結果與CFD仿真分析基本一致;樣機試驗結果表明,總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)為1.06%,各行排量一致性變異系數(shù)為3.34%,排種均勻性變異系數(shù)為27.35%,種子破碎率為0.28%,滿足相關標準要求。
2018, 49(3):68-76. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.008
摘要:為提高水田深施肥的施肥質(zhì)量,設計了一種葉片調(diào)節(jié)式水田側深施肥裝置。應用水田側深施肥肥量調(diào)節(jié)裝置計算機優(yōu)化軟件V1.0優(yōu)化求解施肥量調(diào)節(jié)機構結構參數(shù),通過施肥量調(diào)節(jié)機構受力分析,確定步進電動機的輸出扭矩應大于680N·mm。建立葉片調(diào)節(jié)式側深施肥裝置仿真模型,應用離散元EDEM軟件進行排肥虛擬試驗,分析螺旋鋼絲和毛刷在工作時受到肥料顆粒的作用力,從而確定肥箱直流電動機和防堵裝置直流電動機的輸出扭矩應分別大于5345N·mm和8N·mm。通過JPS-12型排種性能檢測試驗臺對槽輪式和葉片調(diào)節(jié)式水田側深施肥裝置進行施肥性能研究,獲得了槽輪式水田側深施肥裝置的槽輪轉速和前進速度對施肥穩(wěn)定性和均勻性影響規(guī)律,以及葉片調(diào)節(jié)式水田側深施肥裝置的開口直徑和前進速度對施肥穩(wěn)定性和均勻性影響規(guī)律。對比試驗結果表明:葉片調(diào)節(jié)式水田側深施肥裝置施肥穩(wěn)定性和施肥均勻性指標滿足國家標準要求,在施肥質(zhì)量上優(yōu)于槽輪式水田側深施肥裝置,施肥能力滿足農(nóng)藝要求。
2018, 49(3):77-85. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.009
摘要:針對機械式排種器高速作業(yè)時存在的排種穩(wěn)定性問題,提出了一種離心錐盤推送式充種方式,分析了影響籽粒在種腔內(nèi)部充填性能的應力種類與力學規(guī)律,建立復合充填應力數(shù)學模型,通過理論分析找出提高充填力的有效方式,并借助Matlab與ORIRIN逐步修整數(shù)學模型,從而確定關鍵結構最優(yōu)參數(shù)值。采用離散元仿真軟件EDEM虛擬仿真并通過單體臺架試驗,對有離心推送結構和普通空腔結構的離心錐盤排種器進行對比試驗,驗證了附加離心推送結構的優(yōu)越性。試驗結果表明,在7~13km/h高速作業(yè)區(qū),其平均漏播指數(shù)降低了2.52%,同時,利用后處理功能所測得的標記顆粒充填力數(shù)值變化規(guī)律與預測值變化趨勢基本一致,驗證了理論模型的可行性,最大限度發(fā)揮了種層離心力對預充填籽粒的作用,且進一步擴大了有效充種區(qū)域。
施印炎 , 陳滿 , 汪小旵 , MORICE O O , 李成光 , 丁為民
2018, 49(3):86-93,113. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.010
摘要:為實現(xiàn)水稻生長周期內(nèi)區(qū)域性實時變量施肥,提高機械化施肥作業(yè)效率和肥料利用率,結合水稻施肥農(nóng)藝特點和近地光譜技術,設計了一種基于傳感器的雙圓盤離心勻肥罩式水稻地表變量施肥機。對光譜檢測裝置、決策控制系統(tǒng)、變量執(zhí)行機構等關鍵部件進行設計,搭建基于STM32F103核心控制器的反饋系統(tǒng),結合專家施肥策略響應目標施肥量。以閘口排肥流量A、撒肥圓盤轉速B、整機行進速度C為影響因素,顆粒分布變異系數(shù)Cv和施肥量相對誤差γ為評價指標,設計三因素三水平撒肥性能正交試驗。性能試驗結果表明:在目標作業(yè)幅寬內(nèi)(24m),影響Cv主次因素為A、B、C,影響γ主次因素為B、A、C,綜合選擇較優(yōu)的工作參數(shù)因素水平組合為:A2B2C2,即排肥流量300g/s,圓盤轉速600r/min,整機行進速度1.2m/s時,Cv=13.82%,γ=9.54%,整機撒肥性能最優(yōu)。田間試驗結果表明:與性能試驗相比,Cv誤差均值為9.19%,γ誤差均值為9.25%。研究結果表明離心式變量施肥機滿足撒肥均勻性和施肥量準確性要求,提高了離心式變量施肥機撒肥性能,為圓盤式撒肥機傳統(tǒng)的經(jīng)驗式施肥提供了理論基礎。
2018, 49(3):94-103. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.011
摘要:東北壟作區(qū)播種前的根茬處理及深松作業(yè),能夠提高播種質(zhì)量,促進作物生長。針對現(xiàn)有深松滅茬機作業(yè)過程中存在動土量大、滅茬效果不理想以及刀輥易纏草堵塞等問題,同時為適應東北寒地保護性耕作技術模式,滿足壟體深松滅茬的農(nóng)藝要求,設計了一種帶狀深松滅茬機,并對其滅茬部件、深松部件及壟臺成形部件結構進行了設計。以機具的作業(yè)速度、滅茬深度和滅茬刀正切刃滑切角為試驗因素,以滅茬率、滅茬深度穩(wěn)定性系數(shù)為試驗指標,對影響整機性能的結構與作業(yè)參數(shù)進行田間試驗。結果表明:機器的作業(yè)速度為2.8km/h、滅茬深度為84.9mm、正切刃滑切角為6.5°時,滅茬率為93.26%,滅茬深度穩(wěn)定性系數(shù)為95.25%,滅茬效果好,滿足機具作業(yè)質(zhì)量要求。
戴飛 , 郭笑歡 , 趙武云 , 辛尚龍 , 劉小龍 , 吳正文
2018, 49(3):104-113. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.012
摘要:為解決西北旱區(qū)大面積推廣馬鈴薯大壟雙行覆膜栽培模式所造成的田間殘膜污染問題,設計了帆布帶式馬鈴薯挖掘-殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機,實現(xiàn)了馬鈴薯挖掘收獲與殘膜回收的一體化作業(yè)。通過對樣機防纏繞裝置、帆布帶式送膜裝置及浮動卷膜裝置關鍵工作參數(shù)進行計算分析,確定影響聯(lián)合回收機殘膜回收率的相關試驗因素及其取值范圍。依照Box-Behnken試驗設計原理,采用四因素三水平響應面分析方法,建立了作業(yè)機前進速度、卷膜驅(qū)動輥轉速、輸膜軸轉速和輸膜板傾角與殘膜回收率之間的數(shù)學模型,并對各因素及其交互作用進行分析。試驗結果表明:4個因素對殘膜回收率影響的主次順序為:卷膜驅(qū)動輥轉速、作業(yè)機前進速度、輸膜軸轉速和輸膜板傾角;聯(lián)合回收機最佳工作參數(shù)為:作業(yè)機前進速度0.72m/s、卷膜驅(qū)動輥轉速303r/min、輸膜軸轉速499r/min、輸膜板傾角29°。驗證試驗表明,聯(lián)合回收機殘膜回收率均值為92.1%,較優(yōu)化前有明顯提升;同時在此工作參數(shù)條件下,作業(yè)機明薯率為96.6%、傷薯率為2.2%,各項作業(yè)指標均達到國家和行業(yè)標準要求。
張宗玲 , 韓增德 , 劉立晶 , 李曉棟 , 郝付平 , 董哲
2018, 49(3):114-121. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.013
摘要:為探明玉米穗莖兼收割臺夾持輸送裝置參數(shù)對作物損失率、割臺性能的影響機理,設計了一種玉米穗莖兼收割臺。通過對夾持輸送裝置的工作原理、工作條件及影響因素的分析,確定以夾持輸送鏈夾角、輸入軸鏈輪速度、割刀安裝位置及機器作業(yè)速度為試驗因素,以果穗損失率、植株在x軸及y軸的最大偏移量為試驗指標,根據(jù)Box-Benhnken Design中心組合試驗設計原理,進行了四因素三水平正交旋轉組合田間試驗,試驗中利用高速攝像系統(tǒng)記錄玉米植株姿態(tài),利用ProAnalyst運動分析軟件分析玉米植株的最大偏移量,利用Design-Expert軟件對試驗結果進行響應面分析,得到各因變量與自變量間的數(shù)學模型。試驗結果表明:4個自變量與果穗損失率、x軸最大偏移量有二次非線性關系,其中割刀安裝位置影響最大,夾持輸送鏈夾角的影響最小,4個因素對y軸最大偏移量無顯著影響;因素的交互項僅對果穗損失率有顯著影響;最優(yōu)參數(shù)組合為:夾持輸送鏈夾角19.96°、輸入軸鏈輪齒數(shù)22.09、割刀安裝位置22.33mm、機器作業(yè)速度1.31m/s,此時果穗損失率為0.4%,x軸最大偏移量為24mm。對最優(yōu)參數(shù)組合圓整后,取夾持輸送鏈夾角為20°,割刀安裝位置為22mm,機器作業(yè)速度為1.30m/s進行田間驗證試驗,驗證試驗表明回歸模型有很好的可靠性。優(yōu)化后的果穗損失率較優(yōu)化前降低2.4個百分點,低于標準規(guī)定的指標值。
2018, 49(3):122-129. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.014
摘要:新疆棉田殘膜污染問題嚴重,機械回收殘膜是目前主要的回收方式?,F(xiàn)有殘膜回收機普遍采用彈齒或伸縮桿齒式起膜裝置,回收過程中容易出現(xiàn)殘膜纏繞工作部件、卸膜難等問題,影響起膜和卸膜效果。為此,借鑒現(xiàn)有機型的優(yōu)點,通過刨膜輥刀起膜、拋膜輥刀拋送原理,設計一種起膜拋送、鏈齒輸送、自動脫膜的拋膜鏈齒輸送式殘膜回收機。該機具主要由起膜裝置、輸送裝置、脫膜裝置、傳動系統(tǒng)和集膜箱等組成。殘膜通過拋送起膜,配合鏈齒輸送,實現(xiàn)殘膜與土塊分離,保證了起膜的可靠性;利用自動脫膜和刮板式脫膜機構完成卸膜,解決了殘膜纏繞、卸膜難的問題。田間試驗結果表明:當作業(yè)速度為4~7km/h時,殘膜回收率均值為90.6%,機具作業(yè)效率均值為0.84hm2/h,殘膜含雜率均值為3.971%,當作業(yè)速度較快時,提高了作業(yè)效率,但回收率降低,含雜率增大。當作業(yè)速度為5km/h時,回收率均值為91.8%,作業(yè)效率均值為0.733hm2/h,含雜率均值為2.605%,為較適宜的作業(yè)速度。該機具運行可靠,起膜與脫膜效果較好,可用于新疆棉田殘膜回收。
曹成茂 , 詹超 , 孫燕 , 李澤澤 , 吳問天 , 丁冉
2018, 49(3):130-137. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.015
摘要:為了解決我國山核桃高空采摘困難、提高采摘效率、降低采摘成本,根據(jù)山核桃果實與樹枝分離力試驗結果,設計了便攜式山核桃仿人工高空拍打采摘裝置。闡述了采摘機關鍵部件設計過程,并對采打機構進行了數(shù)學建模與計算,應用ADAMS對采打機構進行仿真,確定了拍打機構的機構與工作參數(shù),為采摘機設計提供了依據(jù)。山核桃采摘試驗結果表明:果實采凈率具有顯著性影響(P=0.05),果實采凈率隨拍打頻率的增大而增大,頻率在13.33Hz時達到最大值,采凈率為90.3%;對枝芽損傷較小,但拍打頻率越大,對枝芽損傷越明顯,建議拍打頻率采用10~13.33Hz,此時平均采凈率達到85.1%~90.3%,且對枝芽沒有破壞性損傷。
程強 , 周海洋 , 單桂林 , 李夢華 , BUESCHER W , 孫宇瑞
2018, 49(3):138-143. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.016
摘要:裹包式青貯飼料因塑封膜破損或開包飼喂致使空氣(氧氣)侵入,激活微生物消耗營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生熱量,引起異常溫升,最終導致飼料營養(yǎng)成分損失,腐敗變質(zhì)。為此,本文提出了一種基于Clark電極原理的溶解氧傳感器,用于原位觀測有氧脅迫下青貯裹包飼料內(nèi)部氧動態(tài)與溫度變化。在此基礎上,構建了基于偏微分-常微分方程系統(tǒng)的有氧脅迫下青貯飼料內(nèi)部氧動態(tài)、溫升以及微生物繁殖耦合模型,并檢驗了模型的適用性。采用CLAAS公司生產(chǎn)的Rollant455型打包機打出的青貯裹包飼料在2個干物質(zhì)含量(DM-1:39.0%±1.3%和DM-2:31.4%±2.1%)下進行有氧變質(zhì)過程實驗,對比分析實驗原位觀測值與模型預測值的差異。結果表明:模型預測結果與實驗測定結果總體上有較好的一致性,兩者差異產(chǎn)生的原因是青貯飼料內(nèi)部容重(孔隙)分布不均。此外,有氧變質(zhì)過程產(chǎn)生的水分會改變模型的初始參數(shù)(氧氣擴散速率降低,比熱容提高等),導致模型后期預測精度降低。
2018, 49(3):144-149,165. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.017
摘要:為了研究立式軸流泵裝置出水流道內(nèi)流脈動及流動噪聲的變化規(guī)律,采用在出水流道布置壓力傳感器和水聽器的試驗方法研究分析了軸流泵裝置不同轉速、不同流量時出水流道的內(nèi)流脈動及流動噪聲的時頻特性。結果表明:相同流量比時,各監(jiān)測點的脈動幅值均方根均隨轉速的增加而增加。相同轉速時,各監(jiān)測點的脈動幅值均方根均隨流量比的增大而減小,不同流量比時各監(jiān)測點的脈動主頻存在差異性;不同轉速相同流量比時同一監(jiān)測點的脈動主頻存在差異性;不同轉速不同流量比時各監(jiān)測點的脈動主頻以51Hz為主,脈動主頻和脈動次主頻均未與轉頻呈整倍數(shù)關系,脈動主頻和次主頻均在200Hz范圍內(nèi)。相同流量比時出水流道內(nèi)部流動噪聲的聲壓級隨轉速的增加而增加,轉速對最優(yōu)工況時出水流道流動噪聲的聲壓級影響較明顯。相同轉速時,出水流道內(nèi)部的流動噪聲隨流量的增加呈先減小后增大的趨勢。根據(jù)出水流道內(nèi)流脈動幅值分析,應盡量避免低揚程泵裝置在小流量工況運行。
王衛(wèi)星 , 陳華強 , 姜晟 , 鐵風蓮 , 孫寶霞 , 余杰平
2018, 49(3):150-157. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.018
摘要:針對農(nóng)田環(huán)境信息監(jiān)測存在能量有限、節(jié)點通信距離各異等特點,設計了一種基于接收信號強度和丟包率的發(fā)射功率自適應水稻田監(jiān)測系統(tǒng),并搭建了一個長期、穩(wěn)定且可靠的低功耗無線傳感網(wǎng)絡。硬件方面,為擴大網(wǎng)絡的覆蓋范圍和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,采用頻率異構的方式對節(jié)點分簇,為不同類型的節(jié)點配置不同類型的天線。軟件方面,為提高CPU利用率,各類節(jié)點程序設計采用基于小型嵌入式實時操作系統(tǒng)FreeRTOS;為降低功耗,采取定時休眠喚醒、傳感器掉電控制的工作模式和基于感知數(shù)據(jù)差的低功耗自適應機制。試驗結果表明,在150m通信距離內(nèi),系統(tǒng)可以根據(jù)當前的通信質(zhì)量,將節(jié)點的發(fā)射功率自適應地調(diào)整到實現(xiàn)當前通信可靠性所要求(丟包率小于1.3%)的最小發(fā)射功率上;對比10dBm固定發(fā)射功率,當發(fā)射功率自適應算法調(diào)整為8、6、3dBm時,節(jié)點續(xù)航能力分別提升了11.9%、21.4%和33.3%。通訊性能對比表明,本設計節(jié)點的通訊性能明顯優(yōu)于其他3種基于不同發(fā)射功率自適應算法的節(jié)點,從而驗證了本系統(tǒng)的可靠性與實用性。
2018, 49(3):158-165. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.019
摘要:大區(qū)域油菜空間分布的準確提取是油菜估產(chǎn)、食用油保障及農(nóng)業(yè)管理的基礎?;ㄆ谟筒瞬粌H光譜特征發(fā)生變化,其黃色花朵與同時期植被在視覺上的差異也相當顯著。本文基于2016年油菜盛花期的湖北省GF-1 WFV影像,利用NGVI表征光譜特征,HSV變換后的H、S、V分量表征顏色特征,按NGVI、H、S、V順序逐級確定油菜和非油菜分離閾值,實現(xiàn)油菜提??;對提取結果首先用混淆矩陣進行精度評定,并與支持向量機方法進行精度對比,然后用農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)對油菜提取面積進行驗證?;诒疚姆椒ㄌ崛〉挠筒丝傮w精度為94.51%,Kappa系數(shù)為0.89,分別比支持向量機方法提高約4個百分點和0.1;與統(tǒng)計面積相比,省級尺度油菜提取面積相對誤差為-14.14%,市級、縣級尺度決定系數(shù)分別為0.837(n=17)、0.738(n=83)。此外,將本文方法應用到GF-2 PMS影像上,其結果與油菜參考圖相比,油菜提取面積相對誤差為-8.33%,空間一致度為91.67%。本研究方法簡單有效,可以為大區(qū)域油菜制圖提供一種全新、高效的解決方案。
孫俊 , 張躍春 , 毛罕平 , 武小紅 , 陳勇 , 翁褀鵬
2018, 49(3):166-172. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.020
摘要:為了實現(xiàn)無損檢測生菜葉片中重金屬鎘的污染程度,以計算機視覺技術為研究手段,結合圖像處理方法和特征選擇方法,對4個梯度重金屬鎘脅迫的生菜葉片進行識別。首先利用數(shù)碼相機獲取生菜葉片圖像,然后使用Kmeans聚類算法分割圖像,對分割出的目標圖像提取圖像顏色、形狀和紋理特征,共獲取46個圖像特征。為了使模型更簡便和減少數(shù)據(jù)量,利用基于變量組合的變量重要性分析(VIAVC)和競爭性自適應重加權算法(CARS)對圖像特征進行降維。采用偏最小二乘法判別分析(PLS-DA)和隨機森林(RF)構建模型,用于生菜鎘脅迫程度的識別。結果表明,在7個組合特征模型中,顏色形狀紋理融合特征所建立的模型給出了最優(yōu)結果,測試集分類正確率為92%。用VIAVC和CARS對顏色形狀紋理融合特征進行特征選擇,發(fā)現(xiàn)VIAVC的降維效果優(yōu)于CARS。使用特征選擇的變量建立模型,RF模型的訓練集分類正確率和預測集分類正確率均高于PLS-DA,其中,基于VIAVC的RF模型的訓練集和預測集分類正確率分別為98.0%和96.0%。可見,基于VIAVC的RF模型在大大降低了特征維數(shù)的前提下,能夠較好地對不同鎘脅迫程度的生菜葉片進行識別。
孫紅 , 陳香 , 孫梓淳 , 李民贊 , 張漫 , 吳靜珠
2018, 49(3):173-178. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.021
摘要:為快速、無損檢測玉米葉片含水率,根據(jù)透射光譜原理設計一款便攜式植物葉片水分快速檢測儀。檢測儀主要由數(shù)據(jù)采集節(jié)點和數(shù)據(jù)接收節(jié)點兩部分組成,數(shù)據(jù)采集節(jié)點采用夾持葉室結構,由信號采集、處理和發(fā)送模塊組成,數(shù)據(jù)接收節(jié)點由信號接收模塊和PDA組成。測量時玉米葉片被放入采集節(jié)點的夾持葉室,兩路LED主動光源(890nm和980nm)發(fā)光照射葉片,采用PIN型Si光電傳感器在葉片的另一面進行透射光探測,透射光信號經(jīng)調(diào)理電路放大、濾波后,通過ZigBee網(wǎng)絡發(fā)送至數(shù)據(jù)接收節(jié)點。根據(jù)采集的光信號計算透射率(T890和T980)、比值植被指數(shù)(RVI)和調(diào)整型歸一化差異水分指數(shù)(MNDWI)等參數(shù),分析了各植被指數(shù)與不同葉位含水率之間的相關性,結果顯示儀器應用的最佳葉位為完全展開葉片的倒二葉中部,含水率檢測范圍為70%~80%,且分辨率為0.3%。選取了T890、T980和MNDWI建立了含水率檢測模型,其R2C為0.854,R2V為0.849,RMSE為0.0103。
黎煊 , 趙建 , 高云 , 雷明剛 , 劉望宏 , 龔永杰
2018, 49(3):179-186. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.022
摘要:為了在生豬養(yǎng)殖產(chǎn)生呼吸道疾病的初期,通過監(jiān)測豬咳嗽聲進行疾病預警,提出了基于深度信念網(wǎng)絡(DBN)對豬咳嗽聲進行識別的方法。以長白豬咳嗽、打噴嚏、吃食、尖叫、哼哼、甩耳朵等聲音為研究對象,利用基于多窗譜的心理聲學語音增強算法和單參數(shù)雙門限端點檢測對豬聲音進行預處理,實現(xiàn)豬聲音信號的去噪和有效信號檢測。基于時間規(guī)整算法提取300維短時能量和720維梅爾頻率倒譜系數(shù)(MFCC)組合成1020維特征參數(shù),將該組合特征參數(shù)作為DBN學習和識別數(shù)據(jù)集,選定3隱層神經(jīng)元個數(shù)分別為42、17和7,構建網(wǎng)絡結構為1020-42-17-7-2的5層深度信念網(wǎng)絡豬咳嗽聲識別模型。通過5折交叉實驗驗證,基于DBN的豬咳嗽聲識別率和總識別率均達到90%以上,誤識別率不超過8.07%,最優(yōu)組豬咳嗽聲識別率達到94.12%,誤識別率為7.45%,總識別率達到93.21%。進一步基于主成分分析法(PCA)提取1020維特征參數(shù)98.01%主成分得到479維特征參數(shù),通過5折交叉實驗驗證,豬咳嗽聲識別率和總識別率相對降維前均有所提高,誤識別率有所降低,最優(yōu)組豬咳嗽聲識別率達到95.80%,誤識別率為6.83%,總識別率達到94.29%,實驗結果表明所建模型是有效可行的。
2018, 49(3):187-195. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.023
摘要:為了克服人工家畜體尺測量耗時、應激大和工作強度大等問題,提出了一種基于單視角點云鏡像的豬只體尺測量方法。首先使用單Xtion深度相機采集包含豬體的場景點云圖像序列,并人工篩選出包含背部彎曲程度較小豬體的場景點云圖像,然后基于隨機采樣一致性算法和聚類分割算法自動化分割目標豬體并對其進行姿態(tài)歸一化,檢測單視角豬體點云對稱面,并利用對稱面鏡像獲取完整豬體,最后利用自主研發(fā)的體尺測量軟件測量豬只體尺。試驗結果表明,利用該方法測量體長的平均相對誤差為5.00%,臀寬測量的平均相對誤差為7.40%,臀高測量的平均相對誤差為5.74%。該方法為豬只體尺測量提供了切實可行的新途徑。
呂雅慧 , 鄖文聚 , 張超 , 朱德海 , 楊建宇 , 陳英義
2018, 49(3):196-204. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.024
摘要:為提高耕地綜合生產(chǎn)能力,適應農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展需求,我國提出了高標準農(nóng)田建設的重大戰(zhàn)略部署。高標準農(nóng)田的識別是建設前選址和建設后評價的基礎。本文以耕地圖斑為基本單元,融合遙感影像等多源數(shù)據(jù),從本底條件、空間形態(tài)、建設水平、生態(tài)防護等方面,構建農(nóng)田綜合質(zhì)量多特性表征體系,采用逼近理想點排序法(TOPSIS)進行初步評價,再以人機交互的方式選取各質(zhì)量等級農(nóng)田的真值樣本,進一步采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法修正各特性權值,得到農(nóng)田綜合質(zhì)量的精確評價結果,實現(xiàn)高標準農(nóng)田識別。以吉林省大安市為研究區(qū),研究結果表明:基于多特性表征體系的農(nóng)田綜合質(zhì)量評價方法精度達到96%以上;研究區(qū)高標準農(nóng)田面積廣大,主要分布在耕地集中連片、道路通達、生態(tài)防護良好、具有農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)優(yōu)勢的東北部、中北部、西北部邊緣和部分南部區(qū)域;當?shù)匾褌浒傅母邩藴兽r(nóng)田和未備案、有潛力的高質(zhì)量農(nóng)田區(qū)域均得到有效識別。
楊建宇 , 張婷婷 , 陳正 , 張超 , 趙冬玲 , 林尚緯
2018, 49(3):205-213. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.025
摘要:利用2013—2015年土地變更調(diào)查新增耕地數(shù)據(jù),基于縣域和區(qū)域兩種尺度,運用重心模型、區(qū)位基尼系數(shù)、地理集中度以及統(tǒng)計分析等方法,分析3年京津冀地區(qū)新增耕地時空特征,并從不同來源對新增耕地狀況進行深入解析,以期為京津冀后續(xù)建設尤其是雄安新區(qū)建設提供參考。研究結果表明:從2013—2015年京津冀新增耕地整體看,新增耕地主要集中在中東部平原區(qū)、西部山區(qū)和北部高原區(qū)3大區(qū)域;從不同年份分析,京津冀地區(qū)新增耕地面積先減后增,重心從京津冀東北方逐漸向西南方偏移,并呈高度聚集態(tài)勢。新增水澆地是京津冀地區(qū)新增耕地的主要地類。新增耕地主要是通過農(nóng)村土地整治新增耕地的方式而來,大部分來源于草地,生態(tài)問題愈發(fā)突出。最后,深入分析新增耕地時空變化規(guī)律,建議京津冀在未來建設中因地制宜,加大〖JP〗節(jié)水力度,注重生態(tài)文明建設。
于強 , 楊斕 , 岳德鵬 , 王宇航 , 蘇凱 , 張啟斌
2018, 49(3):214-224. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.026
摘要:以荒漠綠洲區(qū)典型縣域磴口縣為研究區(qū),將復雜網(wǎng)絡分析方法中的點格局分析方法、網(wǎng)絡骨架的提取算法和空間結構魯棒性指標根據(jù)實際空間生態(tài)網(wǎng)絡的特點進行改造,對研究區(qū)的空間復雜生態(tài)網(wǎng)絡的結構進行分析。研究結果表明:7種類型的生態(tài)源地節(jié)點在較小尺度下均呈現(xiàn)聚集的空間分布格局,隨著尺度的增大,逐漸呈現(xiàn)隨機分布,最后呈現(xiàn)均勻分布,這種分布特征保證了小尺度和大尺度上生態(tài)網(wǎng)絡的穩(wěn)定。水網(wǎng)廊道的密度范圍為0~1.46,路網(wǎng)廊道的密度范圍為0~2.27,改造Kruskal算法識別出的骨架廊道符合實際情況?,F(xiàn)狀生態(tài)網(wǎng)絡初始的連接魯棒性僅為0.73,優(yōu)化后生態(tài)網(wǎng)絡的連接魯棒性達到1。經(jīng)過生態(tài)節(jié)點布局優(yōu)化后的生態(tài)網(wǎng)絡節(jié)點和邊的抗打擊破壞能力、恢復能力增強。
2018, 49(3):225-234. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.027
摘要:通過對Dyna-CLUE模型進行改進,嵌入BRT模型和Patch-dynamics模型,形成BRT_Dyna-CLUE_Patch-dynamics模型。以生態(tài)脆弱區(qū)典型縣域磴口縣為研究區(qū),基于2006年磴口縣土地利用情況,應用BRT_Dyna-CLUE_Patch-dynamics模型,對磴口縣2016年的土地利用狀況進行模擬預測,并與目前應用較多的Logistic_CA_Markov模型進行對比驗證。結果表明,Logistic_CA_Markov模型模擬結果的Kappa系數(shù)為0.7214,BRT_Dyna-CLUE_Patch-dynamics模型模擬結果的Kappa系數(shù)為0.7826,2個組合模型的模擬結果精度較高,均與真實解譯結果具有高度一致性,但BRT_Dyna-CLUE_Patch-dynamics模型模擬精度更高,結果更優(yōu)。因此,將BRT_Dyna-CLUE_Patch-dynamics模型應用于當?shù)赝恋乩米兓M預測,具有一定可行性,可為當?shù)厣鷳B(tài)治理以及相關政策的實施提供一定的參考。
李瑞霞 , 李洪杰 , 霍艷麗 , 高悅 , 楊正禮 , 張愛平
2018, 49(3):235-242. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.028
摘要:利用棉花秸稈生物炭,以冬小麥為試驗對象,采用根系掃描法和Illumina MiSeq高通量測序技術探討研究農(nóng)田秸稈還田,施生物炭分別為4.5、9.0、13.5t/hm2后根系形態(tài)與內(nèi)生真菌多樣性的影響及其共生機制。試驗結果表明,在生物炭施用量為4.5~13.5t/hm2時,在冬小麥成熟期提高初生根的直徑和比根長,降低分支密度和生物量;降低次生根分支密度。在門水平,生物炭顯著提高根內(nèi)子囊菌門(Ascomycota)豐度,顯著降低接合菌門(Zygomycota)、壺菌門(Chytridiomycota)和未鑒定雜菌(unidentified fungus)豐度,對球囊菌門影響不顯著;在常見目水平,生物炭明顯提高格孢菌目(Pleosporales)豐度,顯著降低散囊菌目(Eurotiales)和被孢霉目(Mortierellales)豐度。在4.5~9.0t/hm2時,生物炭通過降低初生根內(nèi)散囊菌目真菌豐度,促進初生根分支密度和生物量的生長;通過提高次生根內(nèi)格孢菌目真菌豐度,抑制次生根直徑和分支密度的生長。經(jīng)綜合比較,9.0t/hm2的生物炭處理對根系形態(tài)的優(yōu)化效果優(yōu)于其他處理,與對照處理相比,在成熟期,初生根直徑和比根長分別提高5.00%、33.57%,分支密度和生物量分別降低67.26%、27.27%;次生根直徑和分支密度分別降低13.16%、34.38%。
張作為 , 史海濱 , 劉德平 , 李仙岳 , 閆建文 , 李宏宇
2018, 49(3):243-251. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.029
摘要:為量化分析河套灌區(qū)小麥/向日葵間作群體兩作物間相互利用水量、鹽分運移機理,明確兩作物間種間相對競爭能力,采用根系分隔技術進行試驗。研究結果表明:小麥/向日葵間作群體生育期內(nèi)小麥條帶利用向日葵側水量為78.23~94.23m3/hm2,向日葵條帶利用小麥側水量為44.96~57.97m3/hm2,其中根系在土壤空間的交叉疊加效應可以多利用18.56~42.84m3/hm2小麥帶土壤水量,20.79~46.63m3/hm2向日葵帶土壤水量,降低1.32%~4.64%小麥條帶土壤EC均值,2.26%~3.16%向日葵條帶土壤EC均值。水分養(yǎng)分互補效應可以多利用15.12~26.40m3/hm2小麥帶土壤水量,47.60~57.44m3/hm2向日葵帶土壤水量,降低2.98%~4.69%小麥條帶土壤EC均值,1.82%~2.44%向日葵條帶土壤EC均值。種間相對競爭能力上,間作群體內(nèi)小麥的競爭能力強于向日葵,限制間作群體根系的交叉疊加及水分養(yǎng)分互補效應有利于提升向日葵的種間相對競爭能力。
魏永霞 , 馬瑛瑛 , 劉慧 , 張雨鳳 , 楊軍明 , 張奕
2018, 49(3):252-260. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.030
摘要:以玉米為研究對象,進行測坑微區(qū)試驗,研究了地面滴灌條件下調(diào)虧灌溉對玉米植株與土壤水分分布、根長、根長密度、根數(shù)、產(chǎn)量以及作物水分利用效率的影響。試驗于2016年分別設苗期輕度、苗期中度、拔節(jié)期輕度、拔節(jié)期中度、苗期中度拔節(jié)期輕度5個水分虧缺處理,另設全生育期適宜灌水作為對照。結果表明,各調(diào)虧處理的玉米冠部最終濕基含水率比對照處理增加-6.03%~4.61%、根部最終濕基含水率比對照處理增加1.30%~8.15%;苗期輕度調(diào)虧處理,產(chǎn)量比對照處理降低了7.89%、較對照處理節(jié)水8.26%、水分利用效率較對照處理提高0.33%;苗期中度調(diào)虧處理,產(chǎn)量比對照處理增加了5.20%、較對照處理節(jié)水16.71%、水分利用效率較對照處理提高26.25%;拔節(jié)期輕度調(diào)虧處理,產(chǎn)量較對照處理增加了1.49%、較對照處理節(jié)水14.07%、水分利用效率較對照處理提高18.27%;拔節(jié)期中度調(diào)虧處理,產(chǎn)量比對照處理降低了23.47%、較對照處理節(jié)水28.35%、水分利用效率較對照處理提高6.64%;苗期中度拔節(jié)期輕度調(diào)虧處理,產(chǎn)量比對照處理降低了28.13%、較對照處理節(jié)水38.54%、水分利用效率較對照處理提高16.94%。苗期中度處理與拔節(jié)期輕度處理是促進滴灌玉米節(jié)水增產(chǎn)的適宜水分虧缺處理,其結果對指導黑龍江西部玉米制定合理的灌溉制度具有實質(zhì)性意義。
2018, 49(3):261-270. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.031
摘要:農(nóng)田蒸散(ETc)是農(nóng)業(yè)系統(tǒng)能量平衡和水分平衡的關鍵要素,砂石覆蓋條件下ETc的估算對于評價砂石覆蓋對農(nóng)田作物的影響非常重要。為準確估算砂石覆蓋條件下冬小麥ETc,在陜西楊凌建立了遮雨棚下的蒸滲儀動態(tài)觀測系統(tǒng)。利用FAO-56的Penman-Monteith(PM)模型和單、雙作物系數(shù)法對冬小麥ETc進行估算,并基于兩年度不同砂石覆蓋量下冬小麥實測ETc數(shù)據(jù),對單、雙作物系數(shù)法進行改進和修正,得到適用于砂石覆蓋條件下單、雙作物系數(shù)與砂石覆蓋量的關系。結果表明:①冬小麥不同生長階段的單作物系數(shù)與砂石覆蓋量具有很好的線性關系,進一步結合估算的參考作物騰發(fā)量(ET0)計算,能很好地模擬兩年度不同砂石覆蓋量下的冬小麥ETc。②基于冬小麥實測ETc對雙作物系數(shù)進行修正,可得到其修正系數(shù)A與砂石覆蓋量之間的線性關系,進一步結合ET0可準確估算兩年度不同砂石覆蓋量下的冬小麥各生長階段ETc。③不同砂石覆蓋量下,雙作物系數(shù)法比單作物系數(shù)法和PM模型估算冬小麥ETc的精度更高??傮w上,單、雙作物系數(shù)法在估算砂石覆蓋條件下的冬小麥ETc中仍有一定的適用性,但需經(jīng)實測數(shù)據(jù)進行修正。
2018, 49(3):271-278. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.032
摘要:為探討黑土區(qū)不同氮肥施加對稻米品質(zhì)及變異性影響,在節(jié)水灌溉條件下以0、60、85、110、135、160kg/hm2氮肥處理的典型黑土區(qū)水稻生長基質(zhì)為例,采用水稻成熟期蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、堊白度3個主要品質(zhì)指標田間系統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)為研究對象,運用地統(tǒng)計學原理探討了水稻3個品質(zhì)指標的變異性,并建立了半變異函數(shù)模型。結果表明:不同施氮量不僅能夠促進稻米品質(zhì)的改善,而且可以改變田間區(qū)域內(nèi)稻米品質(zhì)的變異性,除堊白度和不施氮肥處理的蛋白質(zhì)含量屬中等變異外,其他處理下的水稻3個品質(zhì)指標均屬于弱變異。3個指標中直鏈淀粉含量正相關范圍最大,大于蛋白質(zhì)含量和堊白度正相關范圍,表明黑土區(qū)不同氮肥管理對直鏈淀粉含量變異結構影響最大。同時隨著施氮量的增加,土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮呈先增加后減小的變化趨勢,不同施氮量土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量的變化與稻米品質(zhì)變異強度的順序恰好相反,由大到小為WS0、WS60、WS85、WS160、WS135、WS110,通過相關性分析得出硝態(tài)氮對稻米品質(zhì)變異性起主導作用,表明不同氮肥的施加可以通過改變土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的含量進而對稻米品質(zhì)變異性有一定的影響。綜合來看最佳氮肥施用量為110kg/hm2,水稻3個品質(zhì)指標及其生長基質(zhì)均具有較好的區(qū)域化特征和空間結構。同時引入地統(tǒng)計學理論不僅彌補了經(jīng)典統(tǒng)計分析的不足,而且可為水肥—土壤—作物系統(tǒng)信息進行空間結構和定量化研究提供理論依據(jù)。
2018, 49(3):279-286. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.033
摘要:土壤孔隙的拓撲結構決定了土壤水分保持和傳導能力,對土壤生態(tài)過程與功能具有重要影響,但現(xiàn)有土壤孔隙辨識方法存在孔隙邊界判別不準確和運行效率較低的問題。為解決這一問題,提出一種基于土壤CT圖像灰度-梯度特征的改進模糊C均值(GFFCM)孔隙辨識方法。該方法利用拉普拉斯算子建立灰度-梯度二維特征矩陣,并結合土壤相關先驗知識分區(qū)構造初始隸屬度矩陣和確定聚類數(shù)目;然后,基于初始條件實現(xiàn)土壤結構的模糊劃分;最后,運用孔隙辨識準則對模糊聚類結果進行優(yōu)化,完成土壤孔隙結構的精準辨識。以非飽和土壤CT圖像為應用對象驗證孔隙辨識方法的性能,通過與傳統(tǒng)FCM法、快速FCM法(FFCM)的比較,表明GFFCM法有效克服了傳統(tǒng)FCM法在隸屬度矩陣和聚類數(shù)目初始化的不足,解決了初始值制約辨識精確度的問題,在保證孔隙辨識精度的前提下具有較高的執(zhí)行效率。
2018, 49(3):287-294. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.034
摘要:凍融作用一直是寒區(qū)渠道破壞的主要誘因,為探究凍融作用對飽和粉質(zhì)粘土物理力學性質(zhì)的影響規(guī)律,在低溫環(huán)境模擬試驗箱內(nèi),對飽和土進行0~11次凍融后,結合室內(nèi)土工試驗,并用灰色關聯(lián)度對其各項性質(zhì)間交互影響效應進行分析。結果表明:隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加,飽和土黏聚力以單指數(shù)函數(shù)形式逐漸降低,內(nèi)摩擦角逐漸升高。凍融作用對黏聚力的影響在初次凍融后衰減明顯;損傷比系數(shù)Kφ、KC與凍融循環(huán)次數(shù)關系可分別用對數(shù)函數(shù)和指數(shù)函數(shù)描述;導熱系數(shù)、平均干密度與凍融循環(huán)次數(shù)呈負相關關系,而平均孔隙率、滲透系數(shù)與凍融循環(huán)次數(shù)呈正相關關系;與凍融作用相比,平均孔隙率對黏聚力、導熱系數(shù)、平均干密度和滲透系數(shù)的變化影響相對較大;對于單個試樣而言,物理性質(zhì)對力學性質(zhì)的改變影響由大到小為:平均孔隙率、平均干密度、滲透系數(shù)、導熱系數(shù)。
李貞 , 張世文 , 曹夢 , 黃亞捷 , 魏星 , 黃元仿
2018, 49(3):295-302. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.035
摘要:土壤機械組成作為一種成分數(shù)據(jù),為滿足其空間插值的定額、非負、線性無偏和最優(yōu)要求,通常需要對其進行轉換。本文以寧夏銀北地區(qū)土壤機械組成數(shù)據(jù)為例,引進了球坐標轉換方法,利用經(jīng)球坐標轉換、對稱對數(shù)比轉換和非對稱對數(shù)比轉換后的數(shù)據(jù)進行普通克里格插值,分析了球坐標轉換方法對土壤機械組成數(shù)據(jù)轉換的可行性與科學性,并比較了不同轉換方法對土壤機械組成空間預測效果的影響。結果表明:球坐標轉換方法能滿足土壤機械組成空間插值要求,對于研究區(qū)砂粒、粉粒的空間插值精度較對稱對數(shù)比轉換和非對稱對數(shù)比轉換方法高,而對于黏粒,其插值精度卻遜于對稱對數(shù)比轉換和非對稱對數(shù)比轉換方法。本研究為土壤機械組成空間插值提供了一種易于理解、計算量小、不需要考慮零值、又能保證一定插值精度的轉換方法。
喻黎明 , 徐洲 , 楊具瑞 , 范文波 , 李娜 , 龍俊
2018, 49(3):303-308. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.036
摘要:過濾器內(nèi)部的水沙運動復雜且多變,初始狀態(tài)下沙粒分布的不均導致濾芯產(chǎn)生局部堵塞,改變了水流流態(tài)并進一步影響后續(xù)沙粒運動和分布。本文以CFD-DEM(Computational fluid dynamics, CFD;Discrete element method,DEM)耦合模擬Y型網(wǎng)式過濾器內(nèi)部流場變化與沙粒運動及分布,直觀地反映了濾芯對水流的流動阻力特性與對沙粒運動分布影響。結果表明,過濾器內(nèi)部存在明顯的回流區(qū)、旋渦區(qū)及滯流區(qū),導致各過濾面流速不均,出口一側流速大,進口一側流速小,兩者相差39%;隨著時間的變化,過濾器內(nèi)流場變化明顯,沙粒堆積依次出現(xiàn)在出口側下端面、出口側上端面、進口側下端面、進口側上端面上,最終布滿整個濾芯;在濾芯的4個過濾面中,出口側上端面流速大而沙粒堆積最少,進口側上端面流速小而沙粒堆積最多,由此可見出口側上端面具有更好的過濾性能,可適當提高該處過水面積,以提高過濾器過濾效率。
艾平 , 田啟歡 , 席江 , 江華 , 彭靖靖 , 楊志浩
2018, 49(3):309-316. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.037
摘要:利用秸稈厭氧發(fā)酵技術進行揮發(fā)性脂肪酸(Volatile fatty acids, VFAs)生產(chǎn),是一種極具前景的秸稈新型高值化利用方向。研究了水熱、稀酸、稀堿等預處理方式在中溫35℃、高溫55℃、超高溫70℃等發(fā)酵產(chǎn)酸溫度條件下的產(chǎn)酸率及過程參數(shù)。結果表明,不同預處理條件對揮發(fā)性脂肪酸轉化率影響從大到小為Ca(OH)2、HCl、水熱預處理,堿性發(fā)酵較酸性發(fā)酵更有利于厭氧產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸進行。Ca(OH)2能夠有效地溶解木質(zhì)素,35℃時Ca(OH)2的木質(zhì)素去除率為63.27%,遠高于相同溫度的水熱處理組的12.45%和HCl處理組的12.40%。中溫條件下秸稈揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)率最高,雖然35℃時因為溫度較低使得秸稈降解率不高,但因該溫度下被降解的秸稈轉化為揮發(fā)性脂肪酸的效率高,從而獲得了最高的產(chǎn)酸率,各預處理組單位降解底物產(chǎn)酸率在35℃和70℃分別為0.79~1.20g/g和0.24~0.51g/g。最佳的堿處理組35℃的揮發(fā)性脂肪酸底物揮發(fā)分轉化率為0.25g/g,而70℃時僅為0.09g/g。研究結果為稻秸厭氧強化產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的預處理和溫度等選擇提供了一定的理論依據(jù)。
王明峰 , 陳志文 , 蔣恩臣 , 任永志 , 王東海 , 王微
2018, 49(3):317-321. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.038
摘要:在自行設計的生物質(zhì)固定床熱解裝置上,進行了150~850℃溫度范圍內(nèi),每隔100℃的桉樹芯材木屑的固定床熱解實驗,并進行固態(tài)產(chǎn)物的熱物性參數(shù)測試。結果表明:隨著溫度的升高,桉樹芯材熱解炭的固態(tài)產(chǎn)率逐漸減小,低位熱值逐漸增大,450℃熱解炭的熱值比木屑原料提高了95.53%;堆積密度先減小后增大,體積能量密度持續(xù)增大,750℃熱解炭的體積能量密度比原料增大了63.21%;熱解炭的比熱容和導熱系數(shù)與熱解炭內(nèi)部的含水率、骨架結構,即孔道開度和密度有密切的關系。隨著熱解溫度的升高,熱解炭的比熱容呈U字型趨勢先減小而后增大,導熱系數(shù)先輕微減小后以指數(shù)形式大幅增大,得到比熱容和導熱系數(shù)隨溫度的變化曲線方程,擬合度分別為0.9320和0.9953。
王殿龍 , 吳波 , 艾平 , 辛婭 , 何明雄 , 張衍林
2018, 49(3):322-327. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.039
摘要:對厭氧消化產(chǎn)酸纖維(揮發(fā)性脂肪酸生產(chǎn)廢渣)進行了酶解糖化和沼氣發(fā)酵實驗研究,探索了乙酸氨水兩步預處理對木質(zhì)纖維素降解、葡萄糖濃度、木糖濃度和沼氣產(chǎn)率的影響。結果表明:乙酸氨水兩步預處理進一步降解了厭氧消化產(chǎn)酸中的半纖維素和木質(zhì)素,而且纖維素回收率較高,為77.47%~81.44%,其中4%乙酸處理和10%氨水處理實驗組的纖維素質(zhì)量分數(shù)達到56.82%,半纖維素質(zhì)量分數(shù)僅為7.94%;在上述預處理條件下,酶解糖化效率最高,葡萄糖質(zhì)量濃度達到47.46g/L,葡萄糖得率為67.73%;同時在此乙酸氨水兩步預處理條件下的沼氣產(chǎn)率明顯優(yōu)于單獨乙酸和單獨氨水預處理,獲得的最高沼氣產(chǎn)率為414mL/g,有效提高了厭氧消化產(chǎn)酸纖維的產(chǎn)氣效率。
李路 , 黃漢英 , 涂群資 , 趙思明 , 熊善柏 , 馬章宇
2018, 49(3):328-333. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.040
摘要:針對單品種淡水活魚數(shù)量估計問題,以鯽魚和鳊魚為研究對象,采用不同數(shù)量淡水魚的被動水聲信號作為樣本,通過4~6層小波包分解算法,對比分析了樣本的若干特征提取方案,明確了鯽魚水聲信號特征的提取方案為短時平均過零率+6層小波包分解頻段能量,而鳊魚只需提取6層小波包分解頻段能量作為其信號特征。根據(jù)不同樣本集劃分方法比較結果,確定了鯽魚樣本集劃分方法為Rank-SPXY(m=10),鳊魚為Rank-SPXY(m=5)。利用競爭自適應重加權采樣,篩選出樣本的關鍵特征,并使用多元線性回歸和偏最小二乘回歸建立了若干淡水活魚的數(shù)量估計模型,結果表明:多元線性回歸模型的性能較好,鯽魚和鳊魚數(shù)量估計模型的復相關系數(shù)分別為0.835和0.893,相對分析誤差分別為1.79和2.01。
葉章穎 , 鮑偉君 , 張豐登 , 張亞東 , 李海軍 , 朱松明
2018, 49(3):334-340. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.041
摘要:為了實現(xiàn)對循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中多臺框架式轉鼓式微濾機的控制,方便對系統(tǒng)進行管理和維護,節(jié)約生產(chǎn)成本,在分析框架式轉鼓式微濾機工作原理和控制要求的基礎上進行控制系統(tǒng)的硬件和軟件設計,運用STEP 7 MicroWIN SP9 V4.0軟件編寫了10臺轉鼓式微濾機的3種運行模式控制程序,PLC在線監(jiān)控和調(diào)試的結果表明:微濾機在手動模式、自動模式和定時模式下均可以正常工作;在水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中,使用多模式軟邏輯控制系統(tǒng)來控制多臺轉鼓式微濾機減速電動機和反沖洗泵的運行和停止,相比于易發(fā)生故障、檢修不便的硬邏輯控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、自動化程度高、成本低等優(yōu)勢,能夠更好地應對系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況。研究結果可為轉鼓式微濾機控制系統(tǒng)的完善和水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)裝備自動化集成提供參考。
鄒小波 , 崔雪平 , 石吉勇 , 胡雪桃 , 徐藝偉 , 薛瑾
2018, 49(3):341-346. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.042
摘要:淀粉食品在加工、運輸及儲藏過程中會逐漸出現(xiàn)回生,其回生程度是影響淀粉食品品質(zhì)的重要因素。利用近紅外和中紅外光譜技術快速、無損檢測淀粉回生度。首先采集了儲存不同時間淀粉的近紅外和中紅外光譜,分別利用近紅外、中紅外以及兩者融合的光譜數(shù)據(jù)結合化學計量學方法(偏最小二乘法(PLS、iPLS、biPLS、siPLS))建立淀粉回生度檢測模型。結果顯示,近紅外和中紅外融合光譜技術的biPLS檢測模型最佳,校正集和預測集相關系數(shù)分別為0.9655和0.9313。研究結果表明,紅外光譜技術可以快速、無損檢測玉米淀粉回生度,保障了富含淀粉食品的質(zhì)量與安全。
2018, 49(3):347-353. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.043
摘要:基于近紅外光譜法,優(yōu)化光纖探頭檢測距離并通過檢測距離調(diào)節(jié)系統(tǒng)和多點同時檢測,設計了豬肉水分在線檢測分級系統(tǒng)。首先,為確定光纖探頭與生鮮豬肉樣品表面間的最佳檢測距離,在13個不同檢測距離下(5~29mm)采集了54個樣品的光譜,采用多元散射校正方法對原始光譜進行預處理,分別建立了第1波段(349~1435nm)、第2波段(1037~1761nm)和雙波段結合3種情況的含水率偏最小二乘回歸模型,分析了不同檢測距離和不同波段的模型,確認19mm為在線檢測分級裝備的最佳檢測距離。然后,通過檢測距離實時調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)固定最佳檢測距離,設計了雙波段多點同時檢測系統(tǒng),采集45個豬肉樣品在靜態(tài)條件和在線條件下的光譜,通過比較分析,兩種情況下預測結果相近,從而證實了所設計的在線系統(tǒng)能夠預測豬肉水分,并且雙波段融合建模效果優(yōu)于單波段,預測結果為:校正集相關系數(shù)和校正均方根誤差分別為0.906和0.598,驗證集相關系數(shù)和預測均方根誤差分別為0.836和0.402。最后,利用獨立的21個豬肉樣品驗證豬肉預測分級模型精度及穩(wěn)定性,結果判斷正確率為90.48%,表明可見近紅外光譜法結合多點檢測能有效地在線檢測豬肉水分并分級。
張佳瑩 , 余群力 , 韓玲 , 李航 , 殷元虎 , 韓明山
2018, 49(3):354-360. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.044
摘要:為研究牛肉宰后成熟過程中凋亡誘導因子(AIF)介導細胞凋亡及溶酶體組織蛋白酶參與AIF活化機制,選取6頭西門塔爾雜交牛進行屠宰,取其背最長肌于4℃條件下成熟,在不同成熟時間點(0、6、12、24、72、120、168h)進行活性氧(ROS)相對含量、溶酶體膜穩(wěn)定性、組織蛋白酶活性、線粒體膜通透性、AIF表達及細胞核形態(tài)的測定。結果表明,宰后成熟過程中,牛肉ROS相對含量呈先降低后升高的趨勢(P<0.05);溶酶體膜穩(wěn)定性逐漸降低(P<0.05);組織蛋白酶B、D和L的活性逐漸升高(P<0.05);線粒體膜通透性增大(P<0.05);AIF在線粒體中的表達量于宰后12h顯著升高,在之后的成熟時間降低(P<0.05),AIF在細胞核中的表達呈上升的趨勢(P<0.05),與線粒體中的下降趨勢相一致;細胞核體積逐漸增大、部分核溶解,并伴隨細胞間隙變大的現(xiàn)象。表明牛肉在宰后成熟過程中生成ROS,ROS的累積導致溶酶體膜穩(wěn)定性失衡,使組織蛋白酶被釋放,作用于線粒體,之后線粒體膜通透性發(fā)生變化,釋放AIF,活化的AIF進入細胞核內(nèi)誘導凋亡發(fā)生。
2018, 49(3):361-366. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.045
摘要:利用太赫茲衰減全反射技術,結合距離匹配算法,對不同品種花生進行快速分類鑒別。實驗隨機采集花育36號、魯花1號和魯花9號共3個花生品種、總計60個花生樣本在0.3~3.6THz的太赫茲衰減全反射光譜,隨后對其吸收系數(shù)進行一階導數(shù)及歸一化預處理,并建立花生品種的距離匹配快速鑒別模型。距離匹配模型結果顯示:3個類別的總體識別準確率可達93.3%,僅有1個樣本預測錯誤。研究結果表明,利用太赫茲衰減全反射技術實現(xiàn)花生品種快速鑒別具有一定的可行性,具有操作簡單且快速高效等特點。
2018, 49(3):367-372. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.046
摘要:以青羊參葉為原料,研究了其有效凝乳成分的提取方法,并在乳餅加工過程中進行了驗證。結果表明,青羊參凝乳劑的最佳提取溫度為4℃,最佳提取的液料比為20mL/g,最佳提取溶液為10mmol/L檸檬酸-磷酸緩沖液;與傳統(tǒng)直接添加青羊參葉浸泡液的方法相比,使用青羊參凝乳劑制成的乳餅蛋白質(zhì)回收率、脂肪回收率和乳餅得率均顯著提升(P<0.05);質(zhì)構和微觀結構顯示,使用青羊參凝乳劑制作的乳餅具有更適宜的硬度和較高的粘著度,凝膠網(wǎng)絡結構分布均勻。
2018, 49(3):373-380. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.047
摘要:為提高發(fā)酵豆芽乳中的γ氨基丁酸含量,以植物乳桿菌S-35為發(fā)酵劑,以發(fā)酵過程中γ氨基丁酸質(zhì)量濃度為試驗指標,在單因素試驗基礎上,利用中心組合試驗設計和響應面分析法研究了植物乳桿菌S-35接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間對發(fā)酵豆乳中γ氨基丁酸質(zhì)量濃度的影響,并建立了乳酸菌發(fā)酵模型。響應面優(yōu)化試驗結果表明豆芽乳發(fā)酵的最佳工藝條件為:接種量為3.5%、發(fā)酵溫度為34.5℃、發(fā)酵時間為27h。在此條件下γ氨基丁酸質(zhì)量濃度為1.61g/L,植物乳桿菌S-35活菌數(shù)可達1.60×109CFU/mL。在4℃下進行7d的儲藏試驗,結果表明發(fā)酵豆芽乳在保質(zhì)期內(nèi)凝乳狀態(tài)、發(fā)酵參數(shù)保持在可接受的范圍內(nèi)。
2018, 49(3):381-386. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.048
摘要:針對目前已有智能車輛軌跡跟蹤控制存在跟蹤精度低、魯棒性弱等問題,結合滑模控制響應迅速、抗干擾能力強的優(yōu)點,提出一種基于趨近律的滑模控制方法。提出的趨近律通過特殊冪次函數(shù)和反雙曲正弦函數(shù)的組合,提高了系統(tǒng)狀態(tài)的趨近速度并且平滑和限制了抖振現(xiàn)象,可實現(xiàn)控制車輛平順快速跟蹤參考軌跡。在Simulink軟件上搭建了車輛運動學模型并進行軌跡跟蹤仿真實驗,通過與雙冪次趨近律滑??刂七M行對比驗證了控制效果。仿真實驗結果表明,相對于雙冪次趨近律滑??刂?,提出的趨近律滑模控制的車輛能更快地跟蹤到參考軌跡,橫向和縱向誤差收斂速度明顯增快,航向角抖振現(xiàn)象減弱,系統(tǒng)具有更快的趨近速度,并且抖振現(xiàn)象被削弱。
劉洪岐 , 高瑩 , 麻斌 , 李方成 , 殷悅 , 謝天馳
2018, 49(3):387-392. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.049
摘要:氧化催化器(DOC)出口溫度控制是實現(xiàn)顆粒捕集器(DPF)主動再生控制熱管理的關鍵。本文結合DOC系統(tǒng)的實際特征對系統(tǒng)進行分析,研究DOC傳熱及化學反應特性,建立了DOC一階加延遲的載體出口溫度響應模型,并利用載體試驗數(shù)據(jù)進行了模型參數(shù)校核,同時建立了熱響應特征模型時間常數(shù)及延遲時間常數(shù)與排氣流量的關系。依據(jù)系統(tǒng)模型特征,研究了基于內(nèi)??刂萍軜嫷腜ID控制策略,采用Pade二階非對稱近似方法對系統(tǒng)響應延遲部分進行處理,利用經(jīng)典PID控制器與內(nèi)模PID控制器等效方法建立了PID參數(shù)求解方程,分析了濾波器參數(shù)的設置方法。該控制策略通過臺架試驗,選取連續(xù)變化工況進行測試,DOC出口溫度在排氣流量及入口溫度均大幅變化的情況下,可以確保出口溫度控制在(575±20)℃范圍內(nèi)。
2018, 49(3):393-401,410. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.050
摘要:針對目前3D打印加工耗時長、生產(chǎn)效率低的特點,提出一種熔融沉積式3D打印路徑優(yōu)化算法。針對部分零件切片輪廓封閉曲線多的情況,提出一種基于蟻群算法的輪廓路徑規(guī)劃方法,合理規(guī)劃各輪廓的打印順序。采用平行掃描對切片截面進行填充,分析掃描線角度對打印效率和打印質(zhì)量的影響,確定最優(yōu)掃描線角度,將填充區(qū)域進行區(qū)域劃分,提出了一種基于四點法的區(qū)域合并算法,并采用臨近法對合并區(qū)域打印次序進行優(yōu)化。運用該算法進行零件打印實驗,與傳統(tǒng)的平行掃描法比較,3組零件的單層輪廓路徑長度分別縮短了19.5%、12.5%、10.7%,打印時間縮短了12.6%、11.6%、8.9%,打印零件的尺寸精度和表面質(zhì)量均有所提高,結果表明,該算法健壯有效并且打印效率更高。
2018, 49(3):402-410. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.051
摘要:為了更好地實現(xiàn)設計領域三維CAD模型多粒度、精細化、智能化的設計重用需求,提出了一種基于模擬退火的三維模型典型結構挖掘與相似性評價方法。首先,通過提取以B-rep表示的三維CAD模型幾何與拓撲信息,構建三維CAD模型的屬性鄰接圖;然后以此為描述載體,利用具有局部重用價值的典型結構和三維CAD模型屬性鄰接圖之間頂點和邊的屬性映射關系建立關聯(lián)圖及其關聯(lián)圖矩陣;最后,基于一種啟發(fā)式算法——模擬退火算法完成關聯(lián)圖中最大團的檢測以實現(xiàn)三維CAD模型中典型結構的挖掘,并進行相似性評價,同時以蟻群算法和遺傳算法為比較對象,在通用模型庫和農(nóng)業(yè)機械裝備模型庫完成了算法的驗證。實驗結果表明,該方法能較好地實現(xiàn)三維CAD模型典型結構的挖掘和相似性評價,可以有效地支持設計領域的三維模型特征級和局部結構級設計信息的重用。
李二偉 , 趙鐵石 , 王唱 , 邊輝 , 胡強強 , 冀文杰
2018, 49(3):411-417,346. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.052
摘要:大型重載并聯(lián)穩(wěn)定接貨平臺對于海上集裝箱貨物的安全轉運發(fā)揮著重要的作用。根據(jù)需求設計了一個具有3個變形剪叉分支的并聯(lián)穩(wěn)定接貨平臺,該變形剪叉分支具有行程放大的功能,其由1個含子閉環(huán)的運動鏈URRRU (U和2個SPS驅(qū)動單元構成,當分支中的2個驅(qū)動單元同步驅(qū)動時,變形剪叉分支與RPS運動鏈等效。在非慣性系下,首先基于矢量法分析了并聯(lián)穩(wěn)定接貨機構上平臺的伴隨位移、速度和加速度,相應求得該機構的位置解;然后基于螺旋理論建立了該機構的運動學和動力學解析模型;最后通過數(shù)值算例驗證了所建運動學和動力學模型的正確性,為此機構的后續(xù)結構優(yōu)化和控制奠定了理論基礎。
2018, 49(3):418-426. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.03.053
摘要:為提高具有高通過性的步行輪平順性,基于鴕鳥足運動姿態(tài)與跖趾關節(jié)儲能減振機理,運用工程仿生學原理與技術,設計了一種仿生自適應低振動步行輪。有限元數(shù)值模擬結果表明,輪上載荷30N,角速度10(°)/s情況下,相比于傳統(tǒng)步行輪,仿生步行輪輪心波動范圍在軟路面和硬路面分別降低了85.71%和93.33%。采用輕載荷月壤/車輪土槽測試系統(tǒng)驗證了仿生步行輪的減振性能。當滑轉率小于40%時,仿生步行輪的掛鉤牽引力均大于傳統(tǒng)步行輪;當滑轉率大于40%,且僅在角速度為20(°)/s時,仿生步行輪的掛鉤牽引力才小于傳統(tǒng)步行輪,表明仿生步行輪在松軟地面具有較好的牽引通過性。同時,相比于傳統(tǒng)步行輪,當角速度為30(°)/s時,仿生步行輪在軟路面和硬路面的加速度分別減少了6.3%和15.8%,振幅分別減小了14.6%和9.6%。在保證松軟地面優(yōu)越牽引通過性能前提下,仿生步行輪比傳統(tǒng)步行輪的輪心波動更小,振動明顯降低,有效解決了步行輪多邊形效應引起的振動問題。
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