江連洲 , 胡繼瑩 , 劉耀華 , 江中陽 , 王中江 , 范志軍
2019, 50(6):1-11. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.001
摘要:近年來,我國(guó)豆乳粉市場(chǎng)前景廣闊,行業(yè)發(fā)展較快,形成了干法、濕法、半濕法3種主流豆乳粉加工技術(shù)體系。本文介紹了豆乳粉加工各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)豆乳粉產(chǎn)品速溶性、豆腥味、致敏性等的影響規(guī)律,闡述了針對(duì)目前豆乳粉的腥味殘存、致敏性較高、速溶性較差、口感體驗(yàn)較差、品質(zhì)穩(wěn)定性偏低等技術(shù)瓶頸問題的工藝調(diào)控方案,并對(duì)我國(guó)豆乳粉行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行總結(jié)和展望,以期為我國(guó)豆乳粉的生產(chǎn)工藝、標(biāo)準(zhǔn)建立、產(chǎn)品研發(fā)等提供參考。
張漫 , 苗艷龍 , 仇瑞承 , 季宇寒 , 李寒 , 李民贊
2019, 50(6):12-21. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.002
摘要:為使用車載三維激光雷達(dá)快速獲取作物的株高、葉面積指數(shù)(LAI)等作物形態(tài)參數(shù),以玉米為研究對(duì)象,采用車載三維激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù),提出了一種基于玉米分層點(diǎn)云數(shù)量或分層點(diǎn)云數(shù)量與地面點(diǎn)云數(shù)量比值計(jì)算LAI的方法。使用車載平臺(tái)獲取京農(nóng)科728和農(nóng)大84玉米的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù);對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,獲得已測(cè)量LAI真值區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù);進(jìn)行玉米植株點(diǎn)云與地面點(diǎn)云分割,根據(jù)地面起伏程度,基于隨機(jī)一致性平面分割算法,將距離閾值設(shè)置為0.06m;依據(jù)玉米垂直結(jié)構(gòu)分布,將玉米植株劃分為上、中、下3層,計(jì)算每層點(diǎn)云數(shù)量并分別標(biāo)記為H、M和L,同時(shí),將上、中、下每層的點(diǎn)云數(shù)量與地面點(diǎn)云數(shù)量的比值標(biāo)記為Hr、Mr和Lr,分別建立H、M、L和Hr、Mr、Lr與LAI真值的線性回歸模型。試驗(yàn)結(jié)果表明:采用Hr、Mr變量建立的LAI二元線性回歸測(cè)量模型最優(yōu),京農(nóng)科728玉米訓(xùn)練集R2為0.931,驗(yàn)證集R2為0.949;農(nóng)大84玉米訓(xùn)練集R2為0.979,驗(yàn)證集R2為0.984,本文方法可為田間快速測(cè)量LAI提供解決方案。
2019, 50(6):22-27,109. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.003
摘要:提出了基于支持向量機(jī)的水田田埂邊界線的檢測(cè)算法。采用支持向量機(jī)分類算法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圖像分割算法,分割水田圖像,提高了在不同光照條件下田埂邊界檢測(cè)的魯棒性。圖像預(yù)處理階段引入超像素分割算法,大大減少了后續(xù)圖像處理的計(jì)算量,并為支持向量機(jī)的模型訓(xùn)練提供大量的樣本。選取足夠數(shù)量的超像素樣本,提取其顏色特征和紋理特征,構(gòu)成19維的特征向量,并作為訓(xùn)練支持向量機(jī)模型的輸入。使用訓(xùn)練好的支持向量機(jī)模型識(shí)別新圖像中的水田田埂區(qū)域,模型評(píng)價(jià)指標(biāo)F1分?jǐn)?shù)達(dá)到90.7%。采用霍夫變換提取田埂邊界,在NVIDIA的Jetson TX2硬件平臺(tái)上,算法總運(yùn)行時(shí)間在0.8s以內(nèi),有效滿足了水田直播機(jī)的實(shí)時(shí)性要求。
齊詠生 , 孟學(xué)斌 , 高學(xué)金 , 張麗杰
2019, 50(6):28-40,139. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.004
摘要:為了使旋翼無人機(jī)快速、精確、自主降落到地面著陸平臺(tái),提出一種基于視覺標(biāo)志檢測(cè)的無人機(jī)姿態(tài)估計(jì)方法。首先,利用標(biāo)準(zhǔn)直升機(jī)停機(jī)坪的幾何特征,采用標(biāo)志五步提取算法從機(jī)載攝像頭采集的圖像中獲取視覺標(biāo)志;為了滿足無人機(jī)自主著陸過程的快速性和實(shí)時(shí)性,提出一種基于距離三點(diǎn)法的角點(diǎn)檢測(cè)算法,得到H形標(biāo)志的12個(gè)角點(diǎn);然后,通過對(duì)角點(diǎn)分類、編號(hào),并與參考圖像中的對(duì)應(yīng)角點(diǎn)進(jìn)行匹配,解算出包含相對(duì)姿態(tài)信息的單應(yīng)矩陣;最后,應(yīng)用直接線性變換(Direct linear transformation, DLT)分解單應(yīng)矩陣得到無人機(jī)的姿態(tài)角,并依據(jù)相機(jī)成像的相似三角形原理計(jì)算出無人機(jī)相對(duì)于視覺標(biāo)志的位置,解決了單目相機(jī)尺度不確定性問題。通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬無人機(jī)不同飛行狀態(tài)下的姿態(tài)并進(jìn)行估計(jì),對(duì)提出算法的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本文算法的平均執(zhí)行時(shí)間為307.2ms,位置估計(jì)的最大均方根誤差為0.0062m,姿態(tài)角估計(jì)的最大均方根誤差為0.313°,滿足無人機(jī)自主著陸的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性要求。
2019, 50(6):41-51,217. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.005
摘要:為探索原茬地播種機(jī)種床整備側(cè)向滑切清秸刀齒對(duì)機(jī)具作業(yè)過程中秸稈纏繞度、振動(dòng)強(qiáng)度、功率消耗和覆秸均勻度的影響,在闡述側(cè)向清秸裝置結(jié)構(gòu)和工作原理基礎(chǔ)上,對(duì)側(cè)向滑切清秸刀齒結(jié)構(gòu)及滑切面工作曲線進(jìn)行了設(shè)計(jì),確定了影響刀齒工作性能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)。應(yīng)用四因素三水平正交試驗(yàn)方法,選取初始半徑、起始滑切角、刀軸角速度和機(jī)具作業(yè)速度為影響因素,以秸稈纏繞度、振動(dòng)強(qiáng)度、當(dāng)量功耗和覆秸均勻度為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)影響機(jī)具作業(yè)性能的刀齒結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)組合進(jìn)行優(yōu)化分析。結(jié)果表明:在初始半徑200mm、起始滑切角30°、刀軸角速度42rad/s、機(jī)具作業(yè)速度7.2km/h條件下,無秸稈纏繞,振動(dòng)強(qiáng)度為159m/s2,當(dāng)量功耗為4.9kW,覆秸均勻度為0.075。對(duì)比試驗(yàn)表明,優(yōu)化后刀齒組合振動(dòng)強(qiáng)度降低了46.5%,當(dāng)量功耗降低了29.7%,工作過程中未出現(xiàn)機(jī)具堵塞現(xiàn)象。
2019, 50(6):52-63. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.006
摘要:針對(duì)現(xiàn)有氣吸式圓盤型精量播種機(jī)播種不同尺寸種子需要更換排種圓盤的缺陷,為節(jié)約成本、提高排種器通用性,基于現(xiàn)有圓盤型排種器,設(shè)計(jì)了一種變粒徑雙圓盤氣吸式精量排種器,無需更換圓盤便可實(shí)現(xiàn)不同粒徑種子的精量播種。闡述了排種器基本結(jié)構(gòu)與工作原理,并對(duì)其工作過程及關(guān)鍵部件進(jìn)行了理論分析,確定了型孔排布、型孔形狀、型孔錐角等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù),運(yùn)用Fluent仿真分析了5種組合型孔對(duì)氣室流場(chǎng)的影響,通過仿真分析獲得了最佳組合型孔參數(shù),并在JSP-12排種試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了排種均勻性試驗(yàn)及正交試驗(yàn),得到排種性能較好時(shí)的負(fù)壓、排種盤轉(zhuǎn)速等參數(shù)的合理范圍。結(jié)果表明:當(dāng)排種器圓盤型孔為60°錐角的倒角型型孔,轉(zhuǎn)速為34.5r/min、負(fù)壓為4.1kPa時(shí),其合格率為90.46%、漏播率為2.59%、重播率為6.94%,排種性能較優(yōu),滿足播種要求。通過田間試驗(yàn)跟蹤觀察種子后續(xù)生長(zhǎng)情況,試驗(yàn)得出排種器的平均合格率90.16%、漏播率2.77%、播種各行排量一致性變異系數(shù)5.34%、總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)4.86%,與傳統(tǒng)排種器相比作業(yè)質(zhì)量顯著提升。
2019, 50(6):64-73. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.007
摘要:為滿足玉米育種試驗(yàn)的播種需要,設(shè)計(jì)了一種種腔自凈型氣吸式精量排種器,該排種器的充種腔與清種腔相互獨(dú)立,排種與清種過程互不干擾,自凈率達(dá)100%。通過考察育種試驗(yàn)用種子的形狀,并結(jié)合育種試驗(yàn)的特點(diǎn),確定了排種器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。對(duì)種子吸附的過程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,并利用EDEM軟件仿真驗(yàn)證了種量較少時(shí)攪種盤的種群擾動(dòng)作用。利用Fluent軟件模擬驗(yàn)證了當(dāng)剩余種子不超過10粒、清種時(shí)間不超過1s的情況下,清種真空度大于3kPa時(shí),可保證剩余種子全部清出。對(duì)育種試驗(yàn)用種子進(jìn)行分級(jí)處理,在真空度3~4kPa范圍內(nèi)進(jìn)行單因素試驗(yàn),結(jié)果表明,清種階段已吸附在吸孔上的任一規(guī)格種子均能正常播種。排種器臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果顯示,播種機(jī)作業(yè)速度小于3.6km/h,真空度6~8kPa,刮種板工作面距離吸孔中心2~4mm范圍內(nèi)時(shí),排種器的漏播率小于1%,重播率小于4%,合格指數(shù)大于95%,各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求,能實(shí)現(xiàn)有效排種,同時(shí)保證清種率達(dá)到100%。排種器田間試驗(yàn)證明,出苗效果符合育種試驗(yàn)的播種要求。
2019, 50(6):74-84,99. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.008
摘要:為精準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水稻穴直播機(jī)播種狀態(tài),提高監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性,以彈射式耳勺型水稻穴直播排種器為研究載體,采用PVDF壓電薄膜為傳感元件,以ATmega328P MCU控制器為核心,基于壓電沖擊法設(shè)計(jì)了水稻穴直播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過分析種群投種軌跡,設(shè)計(jì)了可輔助監(jiān)測(cè)且導(dǎo)種成穴的導(dǎo)種管,確定了PVDF壓電薄膜傳感器的安裝部位。結(jié)合排種器多粒穴播作業(yè)特點(diǎn),確定了4種作業(yè)故障監(jiān)測(cè)算法。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件電路,開發(fā)了藍(lán)牙無線串口傳輸APP,實(shí)現(xiàn)了上、下位機(jī)無線通信。臺(tái)架測(cè)試表明:在不同工況下系統(tǒng)靈敏度均在90.83%及以上,可實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的有效采集。由田間試驗(yàn)得到系統(tǒng)的重播監(jiān)測(cè)精度、漏播監(jiān)測(cè)精度及有效監(jiān)測(cè)精度的平均值的最小值分別為81.79%、80.42%和97.67%,且系統(tǒng)在機(jī)具發(fā)生重播或漏播時(shí)可進(jìn)行聲光報(bào)警。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)滿足水稻穴直播監(jiān)測(cè)要求,有助于提高水稻穴直播作業(yè)質(zhì)量。
張振乾 , 孫意凡 , 劉仁杰 , 張漫 , 李寒 , 李民贊
2019, 50(6):85-92. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.009
摘要:為了能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地獲取聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)過程中的喂入量信息,設(shè)計(jì)了基于割臺(tái)傳動(dòng)軸扭矩的喂入量監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并建立了喂入量預(yù)測(cè)模型。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由信息感知模塊、車載終端和移動(dòng)終端構(gòu)成。信息感知模塊包括扭矩傳感器、霍爾傳感器和GPS模塊等;車載終端將采集信息本地顯示并打包上傳;移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)了對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。在建立喂入量預(yù)測(cè)一元線性回歸模型基礎(chǔ)上,對(duì)扭矩信號(hào)進(jìn)行了雙閾值濾波和低通濾波。田間試驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,通信良好,一元線性回歸模型預(yù)測(cè)決定系數(shù)為0.755。濾波方法能夠有效地濾除噪聲,濾波后預(yù)測(cè)決定系數(shù)提高至0.852,能夠在一定程度上滿足聯(lián)合收獲機(jī)喂入量監(jiān)測(cè)的實(shí)際需要。
蔣建東 , 孫遠(yuǎn)方 , 金驍 , 周倩 , 毛智琳
2019, 50(6):93-99. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.010
摘要:針對(duì)國(guó)內(nèi)外農(nóng)機(jī)裝備智能化發(fā)展及設(shè)備物聯(lián)遠(yuǎn)程網(wǎng)控需求,基于ISO 11783系列標(biāo)準(zhǔn),提出并設(shè)計(jì)了聯(lián)合收獲機(jī)智能CAN總線方案及其應(yīng)用系統(tǒng)。根據(jù)聯(lián)合收獲機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)和智能控制需求,建立了由動(dòng)力CAN總線、設(shè)備管理CAN總線、專用設(shè)備CAN總線1和專用設(shè)備CAN總線2組成的模塊化、可擴(kuò)展的智能農(nóng)機(jī)CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。基于ISO 11783 CAN總線應(yīng)用層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),制定了智能化聯(lián)合收獲機(jī)遠(yuǎn)程網(wǎng)控通信協(xié)議。最后,進(jìn)行了聯(lián)合收獲機(jī)CAN總線應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和實(shí)時(shí)性的通信試驗(yàn)及工程應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明,在500kb/s波特率下,所有總線的負(fù)載率均小于30%,數(shù)據(jù)在3層CAN總線之間傳輸總延時(shí)小于1ms,滿足聯(lián)合收獲機(jī)智能遠(yuǎn)程網(wǎng)控CAN總線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
呂金慶 , 王鵬榕 , 劉志峰 , 李紫輝 , 鄒法毅 , 楊德秋
2019, 50(6):100-109. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.011
摘要:針對(duì)北方粘重土壤條件下馬鈴薯收獲過程中薯秧分離效果不佳的問題,設(shè)計(jì)了一種在不殺秧情況下既適用于大型聯(lián)合收獲機(jī)也適用于分段式馬鈴薯收獲機(jī)的薯秧分離裝置。通過對(duì)該裝置升運(yùn)過程中薯秧的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和分離過程中的力學(xué)分析,建立了一種彈性力學(xué)模型,確定了影響薯秧分離效果的主要因素,得到影響薯秧分離性能的摘秧輥轉(zhuǎn)速范圍和摘秧輥與一級(jí)升運(yùn)分離篩主驅(qū)動(dòng)輥距離范圍等工作參數(shù)。以摘秧輥轉(zhuǎn)速、一級(jí)升運(yùn)分離篩主驅(qū)動(dòng)輥線速度、摘秧輥與一級(jí)升運(yùn)分離篩主驅(qū)動(dòng)輥距離為試驗(yàn)因素,以含雜率為試驗(yàn)指標(biāo),在未進(jìn)行殺秧作業(yè)的條件下進(jìn)行田間試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)摘秧輥與一級(jí)升運(yùn)分離篩主驅(qū)動(dòng)輥距離為2.5mm、摘秧輥轉(zhuǎn)速為9.0r/s、一級(jí)升運(yùn)分離篩主驅(qū)動(dòng)輥線速度為1.6m/s時(shí),含雜率為2.4%,優(yōu)于國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
2019, 50(6):110-118. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.012
摘要:為解決水稻收獲機(jī)械物料抖動(dòng)板表面極細(xì)小濕黏物料粘附的問題,提出了利用界面加熱實(shí)現(xiàn)金屬抖動(dòng)板減粘脫附的方法。以鍍鋅板和不銹鋼板兩種基材為試驗(yàn)部件,以極細(xì)小濕黏水稻物料為試驗(yàn)對(duì)象,構(gòu)建了濕黏水稻物料與金屬抖動(dòng)板表面的粘附界面模型,分析得出水膜的毛細(xì)作用是形成粘附界面的重要原因,揭示了金屬抖動(dòng)板表面加熱對(duì)粘附界面的脫附作用機(jī)理。通過加載加熱脫附試驗(yàn),得到兩種金屬抖動(dòng)板脫附率曲線模型,分析表明,粘附界面加熱可以有效抑制濕黏水稻物料粘附在金屬抖動(dòng)板表面,當(dāng)溫度為50℃時(shí),鍍鋅板和不銹鋼板的脫附率分別達(dá)到61.81%和61.33%。振動(dòng)加熱脫附試驗(yàn)表明,金屬抖動(dòng)板的振動(dòng)強(qiáng)度影響加熱脫附效果,采用較低溫加熱、較高強(qiáng)度振動(dòng)的方案,脫附效果更好,抖動(dòng)板采用40℃加熱,設(shè)定振頻6Hz、振幅40mm的作業(yè)參數(shù),脫附率超過65%,滿足實(shí)際作業(yè)要求。驗(yàn)證試驗(yàn)表明,熱氣流加熱是實(shí)現(xiàn)水稻收獲機(jī)械抖動(dòng)板與濕黏物料減粘脫附的有效方式。
王立軍 , 崔友強(qiáng) , 鄭招輝 , 馮鑫 , 沈?qū)毶?/a> , 李義博
2019, 50(6):119-129. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.013
摘要:為研究不同運(yùn)動(dòng)形式振動(dòng)篩的篩分性能,對(duì)平面往復(fù)、三移動(dòng)一擺動(dòng)、三移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)篩篩面上顆粒的分散程度進(jìn)行分析和試驗(yàn)?;陬w粒非線性跳動(dòng)理論,利用Matlab軟件模擬得出顆粒在不同運(yùn)動(dòng)形式篩面上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);以分散度為試驗(yàn)指標(biāo),利用高速攝像機(jī)對(duì)玉米顆粒在3種振動(dòng)平板上的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤。顆粒在振動(dòng)平板上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律證明了顆粒非線性跳動(dòng)理論分析結(jié)果的正確性,隨著振動(dòng)篩主軸轉(zhuǎn)速逐漸增大,顆粒群在3種振動(dòng)平板上的分散度均呈現(xiàn)先增大、后減小的變化規(guī)律。在振動(dòng)篩主軸最優(yōu)轉(zhuǎn)速下,玉米顆粒群在三移動(dòng)一擺動(dòng)、三移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)篩篩面上的綜合分散度分別為38.96mm和40.73mm,較平面往復(fù)振動(dòng)篩分別提高了14.39%和19.58%。以篩分效率為試驗(yàn)指標(biāo),利用3種振動(dòng)篩篩面進(jìn)行物料篩分試驗(yàn),物料篩分試驗(yàn)結(jié)果表明,顆粒群在3種振動(dòng)篩上的篩分效率由高到低依次為:三移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)篩、三移動(dòng)一擺動(dòng)振動(dòng)篩、平面往復(fù)振動(dòng)篩。物料篩分試驗(yàn)結(jié)果證明了用振動(dòng)平板對(duì)顆粒群分散度進(jìn)行研究的可行性,同時(shí)驗(yàn)證了平板試驗(yàn)結(jié)果的正確性。
戴飛 , 趙武云 , 史瑞杰 , 張鋒偉 , 馬海軍 , 馬明義
2019, 50(6):130-139. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.014
摘要:為實(shí)現(xiàn)全膜雙壟溝覆膜種床機(jī)械化構(gòu)建,針對(duì)地膜全域覆蓋膜上橫腰帶式覆土等要求,設(shè)計(jì)了橫腰帶覆土式全膜雙壟溝覆膜聯(lián)合作業(yè)機(jī),可實(shí)現(xiàn)起壟、施肥、覆膜、覆土及橫腰帶鋪設(shè)與滲水孔打孔的一體化作業(yè)。對(duì)樣機(jī)關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì),確定其旋耕刀組功耗和提土裝置、鎮(zhèn)壓打孔裝置的工作參數(shù),同時(shí)解析了輸土-種床覆土裝置、橫腰帶覆土系統(tǒng)的作業(yè)過程,得到滿足覆膜種床各部位覆土的必要條件。田間試驗(yàn)表明,當(dāng)作業(yè)速度為0.50m/s時(shí),采光面地膜機(jī)械破損程度為38.6mm/m2、種床起壟高度合格率為89.8%、種床壟溝中心距合格率為90.7%、種床膜邊覆土寬度合格率為95.8%、橫腰帶覆土寬度合格率為95.6%、種床覆土厚度合格率為95.2%、橫腰帶覆土間距合格率為93.5%、滲水孔間距合格率為97.1%,試驗(yàn)指標(biāo)均符合國(guó)家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求,試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)和實(shí)際作業(yè)要求。
2019, 50(6):140-147. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.015
摘要:提出一種基于靜電吸附方法分級(jí)去除機(jī)采棉中殘地膜的方法,以新疆阿拉爾地區(qū)種植的新陸早26號(hào)機(jī)采棉為研究對(duì)象,根據(jù)機(jī)采棉中殘地膜曲直形態(tài)與荷電極化程度存在一定的相關(guān)性,利用圖像處理提取機(jī)采棉中各種殘地膜雜質(zhì)特征并進(jìn)行聚類算法分級(jí),將殘地膜分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等級(jí)。搭建靜電吸附分離平臺(tái),對(duì)摻有不同等級(jí)殘地膜的機(jī)采棉進(jìn)行不同荷電時(shí)間、飛入速度、極板電壓下的試驗(yàn),以除雜率為測(cè)定指標(biāo),找出對(duì)應(yīng)級(jí)別殘地膜的最佳參數(shù)組合,以期達(dá)到殘地膜雜質(zhì)與機(jī)采棉的分離最大化。試驗(yàn)表明,對(duì)除雜率影響顯著的因素由大到小為:飛入速度、荷電時(shí)間、極板電壓。摻有Ⅰ級(jí)殘地膜的機(jī)采棉除雜最佳荷電時(shí)間為24s,飛入速度為4.7m/s,極板電壓為39kV,分離率為96.2%;Ⅱ級(jí)最佳荷電時(shí)間為29.8s,飛入速度為5.8m/s,極板電壓為37.6kV,分離率為98.1%;Ⅲ級(jí)最佳荷電時(shí)間為30.1s,飛入速度為3.5m/s,極板電壓為46.2kV,分離率為97.2%。研究結(jié)果表明:基于靜電吸附分級(jí)去除殘地膜的方法可行,能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。
楊洲 , 郭杰 , 金莫輝 , 段潔利 , 付函 , 許澤宇
2019, 50(6):148-155. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.016
摘要:針對(duì)香蕉機(jī)械化落梳過程中出現(xiàn)的自適應(yīng)性差的問題,設(shè)計(jì)了基于恒力機(jī)構(gòu)的可自適應(yīng)環(huán)抱蕉莖插切式香蕉落梳裝置,并對(duì)落梳裝置的徑向自適應(yīng)性和轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)性進(jìn)行了分析。采用兩斜置壓縮彈簧的結(jié)構(gòu),引入負(fù)剛度,再與正剛度的水平壓縮彈簧并聯(lián)組成恒力機(jī)構(gòu),提高了落梳刀具組對(duì)果軸粗細(xì)的徑向自適應(yīng)性,對(duì)恒力機(jī)構(gòu)的力-位移特性曲線和剛度-位移特性曲線進(jìn)行分析,并優(yōu)選關(guān)鍵參數(shù),得出斜置壓縮彈簧的剛度系數(shù)k1=12N/mm,水平壓縮彈簧的剛度系數(shù)k2=3N/mm,初始狀態(tài)斜置壓簧的傾斜角θ0=36.87°,恒力行程對(duì)應(yīng)的落梳刀組包絡(luò)圓直徑范圍為80~100mm,對(duì)應(yīng)的恒力f=180N。在加載有扭簧的虎克鉸鏈基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了可釋放兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的落梳刀盤,根據(jù)測(cè)定的香蕉果軸彎曲度設(shè)置刀盤旋轉(zhuǎn)角范圍為±10°,根據(jù)建立的三維模型中的幾何參數(shù)得出,落梳刀具末端的工作空間是一個(gè)半徑為300mm的球面。對(duì)落梳刀具末端的柔度矩陣進(jìn)行分析,結(jié)果顯示,落梳刀盤旋轉(zhuǎn)角為0°,即刀盤與機(jī)架上底面平行時(shí)線柔度最大,最大值為0.8182mm/N,落梳刀盤旋轉(zhuǎn)角為10°時(shí)線柔度最小,最小值為0.77mm/N,說明落梳刀具末端的線柔度隨刀盤旋轉(zhuǎn)角的增大而減小。試驗(yàn)結(jié)果表明,梳柄切口符合試驗(yàn)指標(biāo)的蕉梳占所有樣本的81.25%,切口質(zhì)量良好,該裝置設(shè)計(jì)合理,且滿足實(shí)際落梳作業(yè)的要求。
趙博 , 王燁 , 董鑫 , 李亞碩 , 姜含露 , 呂程序
2019, 50(6):156-162,172. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.017
摘要:針對(duì)我國(guó)蘇葉人工分選勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、缺乏自動(dòng)分選系統(tǒng)的問題,設(shè)計(jì)了蘇葉在線分選系統(tǒng),該系統(tǒng)由上料單元、檢測(cè)單元、傳輸單元、分選單元、下料單元、供氣系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成。首先對(duì)蘇葉圖像進(jìn)行預(yù)處理,進(jìn)而獲取葉片最小外接圓及其直徑信息,最后根據(jù)確定的轉(zhuǎn)換系數(shù)得到蘇葉尺寸。為便于蘇葉分選控制,設(shè)計(jì)了蘇葉尺寸輸出排序策略。試驗(yàn)結(jié)果表明,利用該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)蘇葉的快速測(cè)量與分選,單幅圖像處理時(shí)間約為0.18s,分選速度約為4片/s,系統(tǒng)測(cè)量總體平均絕對(duì)誤差為0.157cm,總體分選準(zhǔn)確率為90.09%。
盧金玲 , 郭蕾 , 王李科 , 王維 , 郭鵬程 , 羅興锜
2019, 50(6):163-172. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.018
摘要:為研究半開式離心泵葉頂間隙區(qū)域的非定常流動(dòng)特性,應(yīng)用SST k-ω兩方程模型,對(duì)半開式離心泵進(jìn)行了全流道數(shù)值模擬,利用快速傅里葉變換(FFT)將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)域值轉(zhuǎn)換為頻域值,并分析了泄漏渦軌跡與葉片載荷的相關(guān)機(jī)理以及泄漏渦的頻譜特性。結(jié)果表明:泄漏渦渦核與葉片骨線的夾角θ隨著葉尖載荷的變化發(fā)生了周期性脈動(dòng);泄漏渦加劇了葉尖處的流動(dòng)分離,在葉片前緣形成了連接葉片表面與泵殼的渦管;在流量為0.75Qd時(shí),葉頂前緣間隙處擾動(dòng)主信號(hào)為0.51fB,該頻率與二次泄漏以及葉尖處渦管的非定常脈動(dòng)特性相關(guān);隨著流量減小,擾動(dòng)信號(hào)頻率有所波動(dòng),葉尖泄漏渦破碎位置向葉片前緣移動(dòng)。
張林波 , 虞慧怡 , 李岱青 , 賈振宇 , 吳豐昌 , 劉旭
2019, 50(6):173-183. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.019
摘要:生態(tài)產(chǎn)品是我國(guó)在生態(tài)文明建設(shè)理念上的重大變革,為“兩山”理論提供實(shí)踐抓手和物質(zhì)載體,是一個(gè)涉及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、政治等相關(guān)領(lǐng)域的系統(tǒng)性工程,具有重大的戰(zhàn)略作用和現(xiàn)實(shí)意義。但目前生態(tài)產(chǎn)品缺少統(tǒng)一的概念和分類,一定程度上制約了生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)的理論研究及試點(diǎn)實(shí)踐。根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究,將生態(tài)產(chǎn)品定義為生態(tài)系統(tǒng)通過生物生產(chǎn)和與人類生產(chǎn)共同作用為人類福祉提供的最終產(chǎn)品或服務(wù),是與農(nóng)產(chǎn)品和工業(yè)產(chǎn)品并列的、滿足人類美好生活需求的生活必需品。根據(jù)生物生產(chǎn)、人類生產(chǎn)參與的程度以及服務(wù)類型,將生態(tài)產(chǎn)品劃分為公共性生態(tài)產(chǎn)品和經(jīng)營(yíng)性生態(tài)產(chǎn)品兩類。在此基礎(chǔ)上,探索了生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值來源、價(jià)值構(gòu)成及價(jià)值實(shí)現(xiàn)的可能途徑,主要包括生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償、生態(tài)權(quán)屬交易、經(jīng)營(yíng)開發(fā)利用、綠色金融扶持、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、政策制度激勵(lì)等,為生態(tài)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的制定及生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)政策保障的深入研究提供了支撐
2019, 50(6):184-193. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.020
摘要:以江西省贛州市為研究對(duì)象,探索構(gòu)建了基于地理國(guó)情信息的土地資源生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算體系,并將結(jié)果應(yīng)用于江西省贛州市各縣(市、區(qū))土地資源生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)的確定中。研究表明:與常規(guī)的土地利用分類相比,地理國(guó)情信息分類更加細(xì)化,能更為精確地核算土地資源生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。贛州市2015年土地資源的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算為2138.89億元,服務(wù)價(jià)值從大到小依次為調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)、供給服務(wù)和文化服務(wù),且調(diào)節(jié)服務(wù)占比達(dá)70.49%。 2015年各縣(市、區(qū))單位面積土地資源生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)非市場(chǎng)價(jià)值最高的是尋烏縣,但各縣(市、區(qū))不同類型生態(tài)服務(wù)功能的價(jià)值存在差異。從空間分布看,贛州市周邊地區(qū)生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)較高,而中部地區(qū)偏低,且單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值偏低的西北部生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)也較高。
孫濱峰 , 趙紅 , 陳立才 , 舒時(shí)富 , 葉春 , 李艷大
2019, 50(6):194-200. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.021
摘要:植被指數(shù)是對(duì)綠色植被的特定表達(dá),在不同環(huán)境下的效果不同。植被指數(shù)的選擇需要結(jié)合研究區(qū)域的環(huán)境特征。本研究將植被指數(shù)間的相關(guān)系數(shù)集成到基于馬氏距離的植被指數(shù)選擇算法中,根據(jù)所選樣本確定最適宜的植被指數(shù),構(gòu)建決策樹模型,以江西省永豐縣為例,開展區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)類型的識(shí)別研究。該方法首先確定提取對(duì)象,明確對(duì)象類別與對(duì)象間的隸屬關(guān)系,然后逐層逐項(xiàng)地提取濕地、森林、草地、農(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)信息。結(jié)果表明,所提出的植被指數(shù)選擇算法具有較好的適用性;生態(tài)系統(tǒng)識(shí)別的總體精度達(dá)89.11%,構(gòu)建的決策樹模型的分類精度高于傳統(tǒng)方法,可為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)信息提取和生態(tài)系統(tǒng)管理提供研究方法。
2019, 50(6):201-208. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.022
摘要:撂荒地遙感提取方法主要為分類方法和變化檢測(cè)方法。由于撂荒地覆被類型復(fù)雜,容易同草地、灌木混分,導(dǎo)致分類方法的提取精度不高。而變化檢測(cè)方法易受非耕地變化因素干擾,且只能提取監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的新增撂荒,無法提取監(jiān)測(cè)周期之前的歷史撂荒。此外,受遙感數(shù)據(jù)本身的制約,中低分?jǐn)?shù)據(jù)受混合像元干擾而提取能力不足,高分遙感易受地形起伏、云層遮蔽、覆蓋周期長(zhǎng)等因素干擾而損失精度,因此,傳統(tǒng)遙感方法提取撂荒地困難。本研究提出多源數(shù)據(jù)聯(lián)合變化檢測(cè)方法以提取撂荒地。利用多源數(shù)據(jù)的異質(zhì)性和不同方法的互補(bǔ)性,針對(duì)不同類型的撂荒地制定不同的提取策略,并進(jìn)行耦合分析以提取撂荒地。經(jīng)實(shí)地調(diào)查驗(yàn)證,該方法提取總精度達(dá)到97.6%。在此基礎(chǔ)上,提取撂荒地的距離特征、高差特征、灌溉特征和鄰域特征等自然地理指標(biāo),對(duì)其進(jìn)行了顯著性分析,判別了區(qū)域撂荒主導(dǎo)因素,為撂荒驅(qū)動(dòng)力研究、定向提升撂荒地管理提供了依據(jù)。
趙方博 , 岳德鵬 , 楊曉瀟 , 于強(qiáng) , 蘇凱 , 屈志強(qiáng)
2019, 50(6):209-217. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.023
摘要:為了解草原植被恢復(fù)效果和理解草原生態(tài)系統(tǒng)彈性特征,以錫林郭勒草原國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)為對(duì)象,在ArcGIS、Fragstats等軟件支持下,從景觀格局穩(wěn)定性(LPS)、生態(tài)敏感性(LES)和人類活動(dòng)干擾3個(gè)維度建立概念化景觀空間彈性模型(LSR),分析評(píng)價(jià)了研究區(qū)景觀空間生態(tài)敏感性和彈性特征。研究結(jié)果表明:草地、林地等景觀格局穩(wěn)定性較高,尤其是核心區(qū),但LPS值遠(yuǎn)低于理論最優(yōu)值,亟待提升;自然保護(hù)區(qū)內(nèi)近60%的景觀空間生態(tài)敏感性達(dá)到中度敏感,絕大多數(shù)類型的核心區(qū)及其緩沖區(qū)處于中高度敏感性水平,且從核心區(qū)到緩沖區(qū)高度敏感性面積占比呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì);由于自然和人為活動(dòng)雙重作用影響,整個(gè)自然保護(hù)區(qū)中度以下低彈性區(qū)域面積比超過70%,從核心區(qū)到外部實(shí)驗(yàn)區(qū),極低度彈性的空間范圍不斷增大,保護(hù)區(qū)60%以上區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)植被恢復(fù);根據(jù)景觀空間彈性表現(xiàn),10.53%的區(qū)域需要重點(diǎn)保護(hù),這些區(qū)域分布在保護(hù)功能區(qū)C區(qū)東部、E區(qū)西北部和D、E兩區(qū)交匯地帶。景觀空間彈性框架及其概念化模型能綜合考慮景觀格局穩(wěn)定性和景觀空間生態(tài)敏感性,這對(duì)評(píng)價(jià)認(rèn)識(shí)草原類自然保護(hù)地景觀空間彈性特征、有針對(duì)性地制定草原植被恢復(fù)方案和優(yōu)化保護(hù)功能區(qū)具有積極的指導(dǎo)作用。
李旭青 , 劉世盟 , 李龍 , 金永濤 , 范文磊 , 吳伶
2019, 50(6):218-225. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.024
摘要:為探討如何利用遙感影像自動(dòng)解譯技術(shù),實(shí)現(xiàn)冬小麥種植情況統(tǒng)計(jì)調(diào)查、提高提取精度,選擇冬小麥關(guān)鍵生育期6個(gè)時(shí)相的高分二號(hào)遙感影像數(shù)據(jù),分別從6個(gè)時(shí)相的近紅外灰度(NIR)、紅波段灰度(R)、綠波段灰度(G)、藍(lán)波段灰度(B)、比值植被指數(shù)(RVI)、歸一化植被指數(shù)(NDVI)6個(gè)特征中優(yōu)選出對(duì)冬小麥面積提取最敏感的1個(gè)特征作為輸入變量,每個(gè)時(shí)相選擇1個(gè)特征,6個(gè)時(shí)相共選出6個(gè)特征作為輸入變量,利用隨機(jī)森林算法構(gòu)建模型,提取冬小麥空間分布特征。選擇研究區(qū)不同長(zhǎng)勢(shì)、不同種植品種的地塊樣本構(gòu)建訓(xùn)練集,利用多時(shí)相特征構(gòu)建模型,并將模型推廣應(yīng)用于整個(gè)大廠回族自治縣,得到大廠回族自治縣冬小麥的空間分布情況。通過與統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比分析,經(jīng)過多時(shí)相特征優(yōu)選構(gòu)建的模型對(duì)冬小麥的識(shí)別精度接近90%。經(jīng)過樣本優(yōu)化和后期處理仍可提升精度,此方法能在保證提取精度的前提下對(duì)冬小麥進(jìn)行快速提取,提高相應(yīng)的工作效率。
李旭青 , 李龍 , 莊連英 , 劉瑋琦 , 劉湘南 , 李杰
2019, 50(6):226-232. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.025
摘要:自然農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中,農(nóng)作物的各種生化參數(shù)受重金屬污染脅迫后雖表現(xiàn)異常,但其特征往往極為微弱,極不穩(wěn)定。利用處理非穩(wěn)定信號(hào)方法中常用的信號(hào)處理方法——小波分析法(Db-5),對(duì)水稻的光譜反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,有效提取光譜信號(hào)中受重金屬污染脅迫而潛藏的一些“突變”弱信息。利用Db-5小波基進(jìn)行小波變換,從中選取具有異常光譜特征的奇異點(diǎn),利用奇異點(diǎn)對(duì)應(yīng)波段(716、745、766nm)的光譜反射率構(gòu)建反向傳播(BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,對(duì)水稻冠層4種重金屬含量進(jìn)行反演。將利用模型得到的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果表明,基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水稻冠層重金屬含量反演模型對(duì)于實(shí)驗(yàn)區(qū)鎘、鉛、汞、砷4種重金屬脅迫,具有良好的反演效果。
2019, 50(6):233-240. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.026
摘要:為探討數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中LM(Levenberg-Marquardt)算法在土壤表層(約1cm)含水率遙感監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用,選取黃綿土、粘黃土、紅土為試驗(yàn)材料,配制含水率分別為0、6%、10%、14%、18%、22%的土壤樣本,在09:00—10:00和15:00—16:00時(shí)間段進(jìn)行可見光采樣,并對(duì)圖像亮度進(jìn)行梯度處理,以此模擬全天光線變化。采用樣本實(shí)測(cè)含水率及圖像RGB三階顏色矩?cái)?shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)集,對(duì)上午、下午樣本和兩時(shí)間段混合樣本采用LM算法建立含水率回歸模型,并與BP(Back propagation)算法和分類回歸樹(Classification and regression trees,CART)算法進(jìn)行比較。結(jié)果表明,基于土壤表層RGB顏色矩的LM算法具有較好的應(yīng)用效果,混合樣本不同土樣回歸模型決定系數(shù)R2分別為0.958、0.943、0.949,均方根誤差(RMSE)分別為1.6%、2.0%、1.9%,相對(duì)分析誤差(RPD)分別為4.873、4.183、4.440。不同光照時(shí)的混合樣品分析結(jié)果表明,LM算法適用于不同光線采集樣品的土壤含水率監(jiān)測(cè),適用于土壤表層(約1cm)含水率的監(jiān)測(cè)。
張宏鳴 , 王斌 , 韓文霆 , 楊江濤 , 蒲攀 , 蔚繼承
2019, 50(6):241-248. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.027
摘要:為快速準(zhǔn)確獲取灌區(qū)渠系分布信息,科學(xué)調(diào)配區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源、提高水資源利用率,通過基于全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Fully convolutional networks,F(xiàn)CN)的語義分割模型進(jìn)行渠系輪廓提取。利用無人機(jī)采集正射影像并進(jìn)行標(biāo)注,以VGG-19網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),通過多尺度特征融合的方式實(shí)現(xiàn)FCN-8s結(jié)構(gòu),使用Tensorflow深度學(xué)習(xí)框架構(gòu)建FCN渠系提取模型;對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)增強(qiáng),分割后放入FCN模型中訓(xùn)練、測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,針對(duì)不同復(fù)雜程度的測(cè)試區(qū)域,F(xiàn)CN模型的提取準(zhǔn)確度、完整度、精度均高于支持向量機(jī)方法和改進(jìn)霍夫變換方法,均值分別為95.78%、92.29%、89.45%。結(jié)果表明,該方法能夠?qū)崿F(xiàn)灌區(qū)渠系輪廓的高精度提取,具有較好的泛化性和魯棒性。
孫圣 , 張勁松 , 孟平 , 汪貴斌 , 尹昌君 , 王鑫梅
2019, 50(6):249-256. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.028
摘要:為了探究和量化利用紅外熱成像系統(tǒng)進(jìn)行核桃冠層溫度測(cè)量過程中所產(chǎn)生的不確定性,利用A310f型紅外熱像儀在核桃園區(qū)對(duì)樣本樹冠層進(jìn)行為期20d的高頻連續(xù)觀測(cè),對(duì)樣本樹進(jìn)行了不同方向(東、西、南、北)和不同高度角(10°、30°、45°、60°、80°)的冠層溫度測(cè)量。首先,對(duì)5個(gè)重要參數(shù)的敏感性進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)冠層溫度受葉片輻射率(εleaf)影響最大,受環(huán)境反射溫度(Trefl)影響次之,受空氣溫度(Ta)和空氣相對(duì)濕度(RH)影響較小,對(duì)距離(D)變化不敏感。其次,對(duì)3棵樣本樹與4個(gè)方向的冠層溫度進(jìn)行雙因素方差分析,結(jié)果表明,各方向之間達(dá)到了顯著性水平(P<0.05),進(jìn)一步通過多重比較確定了南、北兩個(gè)方向存在顯著性差異(P<0.05),其他各方向之間差異不顯著。對(duì)不同高度角的分析表明,5個(gè)高度角之間不存在顯著的溫度差異。然后,通過溫度廓線法直接觀察到冠層外部溫度高于內(nèi)部溫度,同時(shí),溫度頻數(shù)直方圖反映出像素點(diǎn)呈現(xiàn)雙峰分布特征,冠層像素點(diǎn)的峰值溫度為25.1℃。最后,對(duì)冠層內(nèi)外溫度進(jìn)行方差分析,結(jié)果表明,兩者之間存在極顯著性差異(P<0.01)。
2019, 50(6):257-264. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.029
摘要:系統(tǒng)研究了農(nóng)業(yè)高光譜數(shù)據(jù)中少數(shù)類的分類質(zhì)量問題。為了提升少數(shù)類的分類質(zhì)量,提出采用過采樣SMOTE技術(shù)增加少數(shù)類新樣本,同時(shí)研究了SMOTE技術(shù)中新樣本生成策略和少數(shù)類采樣倍率對(duì)高光譜數(shù)據(jù)中少數(shù)類分類結(jié)果的影響,以及不平衡數(shù)據(jù)集上分類器與模型的匹配度。在新的采樣數(shù)據(jù)集上采用多類分類SVC技術(shù)對(duì)少數(shù)類分類,提升了非均衡高光譜數(shù)據(jù)集中少數(shù)類的分類質(zhì)量。在真實(shí)數(shù)據(jù)集上進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,并對(duì)不同的分類方法和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比和分析,結(jié)果表明,本文方法能夠顯著地提高非均衡高光譜數(shù)據(jù)中少數(shù)類分類效果,平均分類精度不小于0.82,平均召回率提升幅度為11.11%~26.15%,F(xiàn)1提升幅度為5.81%~40.85%。
2019, 50(6):265-271,298. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.030
摘要:針對(duì)基于指紋的無線傳感網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位,提出了一種基于核隱變量正交投影(Kernelbased orthogonal projection to latent structures, K-OPLS)的定位算法。在O-PLS的模型框架下,K-OPLS算法應(yīng)用“核技巧”將描述變量映射至高維特征空間,給出了描述變量和響應(yīng)變量之間的非線性關(guān)系,以實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的預(yù)測(cè)成分及與響應(yīng)-正交成分的計(jì)算。K-OPLS算法集核偏最小二乘建模和正交信號(hào)校正預(yù)處理方法于一體,在一定程度上有效地改進(jìn)了模型性能,增強(qiáng)了模型解釋性?;赗SSI指紋信息,構(gòu)建錨節(jié)點(diǎn)與處于參考位置的非錨節(jié)點(diǎn)之間的非線性映射關(guān)系,K-OPLS算法可以實(shí)現(xiàn)WSN的室內(nèi)定位跟蹤。將所提出的算法應(yīng)用于仿真與物理環(huán)境下的不同實(shí)例中,在同等條件下,還與核嶺回歸(KRR)、核極限學(xué)習(xí)機(jī)(KELM)、核信噪比(KSNR)、核偏最小二乘(KPLS)、核自適應(yīng)濾波等其他核學(xué)習(xí)算法進(jìn)行比較。仿真實(shí)驗(yàn)中,基于小波核的WK-OPLS算法在無噪聲和有噪聲環(huán)境下的跟蹤估計(jì)誤差分別為0.2326、1.3205m。物理實(shí)驗(yàn)中,基于小波核的該算法跟蹤估計(jì)誤差為0.2493m。實(shí)驗(yàn)結(jié)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。
2019, 50(6):272-279. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.031
摘要:食品安全數(shù)據(jù)具有多源、關(guān)聯(lián)和不確定性等特征,數(shù)據(jù)的項(xiàng)目、項(xiàng)目的屬性以及相鏈接數(shù)目較多,數(shù)據(jù)內(nèi)部潛在關(guān)系不明晰,需要研究能夠進(jìn)行關(guān)系挖掘的可視視圖。針對(duì)食品安全領(lǐng)域數(shù)據(jù)分析的實(shí)際需求,采用圓環(huán)布局、節(jié)點(diǎn)鏈接布局等元素,對(duì)數(shù)據(jù)間的簡(jiǎn)單關(guān)系和層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行展示;結(jié)合同心圓布局、散點(diǎn)圖、熱力圖元素和動(dòng)態(tài)過濾以及數(shù)據(jù)聚類技術(shù),在展示數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)性質(zhì)的同時(shí),揭示數(shù)據(jù)間的潛在關(guān)聯(lián)關(guān)系,并綜合以上視圖提出了一種挖掘數(shù)據(jù)關(guān)系的可視分析圖ExploreView。應(yīng)用于國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局抽檢數(shù)據(jù)集,使用立方體隱喻組織數(shù)據(jù),二分圖定義任務(wù)需求,完成可視編碼,進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)系探索,為可能發(fā)生的食品安全事件提供預(yù)警,定位重點(diǎn)監(jiān)管對(duì)象,為制定新的食品安全規(guī)章制度提供參考。
2019, 50(6):280-287. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.032
摘要:針對(duì)當(dāng)前“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)與林業(yè)的交叉融合,涌現(xiàn)出海量待挖掘的涉林文本,而林業(yè)文本分類的相關(guān)研究尚不成熟的問題,使用網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)面向互聯(lián)網(wǎng)采集涉林文本,基于豐富的語料重新構(gòu)建分類標(biāo)簽,提出基于Spark計(jì)算框架的XGBoost并行化方法,對(duì)林業(yè)文本進(jìn)行分類。經(jīng)由交叉驗(yàn)證,構(gòu)建的XGBoost并行分類算法準(zhǔn)確率為0.9234,在各類別中最低F1為0.8604,最高為0.9984;其在2.1萬條、4.2萬條、8.4萬條數(shù)據(jù)集上的訓(xùn)練加速比分別為2.13、3.47、3.82。結(jié)果表明,基于該標(biāo)簽設(shè)定的分類模型對(duì)現(xiàn)存互聯(lián)網(wǎng)中涉林文本的適應(yīng)性較好;Spark環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的XGBoost并行化算法的準(zhǔn)確率顯著優(yōu)于其他4種機(jī)器學(xué)習(xí)(樸素貝葉斯、GBDT決策樹、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和ELM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法)的并行化算法,算法執(zhí)行效率遠(yuǎn)高于單機(jī)版本,且數(shù)據(jù)量越大,其加速比越高,能有效應(yīng)對(duì)海量林業(yè)文本的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確分類。
王永千 , 趙鵬飛 , 范利鋒 , 王子洋 , 黃嵐 , 王忠義
2019, 50(6):288-298. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.033
摘要:根區(qū)阻抗譜技術(shù)可以很好地展現(xiàn)根區(qū)水分、生物量等動(dòng)態(tài)變化。針對(duì)相鄰激勵(lì)策略下的基質(zhì)根區(qū)100Hz~2MHz范圍內(nèi)阻抗譜測(cè)量中出現(xiàn)的問題,進(jìn)行總結(jié)、分析,并提出了解決方法。進(jìn)行了延長(zhǎng)通道對(duì)測(cè)量的影響實(shí)驗(yàn),分析對(duì)比了單端口網(wǎng)絡(luò)和雙端口網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償策略,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,純基質(zhì)的測(cè)量,單端口網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償方法是最佳選擇,其步驟簡(jiǎn)潔且補(bǔ)償效果顯著。通過延長(zhǎng)電極長(zhǎng)度,使自然條件下阻抗譜可被準(zhǔn)確測(cè)量的含水率變化范圍增大,電極由3mm增長(zhǎng)至8mm時(shí),適用的含水率范圍從8.35%增大至11.27%,是原有含水率范圍的1.35倍,有效地減弱了含水率下降時(shí)對(duì)電極與基質(zhì)耦合的影響。分析了不同電極長(zhǎng)度下的數(shù)據(jù)差異以及電極幾何參數(shù)的影響,結(jié)果表明,電極長(zhǎng)度變化并未對(duì)數(shù)據(jù)的整體趨勢(shì)變化造成顯著影響。同時(shí),對(duì)測(cè)量中高頻時(shí)出現(xiàn)負(fù)電阻數(shù)據(jù)的原因進(jìn)行了分析探討。
2019, 50(6):299-305. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.034
摘要:利用微納米發(fā)泡器對(duì)微咸水進(jìn)行加氧處理,并對(duì)加氧微咸水入滲條件下的土壤水鹽運(yùn)移特征及對(duì)入滲模型參數(shù)影響開展了研究。結(jié)果表明,在微咸水不同溶氧量入滲條件下,入滲時(shí)間相同時(shí),累積入滲量和濕潤(rùn)鋒深度隨溶氧量增加先增加后減小,微咸水溶氧量為14.0mg/L時(shí)累積入滲量和濕潤(rùn)鋒深度最大。相比于其他處理,微咸水溶氧量為14.0mg/L時(shí)能加快水分入滲,增加土壤體積含水率。此外,相比于不加氧處理,不同加氧水平入滲均能提高灌溉水脫鹽效率。同時(shí),利用現(xiàn)有入滲模型對(duì)入滲過程進(jìn)行了定量分析,結(jié)果顯示代數(shù)模型和PHILIP模型都能準(zhǔn)確描述加氧微咸水入滲過程,而且模型參數(shù)與微咸水溶氧量存在函數(shù)關(guān)系。PHILIP模型中吸滲率隨著微咸水溶氧量的增加呈先增加后減小的趨勢(shì),最大值出現(xiàn)在14.0mg/L,代數(shù)模型中綜合形狀系數(shù)則呈現(xiàn)相反的規(guī)律,最小值出現(xiàn)在14.0mg/L,且代數(shù)模型可較好描述加氧微咸水一維垂直入滲條件下的土壤含水率分布。
毛鑫 , 楊建利 , 朱曉華 , 何川 , 馮浩 , 何建強(qiáng)
2019, 50(6):306-314. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.035
摘要:在陜西關(guān)中地區(qū)進(jìn)行了連續(xù)6年(2009年9月—2015年5月)的冬油菜非充分灌溉試驗(yàn),利用STICS、DSSAT和APSIM 3種不同模型對(duì)冬油菜物候期和產(chǎn)量等進(jìn)行模擬,比較了3種不同模型的模擬精度。結(jié)果表明,3種模型中STICS模擬精度最高,平均RARE為3.24%,APSIM模型次之,平均RARE為8.79%,DSSAT模型最差,平均RARE為11.38%。其中STICS模型對(duì)物候期和產(chǎn)量的模擬精度均為最高,DSSAT模型對(duì)物候期的模擬精度高于APSIM模型,而APSIM模型對(duì)產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)的模擬精度高于DSSAT模型。由于2012—2013年生育期內(nèi)降水量較低,3種模型的模擬精度均較低,說明3個(gè)模型對(duì)干旱脅迫條件下的作物生長(zhǎng)模擬均存在一定不足。綜合比較,STICS模型的模擬精度高于DSSAT和APSIM模型,因此推薦STICS模型為關(guān)中地區(qū)冬油菜生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成模擬的適宜模型。
范雷雷 , 史海濱 , 李瑞平 , 苗慶豐 , 孫娜 , 王艷明
2019, 50(6):315-321,337. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.036
摘要:針對(duì)河套灌區(qū)農(nóng)田規(guī)格不合理問題,為探求變化環(huán)境下適宜的畦灌灌水技術(shù)要素,在不同畦田寬度下進(jìn)行田間灌水試驗(yàn),采用模型模擬與回歸分析方法,分析了畦灌水流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及灌水質(zhì)量變化情況。結(jié)果表明:畦田寬度為18~23m時(shí)灌水質(zhì)量不佳,灌水效率、灌水均勻度僅分別為59.78%~77.40%和84.61%~87.02%,盡管此時(shí)儲(chǔ)水效率為100%,但其灌水效果仍然較差;畦田寬度縮小到10~15m時(shí),灌水效率為70.20%~87.00%,灌水均勻度為86.77%~90.80%,灌水質(zhì)量最好;當(dāng)縮小畦田寬度到5m時(shí),灌水質(zhì)量反而降低。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合田間實(shí)測(cè)資料,通過模型模擬、均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)以及多元回歸分析相結(jié)合的方法,構(gòu)建了包含灌水效率、灌水均勻度以及儲(chǔ)水效率的單目標(biāo)優(yōu)化模型(Single objective optimization model),將單寬流量和灌水時(shí)間作為決策變量,采用冒泡排序法(Bubble sort method)對(duì)模型進(jìn)行求解,得到畦灌適宜的單寬流量和灌水時(shí)間組合,根據(jù)示范區(qū)實(shí)際入田流量,初步確定最優(yōu)畦田寬度為10.7~14.2m。研究結(jié)果為灌區(qū)節(jié)水改造設(shè)計(jì)、水資源高效利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了理論依據(jù)。
2019, 50(6):322-330. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.037
摘要:針對(duì)灌區(qū)小型渠道數(shù)目多、需測(cè)控的斷面多、而宜采用的移動(dòng)式量水設(shè)備仍不夠完善的問題,借鑒移動(dòng)式薄板量水槽和圓柱量水槽的優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種便攜式板柱結(jié)合型量水槽,在分析量水槽測(cè)流機(jī)理的基礎(chǔ)上,開展原型試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究,并應(yīng)用量綱分析法建立測(cè)流公式。結(jié)果表明,量水槽具有較好的水位-流量關(guān)系,上游壅水高度在1.85~13.69cm之間,臨界淹沒度在0.70~0.91之間,槽前弗汝徳數(shù)均小于0.5;板柱結(jié)合型量水槽比現(xiàn)有的圓柱量水槽和帶尾翼的圓頭量水槽體型小,便攜度高,流線分布稍差,上游壅水高度稍大,臨界淹沒度稍低,但能滿足灌區(qū)測(cè)流要求;量水槽測(cè)流精度高,平均測(cè)流相對(duì)誤差為2.07%。
2019, 50(6):331-337. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.038
摘要:采用一步水熱法原位合成工藝制備了Ni-Zn/玄武巖復(fù)合催化劑,對(duì)催化劑微觀形貌和表面元素分布進(jìn)行了表征。以松木顆粒為原料、水蒸氣為氣化劑,采用下吸式管式氣化爐實(shí)驗(yàn)平臺(tái),研究了Ni-Zn/玄武巖復(fù)合材料在不同溫度下高溫蒸汽的催化氣化效果,通過考察氣體組分變化,探討Ni-Zn/玄武巖復(fù)合催化劑催化性能隨溫度變化的規(guī)律,并與無催化劑和以白云石為催化劑的催化性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:水熱反應(yīng)溫度為130℃,反應(yīng)時(shí)間為12h時(shí),Ni、Zn能很好地負(fù)載在玄武巖纖維表面;與不加催化劑和加入白云石催化劑相比,Ni-Zn/玄武巖復(fù)合催化劑氣化溫度在950℃時(shí)催化效率明顯提升,氫氣體積分?jǐn)?shù)增加明顯,分別由無催化劑時(shí)的58.6%、加入白云石催化劑時(shí)的50.02%升高至63.28%。
2019, 50(6):338-343,378. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.039
摘要:為了實(shí)現(xiàn)小麥含水率的快速檢測(cè),采用微波自由空間測(cè)量法研究了信號(hào)頻率(1~4GHz)、溫度(10~40℃)、含水率(11.35%~17.79%)和容積密度(低、高)對(duì)小麥相對(duì)介電常數(shù)的影響,分析了影響相對(duì)介電常數(shù)變化的原因,建立了不同頻率下小麥含水率的預(yù)測(cè)模型,并對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果表明,在1~4GHz頻段內(nèi),小麥的相對(duì)介電常數(shù)隨含水率、溫度和容積密度的增大而增大,隨著信號(hào)頻率的增大而減??;所建立的支持向量機(jī)模型取得了很好的預(yù)測(cè)效果,對(duì)比于單頻和多頻,全頻下的預(yù)測(cè)模型最優(yōu),其預(yù)測(cè)集相關(guān)系數(shù)、預(yù)測(cè)集均方根誤差和剩余預(yù)測(cè)偏差分別達(dá)到了0.9929、0.0513%和18.67。研究表明,微波自由空間法可用于檢測(cè)小麥含水率。
呂豪 , 呂黃珍 , 王雷 , 呂為喬 , 萬麗娜 , 趙丹
2019, 50(6):344-351,248. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.040
摘要:針對(duì)微波干燥中場(chǎng)強(qiáng)分布不均、物料微波能吸收能力不同導(dǎo)致的微波加熱不均勻現(xiàn)象,結(jié)合微波干燥的高效性、流態(tài)化干燥的均勻性以及熱風(fēng)干燥輔助去除水汽的功能,設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)干燥均勻性的微波-熱風(fēng)振動(dòng)流化床干燥機(jī),主要由振動(dòng)流化床系統(tǒng)、熱風(fēng)系統(tǒng)、微波加熱系統(tǒng)、測(cè)溫系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。采用Ansoft HFSS軟件對(duì)微波加熱倉磁控管不同開口位置進(jìn)行仿真分析,得到多饋口激勵(lì)最佳方案。結(jié)果顯示,物料高度距離箱底不變的情況下,4個(gè)微波饋入端口的位置相對(duì)于原始端口位置外移30mm,物料表面場(chǎng)強(qiáng)分布更加均勻。以新鮮毛豆仁為例,對(duì)該機(jī)的性能和加熱均勻性進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明:設(shè)計(jì)方案和控制系統(tǒng)方案可靠,微波-熱風(fēng)振動(dòng)流化床干燥下毛豆仁的干燥時(shí)間為54min,比單獨(dú)微波流化床干燥的干燥時(shí)間縮短34.1%,比微波-熱風(fēng)組合干燥的干燥時(shí)間縮短12.9%且產(chǎn)品均勻性顯著提高。
呂為喬 , 宿佃斌 , 王天行 , 趙丹 , 馬季威 , 李棟
2019, 50(6):352-358. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.041
摘要:為了改善微波干燥果蔬的物料特性,通過搭建的微波-熱風(fēng)滾動(dòng)床干燥(Microwave-hotairflow rolling drying, MARD)試驗(yàn)臺(tái),研究了胡蘿卜片在MARD不同干燥階段的熱像變化,通過低場(chǎng)核磁共振分析與成像(Low-field nuclear magnetic resonance analysis and imaging, NMR/MRI)研究了胡蘿卜片在MARD不同干燥階段水分狀態(tài)和水分分布,試驗(yàn)還測(cè)得在對(duì)應(yīng)干燥階段胡蘿卜片介電常數(shù)ε′和介電損耗因子ε″的變化規(guī)律。通過分析物料的脫水過程和干燥品質(zhì)發(fā)現(xiàn),MARD過程干燥速度逐漸降低,物料溫度分布均勻,隨著干燥進(jìn)行溫度穩(wěn)定在設(shè)定范圍;NMR波譜下的水分信號(hào)量逐漸降低且主峰向左移,水分的活躍程度降低;MRI信號(hào)顯示,MARD干燥過程中水分分布均勻;隨著MARD進(jìn)行,物料介電常數(shù)ε′和介電損耗因子ε″顯著降低,邊緣部位介電損耗比心部低,隨著干燥的進(jìn)行,這種差別逐漸減小,說明由介電特性差異導(dǎo)致的微波干燥不均的影響在MARD過程中減弱。
2019, 50(6):359-364. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.042
摘要:應(yīng)用色敏傳感器陣列(CSA)結(jié)合可見/近紅外(Vis-NIR)光譜檢測(cè)技術(shù),對(duì)大米儲(chǔ)藏時(shí)間進(jìn)行鑒別。大米按不同儲(chǔ)藏期(0、1、2、4、6個(gè)月)分為5組。色敏傳感器由氟硼吡咯類色敏材料制成,與大米揮發(fā)性氣體發(fā)生反應(yīng)后,分別提取色敏材料的光譜數(shù)據(jù)。光譜數(shù)據(jù)經(jīng) SNV算法預(yù)處理后,用Si-PLS算法提取3類光譜數(shù)據(jù)的最佳光譜區(qū)間并合成一個(gè)數(shù)據(jù)集。分別用遺傳算法(GA)、無信息變量消除法(UVE)和蟻群算法(ACO)提取光譜變量。并結(jié)合主成分分析(PCA)和線性判別分析(LDA)進(jìn)行模式識(shí)別。結(jié)果表明,用Si-PLS-UVE提取的光譜變量建立的LDA預(yù)測(cè)模型正確識(shí)別率最高。取主成分?jǐn)?shù)為9時(shí),訓(xùn)練集正確識(shí)別率為98%,校正集正確識(shí)別率為96%,為大米儲(chǔ)藏時(shí)間的檢測(cè)提供了一種可行的方法
謝新華 , 毋修遠(yuǎn) , 沈玥 , 張蓓 , 徐超 , 張艷杰
2019, 50(6):365-370. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.043
摘要:利用核磁共振儀(NMR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、傅里葉變換紅外(FITR)、差示掃描量熱儀(DSC)和旋轉(zhuǎn)流變儀(DHR)測(cè)定不同加水量下面筋蛋白的水分分布、微觀結(jié)構(gòu)、蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)特性和流變學(xué)特性。結(jié)果表明,隨加水量增大,面筋蛋白中結(jié)合水相對(duì)含量顯著下降5.15個(gè)百分點(diǎn),自由水相對(duì)含量顯著升高8.21個(gè)百分點(diǎn),弱結(jié)合水相對(duì)含量先增大后降低;面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)孔洞更加密集,孔徑更加細(xì)小,但當(dāng)加水量大于160%后,網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度減弱;面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)表明,當(dāng)加水量小于等于130%,隨加水量增大,二級(jí)結(jié)構(gòu)中β轉(zhuǎn)角及無規(guī)則卷曲相對(duì)含量顯著下降,α-螺旋、β-折疊相對(duì)含量顯著增大,當(dāng)加水量大于130%,面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)減緩,且無明顯變化規(guī)律;面筋蛋白熱變性峰值溫度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),當(dāng)加水量為150%時(shí),取得最大值82.4℃,表明其熱力學(xué)穩(wěn)定性隨水分增加而得到提升;面筋蛋白儲(chǔ)能模量G′及損耗模量G″均呈下降趨勢(shì),加水量大于130%時(shí)下降趨勢(shì)減緩,且加水量150%時(shí)其彈性高于140%加水量。由此表明,150%是面筋蛋白的較優(yōu)加水量。
朱成偉 , 劉洋 , 莊曄 , 高學(xué)亮 , 陳強(qiáng)
2019, 50(6):371-378. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.044
摘要:通過對(duì)現(xiàn)階段評(píng)價(jià)輪胎滾阻特性的總結(jié)及對(duì)輪胎滾阻產(chǎn)生機(jī)理的分析,提出了一種基于簡(jiǎn)易輪胎試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試的滾阻特性評(píng)價(jià)方法,利用半功率帶寬法對(duì)輪胎試驗(yàn)?zāi)B(tài)幅頻特性進(jìn)行計(jì)算,得到不同輪胎的阻尼比,以此評(píng)價(jià)其滾阻特性。試驗(yàn)結(jié)果表明,輪胎試驗(yàn)?zāi)B(tài)幅頻特性的半功率帶寬與其滾動(dòng)阻力有密切關(guān)系,且呈正相關(guān),其半功率帶寬越大,一階共振能量越分散,輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)就越大。該結(jié)果進(jìn)一步表明,不同輪胎的模態(tài)阻尼比與其滾動(dòng)阻力系數(shù)之間具有很好的一致性,輪胎的阻尼比越大,其滾動(dòng)阻力系數(shù)越大。本方法能夠定性評(píng)價(jià)輪胎滾阻特性,從而提高輪胎滾動(dòng)阻力測(cè)試效率,降低測(cè)試成本。
2019, 50(6):379-388. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.045
摘要:針對(duì)單電機(jī)驅(qū)動(dòng)型式的電動(dòng)拖拉機(jī)難以滿足農(nóng)田作業(yè)多工況的問題,提出了一種基于行星齒輪耦合的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。根據(jù)電動(dòng)拖拉機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案,按多種作業(yè)類型對(duì)雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行分析。采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)模型和理論模型相結(jié)合的方法,建立電動(dòng)拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件效率模型和整機(jī)縱向動(dòng)力學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上搭建了電動(dòng)拖拉機(jī)控制仿真試驗(yàn)?zāi)P?。針?duì)不同驅(qū)動(dòng)模式設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)綜合控制策略,通過仿真試驗(yàn)得到兩電機(jī)的功率分配規(guī)則。在搭建的傳動(dòng)性能試驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行恒定負(fù)載試驗(yàn)和牽引性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,兩種試驗(yàn)條件下,主、副電機(jī)的功率分配比變化范圍為1.07~2.73,恒定負(fù)載試驗(yàn)中,功率分配比為1.88時(shí)系統(tǒng)效率最高,牽引性能試驗(yàn)時(shí),功率分配比為1.86時(shí)系統(tǒng)效率最高。雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠跟隨負(fù)載變化按照功率分配規(guī)則實(shí)現(xiàn)兩電機(jī)的功率分配,滿足作業(yè)負(fù)載的同時(shí)降低了功率損耗。
2019, 50(6):389-396,404. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.046
摘要:引入功率密度的概念,提出功率密度與時(shí)頻分析相融合的疲勞壽命預(yù)測(cè)方法,研究了應(yīng)力幅值和載荷頻率2個(gè)因素對(duì)大功率拖拉機(jī)關(guān)鍵零部件疲勞壽命的影響。以某型號(hào)88kW拖拉機(jī)為研究對(duì)象,在實(shí)際調(diào)研、用戶反饋和有限元分析的基礎(chǔ)上,確定變速箱殼體疲勞損傷危險(xiǎn)點(diǎn)位置,搭建動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng),采集拖拉機(jī)不同作業(yè)工況下的應(yīng)力-時(shí)間歷程。基于實(shí)測(cè)載荷,利用功率密度與時(shí)頻分析相融合的疲勞壽命分析方法對(duì)拖拉機(jī)變速箱殼體的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè),得到危險(xiǎn)點(diǎn)的疲勞壽命為24001h,與基于Miner損傷理論和名義應(yīng)力法分析得到的疲勞壽命(35676h)相比較,更接近實(shí)際工作壽命。本研究可為農(nóng)機(jī)裝備關(guān)鍵零部件的疲勞壽命預(yù)測(cè)提供更符合實(shí)際的分析方法
2019, 50(6):397-404. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.047
摘要:針對(duì)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)分析與綜合理論方法存在綜合結(jié)果不完整、無法適用于彎曲平移機(jī)構(gòu)等問題,提出了空間曲線平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型綜合及分類方法。首先,借鑒高斯非歐幾何的內(nèi)蘊(yùn)思想,將直線、曲線、平面以及曲面等均視作可描述末端構(gòu)件平移特征的獨(dú)立空間,進(jìn)而建立了可描述彎曲平移運(yùn)動(dòng)特征的表達(dá)模型;其次,研究了支鏈末端構(gòu)件彎曲平移運(yùn)動(dòng)的形成機(jī)理,并制定了相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)特征求并運(yùn)算規(guī)則;然后,根據(jù)形態(tài)特征將空間曲線平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)劃分為9種基本類型;最后,以柱柱相貫線平移機(jī)構(gòu)和柱錐相貫線平移機(jī)構(gòu)為例,給出了空間曲線平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合方法。
倪濤 , 鄒少元 , 劉海強(qiáng) , 黃玲濤 , 陳寧 , 張紅彥
2019, 50(6):405-411,426. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.048
摘要:鑒于Kinect相機(jī)進(jìn)行肢體識(shí)別監(jiān)控距離有限,提出使用網(wǎng)絡(luò)大變焦攝像頭、構(gòu)建CNN-BP融合網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行肢體動(dòng)作識(shí)別,并以9組機(jī)器人吊裝指令為例進(jìn)行訓(xùn)練和識(shí)別。首先,基于OpenPose提取18個(gè)骨架節(jié)點(diǎn)坐標(biāo),生成RGB骨架圖和骨架向量;然后,采用遷移學(xué)習(xí)方法對(duì)RGB骨架圖使用InceptionV3網(wǎng)絡(luò)提取圖像深層抽象特征,并對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集采用旋轉(zhuǎn)、平移、縮放和仿射多種數(shù)據(jù)增強(qiáng)方式,以擴(kuò)充訓(xùn)練數(shù)據(jù),防止過擬合;再將提取的骨架向量使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取點(diǎn)線面等淺層特征;最后對(duì)InceptionV3網(wǎng)絡(luò)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出進(jìn)行融合,并使用Softmax求解器得到肢體識(shí)別結(jié)果。將肢體識(shí)別結(jié)果輸入機(jī)器人輔助吊裝控制系統(tǒng),建立雙重驗(yàn)證控制方法,完成機(jī)器人輔助吊裝操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法保證了模型運(yùn)行的精度和時(shí)效性,實(shí)時(shí)識(shí)別精度達(dá)0.99以上,大大提升了遠(yuǎn)距離人機(jī)交互能力。
2019, 50(6):412-418. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.049
摘要:針對(duì)氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的四連桿肘關(guān)節(jié)輸入氣壓與輸出角度間的遲滯進(jìn)行分析。建立肘關(guān)節(jié)遲滯的Prandtl-Ishlinskii(PI)模型,采用Levenberg-Marquardt方法辨識(shí)模型參數(shù);選擇改進(jìn)Play算子合適的包絡(luò)函數(shù),設(shè)計(jì)一種可描述非對(duì)稱遲滯現(xiàn)象的改進(jìn)PI(Modified PI, MPI)模型,相較于傳統(tǒng)PI模型(Classical PI, CPI),MPI模型對(duì)非對(duì)稱遲滯曲線擬合度更高?;贛PI模型,設(shè)計(jì)前饋積分逆補(bǔ)償器,并與PID組成積分逆補(bǔ)償控制器(MPI-I-I-PID);完成了MPI-I-I-PID、PID與基于CPI模型的積分逆補(bǔ)償PID控制器(CPI-I-I-PID)的位置控制仿真。仿真結(jié)果表明,MPI-I-I-PID可以減小跟蹤誤差,提高跟蹤精度。在不同負(fù)載下進(jìn)行了控制實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著負(fù)載增加,補(bǔ)償效果減弱,為此在補(bǔ)償器中加入分段PID,MPI-I-I-pPID可減小抖動(dòng)幅度,降低肘關(guān)節(jié)跟蹤誤差,提高位置控制精度和穩(wěn)定性,驗(yàn)證了遲滯補(bǔ)償器的有效性
2019, 50(6):419-426. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.06.050
摘要:針對(duì)目前已有六維力傳感器的不足,基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種分流式柔性鉸六維力傳感器。闡述了傳感器的結(jié)構(gòu),通過等效法和微元法建立了其靜力和剛度模型,對(duì)剛度模型進(jìn)行了有限元仿真驗(yàn)證。基于遺傳算法進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),得到了傳感器各向同性最優(yōu)時(shí)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。最后對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了靜力模型的有效性,得到了傳感器測(cè)量精度。傳感器測(cè)量誤差在1.05%以內(nèi),能夠精確測(cè)量未知外載的六維分量。
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