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  • 2020年第51卷第10期文章目次
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    • >特約專稿
    • 農(nóng)用無人飛機(jī)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)制定現(xiàn)狀分析

      2020, 51(10):1-10. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.001

      摘要 (1776) HTML (0) PDF 1.04 M (1048) 評論 (0) 收藏

      摘要:近年來,我國農(nóng)用無人飛機(jī)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展,但相關(guān)配套的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)卻相對滯后。本文系統(tǒng)梳理了國際上主要標(biāo)準(zhǔn)制定、標(biāo)準(zhǔn)實施的組織和機(jī)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)制定目標(biāo)與主要依據(jù);闡述了日本農(nóng)用無人飛機(jī)管理機(jī)構(gòu)、管理方法與標(biāo)準(zhǔn)使用;我國無人飛機(jī)管理、相關(guān)政策法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)情況;我國農(nóng)用無人飛機(jī)現(xiàn)有政策法規(guī),行業(yè)、地方以及團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定情況。提出為引領(lǐng)行業(yè)健康發(fā)展,在我國《無人駕駛航空器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》框架下,在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部主導(dǎo)建設(shè)下,各級管理機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化組織應(yīng)從產(chǎn)品(質(zhì)量)標(biāo)準(zhǔn)、子部件與性能試驗等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)范與人員培訓(xùn)等管理標(biāo)準(zhǔn)方面繼續(xù)開展標(biāo)準(zhǔn)化工作;標(biāo)準(zhǔn)制定不局限于植保無人飛機(jī),還應(yīng)制定播種、施肥、遙感、輔助授粉等應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn);應(yīng)建立涵蓋生產(chǎn)、流通、應(yīng)用、培訓(xùn)、登記認(rèn)證等環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)支撐管理需求。通過標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)制定與實施,進(jìn)一步規(guī)范行業(yè)發(fā)展,驅(qū)動自主創(chuàng)新,提升農(nóng)用無人飛機(jī)產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外市場競爭力。

    • >農(nóng)業(yè)裝備與機(jī)械化工程
    • 高遮擋環(huán)境下玉米植保機(jī)器人作物行間導(dǎo)航研究

      2020, 51(10):11-17. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.002

      摘要 (2186) HTML (0) PDF 5.17 M (1120) 評論 (0) 收藏

      摘要:玉米小型植保機(jī)器人可以有效解決病蟲害防治難的問題,然而玉米生長中后期作物行間葉片縱橫交錯會嚴(yán)重遮擋可通行區(qū)域,給植保機(jī)器人沿壟間導(dǎo)航造成了極大的困難。本文將16線激光雷達(dá)搭載在植保機(jī)器人頂端作為感知單元,實現(xiàn)玉米行間信息獲取并提取植保機(jī)器人可通行區(qū)域識別方法。由于植株葉片屬于非剛性障礙,通過分析機(jī)器人前進(jìn)方向上的玉米植株三維點云數(shù)據(jù),研究其葉片與主干點云地面投影的分布規(guī)律,將K-means聚類估算所得玉米點云中心點作為主干區(qū)域點。然后,利用玉米作物成行種植特性引入置信區(qū)間去除所估計玉米主干區(qū)域離群的聚類點,提高分析精確度。最終解析出高遮擋環(huán)境下玉米作物行中心導(dǎo)航線。模擬真實玉米農(nóng)田場景開展試驗,與實際仿真玉米的主干位置對比,該方法識別的玉米位置沿作物行兩側(cè)感知系統(tǒng)3.0~3.5m前視距離最大誤差3.55cm,系統(tǒng)感知響應(yīng)平均用時2s,滿足60cm寬小型植保機(jī)器人最大移動1m/s速度的自主通行局部導(dǎo)航的環(huán)境感知需求。

    • 基于特征點鄰域Hough變換的水稻秧苗行檢測

      2020, 51(10):18-25. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.003

      摘要 (1722) HTML (0) PDF 8.00 M (897) 評論 (0) 收藏

      摘要:水稻秧苗行檢測對于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和自動導(dǎo)航至關(guān)重要,為此提出一種基于特征點鄰域Hough變換的水稻秧苗行檢測方法,該方法可以有效解決雜草密度分布、光照強度和秧苗行曲率變化等因素對秧苗行檢測的影響。該方法主要包括3個步驟:水稻秧苗行圖像數(shù)據(jù)庫的建立、水稻秧苗特征點提取和秧苗行中心線識別。首先,在雜草萌發(fā)期建立水稻秧苗在不同光照條件(晴、陰天)、不同雜草密度分布和不同秧苗生長狀況的水稻秧苗行圖像數(shù)據(jù)庫;然后,采用基于Faster RCNN網(wǎng)絡(luò)的秧苗檢測模型獲得水稻秧苗的特征點,即預(yù)測結(jié)果的中心點;最后,采用提出的基于特征點鄰域的Hough變換算法識別秧苗行中心線。實驗表明,本文方法對測試集秧苗行平均識別準(zhǔn)確率達(dá)到92%,對不同雜草密度分布的秧苗行平均識別精度小于0.5°,對孤立的雜草噪聲和光照變化不敏感,對曲率較大的秧苗行也能準(zhǔn)確識別,具有較好的魯棒性和識別精度。

    • 基于邊緣檢測和區(qū)域定位的玉米根莖導(dǎo)航線提取方法

      2020, 51(10):26-33. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.004

      摘要 (1515) HTML (0) PDF 5.39 M (949) 評論 (0) 收藏

      摘要:基于玉米根莖圖像信息,提出一種基于邊緣檢測和區(qū)域定位的玉米根莖導(dǎo)航線提取方法。首先,利用最大類間方差法自動分割2G-R-B灰度圖像,得到二值化圖像,結(jié)合形態(tài)學(xué)處理、位置/面積去噪方法提高二值化圖像質(zhì)量,對去噪圖像按列累加得到列像素累加曲線;針對傳統(tǒng)方法得到的特征點中偽特征點較多的問題,引入高斯濾波器平滑累加曲線,并運用極值法減少玉米根莖偽特征點的干擾,在提取玉米莖稈邊緣直線時,提出基于最遠(yuǎn)莖稈成像寬度的雙側(cè)邊緣判別思路,通過掃描每條邊緣直線的四邊形封閉鄰域有效剔除偽邊緣直線;最后,根據(jù)邊緣直線二次定位玉米的根莖區(qū)域范圍,并剔除偽特征點,采用最小二乘線性擬合方法準(zhǔn)確提取導(dǎo)航線。試驗表明,本文算法處理一幅1280像素×720像素圖像耗時約236ms,特征點擬合準(zhǔn)確率為92%。與傳統(tǒng)方法相比,本文算法精度高、實時性好,在缺苗、雜草較多和株距不標(biāo)準(zhǔn)的情況下仍具有較強的魯棒性。

    • 基于模擬退火算法的無人機(jī)山地作業(yè)能耗最優(yōu)路徑規(guī)劃

      2020, 51(10):34-41. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.005

      摘要 (1699) HTML (0) PDF 3.85 M (1004) 評論 (0) 收藏

      摘要:為提高無人機(jī)在丘陵山地區(qū)域的作業(yè)效率,以四旋翼無人機(jī)為試驗對象,通過對無人機(jī)三維運動的受力分析提出無人機(jī)三維運動的能效系數(shù);對無人機(jī)自身性能進(jìn)行測試,完成無人機(jī)功率與升力模型的擬合,擬合決定系數(shù)為0.9894,并在此基礎(chǔ)上不同負(fù)載下完成能效系數(shù)的計算;最終,通過設(shè)計相應(yīng)的模擬退火算法完成無人機(jī)在山地作業(yè)情況下的能耗最優(yōu)作業(yè)路徑規(guī)劃。試驗表明,當(dāng)飛行速度為2m/s時,在不同恒定負(fù)載情況下,無人機(jī)能耗最優(yōu)路徑比常規(guī)路徑最多可節(jié)約能耗30.16%,比最短路徑最多可節(jié)約能耗5.47%;在負(fù)載實時變化情況下,能耗最優(yōu)路徑比常規(guī)路徑可節(jié)約能耗32.04%,比最短路徑可節(jié)約能耗1172%。說明模擬退火算法可在能耗約束條件下對無人機(jī)進(jìn)行作業(yè)路徑規(guī)劃,且具有較好的路徑規(guī)劃效果。

    • 基于離散元的稻板田旋耕功耗預(yù)測模型研究

      2020, 51(10):42-50. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.006

      摘要 (1692) HTML (0) PDF 3.35 M (1057) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對旋埋刀輥在對長江中下游稻板田耕作時存在的高功耗問題,基于離散元方法構(gòu)建稻板田旋耕功耗預(yù)測模型,以輔助旋埋刀輥功耗檢測。連續(xù)3年對稻板田土壤含水率的進(jìn)行監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)土壤含水率與其塑限接近,說明稻板田土壤塑性較差,結(jié)合土壤受載后的形變及破壞特點,最終選定HertzMindlin with Bonding顆粒接觸模型表征稻板田土壤的粘結(jié)和破壞情況。根據(jù)旋耕作業(yè)形式的特殊性和旋埋刀輥的結(jié)構(gòu)特點,沿幅寬方向縮小旋埋刀輥的尺度,在旋耕測試平臺的輔助下,完成標(biāo)定參照試驗。利用離散元軟件建立旋耕作業(yè)模型,進(jìn)行等步長爬坡試驗,通過步階次序建立接觸參數(shù)與功耗指標(biāo)之間的函數(shù)關(guān)系,代入標(biāo)定參照試驗功耗值,最終確定稻板田旋耕功耗預(yù)測模型的接觸參數(shù)取值,完成模型的構(gòu)建。為進(jìn)一步驗證該模型的適用性,在不同作業(yè)工況下對通用刀輥和旋埋刀輥進(jìn)行誤差對比試驗,結(jié)果顯示,預(yù)測誤差范圍為3.63%~9.48%,均值為6.65%,結(jié)合方差分析說明,稻板田旋耕功耗預(yù)測模型適用于不同旋耕刀輥及工況下的功耗預(yù)測。還原刀輥真實尺度的田間試驗功耗預(yù)測誤差范圍為2.50%~12.81%,均值為7.28%,刀輥結(jié)構(gòu)在縮放過程誤差變化較小,說明模型能夠準(zhǔn)確反映旋埋刀輥在稻板田作業(yè)的功耗情況。

    • 旱地栽植機(jī)八連桿栽植機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與試驗

      2020, 51(10):51-60. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.007

      摘要 (1129) HTML (0) PDF 6.91 M (837) 評論 (0) 收藏

      摘要:旱地移栽機(jī)為了滿足栽植株距的要求,常需要在保證速比不變的同時調(diào)節(jié)栽植頻率和機(jī)具前進(jìn)速度,否則栽植軌跡將發(fā)生改變,從而影響栽植質(zhì)量,為此,提出一種八連桿栽植機(jī)構(gòu)。在分析八連桿栽植機(jī)構(gòu)工作原理的基礎(chǔ)上,建立了八連桿栽植機(jī)構(gòu)的運動學(xué)模型,分析了關(guān)鍵連桿長度對吊杯掛接點Ky向位移、軌跡、速度、加速度的影響規(guī)律,以及對極位夾角、搖桿擺角的影響規(guī)律;建立Matlab GUI仿真優(yōu)化界面,采用逐次逼近的方法,得到一組滿足設(shè)計目標(biāo)的桿件長度:l1為39mm,l2為42mm,l3為152.04mm,l4為1536mm,l5為40mm,l6為30mm,l7為100mm,l8為154mm。采用人工制作的辣椒苗模型,以總合格率、優(yōu)良率為評價指標(biāo),對優(yōu)化得到的栽植機(jī)構(gòu)進(jìn)行栽植性能測試試驗,結(jié)果表明,在2種前進(jìn)速度和2種栽植頻率下,栽植優(yōu)良率達(dá)94%,總合格率達(dá)96%,且株距變異系數(shù)在3.25%左右,所設(shè)計的八連桿栽植機(jī)構(gòu)具有良好的栽植性能,滿足移栽作業(yè)要求。

    • 油菜旋耕移栽聯(lián)合作業(yè)機(jī)穴距電液比例控制系統(tǒng)研究

      2020, 51(10):61-68. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.008

      摘要 (1391) HTML (0) PDF 3.20 M (741) 評論 (0) 收藏

      摘要:油菜旋耕移栽聯(lián)合作業(yè)機(jī)以拖拉機(jī)為動力,由于拖拉機(jī)動力輸出為定值,故栽植速度不能隨拖拉機(jī)前進(jìn)速度而變化,導(dǎo)致栽植穴距不穩(wěn)定。針對上述問題設(shè)計了穴距控制系統(tǒng),以STM32為主控制器,通過地輪測速編碼器檢測前進(jìn)速度,通過電液比例液壓系統(tǒng)實時調(diào)節(jié)驅(qū)動栽植系統(tǒng)的液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速,從而實現(xiàn)栽植速度與前進(jìn)速度的實時匹配。穴距控制系統(tǒng)臺架試驗表明:液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速與地輪轉(zhuǎn)速變化趨勢一致,滯后時間在600ms內(nèi),左右兩個移栽單元的液壓馬達(dá)同步性好,轉(zhuǎn)速平均誤差為0.7%。將穴距電液控制系統(tǒng)安裝于油菜旋耕移栽聯(lián)合作業(yè)機(jī)上,并進(jìn)行了整機(jī)田間試驗,4種理論穴距(150、160、170、180mm)、4種作業(yè)速度(2、3、4、5km/h)的對比試驗表明:穴距穩(wěn)定性好,理論穴距、作業(yè)速度均對穴距一致性變異系數(shù)影響顯著,其中理論穴距影響最顯著,在穴距160mm和4種作業(yè)速度下,穴距一致性變異系數(shù)均能保持較小值,說明160mm為最佳穴距。

    • 氣流輔助高速投種精量播種機(jī)壓種裝置設(shè)計與試驗

      2020, 51(10):69-76. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.009

      摘要 (1457) HTML (0) PDF 3.42 M (1120) 評論 (0) 收藏

      摘要:氣流輔助高速投種能夠減小種子在導(dǎo)種管內(nèi)因與管壁碰撞而產(chǎn)生的株距變異,但氣流作用增大了種子落地的初速度,導(dǎo)致落地后彈跳對株距均勻性產(chǎn)生影響。為此,設(shè)計了一種適于氣流輔助高速投種的精量播種機(jī)壓種裝置,在種子落地時,利用壓種輪與土壤雙向擠壓作用實現(xiàn)種子精準(zhǔn)定位。將壓種裝置安裝在大豆精量播種機(jī)上進(jìn)行了田間試驗,結(jié)果表明,作業(yè)速度、導(dǎo)種管末端與壓種輪的水平距離對株距合格指數(shù)、變異系數(shù)影響均顯著,種子投射角對株距合格指數(shù)影響不顯著、對株距變異系數(shù)影響顯著。采用壓種輪、壓種舌和無壓種條件下的對比試驗表明,壓種輪能夠顯著減少種子落地彈跳,采用壓種輪的株距合格指數(shù)、變異系數(shù)明顯優(yōu)于采用壓種舌和無壓種條件,壓種輪最優(yōu)工作參數(shù)組合為作業(yè)速度9.5km/h、投射角30°、導(dǎo)種管末端與壓種輪的水平距離75mm,在此工作條件下株距合格指數(shù)、變異系數(shù)分別為95.68%、10.32%。

    • 柔性機(jī)械式大豆精量排種器設(shè)計與試驗

      2020, 51(10):77-86,108. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.010

      摘要 (1805) HTML (0) PDF 5.92 M (1080) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對免耕播種作業(yè)時沙土和碎秸等飄浮物被氣吸式排種器吸入充種室內(nèi),導(dǎo)致排種工作部件損壞、排種質(zhì)量降低等問題,設(shè)計了一種柔性清護(hù)種機(jī)械式大豆精量排種器。對排種器工作過程進(jìn)行理論分析,確定了影響工作性能的主要結(jié)構(gòu)與工作參數(shù);通過單因素對比試驗確定了對排種性能影響最小的護(hù)種毛刷材料;采用三因素五水平二次正交旋轉(zhuǎn)中心組合試驗方法,以作業(yè)速度、充種傾角、護(hù)種距離為試驗因素,以合格指數(shù)、漏播指數(shù)、重播指數(shù)和破損指數(shù)為評價指標(biāo),應(yīng)用Design-Expert 8.0.6.1軟件對試驗結(jié)果進(jìn)行方差分析。結(jié)果表明:各因素對合格指數(shù)的影響顯著性由大到小依次為作業(yè)速度、護(hù)種距離、充種傾角,各因素對漏播指數(shù)的影響顯著性由大到小依次為護(hù)種距離、作業(yè)速度、充種傾角,各因素對重播指數(shù)的影響顯著性由大到小依次為作業(yè)速度、充種傾角,護(hù)種距離影響不顯著,各因素對破損指數(shù)的影響顯著性由大到小依次為護(hù)種距離、作業(yè)速度、充種傾角;當(dāng)作業(yè)速度為8~12km/h、充種傾角70°、護(hù)種距離為-1.5mm時,排種合格指數(shù)大于94%、漏播指數(shù)小于3%、重播指數(shù)小于3%、破損指數(shù)小于0.2%,滿足免耕大豆高速精量播種作業(yè)要求。

    • 預(yù)切種甘蔗勺鏈?zhǔn)脚欧N器設(shè)計與試驗

      2020, 51(10):88-97. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.011

      摘要 (1409) HTML (0) PDF 4.64 M (951) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對目前預(yù)切種式甘蔗排種器普遍存在充種效果差、合格指數(shù)低等問題,設(shè)計了一種預(yù)切種甘蔗勺鏈?zhǔn)脚欧N器?;谧钏俳稻€理論分析和待充蔗種的充種狀態(tài)分析,闡明了最速降線可提高充種性能的原理;利用EDEM軟件進(jìn)行了單因素仿真試驗,分析了不同種勺傾角和種勺數(shù)量對充種性能的影響。仿真結(jié)果表明,當(dāng)種勺傾角為30°、種勺數(shù)量為15個時,充種性能較好;通過臺架單因素試驗,對種層高度調(diào)節(jié)裝置和隔離板傾角進(jìn)行了分析,為充種過程提供了有利條件。以作業(yè)速度、排種器傾角、種層高度為試驗因素,以合格指數(shù)、漏充指數(shù)、重充指數(shù)為試驗指標(biāo),進(jìn)行二次回歸旋轉(zhuǎn)正交組合試驗,分析了各試驗因素交互作用對合格指數(shù)的影響。結(jié)果表明,當(dāng)種層高度為360mm、作業(yè)速度為1.45~2.37km/h、排種器傾角為9.53°~15.15°時,排種器平均合格指數(shù)為95.33%,平均漏充指數(shù)和平均重充指數(shù)分別為3.11%、1.56%,滿足甘蔗種植要求。

    • U型腔道式水稻精量穴播排種器設(shè)計與試驗

      2020, 51(10):98-108. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.012

      摘要 (1855) HTML (0) PDF 2.32 M (1061) 評論 (0) 收藏

      摘要:為適應(yīng)常規(guī)水稻輕簡化精量穴直播種植,通過簡化排種裝置,設(shè)計了一種U型腔道式水稻精量穴播排種器。基于稻種的物理機(jī)械特性與穴直播農(nóng)藝要求,設(shè)計了一種充種口與投種口分開但相通的腔道式排種盤,構(gòu)建了稻種充種、投種過程的力學(xué)模型,確定了排種盤的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。以常規(guī)稻品種“黃華占”為試驗稻種,借助高速攝像儀和JPS-12型排種器性能檢測試驗臺,分別進(jìn)行了型孔數(shù)、型孔長度、型孔寬度、型孔傾角和投種角對排種器精量排種性能和成穴播種性能影響的試驗研究。高速攝像試驗表明:當(dāng)排種盤的型孔數(shù)為20、型孔長度為10.6mm、型孔寬度為7.6mm、型孔傾角為0°時,排種器精量排種性能較優(yōu),此時漏播率為0.40%,合格率為94.00%,重播率為5.60%,種子破損率為0.13%。排種器性能臺架試驗表明:投種角對穴徑平均值和穴徑合格率影響極顯著,對穴距變異系數(shù)影響顯著,適宜的投種角為28°~33°,此時穴徑平均值不高于27.14mm,穴徑合格率不低于96.67%,穴距平均值在理論穴距140mm左右,穴距變異系數(shù)不大于7.80%。田間試驗表明:排種器的播種合格率為90.28%,漏播率為0.83%,重播率為8.89%,穴徑平均值為46.71mm,穴徑合格率為71.67%,穴距平均值為137.21mm,穴距變異系數(shù)為12.64%,滿足常規(guī)稻大田精量穴直播的種植要求。

    • 基于離散元的馬鈴薯收獲機(jī)波浪形篩面參數(shù)優(yōu)化與試驗

      2020, 51(10):109-122. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.013

      摘要 (2684) HTML (0) PDF 7.84 M (1125) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對分段式馬鈴薯收獲機(jī)薯土分離環(huán)節(jié)傷薯率和破皮率較高的問題,在適應(yīng)國內(nèi)北方種植模式和農(nóng)藝特點的條件下,對分離篩后半段采用波浪形篩面薯土減損分離的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。在分析影響碎土分離過程和薯塊運動特征的關(guān)鍵因素的基礎(chǔ)上,基于構(gòu)建的離散元土塊和薯塊模型,明晰了不同波浪形篩面結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)對碎土分離過程和薯塊碰撞特征的影響;同時,結(jié)合實際工況,驗證波浪形篩面薯土分離減損形式的結(jié)構(gòu)合理性和可行性,確定采用振動與波浪形雙重分離形式,以期實現(xiàn)較佳的薯土分離和減損效果。試驗表明:在2個波峰、2個波谷同等分離行程條件下,波浪形篩面傾角較大時適宜較小的分離篩運行速度,較優(yōu)的參數(shù)組合為波浪形篩面傾角35°、分離篩運行速度1.0m/s,此時傷薯率和破皮率分別為1.31%和1.44%;波浪形篩面傾角較小時適宜較大的分離篩運行速度,較優(yōu)的參數(shù)組合為波浪形篩面傾角15°、分離篩運行速度2.0m/s,此時傷薯率和破皮率分別為1.46%和1.67%,相關(guān)測試指標(biāo)能夠滿足作業(yè)需求。

    • 縱軸流輥式組合玉米柔性脫粒分離裝置設(shè)計與試驗

      2020, 51(10):123-131. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.014

      摘要 (1493) HTML (0) PDF 3.28 M (922) 評論 (0) 收藏

      摘要:為滿足黃淮海地區(qū)較高含水率玉米籽粒直收作業(yè)要求,解決現(xiàn)有籽粒收獲機(jī)籽粒破碎率和未脫凈率高、玉米芯軸苞葉易堵塞凹板等問題,在分析現(xiàn)有脫粒裝置結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種“柔性釘齒+雙扭簧壓力短紋桿”組合式脫粒元件和“六棱孔網(wǎng)格篩+魚鱗式脫粒橡膠輥”組合式脫粒凹板相配合的柔性脫粒分離裝置。對關(guān)鍵部件進(jìn)行理論分析,確定了影響脫粒性能的主要因素,利用搭建的縱軸流輥式組合玉米柔性脫粒試驗臺進(jìn)行單因素試驗,得到脫粒性能較好時滾筒轉(zhuǎn)速、輥筒傳動比以及脫粒間隙的變化范圍。以滾筒轉(zhuǎn)速、輥筒傳動比和脫粒間隙為試驗因素,以籽粒破碎率、未脫凈率為指標(biāo)進(jìn)行三因素三水平正交試驗。結(jié)果表明,對籽粒破碎率和未脫凈率影響由大到小均為滾筒轉(zhuǎn)速、輥筒傳動比、脫粒間隙;最優(yōu)參數(shù)組合為滾筒轉(zhuǎn)速475r/min、輥筒傳動比1.5、脫粒間隙45mm,此時籽粒破碎率為3.76%,未脫凈率為0.52%。對該組合進(jìn)行試驗驗證,各指標(biāo)符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

    • 軸流式全喂入花生收獲機(jī)撿拾機(jī)構(gòu)設(shè)計與試驗

      2020, 51(10):132-141. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.015

      摘要 (1260) HTML (0) PDF 4.61 M (821) 評論 (0) 收藏

      摘要:受復(fù)雜作業(yè)環(huán)境及多目標(biāo)參考系影響,花生聯(lián)合收獲機(jī)撿拾機(jī)構(gòu)存在撿拾落果率高、莢果破損率高、功耗比率過大等問題。通過開展不同秧蔓條件下的撿拾力學(xué)特性試驗,確定了撿拾機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作參數(shù)?;贐ox-Benhnken的中心組合設(shè)計理論,以機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速、機(jī)具前進(jìn)速度、彈齒間距三因素為影響因子進(jìn)行響應(yīng)面試驗,分析各因素對撿拾落果率、莢果破損率和功耗比率的影響,并對影響因素進(jìn)行優(yōu)化。試驗結(jié)果表明,對撿拾落果率的影響由大到小為彈齒轉(zhuǎn)速、機(jī)具前進(jìn)速度、彈齒間距,對莢果破損率的影響由大到小為彈齒轉(zhuǎn)速、彈齒間距、機(jī)具前進(jìn)速度,對功耗比率的影響由大到小為機(jī)具前進(jìn)速度、彈齒轉(zhuǎn)速、彈齒間距;最優(yōu)參數(shù)組合為彈齒轉(zhuǎn)速63.62r/min、彈齒間距75.23mm及機(jī)具前進(jìn)速度1.07m/s,對應(yīng)的撿拾落果率為2.15%,莢果破損率為3.53%,撿拾功耗比率為7.92%,比優(yōu)化前分別提高了1.0、1.2、3.4個百分點。

    • 密植棉稈對行鏟拔鋪放機(jī)設(shè)計與試驗

      2020, 51(10):142-151. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.016

      摘要 (1373) HTML (0) PDF 7.57 M (786) 評論 (0) 收藏

      摘要:為實現(xiàn)機(jī)采棉密植棉稈機(jī)械化對行、低耗收獲目標(biāo),融合機(jī)采棉寬窄行密植種植農(nóng)藝要求,基于對行低耗鏟切方法和反向推拔作用原理,設(shè)計了一種密植棉稈對行鏟拔鋪放機(jī)。簡述了整機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理,結(jié)合相關(guān)作業(yè)性能要求,通過分析計算確定了對行鏟切裝置、鏟切調(diào)節(jié)裝置和齒型推拔輥的結(jié)構(gòu)參數(shù),并完成了關(guān)鍵部件的工作參數(shù)分析,確定對行鏟切裝置最小鏟傾角為5°、鏟切調(diào)節(jié)裝置鏟傾角調(diào)節(jié)范圍為5.00°~8.95°、齒型推拔輥轉(zhuǎn)速取值范圍為97.66~391.16r/min。田間試驗表明,該機(jī)可實現(xiàn)壓、鏟、拔、鋪放棉稈等多項作業(yè),且具有分離泥土的功能;根據(jù)試驗田密植棉稈根系扎根深度,調(diào)整機(jī)組使對行鏟切裝置鏟切深度約為11.5cm,此時對應(yīng)鏟傾角約為7.1°,齒型推拔輥旋轉(zhuǎn)半徑為245mm;當(dāng)機(jī)組作業(yè)速度為2.76~3.39km/h、齒型推拔輥轉(zhuǎn)速為156~174r/min時,該機(jī)拔凈率為90.87%~91.42%,生產(chǎn)率為0.63~0.77hm2/h,機(jī)組作業(yè)性能穩(wěn)定,滿足密植棉稈對行整稈鏟拔作業(yè)要求。

    • 夾持帶式棉稈收獲機(jī)設(shè)計與試驗

      2020, 51(10):152-160. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.017

      摘要 (1264) HTML (0) PDF 6.04 M (1016) 評論 (0) 收藏

      摘要:為降低棉稈收獲時的拔斷率,提出雙柔性帶裹夾拉拔的收獲方式,設(shè)計了夾持帶式棉稈收獲機(jī),該機(jī)4個帶輪交叉放置,延長了帶夾路徑與時間,從而避免因棉稈未完全拔出而導(dǎo)致的漏拔。通過正交試驗研究帶夾部件各因素對棉稈收獲效果的影響,建立以漏拔率和拔斷率為響應(yīng)值的多元二次回歸模型,并進(jìn)行了工作參數(shù)優(yōu)化與大田驗證試驗。結(jié)果表明,當(dāng)帶輪1轉(zhuǎn)速為272.3r/min、拉拔角為38.65°、機(jī)具前進(jìn)速度為2.5km/h時,模型得到的漏拔率為1.85%、拔斷率為7.72%;驗證試驗得出:在前進(jìn)速度2.5km/h、拉拔角40°和帶輪1轉(zhuǎn)速270r/min時,漏拔率為6.84%,拔斷率為9.98%,與優(yōu)化值相近,說明所構(gòu)建的模型合理,夾持帶式棉稈收獲機(jī)滿足相關(guān)設(shè)計要求。

    • 水稻秸稈纖維制取機(jī)工作參數(shù)優(yōu)化與性能試驗

      2020, 51(10):161-169. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.018

      摘要 (1214) HTML (0) PDF 4.12 M (672) 評論 (0) 收藏

      摘要:為實現(xiàn)高得率、低能耗的水稻秸稈纖維制取,降低生產(chǎn)成本,更好地為可降解植物纖維地膜提供原料,以D200型秸稈纖維制取機(jī)為載體,選取制取機(jī)主軸轉(zhuǎn)速、加工溫度和爆破口腔體間隙為試驗因素,以纖維得率和制取機(jī)能耗為試驗指標(biāo),建立回歸模型,分析試驗因素對性能指標(biāo)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:制取機(jī)主軸轉(zhuǎn)速、加工溫度、腔體間隙對制取機(jī)能耗、水稻秸稈纖維得率的影響極顯著(P<0.01),各因素對制取機(jī)能耗影響由大到小依次為:腔體間隙、加工溫度、主軸轉(zhuǎn)速,對纖維得率影響由大到小依次為:腔體間隙、主軸轉(zhuǎn)速、加工溫度;獲得最優(yōu)參數(shù)組合為:主軸轉(zhuǎn)速97r/min、加工溫度107℃、腔體間隙5.7mm。在該條件下進(jìn)行驗證試驗,得制取機(jī)能耗均值為39.67kW/h,纖維得率均值為87.58%,與理論優(yōu)化值相對誤差不大于1.6%,滿足高得率、低能耗水稻秸稈纖維制取要求。本研究可為水稻秸稈纖維清潔制取工藝提供參考依據(jù)。

    • 小型方捆機(jī)草捆動態(tài)稱量系統(tǒng)設(shè)計與試驗

      2020, 51(10):170-175,185. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.019

      摘要 (1477) HTML (0) PDF 4.39 M (887) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對小方捆機(jī)作業(yè)過程中草捆連續(xù)、單捆動態(tài)分離稱量難、撿拾器升降頻繁、地面起伏大等問題,基于多傳感器融合技術(shù)設(shè)計了一套方捆機(jī)草捆動態(tài)稱量系統(tǒng)。提出了一種草捆動態(tài)分離、識別方法,構(gòu)建了基于稱量臺實時下壓力和俯仰角的雙參數(shù)草捆動態(tài)稱量系統(tǒng),實現(xiàn)了單草捆動態(tài)獨立稱量。該系統(tǒng)由機(jī)械部分、傳感器部分、數(shù)據(jù)采集模塊、衛(wèi)星定位模塊、顯示終端及上位機(jī)軟件組成,傳感器部分包括4個壓力式稱量傳感器、稱量臺俯仰角傳感器和草捆狀態(tài)識別傳感器。系統(tǒng)可以實時顯示稱量臺下壓力、稱量臺俯仰角、草捆質(zhì)量、草捆狀態(tài)和經(jīng)緯度等信息。進(jìn)行了草捆動態(tài)稱量系統(tǒng)性能試驗,結(jié)果表明,靜態(tài)模式下系統(tǒng)的草捆質(zhì)量預(yù)測值最大相對誤差為0.38%;動態(tài)模式下草捆質(zhì)量預(yù)測值和真實值決定系數(shù)R2達(dá)到0.996,系統(tǒng)預(yù)測的相對誤差為-4.40%~4.30%。說明系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確性及較好的魯棒性,滿足田間草捆稱量的實際需要,為打捆機(jī)作業(yè)質(zhì)量評價提供了一種快速測量手段。

    • 基于DEM-CFD的旋流泵大顆粒內(nèi)流特性模擬與試驗

      2020, 51(10):176-185. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.020

      摘要 (1606) HTML (0) PDF 7.67 M (921) 評論 (0) 收藏

      摘要:鑒于抗堵塞性能較優(yōu)的旋流泵在輸送污水時,其過流部件仍存在磨損、半堵塞等問題,將DEM-CFD方法引入旋流泵數(shù)值模擬中,研究旋流泵在輸送不同粒徑、體積分?jǐn)?shù)顆粒時的顆粒運動物理特性,以及顆粒與液相、固壁多向耦合的運動特征,并進(jìn)行了試驗驗證。結(jié)果表明,由旋流泵輸送油菜籽試驗可知,外特性計算結(jié)果與試驗結(jié)果基本一致;在該旋流泵模型特征下,進(jìn)口管與無葉腔區(qū)域由循環(huán)流引起的顆粒旋轉(zhuǎn)流動現(xiàn)象較為嚴(yán)重,從無葉腔沿著進(jìn)口壁面螺旋式逆向回流,與進(jìn)口順向來流相混達(dá)到平衡,試驗拍攝結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果較為相符,說明DEM-CFD耦合方法具有一定可靠性;旋流泵內(nèi)部存在3種不同的顆粒運輸方式,第1種為顆粒隨貫通流經(jīng)由葉輪進(jìn)入蝸殼,第2種為受循環(huán)流影響經(jīng)由無葉腔直接甩入蝸殼,第3種為顆粒從葉輪前端面區(qū)域進(jìn)入葉輪,再經(jīng)葉輪進(jìn)入蝸殼;對蝸殼內(nèi)流特性進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)顆粒主要分布在蝸殼后側(cè),在擴(kuò)散段到蝸殼出口區(qū)域,顆粒隨液體以螺旋的方式流出,蝸殼斷面葉輪側(cè)形成大小不等的螺旋渦。

    • 射流控制水翼空化流動的多工況適應(yīng)性研究

      2020, 51(10):186-194. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.021

      摘要 (1352) HTML (0) PDF 8.29 M (784) 評論 (0) 收藏

      摘要:空化時常會使船舶推進(jìn)器、泵、水輪機(jī)等水力機(jī)械部件產(chǎn)生噪聲、振動和腐蝕,導(dǎo)致設(shè)備總體性能的大幅下降,甚至破壞,因此開展空化流動控制具有重要意義。借助高速全流場測試技術(shù),獲得NACA66(MOD)原始水翼及射流水翼表面的空化形態(tài),研究射流控制參數(shù)對空化抑制的影響規(guī)律,分析主動射流在變工況下對空化流動控制的適應(yīng)性。研究發(fā)現(xiàn):在不同工況下,主動射流均可以取得明顯的空化抑制效果,當(dāng)射流流量及射流位置不同時,空化流動控制效果不同。在云空化階段,射流水孔與水翼前緣距離與弦長比值為0.19(H1模型)可以收到較好的空化抑制效果,且始終優(yōu)于H2模型;而在片空化階段,射流水孔與水翼前緣距離與弦長比值為0.45(H2模型)空化抑制效果更優(yōu)。不同的射流流量系數(shù)可以實現(xiàn)對空化流場的主動控制,且存在最佳射流流量系數(shù),使空化抑制效果最優(yōu)。在給定射流位置(H1模型)和射流流量(流量系數(shù)為0.0245)時,在空化不斷發(fā)展過程中(0.83≤σ≤1.46),空化抑制效果較為穩(wěn)定,與實驗獲得最佳空化抑制有效性參數(shù)的偏差均在0.06以內(nèi),H1模型表現(xiàn)出良好的工況適應(yīng)性,可實現(xiàn)多工況下空化的流動控制。

    • >農(nóng)業(yè)信息化工程
    • 基于POI數(shù)據(jù)和引力模型的村莊分類方法研究

      2020, 51(10):195-204. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.022

      摘要 (1358) HTML (0) PDF 7.51 M (769) 評論 (0) 收藏

      摘要:村莊分類是實施鄉(xiāng)村振興規(guī)劃的重要前提,是科學(xué)合理分配公共資源的基礎(chǔ)。本文以新鄭市為例,從鄉(xiāng)村主體、區(qū)位條件、資源稟賦、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、生活網(wǎng)絡(luò)5方面構(gòu)建鄉(xiāng)村振興潛力評價指標(biāo)體系,并借助POI數(shù)據(jù)和引力模型分析村莊與周圍地理實體間的空間相互作用,最后基于鄉(xiāng)村振興潛力評價成果和村莊所受空間作用效應(yīng),將村莊劃分為城郊融合類、集聚提升類、規(guī)??刂祁?、搬遷撤并類4類。研究表明:新鄭市鄉(xiāng)村振興潛力整體較好,但村莊發(fā)展已初顯兩極化態(tài)勢;新鄭市擁有28個城郊融合類村莊、73個集聚提升類村莊、78個搬遷撤并類村莊和141個規(guī)??刂祁惔迩f,占比分別為8.75%、22.81%、24.38%、44.06%;總的來說,新鄭市未來鄉(xiāng)村振興發(fā)展工作應(yīng)著重關(guān)注西北部和中南部地區(qū),需注重分類施策、分步推進(jìn)。

    • 鄂爾多斯景觀格局演變與景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究

      2020, 51(10):205-212. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.023

      摘要 (1344) HTML (0) PDF 7.50 M (695) 評論 (0) 收藏

      摘要:以鄂爾多斯市為典型研究區(qū),以2000、2005、2010、2015、2018年研究區(qū)景觀格局?jǐn)?shù)據(jù)和氣象水文數(shù)據(jù)為研究素材,基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論、景觀生態(tài)學(xué)和GIS空間分析技術(shù),定量研究鄂爾多斯市景觀格局的時空演變規(guī)律,并探究各級子流域的水源涵養(yǎng)深度,再將研究區(qū)景觀格局演變數(shù)據(jù)和生態(tài)水文數(shù)據(jù)與由多個決定景觀特征的因子構(gòu)建的景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行耦合分析,為研究區(qū)景觀格局優(yōu)化及生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供參考。結(jié)果表明:在研究期內(nèi)鄂爾多斯市的耕地不斷減少,林地、草地、水域和建設(shè)用地均有一定程度的增加;景觀演變主要是耕地、林地和水域之間的轉(zhuǎn)化,林地、水體的景觀演變最為劇烈,耕地、草地和建設(shè)用地相對平穩(wěn);鄂爾多斯地區(qū)整體水源涵養(yǎng)能力偏低,相對而言,東部地區(qū)的水源涵養(yǎng)能力高于西部地區(qū),隨著時間的推移,水源涵養(yǎng)深度高值逐漸南移;構(gòu)建的鄂爾多斯市景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)共342個生態(tài)節(jié)點、402條生態(tài)廊道,基于度低者優(yōu)先的增邊策略增加了119條廊道;優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)連通度和連通魯棒性均明顯提升,網(wǎng)絡(luò)中生態(tài)流更為暢通。

    • 西藏“一江兩河”耕地生態(tài)安全時空格局與障礙診斷

      2020, 51(10):213-222. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.024

      摘要 (1185) HTML (0) PDF 4.47 M (627) 評論 (0) 收藏

      摘要:基于青藏高原農(nóng)業(yè)活動對耕地生態(tài)系統(tǒng)的影響,針對青藏高原耕地生態(tài)安全面臨的問題,從壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(Press-state-response,PSR)概念模型出發(fā),提出由3類要素、13種指標(biāo)所組成的耕地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系,構(gòu)建西藏“一江兩河”地區(qū)耕地生態(tài)安全評價模型,分析1985—2013年期間耕地生態(tài)安全的時空演變格局,探討不同區(qū)域耕地生態(tài)安全的障礙因素。結(jié)果表明,西藏“一江兩河”地區(qū)農(nóng)業(yè)活動強度較大,尤其2000年以來,化肥、農(nóng)藥的成倍施用給生態(tài)安全帶來巨大的隱患。20世紀(jì),各縣耕地生態(tài)安全基本處于“優(yōu)秀”水平;2000—2010年,各縣耕地生態(tài)安全等級下降,逐步向“差”轉(zhuǎn)化;2010年以后,耕地生態(tài)安全有所改善,逐漸恢復(fù)為“優(yōu)秀”或“良好”。整體來看,“一江兩河”地區(qū)耕地生態(tài)安全水平較為一致,僅個別縣域生態(tài)安全水平較為落后。區(qū)域耕地生態(tài)安全障礙因子具有相似性和差異性雙重特征,單位面積氮肥、磷肥施用量是限制耕地生態(tài)安全的主要障礙因素。本研究揭示了高原地區(qū)耕地生態(tài)安全的演變過程,可為制定差別化的生態(tài)安全調(diào)控策略提供依據(jù)。

    • 山東省土地利用轉(zhuǎn)型與生態(tài)服務(wù)功能交叉敏感性研究

      2020, 51(10):223-231. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.025

      摘要 (1227) HTML (0) PDF 4.94 M (1167) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對土地集約利用后備資源分布不均衡、供需不匹配、生態(tài)環(huán)境惡化等問題,以山東省140個縣(市)區(qū)為研究單元,利用2005、2010、2015年3期遙感監(jiān)測數(shù)據(jù),分析土地利用轉(zhuǎn)型以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空演變特征,并運用改進(jìn)交叉敏感性系數(shù)模型探討土地利用轉(zhuǎn)型對生態(tài)服務(wù)價值的影響,并劃定敏感性分區(qū)。研究表明:在研究期內(nèi),山東省土地利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型較為明顯,前期劇烈,后期趨緩,建設(shè)用地持續(xù)擴(kuò)張,土地供需矛盾進(jìn)一步加劇;2005—2015年地均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值區(qū)域差異較為明顯,高值區(qū)出現(xiàn)在濟(jì)寧市市中區(qū)和微山縣,低值區(qū)集中在青島市和魯西北平原地區(qū);農(nóng)田和水域向其他地類轉(zhuǎn)型對生態(tài)服務(wù)功能的影響較為敏感,最敏感的是水域向濕地轉(zhuǎn)型,其次是水域向建設(shè)用地、農(nóng)田向建設(shè)用地以及農(nóng)田向水域的轉(zhuǎn)型,草地、荒漠向其他地類轉(zhuǎn)型缺乏敏感性;生態(tài)系統(tǒng)交叉敏感性地域差異明顯,高生態(tài)敏感區(qū)空間分布較為集中,農(nóng)田、森林與建設(shè)用地高生態(tài)敏感區(qū)集中在濟(jì)南市和威海市,農(nóng)田與水域高生態(tài)敏感區(qū)集中在黃河三角洲地區(qū)。本研究結(jié)果可為優(yōu)化山東省國土空間格局、改善生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)參考和借鑒。

    • 基于HYSPLIT和PSCF的防風(fēng)固沙生態(tài)服務(wù)功能空間模擬

      2020, 51(10):232-242. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.026

      摘要 (1533) HTML (0) PDF 3.26 M (755) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對以鹽漬化影響和風(fēng)沙活動為特征的北方農(nóng)牧交錯帶,研究其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間差異及其流變機(jī)制,有助于明確服務(wù)提供區(qū)(SPA)與服務(wù)受益區(qū)(SBA)之間的空間關(guān)系,制定跨區(qū)生態(tài)補償方案。采用混合單粒子拉格朗日積分軌道(HYSPLIT)模型和源貢獻(xiàn)潛勢(PSCF)模型,模擬了大型鹽堿沙塵源地(安固里淖干涸鹽堿湖)防風(fēng)固沙生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(SSS)對風(fēng)蝕的影響,確定了在土地覆蓋、人口和國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)方面的輻射效益,并以輻射效益結(jié)果為依據(jù)提出跨地區(qū)的橫向生態(tài)補償方案。結(jié)果表明:在2015年,安固里淖干涸鹽堿湖生態(tài)系統(tǒng)SSS效益顯著,固沙量達(dá)到367.93萬t;研究區(qū)SSS傳輸路徑向東部延伸,主要影響我國華北和東北地區(qū),SBA土地面積為189.37萬km2,占全國總面積的19.66%,受益范圍包括北京市等15個省(市、區(qū)),是研究區(qū)面積的41.167倍;受益人口達(dá)5.27億人,受益GDP總量為28.37萬億元;研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)提供的SSS使得SBA降塵量減少147.17萬t,直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)44.26億元;研究區(qū)投入生態(tài)建設(shè)的資金應(yīng)由北京市等15個受益省(市)共同承擔(dān),黑龍江省和內(nèi)蒙古自治區(qū)補償金額最大,其次為河北省、吉林省和遼寧省等,浙江省需支付的生態(tài)補償金額最少。本研究通過橫向生態(tài)補償促進(jìn)生態(tài)建設(shè),以減輕由土壤風(fēng)蝕造成的損害,可為有關(guān)部門的政策決策者提供參考。

    • 基于雷達(dá)遙感的不同深度土壤含鹽量反演模型

      2020, 51(10):243-251. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.027

      摘要 (1235) HTML (0) PDF 2.78 M (775) 評論 (0) 收藏

      摘要:為及時、有效地監(jiān)測鹽漬化土壤含鹽量,以內(nèi)蒙古河套灌區(qū)沙壕渠灌域為研究區(qū),將Sentinel-1雷達(dá)影像作為數(shù)據(jù)源,同步采集不同深度土壤含鹽量數(shù)據(jù),通過組合兩組雷達(dá)后向散射系數(shù)構(gòu)建多種指數(shù),并用灰度關(guān)聯(lián)(Gray correlation degree,GCD)排除共線性強的指數(shù),采用偏最小二乘回歸(Partial least squares regression,PLSR)、分位數(shù)回歸(Quantile regression,QR)和支持向量機(jī)(Support vector machine regression,SVM)3種方法,構(gòu)建0~10cm、10~20cm不同深度下的土壤含鹽量反演模型。結(jié)果表明,在3種回歸方法中,SVM回歸模型的精度最高,模型建模集決定系數(shù)R2c、驗證集決定系數(shù)R2p均在04以上,建模集均方根誤差RMSEc、驗證集均方根誤差RMSEp均小于03%,分位數(shù)回歸模型次之,偏最小二乘回歸模型最差;在各反演深度下,0~10cm深度的反演精度均高于10~20cm深度的反演精度,其中在0~10cm深度下SVM反演模型效果優(yōu)于其他模型,R2c、R2p分別為0568和0686,RMSEc、RMSEp分別為0.201%和0.151%。本研究可為雷達(dá)遙感監(jiān)測裸土期土壤鹽漬化提供參考。

    • 基于遷移學(xué)習(xí)的農(nóng)作物病蟲害檢測方法研究與應(yīng)用

      2020, 51(10):252-258. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.028

      摘要 (1683) HTML (0) PDF 4.78 M (1125) 評論 (0) 收藏

      摘要:為了提高農(nóng)作物病蟲害嚴(yán)重程度(健康、一般、嚴(yán)重)的分類效果,采用遷移學(xué)習(xí)方式并結(jié)合深度學(xué)習(xí)提出了一種基于殘差網(wǎng)絡(luò)(ResNet 50)的CDCNNv2算法。通過對10類作物的3萬多幅病蟲害圖像進(jìn)行訓(xùn)練,獲得了病蟲害嚴(yán)重程度分類模型,其識別準(zhǔn)確率可達(dá)91.51%。為了驗證CDCNNv2模型的魯棒性,分別與使用遷移學(xué)習(xí)的ResNet 50、Xception、VGG16、VGG19、DenseNet 121模型進(jìn)行對比試驗,結(jié)果表明,CDCNNv2模型比其他模型的平均精度提升了2.78~10.93個百分點,具有更高的分類精度,病蟲害嚴(yán)重程度識別的魯棒性增強?;谠撍惴ㄋ?xùn)練的模型,結(jié)合Android技術(shù)開發(fā)了一款實時在線農(nóng)作物病蟲害等級識別APP,通過拍攝農(nóng)作物葉片病蟲害區(qū)域圖像,能夠在0.1~0.5s之內(nèi)獲取識別結(jié)果(物種-病害種類-嚴(yán)重程度)及防治建議。

    • 多目標(biāo)肉牛進(jìn)食行為識別方法研究

      2020, 51(10):259-267. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.029

      摘要 (1538) HTML (0) PDF 11.34 M (1053) 評論 (0) 收藏

      摘要:基于計算機(jī)視覺技術(shù),借助已有系統(tǒng)獲得肉牛進(jìn)食行為數(shù)據(jù),并與體重變化、健康狀況等進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,對肉??茖W(xué)養(yǎng)殖具有重要意義。為此提出了一種基于機(jī)器視覺的肉牛進(jìn)食行為識別方法。該方法采用YOLOv3模型對觀測范圍內(nèi)的肉牛目標(biāo)進(jìn)行檢測,利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別單個目標(biāo)的進(jìn)食行為,進(jìn)而實現(xiàn)對多目標(biāo)肉牛進(jìn)食行為的識別。卷積操作時,利用填充(padding)增強網(wǎng)絡(luò)對目標(biāo)邊緣特征的提取能力;使用修正線性單元(ReLU)為激活函數(shù),防止梯度消失;采用丟棄(dropout)方法提高網(wǎng)絡(luò)的泛化能力。獲取實際肉牛養(yǎng)殖場的監(jiān)控視頻,構(gòu)建數(shù)據(jù)集,分別在8組測試集上進(jìn)行試驗,本文方法對觀測范圍內(nèi)肉牛目標(biāo)檢測的平均精確度為83.8%,進(jìn)食行為識別的平均精確度為79.7%、平均召回率為73.0%、平均準(zhǔn)確率為74.3%,能夠滿足肉牛進(jìn)食行為的監(jiān)測需求?;赮OLOv3模型和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多目標(biāo)肉牛進(jìn)食行為識別方法具有較高的準(zhǔn)確性,為肉牛行為非接觸式監(jiān)測提供了新的途徑。

    • 保活運輸河蟹品質(zhì)感知生物信號檢測與建模

      2020, 51(10):268-277. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.030

      摘要 (1097) HTML (0) PDF 4.04 M (677) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對河蟹運輸過程中營養(yǎng)下降快、品質(zhì)流失嚴(yán)重以及有效監(jiān)測難的問題,基于STM32芯片設(shè)計河蟹生物信號檢測裝置,實現(xiàn)對運輸或貯藏環(huán)境中的氣體和河蟹阻抗信息數(shù)據(jù)實時獲取。利用生物信號檢測裝置獲取了河蟹在4、15、25℃下氣體和生物阻抗的變化信息,通過化學(xué)實驗檢測了相同環(huán)境下作為河蟹傳統(tǒng)品質(zhì)指示指標(biāo)的河蟹揮發(fā)性鹽基氮含量的變化,根據(jù)河蟹貯藏時感官的變化將品質(zhì)變化階段粗劃分為新鮮到瀕死(S1)、瀕死到死亡(S2)和死亡后腐?。⊿3)3個變化階段。利用遺傳算法(GA)對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,分別建立了阻抗-揮發(fā)性鹽基氮含量、氣體-揮發(fā)性鹽基氮含量、阻抗-氣體-揮發(fā)性鹽基氮含量的耦合模型,并檢驗了這3種耦合模型的預(yù)測精度。結(jié)果表明:這3種耦合模型在4、15、25℃下的預(yù)測精度均不低于86.32%。該耦合模型基本滿足河蟹品質(zhì)預(yù)測的需要,通過耦合揮發(fā)性化合物、生物阻抗和化學(xué)指標(biāo)之間的變化關(guān)系,實現(xiàn)了通過生物信號對河蟹品質(zhì)的監(jiān)測,降低了河蟹品質(zhì)獲取的難度。

    • 水產(chǎn)養(yǎng)殖復(fù)合式自動增氧系統(tǒng)設(shè)計與試驗

      2020, 51(10):278-283. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.031

      摘要 (1172) HTML (0) PDF 2.77 M (827) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對我國規(guī)?;?、高密度化水產(chǎn)養(yǎng)殖中機(jī)械增氧方式單一和增氧效率偏低的問題,提出利用耕水機(jī)白天以低功率驅(qū)動養(yǎng)殖池水體上下循環(huán),促進(jìn)各層水體中的藻類循環(huán)到上層,通過光合作用大幅度提高水體溶解氧含量,以減少其他增氧機(jī)械應(yīng)急增氧。分析了溶解氧含量測量節(jié)點對測量誤差的二次拋物線自修正,進(jìn)行了可變因子與固定因子模糊變頻增氧控制、復(fù)合增氧與單一機(jī)械增氧的對比試驗。通過試驗發(fā)現(xiàn),可變因子模糊變頻控制可更快提高水體溶解氧含量,在額定區(qū)域內(nèi)更穩(wěn)定;在晴朗白天、無應(yīng)急增氧情況下,復(fù)合增氧模式下養(yǎng)殖池水體溶解氧分布不僅上下層均勻,而且整個水體吸收了更多藻類光合作用產(chǎn)生的氧氣;在應(yīng)急增氧情況下,復(fù)合增氧模式下養(yǎng)殖池不僅各層水體溶解氧含量得到提高,而且耕水機(jī)驅(qū)散了葉輪增氧機(jī)附近的高溶解氧含量水體,有利于提高增氧機(jī)效率。試驗表明,復(fù)合增氧模式下晴天單個養(yǎng)殖池每天節(jié)約電能7.80kW·h,第3季度節(jié)約電能587.34kW·h,〖JP〗表明水產(chǎn)養(yǎng)殖中復(fù)合式機(jī)械增氧有利于節(jié)約電能。

    • 基于WT-CNN-LSTM的溶解氧含量預(yù)測模型

      2020, 51(10):284-291. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.032

      摘要 (1405) HTML (0) PDF 3.52 M (968) 評論 (0) 收藏

      摘要:溶解氧(Dissolved oxygen, DO)含量是影響水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量的重要因素之一,具有時序性、不穩(wěn)定性和非線性等特點,且其影響因子過多、存在復(fù)雜的耦合關(guān)系,難以實現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測。針對傳統(tǒng)長短時記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Long shortterm memory, LSTM)預(yù)測模型易引入冗余數(shù)據(jù),且在訓(xùn)練過長序列時會出現(xiàn)梯度消失現(xiàn)象,從而不能捕捉因子間長期的依賴性問題,提出了基于小波變換(Wavelet transform, WT)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Convolutional neural network, CNN)和LSTM的溶解氧含量預(yù)測模型。首先,使用WT降低數(shù)據(jù)噪聲;然后,使用CNN深度挖掘各變量之間的潛在關(guān)系;最后,利用LSTM的時序性預(yù)測2h后的水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧含量。結(jié)果表明,本文提出的WT-CNN-LSTM模型預(yù)測效果良好,其平均絕對誤差、均方根誤差和決定系數(shù)分別為0.138、0.229和0.954,比傳統(tǒng)LSTM模型分別優(yōu)化了28.87%、21.03%和4.61%。

    • >農(nóng)業(yè)水土工程
    • 基于應(yīng)力傳遞系數(shù)的分析模型優(yōu)化與土壤壓實應(yīng)力預(yù)測

      2020, 51(10):292-298. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.033

      摘要 (1172) HTML (0) PDF 3.83 M (825) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對目前基于有限尺度環(huán)刀的土壤應(yīng)力傳遞系數(shù)(Stress transmission coefficient,STC)取值方法無法滿足不同深度土壤條件下集中系數(shù)隨加載環(huán)境變化研究的問題,將土壤剖面分割為有限尺度的土層,基于分析模型推導(dǎo)ΠSTC公式,以多層土壤應(yīng)力傳遞系數(shù)連乘方式計算田間指定深度土壤應(yīng)力傳遞系數(shù)?;趥鞲衅骷夹g(shù)進(jìn)行田間原位土壤平板下陷試驗,通過控制壓板直徑和土層厚度實測9種加載狀態(tài)下土壤的應(yīng)力傳遞系數(shù);同時,通過有限尺度(Φ50×50mm環(huán)刀)取樣于室內(nèi),結(jié)合土壓力傳感器進(jìn)行非擾動土單軸壓縮試驗,測量各土層(0~50mm、50~100mm、100~150mm、150~200mm)應(yīng)力傳遞系數(shù)。運用ΠSTC公式計算3種深度(100、150、200mm)土壤的應(yīng)力傳遞系數(shù)分別為0.30、0.17、0.07,綜合實測數(shù)據(jù)通過雙因素方差分析研究應(yīng)力傳遞系數(shù)隨加載環(huán)境的變化規(guī)律,由此反算不同加載條件的集中系數(shù)。結(jié)果顯示,隨著壓板尺度的改變,實測與計算所得相同深度土壤的應(yīng)力傳遞系數(shù)間并無顯著差異,表明土壤應(yīng)力傳遞系數(shù)與壓板-土壤接觸面當(dāng)量半徑無關(guān),利用ΠSTC公式計算田間土壤應(yīng)力傳遞系數(shù)方法可行;隨土層厚度的增加,應(yīng)力傳遞系數(shù)顯著減小,說明應(yīng)力傳遞性能隨土層厚度的增加而逐漸減弱;集中系數(shù)隨壓板直徑和土層厚度的增加而逐漸減小。利用分析模型較為準(zhǔn)確地預(yù)測了田間指定加載環(huán)境和土壤環(huán)境中因連續(xù)加載而變化的土壤應(yīng)力,優(yōu)化了土壤壓實應(yīng)力傳遞的研究方法。

    • 基于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的錦西灌區(qū)灌溉水資源配置研究

      2020, 51(10):299-309. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.034

      摘要 (1179) HTML (0) PDF 4.63 M (654) 評論 (0) 收藏

      摘要:為探索不確定環(huán)境下通過灌溉水資源優(yōu)化配置方法促進(jìn)灌區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,選取黑龍江省錦西灌區(qū)為研究區(qū)域,以隨機(jī)規(guī)劃、多目標(biāo)規(guī)劃等方法為基礎(chǔ)展開研究。結(jié)果表明:優(yōu)化后不同供水情景下,灌區(qū)灌溉總耗水量節(jié)約1.3~3.9億m3,灌溉水資源生產(chǎn)力提高0.85~1.01kg/m3,可促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增長0.18~6.90億元,且優(yōu)化后各配水方案中生態(tài)配水量控制在0.4億m3以上,降低農(nóng)業(yè)污染物排放量1.28~3.13萬t,灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境顯著改善。優(yōu)化后,不同情景、不同模糊隸屬度函數(shù)所對應(yīng)的各灌溉水資源配置方案的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會效益均存在明顯差異,不確定性要素對灌區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展影響顯著。以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、水資源利用均衡性指數(shù)、農(nóng)業(yè)水分生產(chǎn)力、農(nóng)業(yè)污染物排放強度、GWP排放量以及農(nóng)業(yè)水資源利用比率為主要指標(biāo),對優(yōu)化后各配水方案的綜合可持續(xù)性進(jìn)行分析,確定各供水情景下的最優(yōu)配水方案,最優(yōu)方案的可持續(xù)性指數(shù)均高于0.4。最優(yōu)配水方案可在穩(wěn)定灌區(qū)糧食產(chǎn)量的基礎(chǔ)上,有效提高水資源利用效率,改善灌區(qū)生態(tài)環(huán)境,保障灌區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

    • 脫硫石膏和磁化水對鹽堿脅迫蕎麥光合特性的影響

      2020, 51(10):310-317. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.035

      摘要 (1464) HTML (0) PDF 1.68 M (779) 評論 (0) 收藏

      摘要:為探明蕎麥光合作用對土壤鹽堿脅迫下不同改良措施的響應(yīng)特征與適應(yīng)規(guī)律,設(shè)置盆栽試驗,測定鹽堿脅迫土壤采用脫硫石膏、磁化水改良處理后蕎麥的光合光響應(yīng)特征,分別采用直角雙曲線模型、非直角雙曲線模型、直角雙曲線修正模型和指數(shù)模型對蕎麥葉片光響應(yīng)曲線進(jìn)行分析,確定了最優(yōu)模型,并對不同處理下的蕎麥光合特征參數(shù)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:鹽堿脅迫下,磁化水灌溉對蕎麥的光合特征影響明顯,蕎麥凈光合速率隨脫硫石膏施用量的增大呈先增后減的趨勢;非直角雙曲線模型的模擬精度最高,可作為描述鹽堿脅迫下蕎麥葉片光響應(yīng)曲線的最優(yōu)模型;11t/hm2脫硫石膏施用量下的蕎麥光合特征參數(shù)(暗呼吸速率、表觀量子效率、最大凈光合速率、光補償點及光飽和點)顯著高于其他處理,蕎麥葉片對光強的適應(yīng)能力增強,有利于促進(jìn)蕎麥積累有機(jī)物;磁化水灌溉對蕎麥的光合光響應(yīng)具有顯著的促進(jìn)作用。本研究可為尋求有效緩解鹽堿脅迫對作物生長影響的調(diào)控方法提供參考。

    • 暗管排水條件下春灌定額對土壤水鹽運移規(guī)律的影響

      2020, 51(10):318-328. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.036

      摘要 (1110) HTML (0) PDF 2.52 M (731) 評論 (0) 收藏

      摘要:為探討暗管排水條件下不同春灌定額對鹽漬化灌區(qū)土壤水鹽分布及作物產(chǎn)量的影響,以明溝排水常規(guī)春灌水平(2250m3/hm2)為對照組(CK),設(shè)置暗管排水條件下常規(guī)春灌灌水量的100%、90%、80%、70%(W1、W2、W3、W4)4個梯度,進(jìn)行田間試驗,研究不同春灌灌水量結(jié)合暗管排水技術(shù)對中度鹽漬化土壤的淋洗效果,分析水鹽分布規(guī)律、鹽分離子淋洗效果、對地下水埋深的控制作用和對油葵產(chǎn)量及其水分利用效率的影響,確定最佳淋洗定額。結(jié)果表明:由于淋洗水量較大、排水較少,CK處理根層土壤含水率較高,但與W1、W2處理無顯著差異。W1、W2、W3處理灌后均具有較好的脫鹽效果,根層土壤脫鹽率比CK處理分別提高了18.47、18.24、7.75個百分點(P<0.05),W1與W2處理間無顯著差異,均顯著高于W3處理(P<0.05);W4處理由于灌水量較小,其土壤脫鹽效果顯著低于其他處理(P<0.05)。W1和W2處理對土壤鹽分離子淋洗效果較好,隨著灌溉淋洗水量的增加,土壤的離子組成朝良性方向發(fā)展。W2處理春灌后地下水埋深下降時間最佳,5月底地下水埋深降到0.8m,剛好是油葵種植的最佳時間,W2能夠較好地保持土壤墑情,且不影響作物正常耕作。W1處理油葵產(chǎn)量顯著高于其他4個處理(P<0.05),分別較CK、W2、W3、W4增產(chǎn)3.27%、3.54%、6.46%、17.98%。土壤水分利用效率最高的處理是W2,與W1無顯著差異,顯著高于CK、W3、W4(P<0.05)。綜上,僅從增產(chǎn)角度分析,W1處理顯著高于其他4個處理(P<0.05),是可供選擇的模式;若受水資源限制,則可采用減少20%灌水量(W3處理),脫鹽效率略低,較明溝排水低2.99個百分點,可以增加改良周期,緩解土壤鹽漬化。從對土壤控鹽、節(jié)水、穩(wěn)產(chǎn)與水分利用效率多角度綜合分析,在常規(guī)灌水量基礎(chǔ)上減少10%并結(jié)合暗管排水技術(shù)(W2處理)是適宜的灌溉模式。

    • 一次性施肥模式對覆膜夏玉米產(chǎn)量與氮素利用的影響

      2020, 51(10):329-337. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.037

      摘要 (1202) HTML (0) PDF 1.14 M (911) 評論 (0) 收藏

      摘要:采用壟溝全降解膜覆蓋種植,設(shè)置氮肥一次性根區(qū)穴施(N1)、一次性溝內(nèi)條施(N2)、傳統(tǒng)一次性全田撒施(N3)以及不施肥對照處理(CK)4種施肥方式,開展2015—2016年兩年大田試驗,探究壟溝全膜覆蓋種植方式下一次性施肥模式對夏玉米產(chǎn)量和干物質(zhì)、氮素累積以及氮素吸收利用的影響。結(jié)果表明,3種一次性施肥處理模式下,夏玉米秸稈、籽粒干物質(zhì)量均高于CK處理,且N1處理下2年平均籽粒干物質(zhì)量較N3、N2分別增加1475%、498%;N1處理下氮素吸收速率均高于N2、N3處理,在出苗-拔節(jié)期、拔節(jié)-大喇叭口期與N2、N3差異顯著;夏玉米成熟期氮素累積量從高到低依次為N1、N2、N3,不同處理下夏玉米氮素階段累積量變化趨勢均表現(xiàn)為在拔節(jié)-大喇叭口期、吐絲-灌漿期較多;N3、N2、N1處理比CK對照2年平均增產(chǎn)30.23%、44.16%、54.65%,且一次性穴施(N1)處理產(chǎn)量高于N2、N3處理,比N3處理2年平均增產(chǎn)18.75%;N1處理下氮肥偏生產(chǎn)力2年平均值比N2、N3提高7.28%、18.75%,氮肥表觀利用率2年平均值比N2、N3提高30.61%、88.28%。壟溝全膜覆蓋種植方式下,一次性根區(qū)穴施(N1)有利于氮素在土壤耕作層的集中,提高夏玉米對氮素的利用效率,促進(jìn)夏玉米干物質(zhì)的累積和產(chǎn)量的提高。本研究可為干旱半干旱地區(qū)降解地膜全覆蓋種植方式下有效施肥、減少氮肥污染以及提高肥料利用效率等提供科學(xué)依據(jù)。

    • 基于Pyboard的土壤水通量測量系統(tǒng)研究

      2020, 51(10):338-344. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.038

      摘要 (1045) HTML (0) PDF 1.82 M (600) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對目前沒有成熟的土壤水通量測量設(shè)備的問題,通過技術(shù)分析,使用Pyboard控制單元、MicroPython編程語言和ADS1256模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,設(shè)計了一款土壤水通量傳感器。使用Python軟件,利用Math庫中的Matplotlib函數(shù)設(shè)計了上位機(jī)軟件,通過傳感器功能測試,可實現(xiàn)土壤熱擴(kuò)散系數(shù)、容積熱容量、熱導(dǎo)率以及土壤水通量的測量。選用石英砂、壤質(zhì)砂土、砂質(zhì)壤土和砂質(zhì)黏壤土4種土樣進(jìn)行試驗,根據(jù)最大無量綱溫度差(MDTD)法和比率(Td/Tu)法得出計算值,并與實際水通量進(jìn)行對比。結(jié)果表明,該系統(tǒng)測量精度高、運行穩(wěn)定。兩種方法的計算結(jié)果與實際值之間線性度良好,4種土樣的MDTD法決定系數(shù)分別為0.9677、0.9798、0.9780、0.9647,Td/Tu法的決定系數(shù)分別為0.9845、0.9985、0.9989、0.9986,說明系統(tǒng)具有較高的測量精度。通過適應(yīng)性評價得出,4種土樣中Td/Tu法計算值與實際值之間的相關(guān)性更好,誤差更低,計算效果優(yōu)于MDTD法。

    • 基于飽和土壤埋深調(diào)控的水稻節(jié)水灌溉技術(shù)研究

      2020, 51(10):345-352. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.039

      摘要 (1305) HTML (0) PDF 1.81 M (767) 評論 (0) 收藏

      摘要:采用盆栽試驗和Hydrus-1d模型模擬相結(jié)合的方法,研究了不同耗水強度下稻田落干脫水過程中土壤含水率與飽和土壤埋深的變化規(guī)律,建立了土壤含水率與飽和土壤埋深之間的定量關(guān)系。結(jié)果表明,在稻田落干脫水過程中,土壤含水率與飽和土壤埋深具有很好的同步變化規(guī)律,采用率定后的Hydrus-1d模型能夠較好地模擬稻田落干脫水過程中二者的變化。試驗和模擬結(jié)果均顯示,節(jié)水灌溉稻田土壤含水率與飽和土壤埋深之間呈明顯的二次拋物線關(guān)系,即飽和土壤埋深隨著稻田落干脫水過程中土壤含水率的降低而增大?;诙咧g的定量關(guān)系與傳統(tǒng)土壤含水率指標(biāo)臨界值,計算得到了飽和土壤埋深指標(biāo)臨界值,確定了各生育期飽和土壤埋深臨界值區(qū)間為(0.27m,0.50m),由此提出了以飽和土壤埋深為調(diào)控指標(biāo)的水稻節(jié)水灌溉技術(shù)。該技術(shù)采用易于觀測的飽和土壤埋深作為控制指標(biāo),克服了以土壤含水率、田間無水層天數(shù)等控制指標(biāo)帶來的監(jiān)測成本高、測量精度低等問題,在準(zhǔn)確反映田間水分狀況的同時,滿足了節(jié)水灌溉規(guī)模化應(yīng)用的需求。

    • >農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程
    • 基于深度學(xué)習(xí)的密閉式豬舍內(nèi)溫濕度預(yù)測模型

      2020, 51(10):353-361. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.040

      摘要 (1672) HTML (0) PDF 4.70 M (1137) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對目前豬舍環(huán)境控制中傳感器只能實現(xiàn)對當(dāng)前環(huán)境狀況的監(jiān)測,無法對豬舍內(nèi)環(huán)境變化趨勢作出預(yù)判,不能提前對環(huán)境控制設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié),在一定程度上造成環(huán)境控制效果滯后的問題,基于深度學(xué)習(xí)方法,結(jié)合實際傳感器監(jiān)測的歷史數(shù)據(jù)和豬舍外影響數(shù)據(jù),建立了長短時記憶(Long shortterm memory,LSTM)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型,實現(xiàn)了精確的豬舍內(nèi)溫濕度變化預(yù)測。結(jié)果表明,豬舍內(nèi)冬季和夏季溫濕度預(yù)測值與實測值變化趨勢一致,溫度最大誤差1.9℃,平均誤差為0.5℃;相對濕度最大誤差為13.5%,平均誤差為2.3%;溫度和相對濕度預(yù)測的平均決定系數(shù)分別為0.821和0.645。本文建立的預(yù)測模型具有較優(yōu)性能,可為制定優(yōu)化的豬舍內(nèi)環(huán)境控制策略,解決環(huán)境控制效果滯后問題提供可行的參考。

    • 基于水分利用率與光合速率的溫室作物需水模型研究

      2020, 51(10):362-370. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.041

      摘要 (1604) HTML (0) PDF 3.28 M (907) 評論 (0) 收藏

      摘要:提出一種融合水分利用率(Water use efficiency, WUE)和光合速率的溫室作物需水模型構(gòu)建方法。在獲取不同溫度、光量子通量密度、CO2濃度和土壤含水率嵌套條件下番茄凈光合速率和WUE的基礎(chǔ)上,基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Radial basis function, RBF)構(gòu)建光合速率和WUE預(yù)測模型;繼而獲取不同環(huán)境嵌套條件下的光合速率對土壤含水率的響應(yīng)曲線,利用 U弦長曲率法獲取光合速率約束下的土壤含水率調(diào)控適宜區(qū)間;在此區(qū)間內(nèi),基于WUE預(yù)測模型,以水分利用率最大為目標(biāo),利用粒子群算法(Particle swarm optimization, PSO)獲取土壤含水率調(diào)控目標(biāo)值;最后,利用支持向量機(jī)回歸算法(Support vector regression, SVR)建立作物需水模型。結(jié)果表明,需水模型的訓(xùn)練精度為0.9969,測試精度為0.9788,均方根誤差為0.23%,擬合效果良好。與單一考慮光合效率最優(yōu)的模型相比,本模型WUE平均提高15.22%,土壤含水率平均下降12.76%,光合速率平均下降4.05%。說明融合WUE-光合速率的需水模型能兼顧作物需求和經(jīng)濟(jì)效益,可為溫室土壤含水率的精準(zhǔn)調(diào)控提供理論依據(jù)。

    • 外保溫塑料大棚表冷器-風(fēng)機(jī)集放熱系統(tǒng)性能分析

      2020, 51(10):371-378. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.042

      摘要 (1038) HTML (0) PDF 1.10 M (653) 評論 (0) 收藏

      摘要:為調(diào)節(jié)外保溫塑料大棚的室內(nèi)氣溫,設(shè)計了一套通過表冷器-風(fēng)機(jī)與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換的表冷器-風(fēng)機(jī)集放熱系統(tǒng)(TSFU系統(tǒng))。根據(jù)測試,TSFU系統(tǒng)在晴天和多云天的放熱量Qr分別為(433.0±48.6)MJ和(199.3±0.1)MJ,系統(tǒng)性能系數(shù)(COP)分別達(dá)到2.9和3.1,可將室內(nèi)氣溫分別提高(2.5±0.4)℃和(1.1±0.3)℃,且加溫成本較燃?xì)鉄犸L(fēng)爐節(jié)約了40.2%。根據(jù)模擬分析,將系統(tǒng)表冷器-風(fēng)機(jī)的全熱交換效率和表冷器-風(fēng)機(jī)數(shù)量分別提高至0.44和20時,可分別使晴天Qr增加(67.4±14.9)%和(76.1±14.7)%,多云天Qr增加(149±76)%和(17.0±4.5)%,COP達(dá)到3.6±0.6以上。若將蓄水池中的水體積提高到52m3,可使多云天Qr和COP分別提高(31.7±20.3)%和10±07,但晴天Qr和COP未得到改善;將水體積減小至13m3時,晴天Qr未受影響,但使多云天Qr和COP顯著減小。因此,可使用TSFU系統(tǒng)調(diào)節(jié)外保溫塑料大棚的室內(nèi)溫度。

    • 內(nèi)嚙合行星輪柱塞式生物質(zhì)環(huán)模成型機(jī)設(shè)計與試驗

      2020, 51(10):379-386. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.043

      摘要 (1458) HTML (0) PDF 5.52 M (732) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對傳統(tǒng)環(huán)模生物質(zhì)成型機(jī)能耗高、磨損嚴(yán)重的問題,提出了一種環(huán)模生物質(zhì)致密成型方法,并設(shè)計了內(nèi)嚙合行星輪柱塞式生物質(zhì)環(huán)模成型機(jī)樣機(jī)。該樣機(jī)通過壓輥軸上柱塞凸模與環(huán)模體上成型孔之間的類齒輪嚙合運動,實現(xiàn)柱塞凸模對環(huán)模體成型孔內(nèi)物料的擠壓壓縮,使松散物料形成一定密度的顆粒狀物料。為適應(yīng)不同的生物質(zhì)物料,環(huán)模體成型孔的長徑比可以進(jìn)行調(diào)整。以顆粒度為1~3mm的木屑為物料,在物料含水率為15%、壓輥軸轉(zhuǎn)速為60r/min、室溫條件下進(jìn)行了試驗。結(jié)果表明:內(nèi)嚙合行星輪柱塞式環(huán)模生物質(zhì)成型方法可行,該樣機(jī)生產(chǎn)率為115kg/h、顆粒成型率96.2%、成型密度1.05g/cm3、機(jī)械耐久性指數(shù)97.5%、能耗約為45kW·h/t,各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求;比其他同規(guī)格傳統(tǒng)環(huán)模成型機(jī)能耗降低了25.4%,比螺旋擠壓成型機(jī)能耗降低了50%;樣機(jī)關(guān)鍵部件磨損降低,使用壽命得到提高。

    • >農(nóng)產(chǎn)品加工工程
    • 基于輻照場糖基化改性的大豆蛋白凍融穩(wěn)定性提高研究

      2020, 51(10):387-394. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.044

      摘要 (1169) HTML (0) PDF 5.37 M (625) 評論 (0) 收藏

      摘要:為了提高大豆蛋白的凍融穩(wěn)定性,在輻照場下采用濕法糖基化改性大豆分離蛋白,以接枝度和凍融后的乳析指數(shù)為指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化改性工藝試驗。結(jié)果表明:在大豆分離蛋白(SPI)與麥芽糖(M)質(zhì)量比為4、SPI質(zhì)量濃度為40mg/mL、輻照劑量為7.5kGy的條件下,制備的SPI凍融穩(wěn)定性顯著提高;與未改性SPI相比,改性SPI 3次凍融循環(huán)后乳液乳析指數(shù)分別降低了22.98、28.40、30.70個百分點,出油率分別降低了9.7、21.2、26.4個百分點;乳化活性指數(shù)和乳化穩(wěn)定性指數(shù)比未改性的SPI分別提高了9.26m2/g和376min;紅外光譜分析表明,麥芽糖分子以共價鍵的形式與大豆分離蛋白結(jié)合;掃描電鏡表明,輻照SPI-M微觀結(jié)構(gòu)呈蜂窩狀,呈現(xiàn)出良好的持水性;光學(xué)顯微鏡分析表明,與未改性的SPI乳液相比,凍融處理后的輻照SPI-M乳液只出現(xiàn)部分小油滴,乳液狀態(tài)更穩(wěn)定。

    • 酪蛋白對乳清濃縮蛋白自組裝形成納米纖維的影響

      2020, 51(10):395-402. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.045

      摘要 (1241) HTML (0) PDF 2.51 M (734) 評論 (0) 收藏

      摘要:某些蛋白質(zhì)在非常規(guī)條件下可以自組裝形成納米纖維聚合物,這種聚合結(jié)構(gòu)對蛋白質(zhì)單體及其常規(guī)聚合形態(tài)賦予了高級功能性質(zhì),但這種自組裝過程容易受其他蛋白的干擾,破壞其組裝聚合方式。研究了乳液中2種主要蛋白成分的相互作用和酪蛋白(CN)對乳清濃縮蛋白(WPC)自組裝形成纖維狀聚合物的影響,分析了WPC在自組裝的不同時期受CN的干擾程度。結(jié)果表明,在纖維形成不同階段混入CN,決定了形成聚合物的結(jié)構(gòu)形態(tài),CN加入的時間越早,對纖維形成的抑制作用越明顯,提高混入CN濃度,能夠使形成纖維聚合物的CN混入時間點延后。其中表面疏水作用和二硫鍵的形成共同促進(jìn)了CN與WPC的聚合,弱化了WPC的自身作用,繼而抑制WPC的纖維自組裝,在纖維形成初期混入CN,這種抑制作用尤為明顯。CN的混入使聚合速率常數(shù)k增大,WPC與CN聚合能力增強,而WPC間的聚合作用減弱,干擾和破壞了WPC纖維聚合物的形成。研究表明,牛乳中酪蛋白的影響導(dǎo)致牛乳蛋白無法形成納米纖維聚合物,除去牛乳中的酪蛋白,使分離出的乳清蛋白在自組裝聚合的中后期混入酪蛋白,則不影響納米纖維聚合結(jié)構(gòu)的形成。

    • >車輛與動力工程
    • 基于主動懸掛的車載穩(wěn)定平臺調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計與試驗

      2020, 51(10):403-410. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.046

      摘要 (1406) HTML (0) PDF 3.87 M (906) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對剛性支腿調(diào)平裝置靈活性差、調(diào)平耗時長等問題,設(shè)計了一種基于主動懸掛的車載穩(wěn)定平臺調(diào)平系統(tǒng),該系統(tǒng)主要包括三軸六輪車輛底盤、慣性測量單元、控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。通過懸架互聯(lián)方式將懸掛作動油缸對車載穩(wěn)定平臺的六點支撐結(jié)構(gòu)等效轉(zhuǎn)換為三點支撐結(jié)構(gòu),采用“中心不動”調(diào)平算法對三支撐點高度進(jìn)行調(diào)節(jié),從而實現(xiàn)對車載穩(wěn)定平臺的調(diào)平控制。為驗證所設(shè)計調(diào)平系統(tǒng)的可行性,試制了車載穩(wěn)定平臺樣機(jī),并進(jìn)行了駐車調(diào)平和行車調(diào)平試驗。駐車調(diào)平試驗包括基于本文設(shè)計的調(diào)平系統(tǒng)調(diào)平試驗和基于樣機(jī)自帶的剛性支腿調(diào)平裝置的調(diào)平試驗,行車調(diào)平試驗包括過單邊橋調(diào)平試驗和過雙邊橋調(diào)平試驗。結(jié)果表明,在駐車調(diào)平試驗中,采用本文設(shè)計的基于主動懸掛的調(diào)平系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)平,平臺俯仰角由2.5°調(diào)至水平狀態(tài)約需5.5s,調(diào)平精度為0.1°,相比剛性支腿調(diào)平裝置,在調(diào)平速度和調(diào)平精度方面具有明顯優(yōu)勢;在行車調(diào)平試驗中,過單邊橋調(diào)平時,平臺側(cè)傾角最大誤差為0.58°,過雙邊橋調(diào)平時,平臺俯仰角最大誤差為0.55°,行車調(diào)平過程中平臺傾角變化誤差較小,可基本滿足實際使用要求。所設(shè)計的基于主動懸掛的車載穩(wěn)定平臺調(diào)平系統(tǒng)不僅能保證車載穩(wěn)定平臺駐車調(diào)平時的調(diào)平速度和調(diào)平精度,而且能實現(xiàn)在行車過程中邊行走、邊調(diào)平的功能。

    • >機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
    • 零耦合度空間2T1R并聯(lián)機(jī)構(gòu)運動學(xué)與剛度建模分析

      2020, 51(10):411-420. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.047

      摘要 (1190) HTML (0) PDF 4.27 M (719) 評論 (0) 收藏

      摘要:根據(jù)基于方位特征(POC)方程的并聯(lián)機(jī)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計理論與方法,提出一種零耦合度、含1條冗余支鏈的三自由度兩平移一轉(zhuǎn)動(2T1R)并聯(lián)機(jī)構(gòu),并對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)浞治?。結(jié)果表明:該機(jī)構(gòu)具有符號式位置正解和部分運動解耦特性,其被動冗余支鏈能避免奇異位置,改善剛度;因機(jī)構(gòu)耦合度為零,易求解出其符號式位置正解,并分析了機(jī)構(gòu)可能產(chǎn)生的3種奇異位置;運用虛擬彈簧法建立了每條支鏈的剛度模型并進(jìn)行求解,給出并分析了機(jī)構(gòu)笛卡爾剛度矩陣中扭轉(zhuǎn)剛度和線性剛度的變化趨勢,討論了冗余支鏈對整體剛度性能的影響,驗證了冗余支鏈可使機(jī)構(gòu)整體剛度性能提升約22%。

    • 金屬陶瓷自磨刃割刀對苜蓿低損傷切割機(jī)理分析

      2020, 51(10):421-426,309. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.10.048

      摘要 (1294) HTML (0) PDF 5.37 M (859) 評論 (0) 收藏

      摘要:通過數(shù)值模擬仿真分析了割刀刃口曲率半徑對苜蓿切割過程力學(xué)特性的影響,采用超重力燃燒合成技術(shù)制備金屬陶瓷梯度材料,按照國標(biāo)要求制備旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)割刀,探討了金屬陶瓷割刀作業(yè)過程中自磨刃形成原理及其對苜蓿的低損傷切割機(jī)理,并進(jìn)行了田間試驗驗證。結(jié)果表明,割刀刃口曲率半徑是影響鋒銳性的重要因素,曲率半徑越大,刃口鈍化越嚴(yán)重,割刀對莖稈的切割作用變?nèi)?,而撞擊作用增強,莖稈生長方向(Z方向)拉應(yīng)力增大,形成撕裂拉拔作用,使苜蓿切口粗糙、根部松動。自磨刃割刀的后刀面為金屬陶瓷材料,其硬度高(760~780Hv)、耐磨性好,前刀面硬度呈梯度平緩變化趨勢,在作業(yè)過程中磨損均勻,刃口曲率半徑變化較小而形成自磨銳特性,實現(xiàn)了對苜蓿的低損傷切割。田間試驗表明,在相同條件下,與市售割刀相比,金屬陶瓷自磨刃割刀切割苜蓿66.7hm2后仍然保持鋒銳的切割性能,苜蓿切口平齊,組織損傷較輕,自愈過程正常,再生芽保留完整,再生周期可縮短5~10d。

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