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  • 2022年第53卷第1期文章目次
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    • >特約專稿
    • 遙感技術獲取耕地質量評價指標的研究進展分析

      2022, 53(1):1-13. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.001

      摘要 (1726) HTML (0) PDF 2.54 M (1001) 評論 (0) 收藏

      摘要:耕地質量指標數(shù)據(jù)獲取是耕地質量評價的基礎,遙感為相關數(shù)據(jù)的快速,、大面積獲取提供了一種新的手段與方法。本文首先分析了耕地質量內涵和功能,,在此基礎上利用文獻計量法對我國近5年耕地質量評價指標研究進行歸納,,結合國外土壤質量的研究現(xiàn)狀,提出了基于遙感技術的耕地質量評價指標體系,,包括地形條件,、土壤屬性和田間利用狀況3個維度。然后分析了不同維度各指標獲取方法的研究現(xiàn)狀,,概述了目前常用的遙感數(shù)據(jù)分析方法及對應的技術原理,遙感可有效獲取田面坡度,、田塊狀況,、田間道路通達度、林網化程度等指標計算所需的基礎數(shù)據(jù),,土壤屬性的大尺度獲取方法還需進一步研究,。最后針對遙感技術獲取耕地質量評價指標亟待解決的問題,提出了建議與展望:挖掘耕地質量評價指標的不同尺度遙感特征,;加強耕地質量評價指標遙感信息的自動化提取研究,;建設耕地質量評價的遙感大數(shù)據(jù)平臺,促進遙感技術在耕地質量評價中的應用,。

    • >農業(yè)裝備與機械化工程
    • 基于多傳感器融合的跟隨AGV復合導引技術

      2022, 53(1):14-22,,32. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.002

      摘要 (1444) HTML (0) PDF 2.51 M (834) 評論 (0) 收藏

      摘要:在“主從式”AGV協(xié)同作業(yè)中,跟隨AGV的定位和導引,,除了獲取環(huán)境信息,,還需要觀測領航AGV的位姿進行路徑跟隨,對精度和穩(wěn)定性有更高的要求,。為了提高跟隨AGV的導航精度,,提出一種慣性導航與多目視覺結合的組合導航方法。針對多傳感器的數(shù)據(jù)融合問題,,提出一種基于自適應無跡卡爾曼濾波的跟隨AGV最優(yōu)位姿估計方法,。慣導傳感器輸出信號用于跟隨AGV的狀態(tài)預測;路徑跟蹤導航與RGB-D視覺導航組成多目視覺導航,作為系統(tǒng)觀測修正慣導的累積誤差,。實驗表明,,本文提出的復合導引方案具有更快的偏差收斂速度、更穩(wěn)定的路徑跟蹤狀態(tài)和隊形保持,,提高了雙車協(xié)同搬運系統(tǒng)的實時性和魯棒性,。

    • 基于歐氏聚類的三維激光點云田間障礙物檢測方法

      2022, 53(1):23-32. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.003

      摘要 (1776) HTML (0) PDF 4.62 M (830) 評論 (0) 收藏

      摘要:為滿足目前農業(yè)機械(簡稱農機)自動駕駛中農田障礙物檢測的需求,,提出了一種使用三維激光雷達檢測田間障礙物的方法。該方法首先對采集的環(huán)境點云進行預處理,,采用體素柵格下采樣濾波,,將稠密的點云在不損失特征信息的情況下進行減量;采用三維長方體對角點劃定感興趣區(qū)域以便快速計算,;采用隨機采樣一致性(RANSAC)算法檢測出農田地面點云,,將地面點云與地面上障礙物點云進行分割。然后對地面上障礙物點云基于K維樹(K-d tree)進行歐氏聚類,,其中聚類的距離閾值為0.6m,。最后判斷聚類的點數(shù)量和外接長方體體積,過濾掉點數(shù)和體積過大或過小的無效聚類從而得出障礙物,。應用32線激光雷達在北京市小湯山國家精準農業(yè)示范基地采集田間環(huán)境點云,,分別對田間機具、草堆,、田埂,、地頭矮房、路邊樹木和田間行人進行檢測,,結果表明該方法對田間常見障礙物有較好的檢測效果,。考慮到人是田間行車安全的重要因素,,在田間進行了行人橫穿于雷達視野前方且與雷達距離分別為5,、10、15,、20,、25、30m時算法的檢測效果試驗,,試驗結果表明田間行人在30m內平均檢出率為96.11%,。該方法可用于大田環(huán)境下障礙物的檢測,,為農機自主行走過程中的避障策略研究提供了基礎。

    • 凸多邊形田塊下油菜聯(lián)合直播機組作業(yè)路徑規(guī)劃

      2022, 53(1):33-40,,150. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.004

      摘要 (1625) HTML (0) PDF 3.00 M (896) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對無人農場場景下油菜聯(lián)合直播機組自動導航自主作業(yè)需求,,提出一套對凸多邊形邊界田塊具有普適性的油菜聯(lián)合直播作業(yè)路徑規(guī)劃算法。在擬定油菜直播作業(yè)對路徑規(guī)劃算法基本要求的基礎上,,將作業(yè)區(qū)域分成內部方向平行作業(yè)區(qū)與外圍輪廓平行作業(yè)區(qū),,對應方向平行作業(yè)路徑和輪廓平行作業(yè)路徑;進一步將作業(yè)路徑分為工作路徑和非工作路徑,,對后者包括的行間轉移銜接路徑,、區(qū)域銜接路徑、拐角銜接路徑,、進入路徑和退出路徑等的生成原理進行詳細闡述,,通過“最小跨度法”得到方向平行路徑最優(yōu)作業(yè)方向,通過貪婪算法與Google OR-Tools對方向平行路徑行調度次序進行排序優(yōu)化,。綜合考慮作業(yè)路徑總長度,、算法耗時和重漏面積等指標,針對油菜聯(lián)合直播機組免少耕和旋耕播種作業(yè),,以東方紅-LX804型拖拉機+2BFQ-6型免耕直播機等機組為對象,對比測試了4個實際典型田塊下不同作業(yè)參數(shù),、地頭轉彎策略和調度策略下的算法性能,。測試結果表明,規(guī)劃所得路徑對應的油菜播種作業(yè)面積覆蓋率大于等于95.14%,,重播率小于等于2.63%,,有效工作路徑占比大于等于57.39%,算法耗時小于等于8.003ms,,算法穩(wěn)定高效,,滿足油菜聯(lián)合直播作業(yè)對路徑規(guī)劃的基本要求。

    • 日光溫室番茄采摘機器人設計與試驗

      2022, 53(1):41-49. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.005

      摘要 (2191) HTML (0) PDF 3.03 M (1184) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對目前日光溫室中番茄采摘主要靠人工且費時費力的問題,,設計并制作了一種可以應用于日光溫室的番茄采摘機器人。該機器人能夠在大棚壟道間巡檢并自動識別成熟番茄,,完成采摘,、收集。本設計以STM32微控制器為主控制器,使用麥克納姆輪全向移動平臺作為機器人的移動底盤,,采用由Raspberry Pi 4B控制器驅動的深度相機作為成熟番茄的識別裝置,,底盤上平臺安裝風力補償風機、可水平滑動的6自由度機械臂,,機械臂搭載了附有薄膜壓力傳感器的柔性手爪,。整個上平臺由安裝在底盤下平臺的垂直升降機構驅動,滑動機構和升降機構均配有測距傳感器,,通過Raspberry Pi 4B所驅動的攝像頭識別與捕捉,,再通過串行總線將成熟番茄的坐標數(shù)據(jù)傳輸至STM32控制器,STM32控制器通過機械臂逆運動學分析驅動機械臂,、滑軌與升降平臺的聯(lián)合動作,,配合機械臂末端關節(jié)動作,即可實現(xiàn)番茄采摘,。

    • 水田帶狀復式整地機關鍵部件設計與試驗

      2022, 53(1):50-62. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.006

      摘要 (1667) HTML (0) PDF 3.03 M (822) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對水稻寬窄行栽培模式中苗床整地的技術特點,,設計一種帶狀少耕整地復式作業(yè)機具,,解決規(guī)模化水田整地作業(yè)的少,、免耕技術問題,,實現(xiàn)水田苗床間隔精細整地、淺松及條施肥復式作業(yè),。根據(jù)現(xiàn)有水稻寬窄行種植行距要求,,通過對其帶狀旋耕部件運動學分析以及特殊旋耕刀片設計,確定了帶狀旋耕機構的關鍵參數(shù),,實現(xiàn)300mm整地作業(yè)帶,,相鄰300mm區(qū)域為免耕帶;通過EDEM離散元運動學仿真,,運用正交旋轉組合試驗的方法優(yōu)化多區(qū)段旋耕刀組最佳排列方式,、機具的前進速度和刀軸轉速。田間試驗結果表明,,水田帶狀旋耕復式整地機碎土率,、地表平整度、單條耕作帶寬,、耕作帶寬穩(wěn)定性系數(shù)分別為92.97%,、18.4mm,、300.9mm、95.3%,,滿足規(guī)?;久绱餐寥勒匾蟆?/p>

    • 黃土高原坡地土壤與旋耕部件互作離散元仿真參數(shù)標定

      2022, 53(1):63-73. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.007

      摘要 (1704) HTML (0) PDF 3.25 M (904) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對黃土高原坡地土壤-旋耕部件互作機理研究以及坡地專用旋耕機具設計缺乏準確可靠離散元仿真參數(shù)的問題,,以典型坡地粘壤土(含水率13.4%±1%)為研究對象,選取EDEM中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion接觸模型,,對相關仿真參數(shù)進行標定,。首先,對土壤顆粒間接觸參數(shù)進行了標定,,以土壤顆粒的仿真堆積角為響應值,,基于Design-Expert軟件中Box-Behnken的方法,確定了土壤堆積角的回歸模型,;通過模型尋優(yōu)得到了恢復系數(shù),、靜摩擦因數(shù)、滾動摩擦因數(shù)及表面能參數(shù)分別為0.15,、0.33,、0.05和9.04J/m2,此時土壤堆積角仿真值為41.59°,,與實測值相對誤差為3.8%,。其次,對土壤與旋耕刀材料65Mn鋼的接觸參數(shù)進行了標定:通過靜摩擦,、斜板及碰撞等試驗得到了土壤與65Mn鋼之間靜摩擦因數(shù)、滾動摩擦因數(shù)和恢復系數(shù)的范圍,,進一步以土壤在65Mn鋼板上的靜滑動摩擦角為響應值,,基于Box-Behnken的方法得到了土壤靜滑動摩擦角的回歸模型;對該模型尋優(yōu)得到了土壤顆粒與65Mn鋼間的靜摩擦因數(shù),、滾動摩擦因數(shù)及恢復系數(shù)分別為0.50,、0.06和0.18,此時靜滑動摩擦角仿真值為24.0°,,與實測值相對誤差為1.7%,。最后,通過坡地旋耕試驗驗證模型參數(shù)的有效性:土壤顆粒水平,、側向位移實測值和仿真值最大相對誤差分別為4.3%和5.1%,。結果表明標定的參數(shù)準確可靠,。

    • 大豆壟上雙行免耕播種機鋸齒式開溝器設計與試驗

      2022, 53(1):74-84. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.008

      摘要 (1363) HTML (0) PDF 3.86 M (850) 評論 (0) 收藏

      摘要:在玉米-大豆輪作免耕種植模式下,,針對玉米根土結合體較大且壟向分布不均勻,阻礙大豆壟上雙行播種開溝器壟向運動,,導致播種深度均勻性和行距一致性較差等問題,,設計了一種鋸齒式大豆壟上雙行播種開溝器。在闡述鋸齒式大豆壟上雙行播種開溝器結構和工作原理的基礎上,,對前刀曲線進行了設計,,推導出前刀曲線方程;分析了側刃切割根系力學模型,,確定側刃為鋸齒形,;對玉米根土結合體進行農藝學測量,確定了鋸齒形側刃的關鍵參數(shù),;根據(jù)大豆播種的農藝要求,,明確了開溝器主體內導種管以交錯形式布置,同時確定了鋸齒式開溝器的入土隙角為5°,。離散元仿真試驗結果表明:鋸齒式開溝器能有效切斷玉米根系且有較優(yōu)的工作穩(wěn)定性,,進而驗證了設計的合理性。在機組前進速度7km/h,、開溝深度50mm條件下,,以根系切斷率為主要指標進行田間性能試驗,結果表明:鋸齒形側刃有較強的鋸切能力,,平均根系切斷率達97.25%,。與雙圓盤開溝器進行田間對比試驗,結果表明:鋸齒式開溝器比雙圓盤開溝器開溝深度變異系數(shù)降低43.33%,、種子橫向距離變異系數(shù)降低60.81%,。仿真試驗和田間試驗均表明鋸齒式開溝器滿足免耕大豆壟上雙行播種農藝要求。

    • 基于多條件時間序列的免耕播種機作業(yè)數(shù)據(jù)清洗方法

      2022, 53(1):85-91. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.009

      摘要 (1185) HTML (0) PDF 1.83 M (729) 評論 (0) 收藏

      摘要:為提高作業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)狀態(tài)預測精度,并保證無效數(shù)據(jù)的實時清洗,,提高數(shù)據(jù)質量并降低監(jiān)測設備的緩存壓力,,從而降低對后續(xù)地塊作業(yè)質量評價準確性的影響,,減輕數(shù)據(jù)并發(fā)帶來的網絡壓力,本文針對免耕播種機長時序的田間周期性作業(yè)規(guī)律,,提出基于多條件時間序列分析的監(jiān)測數(shù)據(jù)清洗方法及模型,,該模型包含3個長短時記憶特征提取模塊,分別提取了工況參數(shù)中車速,、瞬時面積和播種量的時空特征,,再利用通道融合(CONCAT連接)保證了融合后的特征具有個體差異性。通過該模型可以實時判斷當前時刻的免耕播種機工況時序狀態(tài)值,,實現(xiàn)了某位置點作業(yè)工況的狀態(tài)預測,,從而間接判斷圖像抓拍系統(tǒng)的實時清洗狀態(tài)。40次迭代后不同模型的對比結果表明:多條件特征通道融合的時間序列模型對有效點和無效點的預測精度都超過了85%,,抓拍圖像清洗平均準確率為92.4%。因此,,本文的研究方法以免耕播種機工況狀態(tài)作為抓拍圖像清洗依據(jù)是有效的,,數(shù)據(jù)清洗后約有63%的冗余數(shù)據(jù)被剔除。

    • 窄行密植西洋參精密播種機設計與試驗

      2022, 53(1):92-103. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.010

      摘要 (1261) HTML (0) PDF 3.55 M (837) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對現(xiàn)有條播或大行株距穴播機難以滿足西洋參窄行密植精密播種農藝要求,、西洋參機械化種植缺乏適用播種機械的問題,設計了一種采用多行并聯(lián)氣力針式排種裝置和行星輪點播式導種裝置的窄行密植西洋參精密播種機,。闡述了播種機及排種裝置結構原理與整機傳動方案,,重點設計了行星輪點播式全約束導種裝置,,通過機構分析確定了行星輪系的結構參數(shù);通過卸種過程理論分析和高速攝影試驗,,明確了卸種軌跡影響因素和卸種水平位移,,確定了導種裝置插播器接種口尺寸和合適卸種正壓;通過導種軌跡理論與仿真分析,,明確了插播器運動規(guī)律和低位零速投種條件,,確定了導種裝置投種控制凸輪輪廓,。播種機田間試驗結果表明,當吸種負壓為-4.5kPa,、卸種正壓為3.0kPa,、作業(yè)速度為0.54km/h時,設計的播種機穴粒數(shù)合格率為86.2%,,重播率為4.4%,,空穴率為9.4%,播深合格率為92.8%,,穴距合格率為93.9%,,滿足西洋參播種農藝要求。

    • 基于圓柱凸輪的株距可調式取苗末端執(zhí)行器設計與試驗

      2022, 53(1):104-114,122. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.011

      摘要 (1733) HTML (0) PDF 3.11 M (831) 評論 (0) 收藏

      摘要:穴盤苗疏植移栽是設施農業(yè)育苗的關鍵步驟,,可為幼苗提供優(yōu)良的生長環(huán)境,,實現(xiàn)增產增收。針對疏植移栽環(huán)節(jié)中,,可調株距設備自動化程度低,,人工作業(yè)效率低下,易損苗傷苗等問題,,本文設計了一種基于圓柱凸輪的株距可調式取苗末端執(zhí)行器,,可實現(xiàn)不同株距之間的疏植移栽作業(yè)。首先,,對末端執(zhí)行器整體結構進行設計,,確定其工作原理;其次,,通過理論分析確定圓柱凸輪與取苗手指各關鍵參數(shù),,并分析其作業(yè)狀態(tài)下受力情況;然后,,利用EDEM與Recur Dyn建立苗缽根土復合模型,,進行耦合仿真單因素模擬試驗,確定后續(xù)正交試驗因素范圍,;最后,,搭建了穴盤幼苗疏植移栽試驗平臺,以取苗針夾角,、入土角,、取苗針間距和變距速度為試驗因素,,以苗缽最大形變量和移栽成功率為試驗指標,進行正交試驗,。在最優(yōu)參數(shù)組合為取苗針夾角10°,、入土角4°、取苗針間距8mm,、變距速度5mm/s下,,選取128穴至72穴與72穴至50穴兩種疏植移栽要求進行驗證試驗,移栽后128穴缽體形變量平均值為(1.13±0.68)mm,,72穴缽體形變量平均值為(1.51±0.64)mm,。總移栽成功率為93.33%,,整機移栽效率為22株/min,,滿足不同穴盤規(guī)格疏植作業(yè)需求,適用性強,。

    • 油菜割曬機雙曲柄平面五桿撥禾輪設計與試驗

      2022, 53(1):115-122. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.012

      摘要 (1217) HTML (0) PDF 1.73 M (833) 評論 (0) 收藏

      摘要:為減少油菜割曬機撥禾輪易纏繞和掛禾等問題,提出了一種雙曲柄平面五桿撥禾輪機構,,建立了該撥禾輪機構的運動學分析模型,。根據(jù)雙曲柄平面五桿機構存在的約束條件,基于編制的撥禾輪撥指運動分析程序,,采用人機交互方式得到了一組滿足油菜割曬撥禾要求的撥禾輪機構結構參數(shù)組合,,實現(xiàn)了撥禾輪撥指低速入禾、加速推送,、快速出禾和撥指翻轉的動作要求,,與偏心式撥禾輪相比,同等回轉半徑和轉速下,,增大了撥指動態(tài)軌跡“環(huán)扣”的高度和寬度,。分析了撥禾輪機架初始安裝角度以及機具前進速度等參數(shù)變化對撥禾輪撥指運動狀態(tài)、速度,、加速度和軌跡的影響,,分析得出撥指在一個旋轉周期內速度為非勻速變化,撥禾過程撥指速度緩慢變化,,加速度無突變,,通過撥禾輪轉速和機具前進速度合理匹配,可實現(xiàn)零速扶禾,對油菜穗頭沖擊小,,減少纏繞。對比分析得出雙曲柄平面五桿機構撥禾輪的撥禾輪線速度比可以按撥禾輪勻速轉動并以撥禾輪軸為中心的撥指尖靜態(tài)軌跡最小內接圓半徑為長度的圓周線速度近似計算,。開展了雙曲柄平面五桿機構撥禾輪和偏心式撥禾輪油菜割曬機對比試驗,,田間試驗表明,相同試驗條件下,,采用雙曲柄平面五桿機構撥禾輪的割曬機鋪放角度不大于25°,,鋪放角度差不大于8°,撥禾輪轉速對鋪放角度的影響不顯著(P=0.165>0.1),,撥禾輪類型差異對鋪放角度的影響極顯著(P=0.002<0.05),。撥禾輪轉速對鋪放角度差的影響不顯著(P=0.750>0.1),撥禾輪類型差異對鋪放角度差的影響顯著(P=0.015<0.1),,雙曲柄平面五桿機構撥禾輪試驗全程未出現(xiàn)撥禾輪掛禾和纏繞現(xiàn)象,。

    • 基于深度學習目標測定的大蒜收獲切根裝置設計與試驗

      2022, 53(1):123-132. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.013

      摘要 (1593) HTML (0) PDF 3.50 M (933) 評論 (0) 收藏

      摘要:為研究適用于大蒜聯(lián)合收獲的智能化切根裝置,,提出了基于機器視覺的非接觸式定位切根方法,設計了一種基于深度卷積神經網絡的大蒜切根試驗臺,。試驗臺采用深度學習的方法,,對采集到的圖像進行目標檢測,利用APP完成人機交互和結果顯示,,由深度卷積神經網絡給定切根的切入位置,,電機控制系統(tǒng)自動調整定位雙圓盤切根刀完成切根處理。目標比較試驗表明:鱗莖,、根盤和蒜根3種目標中,,鱗莖可用率為94.79%、置信度得分為0.97697,,適合作為檢測目標,;檢測模型比較試驗表明:對比基于Faster R-CNN、SSD,、YOLO v2,、YOLO v3和YOLO v4算法的10種模型,選擇ResNet50作為特征提取網絡改進的YOLO v2模型,兼顧檢測速度與精度(測試程序中的檢測時間為0.0523s,、置信度得分為0.96849),;切根試驗表明:以鱗莖作為目標,采用改進的YOLOv2模型,置信度得分為0.97099,,可用率為96.67%,,切根合格率為95.33%,APP中的檢測時間為0.0887s,,滿足大蒜聯(lián)合收獲切根要求,。

    • 高稈禾草履帶收獲機防傾翻預警系統(tǒng)研究

      2022, 53(1):133-139. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.014

      摘要 (1393) HTML (0) PDF 1.85 M (730) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對高稈禾草收獲機在南方山坡地帶作業(yè)易發(fā)生傾翻的問題,,設計了防傾翻預警系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由上位機,、控制器和傳感器組成,,通過傾角傳感器和壓力傳感器共同監(jiān)測,實現(xiàn)防傾翻預警功能,。對整機質心進行了測量,,測得整機質心與驅動輪軸之間的水平距離為944.5mm、質心高度為1080.4mm,、質心與縱向中心平面的距離為27.9mm,,確定了質心位置;利用軟件RecurDyn對整機在7.2km/h車速下進行了典型工況的動力學仿真分析,,橫向直行,、轉向和縱向上下坡的臨界傾翻角分別為24°、11°,、33°和31°,,其中在轉向工況下,臨界傾翻橫向載荷轉移率為0.49,;對整機進行了靜態(tài)傾翻試驗,,橫向直行和縱向上下坡的臨界傾翻角分別為24.7°、34.2°和31.8°,;基于整機尺寸和質心位置搭建了比例模型,,在固定轉向路徑下進行了動態(tài)傾翻試驗,試驗結果表明:轉向臨界傾翻角為14°,,臨界傾翻橫向載荷轉移率為0.54,,為高稈禾草收獲機應用于復雜工況的行駛作業(yè)提供了理論支持。

    • 凸輪搖桿雙向擠壓核桃破殼裝置設計與試驗

      2022, 53(1):140-150. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.015

      摘要 (1444) HTML (0) PDF 2.63 M (822) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對當前核桃破殼裝置自定位結構復雜,,破殼行程無法控制,,脫殼率低,核仁損傷率高的技術問題,,通過對核桃失穩(wěn)破殼,、裂紋擴展臨界條件及破殼位移分析,基于定間隙單果擠壓破殼原理,,設計了一種凸輪搖桿雙向擠壓核桃破殼裝置。進行了雙螺桿定量喂料,、凸輪搖桿雙向擠壓破殼機構,、擠壓/落料U形塊結構、凸輪機構運動角及位移,、搖桿位移方程以及凸輪輪廓曲線等設計,。以擠壓間隙、凸輪軸轉速,、核桃周徑作為試驗因素,,以一露仁率、二露仁率,、碎仁率,、脫殼率作為試驗指標,進行L9(34)正交試驗,。結果表明,,各因素對指標影響的主次順序為核桃周徑、擠壓間隙,、凸輪軸轉速,;最優(yōu)水平組合為核桃周徑范圍34~37mm、擠壓間隙7mm,、凸輪軸轉速53r/min,。以最優(yōu)組合進行驗證試驗,結果表明一露仁率為61.39%,,二露仁率為23.30%,,碎仁率為15.31%,脫殼率為92.36%,,與傳統(tǒng)型核桃剝殼取仁裝置相比,,高露仁率提高14.69個百分點,滿足核桃產業(yè)初加工的需求,。

    • 基于改進PSO的無人自轉旋翼機二自由度PID飛行控制

      2022, 53(1):151-158,,185. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.016

      摘要 (963) HTML (0) PDF 1.79 M (706) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對傳統(tǒng)無人自轉旋翼機自動控制采用一自由度PID和優(yōu)化算法相結合,,因自轉旋翼機的響應滯后特性,一自由度PID不能同時滿足快速響應和抑制干擾的問題,,提出基于粒子群算法和模擬退火算法的二自由度PID控制器,,同時設計前饋控制器的降噪方法,實現(xiàn)對無人自轉旋翼機的有效控制,。通過搭建Matlab仿真模型驗證其可行性,,其仿真結果表明本研究中算法相對于傳統(tǒng)一自由度PID控制響應速度較快,前饋控制器能有效地抑制外部干擾,,魯棒性強,,且系統(tǒng)響應速度快,響應時間提升約11%,,響應精度更高,,收斂誤差小,約是傳統(tǒng)PID的1/6,,控制系統(tǒng)更穩(wěn)定,。同時在2種不同飛行環(huán)境下實際飛行實驗驗證了基于PSO-SA的二自由度PID控制器可行性,可為無人自轉旋翼機在農業(yè)航空領域中的應用提供理論基礎,。

    • 牽引式液態(tài)肥噴灑機設計與試驗

      2022, 53(1):159-167. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.017

      摘要 (1220) HTML (0) PDF 2.20 M (787) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對目前國內缺乏專業(yè)的液態(tài)肥噴灑機,,設計了主要由罐體,、吸料系統(tǒng)、排料系統(tǒng)和噴灑器等部件組成的牽引式液態(tài)肥噴灑機,,建立了噴灑作業(yè)理論模型,,并對真空泵排量、罐體結構,、噴嘴噴射速度等關鍵參數(shù)進行了設計與計算,。采用仿真軟件對噴灑器散射擋板形狀、散射擋板朝向,、噴嘴形狀和噴嘴噴射速度等關鍵因素進行了仿真分析,,結果表明,為達到較好的噴灑效果,,應采用扇形散射擋板,、圓錐形噴嘴和13m/s左右的噴射速度,,散射擋板與水平面呈正夾角。以噴灑幅寬,、均勻性變異系數(shù),、平均厚度為噴灑性能指標,采用正交試驗對噴灑作業(yè)進行了優(yōu)化仿真,,得出對噴灑幅寬影響顯著的因素是散射擋板長軸長度,,對地面水平均厚度影響顯著的因素是散射擋板傾斜角,各個因素對于噴灑均勻變異性系數(shù)的影響不顯著,。結合設計目標,,當行進速度5km/h時,優(yōu)先選取散射擋板與水平夾角35°,、散射擋板長軸長度32cm,、噴射速度13m/s和噴嘴高度1m,可得試驗噴灑幅寬為11m,,地面水平均厚度為1.65mm,噴灑均勻性變異系數(shù)CV為34.86%,,仿真分析與試驗結果基本一致,,驗證了設計的準確性和可靠性,達到了設計目標,,滿足使用要求,。

    • 傾斜對置圓盤有機肥側拋射流形態(tài)與控制研究

      2022, 53(1):168-177. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.018

      摘要 (1130) HTML (0) PDF 4.08 M (696) 評論 (0) 收藏

      摘要:為進一步提高傾斜對置圓盤側拋式有機肥拋撒裝置在拋射均勻性與拋射距離等方面的性能,采用拋離角,、散射角和有效拋距等參數(shù)定性定量描述了射流形態(tài),,通過理論分析建立的數(shù)學模型,得到圓盤轉速,、圓盤傾角與刮肥板的形狀等因素可影響射流形態(tài),,通過仿真試驗分析拋撒裝置的結構參數(shù)與射流參數(shù)之間的關系,結合仿真結果創(chuàng)新設計寬底外延傾斜四邊形刮肥板,、拋離角控制擋板等零部件,,通過樣機試驗檢驗射流的拋射效果。研究結果表明:拋離角控制擋板高為140mm,,上導流板導出角為40°時,,可將射流的拋離角控制在最佳拋離角30°左右,寬底外延傾斜四邊形刮肥板可將散射角降低至25°,,獲得窄幅射流減小射流的迎風面,,得到11.6m的有效拋距,,寬底外延傾斜四邊形刮肥板與拋離角控制擋板共同作用下可形成無導向阻礙的柔性筒腔,行走拋射覆蓋均勻,。通過部件設計與結構參數(shù)優(yōu)化有效控制了拋撒裝置的射流,。

    • 軸流泵雙駝峰特性與內流場測試研究

      2022, 53(1):178-185. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.019

      摘要 (1336) HTML (0) PDF 2.15 M (684) 評論 (0) 收藏

      摘要:為研究軸流泵在小流量工況雙駝峰區(qū)域下的水力穩(wěn)定性,,探討軸流泵揚程-流量曲線穩(wěn)定性與內流場特性的關系,針對一比轉數(shù)為825的軸流泵進行了測試研究,。依次通過外特性能量曲線測試,、內流場示蹤粒子高速攝像機拍攝、壁面壓力脈動采集,、葉輪進出口截面速度LDV測試,,獲取了葉輪在小流量工況下的內外水力特性。由能量特性結果發(fā)現(xiàn)軸流泵的揚程-流量曲線存在雙駝峰現(xiàn)象:第1次駝峰出現(xiàn)在0.5QBEP~0.6QBEP之間,,對應著進口輪緣側的切向速度出現(xiàn)明顯波動,,速度環(huán)量劇增,同時壓力脈動峰峰值出現(xiàn)極大值,,結合內流場測試結果表明第1次駝峰與葉輪進口回流生成相關,;第2次駝峰出現(xiàn)在0.33QBEP~0.4QBEP之間,葉輪進口回流已然生成,,雖然強度不斷增強,,影響范圍更廣,但進口側葉輪室壁面的壓力脈動峰峰值不再增強,,而出口側葉輪室壁面的壓力脈動峰峰值迅速增加,,同時出口近輪轂及中間側的速度分布明顯惡化,回流區(qū)域增加,,表明第2次駝峰與葉輪出口流場的劇烈變化相關,。

    • 水肥一體機肥液電導率遠程模糊PID控制策略

      2022, 53(1):186-191. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.020

      摘要 (1241) HTML (0) PDF 980.73 K (824) 評論 (0) 收藏

      摘要:為檢測水肥一體機肥液電導率(EC),,并將其控制在合理范圍內,,基于物聯(lián)網技術,設計了遠程水肥灌溉控制系統(tǒng),,將自整定模糊PID控制算法引入遠程開發(fā)者服務終端中,,通過模糊PID控制算法調控本地端變頻注肥泵的頻率進而精準控制EC,,并對本地端PID和遠程端模糊PID控制算法進行了對比試驗驗證,。結果表明:目標EC越大,,穩(wěn)態(tài)EC越精確,,但穩(wěn)態(tài)時間和超調量均增大,;與傳統(tǒng)本地端PID控制相比,該系統(tǒng)響應速度快,、EC波動幅度小,、穩(wěn)定,,當目標EC為2.5mS/cm時,,穩(wěn)態(tài)時間和超調量分別達到120s和20.8%,,混肥時間和實測EC均能滿足水肥控制實際需求。該研究實現(xiàn)了EC的遠程模糊PID控制,,以及灌溉施肥系統(tǒng)的計算機,、手機微信多終端灌溉數(shù)據(jù)監(jiān)測和開關量控制。

    • >農業(yè)信息化工程
    • 京津冀地區(qū)耕地利用時空分異與影響機制分析

      2022, 53(1):192-197,,214. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.021

      摘要 (1128) HTML (0) PDF 1.79 M (683) 評論 (0) 收藏

      摘要:京津冀地區(qū)耕地資源的不均衡分布使得社會經濟發(fā)展的地域差異性突出,厘清其耕地時空異質性對于地區(qū)協(xié)調可持續(xù)發(fā)展有著重要意義,?;诰┙蚣降貐^(qū),采用耕地動態(tài)變化模型及地理探測器等方法對1990—2020年間其耕地空間分布演化與影響機制進行了探討,。結果表明:北京市率先進入工業(yè)化城鎮(zhèn)建設,天津市次之,,河北省滯后,,相對的耕地變化動態(tài)度高值也先后出現(xiàn)。耕地分布集聚特征顯著,,呈現(xiàn)“東南密西北疏”的核密度格局,。土地利用結構改變特征明顯,面積凈增長的主要有建設用地,、林地及水域,,面積凈減少的主要有耕地、草地及未利用地,。耕地流失主要表現(xiàn)出環(huán)北京及環(huán)渤海為中心的聚集式特征,,且東部流失的熱度比西部高,南部比北部高,。社會經濟及政策因素對耕地利用的影響力呈上升趨勢,,而自然因素的影響力呈下降趨勢。本研究結果可為京津冀地區(qū)耕地保護,、區(qū)域協(xié)調發(fā)展提供科學依據(jù),。

    • 融合多源時空數(shù)據(jù)的冬小麥產量預測模型研究

      2022, 53(1):198-204,458. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.022

      摘要 (1492) HTML (0) PDF 2.62 M (842) 評論 (0) 收藏

      摘要:為提高大尺度冬小麥產量預測精度,,以2005—2019年河南省遙感數(shù)據(jù),、氣象數(shù)據(jù)、土壤含水率等多源時空數(shù)據(jù)為特征變量,,分析其與小麥單產的相關性,,并基于隨機森林算法對特征變量進行了重要性分析,構建了融合多源時空數(shù)據(jù)的冬小麥產量預測模型,。結果表明:增強型植被指數(shù)(Enhanced vegetation index,,EVI)、日光誘導葉綠素熒光(Solarinduced chlorophyll fluorescence,,SIF)與高程為小麥產量預測的重要因子,,與小麥產量呈高度正相關,對小麥產量預測的重要性指標均超過0.45,,遠大于土壤含水率,、降水量、最高溫度,、最低溫度等因子,;基于隨機森林算法構建的小麥不同生長階段產量預測模型中,以10月—次年5月和10月—次年4月為特征變量的產量預測模型精度較高,,R2分別為0.85和0.84,,RMSE分別為821.55、832.01kg/hm2,,在空間尺度上,,豫西和豫南丘陵山地模型預測相對誤差高于平原地區(qū)。該研究結果可為大尺度作物產量預測提供參考,。

    • 基于SRTM的地形因子提取方法研究

      2022, 53(1):205-214. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.023

      摘要 (1150) HTML (0) PDF 2.90 M (661) 評論 (0) 收藏

      摘要:地形是影響土壤侵蝕的重要因子,,在侵蝕估算模型中常用坡度和坡長(LS)來衡量,,在大區(qū)域上常基于數(shù)字高程模型(DEM)提取。SRTM作為大區(qū)域尺度上質量高,、易獲取的高程數(shù)據(jù),,在全球土壤侵蝕評價中得到廣泛應用。但現(xiàn)有地形因子提取算法要求高程和柵格單元的單位(通常為m)一致,,需對SRTM進行坐標變換才能使用,。針對大區(qū)域上SRTM坐標轉換時間開銷大的問題,提出了一種直接基于SRTM提取地形因子的算法(LSA-SRTM),。該算法利用地理坐標系下的經緯度信息計算柵格單元長度及單元坡長,,結合最陡坡降策略獲得坡度及流向,進而提取匯水面積,,根據(jù)坡度設置坡度截斷點,,根據(jù)匯水面積閾值設置溝道截斷點,經正,、反遍歷后獲得累積坡長,,采用CSLE的分段公式計算LS因子。以Himmelblau-Orlandini數(shù)學曲面,、5個典型樣區(qū)的1″SRTM作為數(shù)據(jù)源,,將LSA-SRTM、投影坐標系下的LS算法(LSA-DEM)與手工測量的結果進行對比,。LSA-SRTM方法與測量值在數(shù)學曲面和典型樣區(qū),,坡長的R2分別為0.8552、0.7788,、0.7269,、0.7024、0.6909,、0.7255,,LS因子的R2分別為0.8907、0.8209,、0.8213、0.7142,、0.7145,、0.8212。在運行時間方面,,LSA-SRTM方法具有較高的效率,。結果表明,LSA-SRTM算法計算精度,、效率更高,,可為大區(qū)域地形因子提取的研究提供支撐。

    • 華北地區(qū)光肩星天??臻g分異性及驅動因素研究

      2022, 53(1):215-223,,369. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.024

      摘要 (987) HTML (0) PDF 2.71 M (610) 評論 (0) 收藏

      摘要:光肩星天牛作為林木的主要害蟲,在我國分布極為廣泛,,且分布區(qū)呈不斷擴大的趨勢,。在地理空間尺度上,研究蟲災的空間相關性,,并分析影響其分布的因素對于防控光肩星天牛災害有重要意義,。以2008年我國華北地區(qū)光肩星天牛蟲災發(fā)生情況為研究對象,收集氣象因子,、社會經濟因子以及植被因子,,借助于地理探測器分析環(huán)境因素對光肩星天牛災害發(fā)生的影響。結果表明,,光肩星天牛受害嚴重的地區(qū)集中在山西省北部,,河南省、山東省及河北省南部地區(qū)發(fā)病率較低,。影響光肩星天牛發(fā)病率空間分布的主要氣象因素為降水和氣溫,,主要社會經濟因素為人口數(shù)和地區(qū)GDP。氣溫和第一,、二產業(yè)值的作用力較其他因子有顯著差異,。經濟發(fā)展水平高對當?shù)夭∠x害防治有明顯的積極作用。交互作用探測顯示,,任何兩種變量結合作用都能更有效地解釋光肩星天牛災害的空間分異性,。降雨量和防治率交互作用后對發(fā)病率的解釋力提升最為顯著。

    • 基于Google Earth Engine的黃土高原覆膜農田遙感識別

      2022, 53(1):224-234. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.025

      摘要 (1296) HTML (0) PDF 6.32 M (866) 評論 (0) 收藏

      摘要:為了建立覆膜農田遙感識別技術體系,本研究選取甘肅省定西市安定區(qū)團結鎮(zhèn)作為黃土高原地膜覆蓋旱作農業(yè)代表性區(qū)域,,基于Google Earth Engine云平臺和Landsat-8反射率數(shù)據(jù),,采用特征重要性分析優(yōu)選紋理特征,利用參數(shù)優(yōu)化后的隨機森林算法提取覆膜農田區(qū)域并選出最佳特征組合方案,,最后通過對比隨機森林,、支持向量機、決策樹和最小距離分類4種算法的分類結果來評價不同分類算法的性能。結果表明:優(yōu)化關鍵參數(shù)后的隨機森林算法能夠顯著提高遙感影像的分類精度,;單一特征方案中,,基于光譜特征的分類精度最高,且加入指數(shù)和紋理特征可提高總體識別精度,;利用隨機森林特征重要性分析選取的優(yōu)選紋理特征分類性能優(yōu)于全部紋理特征,,基于“光譜+指數(shù)+優(yōu)選紋理”特征方案的識別結果最佳,總體精度和Kappa系數(shù)達95.05%和0.94,;與支持向量機,、決策樹和最小距離分類相比,隨機森林優(yōu)勢明顯,,總體精度分別高3.10,、7.74、50.78個百分點,。本研究實現(xiàn)了對地形復雜地區(qū)覆膜農田空間分布較為精準的識別,。

    • 基于改進殘差網絡的田間葡萄霜霉病病害程度分級模型

      2022, 53(1):235-243. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.026

      摘要 (1265) HTML (0) PDF 3.34 M (823) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對傳統(tǒng)葡萄霜霉病人工診斷分級方法低效且存在滯后性的問題,,提出了一種改進殘差網絡的田間葡萄霜霉病識別及病害程度分級模型,。在田間采集霜霉病前期、中期,、后期以及健康葉片圖像,,并模擬天氣、拍攝角度及設備噪聲等影響因素進行數(shù)據(jù)增容,;基于不同發(fā)病程度葉片間特征相似度高,、區(qū)分難度大的特點,在優(yōu)選ResNet-50模型的基礎上,,為解決捷徑分支信息損失嚴重和主分支特征提取能力不足的問題,,在多個殘差塊組成的殘差體的Base Block中加入步長為2的3×3最大值池化層,實現(xiàn)保留重要信息的降維,;改進ID Block中殘差塊的主分支結構,,將其中的第1層1×1降維卷積層替換為3×3降維卷積層且步長為1;設計新的全連接層,,用全局均值池化和3層全連接層網絡替換原模型全連接層結構,,并加入Dropout(隨機失活)層避免模型過擬合,。原始數(shù)據(jù)集和增容后數(shù)據(jù)集試驗結果表明,,動量因子m為0.60、學習率α為0.001時,改進ResNet-50網絡模型與ResNet-34/50/101,、AlexNet,、VGG-16、GoogLeNet等模型相比具有最好的識別效果,。改進后的殘差塊增強了網絡的特征提取能力,,在優(yōu)化超參數(shù)的基礎上,相較于原始模型準確率提升了2.31個百分點,;不同的數(shù)據(jù)增強方式對提高模型識別準確率均有一定貢獻,,在綜合各種增強方式的數(shù)據(jù)集上改進殘差網絡模型的識別準確率高于原始模型4.68個百分點,達到99.92%,。本文為復雜環(huán)境下葡萄霜霉病病害程度的自動分級提供了一種實時,、準確的解決方法。

    • 基于BERT-Attention-DenseBiGRU的農業(yè)問答社區(qū)問句相似度匹配

      2022, 53(1):244-252. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.027

      摘要 (1275) HTML (0) PDF 1.92 M (787) 評論 (0) 收藏

      摘要:為了解決問答社區(qū)中相同語義問句文本的快速自動檢測,提出一種基于BERT的Attention-DenseBiGRU農業(yè)問句相似度匹配模型,。針對農業(yè)文本具備的特征,,采用12層的中文BERT文本預訓練模型對文本數(shù)據(jù)進行向量化處理,并與Word2Vec,、Glove,、TF-IDF方法進行對比分析,得出BERT方法能夠有效地解決農業(yè)文本的高維性和稀疏性問題,,并且解決多義詞在不同語境下具有不同含義的問題,。該網絡的每一層都使用注意特征的連接信息以及前面所有遞歸層的隱藏特征,為了緩解由于密集拼接而導致特征向量尺寸不斷增大的問題,,在模型的最后使用自動編碼器進行特征降維,。試驗結果表明:基于BERT的Attention-DenseBiGRU農業(yè)問句相似度匹配模型可以提高文本特征的利用率,減少特征丟失,,能夠實現(xiàn)快速及準確的農業(yè)問句文本相似度匹配,,在本文所構建的農業(yè)問句相似對數(shù)據(jù)集上精確率及F1值達到97.2%和97.6%,與其他6種問句相似度匹配模型相比,,效果提升明顯,。

    • 基于多視角時間序列圖像的植物葉片分割與特征提取

      2022, 53(1):253-260. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.028

      摘要 (1224) HTML (0) PDF 2.85 M (832) 評論 (0) 收藏

      摘要:為了解決多種類植物在生長過程中不同時間點動態(tài)變化表型參數(shù)提取困難問題,提出了一種基于多視角時間序列圖像和深度卷積神經網絡Mask-RCNN的植物莖葉實例分割方法,在擬南芥,、玉米和酸漿屬3種代表性植物上進行了實驗,。結果表明,訓練得到的基于Mask-RCNN的植物分割模型對在不同生長時期的植物莖葉的識別精度(mAP0.5)大部分在70.0%以上,最高可以達到87.5%,模型通用性較好。同時,針對莖葉遮擋問題提出的基于多視角圖像的跟蹤算法,可進一步提高植物莖葉參數(shù)提取的準確率,。本文提出的以莖葉為代表的植物器官分割和特征提取方法具有性能高效,、成本低、通用性和擴展性好的優(yōu)勢,可為不同場景下植物全生長過程中的多表型參數(shù)提取提供參考,。

    • 基于LightGBM-SSA-ELM的新疆羊舍CO2濃度預測

      2022, 53(1):261-270. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.029

      摘要 (1190) HTML (0) PDF 2.49 M (754) 評論 (0) 收藏

      摘要:為減少肉羊集約化養(yǎng)殖過程中因環(huán)境惡化產生的應激反應,,精準調控CO2質量濃度,,提出了基于分布式梯度提升框架(LightGBM)、麻雀搜索算法(SSA)融合極限學習機(ELM)的CO2質量濃度預測模型,。首先利用LightGBM篩選出與CO2質量濃度相關的重要特征,,降低預測模型的輸入維度;然后選擇Sigmoid為激活函數(shù),,使用具有較強非線性處理能力的單隱含層ELM神經網絡算法構建CO2質量濃度預測模型,;最后通過麻雀智能優(yōu)化算法對ELM模型中所需要的超參數(shù)進行優(yōu)化,并將優(yōu)化后模型應用于新疆瑪納斯集約化肉羊養(yǎng)殖基地,。試驗結果表明,,該模型預測均方根誤差(RMSE)、平均絕對誤差(MAE)和決定系數(shù)(R2)分別為0.0213mg/L,、0.0136mg/L和0.9886,,綜合性能指標優(yōu)于支持向量回歸(SVR)、反向傳播神經網絡(BPNN),、長短記憶神經網絡(LSTM),、門限循環(huán)單元(GRU)和LightGBM等;CO2質量濃度預測曲線貼近真實曲線,,具有良好的預測效果,,能有效滿足集約化肉羊養(yǎng)殖過程中CO2質量濃度精準預測及調控要求。

    • >農業(yè)水土工程
    • 基于SWAT的積雪消融對高寒區(qū)農田土壤水分影響模擬

      2022, 53(1):271-278. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.030

      摘要 (1347) HTML (0) PDF 2.32 M (689) 評論 (0) 收藏

      摘要:為明確我國高寒區(qū)積雪消融對春季農田土壤水分的作用,,針對氣象站點監(jiān)測數(shù)據(jù)、遙感及陸面模式同化數(shù)據(jù)在時空分辨率方面存在的不足,,以地處黑龍江省中部的呼蘭河流域為例,,利用SWAT(Soil and water assessment tool)模擬流域降雪,、積雪、融雪等過程,,研究流域內降雪、積雪,、融雪的時空變化特征及其對春季農田土壤水分的影響,。結果表明:呼蘭河流域的平均降雪量、最大日積雪量,、融雪量空間分布呈現(xiàn)自西向東逐漸增加的相近特征,;積雪量、降雪量,、融雪量變化率的空間分布特征相近,,這些變化率在流域內大部分區(qū)域呈現(xiàn)增長趨勢;降雪量,、積雪量,、融雪量的年時間序列關系密切,與土壤水分的年際變化趨勢相近,,農田土壤水分的年際變化受降水量影響較大,;上年11月至當年3月的各月積雪量、上年11月降雪量,、當年4月融雪量與當年春季4,、5月農田土壤水分含量的相關性較顯著;融雪水在3月下旬至4月上旬補給土壤水分,,能夠促使農田土壤水分短期上升,,積雪量決定了融雪水對農田土壤水分的補給作用;農田土壤水分在融雪前下降趨勢平緩,,但在融雪后急劇下降,。

    • 鹽漬化土壤剖面鹽分與養(yǎng)分分布特征及鹽分遷移估算

      2022, 53(1):279-290,,330. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.031

      摘要 (1305) HTML (0) PDF 2.91 M (744) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對鹽漬化灌區(qū)土壤鹽漬化問題,以內蒙古河套灌區(qū)下游烏拉特灌域為研究區(qū),,通過野外實測與室內試驗分析結合,,采用冗余分析法探討了鹽漬化改良耕地與荒地春季(4月)和秋季(10月)根層土壤(0~20cm、20~40cm)鹽分離子與全鹽,、pH值,、養(yǎng)分之間的相關關系,,明確了其變化特征與數(shù)量關系,并估算了試驗區(qū)改良耕地和荒地間1m土體的鹽分遷移量,。結果表明,,改良耕地與荒地土壤陰離子均以Cl-為主,分別占陰離子總量的45.27%,、58.78%,,陽離子以Na+為主,分別占陽離子總量的60.67%,、53.94%,。荒地平均全鹽含量超過7.0g/kg,,土壤鹽漬化程度較重,。冗余分析表明,改良耕地土壤全鹽含量起主導作用的是SO2-4,、Cl-,、Ca2+,荒地土壤全鹽含量起主導作用的是Cl-,、Mg2+,、Na+。土壤pH值變化與HCO-3有著密切的關系,。改良耕地有效磷與Na+呈顯著負相關(P<0.05),,荒地速效鉀與K+呈顯著正相關(P<0.05),有效磷與Na+顯著負相關(P<0.05),;在前2個排序軸中,,改良耕地研究對象與環(huán)境關系的變量累積百分比分別為71.38%、71.65%,,荒地研究對象與環(huán)境關系的變量累積百分比分別為89.02%,、89.16%,反映出改良耕地與荒地各自的研究對象與環(huán)境變量之間的線性關系,。改良耕地中Na+對全鹽,、pH值、土壤養(yǎng)分的影響最大,,其次是Ca2+,;荒地中Na+對全鹽、pH值,、土壤養(yǎng)分的影響最大,,其次是K+。在作物一個生育周期內,,荒地1m土體中積鹽量939.842kg/hm2,。地下水補給將鹽分帶到土壤中,,占鹽分積累量的70.06%,灌溉期改良耕地地下水遷移給荒地的鹽分集中在60~100cm土體中,,占積鹽量的22.83%,,改良耕地水平滲透給荒地的鹽量占積鹽量7.11%。

    • 連年施加生物炭對黑土區(qū)土壤改良與玉米產量的影響

      2022, 53(1):291-301. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.032

      摘要 (1370) HTML (0) PDF 2.15 M (759) 評論 (0) 收藏

      摘要:為研究連年施加生物炭對黑土區(qū)坡耕地的土壤結構、持水性能,、玉米產量及可持續(xù)性的影響,從2015年開始,,在黑土區(qū)3°坡耕地徑流小區(qū)內,,將玉米作為試驗作物連續(xù)進行4年生物炭效應試驗。共設置C0(0t/hm2),、C25(25t/hm2),、C50(50t/hm2)、C75(75t/hm2)和C100(100t/hm2) 5種生物炭的施用量處理,。結果表明:4年中土壤容重隨生物炭的增加有減小的傾向,,孔隙度有逐漸增加的傾向;適量生物炭可有效降低土壤固相比例,,提高氣相和液相比例,,除2015年外,連續(xù)3年廣義土壤結構指數(shù)(GSSI)隨施炭量的增加先增大后減小,,土壤三相結構距離指數(shù)(STPSD)隨施炭量的增加先減小后增大,,均在第3年C50處理達到最優(yōu)(99.96、0.63),,同時土壤三相比偏離值R最小(1.03),,三相比最接近理想狀態(tài);連續(xù)4年大于0.25mm團聚體含量R0.25,、平均質量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)隨著生物炭的增加有先增加后減小的傾向,;連續(xù)3年加入50t/hm2生物炭提高土壤穩(wěn)定性的效果最好;連續(xù)4年飽和含水率與施炭量呈正相關,;除2015年外,,田間持水率隨施炭量的增加先增加后減小,分別在C100,、C50,、C50和C25處達最優(yōu),在2018年C25處為峰值37.33%,;土壤有效含水率與田間持水率的變化規(guī)律相同,。玉米各生育期0~60cm土層土壤儲水量呈先升高后降低傾向,;60~100cm土層土壤儲水量與施炭量呈負相關;玉米產量可持續(xù)性指數(shù)(SYI)在C50處達到最大(0.954),,變異系數(shù)(CV)在C100處理處最低(0.022),;逐年施加50t/hm2生物炭對促進玉米產量穩(wěn)定性與可持續(xù)性效果最明顯。

    • 生化黃腐酸對鹽堿土水鹽運移特征的影響

      2022, 53(1):302-310. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.033

      摘要 (1294) HTML (0) PDF 1.56 M (644) 評論 (0) 收藏

      摘要:為改善鹽堿脅迫農田土壤水鹽環(huán)境、緩解西北干旱地區(qū)土地次生鹽漬化,,通過一維垂直入滲試驗,,對不同生化黃腐酸施加量(0、1,、2,、4、8g/kg)條件下新疆地區(qū)中度鹽堿土的水鹽運移特征及入滲模型參數(shù)進行了研究,。結果表明:在入滲結束后,,與未施加生化黃腐酸相比,施加量為1,、2,、4、8g/kg條件下的土壤累積入滲量分別增加了1.00%,、4.67%,、7.14%、3.44%,,土壤水分入滲速率隨著生化黃腐酸施加量的增加呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢,,土壤剖面平均體積含水率分別增加了8.90%、17.70%,、20.41%,、11.67%;在0~20cm土層,,土壤平均脫鹽率分別為5.29%,、27.04%、42.77%,、14.74%,。Philip、Green-Ampt模型和代數(shù)模型均能較好地模擬不同生化黃腐酸施加量下土壤水分入滲特征,且模型參數(shù)與生化黃腐酸施加量間存在函數(shù)關系,。與未施加生化黃腐酸相比,,施加生化黃腐酸后土壤吸滲率S和土壤飽和導水率Ks均減小,且隨著施加量的增加均呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢,,施加量4g/kg時S,、Ks最小,;濕潤鋒處吸力Sf和綜合形狀系數(shù)α呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢,,施加量4g/kg時Sf、α最大,。施加生化黃腐酸能夠顯著影響土壤水分入滲和水鹽運移特征,,且施加量4g/kg對于中度鹽堿土具有較好的保水和脫鹽效果。

    • 基于Bayesian的Penman-Monteith模型簡易大棚蒸散模擬

      2022, 53(1):311-320. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.034

      摘要 (1142) HTML (0) PDF 2.52 M (631) 評論 (0) 收藏

      摘要:為實現(xiàn)Penman-Monteith(PM)模型在簡易大棚中的蒸散模擬,,對PM模型中2個關鍵參數(shù)空氣動力學阻力ra和冠層邊界層阻力rc組成的6種PM模型使用Bayesian方法進行模型的參數(shù)估計和不確定性分析,,使用平均相對誤差(MAE)、決定系數(shù)(R2)和威爾莫特一致性指數(shù)(D)3個模型精度指標對模型率定年(2018年)和檢驗年(2019年)進行模型精度量化評價,。結果表明:Bayesian參數(shù)估計方法使PM模型在簡易大棚日尺度蒸散估算精度較高,,6種PM模型中有5種在模型率定年和模型檢驗年同時滿足3個精度指標。Bayesian參數(shù)估計方法能有效減小簡易大棚日尺度PM模型中部分參數(shù)的不確定性,,在模型ra2-rc3中參數(shù)a2的后驗分布區(qū)間較先驗分布區(qū)間在4個生育階段分別縮小了97.65%,、92.38%、93.31%和98.24%,,在模型ra2-rc2中參數(shù)D50,、KQ、Q50和gmax在膨果期后驗分布區(qū)間較先驗分布區(qū)間分別縮小了96.44%,、56.08%,、97.78%和99.75%。篩選出ra2-rc3和ra3-rc3 2種適宜簡易大棚日尺度蒸散模擬的PM模型,,其中最優(yōu)模型為ra2-rc3,。研究可為提高簡易大棚作物灌溉及水分利用效率提供理論依據(jù)。

    • 宇宙射線中子法測量區(qū)域土壤水分準確性季節(jié)變化研究

      2022, 53(1):321-330. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.035

      摘要 (1193) HTML (0) PDF 2.57 M (658) 評論 (0) 收藏

      摘要:為證實典型氣象條件下宇宙射線中子法測量區(qū)域土壤水分準確性的差異和應用普適性,,以季節(jié)為時間劃分尺度,并選取典型氣象條件時段,,對比研究山地地形下墊面宇宙射線中子法(CRNS)與頻域反射法(FDR)土壤水分連續(xù)觀測效果差異,。結果表明:山地地形下墊面,CRNS水平測量足跡的季節(jié)變化較為穩(wěn)定,,垂直足跡在耕作層范圍內有一定波動,。不同季節(jié)降水過程的量級差異是引起CRNS測量結果偏差的主要因素,夏秋兩季,,在高溫少雨導致的持續(xù)失墑以及較大量級降水過程等土壤水分變化較為劇烈的時段,,CRNS與FDR測量結果一致性較好,春季多為小量級降水,,作物冠層截留作用導致二者一致性略差,,冬季降水量與蒸散發(fā)接近平衡,且單次降水量級極小,,CRNS與FDR偏差極小,。分析典型土壤水分條件下的CRNS測量準確性變化,進一步明確了降水過程對CRNS準確性的干擾,,而在持續(xù)高溫干旱時段則一致性良好,,均方根誤差(RMSE)、納什效率系數(shù)(NSE)和Kling-Gupta系數(shù)(KGE)分別達到0.014m3/m3,、0.925,、0.919。研究可為CRNS的應用場景選取與數(shù)據(jù)質量控制提供科學依據(jù),。

    • 冬小麥-夏玉米農田蒸散與CO2凈交換特征及影響因素

      2022, 53(1):331-339. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.036

      摘要 (1309) HTML (0) PDF 1.65 M (716) 評論 (0) 收藏

      摘要:為探明黃淮海平原農田蒸散量(ET)和CO2凈交換量(NEE)的多因素協(xié)同影響,,選取中國科學院禹城綜合試驗站冬小麥-夏玉米農田為研究對象,基于渦度相關觀測系統(tǒng)實測的2003—2010年逐日通量數(shù)據(jù),,利用結構方程模型,,分析了農田ET和NEE特征及其影響因素。結果表明:季節(jié)尺度上ET和NEE表現(xiàn)出雙峰型變化特征,,但二者在不同的生長季具有顯著差異,。與玉米季相比,麥季ET(NEE)的峰值明顯高于(低于)玉米季,。研究時段內麥季和玉米季ET總量的多年平均值分別為398.63,、256.59mm,并且二者均呈波動增加的趨勢(P<0.05);而麥季和玉米季NEE總量的平均值分別為-272.57,、-293.57g/m2,,但二者的年際變化趨勢不顯著(P>0.05)。凈輻射是影響農田ET和NEE季節(jié)變化的重要因素,,并主要體現(xiàn)在直接作用上,。凈輻射和氣溫通過葉面積指數(shù)對麥季ET和NEE產生較大的間接影響;而在玉米季,,飽和水汽壓差通過葉面積指數(shù)對ET和NEE的間接影響較大,。此外,土壤含水率和風速對不同生長季ET和NEE的影響存在一定的差異,。

    • 基于五元半偏減法集對勢的區(qū)域農業(yè)旱災脆弱性評價

      2022, 53(1):340-348. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.037

      摘要 (930) HTML (0) PDF 1.40 M (670) 評論 (0) 收藏

      摘要:農業(yè)旱災脆弱性動態(tài)評價對保障區(qū)域農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義,。為分析農業(yè)旱災脆弱性評價子系統(tǒng)及指標的發(fā)展趨勢,,識別影響區(qū)域農業(yè)旱災脆弱性變化的主要因素,提出了一種聯(lián)系數(shù)伴隨函數(shù)——五元半偏減法集對勢,,據(jù)此建立了區(qū)域農業(yè)旱災脆弱性動態(tài)評價方法,,在蚌埠市應用結果表明:蚌埠市農業(yè)旱災脆弱性評價系統(tǒng)中的暴露子系統(tǒng)2001—2010年總體由均勢轉向偏反勢,向著集對勢降低的方向發(fā)展,,農業(yè)旱災脆弱性呈增強趨勢,,其中,,對蚌埠市農業(yè)旱災脆弱性變化影響較大的指標為復種指數(shù),,且復種指數(shù)存在向反勢發(fā)展的趨勢;災損敏感性子系統(tǒng)發(fā)展趨勢波動較大,,2001—2010年逐漸由偏反勢發(fā)展到偏同勢,,評估結果呈現(xiàn)逐年向好趨勢,其中,,單位農業(yè)增加值耗水量的減少使得蚌埠市農業(yè)旱災脆弱性有較為明顯的改善,;防災減災能力子系統(tǒng)在2001—2009年處于偏反勢,2009年之后逐漸穩(wěn)定為均勢,,脆弱性狀況呈緩慢改善趨勢,,其中,影響脆弱性的主要指標有節(jié)水灌溉率,、農民人均GDP,。本研究可為改善區(qū)域農業(yè)旱災脆弱性狀況提供科學的決策依據(jù),也可為解決復雜系統(tǒng)多等級問題提供新的有效途徑。

    • >農業(yè)生物環(huán)境與能源工程
    • 秸稈綜合利用減排固碳貢獻與潛力研究

      2022, 53(1):349-359. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.038

      摘要 (1860) HTML (0) PDF 1.86 M (808) 評論 (0) 收藏

      摘要:為推進秸稈綜合利用,,提升農業(yè)農村減排固碳能力,針對秸稈綜合利用存在的溫室氣體排放因子基數(shù)不明,、底數(shù)不清等問題,,基于IPCC指南(2006年)溫室氣體排放核算理論框架,構建秸稈綜合利用評價方法,。明確評價范圍與邊界,,科學核算不同秸稈利用技術的溫室氣體排放因子,評價秸稈五料化減排固碳底數(shù),,基于不同情景預測2030年和2060年秸稈綜合利用的減排固碳潛力,。結果表明,2020年秸稈綜合利用的溫室氣體凈減排貢獻為7.0×107tCO2e,,其中,,露天焚燒和自然腐解的溫室氣體排放量為5.6×107tCO2e,秸稈五料化利用減排量為1.26×108tCO2e,;肥料化和燃料化利用的減排量最高,,減排量分別為7.9×107tCO2e和3.8×107tCO2e。預計到2030年秸稈綜合利用溫室氣體減排固碳貢獻潛力為1.52×108~1.72×108tCO2e,,到2060年貢獻潛力可達2.20×108~2.73×108tCO2e,;秸稈肥料化在五料化利用中的減排貢獻最大,并持續(xù)穩(wěn)定增加,,2030年和2060年減排貢獻占比分別為40.7%和31.9%,;秸稈燃料化的減排潛力最大,2030年和2060年減排貢獻占比分別為55.2%和62.8%,。秸稈綜合利用應重視土壤/森林碳匯和化石能源替代的雙重減碳作用,,應堅持農用為主、多元利用的原則,,加大力度推進全量利用,,減少焚燒廢棄的溫室氣體排放,充分發(fā)揮其減排固碳的作用,,為實現(xiàn)碳中和目標提供支撐,。

    • 溫室藍莓光溫協(xié)調優(yōu)化模型與控制策略研究

      2022, 53(1):360-369. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.039

      摘要 (1260) HTML (0) PDF 2.05 M (660) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對目前溫室光溫調控目標值優(yōu)化未綜合考慮提升作物凈光合速率和生產效益的問題,,基于NSGA-Ⅱ多目標遺傳算法進行光溫協(xié)調優(yōu)化模型研究,。分別建立藍莓光溫耦合凈光合速率模型與Venlo型溫室夏季降溫補光能耗模型,采用粒子群算法(Particle swarm optimization,,PSO)進行參數(shù)辨識與驗證分析,,得到較為準確的目標函數(shù)模型;以藍莓凈光合速率最大,、Venlo型溫室降溫能耗最小為優(yōu)化目標,,采用NSGA-Ⅱ算法對光溫協(xié)調優(yōu)化模型進行模擬尋優(yōu),得到Pareto最優(yōu)解集,。為進一步驗證優(yōu)化效果,,對最優(yōu)解集采取不同選取策略,分別與優(yōu)化前作對比,。結果顯示,,在維持藍莓光合速率基本不變的情況下可降耗約21.3%;在優(yōu)先考慮種植效益的前提下,,可在降耗86%的同時平均增加光合速率約28.9%,。研究結果可為考慮作物光合提升與降耗綜合目標的溫室藍莓光溫協(xié)調優(yōu)化模型與控制策略選取提供理論基礎。

    • >農產品加工工程
    • 基于區(qū)塊鏈智能合約的稻米供應鏈動態(tài)監(jiān)管模型

      2022, 53(1):370-382. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.040

      摘要 (1214) HTML (0) PDF 3.66 M (716) 評論 (0) 收藏

      摘要:稻米供應鏈具有全生命周期冗長、主體環(huán)節(jié)參與角色復雜,、危害物種類眾多,、信息多維多源異構等特點,實現(xiàn)稻米供應鏈動態(tài)監(jiān)管,,有助于稻米質量安全保障和溯源,。以區(qū)塊鏈智能合約為驅動,構建了適用于稻米供應鏈信息流轉特性的動態(tài)模型并進行合約化實現(xiàn)與原型驗證,。首先,,在稻米供應鏈監(jiān)管信息解析及分類的基礎上,,基于區(qū)塊鏈智能合約構建稻米供應鏈動態(tài)監(jiān)管模型框架,。其次,在監(jiān)管模型的邏輯框架下,,定制化設計身份初始化,、數(shù)據(jù)調用、模型驗證,、數(shù)據(jù)傳輸,、貢獻評估,、信用評估等6種智能合約,并進行模型運行流暢分析,。最后,,依托動態(tài)監(jiān)管模型及智能合約,設計并研發(fā)稻米供應鏈監(jiān)管原型系統(tǒng),,并進行仿真分析和案例驗證,。結果表明,所構建的動態(tài)監(jiān)管模型和原型系統(tǒng)能夠解決稻米供應鏈業(yè)務信息,、危害物信息及人員信息的全流程實時管理,,在信息層面實現(xiàn)稻米供應鏈全生命周期動態(tài)可信監(jiān)管。

    • 基于X射線成像與卷積神經網絡的核桃內部品質檢測

      2022, 53(1):383-388. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.041

      摘要 (1054) HTML (0) PDF 1.45 M (721) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對目前我國核桃內部品質混雜,、不易檢測等問題,,提出利用X射線成像技術結合卷積神經網絡對核桃內部品質進行快速檢測。對獲取的核桃X射線圖像進行預處理和數(shù)據(jù)擴充,,采用GoogLeNet,、ResNet 101、MobileNet v2和VGG 19共4種遷移學習模型構建卷積神經網絡,,對核桃數(shù)據(jù)集進行訓練,。通過預測集準確率、預測損失值,、測試集準確率以及運行時間對模型進行分析,,優(yōu)化模型參數(shù),開發(fā)核桃內部品質檢測分選系統(tǒng)并進行模型驗證,。研究結果表明:GoogLeNet模型學習率設置為0.001,,迭代次數(shù)設置為25次時預測效果最優(yōu),預測準確率為96.67%,。系統(tǒng)驗證結果表明:空殼核桃的判別準確率達到100%,,平均判別準確率為96.39%。該系統(tǒng)可實現(xiàn)核桃內部品質的無損檢測分選,。

    • 基于改進YOLO v4的群體棉種雙面破損檢測方法

      2022, 53(1):389-397. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.042

      摘要 (1224) HTML (0) PDF 2.41 M (767) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對研究人員難以利用計算機視覺對棉種這類尺寸較小的物體進行雙面檢測,,導致檢測效果不佳的問題,設計了一款新型棉種檢測分選裝置,,利用亞克力板在強光和白色背景下透明的特點,,將棉種通過上料裝置滑入透明亞克力板的凹槽中,,隨著轉盤的轉動,同一批棉種的正反兩面圖像分別由2個不同位置的CCD相機采集得到,。利用改進YOLO v4的目標檢測算法檢測破損棉種,,試驗結果表明該方法建立的模型對群體棉種中的破損棉種和完好棉種的檢測準確率達到95.33%、召回率為96.31%,、漏檢率為0,,檢測效果優(yōu)于原YOLO v4網絡,實現(xiàn)了對雙面群體棉種的破損識別,,為后續(xù)脫絨棉種智能檢測裝備研發(fā)提供了技術支持,。

    • 大豆分離蛋白-葡聚糖非共價聚合物結構及功能性研究

      2022, 53(1):398-405. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.043

      摘要 (1114) HTML (0) PDF 1.59 M (666) 評論 (0) 收藏

      摘要:為揭示混合體系中大豆分離蛋白(SPI)和葡聚糖(Dex)之間的相互作用以及Dex質量分數(shù)(1%,、3%、5%和7%)對SPI結構和功能性質的影響,,采用熒光光譜,、紫外可見光譜、傅里葉變換紅外光譜等表征SPI-Dex非共價聚合物構象變化,,并通過粒徑,、表面疏水性、濁度,、溶解性,、乳化活性、乳化穩(wěn)定性以及抗氧化性解析Dex質量分數(shù)對SPI功能性質的影響,。結果表明:SPI和Dex在中性條件下可以通過疏水相互作用和氫鍵兩種非共價力相互作用,,進而改變SPI的結構和功能性質。與單獨SPI相比,,Dex的添加可以防止色氨酸和酪氨酸殘基的暴露,,形成更加緊密的三級結構。當混合體系中Dex質量分數(shù)低于5%時,,隨著Dex的不斷增加,,SPI-Dex聚合物的粒徑、表面疏水性,、濁度明顯降低,,溶解性、乳化性,、抗氧化性顯著提高,,其中Dex質量分數(shù)為5%時效果最為顯著,分別使SPI的溶解度增加了16.35%,、乳化活性指數(shù)增加了18.71%,、DPPH自由基清除率增加了11.30%。

    • >車輛與動力工程
    • 拖拉機串聯(lián)式液力機械復合傳動系統(tǒng)設計與試驗

      2022, 53(1):406-413. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.044

      摘要 (1322) HTML (0) PDF 2.26 M (733) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對現(xiàn)有拖拉機變速器存在機械結構復雜,、擋位數(shù)較多、模式切換繁瑣等問題,,提出了一種串聯(lián)式液力機械復合傳動方案(Series hydraulic and mechanical hybrid transmission,,HMD)及其配套拖拉機總體設計方法,包括功能需求,、傳動路線設計,、組件特性分析、性能參數(shù)計算,、仿真模型搭建,、作業(yè)性能對比。針對無級調速模塊有效性設計牽引性能與匹配性能試驗,,合理的發(fā)動機匹配使得液力傳動最高效率達到0.894,,重載與輕載區(qū)段能夠實現(xiàn)無級變速,工況適應性良好,。性能對比結果表明:HMD牽引特性場位于原拖拉機與HMCVT之間,,各擋牽引功率峰值幅度變化平穩(wěn),深谷面積明顯減??;犁耕工況下,牽引力覆蓋范圍平均提升15.3%,,負載作業(yè)速度平均提升8.2%,;旋耕工況下,動力輸出功率平均提升1.7%,。研究可為多模式無級變速拖拉機總體設計提供技術路線參考,。

    • 山地履帶拖拉機與農具姿態(tài)協(xié)同控制系統(tǒng)設計與試驗

      2022, 53(1):414-422. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.045

      摘要 (1240) HTML (0) PDF 2.79 M (851) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對山地履帶拖拉機(簡稱山地拖拉機)等高線作業(yè)時,,車身調平和農具仿形作業(yè)不同的姿態(tài)調整需求,,在建立車身及農具運動學模型的基礎之上,構建了整個系統(tǒng)的控制策略,,設計了車身與農具姿態(tài)協(xié)同控制系統(tǒng),,其中,對車身和農具的控制分別采用PID算法和雙閉環(huán)模糊PID算法,?;赟imulink對控制算法進行了仿真分析,結果表明:采用PID算法實現(xiàn)車身調平可以滿足其基本調平要求,;采用雙閉環(huán)模糊PID算法實現(xiàn)農具姿態(tài)調整的控制效果優(yōu)于PID算法,。最后,進行了機組姿態(tài)協(xié)同調整的靜態(tài)試驗和動態(tài)試驗,,結果表明,,采用所設計的姿態(tài)協(xié)同控制系統(tǒng):在坡度±15°的坡地上靜態(tài)調整時,車身橫向傾角最大誤差為1.10°,,農具橫向傾角最大誤差為0.46°,;在坡度14°~16°的坡地上動態(tài)作業(yè)時,車身橫向傾角最大誤差為1.90°,,農具橫向傾角最大誤差為0.93°,。該姿態(tài)協(xié)同控制系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性能夠滿足丘陵山區(qū)坡地等高線作業(yè)需求。

    • >機械設計制造及其自動化
    • 面向單臂彎舉的氣動肌肉上肢外骨骼系統(tǒng)設計與實驗

      2022, 53(1):423-430. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.046

      摘要 (1445) HTML (0) PDF 2.62 M (782) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對人體手臂負載彎舉過程中易產生肩袖損傷的問題,設計了一種氣動肌肉上肢外骨骼機器人,。其本體結構由一個肘關節(jié)外骨骼機器人和氣動式外展肩枕構成,,并通過雙層護肩結構固定于穿戴者上肢。該設計結合了剛性外骨骼機器人結構的力傳遞優(yōu)勢和柔性仿生式織物結構的柔順性優(yōu)勢,,在負載彎舉過程中對穿戴者的肘關節(jié)和肩關節(jié)提供必要的助力,,同時提高了肩關節(jié)處的人機相容性。對比實驗結果表明,,實驗者手持負載并穿戴氣動式上肢外骨骼機器人后可以在心率無顯著性增加的狀態(tài)下完成彎舉動作,,并且在氣動式外展肩枕的作用下肩部外展軌跡更近似于自然彎舉狀態(tài)下的軌跡。與無穿戴狀態(tài)下對比,,肱二頭肌肌電信號的平均絕對值和均方根分別降為69.92%~70.97%和66.46%~78.85%,,岡上肌肌電信號的平均絕對值和均方根分別降為80.67%~81.51%和78.02%~89.22%。

    • 阻尼間隙可調式磁流變阻尼器設計與動力性能實驗

      2022, 53(1):431-440. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.047

      摘要 (1215) HTML (0) PDF 3.63 M (649) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對磁流變阻尼器存在由于阻尼間隙固定,、長度小等導致的阻尼力較小,、動力性能單一及適應性不強等不足,,提出并設計一種阻尼間隙可調式磁流變阻尼器,。該阻尼器液流通道由圓錐和圓環(huán)形液流通道共同組成,其有效阻尼長度可增加到4段,。同時通過調整緊鎖螺母控制閥芯位置,,改變閥芯與左右磁軛的相對位置,可實現(xiàn)圓錐液流通道阻尼間隙連續(xù)可調,。對所提出的結構進行磁路設計,,基于Bingham模型建立其力學模型,利用ANSYS進行電磁場仿真,,并設計實物樣機進行動力性能實驗,。實驗結果表明,輸出阻尼力隨阻尼間隙的減小而增大,,在阻尼間隙為0.6mm時阻尼力達到7.2kN,。可調系數(shù)隨阻尼間隙的減小而減小,,在阻尼間隙為1.6mm時最大可調系數(shù)為13.6,。另外,不同阻尼間隙下阻尼力為0.2~7.2kN,,最大可調系數(shù)可達33,。本文所提出的磁流變阻尼器結構可進一步提升磁流變阻尼器的動力性能,并可替代不同應用場合的磁流變阻尼器,。

    • 基于遺傳算法的軸向柱塞泵配流盤密封環(huán)結構多目標優(yōu)化

      2022, 53(1):441-450. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.048

      摘要 (1311) HTML (0) PDF 3.38 M (773) 評論 (0) 收藏

      摘要:為改善微小型軸向柱塞泵配流副潤滑特性,對缸體進行受力分析,,建立了配流副油膜潤滑模型,,以泄漏量、缸體傾覆角,、粘性摩擦力矩為優(yōu)化目標,,采用多目標遺傳算法(Non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-Ⅱ)對配流盤密封環(huán)結構參數(shù)進行了優(yōu)化,包括配流盤密封環(huán)徑向尺寸R1、R2,、R3,、R4和腰型槽起點張角θ。模型考慮缸體微觀的傾斜運動以及宏觀的旋轉運動,,對楔形油膜的動態(tài)變化過程進行了仿真,。通過有限容積法對雷諾方程進行離散化處理,得到配流盤表面油膜的壓力分布情況,,并分析了密封環(huán)結構對油膜特性的影響,。研究結果表明,密封環(huán)最外緣的尺寸對油膜潤滑性能影響較小,,腰型槽起點張角和密封環(huán)內緣尺寸對缸體傾覆角的影響較大,;配流盤結構優(yōu)化后,油膜綜合潤滑特性提升5.4%,傾覆角和泄漏量分別下降3.8%和29.6%,。

    • 基于自適應深度學習的數(shù)控機床運行狀態(tài)預測方法

      2022, 53(1):451-458. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2022.01.049

      摘要 (1027) HTML (0) PDF 1.78 M (707) 評論 (0) 收藏

      摘要:針對機床狀態(tài)動態(tài)標簽及差異化分布數(shù)據(jù)下的預測適應性差與準確度低問題,,結合時序特征關系和模型融合方法,,建立自適應混合深度學習模型進行機床狀態(tài)預測。首先,,通過融合最小近鄰分類器,,設計一種基于權值累積的自適應更新法則,建立具有數(shù)據(jù)自適應性的狀態(tài)預測模型,。在此基礎上,,提出一種基于中心損失函數(shù)的特征距離度量優(yōu)化策略,構建綜合決策損失函數(shù),,確保模型有效融合,。在提出的一種組合收斂準則基礎上,采用BBPT方法訓練優(yōu)化模型,,對測試數(shù)據(jù)進行了驗證,。實驗結果表明,該模型能夠自適應動態(tài)標簽及差異化分布數(shù)據(jù),,準確預測數(shù)控機床狀態(tài)類別,,抗干擾強,響應快,。在GPU模式下預測時間最短僅需100ms,,較BP和LSTM分類網絡,預測準確率和實時性均顯著提高,。

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