2017, 48(5):1-21. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.001
摘要:作物秸秆是一种重要的可供开发利用的生物质资源,其综合利用对稳定农业生态平衡、促进农民增产增收、缓解能源与环境压力具有重要作用。结合东北地区地域环境及资源配置特点,综合评价了秸秆资源产量分布及焚烧问题,阐述分析了秸秆收储运模式和“五化”综合利用(能源化、饲料化、肥料化、原料化和基料化)技术特点、配套装备及应用现状。深入了解了国内外其他地区秸秆利用发展特点与借鉴经验,总结归纳了国家及地方各级政府秸秆利用政策措施。在此基础上结合秸秆利用政策、技术状况、市场企业需求及存在问题,指出了东北地区秸秆资源综合利用产业未来发展方向。
2017, 48(5):22-27. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.002
摘要:针对小型无人直升机航向系统存在内部不确定性和外部扰动大的问题,提出了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)算法来实现航向通道高性能控制方法。首先,分析和推导了Trex—600型无人直升机的航向模型,并引入阵风模型模拟实际飞行环境。然后,根据LADRC的控制原理设计了基于二阶LADRC的航向控制系统,并利用人工蜂群算法对控制器参数进行了整定。最后,对所设计的控制策略进行了仿真分析与实验验证,实现了无人直升机航向通道的轨迹跟踪控制,并与常见的PID控制进行了比较。结果表明:设计的LADRC控制器鲁棒性好、响应时间快、控制精度高,能够使Trex—600型无人直升机的航向角快速、精确地跟踪参考轨迹。
胡建平 , 靳合琦 , 常燕超 , 刘伟 , 韩绿化 , 杨启志
2017, 48(5):28-35. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.003
摘要:Delta并联机构具有速度快、运动精度高、灵活性强等特点,非常适合穴盘育苗过程中的移钵作业及补苗需要。基于三自由度Delta并联机构和气动取苗爪,设计了一种高速钵苗移栽机器人。通过建立Delta并联机构的单支链约束方程,求解出钵苗移栽机器人的可达工作空间;为使其可达工作空间尽可能接近设计工作空间,以机构雅可比矩阵条件数作为惩罚条件,建立起兼顾钵苗移栽机器人整机尺寸与运动学性能的尺度综合目标函数,并应用遗传算法得到机构最优尺寸参数。根据盘到盘钵苗移栽的运动要求,对移栽轨迹进行规划并选取五次多项式作为移栽动平台的运动规律函数。基于机构尺度综合和轨迹规划设计物理样机,并进行盘到盘的钵苗移栽和健壮苗补苗性能试验,结果表明:随着移栽动平台携苗运动最大加速度的提高,钵土破碎率逐渐加大,钵苗移栽合格率逐渐降低,在最大加速度amax为30m/s2时,钵苗移栽合格率可达95.5%,移栽速率可达2149株/h,在此加速度下进行健壮苗补苗试验,补苗合格率可达92%,证明了将Delta并联机构用于钵苗移栽机器人的可行性,以及尺度综合和轨迹规划的合理性。
贺磊盈 , 杨太玮 , 武传宇 , 俞亚新 , 童俊华 , 陈成锦
2017, 48(5):36-43. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.004
摘要:温室育苗需要通过补苗移栽作业用健康钵苗替换穴盘内未发芽或劣质的钵苗,保证钵苗的质量。自动补苗移栽机可利用机器视觉获取穴盘苗健康信息,控制末端执行器抓取钵苗进行补苗作业,移栽效率高。穴盘内需补苗孔穴的位置具有随机性,对补栽路径进行规划,可进一步提高补栽效率。本文综合贪心算法和遗传算法的特性提出一种贪心遗传算法,在分段步长取8,优化代数取100时,可实现稀疏和密集穴盘的补栽路径优化,具有鲁棒性。贪心遗传算法所规划补苗路径长度与全遗传算法接近,均值差在443mm以内;相比优化前的固定顺序法,贪心遗传算法路径长度可缩短33.8%~41.3%,缩短长度随空穴数量增加而加长;贪心遗传算法与全遗传算法规划补栽路径耗时分别为1.81s和5.59s。对比可知,贪心遗传算法更有利于自动移栽机输送单元和移栽单元间的动作衔接,可进一步提高自动移栽机效率。
2017, 48(5):44-53. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.005
摘要:为提高气吸圆盘式微型薯排种器充种性能,以云南丽薯6号微型薯为播种对象,基于离散元法,以种子平均法向应力方差为指标,对振动频率和振动幅度分别进行数值模拟,并对上述因素进行单因素试验,试验结果与仿真效果一致。结果表明:增加振动频率和振动幅度可以增大种子平均法向力方差,增强对种子的扰动性,从而提高充种性能。为寻求最佳工作参数组合,采用三因素五水平二次旋转正交组合试验方法,对排种器进行排种性能试验,并对试验结果进行优化与验证。结果表明:在作业速度为2.4km/h,吸种负压为6kPa,种层高度为70mm,振动频率为6.5~6.9Hz,振动幅度为20~21mm时,合格指数大于95,重播指数和漏播指数小于2.5。
秦宽 , 丁为民 , 方志超 , 杜涛涛 , 赵思琪 , 王朕
2017, 48(5):54-62. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.006
摘要:目前免耕播种机多为收获后免耕播种作业,未有将免耕播种系统与收获、秸秆还田相结合的复式机型,为了满足此种集成作业需要,达到抢农时、提高作业效率、减少机器下地次数的目的,设计了一种免耕播种系统与稻麦联合收获开沟埋草一体机相结合的机型,该播种系统主要由排种装置、种沟开沟装置、抛土装置构成。性能试验结果表明:设计的小型免耕开沟器开沟深度为3.1cm,开沟宽度为3.6m,破茬率为83.4%;延伸板长度为12cm的抛土装置单侧抛土幅宽为105cm,覆土厚度为2.2cm,碎土率为97.8%,抛土均匀性为91.7%。播种系统水稻旱直播田间试验表明:当播种系统播种水稻干种、湿种播量分别为112.5kg/hm2、135kg/hm2时,产量分别为6532.4、6510.0kg/hm2,满足一体机免耕旱直播的播种需求。
郑乐 , 罗锡文 , 曾山 , 王在满 , 刘春波 , 齐兴源
2017, 48(5):63-71. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.007
摘要:为了降低稻茬地少耕免耕过程中的阻力,提高作业质量,同时为破茬开沟装置提供设计依据,采用自制的剪切试验装置在万能材料试验机上对水稻根茬-土壤复合体进行了剪切试验,对根茬-土壤复合体含水率、土壤容重、根茬-土壤复合体的当量直径、剪切位置、剪切速度、切刃刃角、切刀刃口形状7个因素进行了单因素试验。在单因素试验的基础上选取根茬-土壤复合体含水率、剪切速度、切刃刃角3个因素进行了正交试验。单因素试验结果显示:极限剪切应力与复合体的含水率呈二次多项式函数关系,与土壤容重呈幂函数关系,与根茬—土壤复合体直径呈二次多项式函数关系,与剪切速度呈对数函数关系,剪切位置距离根茬中心越远极限剪应力越小,切刃刃角越小极限剪切应力也越小;在4种形状的刃口切刀中,凹圆弧切刃的极限剪切应力最小。正交试验结果表明:切割速度450mm/min、含水率25%、切刃刃角15°时,极限剪切应力最小。
2017, 48(5):72-78. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.008
摘要:为了改进贝氏仪不依赖大型设备时测试范围的局限性和地面力学参数测试手段的分散多样性,设计了一种室内外两用的地面力学参数综合测试系统。测试系统贯入、扭转过程互不干涉,实现测试及数据处理的独立性。可选择电动机驱动或手动驱动。借助丝杠升降机传动,仪器具有较高的运行控制精度和测试量程。系统借助拉线位移传感器和力、扭矩传感器可实时同步获取纵深行进动态信息、土壤承压力和土壤抗剪切力等信息,可实现计算机远程控制和数据采集记录及处理自动化。实验室压实制备湿润砂土,通过剪切盘剪切试验得砂土内聚力为3.14kPa,内摩擦角为38.2°;通过压板试验得砂土变形指数为0.963,粘聚变形模量为178.73kN/mn+1,摩擦变形模量为11908.40kN/mn+2。试验表明,该仪器具有较高的可靠性和实用性。
王金武 , 周文琪 , 王秀 , 李鑫 , 王金龙 , 李树伟
2017, 48(5):79-85. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.009
摘要:为更好地满足斜置式扎穴机构喷肥针的入出土轨迹姿态以及不损伤作物的农艺要求,提出基于三次拉格朗日曲线拟合扎穴轨迹的逆向设计参数优化方法,为得到理想的“杏胡形”扎穴轨迹,通过改变相对轨迹上若干型值点的坐标,控制喷肥针入出土姿态并建立喷肥针的运动学模型,采用Matlab GUI开发平台,编写了斜置式非规则齿轮行星轮系扎穴机构的逆向设计与运动学分析仿真软件,最终得到非规则齿轮行星轮系的节曲线、喷肥针的入出土角及喷肥针尖的速度随行星架转角的变化曲线。通过高速摄影试验,观察和分析了在扎穴机构不同斜置角度下喷肥针尖相对运动轨迹的变化规律。试验结果表明,随着机构斜置角度的增大,喷肥针轨迹横向尺寸不变,纵向尺寸减小,扎穴轨迹段曲线逐渐向里收缩。在保证喷肥针扎入土壤一定深度情况下,喷肥针入出土角逐渐增大,随着机构斜置角度的增大,喷肥针轨迹的穴口宽度逐渐增大。
王大帅 , 张俊雄 , 李伟 , 熊斌 , 张顺路 , 张文强
2017, 48(5):86-93. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.010
摘要:针对我国植保无人机施药系统控制方式单一,施药流量无法根据飞行参数自动调整造成的雾滴分布不均匀、重喷、漏喷等问题,设计了基于ARM架构单片机的施药控制系统,提出基于PWM(脉宽调制)的施药流量控制方法,采用多传感器融合技术,实现施药参数的实时动态监测。设计了基于LabVIEW的地面站控制软件,实现对施药系统的远程控制和作业数据存储。基于3CD—15型单旋翼无人机平台对动态变量施药系统实际作业性能及施药效果进行了测试。试验结果表明,在飞行速度为0.8~5.8m/s时,该动态变量施药系统可实现施药流量与飞行速度自动匹配,实际流量与理论流量之间平均偏差为1.9%,实际施药作业优选飞行速度为3.91~5.10m/s,此时有效喷幅为5m,雾滴覆盖密度为18~41个/cm2,变异系数为34%~75%,雾滴沉积量为42.1~52.4μg/cm2。
毛罕平 , 左志强 , 施杰 , 杨宁 , HUANG J S , 严玉婷
2017, 48(5):94-100. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.011
摘要:针对当前农药检测手段仪器复杂、成本昂贵等问题,提出了一种基于纸质微流控农药检测方法。设计了具有自动进样、混合反应、电化学检测等功能的纸质微流控芯片,采用石墨碳、Ag/AgCl材料以及结合化学交联法制备了环状结构的丝网印刷酶电极,并利用循环伏安法对制备的酶电极进行了电化学表征,构建了一套基于酶抑制法的集成酶电极纸质微流控农药检测系统。最后建立了酶抑制率与对硫磷浓度的数学模型,并测试了酶电极的性能。实验结果表明,酶电极具有良好的制备重复性、稳定性和线性度。抑制率与对硫磷浓度的负对数在 1.0×10-7~1.0×10-5g/mL范围内呈良好的线性关系,线性回归方程为:I=158.82+21.11lgC,R2为0.993,最低检出限为3.3×10-8g/mL。所制备的酶电极微流控传感器抗干扰性较强,对对硫磷农药具有一定的选择性。加标回收率范围在95.8%~115.0%之间。
2017, 48(5):101-107. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.012
摘要:针对机收集条残膜因其质地松散、含杂量高造成的转运困难和二次利用率低等问题,在测定分析集条残膜主要物理特性参数的基础上,设计了一种由清杂辊、偏心捡拾滚筒机构、脱膜机构等组成的集条残膜捡拾清理装置。清杂辊弹齿采用双头螺旋线“人”字形对称排列方式,通过动力学分析,确定清杂辊在运动轨迹为余摆线时的转速为86.3r/min;利用Matlab软件优化了偏心捡拾滚筒的偏心连杆尺寸,通过性能试验优选滚筒转速为65r/min、弹齿安装角度为45°;经力学分析和气力流场特性模拟获得残膜能被顺利脱下、抛离时,脱膜叶片端部的线速度最小值为1.485m/s。整机田间试验表明:在机具前进速度为1.5m/s时,表层残膜拾净率为90.96%,缠膜率为1.09%,清杂率为77.35%,整机工作效率为 0.19hm2/h,满足田间作业使用要求。
2017, 48(5):108-116. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.013
摘要:针对油菜联合收获机链耙式输送器结构复杂、输送路程长、存在堵塞的问题,设计了一种集成式纵轴流脱粒分离装置,将强制喂入装置与纵轴流脱粒分离装置合二为一,二者呈“T”字形垂直排布,取代传统的链耙式输送器,依靠强制喂入装置和纵轴流脱粒分离装置实现油菜输送、抓取、脱粒分离功能。依据集成式纵轴流脱粒分离装置的工作过程,确定了强制喂入轮和纵轴流脱粒滚筒直径和转速等主要参数。试验表明,喂入量为2.0kg/s,强制喂入轮转速在300~450r/min时,该装置脱粒油菜的夹带损失率低于1.31%;强制喂入轮转速为400r/min、喂入量在1.0~2.5kg/s时,夹带损失率低于1.18%,符合油菜脱粒分离装置的设计指标。田间试验表明集成式纵轴流脱粒分离装置可适应油菜联合收获机的作业要求,实现物料由割台至脱粒分离装置的均匀连续输送和脱粒分离功能。
李鑫星 , 周婧 , 许文涛 , 焦伟华 , 刘恒一 , 张领先
2017, 48(5):117-127. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.014
摘要:随着农业育种水平的进步与发展,现有的单一性状转基因作物已经不能满足农业的需求,聚合多种优良性状的复合性状转基因作物已成为转基因作物发展的趋势。在总结和整理国内外研究文献的基础上,阐述了复合性状转基因作物的检测方法。基于蛋白质的检测技术,包括免疫试纸检测技术和ELISA检测技术。基于核酸的检测技术,包括PCR检测技术、基因芯片技术、等温扩增技术和第二代测序技术。除此之外,还阐述了转基因作物及产品的溯源技术。综述结果表明,转基因检测技术逐渐向高通量、高准确度和高灵敏度方向发展,同时一些新的检测技术也开始出现并发展;构建溯源系统需要将计算机技术与信息技术相结合;为了综合多种技术的优点,溯源系统的开发势必需要将多种信息技术结合起来使用。
张启斌 , 岳德鹏 , 于强 , 李宁 , 宁立新 , 尹波
2017, 48(5):128-134. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.015
摘要:以内蒙古巴彦淖尔市磴口县为研究区,在LPI—CA—Markov模型的基础上构建AES—LPI—CA模型,利用人工内分泌系统(AES)调整元胞自动机邻域中中心元胞的转移概率,并基于磴口县2000年与2007年景观格局数据对县域2014年景观格局进行模拟,将该模型模拟结果与LPI—CA—Markov模型、CA—Markov模型的模拟结果进行对比,结果显示3种模型模拟结果的KIA(Kappa index of agreement,以2014年实际景观分布为参照)依次为0.8236、0.7855、0.7682,AES—LPI—CA模型显示了较高模拟精度。
李林 , 顾进锋 , 宋安捷 , 郑海宁 , 曹津 , 朱德海
2017, 48(5):135-141. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.016
摘要:通过基于GPU的生态环境遥感评价模型并行化研究,在深入分析CPU+GPU异构通用计算平台数据传输瓶颈的基础上,设计了数据分片、异步传输的GPU图像处理框架。在此基础上,将碳固定量、草地退化指数和生态环境指数3个计算模型基于CUDA进行并行化实现,并通过实验验证了该技术方法的有效性,随着数据规模的变大,碳固定量计算模型的加速比达到了8.04倍,草地退化指数计算模型的加速比达到了12.21倍,生态环境指数计算模型的加速比达到了7.45倍。
2017, 48(5):142-151. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.017
摘要:以遥感和DEM数据为基本信息源,基于网格采样研究方法,利用动态度模型分析土地利用空间异质性规律,并从集水小区角度出发研究土地利用空间自相关格局。结果表明:挠力河流域土地利用变化呈现明显的阶段性,1990—2002年耕地面积增幅最大,且以水田增加为主,2002—2014年整体面积变化趋于缓和;1990—2002年土地利用变化剧烈程度显著强于2002—2014年,前后以趋缓为主,加剧区域较少;流域不同方向上动态度均具有较好的拟合趋势,不同时间段拟合趋势差异大,但基本保持东北方向变化剧烈程度强于西南方向的态势;1990—2002年,各集水小区动态度呈现明显的高—高型和低—低型集聚趋势,空间自相关关系显著,2002—2014年,高—高型数量显著减少,且多为旱地水田化发生区,动态度集聚性变差,差异逐渐趋于缓和,未来应根据集水小区的空间自相关格局进行土地利用开发管理,应重点关注高—高型土地利用问题,适当挖掘低—低型开发潜力,对高—低型进行开发控制,对低—高型进行重点开发引导。
2017, 48(5):152-158. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.018
摘要:为解决高光谱检测土壤中痕量级重金属含量存在的困难,提高土壤重金属铬含量检测的准确度,利用新疆准东煤田周边168个荒漠土壤样本的重金属铬含量及其对应的高光谱数据,运用分数阶微分算法进行光谱数据预处理,最后利用全部波段进行偏最小二乘建模并进行可视化分析,旨在探讨分数阶微分预处理在高光谱数据估算荒漠土壤重金属铬含量的可能性。结果表明:原始光谱与吸光率变换的分数阶微分模型均在1.8阶微分处达到了最好的精度效果。吸光率变换1.8阶微分模型为最优模型,模型的校正均方根误差为7.68mg/kg, R2c=0.83,预测均方根误差为8.39mg/kg, R2p=0.78,相对分析误差为2.14。最后利用铬含量实测值与光谱预测值通过反距离加权法插值获得研究区土壤重金属铬含量的空间分布,说明利用该方法对土壤重金属铬含量定量检测并进行大尺度的空间分布反演在一定程度上是可行的,为荒漠土壤重金属污染状况的高光谱检测提供了一定的科学依据和技术支持。
姚雄 , 余坤勇 , 杨玉洁 , 曾琪 , 陈樟昊 , 刘健
2017, 48(5):159-166. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.019
摘要:林地叶面积指数(Leaf area index,LAI)的准确估测是精准林业的重要体现。为了快速、准确、无损监测林地LAI,利用LAI—2200型植物冠层分析仪获取福建省西部森林样地的LAI数据,结合同期Pleiades卫星影像计算12种遥感植被指数,分析了各样地实测LAI数据和相应植被指数的相关性,进而使用随机森林(RF)算法构建了林地LAI估算模型,以支持向量回归(SVR)模型和反向传播神经网络(BP)模型作为参比模型,以决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、平均相对误差(MAE)和相对分析误差(RPD)为指标评价并比较了模型预测精度。结果表明:全样本数据中,各植被指数与对应LAI值均呈极显著相关(P<0.01),且相关系数都大于0.4;RF模型在3次不同样本组中的预测精度均高于同期的SVR模型和BP模型;3个样本组中RF模型的LAI估测值与实测值的R2分别为0.688、0.796和0.707,RPD分别为1.653、1.984和1.731,均高于同期SVR模型和BP模型,对应的RMSE分别为0.509、0.658和0.696,MAE分别为0.417、0.414和0.466,均低于同期其他2种模型。
2017, 48(5):167-173. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.020
摘要:作为应用层与感知层的桥梁,网关通常具有多个进程。温室环境监控系统中各个进程间的调度是否合理直接影响到网关甚至温室环境监控系统的性能。针对网关的多进程调度问题,研究并设计了一种网关的多进程调度算法(Multiple thread schedule algorithm, MTSA)。该算法先通过网关向服务器推送数据的时间间隔、进程数目、最大功率与有效功率的关系来确定每个进程被挂起的时间片,然后通过合理地控制每一个进程的执行顺序及执行时间片来有效地降低数据阻塞度。在实验中,本文方法的数据丢失率为3.4%,而启发式方法的数据丢失率为56%,表明本文方法优于启发式方法。
2017, 48(5):174-178,198. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.021
摘要:玉米叶片性状对生长发育、遗传育种及功能基因解析研究具有重要意义,而传统的测量方式效率低、主观性强、测量性状少,已无法满足现代玉米研究的需求,为此提出一种基于时间序列的玉米叶片性状动态追踪技术。研究基于高通量作物表型平台,针对100份玉米品种资源,每间隔3d获取8个玉米生长点图像;利用图像分割、叶片骨架提取等算法得到单片叶长、叶角度、叶弯曲度参数;基于叶片相对位置信息实现玉米叶片的动态追踪及标记。试验结果和人工测量值相比,叶长和叶夹角测量误差分别为0.92%和3.32%。叶片追踪可以得到叶片的动态变化过程,计算获取叶片长度的平均生长率及叶片弯曲度的变化分布。
2017, 48(5):179-187. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.022
摘要:森林调查主要包括单木胸径、单木树高、单木材积、林分平均胸径、林分平均高、林分密度、林分蓄积量等。以摄影测量学原理、图像处理技术原理、测树学原理为理论基础,设计了森林智能测绘记算器,由自主研发的PDA模块、EDM模块和云台组成,测量时获取倾角、方位角、距离及图像信息等参数,通过在Android Studio 2.1开发环境下集成并利用Java语言进行汇编的4个模块化程序,能够实现树高测量、胸径测量、三元材积解算、3D角规样地测量、基本测量等5项功能。通过试验验证,树高测量精度达97.13%,胸径测量精度达97.08%,材积测量精度达94.52%,林分平均高测量精度达98.09%,林分平均胸径测量精度达98.05%,林分密度测量精度达96.59%,林分蓄积量测量精度达95.72%,符合国家森林资源连续清查的精度要求,可以在林业调查中推广使用。
2017, 48(5):188-192. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.023
摘要:全固态离子选择性电极的结构在许多制备和应用方面具有明显优势。但由于固态界面上缺少有效的离子—电子转化导致其在电位稳定性上表现较差,无法保证各界面电势的稳定性而限制了全固态离子选择性电极的应用。因此,提出使用具有三维结构的石墨烯气凝胶 (GAs) 作为有效的固态转接层材料,用于调节离子载体基选择性聚合膜玻碳电极基底之间的离子—电子转化,基于这一原理制备了高性能全固态硝酸根离子选择性电极。通过透射电子显微镜表征其形貌特征;将其滴涂于玻碳电极表面形成GAs修饰电极,采用循环伏安法表征其电化学行为。在上述修饰电极表面覆上硝酸根离子选择性膜后制备新型的全固态离子选择性电极,通过电位水层测试、电位测量来表征其性能。GAs转接层的离子选择性电极对硝酸根离子展现出良好的能斯特响应和 10-4.2mol/L的检测下限,这为实现硝酸根离子现场即时检测提供了可能。
徐霞红 , 郭玉娜 , 王新全 , 王祥云 , 齐沛沛 , 汪志威
2017, 48(5):193-198. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.024
摘要:合成了一种命名为多孔配位网络结构222 (PCN 222)的金属有机骨架化合物(MOFs),并将其用作农药残留检测中酶抑制法的新型增敏剂。对所制备的PCN 222微观形态、结构、X射线衍射(XRD)和热稳定性进行了系统表征。证明该MOFs是一种多孔的棒状结构(棒状结构主轴为六面体),并具有大的表面积和强的热稳定性。基于PCN 222的性能,在有机磷农药快检中添加PCN 222材料,增强了传统酶抑制法的灵敏性。为进一步研究,将毒死蜱选为模型分析物,在最佳条件下,吸光度变化量提高了68.8%(3min内)。此外,该方法具有简单、快速、成本低的优点,为复杂样品基质中有机磷农药的测定提供了一种实用工具。
2017, 48(5):199-207. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.025
摘要:针对灌溉水资源优化配置中存在的非线性和不确定性等特点,同时考虑灌区不同层次决策主体利益,分别构建考虑上层管理者利益的区间线性分式规划(ILFP)模型以获得最大的灌溉水生产力和考虑下层农民利益的区间二次规划(IQP)模型以获得最大的产量。在此基础上,将灌区上、下层利益主体作为整体,构建线性分式二次双层规划(LFQBP)模型,以协调灌区不同层次决策主体利益,促进灌区可持续发展。将所构建模型应用于盈科灌区的粮食作物配水中。通过配水结果的比较来分析各模型的性质,结果表明ILFP模型和LFQBP模型更适用于干旱地区。所构建模型从不同角度反映灌溉配水的实际问题,其优化结果有助于灌区管理者权衡各层决策主体间的利益。
2017, 48(5):208-217. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.026
摘要:将云南省分为3个区域(Ⅰ,滇西—滇西南山原与高山多水区;Ⅱ,滇西北—滇东北山原河谷中水区;Ⅲ,滇中北高原中水—少水区),基于36个气象站点1958—2013年逐日气象资料,以Penman—Monteith法为标准,利用线性回归法、均方根误差、平均偏差和Nash—Sutcliffe系数对Hargreaves—Samani法、Irmark—Allen法、Priestley—Taylor法、Makkink法、1948—Penman法、Penman—Van Bavel法、Turc法、FAO 24 Radiation法和Jensen—Haise法9种算法的计算精度进行对比。结果表明:1948—Penman法在云南省的适用性最强、计算精度最高,FAO 24 Radiation法与Jensen—Haise法误差较大,其中Ⅰ区适用性最好的是Hargreaves—Samani法,Ⅱ、Ⅲ区1—6月份为1948—Penman法,7—12月份为Priestley—Taylor法;在相对误差空间分布中,Ⅰ区Hargreaves—Samani法、Irmark—Allen法、Priestley—Taylor法、1948—Penman法的相对误差均在20%以下;Ⅱ、Ⅲ区中,Priestley—Taylor法、1948—Penman法的相对误差较小,为0~20%,同时在Ⅲ区中,Irmark—Allen法的相对误差也相对较小;因此,计算云南省的参考作物蒸散量时,整个区域推荐1948—Penman法,滇西—滇西南山原与高山多水区推荐Hargreaves—Samani法,滇西北—滇东北山原河谷中水区和滇中北高原中水—少水区推荐Priestley—Taylor法。
刘东 , 龚方华 , 付强 , FAIZ M Abrar , 李天霄 , 崔嵩
2017, 48(5):218-226. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.027
摘要:在构建区域灌溉用水效率综合评价指标体系的基础上,运用博弈论(Game theory,GT)思想将层次分析法(Analytic hierarchy process,AHP)所得主观权重与改进熵值法(Improved entropy value method,IEVM)所得客观权重进行综合集成以获取组合权值,并将灰色关联分析(Gray relation analysis,GRA)与逼近理想解排序(Technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)相结合,以三江平原10个大型灌区为例进行验证,对区域灌溉用水效率作综合评价。采用Spearman等级相关系数检验灌溉水有效利用系数排序与GRA—TOPSIS法排序,得到的相关系数高达0.863,且GRA—TOPSIS法、GRA法、TOPSIS法对同一灌区综合排序的位次相差均不超过2,表明评价结果具有合理性和一致性;GRA—TOPSIS法所得综合值的极差为0.343,变异系数为0.267,均高于单独使用GRA法或TOPSIS法的极差与变异系数,更有利于对灌区灌溉用水效率进行辨识分区。此外,根据目标层与准则层排序差异度将灌区分为3类,辨识各灌区灌溉用水效率主控因子,对区域灌溉用水效率发展策略的制定具有参考价值。
2017, 48(5):227-236. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.028
摘要:以枣树为研究对象,通过对自然生长枣林与矮化密植枣林、截干枣林、极端矮化的枣树及不同修剪强度枣林土壤水分进行监测,采用水量平衡法分析上述情况下枣林耗水特点及枣树水分利用效率。结果表明:自然生长枣林每年在土壤中耗水量较矮化密植枣林大6.54mm,耗水深度较矮化密植枣林大13.3cm,水分利用效率最小,2014、2015年分别为2.1、1.8kg/m3;12龄枣林实施截干处理3年,其林下土壤水分恢复深度达460cm,每年恢复深度达153.3cm,是形成干层速度的3.41倍;极端矮化枣树规格降低1/2,其耗水量为同龄枣林的25%,水分利用效率是同龄枣林的1.26倍;枣树不同修剪强度与其蒸腾耗水关系紧密,随着修剪强度加大枣树蒸腾耗水量减小,林下土壤含水率可提高。研究显示,枣林可以通过对枣树规格的缩小来实现枣林耗水量及水分利用效率的调控,黄土高原半干旱区年降水量波动较大,确定当地适宜修剪强度指标时,建议参考多年平均降水量来制定。
2017, 48(5):237-243. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.029
摘要:以北京市清河再生水厂出水为研究对象,构建100cm土柱模拟河岸渗滤系统,研究长周期供水条件下,持续淹水与交替淹水落干2种补水方式下渗滤系统对再生水中有机物和总氮(TN)的净化效果及系统稳定性。通过3年的试验研究发现,持续淹水与交替淹水落干补水方式下,渗滤系统对再生水中有机物的平均去除率分别为40.5%和50.8%,交替淹水落干补水方式对有机物去除效果略优于持续淹水的情况。有机物的去除主要发生在溶解氧浓度较高、微生物数量最多的上部0~40cm土层范围内。2种补水条件下渗滤系统对有机物的去除率在年际间变化不大,系统净化性能稳定。2种补水方式下渗滤系统对TN的平均去除率分别为31.2%和80.7%,交替淹水落干补水方式对TN的去除效果明显优于持续淹水的情况。2种补水条件下渗滤系统对TN的去除率逐年增大,系统净化性能随时间呈增强趋势。试验期间,水温在15~31℃范围内变化时,2种渗滤系统对TN的去除率随温度的增大呈指数或对数趋势增加,当温度在30℃以上时,交替淹水落干补水方式下系统对TN的去除率最高可达90%以上。再生水经过河岸渗滤系统后,总氮和有机物能够得到有效的去除,再生水回补河湖对地下水污染的风险大幅降低。
2017, 48(5):244-250,257. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.030
摘要:于2009—2010年开展了田间试验,研究了调亏灌溉对成龄库尔勒香梨树吸收根系重分布的影响。灌溉方式为地表滴灌与漫灌,滴灌试验包括轻度与重度水分胁迫处理(在新梢及果实生长缓慢期分别按蒸发量的60%与40%灌溉,在其他生育期按蒸发量的80%灌溉),对照处理为充分灌溉,在整个生育期按蒸发量的80%灌溉。每年4—8月份,漫灌每月灌溉1次,灌水定额为300mm。所有处理在2009年之前均为漫灌。研究结果表明,成龄库尔勒香梨树的吸收根系主要分布于地表以下20~60cm。梨树需要2a时间调整吸收根系的分布以适应灌溉方式由漫灌转为滴灌。土壤水分胁迫减小了梨树吸收根系的根长,抑制了梨树的营养生长,其后恢复充分灌溉可促进根系的生长。梨树新梢及果实生长缓慢期的土壤水分胁迫对根系生长的抑制效果超过了对新梢生长的抑制;但吸收根系的生长与果实产量之间并无显著的相关性。
2017, 48(5):251-257. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.031
摘要:以渠道渗漏土壤水动态及热伴生机理为理论基础,利用热示踪技术,选取内蒙古河套灌区典型农渠开展野外监测、原位热示踪试验,利用温度示踪结果定性分析渠系渗漏过程。利用二维水热运移数值模型VS2D对渠道渗漏条件下饱和/非饱和土壤的水热迁移过程进行模拟,反演出试验区粉砂壤土和砂壤土的饱和水力传导度分别为0.025m/d和0.6m/d。通过静水试验数据对模型进行验证,结果表明,温度模拟值和实测值的平均均方根差(RMSE)和平均相对误差(MRE)分别为1.6℃和2.5%,累积入渗量实测值与模拟值的相对误差为2.4%,模拟结果与实际监测数据吻合较好。研究结果表明,温度信号可用来对渠系的渗漏状况进行示踪和监测,VS2D模型模拟土壤水热运移的结果能够为灌区的渠道渗漏问题提供科学依据,可为我国北方旱区灌区水资源的管理以及渠系节水改造工程提供一定的理论和技术支持。
秦宇轩 , 王卉 , 张志刚 , 张莹 , 尚庆茂 , 李平兰
2017, 48(5):258-266. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.032
摘要:解淀粉芽孢杆菌是一种植物根际促生细菌。通过响应面试验和正交试验,对分离筛选得到的解淀粉芽孢杆菌L—H15的最大活菌数进行了优化,确定了发酵工艺最佳参数。在黄瓜育苗期施用高活性固态菌剂,进行实际效果试验验证。结果表明,在优化的发酵条件下,即由1∶2.8的麦麸和豆粕组成固态基质,外加20%的稻谷壳,0.2%乳糖,0.38%大豆蛋白胨,并用0.4mL/g的液料比混合均匀;装瓶量46%,解淀粉芽孢杆菌L—H15活菌数高达1.68×1010CFU/g;L—H15固态发酵菌剂能明显促进黄瓜幼苗的茎粗、株高、叶面积及生物量的累积(P<0.05),根系活力增强,矿质元素含量也有显著性提高。因此,解淀粉芽孢杆菌L—H15能够有效促进植株生长,固态菌剂的研发为减少农药化肥的施用提供了技术支撑,是一种提高农作物产量的新型方法。
2017, 48(5):267-274. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.033
摘要:通过批量平衡实验和土柱实验获得了3,5,6-三氯-2-吡啶醇(简称TCP)在紫色土土壤中的吸附特征,并应用模型对上述吸附过程进行模拟。其中,吸附动力学参数通过准一阶、准二阶动力学方程、Elovich模型和粒子扩散模型反演;等温吸附参数应用Freundlic、Langmuir和Linear模型反演;土柱实验中的吸附参数基于Thomas与Yoon—Nelson模型反演。结果表明:TCP在紫色土中的吸附动力学过程包含快速的表面物理吸附和慢速的内部化学扩散2个阶段,且粒子扩散模型表现最好。等温吸附过程可以通过Freundlic模型描述(R2=0.94),获得的吸附容量常数Kf为0.79mL/g,吸附水平较小说明TCP在紫色土中具有较大的迁移风险。TCP在土柱中达到平衡需要的时间约为1215min,土壤对TCP的吸附率为10.65%。Thomas与Yoon—Nelson模型能够较好地模拟TCP在紫色土中的动态吸附曲线(R2≥0.84),获得的平衡浓度q0为0.0086mg/g。
李广信 , 王超 , 冯美臣 , 杨武德 , 李方舟 , 冯瑞云
2017, 48(5):275-281. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.034
摘要:通过设置2个冬小麦品种不同氮素水平的完全随机区组试验,获取冬小麦关键生育期(返青期、拔节期、孕穗期、灌浆期)的土壤氮素、植株氮素和冠层光谱数据,通过分析土壤氮素与植株氮素间的相关关系,间接构建土壤氮素状况的光谱诊断模型。结果表明,不同施氮水平冬小麦各生育期冠层光谱与麦田土壤氮素含量差异显著,土壤硝态氮、碱解氮含量与冬小麦植株氮素含量的相关系数达到0.72以上,相关系数分别在0.72~0.84和0.75~0.82之间,均达极显著水平,而土壤全氮含量与冬小麦植株含氮量的相关性相对较差;研究证实土壤调节植被指数SAVI(1040,680)和比值植被指数RVI(1040,680)分别与土壤硝态氮、碱解氮含量具有重要的关系。另外,基于光谱参数SAVI(1040,680)的土壤硝态氮估算模型(R2≥0.7396)和基于RVI(1040,680)所构建的碱解氮含量估算模型(R2≥0.8100)具有较好的估测能力,可以实现利用冠层光谱对土壤氮素状况的实时、快速估测。
2017, 48(5):282-289. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.035
摘要:以华北平原曲周18年长期定位试验的农田土壤为研究对象,利用偏光显微镜观察常规种植、无公害种植和有机种植3种种植方式下的土壤薄片,研究种植方式对土壤微形态特征的影响。结果表明:3种种植方式下的土壤和土壤粗颗粒的矿物组合基本一致,主要由石英和长石组成,但颗粒的形态和粒径有一定差别;有机种植下,土壤表层结构由中度分离的块状和板状结构为主变为团粒结构为主,发育良好的团聚体含量明显增加,土壤容重显著下降,有机质显著增加;表层土壤容重为1.19g/cm3,有机质含量为22.67g/kg,总孔隙度高达32%。常规种植条件下,土壤表层结构以中度分离的块状结构为主,土壤结构较为紧实,发育程度较低;表层土壤容重为1.30g/cm3,有机质含量为18.42g/kg,表层的总孔隙度为30%。无公害种植条件下,土壤表层结构以中度分离的团块状结构和少量的高度分离的粒状结构为主,土壤结构发育程度居于有机种植和常规种植二者之间。因此,有机种植条件下土壤结构疏松,土壤透气性良好,有利于作物生长。
2017, 48(5):290-295,303. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.036
摘要:选择4种代表性藻种(小球藻、莱茵衣藻、紫球藻、斜生栅藻)在培养基中培养15d,每天提取其培养液作为絮凝剂絮凝沼液,研究了不同藻种产出的絮凝活性物质对沼液的絮凝效果,选出能够高效絮凝沼液的藻种。经筛选试验,发现紫球藻所产出的絮凝活性物质能够最高效地絮凝沼液,沼液絮凝率可达到39.01%;利用最适培养条件下提取的紫球藻培养液,以絮凝率为评价指标,采用中心组合试验设计,探究了pH值、絮凝温度、絮凝剂投放量、絮凝时间4个条件及其交互作用对沼液絮凝效果的影响,建立了响应面模型,获得了最佳工艺参数。试验结果表明: pH值、絮凝温度、絮凝剂投放量、絮凝时间都会对技术指标产生较大影响,而助凝剂添加量所产生的影响较小;最优工艺参数为:pH值7.69、絮凝温度26.78℃、絮凝剂投放量47.70mL、絮凝时间20.39min,验证后测得絮凝率为76.09%;总氮去除率达51.30%、总磷去除率达57.00%、氨氮去除率达54.67%、化学需氧量去除率达43.16%、总固体去除率达54.11%、挥发性固体去除率达57.80%、固体悬浮物去除率达53.71%。
石惠娴 , 徐得天 , 朱洪光 , 孟祥真 , 苗慧 , 黄超
2017, 48(5):296-303. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.037
摘要:温度是影响沼气发酵产气率的关键因素,发酵池的热负荷是沼气工程加温系统设计与选型的基础,关系到发酵系统的稳定运行与加温系统的经济性。精确计算出发酵池热负荷,有利于将加温系统供能侧与发酵池需能侧匹配,并探索出加温系统的最佳系统配置和运行策略,以降低能耗和成本。在分析沼气工程发酵设备物理和数学模型基础上,采用逐时累加法计算发酵池围护结构散热量,得到发酵池热负荷的全年动态变化规律,将稳态算法的时间步长由1个月缩短到1h,提高了计算精度。研究结果表明,在(25±1)℃、(30±1)℃和(35±1)℃ 3种不同工况下,热负荷的模型计算结果与试验测量结果相对误差分别为-5.98%、3.93%和5.39%,对于沼气工程保温和增温设计具有一定的理论意义和参考价值。
吴娟 , 何胜洲 , 李国学 , 李朝晖 , 包一凡 , 梁英
2017, 48(5):304-312. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.038
摘要:过磷酸钙作为农业生产中常用肥料添加到堆肥中一方面能够显著降低堆肥过程中氨挥发,减少甲烷、氧化亚氮等温室气体的排放,另一方面可以提高磷的生物有效性,对于降低堆肥环境污染风险提高堆肥品质具有重要意义。为研究不同工艺参数对堆肥污染气体排放的影响,研究了添加过磷酸钙条件下不同通风率(0.12、0.24、0.36L/(kg·min))、含水率(55%、60%、65%)和碳氮比(15、18、21)对堆肥典型污染气体CO2、CH4、NH3和N2O排放的影响。结果表明:含水率65%和通风率0.36L/(kg·min)条件下会显著降低过磷酸钙的固氮效果,低通风率更有利于减少NH3挥发控制氮素损失。过磷酸钙能够有效控制猪粪堆肥N2O的排放,低通风率有利于堆肥高温期N2O减排。过磷酸钙对CH4的减排效果显著,受工艺参数影响较小。不同工艺参数均不会影响添加过磷酸钙堆肥达到稳定和腐熟,从CO2、CH4、NH3和N2O总温室效应减排效果来看,含水率60%、通风率0.12L/(kg·min)、碳氮比18是最优堆肥工艺参数方案。
冯海萍 , 杨冬艳 , 白生虎 , 谢华 , 刘晓梅 , 裴红霞
2017, 48(5):313-319,334. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.039
摘要:为探讨枸杞枝条基质化发酵中木质纤维素降解、微生物群落代谢能力及多样性特征,采用正交试验设计,以枸杞枝条粉和苦豆子茎秆粉质量比为4∶1混合为试材,采用Biolog—ECO鉴定方法,研究不同发酵因子对枸杞枝条基质化发酵中微生物群落结构和多样性的影响。结果表明:发酵结束时,枸杞枝条基质纤维素、半纤维素和木质素降解率分别在15%、19%及10%以上;木质纤维素降解率在温度为60℃、含水率为60%、添加油饼氮源及接种粗纤维素降解菌处理条件下较高,其中纤维素、半纤维素和木质素降解率分别在18.12%~19.22%、23.55%~25.21%和13.87%~14.24%范围内,显著高于其他处理;该处理增加了枸杞枝条基质发酵高温期时微生物的活性和多样性,平均颜色变化率分别为1.019、1.062、0.943和1.117,微生物多样性香浓指数、优势度指数和丰富度指数分别在2.321~2.365、0.930~0.941和18.78~20.33范围内,提高了枸杞枝条粉堆体中微生物对部分碳源的代谢能力,从而可促使有机质降解。
2017, 48(5):320-326,274. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.040
摘要:生物油是生物质通过热解获得的液体产物,因其可替代传统化石燃料而具有广阔的应用前景。因粗制的生物油存在热值低、氧含量高、粘度大等不足,通过添加乳化剂和醇,同时结合超声波技术对油茶壳热解生物油进行提质改性研究。分别从超声波功率、超声波作用时间、添加醇的种类和含量等方面对生物油及其重质组分乳化提质开展研究。结果表明:加入醇类物质并结合超声波技术能有效降低生物油粘度,并提高其稳定性和热值。乳化液粘度随超声波作用时间延长或超声波的功率增加均呈现先升高后降低再升高的趋势。乳化助剂的添加在醇添加量较低的情况下,可有效增加乳化液的稳定性。重质油与醇乳化后的乳化液稳定性好,乳化液的热解曲线明显向低温区偏移。甲醇与生物油以3∶1进行乳化后,生物油粘度由32.47mm2/s下降到1.73mm2/s,热值由15.21MJ/kg提高到19.43MJ/kg,pH值由2.7提高到4.5,整体性质改善明显。
郜海燕 , 肖尚月 , 陈杭君 , 黎云龙 , 刘瑞玲 , 吴伟杰
2017, 48(5):327-334. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.041
摘要:霉变是导致蓝莓采后损失、货架期短的主要原因之一,为确定蓝莓贮藏期的主要致腐病原真菌,对浙江省杭州市安吉县蓝莓产区发病果实的病原菌进行分离纯化,得到5株病原真菌(LMA、LMB、LMC1、LMC2和LMC3)。通过形态学和rDNA-ITS序列分析,初步鉴定为B. cinerea、T. viridescens、P. cecidicola、P. polonicum和P. expansum。分离菌株的生物学特性研究表明,5株病原菌适宜生长条件为:蓝莓汁—葡萄糖培养基,25~30℃;菌株LMA、LMC1 和LMC2的最适碳源为果糖,菌株LMB和菌株LMC3的最适碳源分别为蔗糖和可溶性淀粉;菌株LMA、LMC1 和LMC2的最适氮源为蛋白胨,菌株LMB和LMC3的最适氮源为酵母浸出粉。光照对菌株LMA、LMC1和LMC2病原菌菌丝生长有明显影响,而对菌株LMB和LMC3影响较小。
董春旺 , 赵杰文 , 朱宏凯 , 袁海波 , 叶阳 , 陈全胜
2017, 48(5):335-342. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.042
摘要:为明确自行设计的滚筒式红茶发酵机性能参数,以无量纲化的综合评分为发酵品质评价指标,采用响应面法和基于改进型神经网络的遗传算法(BP—AdaBoost—GA)对影响发酵品质的3个因素(发酵温度、发酵时间、翻拌间隔)进行优化,并对2种方法的优化效果进行比较。结果表明,各因素对发酵品质的影响重要性顺序为:发酵温度、翻拌间隔、发酵时间;采用响应面法优化,当发酵温度、发酵时间、翻拌间隔分别为25℃、150min、20min时,综合评分预测值和实际值分别为0.863和0.856,相对误差为0.8%;而采用BP—AdaBoost—GA优化,当发酵温度、发酵时间、翻拌间隔分别为27℃、170min、25min时,预测值和实际值分别为0.871和0.868,相对误差为0.3%;BP—AdaBoost预测模型的决定系数和相对分析误差分别为0.994和18.456,高于响应面法的0.988和9.577,且预测均方根误差较低,为0.017。在红茶发酵工艺的参数优化中,采用BP—AdaBoost—GA方法能比响应面法更好地拟合模型,以及在全局变量范围内推导最优发酵条件。
2017, 48(5):343-349. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.043
摘要:微压煮浆是一种新型的豆乳加工技术,但其对豆乳风味特性的影响尚未明确。将豆乳分别以常压煮浆和微压煮浆处理不同时间,对其风味感官品质及关键性风味成分的质量浓度变化进行分析。研究结果表明,与常压煮浆相比,微压煮浆能够更显著地降低豆腥味的感官评分,提高豆香味和甜香味的风味强度,延长处理时间则会导致蒸煮味的明显增加。微压煮浆对己醛的质量浓度有显著的降低效果,煮浆15min以上时,反-2-己烯醛、1-辛烯-3-醇及反,反-2,4-癸二烯醛这3种豆腥味成分的质量浓度也显著降低,但会导致壬醛、反-2-辛烯醛这2种非豆腥味成分的大量损失,而反-2-壬烯醛具有较强的热稳定性。豆乳关键性风味成分的风味活性值(OAV)表明,尽管微压煮浆会同时降低豆腥味和非豆腥味的OAV,但豆腥味OAV的降低程度显著大于非豆腥味,因此,该煮浆方式能够有效调整豆乳的风味比例,从而改善其整体的风味品质,煮浆时间为10min时,腥香比例最佳,改善效果最好。
孙俊 , 周鑫 , 李青林 , 蒋淑英 , 毛罕平 , 杨宁
2017, 48(5):350-355. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.044
摘要:为了更深入地研究乐果对生菜组织结构的影响,以莲座期的生菜为实验对象,利用扫描电镜和透射电镜对生菜叶片微观结构进行检测。研究发现随着喷洒农药浓度的增加,生菜叶片微观结构发生明显变化。气孔的长宽比和密度降低,叶片的厚度变小,嗜锇颗粒增加,淀粉颗粒变少。在897~1332nm波长范围内,喷洒乐果的生菜光谱反射率与乐果浓度成反比,而在1703~1754nm波长范围内,喷洒乐果的生菜光谱反射率与乐果浓度成正比。此外,喷洒不同浓度的乐果农药,生菜的纹理图像也存在差异。研究结果表明,乐果农药对生菜微观结构产生了较大改变,从而导致生菜叶片光谱图像信息产生较大变化。对喷洒不同浓度乐果农药的生菜叶片微观结构进行研究分析,可为高光谱技术对不同浓度农药残留的生菜进行定量检测提供机理研究依据。
赵川源 , 何东健 , LEE Won Suk
2017, 48(5):356-362,355. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.045
摘要:通过对光谱仪采集的340~1030nm柑橘健康与感染黑斑区域光谱进行分析,在探明健康和黑斑病不同症状光谱特性的基础上,提出主成分分析结合特征排序的方法,选择出可识别染病与健康样本的最优波长(525nm)建立SMO分类模型;基于序列浮动前向选择方法优选出4个特征波长(678、740、794、879nm),建立C4.5算法识别柑橘黑斑病3种症状的方法。试验结果表明,用525nm波长建立的SMO分类模型对健康和染病果样本的识别率达99.37%,硬斑型、破裂型和黑斑型症状的识别率分别为81.85%、71.88%和67.57%, 3种症状的平均识别率为73.77%,比前人方法提高了12.77个百分点。
张世庆 , 戴其俊 , 孙力 , 蔡健荣 , 周青倩 , 周小力
2017, 48(5):363-368. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.046
摘要:为了增强敲击响应信号对禽蛋蛋壳裂纹信息的感知能力,提高禽蛋裂纹检测的准确性,分析了敲击装置的力学模型,并以此为依据优化设计激励棒的结构参数和检测条件。力学分析发现,禽蛋的激振力脉冲形态与激励棒质量、棒头刚度和敲击速度有关;优化后的激励棒质量应小于5.6g,棒头采用尼龙材质;建立了冲击力能量与激励棒质量和敲击速度之间的相互关系,并建立了瞬态冲击过程的数学模型。试验结果表明,优化后激励棒对完好蛋激振力脉冲的稳定性较好,与所建立数学模型的相关系数均达到0.92以上;产生的力信号频带能覆盖禽蛋固有频率且具有足够的激振能量,有利于提高完好蛋与裂纹蛋的可区分性和响应信号的信噪比。
袁朝春 , 范兴根 , 袁慧颖 , 沈捷 , 陈龙 , 贝绍轶
2017, 48(5):369-376. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.047
摘要:为提高智能汽车自动制动系统的性能及可靠性,设计基于传统液压制动系统的并联式电控液压主动防碰撞自动制动系统,针对整车动力学系统存在的参数摄动、外界干扰较强的非线性时变特征,提出μ控制策略控制制动管路压力,并进行参数摄动及外界干扰影响下的控制器性能仿真及整车道路试验。结果表明,采用μ控制算法的电控液压制动系统,在整车质量增加30%和制动盘—摩擦片摩擦因数减少30%两种工况下,整车期望加速度的稳态误差均控制在5%以内,稳定时间分别为1.7s和1.4s。
麻斌 , 高莹 , 刘宇 , 刘洪岐 , 邓海鹏 , 王亚娣
2017, 48(5):377-384. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.048
摘要:提出了一种针对喷嘴孔内空化现象的数值计算模型——喷嘴空化模型,并进行了可视化试验以验证其模型有效性,其中喷嘴空化模型考虑了液相与气相之间相变、气泡动力学、湍流扰动及不凝性气体影响等诸多因素,并采用喷孔内空化数对相变速率方程进行了修正。将基于喷嘴空化模型的数值计算结果与试验结果及基于Schnerr—Sauer模型的计算结果进行对比分析,结果显示:在2种空化模均采用默认参数的前提下,喷嘴空化模型与Schnerr—Sauer模型计算所得喷孔内空化现象变化趋势均与试验结果吻合良好,即喷嘴孔内空化现象随喷射压力提高而加强,且在发展空化至超空化流态过渡过程中空化特征长度涨幅远高于其他流态过渡情况;喷嘴空化模型计算所得空化特征长度在各流态下均与试验结果吻合良好,Schnerr—Sauer模型计算空化特征长度则低于试验结果,两者与试验值的最大误差均发生在超空化阶段,其中喷嘴空化模型计算值为试验值的92%,Schnerr—Sauer模型计算值为试验值的65%。该结果表明,所建立喷嘴空化模型可用于较为准确地模拟喷嘴孔内空化现象的变化趋势及空化特征长度。
严天一 , 李聪聪 , CHO X H , 孙富权 , 陆金更 , 戴作强
2017, 48(5):385-389. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.049
摘要:设计了以Freescale XDT512为核心芯片,且由最小系统、电源模块、驱动电路、速度处理模块、两向加速度模块、模拟量输入模块和通信模块等组成的电控空气悬架系统(ECAS)电子控制单元;利用基于模型的设计方法开发了电控空气悬架系统的控制策略模型,其主要由自动模式子模块、手动模式子模型和维修模式子模型等组成;在自动模式下,根据车速自动调整车身高度;在手动模式下,驾驶员可通过人机操控界面,自主地设定车身高度;通过维修模式,可禁止电控空气悬架工作,防止出现误动作。通过合理设计测试用例对所设计的控制模型实施结构性、功能性测试;经控制模型的定点化处理,并利用RTW代码生成技术将所设计的控制模型转换为应用层程序,并与底层驱动相互集成后,编译下载至所开发的ECAS电子控制单元;开展实车验证试验,试验结果表明所设计的控制策略能较好地满足设计要求。
2017, 48(5):390-396. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.050
摘要:为了实现柔性并联机器人的高速、高精度控制,基于Hensens & Kostic理论,计入关节非线性摩擦力建立了Lagrange动力学误差模型,测试了补偿前后机器人的单点定位误差。基于机构最大速度和加速度约束条件,分析了S型和常用T型2种速度规划算法下机器人的位置误差和速度性能。仿真结果表明:T型速度规划位置和速度跟踪最大误差为78.1μm和11.4mm/s,而S型速度规划分别是37.8μm和3.72mm/s,且2个终止点定位误差仅为8.1μm和8.9μm;速度性能方面,S型速度峰值误差变化最大仅为1.74mm/s,远小于T型速度规划的6.88mm/s。可见,在高速下S型速度规划算法保证了较高的位置跟踪精度尤其是定位精度,速度尖峰突变小且整体曲线相对平缓,大幅提高了速度跟踪精度和运动平稳性,更易于实现机器人高速、高精度平稳控制。实验测试了机器人连续运动下定点位置误差,仿真所得位置误差小于实测数据,存在100μm左右的误差,但所得结论一致,验证了仿真分析的有效性。
2017, 48(5):397-404. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.051
摘要:针对制造业智能化对数控机床加工精度的需求问题,构造了一种数控机床进给机构智能设计优化系统。该系统由需求分析模块、常规设计模块、智能优化模块以及设计资源中心所组成,在数控机床进给机构设计过程中能实现知识集成、数据交换与模型共享。该系统面向数控机床进给机构动静态性能要求,分别进行参数化建模、有限元仿真和热—力耦合分析,为进给机构的优化设计提供理论依据。该系统在数控机床进给机构常规设计的基础上,采用灵敏度分析法、BP神经网络和遗传算法对进给机构进行结构多目标优化,从而提高系统的智能设计水平。采用所构造的系统对一种精密龙门数控机床的Y轴进给机构进行智能设计优化,优化后进给机构的动静态性能得到提高,对比进给机构的优化结果与实验值,结果表明该智能设计优化系统是合理可行的。
2017, 48(5):405-412. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.05.052
摘要:基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论和机构结构降耦原理,设计了一种低耦合度能实现三平移一转动(3T1R)的SCRAR并联操作手机构。首先,阐述了该机构的组成,计算了该机构的耦合度k=1;然后,根据该机构的几何特点和运动约束,通过建立输入参数与动平台输出位姿参数间的约束方程,运用运动学序单开链法原理求解了位置正解的数值解,导出了其位置反解的解析解,用实例验证了位置正、反解的准确性;最后,基于位置反解得到了机构位置工作空间的形状与大小及Z向各截面形状,并基于Jacobian矩阵对机构奇异位形进行了分析。结果表明:该机构比H4、I4结构简单,在一组相同等效尺寸参数下其工作空间大、转动能力强。
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