摘要:温室环境优化调控方法和技术能有效改善温室作物的生产条件，提高光能资源的利用效率，从而实现温室作物的高产、高效、优质生产。为了充分利用国内外的研究成果，促进我国在该领域的研究与应用，从基于设定值、智能算法、多目标优化、多因子耦合和基于作物生长信息的环境控制方法等5方面，综述了温室环境控制方法的国内外研究进展。针对我国该领域的研究现状和存在的问题，提出今后应解决光/温/营养耦合高效控制机理、植物表型高通量检测方法等重大科学问题，突破信息感知、物联网、智慧管控等关键技术，形成具有中国特色的温室智能化测控技术体系。

摘要:智能巡检机器人能够高效、可靠地完成巡检任务，降低工作人员的劳动强度，准确、稳定的导航定位是巡检机器人执行巡检任务的基础。本文研究了基于激光雷达的巡检机器人导航系统，可实现机器人在室内外环境下的地图建立、路径规划和导航定位。导航系统由远程监控平台与巡检机器人组成，远程监控平台发布巡检任务、监控机器人状态、查询与存储检测数据，巡检机器人可实现自主导航定位、遍历检测点、执行数据采集等巡检任务，二者通过无线网络实现远程数据交互。融合激光雷达与编码器信息，使用高鲁棒性Gmapping算法建立二维环境地图。根据地图与检测点信息，采用分支界定算法搜索最优巡检路线，以减少巡检时间和能源消耗。使用自适应蒙特卡罗定位（AMCL）算法估计机器人位置和姿态，结合巡检路线，进行导航定位。根据横向偏差与航向偏差，通过经典的PID算法完成机器人驱动控制。机器人搭载可见光相机与红外相机，可对目标进行可见光通道与红外通道的融合图像检测。对巡检机器人进行了室内导航定位试验，试验结果表明，在1m/s的速度下，位置与航向偏差的平均绝对误差（MAE）分别小于5cm和1.1°，标准差（SD）分别小于5cm和1.5°，能够满足巡检导航定位的要求。

摘要:针对目前视觉测量农作物株高技术中存在农作物顶点和底点难以识别的问题，设计了一种基于激光视觉的农作物株高测量系统。该系统针对农作物株高测量特点，改进了三角测量模型，改进后的三角测量模型参数包括相机参数、光平面方程和相机安装参数；依据系统测量模型，该系统标定过程中通过至少一次将棋盘格标定板置于农作物底端点对应水平面的平行平面上，建立农作物底点平面对应的地面坐标系，通过将激光器发出的激光线投射到农作物上，识别农作物顶点。在株高为558.00~1843.30mm的农作物上的测试结果表明，测量绝对误差最大值28.30mm，相对误差最大值为2.17%。该系统标定完成后可实现自动化与实时测量，且测量精度高，具有良好的实用价值。

摘要:为了使植保无人机作业更加精准、高效与节能，研究了一种适用于三维地形的植保无人机路径规划方法。根据农田的规模、形状、高度起伏等地理环境信息，对其进行栅格化处理，建立三维环境模型；在此环境模型条件下，为无人机增加直行与回转机制，实现全覆盖路径仿真；通过提取仿真计算中每次植保作业飞行距离作为输入变量、非植保作业耗费时间作为输出函数，从而构建寻优模型；对寻优模型引入引力搜索算法，以输出函数最小为目标，对输入变量进行寻优，再通过仿真计算求出优化后的返航点位置。实例结果显示，在二维投影形状与尺寸相同的田地中，二维与三维路径规划方法之间的返航点位置存在偏差，证明了本文方法的必要性；在三维地形算例中，运用本文方法规划后的往返飞行距离总和与非植保作业时间分别为440.2m与9min，相比于未规划情况分别减少了90%与54%，相比于简单规划结果分别减少了23%与7%。在实际测试过程中，相比于未规划情况，规划后的路径飞行距离总和与非植保作业时间分别减少了11%和5%，验证了本文方法的合理性与可行性。

摘要:受东方蝼蛄刺状挖掘足能够高效挖掘土壤的启发，设计了大豆播种机破碎式覆土装置，以提高其碎土性能。对东方蝼蛄前足的趾爪趾长、趾尖角、趾间距、侧面的楔角进行测量，以此为依据设计了仿生碎土圆盘。破碎式仿生覆土装置由大小碎土圆盘、折弯法兰、固定机架、旋转副、减震弹簧和悬挂架组成。本覆土装置专为双行种子沟设计，可实现对大豆沟槽双侧进行覆土。对仿生碎土圆盘碎土齿进行了受力分析，并利用Ansys及LsDyna软件对所设计部件进行仿真优化分析，得到碎土圆盘切削受力情况土壤的等效应力分布以及覆土过程中种子横向位移。田间试验结果表明破碎式仿生覆土装置完成了覆土功能要求，破碎率达到92.2%，平均覆土厚度为2.4cm，平均种子行间距为10.1cm。

摘要:在玉米直插穴播机的基础上，针对被动鸭嘴开启过程播种性能受地面高低起伏影响较大的问题，设计了强排-强启排种装置，主要由共轭凸轮、强排-强启排种器等组成。对前进速度补偿机构进行了分析，确定了穴播过程关键时间点，重点对强排-强启排种器的取种轮取种和鸭嘴强制开启2个动作实现进行了位移计算，反求法计算确定共轭凸轮的主凸轮轮廓；取种轮匀速转动能提高取种率，通过计算确定了凸轮从动件运动规律。试验结果表明：该装置传动运行平稳，能完成取种和排种动作，鸭嘴无夹土、无提早排种现象；鸭嘴膜孔较小，鸭嘴播种期间无挑膜、撕膜等问题；玉米直插穴播机的空穴率为1.8%、穴粒数合格率为95.3%、膜下播种深度合格率为88.1%，设计的玉米直插穴播机强排-强启排种装置满足设计要求和玉米播种的农艺技术要求。

摘要:为进一步提高穴播质量，针对排播过程中触土部件的壅土、堵塞等问题，结合精密播种技术要求并运用四杆运动学原理，提出一种旱地回转扎穴式播种方式及其配套机具。通过建立扎穴结构数学模型并采用VB可视化编程平台选取了核心运动参数，同时对关键部件型孔凹轮和回位压簧进行了优化设计。以玉米为播种对象，以主轴转速和压簧线径为试验因素，以合格指数和变异系数为试验指标进行二次正交旋转组合试验，采用Design-Expert 10.0.3软件对结果进行数据处理，选取最优工作参数。通过田间验证试验测得，在主轴转速为27r/min，压簧线径为1.5mm的工况下，播种器作业合格指数为92.1%，变异系数为2.5%，堵塞率为0。结果表明，该机构在满足精密播种作业技术要求的同时，进一步改善了入土可靠性和粒距均匀性。

摘要:在玉米籽粒直收过程中，脱粒滚筒转速与联合收获机的额定喂入量相匹配才能发挥出最佳的作业效果。为了获得不同喂入量时玉米联合收获机最优的滚筒转速范围，设计了一种零部件可更换、结构参数和工作参数均可调的纵轴流玉米脱粒分离装置，并在自主研制的试验台上以脱粒滚筒转速、喂入量为影响因素，以籽粒破碎率、未脱净率为性能指标进行玉米脱粒试验。通过台架试验、回归分析和单变量求解，最终确定了不同喂入量的最优滚筒转速范围：喂入量为8kg/s时，最优的滚筒转速为254~486r/min；喂入量为10kg/s时，最优的滚筒转速为278~466r/min；喂入量为12kg/s时，最优的滚筒转速为313~445r/min。在以上条件下籽粒破碎率均小于5%，未脱净率小于2%，达到了国家和相关标准的要求。

摘要:为了解决传统搂耙式地膜回收机卸膜和装箱困难、作业连续性差等问题，设计了一种链耙式地膜回收机，可以连续实现搂膜集膜、输膜抖土、卸膜过程。该回收机主要由机架、起膜铲、链耙、集膜箱等部件组成。为了使地膜回收机的性能达到最佳，首先在土槽实验室内对回收机的结构参数和工作参数分别进行了单因素试验和响应曲面优化试验，通过土槽试验得到地膜回收率、脱膜率、夹带土壤质量3个指标的二次回归方程、响应优化曲面及最佳参数组合。最佳参数组合为：耙齿总成间距300mm，单排耙齿数5个，耙齿入土深度84.41mm，回收机前进速度2.542km/h，链耙线速度0.417m/s。通过大田验证试验，得到优化后的地膜回收机性能指标为：地膜回收率90.2%，脱膜率88.1%，夹带土壤质量0.41kg/m。大田试验表明，链耙式地膜回收机满足生产要求。

摘要:针对丘陵山区农业机械通过性差、车身难以保持水平、机械化薄弱的问题，设计了一种丘陵山区农用仿形行走动态调平底盘。底盘4组调平悬架的悬臂夹角可精确调节，不仅能在崎岖地面上实现全时多轮驱动、多自由度仿形行走，而且通过悬架悬臂夹角调节实现车体调平控制，同时解决丘陵山区农用动力底盘行走、作业的两大难题。底盘在仿形行走过程中，倾角传感器实时测量车身倾斜角度，并计算出各悬架悬臂夹角瞬时调节量，精确调整各悬架悬臂夹角实现底盘动态补偿调平。参照中小型东方红500型农用拖拉机设计底盘样机，建立虚拟样机三维模型，并导入动力学分析软件ADAMS中进行仿真分析，底盘在多自由度仿形行走过程中，可在0.5°精度范围内实现动态调平。研制小比例样车，通过土槽试验验证底盘在多自由度仿形行走过程中，可在1°精度范围内实现动态调平。仿真、土槽与自然地面试验验证了理论分析和计算结果，为丘陵山区农用仿形行走动态调平底盘应用提供参考。

摘要:针对东北地区深松整地作业中，深松铲土壤扰动量和耕作阻力大的问题，以离散元（EDEM）软件仿真分析铲尖对土壤的作用为依据，设计了拟合曲线型深松铲。采用离散元软件模拟深松铲铲尖在土壤中的运动，获得铲尖上方土壤颗粒运动轨迹的拟合曲线和拟合方程，采用线元设计法对线形优化，获得铲柄外形曲线；同时设计了刃部、切削刃角、入土角，并通过铲柄与铲尖的互作效应试验验证了分层的可行性与合理性。土槽对比试验表明，拟合曲线型深松铲有效降低了土壤扰动量和耕作阻力，比折线式深松铲土壤扰动量减少了53.6%，耕作阻力减少了36.23%；比圆弧式深松铲土壤扰动量减少了66.18%，耕作阻力减少了29.18%。田间对比试验表明，拟合曲线型深松铲比折线式深松铲回土面积增加了81.03%，比圆弧式深松铲的回土面积增加了146.95%。土槽和田间试验表明，拟合曲线型深松铲土壤扰动量小、耕作阻力小，满足深松作业的要求。

摘要:水稻播种时芽种含水率高、种芽长度差异大，表现出与其他作物种子不同的物理特性。为减小仿真分析时芽种参数设置不准确而形成的模拟系统误差，本文基于水稻芽种摩擦角的试验与仿真测定，标定出不同含水率下的水稻芽种离散元主要接触参数。通过芽种的摩擦角（两种休止角及滑动摩擦角）离散元仿真试验，建立了芽种-不锈钢板静摩擦因数、芽种-芽种静摩擦因数、芽种-芽种滚动摩擦因数与3个摩擦角之间的三元回归方程。以芽种的3个摩擦角试验结果作为修正指标，对回归方程数值求解，得到当仿真结果与试验结果的拟合误差达到允许范围内的3个主要接触参数。将标定后的参数进行试验验证，分别对不同含水率下的芽种摩擦角的仿真测定与实测结果进行对比分析，相对误差均小于2.75%，表明水稻芽种离散元模型与实际颗粒物料体现出相同的摩擦特性，建立的回归模型满足不同含水率芽种参数的标定要求。对其他5个品种的水稻芽种摩擦角实测值与仿真结果进行对比分析，相对误差均在5.54%以内。该水稻芽种的离散元模型及接触参数可为水稻精密播种装置的动态仿真提供参考。

摘要:为了研究不同类型和大小的液压喷嘴、不同生物农药喷雾样本对雾滴特性的影响，采用激光粒度分析仪、喷幅宽度测定装置等对美国Teejet公司的平面扇形喷嘴XR8004、XR11004和中空锥形喷嘴TXA8002、TXVK8004等4种常规喷嘴和7种不同喷雾样本（普通自来水和6种美国Bioworks公司的生物农药），分别对相同和不同喷雾压力、相同喷雾高度和相同喷雾环境下的雾滴粒径大小分布，以及相同喷雾压力和相同喷雾高度下喷幅宽度等特性进行了对比试验研究，并对结果进行分析。结果表明：在分别与水以一定比例混合后，原液状生物农药的雾滴粒径与水的雾滴粒径大小差异不显著，但比原粉末状生物农药雾滴粒径尺寸大；生物农药在同一喷嘴喷雾下，雾滴粒径随喷雾压力增大而减小；在相同喷雾压力情况下，雾滴粒径大小分布均匀度随喷嘴喷量速率的增大而减小，喷量速率越大，其粒径尺寸越分散、越不集中；喷嘴喷幅宽度的大小随喷雾角度增大而增大，不同类型生物农药的喷雾样本对喷幅宽度影响不大。因此，根据以上喷嘴和生物农药的喷雾特性，对于不同的农作物选择适当的喷嘴型号、喷量流速和喷雾压力来喷施农药，可以提高农药的喷雾效率和有效性。

摘要:为了研究气液两相条件下离心泵相似定律的适用性，选用NKG65-50-140型直联式单级单吸离心泵，基于试验和数值模拟方法对其进行研究。首先搭建了气液两相流开式试验台，进行了3种转速、不同进口含气率条件下模型泵性能试验；然后采用Eulerian-Eulerian非均相流模型、由空气和水作为工作介质进行了数值模拟，得到了3种转速、不同进口含气率条件下叶轮内的流动情况和气相分布情况。研究结果表明：进口含气率通过影响气体在叶轮内的分布而影响旋转叶轮与液体能量交换能力，从而影响气液两相流相似定律的适用性；同一流量系数时进口含气率越大，相似定律的适用性就越差；随着转速的降低，气体分布呈现从叶片顶尖、叶轮流道中部和蜗壳隔舌处移动的趋势，特别是进口含气率大于0.03后，气体更易堵塞流道。最后通过对比试验结果和数值模拟结果，验证了低进口含气率下所采用的计算模型和方法基本可靠，为泵设计提供了理论指导。

摘要:轴流泵内压力脉动是引起机组振动和噪声的主要原因之一，为了研究漩涡诱发水泵内压力脉动的机理，采用Fluent软件对轴流泵装置进行非定常计算，得到了大流量工况下（1.2Qd）不同特征断面的频域特性，结合模型试验，利用高速摄像机对漩涡生成到消失全过程进行动态测量，观察到漩涡微观变化过程。结果表明：喇叭管下方漩涡发生位置与低压区位置一致，涡管底端的压力脉动幅值最大，其Cp值约为非中心点处的1.8~2倍，涡管中心处压力脉动次频发生在1倍叶轮转频处，在叶轮进口压力脉动与漩涡压力脉动在1倍叶轮转频处具有同步性，且压力脉动次频均在1倍叶轮转频处。在进水池底部压力脉动激励源为进水漩涡，进水漩涡影响叶轮进口压力分布，诱发叶轮进口压力脉动。通过研究进水漩涡从生成到溃灭的过程及对压力脉动的影响，可为泵站工程实际应用中消涡措施提供理论依据。

摘要:为了有效地消除表面吸气涡，对进水池内流场进行了数值计算，模拟了表面涡吸气的动态过程；建立了试验模型，验证CFD方法的可靠性；并提出了圆形盖板消涡装置，探求其有效性；采用了螺旋度密度分析法，揭示了表面涡的吸气及其抑制机理。结果显示：采用的CFD方法可以较好地预测表面吸气涡的动态过程；吸气准备阶段，自由水面出现凹陷，喇叭管进口附近形成螺旋度密度管；随着气体从自由水面进入水体，自由水面下方形成另一螺旋度密度管；当连续气柱形成时，两个螺旋度密度管相互连通，形成气体通道；通过在自由水面和喇叭管进口之间放置一定尺寸的圆形盖板装置，可以消除表面吸气涡。

摘要:为了提高Schnerr-Sauer模型预测空化流场的能力，提出了一种修正的球形空泡动力学模型，结合均相流假设建立了一种基于Rayleigh-Plesset方程的改进空化模型。联立修正后的滤波器湍流模型，分别采用改进后空化模型和Schnerr-Sauer模型对绕二维Clark-Y型水翼非定常空化流动进行计算，得到了不同空化数条件下翼型吸力面上空穴形态随时间变化规律及水动力系数特征。与已有文献的实验结果进行对比分析，结果表明：在准静态片状空化阶段，改进的空化模型计算得到的片状空穴长度基本上维持不变，在空穴尾部捕捉到明显的相间界面，与实验描述较为一致；在云状空化阶段，改进的空化模型模拟的空化区域范围更广，预测的瞬时升力系数与实验值的变化趋势吻合程度更高，且其对云空化周期性演变过程中一些流动细节的预测能力更好。

摘要:随着精准农业技术的发展，快速获取大棚和地膜农田面积及地理分布的需求越来越大，但沿用面向卫星遥感影像的解译方法处理无人机航拍影像，存在特征选择复杂、识别精度较低、处理时间长等问题。基于此，本文提出一种基于深度学习的大棚及地膜农田无人机航拍监测方法，即采用六旋翼无人机搭载索尼NEX-5k相机进行航拍作业，对采集到的558幅赤峰市王爷府镇地区的无人机航片进行正射校正与拼接，构建全卷积神经网络(Fully convolutional network, FCN)，通过多尺度融合的方法实现了FCN的5个变种模型：FCN-32s、FCN-16s、FCN-8s、FCN-4s、FCN-2s，使用带动量的随机梯度下降算法端到端训练模型，自动提取并分类影像特征。FCN模型与ENVI商用遥感软件的基于像素的分类方法、eCognition软件的面向对象的分类方法对比后表明：FCN-4s模型为识别大棚和地膜农田的最佳模型，对于测试区域的平均整体正确率为97%，而基于像素的分类方法平均整体正确率为74.1%，面向对象的分类方法平均整体正确率为81.78%。FCN-4s模型平均运行时间为16.85s，是基于像素的分类方法运行时间的0.06%，是面向对象的分类方法运行时间的5.62%。本方法可快速准确获取大棚和地膜农田的地理分布及面积，满足设施农业对无人机航拍监测的需求。

摘要:灌区渠系制图配合现代节水灌溉技术，对合理配水、安全输水有着重大影响。但目前普遍使用的灌区遥感影像分辨率不高，给渠系提取与制图带来一定的困难。本文将无人机采集的高精度正射影像、高程、坡度数据相结合作为数据源，提取出具有显著描述能力的渠系特征来构建训练样本集，基于支持向量机的分类方法对目标渠系进行分割提取，再通过后处理对提取结果进行去噪、连接和优化，实现了无人机高分辨率多数据源的渠系提取。结果表明，该渠系提取方法可以识别提取灌区中的支渠、斗渠和部分农渠，渠系连续性良好，与手绘渠系对比，精度最高可达89.35%。其中提取误差主要由级别较低的渠系中渠床淤泥沉积导致影像、地形特征不明显造成。

摘要:近年来较多的树冠提取算法以激光雷达数据为基础，然而激光点云数据量大、冗余多而且采集成本高。本文基于无人机影像匹配点云提取单木树冠轮廓，研究一种成本可控、能够补充甚至部分替代激光雷达的小范围森林制图方案。以福建省三明市某林场内苗圃地作为研究对象，在稠密的无人机影像匹配点云中截取2个25m×25m的样地作为测试样本。预处理后，首先构建植被冠层高度模型，以局部最大值法探测树冠位置并标记为种子点；从这些种子点形成的初始区域开始生长，迭代计算直到全部的影像匹配点云归并完毕；最后，将算法提取的树冠轮廓导入ArcGIS中获取树冠轮廓矢量边界，并与手绘参考树冠叠加，利用F测度实现精度的评定。依此方案，在2个林分范围内的树冠提取F测度均达到了89%以上，单木冠幅提取的误差在0.14m以内。结果表明，该方案简单有效、精度可靠，适用于小范围、高精度的植被制图。

摘要:以冬油菜为研究对象，利用连续3季（2013—2016年）不同氮营养水平下冬油菜关键生育期400～1350nm冠层高光谱和LAI数据，研究基于偏最小二乘（Partial least square，PLS）回归分析的冬油菜原初光谱（Raw spectral reflectance，R）及一阶微分光谱（First derivative reflectance，FDR）窄波段光谱变量（1、5、10、20nm）和宽波段光谱变量（40、80、100nm）与LAI之间关系，确定可稳定指示油菜LAI时空变化的最佳波宽及其有效波段。在此基础上，进行了基于有效波段最优波宽下冬油菜LAI预测和精度验证。结果表明，冬油菜LAI对氮肥响应具有高度敏感性，可较为充分反映油菜LAI时空变化，其建模集和验证集变异系数分别为65.4%和54.4%；随波宽增加，基于R-PLS和FDR-PLS回归模型的冬油菜LAI预测精度均呈先增加后降低趋势，至窄波段光谱变量和宽波段光谱变量临界处20nm波宽时达最高，且FDR-PLS预测效果显著优于R-PLS，建模集和验证集相对分析误差（Relative percent deviation, RPD）分别为2.223和2.004。根据FDR-PLS回归模型中各波段变量重要性投影值（Variable importance for the projection, VIP），确定基于该最佳波宽条件下油菜LAI有效波段分别为759、847、921、1002、1129nm。此后，再次构建基于上述有效波段的油菜LAI预测模型，建模集和验证集RPD分别为2.004和1.707，反演效果较为理想。

摘要:土壤速效磷是影响作物生长发育的重要养分指标。光谱分析技术对速效磷的定量预测具有较好的应用前景，高光谱带宽窄、分辨率高，但存在数据冗余和共线性等问题。本文针对皖北砂姜黑土145个样本开展研究，提出了利用偏最小二乘回归算法（PLS-R）对土壤可见近红外高光谱数据（400~1000nm）进行数据降维和特征提取，根据交叉验证和变量投影重要性分别得到潜在变量和特征波长；再分别输入BP神经网络（BPNN）进行训练，得到回归分析模型对速效磷进行定量预测。结果表明：与利用全部波长数据建模的预测结果（校正集和验证集的相对分析误差MRPD分别为10.27和2.09）相比，利用9个特征波长建立的回归模型校正集MRPD为2.66，预测精度明显降低，而验证集MRPD为 2.05，近似达到利用全部波长数据建模的预测效果；利用5个潜在变量建立回归模型，校正集和验证集的MRPD分别为3.10和2.29，其中验证集相对于全部波长建模的预测精度提高了9.6%。因此，基于PLS-BPNN算法进行回归建模可以有效降低高光谱数据冗余和共线性的影响，提高模型的泛化能力，且利用潜在变量进行回归建模能提高模型预测精度。

摘要:为研究无人机多光谱遥感技术对裸土土壤含水率的大范围快速测定和最佳监测深度的确定，以杨凌地区粘壤土为试验材料，分别配制成2种不同深度（5cm和10cm）、含水率为3%~30%的土壤样本。用无人机搭载多光谱相机对土样连续监测3d，监测时刻均为15：00。采集6个波段（490、550、680、720、800、900nm）处的土壤光谱反射率，同时对2种不同深度的土壤样本表层（约1cm）含水率和整体含水率进行测定。分别采用偏最小二乘回归法、逐步回归法和岭回归法，建立不同波段光谱反射率因素反演土壤含水率的回归模型，并分析其定量关系。试验结果表明，逐步回归预测精度最佳，决定系数（R2）分别为0.775、0.764、0.798、0.694，而预测均方根误差（RMSE）分别为0.028、0.042、0.037、0.038；其次为岭回归法；偏最小二乘法的预测精度最低。综合比较得最佳回归方法为逐步回归法，最佳监测深度为土壤表层（约1cm），其次为5cm深度，最后为10cm深度。

摘要:复杂生态网络是近年来区域生态环境可持续研究的热点。以2016年磴口县的遥感影像数据、DEM数据等为研究素材，提出生态库伦力的概念并基于力导向算法构建生态网络多情景模拟模型，结合最小累积阻力面模型设置多个情景模式对磴口县现状生态网络的演化进行研究。研究结果表明：随着（1.0，0）模式到（0，1.0）模式的转换，生态源地斑块栅格逐渐消失，骨架廊道逐渐出现断裂；在（0，1.0）模式下生态网络遭到极大破坏，现状条件下若进行大规模土地经济开发会对生态网络造成极大的破坏；但在（0.9，0.1）模式下，虽沙漠边缘处出现破坏，但是在样圆内部生态网络却出现扩张，在现有自然资源的约束下，磴口县仍有发展经济的空间，但空间不大。本研究所提出的多情景模拟模型适用于生态网络的演化分析。

摘要:基于不同铜离子(Cu2+)和铅离子(Pb2+)胁迫梯度下玉米叶片光谱微分数据，结合高阶谱估计与灰度-梯度共生矩阵(Gray gradient co-occurrence matrix, GGCM)的特征提取方法，提出了Cu2+和Pb2+污染定性分析、污染元素种类识别和污染程度诊断的方法。首先，测量了不同胁迫梯度下玉米叶片光谱数据以及叶片中富集的Cu2+、Pb2+含量；然后，利用高阶谱估计的ARMA模型参数法对各类玉米叶片微分光谱数据序列进行双谱估计，得到bisp_rts和bisp_qs矩阵及其相应的双谱三维图，从而可以直观可视地定性分析玉米是否已受Cu2+和Pb2+污染，辨别出Cu2+或Pb2+污染的元素类别；最后，构造bisp_rts和bisp_qs矩阵相应的GGCM，通过提取各GGCM的纹理参量特征值，诊断玉米叶片受Cu2+和Pb2+的污染程度。实验结果表明：高阶谱估计可以定性分析玉米老叶(O)、中叶(M)、新叶(N)是否已受Cu2+和Pb2+污染，也可辨别出O、M叶片所受Cu2+或Pb2+污染的元素类别；bisp_rts矩阵的灰度分布不均匀性(T1)、能量(T2)特征值均能反映O、M叶片中Pb2+含量的变化，能较好地诊断O、M叶片中Pb2+的污染程度，而bisp_qs矩阵的小梯度优势(T3)特征值能反映O、M叶片中Cu2+含量的变化，能较好地诊断O、M叶片中Cu2+的污染程度。

摘要:在传统森林计测中，由于树木冠层的形态各异、结构复杂，往往难以精确获取结构因子。本文以地基激光雷达为工具，通过对单木扫描获取点云数据，基于球极平面投影和Lambert方位角等面积投影法计算冠层孔隙度，运用不规则面投影法和体元法提取树冠的体积和表面积，并对结果进行了对比分析。选取北京林业大学校园内6株立木为研究对象，结果表明，对于冠层孔隙度，球极平面投影的结果均小于Lambert方位角等面积投影，平均误差为0.03；对于体积和表面积，运用不规则面投影法和体元法得到树冠体积相对误差为5.32%~12.43%，平均相对误差为9.29%，提取的树冠表面积的相对误差为1.40%~5.21%，平均相对误差为3.33%。2种方法得到的结果差别不是很显著。因此利用地基激光雷达获取点云数据，通过对单木一次扫描提取冠层孔隙度、树冠体积和表面积，为计算树木的三维绿量、生物量、光合作用能力等提供了更可靠的数据支持。

摘要:激光点云数据包含信息丰富、精度高，在森林演变、植物模型重构方面应用广泛。为提高树三维重构时的精度与真实感，提出一种基于实测点云数据的三维重构方法。首先，使用Kinect 2.0采集树的双面点云数据，在树根附近放置塑料标准球作为标记，使用人工标记法粗配与ICP算法精配相结合的方式对获取的双面点云数据进行配准，得到树完整的点云数据；其次，引入生长角度约束改进空间殖民算法生成树的三维骨架，根据管道模型估算树枝粗度，使用广义圆柱体生成树干；最后，对叶片单独建模，根据叶序规则添加树叶完成树的三维重构。以玉兰树、枫树以及Limit Tree为例进行重构试验，试验结果表明，该方法能够逼真地模拟树的三维形态结构，较好地展现树的拓扑结构关系，重构误差在6.5%以内，可为虚拟树木三维建模、虚拟修剪以及树的拓扑结构分析等研究提供参考。

摘要:为实现无手机信号林区生态系统参数的实时监测，基于北斗卫星短报文、物联网和云存储等技术，设计了一种林区小气候实时监测系统。该系统由小气候监测站、云服务器和系统软件构成，可实现林区大气、土壤、光照和植物等多参量的实时监测、云存储、动态查询、报表生成和大数据分析。系统对森林火险天气指标的计算进行平滑处理，加入了枯枝落叶层土壤湿度火险因子，实现了森林火险天气等级预报功能，为局部林区的防火预警服务。通过2017年3—5月在北京鹫峰国家森林公园的连续测试实验，3个小气候监测站可以稳定可靠地获取11种林区小气候数据，北斗卫星传输正确率分别为98.57%、99.43%和99.59%，达到了对林区小气候进行长期实时监测的目的，通信费用低于铱星卫星通信。该系统自2016年在北京、内蒙古、河北和河南等地推广应用，为林区的生态大数据获取和分析提供服务。

摘要:平原区耕作单元地块细碎化是影响小麦机收效率的重要因素。以河北省定州市韩家庄村为例，从分析平原区耕作单元地块的细碎化特征入手，定量评估了地块面积对小麦机收效率的影响程度，在此基础上分析了耕作单元地块合并后小麦机收效率的提升状况。研究发现：平原区耕地以权属细碎化为主，耕作单元地块面积小且分散，地块总体狭长，目前不适合大型农机作业；小麦机收效率受耕地面积影响较大，小麦机收的总作业效率、纯作业效率均随着耕地面积的增加而增加，总作业效率理论上可以达到0.4301s/m2，纯作业效率理论上可以达到0.3049s/m2；平原区开展土地整治时，建议切实推行耕作单元地块权属调整及耕地流转，使耕地连片面积达到一定规模，可以明显提高小麦机收效率。

摘要:在识别缺资料流域水文模型参数时，目前常采用的区域化方法存在相似流域间降雨径流关系差别较大、模型参数与流域属性间的相关性不明显、在大范围缺资料地区难于选取参考流域等问题。本文从全球陆面数据同化系统（GLDAS）获取流域蒸散量数据，提出利用GLDAS蒸散量率定GSAC模型的方法。首先，通过合并网格建立GSAC模型模拟的蒸散量与GLDAS蒸散量在时间和空间方面的对应关系；其次，基于纳什效率系数的定义构建了一个模型率定指标，以评价GSAC模型模拟的蒸散量对GLDAS蒸散量的拟合效果；最后，依据GLDAS蒸散量与GSAC模型模拟蒸散量之间的拟合关系率定GSAC模型。呼兰河流域应用结果表明，GLDAS提供的蒸散量能够较好反映流域实际蒸散量的变化情况，为率定GSAC模型提供了一种有效的输入数据；在率定期与验证期，利用GLDAS蒸散量率定的GSAC模型对流量模拟的纳什效率系数分别为0.81和 0.77，与利用流量数据率定的GSAC模型模拟结果相近。

摘要:为了探究不同空间分辨率驱动数据对作物模型区域模拟结果的影响，以中国北方冬麦区为研究区域，采用薄盘样条插值方法生成4种空间分辨率（5、10、25、50km）的气象驱动数据，采用空间聚集方法构建相应空间分辨率的土壤参数集，以农业气象观测站数据为基础，通过泰森多边形方法扩展农田管理和作物模型品种参数，在以上基础上建立不同空间分辨率的WOFOST模拟平台，结合区域统计产量数据，诊断不同空间分辨率驱动数据对作物模型区域模拟的影响。研究表明：对于模拟的开花期、成熟期、潜在产量水平的地上生物量和穗质量、雨养产量水平的地上生物量和穗质量，4种空间分辨率的区域平均值模拟结果之间无显著差异；高分辨率驱动数据下，模拟结果分布上有更多的极值。不同空间分辨率的模拟结果均能反映冬小麦生长的空间分布规律；与同区域统计产量相比，不同空间分辨率下WOFOST雨养产量可以解释观测产量年际变异的75.4%~85.4%。不同空间分辨率的潜在产量和雨养产量与气候因子相关分析表明，生育期辐射可以解释16.6%~29.6%的潜在产量变化，生育期降水可以解释13.3%~17.8%的雨养产量变化。高空间分辨率的数据存贮量和计算时间分别是低空间分辨率的80和100倍以上。研究结果可以为作物模型区域应用，尤其是空间分辨率的选择提供理论依据。

摘要:以挠力河流域为研究区，利用1990年和2013年土地利用类型，结合基于格子玻尔兹曼方法（LBM）的TOPMODEL模型定量评价了土地利用方式变化对水循环时空变化过程的影响。结果表明：基于LBM法的TOPMODEL模型可以很好模拟挠力河流域降雨径流水循环过程，对研究区具有较高的适用性；研究区林地、草地和建设用地面积变化不大，对于土地结构变化贡献比较小，而未利用地和旱田部分转为水田对土地结构变化贡献大；由于种植水田，导致5月到10月间的流域总蒸散发量增加、根系区缺水量减少、非饱和带缺水量减少、地表水量减少、地下水量增加；蒸散发增幅达8.9%，根系区缺水量降幅达10.5%，地表水量减少达43%；水田对水文情势影响的差异主要体现在水稻生育期的差异上，分蘖期对蒸散发量、根系区缺水量和非饱和带缺水量影响较大；水田灌溉对水循环过程的影响按变化幅度从大到小的顺序为非饱和带缺水量、根系缺水量、蒸散发量、入根系区水量、出根系区水量和地下径流量，其中入根系区水量差值和出根系区水量差值接近。

摘要:利用生态系统分类及生态参量数据产品，运用InVEST生态服务评估模型，分析了陕北重大生态建设工程实施关键年份（2000—2010年）内草地生态系统类型及其主导服务功能的时空变化特征。结果表明：延安市和榆林市的黄土沟壑区草地生态系统面积明显增加，草地植被覆盖度整体由低覆盖向中覆盖等级转变，其中草原和草丛覆盖度呈明显增长趋势。11年间，各草地类型平均土壤保持能力逐年增加，由大到小呈现草原、草丛、稀疏草地的一致特征，分布于榆林市南部和延安市北部的草原是陕北草地土壤保持服务功能增加的主要贡献者。各类型草地产水功能变化表现为先减少后增加，稀疏草地分布区产水功能对陕北风沙滩区能源化工基地建设、城市生态安全维护以及农牧业可持续发展意义重大。

摘要:针对华北平原地区冬小麦水肥利用效率低且造成一定的面源污染问题，研究了滴灌施肥灌溉对冬小麦生长、产量及其构成要素、耗水量、水分利用效率、灌溉水利用效率和土壤养分分布的影响。结果表明：滴灌施肥灌溉条件下，2013—2014、2014—2015和2015—2016年冬小麦平均产量为7120.5kg/hm2，相比当地产量（6000kg/hm2）提高了18.7%，冬小麦穗粒数和千粒质量表现较好，千粒质量平均提高了4.3g。2013—2014、2014—2015和2015—2016年冬小麦全生育期耗水量平均为387.9mm。播种期-拔节期降水量占阶段耗水量的比例最大（52%），拔节期-抽穗期灌水量所占比例最大（78%），而抽穗期-收获期土壤储水量的消耗量所占比例最大（54%）。3年度冬小麦全生育期耗水量各组成所占比例表现为：灌水量所占比例最大，为49%，其次是土体储水量的消耗量，占总耗水量的25%，降水量占总耗水量的24%，地下水补给量占总耗水量的比例最小，仅2%。冬小麦水分利用效率和灌溉水利用效率分别为1.8、3.9kg/m3，相比地面灌溉分别提高了38%、95%。养分主要分布在根区0~40cm土层内，养分利用率高，养分淋失少。因此，华北平原地区控失肥作为底肥，采用滴灌施肥灌溉进行随水追肥，当施肥量为当地施肥量的70%时，可提高冬小麦产量18.7%，穗粒数和千粒质量表现较好。此外，滴灌施肥灌溉可节水36%，节肥30%，提高灌溉水利用效率95%，提高水分利用效率38%。

摘要:在新疆滴灌棉田，选择新陆早45号作为试验材料，设置5个施氮水平（0、120、240、360、480kg/hm2），研究滴灌棉花各器官氮素吸收分配规律及生物量和氮浓度的动态变化，并建立滴灌棉花的临界氮浓度稀释模型，确定临界氮营养指数，实现对滴灌棉花氮素营养丰缺程度的诊断。结果表明，滴灌棉花生物量随施氮量的增加而增加，氮浓度随滴灌棉花的生长进程而降低；滴灌棉花临界氮浓度与地上部生物量间符合幂函数关系，其相关系数为0.906。通过均方根误差RMSE对模型进行验证，验证结果表明，所得模型的模拟性能较好。基于临界氮浓度建立的氮素营养指数模型(NNI)可作为滴灌棉花氮素营养状况的判别指标，由氮营养指数得到滴灌棉花的适宜施氮量为240~360kg/hm2。

摘要:东北黑土区土壤肥沃、性状优良、适宜作物生长，然而大面积坡耕地的水土流失问题严重威胁着区域生态环境和国家粮食安全。为探明施加生物炭对该区域坡耕地的节水增产效应，以及最优施加量与施加年限，基于田间径流小区进行为期两年的观测试验。2015年，试验根据生物炭施加量设置为C0（0t/hm2）、C25（25t/hm2）、C50（50t/hm2）、C75（75t/hm2）和C100（100t/hm2）5个处理；2016年，各处理分别连续施加等量生物炭。试验结果表明：施加两年生物炭均降低了土壤容重、提高了孔隙度和有机碳密度，且随施加量的增加效果越显著；2015年实测田间持水量随生物炭施加量呈上升的趋势，2016年则呈先升后降的趋势，上升至C50处理达到最佳；2016年C50处理土壤三相比较合理，广义土壤结构指数（GSSI）高于其他处理；连续两年施加生物炭均减少了3°坡耕地的年径流量，各年份年径流系数降低最多的分别为C75（15.44%）和C50（17.27%）处理。适量生物炭也可增加单次降雨后雨水蓄积量和其随时间下降的速率和幅度；2015年和2016年大豆产量最高的处理分别是C75和C50，增产率分别为27.16%和28.17%。比较2015年和2016年试验结果，连续两年施加50t/hm2生物炭时，大豆水分利用效率较对照处理增幅最高，为27.67%，节水增产效果最佳。

摘要:为了明确覆盖物对冻融土壤热量传递阻碍作用的机理和特性，基于冬季大田试验（2016年11月1日—2017年4月30日），设置裸地、自然降雪覆盖、5cm秸秆覆盖+自然降雪、10cm秸秆覆盖+自然降雪4种处理，分别测定了不同处理条件下10、20、30、40、50、60、70、80、90、100cm深度的土壤总含水率、液态含水率和温度等数据，计算了不同处理条件下冻融土壤的热容量、相变热量和热量变化量等相关参数，进而分析了覆盖物对冻融土壤热量空间分布和传递效率的影响。结果表明：试验期30cm深度范围内土壤热量交换量占比较大，不同时期内热量变化占比可达54.57%~81.17%；在冻结期4种处理条件下，土壤热量传递整体呈现出热量散失的趋势，在融化期4种处理条件下，土壤热量传递整体呈现出热量吸收的趋势；自然降雪覆盖、5cm秸秆覆盖和10cm秸秆覆盖对于热量传递的影响率分别为17%、8%和17%；4种处理条件下土壤热量无变化时间段均较长，分别为29.17%、39.41%、43.33%、50.88%。

摘要:为了解决积雪反演研究中常用的二值积雪分类法存在误差较大的问题，根据松嫩平原黑土区的独特地理环境，并在充分考虑地表类型的情况下，将中分辨率成像光谱仪（Moderate-resolution imaging spectroradiometer，MODIS）影像作为数据源、陆地成像仪（Operational land imager，OLI）影像视为“真值”数据，建立松嫩平原黑土区MODIS像元积雪覆盖率与归一化雪盖指数（Normalized difference snow index，NDSI）值之间的线性回归关系模型。结果表明，与MOD10A1积雪面积比例数据（Fractional snow cover，FSC）相比，反演模型雪盖率的误差分析结果得到改善，能够更好地满足当前积雪反演研究的现实要求。亚像元雪盖率估算模型在一定程度上提高了松嫩平原黑土区雪盖面积监测的精度，为该地区春季墒情预报、农业耕种提供了科学依据。

摘要:采用数值模拟方法对气体搅拌下厌氧消化反应器内气液两相流动进行研究,探讨不同流量下反应器内非牛顿液相的速度场、流场及动力黏度等流体动力学信息,并进一步分析不同多相流模型、相间作用力以及多相湍流模型对液相速度的影响。结果表明：入口气体流量的增大并没有对流场形态和旋涡分布产生明显影响,但能有效降低液相动力黏度峰值,改善厌氧消化反应器内液相的流动性,尤其影响着反应器四周底部区域液相动力黏度。入口流量为2.05mL/s及5.3mL/s时,欧拉双流体模型与欧拉双流体模型耦合群体平衡模型(Population balance model, PBM)模拟得到的液相速度与实验值较为接近,并优于欧拉-拉格朗日模型;采用标准k-ε模型(Standard k-ε),重整化群k-ε模型(RNG k-ε)得到的液相速度模拟值优于可实现k-ε模型(Realizable k-ε)。相间作用力考虑为升力及曳力组合时，模拟得到的液相速度与实验值吻合良好。

摘要:为进一步降低生物质锅炉烟气排放污染，针对生物质锅炉烟气排放特点，设计了一种具有除尘、脱硫、余热利用功能的多效烟气净化装置，研究了该装置的工艺设计、系统计算，考察了该套装置的连续烟气净化性能。生物质锅炉多效烟气净化装置经过连续性运行，整体运行稳定，烟气温度、烟气SO2含量、烟尘含量、SO2去除率、烟尘去除率等工艺参数和运行指标均较为平稳。出口烟气温度控制在（62±3）℃范围内，平均出口烟气SO2质量浓度为4.2mg/m3， SO2去除率达到70.6%。平均出口烟尘质量浓度为4.6mg/m3，烟尘去除率达到90.57%，具有较好的运行稳定性和较高的除尘、脱硫效率。

摘要:为了提高温室环境测控系统中传感器数据的准确性，针对温室环境参数变化的时间相关性和空间相似性特点，提出了一种基于主成分分析(Principal component analysis，PCA)的故障检测与基于时空信息比较的温室环境监测系统的传感器故障识别方法。首先利用基于PCA的传感器故障检测方法，通过监控统计量T2和SPE的变化实现传感器系统故障检测；再针对检测出故障的传感器节点，对该时刻传感器节点采用基于时空特性的节点信息比较实现不同传感器的故障识别。分别对比基于时间尺度、空间尺度、时空尺度的节点信息比较方法对传感器故障识别的影响进行了分析与试验验证，验证结果表明：基于PCA的传感器故障检测方法能够有效地实现对传感器系统故障的初步检测，提出的基于时空信息比较的传感器故障识别方法，融合考虑时间尺度和空间尺度的节点信息，能够有效地实现传感器具体故障定位；所建立的传感器故障识别方法检测正确率CDR为98.37%、平均虚警率FAR为1.72%，较传统的传感器故障识别方法检测正确率CDR提高了22.067个百分点，而平均虚警率FAR则降低了15.762个百分点，能够有效地保证故障诊断效率、提高故障诊断精度、降低虚警率，具有可靠性和准确性。

摘要:为解决现存分级过程中损伤种子问题，替代仅根据种子表面特征评价的粗筛查方法，本研究基于高光谱的图谱融合技术，提出了一种番茄种子图像采集并辨识种子特征进而将种子分级的算法。试验随机选取170粒番茄种子作为样品，校正集与验证集比例约为3∶1。通过标准发芽试验得到种子活力结果，基于连续投影算法（Successive projections algorithm, SPA）求得反映番茄种子活力的特征波长为：535、577、595、654、684、713、744、768、809、840nm。对特征波长下的光谱图像进行解析，通过双边滤波法、大津法、形态学变换算法提取了种子边缘轮廓，计算求出每粒种子的面积、圆形度以及图像灰度平均值。基于统计学分析，利用校正集128粒种子的特征值及其标准发芽试验结果求出分级阈值，其中有活力为合格，无活力为不合格。然后，利用验证集42粒种子的特征值对阈值进行验证，结果显示，在713nm波长下的图像特征对活力结果判断分级的正确率最高，校正集和验证集的正确率分别为93.75%和90.48%。

摘要:琼脂是酸奶常用稳定剂，适量添加可以有效提高酸奶的黏稠度，改善质地，防止乳清析出。研究了不同质量分数（0.025%~0.5%）琼脂对乳蛋白酸凝胶体系的微流变特性及凝胶动力学的影响，发现在恒温发酵阶段，琼脂对脱脂乳酸凝胶没有显著影响，在形成凝胶网络前，琼脂-脱脂乳混合体系的黏性因子（MVI）高于脱脂乳混合体系，在凝胶网络结构形成后，二者MVI值无显著性差异；随着发酵时间的延长，琼脂-脱脂乳混合凝胶晶格尺寸急剧减小。在冷却后熟阶段，随着琼脂浓度的增加，酸奶弹性因子增加，但是MVI值无显著差异。通过对琼脂-脱脂乳混合酸凝胶形成过程的动力学方程分析，确定了酸奶中适宜的琼脂浓度。该研究采用微流变动力学方法揭示了琼脂酸奶凝胶的流变学特性与变化规律，为指导企业酸奶生产提供了参考。

摘要:采用可见-近红外高光谱检测系统对马铃薯中干物质进行快速检测，并最终实现其分布状态的可视化。采用9种光谱预处理方法对采集的马铃薯高光谱数据进行分析对比，得到标准正态变量（SNV）结合Savitzky-Golay平滑（SG）和一阶导数（FD）的预处理方法效果最好。经过光谱预处理后，采用正自适应加权算法-连续投影法（CARS-SPA）对光谱进行特征变量提取，获得22个变量。对所选变量不同的建模方法进行了比较，以偏最小二乘回归（PLSR）模型预测效果最优，预测集决定系数为0.849，均方根误差为0.878%，相对分析误差为2.312，优于全波段模型。将SNV-SG-FD-CARS-SPA-PLSR模型与高光谱图像结合，得到马铃薯干物质主要分布在内髓与维管束环之间、在内髓位置干物质含量最低、由内髓向外干物质逐渐增加的空间分布。内髓位置干物质质量分数最低，为12.16%，外层最高可达24.62%。结果表明：可见-近红外高光谱技术可准确、快速地实现马铃薯干物质的检测和空间分布的可视化。

摘要:利用拉曼光谱技术分析了超声处理及高压均质作用下大豆蛋白-磷脂酰胆碱复合物结构的变化规律。研究表明，超声处理及高压均质处理均提高了大豆蛋白α螺旋结构及无规则卷曲结构含量，并降低了大豆蛋白的β构型结构。大豆蛋白-磷脂酰胆碱交互作用显著降低了蛋白质α螺旋结构，并转变为无规则卷曲结构及β折叠结构。超声处理及高压均质作用下大豆蛋白-磷脂酰胆碱复合物中蛋白质α螺旋结构均低于高速分散处理组，而β折叠结构及无规则卷曲结构含量较高。超声处理、高压均质作用下大豆蛋白色氨酸、酪氨酸残基趋于“暴露态”，促进了与磷脂酰胆碱之间的疏水交互作用。大豆蛋白-磷脂酰胆碱的交互作用位点为大豆蛋白疏水氨基酸侧链及磷脂酰胆碱疏水脂链，两者之间的疏水作用是大豆蛋白-磷脂酰胆碱交互作用的主要形式。超声处理、高压均质作用下大豆蛋白二硫键构型未发生显著变化，仍保持旁-旁-反式构象振动模式。大豆蛋白-磷脂酰胆碱交互作用也未改变二硫键构型。

摘要:针对土壤条件变化较大的作业环境，基于土壤比阻的力位综合控制，探索了其权重系数的自动控制算法。通过构建模糊PID控制策略，并采用土壤比阻B模拟土壤环境，利用Matlab对不同土壤比阻进行分析，以系统超调量、稳定时间以及耕深变化为依据，建立了权重系数与土壤比阻之间的关系模型，得出了基于土壤比阻的权重系数自动控制算法。将采用该算法的变权重力位综合控制（以下简称“变权重方法”）与权重系数为0.5的控制方式进行田间试验并对比。结果表明，变权重方法在土壤比阻较小的区域可以保证耕深，发挥位调节的优势；在土壤比阻较大的区域可以确保发动机的性能，发挥力调节的优势。该方法在土壤比阻变化较大的区域可实现权重系数的自动判断与设定，为系统更精确化控制奠定了基础。

摘要:拖拉机重载作业模式下负载峰值功率和高频功率存在较大随机性，单一电源方案无法有效匹配电动拖拉机负载特性。通过分析拖拉机工况负载势变量功率谱密度和电源放电特性，基于电动拖拉机通过主、辅电源对低、高频功率分流的观点，设计了采用DC-DC转换器并联超级电容器的18.5kW电动拖拉机复合电源方案，计算了系统参数。以平衡峰值功率和高频载荷控制超级电容器功率流方向为目标，设计了基于逻辑门的双DC-DC模式控制策略。根据负载时频分析需求，构建了基于Haar小波的双通道滤波器组，设计了功率分配控制器。以标准正态分布白噪声为基波，构造拖拉机犁耕、旋耕载荷波动间的互谱函数，建立了负载模拟模块。采用CRUISE/Simulink API动态联合仿真得出：基于功率分配控制的能量管理策略能够将动力电池电功率抑制在载荷波动基频附近，犁耕作业和旋耕作业下其电功率的截止频率分别为2、7Hz，幅值符合正偏态分布；超级电容器平衡高频载荷，其电功率符合标准正态分布。

摘要:冗余驱动并联机构驱动数目大于自由度数目，其各驱动关节间需要具有更高的驱动协调性。为了解决冗余驱动并联机构的驱动协调问题，本文提出了一种基于模型的驱动力同步协调控制方法。以冗余驱动并联机构6PUS+UPU为研究对象，在力位混合驱动的基础上，提出了一种驱动力同步协调控制策略；结合神经网络设计了驱动力同步控制器，并基于机构动力学模型设计了神经网络自学习算法。模型仿真与样机实验分别验证了本文方法的有效性。

摘要:针对空间刚柔耦合并联机器人在动力学方程求解过程中存在的违约问题，提出了一种基于瞬态刚体校正法的非线性动力学模型求解方法。利用自然坐标法和绝对节点坐标法构建该3-RRRU并联机器人的正动力学模型与逆动力学模型，考虑各支链柔性空间梁单元的剪切效应，并可描述其大范围非线性弹性变形。基于自然坐标法和刚性机构的运动学模型，分别提出2种动力学模型的瞬态刚体校正法，同时从系统能量等角度总结出获取该动力学系统稳定因果解的求解策略。仿真结果表明，动力学方程的求解精度为10-6，约束方程的相容误差为10-8，满足工程应用的要求，且有效地改善了动力学系统的综合收敛性能。通过圆形轨迹跟踪实验可知，与理想刚性模型的控制方法相比，基于逆动力学稳定因果解构建控制方法最大跟踪误差降低了0.372mm，圆度误差降低了1.46mm；各柔性杆上特征点处主应变测量值与理论计算值均处同一数量级，且具有相同的变化趋势，从而验证了该方法的有效性。

摘要:采用自主研发的气动多向弯曲柔性关节设计了一种仿生六足机器人。该机器人外形类似蜘蛛，利用腿部柔性关节在气压下的形变进行驱动。针对机器人腿部运动的特点，采用三角步态法，规划了机器人的行进和转弯步态，进行了仿真和实验。依据关节形变机理，建立了机器人运动学模型，确定了本体和足部位置关系，分析了机器人的步距、转角和整体速度，并通过实验加以验证。利用3D运动捕捉系统进行了机器人运动学实验，获得了机器人足部工作空间，分析了在不同气压、步频和负载条件下机器人的运动性能。实验结果表明，按照规划步态，通过气压控制系统协调腿部运动，机器人可实现前进、平移和转弯等功能。该机器人最大运动速度为100mm/s，可负载能力为0.5kg。

摘要:针对多自由度机械臂轨迹跟踪控制系统存在收敛速度慢、跟踪精度低的问题，提出了一种基于径向基神经网络（RBFNN）的非奇异快速终端滑模（NFTSM）自适应轨迹跟踪控制方法。首先，该方法采用非奇异快速终端滑模超曲面，切换控制项引入连续终端吸引子，使得系统能在有限的时间内收敛到平衡点。其次，采用RBFNN逼近系统未知非线性动力学，并结合逼近误差的自适应补偿机制，实现无模型控制。利用Lyapunov理论证明闭环系统的全局渐进稳定性和有限时间收敛性。最后，将该控制方法应用于Denso串联机械臂进行实验验证，并分析系统传输延时对实验结果的影响，提出解决方法。仿真和实验结果表明，该控制方法能有效地提高系统收敛速度和跟踪精度，增强对外部扰动的鲁棒性，削弱系统抖振。

摘要:针对选用的摩擦传动的压电定位台控制系统，首先根据其物理机理建立了近似的时域数学模型，通过开环实验，采用最小二乘法进行了参数辨识，所得模型与实际系统对输入的脉宽信号与三角波信号具有较为一致的输出；然后根据该模型的形式，采用其逆系统补偿加滑模变结构控制的方案，并讨论了该控制算法的稳定性及其参数的选择依据；最后进行了信号跟踪的实验测试，得到了微米级（最大跟踪误差为0.01095mm）的控制精度。作为对比，采用PI控制方法跟踪同一信号，结果表明，本文所用控制算法的控制精度远优于常规的PI控制方法。

摘要:铁镓合金的磁滞和功耗特性是研究磁致伸缩换能器工作效率的基础特性。基于霍尔效应和法拉第电磁感应定律设计了一套磁致伸缩材料磁特性自动测试系统，利用该系统分别测试了铁镓合金棒不同磁场频率和不同磁感应强度下的磁滞回线，得知矫顽力和剩磁都随磁场频率和磁感应强度的增加而增加。基于磁滞回线计算了相同磁感应强度在不同磁场频率下的电磁损耗和介质储能，通过对电磁损耗曲线进行拟合，将电磁损耗分离为磁滞、涡流和剩余损耗。结果表明：磁感应强度为1725mT时，磁场频率由30Hz增至70Hz，电磁损耗和介质储能分别增加了3.24倍和1.96倍，分离后的磁滞、涡流和剩余损耗分别增加了1.33倍、5.26倍和7.35倍。磁滞损耗所占比例由56.87%下降至31.31%，涡流损耗所占比例由32.98%上升至48.69%，剩余损耗所占比例略有上升。对于高频工作条件下的铁镓换能器，通过对铁镓棒切片处理，减小了涡流损耗，提高了铁镓换能器的工作效率。

摘要:现行大方形系数两栖平台在水中排水航行，受到“兴波阻力墙”的影响，速度难以提高。为了减阻提速，以蛇怪蜥蜴为仿生对象，提出了一种变角度的水面矢量推进器，通过角度和转速控制，实现了驱动力矢量输出的新模式；增加了托举力和转矩驱动，为平台水上低阻高速航行提供了新思路。进一步结合PISO算法和两相流瞬态分析，建立了推进器的流体动力学模型，分析了运动参数和结构参数对三维驱动输出的影响，并进行了试验验证。结果表明：叶片角度从0°到90°增大，实现了驱动力输出角从-6.85°到51.95°的矢量连续变化，且存在驱动均衡输出区间[40°,60°]；托举力与轮辐长度呈线性关系，且推进力、转矩与轮辐长度呈二次函数关系；随转速增加，驱动输出增加，转速为5r/s时因流场恢复能力不足导致频率为转速的2倍；托举力随轮毂宽度、直径的增加而减小。研究结果为深入开展推进器驱动调节和平台航行控制打下基础。