2019, 50(2):1-13. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.001
摘要:水质的实时监测和调控是水产养殖过程中的关键环节,是保证水产品品质的重要措施。本文在总结和整理现有国内外研究成果的基础上,结合国内水产养殖多为池塘、网箱等封闭水质环境的特点,对水产养殖水质监测与控制系统的典型架构、水质重要参数的检测技术、水质监测与控制系统的通信技术和智能控制技术进行了分析和讨论。提出了未来技术发展方向:实时在线的水质监测和传感技术将成为研究的重点方向;水质参数的预测仍将是水质监测技术的重点研究方向,其中非线性预测模型是水质预测模型构建的主流方法;结合数据融合技术的多参数传感器正成为研究热点;低功耗广域网将成为水产养殖水质监控系统主流的远程通信技术。
2019, 50(2):14-20. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.002
摘要:针对自然条件下棉叶螨虫害等级识别难的问题,在自然条件下以普通手机采集棉叶图像作为实验对象,首先使用大津法和连通区域标记算法,将棉花叶片图像与背景分离,然后,提取不同棉叶螨危害等级棉叶图像的颜色、纹理和边缘特征数据,使用支持向量机(Support vector machine,SVM)单独进行分类实验,得到平均识别正确率为76.25%,最后,采用SVM和AdaBoost相结合的算法,生成最优判别模型,实现对棉叶螨危害等级的识别,平均识别正确率为88.75%。对比实验表明,提出的棉叶螨危害等级识别方法比BP神经网络的平均识别正确率高13.75个百分点,比单独采用SVM算法高12.5个百分点,比单独采用AdaBoost算法高8.75个百分点,SVM和AdaBoost相结合的算法可较好地对棉叶螨危害等级进行识别,为棉叶螨数字化防治和变量喷药提供了数据支持。
徐胜勇 , 卢昆 , 潘礼礼 , 刘泰格 , 周雨欣 , 汪波
2019, 50(2):21-27. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.003
摘要:为实现高效低成本的油菜植株三维建模和表型参数在线测量,提出一种基于RGB-D相机的油菜分枝三维重建和角果识别定位方法。使用Kinect传感器拍摄角果期油菜分枝在4个视角下的彩色图像和深度图像,进而获取油菜植株的三维点云并滤波。对配准的点云进行旋转变换,计算点云的曲面法矢量和曲率,并由曲率相近的点构成配对点对,再使用基于KD-tree搜索的最近点迭代(ICP)算法实现点云的初配准。将初配准误差作为参考值,调整ICP算法的对应点距离阈值,使用初配准的操作流程对初配准得到的新点云进行再次配准,完成精配准。结合该三维重建方法和针对性的彩色图像处理方法,得到去除主茎的单分枝油菜角果的完整点云,再进行欧氏聚类实现单个角果的空间定位。实验结果表明,提出的三维重建方法具有较强的实时性和鲁棒性,单个角果的三维形态清晰可见,点云平均距离误差小于0.48mm,角果总体识别正确率不小于96.76%。
林静 , 张桐嘉 , 陈彬 , 韩巍 , 吕秋立 , 王佳琦
2019, 50(2):28-39. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.004
摘要:针对辽宁省西部褐土区常年降水量低,蒸发量较大,土壤干旱严重,严重影响作物产量问题,设计了1MXQ-4型灭茬旋耕起垄联合作业机,主要由深松装置、灭茬旋耕装置、起垄装置和镇压装置等组成。机具可一次完成深松、灭茬、旋耕、培垄和镇压等多项联合作业,实现垄沟垄台互换功能。通过对其关键部件灭茬旋耕装置的动力学分析确定了灭茬装置回转半径R为300mm,入土深度H为8cm,最小转速n为210r/min。按犁体曲面的几何元线法设计原理,元线角θ按抛物线规律变化,绘制起垄铲工作曲面,确定起垄装置结构参数。通过土槽模拟土粒运动轨迹的木块试验,得出曲面楔子型培土器工作性能优于平面楔子型培土器,实现了垄台垄沟互换功能。通过三因素五水平试验,得出各因素对试验指标起垄最大高度影响主次顺序为机具前进速度、工作深度、秸秆覆盖量;各因素对工作阻力影响的主次顺序为秸秆覆盖量、工作深度、机具前进速度。利用Design-Expert软件对机具工作参数求解和实际工作验证得到最佳作业参数:机具前进速度为6km/h,工作深度为22.2cm,起垄最大高度为24.05cm,工作阻力为12.08kN。满足了辽宁省西部褐土区所需的垄台垄沟互换耕作的土壤合理耕层构建技术指标要求。
王金峰 , 翁武雄 , 刘俊麟 , 王金武 , 莫毅松 , 那明君
2019, 50(2):40-48. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.005
摘要:为提高筑埂作业效率与质量,减轻作业劳动强度,解决水田田埂拐角处无法机械筑埂的问题,设计了一种旋耕和镇压部件可180°水平回转的水田双向修筑埂机。阐述了关键部件横向偏移机构与180°水平回转调节机构的结构及工作原理。建立横向偏移机构和180°水平回转调节机构运动模型,通过运动学分析,获得了可满足不同作业条件下偏移要求的运动部件结构参数,得出旋耕和镇压部件回转过程趋于稳定的条件。对水田双向修筑埂机进行田间作业性能试验,试验结果表明:当作业速度分别为1.5、2.0、2.3km/h时,田埂坚实度平均值随筑埂后间隔时间的增大而增大,田埂坚实度变异系数随筑埂后间隔时间的增大而减小;间隔时间相同时,埂侧坚实度平均值高于埂顶,田埂各测量位置稳定值均不低于1332kPa。前行与倒行两种作业方式所筑田埂均满足水田筑埂农艺要求。
戴飞 , 宋学锋 , 赵武云 , 张锋伟 , 马海军 , 马明义
2019, 50(2):49-56,77. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.006
摘要:为进一步提升基于离散元法对全膜双垄沟机械化覆土作业过程研究的准确性,结合EDEM软件进行覆膜土壤摩擦角(土壤休止角及其与钢滑动摩擦角)离散元仿真试验。通过三因素三水平正交组合试验,得出各接触参数对土壤休止角、土壤与钢滑动摩擦角的影响显著性顺序。分别建立了各关键接触参数与土壤休止角、土壤与钢滑动摩擦角的二次多项式回归模型,以自制试验装置测定结果作为优化的目标值,获得全膜双垄沟覆膜土壤离散元最优接触参数组合为:土壤与土壤静摩擦因数0.68、土壤与土壤滚动摩擦因数0.27、土壤与土壤恢复系数0.21、土壤与钢静摩擦因数0.31、土壤与钢滚动摩擦因数0.13和土壤与钢恢复系数0.54。为验证所标定全膜双垄沟覆膜土壤接触参数的可靠性,对模拟仿真与实际试验的土壤休止角、土壤与钢滑动摩擦角进行了对比分析,两者相对误差分别为2.6%和3.1%;同时应用离散元法进行全膜双垄沟覆土装置在覆膜土壤颗粒最优标定参数组合设置下的种床覆土过程仿真模拟,通过与实际作业效果对比,仿真结果与田间试验工况基本一致,验证了仿真试验与建立回归模型的有效性。
杨硕 , 王秀 , 高原源 , 赵学观 , 窦汉杰 , 赵春江
2019, 50(2):57-67. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.007
摘要:车速对电动机驱动玉米气吸式排种器排种性能具有重要影响,为此设计了一种电动机驱动排种器CAN总线控制系统,采用CAN总线通讯的方法探究系统驱动排种器随车速的变化特性。该系统主要由人机交互设备、排种监测ECU、排种驱动ECU组成,参照ISO 11783协议,对播种机具总线系统进行了设计。以4行气吸式玉米排种器为对象,搭建试验台,对总线控制排种盘转速精度进行了试验。通过总线提取的排种盘转速闭环调控结果得出,排种盘转速位置PID控制调整过程中存在低速调节时间长、超调量大的问题。采用分段PID参数控制的方法,由试验结果将排种盘转速设定值分为低速(15~20r/min)、中速(20~40r/min)、高速(40~55r/min)3个阶段,分阶段赋予对应闭环调节参数,得出排种盘目标转速在低速阶段时平均响应时间、平均超调量分别为1.84s、38.51%,与位置PID控制相比较,分别降低1.63s、34.41%;15~55r/min时平均稳态误差绝对值为0.97r/min,标准差为0.76r/min,平均稳态误差绝对值减小0.13r/min。进行了总线系统落种监测精度试验,设定粒距20cm,排种盘孔数为26个,车速4~12km/h时,系统排种监测平均准确率为97.53%,标准差为0.48%。采用排种总线系统对车速影响排种器性能进行了试验,风机驱动轴转速为540r/min,车速范围为4~8km/h,测得风压范围为-6.0~-5.9kPa,播种合格指数平均为95.68%,标准差为2.29%;车速达到9km/h时,合格指数降到90%以下,排种器漏播较严重。通过对播种总线系统车速和4行排种驱动电动机实时转速的监测,进行了车速阶跃变化播种系统响应试验,结果表明在车速4~12km/h、2km/h间隔递增过程中,系统对排种盘目标转速平均响应时间为2.00s,标准差为0.34s;2km/h间隔递减过程中,系统对排种盘目标转速平均响应时间为1.83s,标准差为1.07s,表明按照车速阶跃变化,该总线控制系统具有较好的响应性能。
2019, 50(2):68-77. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.008
摘要:针对东北地区免耕播种机在玉米秸秆全量粉碎还田作业时,平面爪轮式清秸防堵装置清秸率低、作业性能不稳定,播种机作业质量和工作效率降低等问题,设计一种星齿凹面盘式清秸防堵装置。通过分析作业时秸秆颗粒在凹面清秸盘上的运动规律,确定了影响清秸率的主要结构参数和各参数的取值范围。结合旋转正交试验设计和EDEM离散元仿真技术确定了星齿凹面清秸盘的最优结构参数组合,通过田间对比试验验证了该装置的作业性能。研究结果表明:影响星齿凹面盘式清秸防堵装置作业性能的主要结构参数为清秸盘回转半径、圆盘曲面投影长度和曲率半径。当清秸盘回转半径为152.5mm、曲率半径为160mm和圆盘曲面投影长度为50.9mm时,该装置作业性能最佳,苗带清秸率和作业阻力分别为92.2%和142.6N。星齿凹面盘式清秸防堵装置的工作性能优于平面爪轮式防堵装置,作业质量稳定,满足免耕播种作业农艺和技术要求。
徐高伟 , 刘宏新 , FARMAN A C , 方会敏 , 荐世春 , 何腾飞
2019, 50(2):78-89,101. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.009
摘要:针对丹参膜上倾斜移栽人工作业效率和质量较低、劳动强度较大、现有移栽机不适合丹参膜上倾斜移栽等问题,结合丹参大垄双行覆膜高效生产技术提出的膜上倾斜移栽农艺要求,设计一种基于变形椭圆齿轮-双变速曲柄五杆机构的鸭嘴式丹参膜上倾斜移栽机构。在移栽机构所要求的运动轨迹、栽植器倾斜姿态和设计要求的基础上,分析机构的工作原理并建立机构理论模型。依据数学模型运用Matlab开发出移栽机构人机交互可视化辅助程序,应用该辅助程序研究机构参数对栽植器倾斜角和栽植器端点轨迹的影响规律,通过人机交互的方式得到符合丹参膜上倾斜移栽机构农艺要求的参数组合。根据优化后的参数组合设计样机并进行虚拟仿真和样机田间试验,试验结果表明:变形椭圆齿轮-双变速曲柄五杆式丹参膜上倾斜移栽机构在满足丹参膜上倾斜移栽要求的同时能保证作业质量,移栽机构的立苗角度合格率为90.7%、漏栽率为2.7%、株距变异系数为5.6%、栽植深度合格率为93.7%。
2019, 50(2):90-101. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.010
摘要:为提高玉米收获机风筛式清选装置的清选效果,通过筛上颗粒受力分析,确定筛上颗粒运动状态与筛面方程f(x)存在函数关系。以编织筛为研究对象,利用CFD-DEM耦合技术,通过对比清选装置内平面、凸面、凹面3种编织筛的气流场及不同区域筛分特点,提出一种正弦曲线编织筛,并与去除尾筛的正弦曲线筛进行性能对比,确定保留尾筛筛分性能更好。以正弦曲线筛筛形系数、入口气流速度、气流方向角为试验因素,以籽粒清洁率和籽粒损失率为评价指标,设计二次正交旋转组合试验,建立了各因素与指标间回归数学模型,运用Design-Expert软件的多目标优化算法进行参数优化。获得参数最优组合为:筛形系数32.35mm,入口气流速度13.73m/s,气流方向角23.86°。当玉米脱出物喂入量为5kg/s,筛面振动频率为5.15Hz时,利用高速摄像及室内台架进行了正弦曲线筛工作机理试验和性能对比试验。试验结果表明,正弦曲线筛可实现对杂余的快速推移,并提高籽粒透筛概率。正弦曲线筛清选装置的籽粒清洁率为98.07%,籽粒损失率为1.16%,相较平面编织筛清洁率提高2.45个百分点、损失率降低0.79个百分点,满足国家筛分质量评价技术规范要求。
2019, 50(2):102-111. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.011
摘要:针对长江中下游地区饲用油菜生物量大、含水率高,缺乏适用收获机械的问题,开展了冬春鲜喂饲用油菜机械化收获切碎装置设计与试验。根据物料特性、切碎及抛送等作业要求,确定了平板型滚刀式切碎装置主要结构参数和作业参数;采用单因素与二次旋转正交组合试验研究了喂入压辊转速与切碎器主轴转速对茎秆切碎长度合格率和功耗的影响,构建了长度合格率和功耗与喂入压辊转速和切碎器主轴转速的回归方程,优化得出了最佳作业参数。试验结果表明:喂入压辊转速为400~550r/min,切碎器主轴转速为600~800r/min,茎秆切碎长度合格率较优。优化得出喂入压辊转速496.17r/min、切碎器主轴转速为709.14r/min时,茎秆切碎长度合格率为91.16%。采用平板型滚刀式切碎装置开展鲜喂饲用油菜收获田间试验和饲喂试验表明:收获饲用油菜切碎茎秆长度满足饲用油菜冬春鲜喂要求。
张豪 , 祁力钧 , 吴亚垒 , 刘婠婠 , 程浈浈 , MUSIU E
2019, 50(2):112-122. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.012
摘要:植保无人机进行果树施药时,果树冠层周围及内部的下洗气流时空分布对雾滴的附着和分布有重大影响,为明确无人机下洗气流时空分布规律,针对六旋翼植保无人机,结合RANS方程、RNG k-ε湍流模型、Porous模型、滑移网格技术及SIMPLE算法,建立了六旋翼植保无人机悬停施药下洗气流时空分布的三维CFD模型。数值模拟结果表明:无果树时,旋翼下洗气流近似呈“圆柱形”向下发展,到达地面后形成地面铺展,在旋翼正下方0.6~1.7m区域内出现速度范围为3.0~4.0m/s的“Z方向(竖直向下)速度稳定区”;有果树时,冠层对旋翼下洗气流有明显的阻挡作用,不再出现“Z方向速度稳定区”。以本文模拟的3棵果树为例,Ⅰ号果树冠层周围气流从冠层上半部区域开始呈“圆锥形”向下发展,以一倾斜角发展到地面形成小范围地面铺展,地面铺展末端出现近地面卷扬,Ⅱ、Ⅲ号果树冠层周围气流卷扬严重,在计算区域内无明显地面铺展;旋翼中心正下方Z方向速度最大接近8m/s,随着冠层压力损失系数的增大,旋翼中心正下方Z方向速度衰减加快,同时旋翼气流向四周产生扩散;计算冠层内部Z方向最大速度衰减比发现,除Ⅲ号果树冠层下半部,无果树和Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号果树冠层内部Z方向最大速度衰减比依次增大。试验表明,无果树时旋翼正下方0.3、0.8、1.3、1.8m处和近地面2.3m处试验值与模拟值的相对误差分别在10%以内和不大于25%,总体拟合优度0.9846,数值模拟准确;试验果树与模拟果树冠层内部的气流速度分布规律具有很好的一致性。
王相友 , 胡周勋 , 李学强 , 李少川 , 盖金星 , 王法明
2019, 50(2):123-131. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.013
摘要:针对目前大型宽幅喷药机在喷药过程中施药方式不合理、控制方式单一等问题,在3WP-1200型喷杆式宽幅(22m)喷药机基础上,设计了一种多回流式变量喷药控制系统。该控制系统可根据喷药机行驶速度来调节比例控制阀,通过改变回流口的开口度来改变喷药流量,实现变量喷药。该控制系统分5路控制所有喷头,每一路可单独控制开断,一路或几路断开的同时可打开相对应的回流口,使系统在不改变流量的情况下,其余喷头喷药量不变;多回流式的控制方法使系统压力更稳定,控制精度更高。同时设计了该系统的硬件和软件,并对该控制系统进行了液位标定与喷药精度试验。液位标定试验中,对不同液位对应的药液容积进行了标定,其标定模型决定系数R2为0.994;流量控制精度试验中,单个喷头的目标流量与实际流量相差不大,其相对误差不大于4.1%;喷药量控制试验中,喷药流量可随速度变化而变化,但其设定喷药量与实际喷药量相差不大,相对误差在6%以内,实现了变量喷药,且控制精度较高。
2019, 50(2):132-137,146. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.014
摘要:为了提高农业节水灌溉效率,提出了一种全圆旋转射流喷头。确定了喷头的CFD数值模拟方法,选取深宽比、位差比、劈距比、侧壁倾角作为试验因素,以射流附壁切换频率和流量振幅为指标,通过正交试验得到了喷头内流道的优化结构。通过高速摄影技术对喷头的射流附壁切换频率进行测定,同时监测喷头的进口流量,结果表明,模拟所得的流量压力关系与试验结果基本一致,相对误差范围为2.1%~4.0%,射流附壁切换频率随进口压力的变化趋势基本相同,相对误差范围为7.7%~22.2%。当进口压力为0.15、0.20、0.25MPa时,分别研究了PY210A型摇臂式喷头和射流喷头的水力性能,其中射流喷头的流量较小(1.19~1.53m3/h)、射程较远(13.0~15.7m)、平均喷灌强度较小(2.85~3.63mm/h),转动周期较短(81~105s),摇臂式喷头的喷洒水量呈“马鞍形”分布,射程近处和远处的喷洒水量相对较大,射流喷头的喷洒水量呈“三角形”分布,喷洒水量随射程增加而减小。
2019, 50(2):138-146. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.015
摘要:为了研究热力学效应对不同温度水和低温流体空化影响,针对Zwart、Merkle和Singhal 3种典型空化模型,基于Antoine方程,考虑汽化潜热引起的饱和蒸汽压变化以及湍动能对当地汽化压强的影响,通过CFX前处理编辑分别对3种空化模型进行了修正,提出了全新的考虑热力学效应的空化模型。针对不同温度水为介质的NACA0015翼型,分别采用3种不同空化模型及修正后的空化模型进行了数值模拟。结果表明,修正后的Merkle模型更加接近实验值。基于修正后的Merkle模型,模拟了不同温度液氮为介质的HORD翼型,并与实验结果进行了对比。研究发现,考虑热力学效应时,空化区域产生温度下降、对应饱和压力下降,致使空化强度减弱,空穴长度缩短,当地空化数均大于远场空化数。相比温度为77.64K的工况,83.06K工况下的热力学敏感性更高,压降更多,空化受抑制更加明显。
2019, 50(2):147-152,194. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.016
摘要:为了解决农业设备位移的宽量程、高灵敏度非接触测量问题,提出一种基于Peanut-shape迈克尔逊干涉结构的非接触式光纤位移传感器。分析了光纤Peanut-shape迈克尔逊干涉原理,设计了将磁场与Peanut-shape结构形成的全纤式迈克尔逊干涉相结合的传感器结构,并通过磁场仿真,得到磁场强度曲线。建立了传感器应变标定系统和位移测试系统。试验结果表明:Peanut-shape迈克尔逊干涉的光纤传感器应变灵敏度达到1.82pm/με,是普通光纤的1.5倍,线性度为0.997;位移测试得到的光谱曲线与磁场仿真曲线结果一致,可以实现位移的测量,且线性拟合度达到0.999。
2019, 50(2):153-162. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.017
摘要:农村居民点布局适宜性取决于农村居民点空间结构稳定性和村庄发展适宜性。统筹农村居民点空间结构与村庄发展,有利于促进农村居民点布局优化和村庄协调发展。以孟州市为研究区,基于农村居民点空间结构稳定性和村庄发展适宜性,运用突变级数模型开展了农村居民点布局适宜性评价,并测度分析了居民点空间结构稳定性和村庄发展适宜性的耦合协调度。结果表明:孟州市整体农村居民点空间结构相对稳定,位于丘陵区的村庄空间结构稳定性较弱。村庄发展实力差距悬殊,西北部村庄发展适宜性较弱,西虢镇、南庄镇和化工镇村庄发展适宜性较强。孟州市农村居民点布局整体协调度较低,中度协调和高度协调农村居民点占农村居民点总面积的26.90%,低度协调为72.60%,濒临失调村庄仅4个。综合分析评价结果后将孟州市农村居民点划分为优先建设型、一般发展型、保留型、产业引进型和重点改造型5种布局优化模式。该研究结果可为乡村振兴背景下农村居民点整治和村庄规划编制提供理论与方法支撑。
2019, 50(2):163-168,226. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.018
摘要:为给监管部门提供更准确的数据,及时发现非法玉米制种区域,根据不同地物在多时相光谱、高空间纹理等特征上的差异,基于163个地面样本、多源时序优选植被指数集和高空间分辨率遥感影像纹理分析的方法,进行制种玉米田识别。通过相关性分析,从GF-1 WFV 多光谱影像计算的8个植被指数(VI)中确定6种,多维度反映不同作物光谱差异,并利用随机森林(RF)分类方法实现玉米田块的识别;利用玉米抽雄期的1期0.7m Kompsat-3全色影像,构建灰度共生矩阵(GLCM)纹理特征体系,并进行局部二值模式(Uniform-LBP)旋转不变处理,解决了影像中作物种植纹理的方向性问题,同时为体现制种玉米父母本间隔种植的特点,提出了Subtract纹理特征,进一步识别制种玉米田。以新疆维吾尔自治区奇台县为研究区,对本文提出的方法进行实例验证,试验结果表明,制种玉米田识别的制图精度、用户精度分别为93.34%、99.19%。
黄健熙 , 赵剑桥 , 汪雪淼 , 解智琨 , 卓文 , 黄然
2019, 50(2):169-176. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.019
摘要:为了给监测作物长势和产量预测提供重要的基础数据,以河北、河南、山东三省冬小麦为研究对象,利用中等分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer, MODIS)的叶面积指数(Leaf area index, LAI)产品,采用Savitzky-Golay上包络线滤波重构2015年MODIS LAI时间序列,提取抽穗期;基于Logistic函数拟合LAI时间序列提取返青期;根据提取的2015年返青期和抽穗期,基于多年历史积温法分别提取当年拔节期和开花期。利用研究区域内64个农业气象站点(简称农气站点)的生育期观测值对提取值进行验证,结果表明,采用农气站点观测值验证,提取的生育期精度较高,返青期、拔节期、抽穗期和开花期的平均误差分别为7.4、4.5、4.4、3.8d。二阶导数的方法对混合像元及Logistic函数拟合准确度敏感,对拔节期、抽穗期、开花期的提取精度较高。研究表明,基于时间序列MODIS LAI数据,采用Logistic函数拟合提取大面积冬小麦生育期具有很好的可行性。
2019, 50(2):177-186. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.020
摘要:为了掌握采煤沉陷湿地植被的类别和空间分布,促进矿区土地利用、管理和修复,以山东省济宁市东滩煤矿3304工作面为研究区,以无人机多光谱影像为数据源,分别采用面向对象的分类方法和监督分类方法对研究区湿地植被进行分类。基于优选的面向对象尺度分割参数,确定分类规则后构建面向对象分类模型,对湿地植被进行分类,生成植被分布图。同时,利用野外获取的322个采样点进行精度验证。结果表明:与基于像元的监督分类方法相比,面向对象分类方法显著提高了影像分类精度。监督分类方法总体精度为44.3%,Kappa系数为0.4;面向对象分类方法总体精度达到84.2%,Kappa系数为0.8。该研究为采煤沉陷区湿地调查与开采沉陷影响下地表植被空间分布规律研究提供了方法与基础数据。
刘建华 , 张启斌 , YANG Di , 岳德鹏 , 于强 , 杨斓
2019, 50(2):187-194. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.021
摘要:以内蒙古自治区包头市为研究区,耦合最小累积阻力(MCR)模型、人工神经网络(ANN)和元胞自动机(CA)构建MCR-ANN-CA模型。利用MCR模型量化包头市各用地类型演变为生态用地时的阻力,构建CA适宜性规则;利用ANN模型提取CA邻域转换规则,基于包头市2006、2011年土地利用数据及归一化植被指数(NDVI)、高程、坡度、水体距离、人口密度多项数据,对2016年生态用地演变情景进行模拟,以2016年实际生态用地分布为参照,将该模型模拟结果与CA-Markov模型的模拟结果进行对比(以2016年实际景观分布为参照),结果显示,两种模型模拟结果的卡帕一致性指数(Kappa index of agreement,KIA)分别为0.89和0.87,相对误差分别为3.10%和5.31%,MCR-ANN-CA模型显示了较高的模拟精度。
王海江 , 刘凡 , YUNGER John A , 崔静 , 马玲
2019, 50(2):195-204. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.022
摘要:采集新疆北疆棉田385个自然土壤样本,将筛选出的土壤样品分别过2、1、0.5、0.15mm筛并测定其原始光谱反射率,利用支持向量机(Support vector machine,SVM)、偏最小二乘回归(Partial least squares regression,PLSR)和多元逐步线性回归(Stepwise multiple linear regression,SMLR)方法对土壤原始光谱及其12种光谱变换数据分别构建土壤全氮含量的估测模型,并对模型精度进行检验。结果表明,土壤原始光谱特征在各个波段与全氮含量相关性都较差,不同形式的数据变换均能够提高光谱反射率与全氮含量的相关性,同一种数据变换形式在不同粒径处理中最大相关系数所对应的波段位置差异不大。从不同粒径处理的拟合精度来看,过筛粒径越小对全氮含量的估测精度越高,3种方法的最优拟合模型都是过0.15mm筛的处理,其中SVM方法采用(lgR)′变换后,构建模型R2c为0.8987,RMSEc为0.0181,RPD为2.7049,PLSR和SMLR方法均采用R′变换,构建模型的R2c分别为0.8520和0.8196,RMSEc分别为0.0413和0.0436,RPD分别为2.5549和2.4374,3种方法在该过筛处理下均能够很好地估测土壤全氮含量。用未参与建模的样本对3种最优模型进行验证,SVM、PLSR和SMLR模型的检验R2分别为0.8229、0.7715和0.7054,SVM方法优于PLSR和SMLR,模型具有较好的精度和稳定性,从模型的预测误差来看,土壤全氮含量越低其预测误差也越大,在氮素含量较低的情况下无法直接通过光谱反射特征准确反演。
2019, 50(2):205-211. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.023
摘要:为了更加精确全面地掌握全球陆地生态系统固碳情况,基于GUANTER提出的简单线性模型,利用FLUXNET2015通量数据、GOME-2叶绿素荧光数据、MODIS植被指数产品以及土地覆盖数据,将温度胁迫因子和饱和水汽压胁迫因子加入模型中,估算结果与传统简单线性模型的估算结果相比,13个通量站点中有10个通量站点的估算精度得到了提升。此外,本研究还在考虑环境影响因素模型的基础上,利用植被指数来模拟叶绿素荧光的冠层逃逸率fesc,进一步提升模型的估算精度。结果显示,与传统简单线性模型和只加入环境影响因子的模型估算结果相比,13个通量站点的估算精度都有所提升。
2019, 50(2):212-217, 249. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.024
摘要:为探索适合我国森林资源实情的监测抽样新技术,借鉴美国森林资源年度监测技术方案,以北京市延庆区为研究区,进行森林蓄积量群团抽样试验研究。首先在美国森林资源年度监测体系基础上,根据所选研究区域的森林资源分布状况,确定适宜的正六边形抽样框架尺度以及抽样比例,在抽选的正六边形抽样框架内布设圆形群团样地并进行实地调查,从而获取研究区当年森林蓄积量信息。结果表明,采用正六边形抽样框架在北京市延庆区开展森林资源年度监测的适宜面积为2338hm2,边长为3000m,最适抽样比例为66%;根据所设计的群团抽样方案进行实地调查获取延庆区2016年的森林蓄积量为16.6m3/hm2,抽样调查精度达85.4%,符合《国家森林资源连续清查技术规定》对抽样精度的要求,验证了基于圆形群团样地在我国区、县级尺度上开展森林资源监测的可行性。
2019, 50(2):218-226. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.025
摘要:传统叠片过滤器运行过程中水头损失存在陡增现象,极易在短时间内完全堵塞而影响过滤效果。本文将分形理论应用到叠片过滤器叠片流道的设计中,提出一种叠片过滤器,并与国内外传统叠片过滤器的水头损失、拦沙量、拦截泥沙粒径以及泥沙在流道分布的均匀程度等方面进行试验对比分析。在试验对比的基础上,引入堵塞均匀度指标ηu,通过定量表征运行时段水头损失变化规律判定叠片过滤器堵塞均匀性。结果表明,清水条件下本文叠片过滤器局部水头损失比传统叠片过滤器低12%~20%,含沙水条件下本文叠片过滤器水头损失随时间增长速率均匀且低于传统叠片过滤器的增长速率;不同进水含沙量条件下,本文叠片过滤器的平均拦沙量比传统叠片过滤器高11%~54%,拦截泥沙平均中值粒径为39.51μm,小于传统叠片过滤器的59.04 ~87.60μm。
2019, 50(2):227-241. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.026
摘要:为探讨节水灌溉种植模式对水稻体内的水分分布特征和抗倒伏特性的影响,于2017年5—10月在黑龙江省庆安县采用测坑微区进行试验。试验设置3个处理:滴灌旱直播(DH)、漫灌旱直播(MH)和常规插秧淹灌(CK),并以CK处理作为对照。结果表明:DH与MH处理的叶、鞘、茎和冠部湿基含水率在全生育期均低于CK处理,但根部湿基含水率从分蘖末期开始均高于CK处理。乳熟期和黄熟期茎部不同节间湿基含水率(W)、节间长度(L)、株高均以DH处理最低、CK处理最高,而茎部单位长度节间质量(Uw)均以DH处理最大、CK处理最小。相比CK处理,DH处理显著提高了水稻茎部的抗折力(F)、折断弯矩(Bm)和弯曲应力(Bs),降低了弯曲力矩(Wp)、断面模数(Z)和倒伏指数(Li),这表明滴灌旱直播种植模式显著提高了水稻的抗倒伏能力。不同参数间的相关关系表明,L、W、Wp、Z与Li之间均表现为极显著正相关(P<0.01),而Uw、F、Bm、Bs与Li呈显著负相关(P<0.05),且水稻茎部湿基含水率与倒伏指数呈极显著正相关(P<0.01),这说明利用茎部湿基含水率能够表征和预测水稻的倒伏指数。本研究可为解决东北黑土区水稻倒伏、用水效率低下等问题提供新的方法和途径。
2019, 50(2):242-249. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.027
摘要:以江苏省沿海围垦区盐渍土为研究对象,基于Micro-CT图像扫描技术,分析施加生物质炭后改良盐渍土土壤孔隙度、土壤水分特征曲线以及非饱和导水率等土壤特性的变化,并建立分形模型预测土壤水力性质,以此揭示施用生物质炭对于海涂围垦区盐渍土土壤结构和水力特性的影响。试验设置0、2%、5% (与表层0~20cm土壤质量比)3个生物质炭添加水平,重复3次。结果表明:施加5%生物质炭显著降低盐渍土土壤容重,增加土壤总孔隙度和大孔隙度;大于0.25mm水稳性团聚体质量分数显著增加,增加土壤孔隙分形维数;提高土壤饱和含水率和饱和导水率;结合Micro-CT图像扫描技术和孔隙分形理论预测改良盐渍土土壤水分特征曲线和非饱和导水率,预测效果精度高,能够用于实际问题的研究。
李转玲 , 李培岭 , 黄国勤 , MUHAAMAD A
2019, 50(2):250-257. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.028
摘要:土壤养分有效性是影响重金属富集植物的重要因素,为研究炭肥混施下土壤养分缓释特征及芥菜镉富集趋势,试验设置施肥比例(分别为基准施肥量的0、20%、40%、70%、100%,基准施肥量为N350kg/hm2、P2O5180kg/hm2、K2O 180kg/hm2)以及施炭比例(炭肥质量比0、3%、9%)完全组合设计。结果表明:基于Logistic曲线模型模拟炭肥混施下土壤养分缓释特征及镉富集趋势效果较好,均方根误差占实测平均值的3.29%~8.37%且R2不小于0.9570。炭肥混施下土壤养分高效缓释的施肥比例区间为0.99%~55.18%,相比未施炭的有效氮、有效磷最大缓释效率值分别提升49.17%~90.00%、13.25%~37.35%,高效缓释下土壤养分含量提高17.38%~40.93%。镉富集下芥菜生物量通过土壤养分高效缓释增长119.65%~263.36%,且地上部相比根部的生物量高效累积最大效率值提高166.67%~300.00%,有效氮、有效磷响应区间分别扩大150.00%、12.51%,为镉由根部向地上部的转运提供动力基础;芥菜镉含量、富集系数在土壤养分高效缓释区间增长97.79%~201.96%。为满足芥菜镉高效富集并兼顾肥料节约,通过模型反算得炭肥混施策略优化为:9%施炭下有效氮、有效磷和有效钾肥的比例分别为60.58%、61.32%、21.48%。
张莹 , 秦宇轩 , 尚庆茂 , 张一凡 , 李昌辉 , 李平兰
2019, 50(2):258-265. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.029
摘要:植物根系分泌物作为植物与土壤进行物质交换和信息传递的重要载体物质,对植物-微生物种间互作发挥着重要作用。本文分析了解淀粉芽孢杆菌L-S60与黄瓜的互作过程,研究了黄瓜根系分泌物的主要成分有机酸及氨基酸对菌株的趋化作用及菌株的利用情况,通过计数和荧光定量PCR的方式分析了菌株在黄瓜幼苗的根际定殖情况。结果表明,L-S60能够部分利用黄瓜根系分泌物中主要的有机酸(柠檬酸、草酸、琥珀酸和苹果酸)及氨基酸(谷氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸和色氨酸)成分并且受到这些成分的趋化作用,其中对于苹果酸和谷氨酸的利用情况及受趋化作用最优。从定殖量及相关基因转录水平差异上分析,菌株具有在黄瓜幼苗根系表面定殖的能力,且菌株最大定殖量为1.02×105CFU/g。
2019, 50(2):266-272,314. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.030
摘要:黄瓜整株光合积累不仅与温度、CO2浓度、光照强度有关,而且与不同叶位的光合特性显著相关,实现不同叶位需光参数动态获取,是设施黄瓜立体光环境优化调控亟待解决的问题。本文提出了融合多智能算法的黄瓜立体光环境优化调控模型,设计了多因素嵌套实验获取多维样本数据,构建耦合叶位、温度、光照强度、CO2浓度的回归型支持向量机光合速率预测模型;基于粒子群算法进行光饱和点寻优,获取不同环境条件下不同叶位的目标光照强度;采用回归型支持向量机算法,针对目标光照强度构建立体光环境优化调控模型。结果表明,本文所提方法可动态计算作物整株不同叶位不同环境因子作用下的目标光照强度,模型决定系数为0.9993,均方根误差为2.349μmol/(m2·s),进一步分析不同叶位叶绿素含量与光合特性关系,证明两者具有强关联性,研究对提高设施藤蔓类作物立体光环境调控效率具有重要意义。
孙耀杰 , 蔡昱 , 张馨 , 薛绪掌 , 郑文刚 , 乔晓军
2019, 50(2):273-280,296. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.031
摘要:目前物联网监测产品在温室生产中大量应用产生海量数据,但现有用于温室数据融合算法对高维特征及混合特征(数据同时包含稀疏特征和连续特征)处理精度较低且泛化能力较弱,鲜有利用深度学习模型对温室数据进行顶层融合并提供准确的决策信息。本文提出了一种基于宽-深神经网络(Wide-deep neural network, WDNN)的两级温室环境数据融合算法。首先利用温室内多点多特征数据训练WDNN深度学习模型,输出形式为多点单特征,再将该输出数据按照少数服从多数原则进行融合,得到温室环境状态的整体评估结果。试验结果表明,该融合方法对预测集中混合特征的决策准确率达到98.90%,融合特征类型的增加,可用于监测参数更多、环境更复杂的温室,将WDNN模型用于温室混合数据融合是可行有效的,在保证决策精度的同时丰富了可融合特征类别,进一步提升温室融合系统的智能化程度,对温室智能调控提供有效技术支撑。
张玉春 , 易维明 , 李志合 , 付鹏 , 王娜娜 , 田纯焱
2019, 50(2):281-289. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.032
摘要:针对生物质现有热解反应器存在的传热效果差、产物与催化剂不能及时分离导致产率降低等问题,采用计算流体力学方法与脉冲示踪实验测量法对旋流导叶式反应器内的固相体积分数梯度分布、停留时间分布等进行了研究。结果表明气固两相在新型反应器不同区域不同强度涡旋流场内哥氏力、离心力的作用下达到了较好的混合接触和分离效果,为实现反应器内的反应分离一体化过程提供了前提。研究发现,当催化剂粒径为10μm、剂气比为10.5时,反应器达到最佳混合与分离效果。催化剂颗粒停留时间分布曲线呈平滑的单峰分布,拖尾较小,平均停留时间为1.055~1.235s,催化剂颗粒流动接近平推流。
2019, 50(2):290-296. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.033
摘要:快速分析小麦秸秆中K和Na元素含量对提高其燃烧效率具有重要的现实意义。选用华北地区29个小麦秸秆代表性样本作为研究对象,以电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)量测结果作为标准值,探讨激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对小麦秸秆中K和Na元素含量进行定量预测分析的可行性。为提高模型定量分析精度,首先分别选取K和Na分析线附近波段光谱作为定标模型原始光谱数据,对比基线校正(BC)、归一化(Norm)与中心化(MC)相互组合算法对LIBS光谱降噪效果影响,分析比较线性建模方法:偏最小二乘回归(PLSR)和非线性建模方法:增强型反向传播人工神经网络(BP-ADaboost)对预处理后光谱数据的适用性。研究结果发现,与PLSR模型相比较,小麦秸秆中K和Na的BP-ADaboost最优模型效果均较好,其预测决定系数R2p分别为0.908和0.979,预测均方根误差分别为2.388g/kg和0.138g/kg,相对分析误差分别为2.358和4.203。结果表明,LIBS技术能用于小麦秸秆中K和Na的同步快速定量分析。
2019, 50(2):297-306. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.034
摘要:以羟丙基甲基纤维素为骨架材料,丙烯酸为接枝共聚单体,过硫酸铵-亚硫酸氢钠为引发剂,聚乙二醇200二丙烯酸酯为交联剂,在微波辐射的条件下通过接枝聚合反应制备高吸水性树脂,并对高吸水性树脂的吸液倍率、吸液速率、保水性能以及红外光谱、热稳定性、表观形态进行表征。结果表明,羟丙基甲基纤维素与丙烯酸质量比为1/7、中和度为65%、引发剂与丙烯酸质量分数为1%、交联剂与丙烯酸质量分数为0.4%、反应时间为4.5min是较优的制备方法,该条件下制备的羟丙基甲基纤维素高吸水性树脂吸水倍率可达497.13g/g,吸盐倍率为61.70g/g;35℃条件下,该高吸水性树脂可保水48h以上;重复使用6次后,该高吸水性树脂仍具有较高的吸液倍率。
曾窕俊 , 吴俊杭 , 马本学 , 汪传建 , 罗秀芝 , 王文霞
2019, 50(2):307-314. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.035
摘要:针对红枣自动分级视频图像中红枣定位、缺陷检测难问题,提出一种基于帧间最短路径搜索的目标定位方法和集成卷积神经网络模型(Ensemble-convolution neural network,E-CNN)。通过建立图像坐标系及图像预处理,获得图像中单个红枣目标的位置坐标,并将其映射至空间坐标系中,结合帧间最短路径判定规则,实现目标位置坐标随视频时间序列更新、传递,并且运用此方法快速、有效地构建数据集。基于“Bagging”集成学习方式,采用E-CNN通过训练集构建基础卷积神经网络树模型,再根据每棵基础树模型输出结果,通过“投票”方式得出模型最终结果。试验结果表明,利用帧间最短路径搜索的目标定位方法,定位准确率达100%。同时,使用E-CNN,模型的识别正确率和召回率分别达到98.48%和98.39%,分类精度大于颜色特征分类模型(86.62%)、纹理特征分类模型(86.40%)和基础卷积神经网络模型(95.82%)。E-CNN模型具有较高的识别正确率及较强的鲁棒性,可为其他农产品分选、检测提供参考。
2019, 50(2):315-322. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.036
摘要:为了解决西兰花均匀、高效切块问题,在分析西兰花切块去芯理想轨迹基础上提出西兰花切块去芯机构,建立了运动学分析模型,开发了计算机辅助优化软件,并得到一组满足轨迹要求的机构参数。进行了机构的动力学仿真,仿真轨迹与理论优化轨迹基本一致,机构运动平稳,无受力过载现象。设计了西兰花切块去芯生产线,并进行高速摄像试验,试验结果与理想轨迹、仿真轨迹基本一致,刀具可适应满足出口要求的所有尺寸的西兰花切块,验证了西兰花切块去芯机构设计的合理性和优化的正确性;同时进行切块、去芯试验,切块成功率达91%,去芯成功率为100%,满足市场上西兰花小块的加工要求。
吕金庆 , 于佳钰 , 冯雪 , 李紫辉 , 李季成 , 刘中原
2019, 50(2):323-332. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.037
摘要:针对我国现有马铃薯分级机普遍存在的分级等级少、分级效率差等问题,设计了一种新型辊式马铃薯分级机。对该机器的工作原理进行了阐述。通过理论计算对其关键部件进行设计,确定了分选装置的结构参数;对马铃薯运动过程进行分析,确定出影响马铃薯分级机分级效率和分级精度的因素,利用ADAMS仿真软件对马铃薯分级机分级性能进行仿真试验,得出马铃薯运动位移曲线,与结构理论相吻合。以马铃薯的上料量、辊子转速、提升装置的提升角为试验因素,以马铃薯分级机的分级精度和分级效率为试验指标进行样机试验,试验结果表明:马铃薯的上料量为55t/h、辊子转速为120r/min、提升角为24°时,其分级精度为96%,分级效率为53.7t/h,满足马铃薯分级机的作业要求。
黄现青 , 董飒爽 , 李传令 , 刘彬 , 宋莲军 , 赵秋艳
2019, 50(2):333-339. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.038
摘要:研究了脉冲强光对冷却鸡胸肉杀菌效果及品质的影响,利用响应面法优化了杀菌参数,并对其品质的影响进行评价。结果表明:脉冲强光可有效杀死冷却鸡胸肉的表面微生物,在脉冲能量400J、脉冲距离12cm、脉冲时间50s优化条件下,冷却鸡胸肉的杀菌率达到90.03%,剪切力2.63kg,离心失水率30.31%,色差为3.53。在此条件下,对试验结果进行验证,得出杀菌率、离心失水率、剪切力、色差的相对误差分别为1.07%、1.17%、1.54%、2.02%。同时对脉冲处理后的冷却鸡胸肉在0~4℃条件下进行贮藏,货架期相应延长了1~2d,达到了预期目的。
2019, 50(2):340-349. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.039
摘要:以β-胡萝卜素为芯材,利用α-乳白蛋白(α-LA)为乳化剂制备了不同pH值的乳液,并利用表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)作为抗氧化剂添加到乳液中,测定了乳液的粒径、电位、包埋率、快速稳定性、界面蛋白含量,考察了pH值和EGCG添加量对β-胡萝卜素乳液物理稳定性的影响,并对稳定性机理进行了研究。结果表明:EGCG添加量对pH值2.0和pH值7.0的乳液粒径、电位和包埋率没有显著影响(p>0.05),但对不同pH值乳液的快速稳定性影响显著(p<0.05)。在pH值2.0的乳液中,当EGCG添加量大于0.2%时,随着EGCG添加量的增加,乳液稳定性下降;在pH值7.0的乳液中,当EGCG添加量小于0.02%时,乳液的稳定性比未添加EGCG的乳液稳定性高;当EGCG添加量在0.02%~0.10%时,随着EGCG添加量的增大,乳液稳定性降低。当EGCG添加量大于0.10%时,EGCG的添加使β-胡萝卜素乳液快速分层,不能得到稳定乳液,原因是EGCG可以与α-LA相互作用使α-LA沉淀,致使没有足够的α-LA作为乳化剂稳定乳液。
2019, 50(2):350-355. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.040
摘要:紫薯采后贮藏过程中,受环境因素影响,紫薯花青素会逐渐发生降解,导致紫薯色泽变化,营养品质下降。应用近红外光谱技术对贮藏期间的紫薯花青素含量变化进行了分析,建立了快速无损检测模型。实验采集了不同贮藏时间紫薯样本(120个)的近红外光谱,基于全波长范围4000~10000cm-1结合不同光谱信号预处理方法(数据卷积平滑、一阶求导、标准正态变量变换(SNV))建立紫薯花青素的PLS(偏最小二乘)、SNV-PLS、iPLS(区间偏最小二乘)、GA-PLS(遗传算法-偏最小二乘)定量预测模型。结果显示,全波段经SNV为最优的原始光谱预处理方法。对经SNV预处理的光谱进行iPLS、GA特征波段筛选,所建立的GA-PLS模型预测效果最佳,预测集决定系数R2v和均方根误差为0.9136和7.2398mg/(100g),剩余预测偏差为3.3397。研究结果表明,应用近红外光谱技术可以较好地检测紫薯花青素含量,研究结果可为紫薯加工原料智能筛选以及贮藏品质监测提供一种可靠手段。
2019, 50(2):356-364. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.041
摘要:现有的自动泊车系统研究,由于忽略实际车辆转向约束和初始位姿条件而影响实际车辆跟踪参考路径效果,本文提出基于B样条曲线的路径规划算法和基于趋近律的非时间参考终端滑模路径跟踪控制算法。首先,对车辆的运动过程进行研究,建立车辆的运动学模型。其次,基于B样条曲线理论建立非线性约束平行泊车路径优化函数,并分析车辆运动学约束条件。然后,结合非时间参考路径跟踪控制和终端滑模控制方法,提出基于趋近律的非时间参考终端滑模路径跟踪控制方法。最后,通过Simulink和CarSim联合仿真,验证了规划路径的合理性以及路径跟踪控制器的效果。
张开兴 , 刘洪豪 , 李金凤 , 杭晟煜 , 刘贤喜 , 宋正河
2019, 50(2):365-372. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.042
摘要:针对产品广义设计过程不同阶段的需求特点以及加快概念设计向详细设计的转换,提出了一种基于草图的产品三维CAD模型概念设计推送方法。首先,用户根据概念设计需求,利用基于CAD几何造型平台开发的手绘图板绘制三视草图;然后,对手绘三视草图和模型库中 CAD模型投影得到的三视投影图提取特征信息,采用2.5D球面调和描述子来表示草图特征信息;最后,利用Euclidean距离计算通过球面调和变换获得的图形特征向量之间的距离,从而实现模型之间的相似性评价,并在农业机械装备模型库中完成算法的验证。实验结果表明,该方法能够有效帮助用户快速地具象化查询意图,发掘与产品概念设计阶段意图最相符的三维模型,并将相似性设计资源推送给设计人员,进而参考、启发和扩展设计思维,实现产品概念设计的快速响应。
2019, 50(2):373-383,419. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.043
摘要:三平移一转动(3T1R)并联机构具有拓扑结构复杂、耦合度高、输入-输出运动不解耦,且易出现奇异位置等问题。根据基于方位特征(Position and orientation characteristic,POC)方程的并联机构拓扑设计理论和和冗余支链消除奇异位置原理,首先,提出了一种含冗余支链的低耦合度、运动解耦、大转动能力的3T1R并联操作手新机构;其次,对其进行拓扑结构分析,主要包括POC集、自由度、耦合度以及运动解耦性分析;再次,建立了基于序单开链法运动学建模原理的位置正解求解模型,并应用一维搜素方法求解了该并联机构的位置正解;基于导出的机构位置逆解,分析了机构的工作空间、转动能力及奇异性条件;阐明了冗余支链可避免奇异位置,并能增加机构刚度;最后,给出了机构动平台的速度、加速度变化规律。本文为该操作手的机械设计、动力学分析、样机研制奠定了理论基础。
2019, 50(2):384-392. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.044
摘要:为进一步提高差速泵性能,提出了一种变性高阶比傅里叶非圆齿轮驱动的六叶片差速泵。建立了变性高阶比傅里叶非圆齿轮传动模型和六叶片差速泵性能指标计算模型,编写差速泵性能分析软件。计算和分析不同阶数比和不同变性系数下的差速泵排量、流量和脉动率等性能,计算结果表明,高阶数比非圆齿轮副有利于提高六叶片差速泵综合性能,变性系数改变有利于降低单泵脉动率。经试验台测试,在相同泵尺寸及管路环境下,变性高阶比差速泵第一叶轮输入轴微应变均值下降35.2%,降低了差速泵流量脉动。而非圆齿轮的不根切最大模数增加27.7%,增强了承载能力。排量变化不大,降低了1.2%。该设计更有利于低脉动、大载荷工况。
2019, 50(2):393-401. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.045
摘要:提出了力偶原理液压马达,分别对不同作用形式下的3种力偶原理进行阐述,并以转子径向受力为出发点,分析了马达的叶片数与力偶的关系,得出叶片数为偶数的偶数作用液压马达以及叶片数能够被作用数整除的奇数作用液压马达才能称为力偶原理液压马达。最后以双定子力偶马达为例对转子的径向受力状况进行分析,建立双定子液压马达在4种不同工作方式下的转子径向受力数学模型,分析了马达在4种不同工作方式下的转子径向力特点,同时搭建实验平台对双定子力偶型液压马达样机进行了测试。结果表明,在4种不同的工作方式下,作用在转子上的径向力的大小以及作用位置均呈现周期性变化,且内、外马达差动工作时转子径向受力最小,内马达与外马达单独工作时分别次之,内、外马达联合工作时最大。
2019, 50(2):402-410,426. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.046
摘要:为了快速、系统地辨识摆头转台型五轴机床旋转轴几何误差中的12项运动误差,提出了一种基于球杆仪(Double ball bar, DBB)五次安装的运动误差测量辨识方法。首先,结合摆头转台型五轴机床旋转轴分布特征,基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了旋转轴局部坐标系下的测量模型,表征了空间误差向量与几何误差项之间的映射关系。其次,通过设置DBB初始安装位置及方向,实现了不同测量模式之间的连续切换,从而构造了五次安装法,辨识了摆头转台型五轴机床2个旋转轴共计12项运动误差,降低了DBB安装误差对测量及辨识结果准确性的影响。最后,在摆头转台型五轴机床上利用五次安装法进行基于DBB的运动误差测量辨识实验以及虚拟圆锥台轨迹测量实验,利用辨识值进行误差补偿,结果显示两个旋转轴的几何误差平均降低了48.89%和51.49%,虚拟圆锥台测量轨迹的半径偏差降低了50.52%。误差补偿结果验证了测量、辨识的准确性和有效性。
2019, 50(2):411-419. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.047
摘要:针对数控机床实际加工轨迹与理论轨迹存在误差的现象,提出利用六轴联动数控机床冗余联动特点优化该误差的方法。建立了一类六轴联动数控机床的运动学模型,并研究了其冗余联动特点。根据刀具接触点运动规律,以冗余旋转联动轴的运动优化刀具中心点运动轨迹误差和刀具轴线转动轨迹误差,从而实现加工轨迹误差的优化。在实际六轴联动数控机床上进行了抛光加工实验,通过应用所提出的轨迹误差优化算法,减小了抛光过程中的加工轨迹误差,降低了工件表面粗糙度,且保证加工后表面具有较高的均匀一致性,提高了抛光表面质量,从而验证了所提出方法的有效性。
2019, 50(2):420-426. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.02.048
摘要:为进一步研究超磁致伸缩材料磁能损耗特性,将棒状Terfenol-D材料沿着不同磁化方向进行切片,制成多个方形环状薄片样品,对比分析了材料磁化方向以及样品尺寸对磁能损耗的影响。在不同驱动磁场频率和磁密幅值下,对磁能损耗进行测试,分析损耗实测数值变化趋势。基于损耗分离法,结合实测数据,考虑了材料内部涡流集肤效应及动态磁滞特性等影响,对高频磁能损耗进行了数值模拟,研究各项损耗系数变化规律。结果表明,Terfenol-D材料高频磁能损耗随着频率及磁密幅值增加,整体呈数值增大、增速加快趋势。在高频下,损耗系数为随着频率和磁密幅值变化的变量。当频率大于5kHz、磁密幅值大于0.05T时,数值模拟方法所得计算值与实测值的平均误差为3%。
您是本站第 访问者
通信地址:北京德胜门外北沙滩1号6信箱
邮编:100083 传真:64867367
电话:64882610 E-mail:njxb@caams.org.cn
技术支持:北京勤云科技发展有限公司
版权所有:农业机械学报 ® 2025 版权所有