摘要:导航路径规划是农业机械自动导航的关键技术，近年来被广泛应用于耕种管收自动导航生产作业过程中。本文分别从全局路径规划和局部路径规划两个角度阐述分析了农业机械导航路径规划研究现状和进展。全局路径规划着重阐述了全覆盖路径规划和全局点到点路径规划，并归纳总结了在精准作业、农业运输和农机跨地块调度等方面的研究成果和具体应用。局部路径规划重点阐述了避障路径规划和局部跟踪路径规划，由于农业作业环境的复杂性和时空变异性，局部路径规划研究的重点是算法的实时性、高效性、鲁棒性和安全性。最后指出导航路径规划技术未来的研究重点为：数据资源标准化及规划路径共享；提高环境信息感知和解析能力；增强实时动态规划性能；路径规划与农机特性相结合。

摘要:为提高采摘设备的执行效率，采用六自由度机械臂、树莓派、Android手机端和服务器设计了一种智能果实采摘系统，该系统可自动识别不同种类的水果，并实现自动采摘，可通过手机端远程控制采摘设备的起始和停止，并远程查看实时采摘视频。提出通过降低自由度和使用二维坐标系来实现三维坐标系中机械臂逆运动学的求解过程，从而避免了大量的矩阵运算，使机械臂逆运动学求解过程更加简捷。利用Matlab中的Robotic Toolbox进行机械臂三维建模仿真，验证了降维求解的可行性。在果实采摘流程中，为了使机械臂运动轨迹更加稳定与协调，采用五项式插值法对机械臂进行运动轨迹规划控制。基于Darknet深度学习框架的YOLO v4目标检测识别算法进行果实目标检测和像素定位，在Ubuntu 19.10操作系统中使用2000幅图像作为训练集，分别对不同种类的果实进行识别模型训练，在GPU环境下进行测试，结果表明，每种果实识别的准确率均在94%以上，单次果实采摘的时间约为17s。经过实际测试，该系统具有良好的稳定性、实时性以及对果实采摘的准确性。

摘要:为了实现枣园的自动化管理，针对枣树自动化选择性冬剪作业要求，需要重建出矮化密植无叶枣树枝干的三维模型。利用2台固定的Azure Kinect DK深度相机搭建获取枣树点云信息的三维重建系统平台，然后把系统平台逆时针旋转55°获取同一棵枣树的另一帧三维点云信息。为了自动完成2帧点云的配准，提出了基于骨架点的枣树点云配准方法：首先利用FPFH特征描述子计算骨架点的特征向量，并采用SAC-IA（采样一致性）算法对2个视角下的枣树骨架点云进行初始匹配；其次利用经典的ICP算法对初始位姿进行优化；最终只采用2个视角下的点云重建枣树枝干的三维模型。实验对比了在3种典型自然环境下（晴天、阴天、夜间）枣树点云的配准精度和配准时间，结果表明：晴天时对采集系统有一定的影响，使得配准后的枣树枝干有部分不完整；阴天和夜间对采集系统影响小，能够重建出完整的枣树枝干；相对于阴天和夜间，晴天时，枣树点云配准耗时最少，为0.09s，而配准误差最大，其拟合分数为0.00029；阴天时，枣树点云配准时间介于晴天和夜间之间，为0.12s，而此时配准误差最小，其拟合分数为0.00011；夜间配准误差介于晴天和阴天，且此时配准时间最长，为0.16s。

摘要:为解决传统深松机具触土部件破土困难、耕作阻力大等问题，以砂鱼蜥头部为仿生原型，采用逆向工程技术对其特殊几何特征进行提取，将量化后的几何结构特征应用于深松铲尖的设计，以期减小深松铲作业阻力和能耗。依据不同特征曲面，设计了3种仿生铲尖试样，并与凿型铲尖试样进行性能对比。建立离散元模型，求解不同铲尖垂直贯入土壤阻力；制备试样，通过万能试验机进行土壤垂直贯入实测试验；将模拟结果和实测试验结果进行对比，结果表明离散元仿真分析和实测试验结果吻合较好，最大贯入阻力的相对误差为2.47%～3.91%。使用离散元法分析仿生铲尖和凿型铲尖（T-S）在土壤分层情况下的相互作用，证实仿生铲尖比凿型铲尖具有更低的所需牵引力，其中仿生铲尖B-S-2减阻效果最好，相对于凿型铲尖，其减阻率为8.34%～19.31%。离散元分析揭示砂鱼蜥头部仿生曲线特殊的曲率变化对破土阻力有显著影响，仿生铲尖改变了土壤颗粒的流动方向，减小了铲尖上方土壤扰动范围，从而降低所需牵引力。在3种作业速度和3种耕作深度下对阻力的仿真结果与土槽试验结果进行对比，误差为10.83%～17.06%。

摘要:为降低肥料施用量、提高肥料利用效率、实现植株根区施肥，设计了一种倾斜梯形孔式定量穴排肥器。阐述了穴排肥器的成穴与工作原理，分析了影响其成穴性能的主要因素，构建了充肥和排肥过程中肥料颗粒群的力学模型；应用离散元软件EDEM和流体分析软件Fluent对穴排肥器的成穴性能进行了仿真分析，研究了作业速度、充肥孔长度和气流速度对穴长、穴排肥量误差的影响，通过全因子试验得到作业速度为3~7km/h时的较优参数组合为充肥孔长度27.0mm、气流速度15.0m/s，对应的穴长和穴排肥量误差分别为62.7~87.5mm和7.4%~8.9%。台架试验表明，在作业速度为3~7km/h、充肥孔长度为27.0mm和气流速度为15.0m/s条件下，穴长、穴长稳定性变异系数、穴排肥量误差和穴距误差分别为98.5~175.5mm、7.42%~14.18%、7.60%~15.17%、2.3%~4.7%；田间试验表明，作业速度为3~7km/h时，穴长、穴长稳定性变异系数、穴排肥量误差和穴距误差分别为104.2~178.4mm、7.55%~14.56%、7.69%~13.80%、2.1%~4.3%，成穴性能较好。

摘要:针对目前移栽机构取苗速度快导致钵苗易损伤和栽植器在栽植过程中水平方向与地面存在相对运动导致钵苗栽植直立度低等问题，设计了一种全自动滑道式旱地钵苗移栽机构，该机构通过滑道控制栽植臂实现取苗、送苗、栽植和复位功能，使取苗和栽植运动轨迹和运动速度达到最优状态。通过对移栽机构的理论分析，建立运动学模型。基于VB开发了计算机辅助优化设计软件，优化出一组满足理想移栽轨迹要求的机构参数，根据此参数对移栽机构进行整体设计，完成三维建模。应用ADAMS软件对移栽机构进行运动学仿真分析，验证了设计的合理性。在物理样机上利用高速摄像系统进行了轨迹验证试验，通过对比可知理论轨迹、仿真轨迹与样机工作轨迹基本一致，验证了机构设计的正确性。在栽植频率为62株/min工况下进行了机构性能试验，结果表明平均取苗成功率为95%、秧苗平均栽植直立度为82°、秧苗平均直立度合格率为93.4%，满足钵苗移栽要求。

摘要:针对蔬菜膜上移栽膜口大、栽植频率低等问题，设计了一种复合曲柄摇杆式蔬菜膜上双行栽植装置。在分析复合曲柄摇杆式栽植机构工作原理的基础上，建立栽植机构的运动学模型。采用Matlab软件编写栽植机构仿真分析与优化程序，分析各个参数对栽植轨迹及运动特性的影响，采用逐次逼近的方法，得到一组满足膜上栽植要求的杆件长度：lOA=48mm，lAB=125mm，lBC=160mm，lAD=200mm；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。结果表明：各组试验栽植合格率均在90%以上，栽植深度合格率在94%以上，株距变异系数最大为6.35%，膜口长度平均值为10.44cm，破膜程度约为18%，栽植频率达到70株/(min·行)，满足蔬菜膜上移栽的要求。

摘要:为提高苜蓿切根补播施肥机气送式集排系统工作性能，利用EDEM软件和Fluent软件对气送式集排系统工作过程进行联合仿真，以管道内部流场压力与速度变化情况、种子颗粒速度与受力情况为指标，分析波纹管和分配头结构参数对集排系统工作性能的影响，进而优化了其结构参数。以输种弯管弯径比、波纹管长度和分配头锥角为试验因素，以各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数为试验指标，进行Box-Behnken响应面分析仿真试验，获取集排系统最优结构参数组合。结果表明，当弯径比为0.96、波纹管长度为183mm、锥角为123.4°时，各行排量一致性变异系数为3.06%，总排量稳定性变异系数为3.17%。样机大田性能试验结果表明，在不同的螺旋输送机输送效率条件下，苇状羊毛种子、固体颗粒肥各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数均小于5%。

摘要:针对喷雾机传统风送喷雾系统难以精准控制风量致使漂移现象严重、药液利用率低下的问题，设计了一种将轴流风机与环形喷头相配合的喷雾系统。通过对风机风场进行计算流体力学CFD流体仿真、对标试验、环形喷管内流场仿真确定了环形喷管尺寸参数与喷头安装位置。设计单因素与多因素正交试验来研究风机端口风速、扇形喷头型号与喷头安装倾角对喷雾效果的影响进而确定最佳喷雾参数组合。结果表明：环形喷管应设置在轴流风机出口端面中心位置，3个喷头呈120°均布在环形喷管上；在风机气力作用下，雾滴沉积量的峰值处于距风机端口0.5~1.5m的范围，风送喷雾装置与靶标果树的作业距离不应超过1.5m；风机气力有助于细化雾滴，但出口风速不宜大于等于8m/s；喷雾总体性能与喷头倾角呈极显著相关（P<0.01），喷头安装倾角60°性能最优；雾滴沉积密度随扇形喷头型号的增大呈先增大后减小的趋势，雾滴的体积中值直径随扇形喷头型号的增大而增大；最优配置参数风机风速为6m/s、喷头型号为02型、喷头安装倾角为60°。此参数组合下雾滴沉积量为5.08μL/cm2，表明优化模型可靠。

摘要:为解决砂壤土条件下，播种开沟器开出种沟较窄，无法适应燕麦宽苗带种植的问题，结合滑切工作原理，设计了一种宽苗带减阻燕麦播种机开沟器。阐述铲式开沟器工作原理，确定刃口曲线方程；通过分析挡土曲面的作业阻力和宽苗带种沟成因，确定挡土曲面主要结构参数取值。采用EDEM仿真分析方法，以开沟器作业阻力、种沟宽度变异系数为试验响应指标进行三元二次正交旋转组合试验，得到可信的回归数学模型；分析各因素交互作用对开沟器工作性能的影响规律；利用遗传算法NSGA-Ⅱ对回归数学模型进行多目标优化，并进行土槽验证试验，得出其最优参数组合为：播深41mm、入土角24°、开沟器宽度107mm，此时作业阻力为727.1N,种沟宽度变异系数为9.92%；土槽验证试验得到作业阻力平均值为789.07N，种沟宽度变异系数平均值为10.69%，与优化结果的误差分别为8.52%、7.76%。播种对比试验进一步表明作业效果满足宽苗带燕麦种植开沟农艺要求。

摘要:为提高机械除草作业效率，减轻劳动强度，解决稻田除草机作业过程中除草率低、伤苗率高等问题，结合水田行间除草农艺要求，设计了一种基于遥控转向的稻田行间除草机。阐述了整体结构及工作原理，建立除草机的力学模型，通过分析获得了主动除草轮所需最大驱动力矩为49.42N·m，根据阿克曼转向原理设计了梯形转向机构，通过分析确定了梯形转向机构的结构参数，对转向过程进行力学分析得到梯形转向机构所需最大驱动扭矩理论值为4.57·m，并对转向控制系统进行设计，实现远程控制除草机转向及接收反馈信息功能。进行了除草机转向性能试验，记录除草机实际转角与理论转角并进行对比，试验结果表明，理论转角与实际转角最大偏差为1.3°，控制系统精度较高，满足田间实际作业时的转向要求；进行了除草性能试验，田间试验结果表明，除草机除草率均不低于77.9%，伤苗率均不高于3%，满足水田除草农艺指标的要求。

摘要:针对玉米中后期封行后人工施药劳动强度大、作业效率低、传统喷雾机喷药穿透性差，且窄行距下机具行走稳定性差等问题，结合玉米种植农艺和冠层中部病虫害防治的要求，设计了3YZ-80A型履带自走式玉米行间喷雾机，该机主要由自适应仿形履带差速驱动底盘、Y形双喷头脉冲式喷雾装置、喷药监控系统组成，能够满足600mm以下的窄行距玉米冠层中部叶片喷施作业的空间要求。为了提高作业效率和喷雾效果，以喷射角、药液嘴位置、喷施距离为试验因素，雾滴体积中径D50为喷雾系统性能评价指标，开展二次旋转正交组合试验，利用Design-Expert 8.0.6软件对数据进行方差和响应面分析，建立试验因素与指标之间的数学回归模型，分析了显著因素对评价指标的影响变化规律，得到喷管最优组合参数：喷射角为60°、药液嘴在喷管上的位置为610mm、喷施距离为2.37m。田间试验结果表明，随着作业速度的提升有效防控区域显著降低，当作业速度在0.6~1.1m/s时，雾滴覆盖率大于10%的有效喷施幅宽为6~8m；当作业速度大于1.3m/s时，雾滴覆盖率大于10%的有效喷施幅宽不足4m。

摘要:我国华北地区玉米收获时籽粒含水率较高，采用钉齿式及杆齿式脱粒元件进行籽粒直收时，籽粒破碎率较高，为降低脱粒过程中籽粒破碎率，设计了一种纹杆式脱粒元件，分析其前倾角变化对果穗受力的影响规律，以籽粒破碎时压缩量为依据，对纹杆块顶端弧面形状进行设计。基于EDEM研究纹杆元件顶端参数对果穗受力的影响，采用拟水平法设计四因素四水平正交试验，试验结果表明：较优纹杆参数组合为前倾角75°、凸棱倾角25°、凸棱宽度6mm、凸棱高度10mm；通过台架试验探究滚筒转速、凹板间隙等工作参数对纹杆式滚筒脱粒效果的影响规律，当籽粒含水率为28.5%时，最优滚筒转速为300r/min，凹板间隙为50mm，此时籽粒破碎率为5.34%。在最优工作参数下，对比不同脱粒元件脱粒效果，发现籽粒破碎率分别由杆齿式元件的9.91%、钉齿式元件的7.83%下降至纹杆式脱粒元件的5.34%，证明所设计的纹杆式脱粒元件能够有效降低脱粒过程中籽粒破碎率。

摘要:针对云南丘陵山区小粒咖啡人工采收成本高、大型机械采收困难等问题，设计了手持振动梳刷式小粒咖啡采摘装置。通过建立果树-机械收获动力学模型和多体动力学仿真，得到振幅的稳态响应表达式，并确定了振动部件和梳刷部件的结构参数。利用ADAMS建立了果树-机械刚柔耦合模型，采用广义力与传感器函数控制的方法进行单因素仿真试验，分析了频率、梳齿间距和偏心块夹角对小粒咖啡收获效果的影响规律。以频率、梳齿间距和偏心块夹角为试验因素，采净率、采青率和损伤率为试验指标，进行二次回归正交旋转组合试验，结果表明：对采净率和采青率的影响因素重要性依次为频率、梳齿间距、偏心块夹角；对损伤率影响因素重要性依次为梳齿间距、频率和偏心块夹角。当频率为26Hz、梳齿间距为32mm、偏心块夹角为22.5°时，采摘机工作性能最佳，经试验验证，此时采净率为91.35％，采青率为8.46％，损伤率为4.15％，满足小粒咖啡收获技术要求。

摘要:针对缺乏有效监测水稻叶片感染白叶枯病害光谱指数的问题，以分蘖期的水稻叶片为研究对象，采集了接种白叶枯病菌的水稻叶片和对照处理的水稻叶片各200片，利用高光谱成像装置获取373~1033nm波段的水稻叶片光谱数据，选取450~900nm波段的水稻叶片高光谱数据作为样本。从每个样本中选取一个感兴趣区域（Region of interest, ROI）并计算平均光谱，经过Savtzky-Golay平滑处理得到平均光谱曲线；为了定量描述水稻叶片是否感染病害，提出将光谱分形维数(Fractal dimension, FD)作为定量描述水稻白叶枯病害的监测光谱指数，实现对白叶枯病害的监测。通过分析光谱指数(Spectral index, SI)和FD，建立SI和FD之间的多元线性关系，同时比较了FD与其他常用监测指数对白叶枯病害监测的有效性。结果表明：水稻白叶枯病害在绿峰（510~560nm）和红谷（650~690nm）波谱内的响应较为敏感；针对健康和感病叶片，FD与SI之间存在较好的多元线性关系，说明FD与光谱曲线有较好的对应关系，可以作为定量描述叶片健康状况的光谱指数；与常用监测指数相比，本文病害监测指数与水稻染病具有更高的相关性，其相关系数达到了0.9840，指数分布稳定性更高。本研究结果说明基于光谱反射曲线的圆规分形维数对判断水稻叶片是否感染白叶枯病害是可行的，为水稻白叶枯病害的监测提供了一种新方法。

摘要:针对在自然场景中，由于遮挡、视角限制和操作不当等问题，导致传感器获取的植物或器官点云不完整，提出了一种基于多尺度特征提取模块结合点云金字塔解码器（Multiscale feature extraction model with point cloud pyramid decoder，MSF-PPD）的叶片形状补全网络。首先，采用多尺度特征提取模块实现不同维度特征信息的全局提取和融合，其次，通过点云金字塔解码器进行叶片点云的多阶段生成补全，最终得到完整的目标叶片形状。使用曲面参数方程构建绿萝叶片仿真模型库，并将其离散成点云作为网络模型训练的训练集和验证集，使用Kinect v2相机获取绿萝叶片点云作为网络模型补全性能评估的测试集。试验结果表明，本文网络结构对叶片点云补全的效果理想，证明本文方法能够对遮挡情况下的绿萝叶片进行高效、完整的补全。

摘要:采摘机器人对核桃采摘时，需准确检测到在体核桃目标。为实现自然环境下青皮核桃的精准识别，研究了基于改进卷积神经网络的青皮核桃检测方法。以预训练的VGG16网络结构作为模型的特征提取器，在Faster R-CNN的卷积层加入批归一化处理、利用双线性插值法改进RPN结构和构建混合损失函数等方式改进模型的适应性，分别采用SGD和Adam优化算法训练模型，并与未改进的Faster R-CNN对比。以精度、召回率和F1值作为模型的准确性指标，单幅图像平均检测时间作为速度性能评价指标。结果表明，利用Adam优化器训练得到的模型更稳定，精度高达97.71%，召回率为94.58%，F1值为96.12%，单幅图像检测耗时为0.227s。与未改进的Faster R-CNN模型相比，精度提高了5.04个百分点，召回率提高了4.65个百分点，F1值提升了4.84个百分点，单幅图像检测耗时降低了0.148s。在园林环境下，所提方法的成功率可达91.25%，并且能保持一定的实时性。该方法在核桃识别检测中能够保持较高的精度、较快的速度和较强的鲁棒性，能够为机器人快速长时间在复杂环境下识别并采摘核桃提供技术支撑。

摘要:蔬果采摘机器人面对的自然场景复杂多变，为准确识别和分割目标果实，实现高成功率采收，提出基于多源图像融合的识别方法。首先，针对在不同自然场景下单图像通道信息不充分问题，提出融合RGB图像、深度图像和红外图像的多源信息融合方法，实现了机器人能够适应自然环境中不同光线条件的番茄果实。其次，针对传统机器学习训练样本标注低效问题，提出聚类方法对样本进行辅助快速标注，完成模型训练；最终，建立扩展Mask R-CNN深度学习算法模型，进行采摘机器人在线果实识别。实验结果表明，扩展Mask R-CNN算法模型在测试集中的检测准确率为98.3%、交并比为0.916，可以满足番茄果实识别要求；在不同光线条件下，与Otsu阈值分割算法相比，扩展Mask R-CNN算法模型能够区分粘连果实，分割结果清晰完整，具有更强的抗干扰能力。

摘要:为了解决图像采集过程中由于昆虫图像获取不完整而导致整体稻飞虱识别精度低、速度慢的问题，提出了一种基于字典学习和SSD的不完整稻飞虱图像分类方法。首先，使用自主研发的野外昆虫图像采集装置采集稻飞虱图像，构建小型图像集。然后，将采集的稻田昆虫图像进行阈值分割，得到单一稻田昆虫图像；对单一昆虫图像进行分块处理，得到带有背景信息和特征信息的混合子图像块集；使用子图像块作为字典原子来构建过完备字典，并对其进行初始化和优化更新；将更新后的过完备字典作为训练集输入SSD算法中进行训练，得到训练模型。最后，将采集的包含不完整稻田昆虫的图像在训练集模型上进行测试，并将测试结果与BPNN（Back propagation neural network)、SVM (Support vector machines）、稀疏表示等方法进行对比。试验结果表明，所提出的基于字典学习和SSD的稻飞虱识别与分类方法可以对不完整的昆虫图像进行准确快速的识别分类，其中，分类速度可达22f/s，识别精度可达89.3%，对稻飞虱的监督、预警和防治提供了有效的信息与技术支持。

摘要:猪只盘点是生猪规模化养殖和管理中的重要环节，人工计数方法费时、费力，在大数据量的猪只盘点中容易出错。本文使用多尺度感知网络对高密度猪群图像中的猪只进行计数。通过对人群计数网络CSRNet的改进，得到猪只计数网络（Pig counting net, PCN），PCN采用VGG16作为前端网络提取特征，中间层采用空间金字塔（Spatial pyramid）结构对图像中的多尺度信息进行提取与融合，后端网络采用改进的膨胀卷积网络。PCN增加了多尺度感知结构、扩大了后端网络感受野，通过感知多尺度特征得到预测密度图，预测密度图反映了猪只空间分布，通过对密度图积分实现了猪只数量的估计。结果表明，在平均猪只数为 40.71的测试集图像上，PCN的计数准确率优于人群计数网络 MCNN、CSRNet和改进Counting CNN 的猪只计数网络，MAE和RMSE 分别为1.74和 2.28，表现出较高的准确性和鲁棒性；单幅图像平均识别时间为0.108s，满足实时处理要求。

摘要:针对光照不均、噪声大、拍摄质量不高的夜晚水下环境，为实现夜晚水下图像中鱼类目标的快速检测，利用计算机视觉技术，提出了一种基于改进Cascade R-CNN算法和具有色彩保护的MSRCP（Multi-scale Retinex with color restoration）图像增强算法的夜晚水下鱼类目标检测方法。首先针对夜晚水下环境的视频数据，根据时间间隔，截取出相应的夜晚水下鱼类图像，对截取的原始图像进行MSRCP图像增强。然后采用DetNASNet主干网络进行网络训练和水下鱼类特征信息的提取，将提取出的特征信息输入到Cascade R-CNN模型中，并使用Soft-NMS候选框优化算法对其中的RPN网络进行优化，最后对夜晚水下鱼类目标进行检测。实验结果表明，该方法解决了夜晚水下环境中的图像降质、鱼类目标重叠检测问题，实现了对夜晚水下鱼类目标的快速检测，对夜晚水下鱼类图像目标检测的查准率达到95.81%，比Cascade R-CNN方法提高了11.57个百分点。

摘要:针对多光谱图像中由于多镜头多光谱相机各通道之间存在的偏差以及传统分割方法的不适用，图像分析处理过程往往会出现无法自动化分割或分割精度较低的问题，提出采用基于相位相关算法和基于UNet的语义分割模型对田间生菜多光谱图像进行各个通道的精确配准并实现前景分割。使用Canny算法对多光谱各通道图像进行边缘提取，进而使用相位相关算法对多光谱各通道图像进行配准，单幅图像平均处理时间0.92s，配准精度达到99%，满足后续图像分割所需精度；以VGG16作为主干特征提取网络，直接采用两倍上采样，使最终输出图像和输入图像高宽相等，构建优化的UNet模型。实验结果表明：本文所提出的图像配准和图像分割网络，分割像素准确率达到99.19%，平均IoU可以达到94.98%，能够很好地对生菜多光谱图像进行前景分割，可以为后续研究作物精准表型的光谱分析提供参考。

摘要:遥感技术已成为大宗作物种植面积提取的有效手段。为避免冬小麦提取中受光学数据缺乏的影响，基于随机森林算法（RF）和Google Earth Engine（GEE）云平台，探索时间序列Sentinel-1合成孔径雷达（SAR）数据后向散射系数对冬小麦提取效果，并融合Sentinel-1、2主被动遥感数据，研究后向散射系数、光谱特征、植被指数特征与纹理特征的不同组合对冬小麦识别精度的改善情况。结果表明：仅融合多时相Sentinel-1 SAR数据时，分类总体精度为85.93%，Kappa系数为0.75，冬小麦识别精度达到95%以上。融合多时相SAR数据与单时相光学数据，在充分利用极化信息和光谱信息进行分类后，分类总体精度为95.78%,Kappa系数为0.92，比多时相SAR分类结果分别提高9.85个百分点和约22.67%，对冬小麦的识别精度提高约2个百分点。通过分析不同特征组合情况下纹理特征对分类的影响，发现纹理特征对冬小麦的识别精度影响程度较小。

摘要:为准确识别抽雄期玉米雄蕊实现监测玉米长势、植株计数和估产，基于无锚框的CenterNet目标检测模型，通过分析玉米雄蕊的尺寸分布，并在特征提取网络中添加位置坐标，从而提出一种改进的玉米雄蕊识别模型。针对雄蕊尺寸较小的特点，去除CenterNet网络中对图像尺度缩小的特征提取模块，在降低模型参数的同时，提高检测速度。在CenterNet特征提取模型中添加位置信息，提高定位精度，降低雄蕊漏检率。试验结果表明，与有锚框的YOLO v4、Faster R-CNN模型相比，改进的CenterNet雄蕊检测模型对无人机遥感影像的玉米雄蕊识别精度达到92.4%，分别高于Faster R-CNN和YOLO v4模型26.22、3.42个百分点；检测速度为36f/s，分别比Faster R-CNN和YOLO v4模型高32、23f/s。本文方法能够准确地检测无人机遥感图像中尺寸较小的玉米雄蕊，为玉米抽雄期的农情监测提供参考。

摘要:监测地膜覆盖农田的分布对准确评估由其导致的区域气候和生态环境变化有着重要作用，基于DeepLabv3+网络，通过学习面向地膜语义分割的通道注意力和空间注意力特征，提出一种适用于判断农田是否覆膜的改进深度语义分割模型，实现对无人机多光谱遥感影像中地膜农田的有效分割。以内蒙古自治区河套灌区西部解放闸灌区中沙壕渠灌域2018—2019年4块实验田的无人机多光谱遥感影像为研究数据，与可见光遥感影像的识别结果进行对比，同时考虑不同年份地膜农田表观的变化，设计了2组实验方案，分别用于验证模型的泛化性能和增强模型的分类精度。结果表明，改进的DeepLabv3+语义分割模型对多光谱遥感影像的识别效果比可见光高7.1个百分点。同时考虑地膜农田表观变化的深度语义分割模型具有更高的分类精度，其平均像素精度超出未考虑地膜农田表观变化时7.7个百分点，表明训练数据的多样性有助于提高地膜农田的识别精度。其次，改进的DeepLabv3+语义分割模型能够自适应学习地膜注意力，在2组实验中，分类精度均优于原始的DeepLabv3+模型，表明注意力机制能够增加深度语义分割模型的自适应性，从而提升分类精度。本文提出的方法能够从复杂的场景中精准识别地膜农田。

摘要:为进一步促进机器学习技术在玉米单产估测中的应用，以河北中部平原为研究区域，选取与玉米长势和产量密切相关的条件植被温度指数（Vegetation temperature condition index，VTCI）和叶面积指数（Leaf area index，LAI）为特征变量，通过极限梯度提升（Extreme gradient boosting，XGBoost）算法和随机森林（Random forest，RF）算法分别对玉米单产进行估测。基于组合预测思想与Shapley值理论，分别确定组合预测模型中XGBoost与RF模型权重，进而得到组合预测模型，结果表明，基于Shapley值确定的组合估产模型精度较高（R2=0.32）,达极显著水平（P<0.001）。同时将组合预测模型应用于河北中部平原2012年各县（区）玉米的单产估测，结果表明，模型精度较高（R2=0.52），玉米估测单产与实际单产的平均相对误差和均方根误差分别为9.86%、831.14kg/km2，达到极显著水平（P<0.001），且组合预测模型的精度均优于单一估测模型。研究发现，河北中部平原玉米估测单产随年份发生波动变化，呈先降低后升高的趋势。玉米估测单产以西部地区最高，其次是北部和南部地区，东部地区最低。

摘要:设施栽培中作物鲜质量动态变化作为生长发育的指示性特征，是蔬菜长势无损监测的重要指标之一。水培蔬菜通过离水直接称量实现长势无损监测，但是土培或基质培无法通过直接鲜质量称量实现生长过程的无损测量。本文提出了基于表型特征参数和生长过程环境参数融合的鲜质量估算方法，用于日光温室环境下基质培生菜个体和群体的鲜质量无损估算。首先，监测生菜全生命周期的环境参数，采集第1批次生菜生长过程中的多样本图像和部分样本鲜质量，提取样本图像中不同生长期生菜的形状、颜色、纹理等特征，计算环境信息中的累积辐热积等参数。然后，利用高斯过程回归方法建立表型参数和环境参数与生菜鲜质量的关系模型。最后，采集第2批次生菜群体的样本数据，基于上述模型预测生菜3个生长阶段的个体和群体鲜质量，以验证鲜质量估算模型的泛化能力和可靠性。结果表明，与支持向量机、线性回归、岭回归和神经网络相比，高斯过程模型的决定系数R2为0.9493，相对误差的均值和标准差分别为11.50%和11.21%。模型泛化能力试验中，生菜群体鲜质量比个体鲜质量的预测相对误差的平均值小（3个生长阶段分别相差4.44、5.71、5.89个百分点），且随着群体数量增加，群体鲜质量预测的相对误差的均值和标准差逐渐减小。本鲜质量估算方法预测的群体鲜质量数据可为基质培绿叶菜类作物的栽培管理决策提供数据支撑。

摘要:土壤含水率监测是精准农业的重要组成部分，对于农情监测和农业生产起着关键性作用。超宽带雷达由于其体积小、质量轻、穿透力强和功耗低等特性已被广泛应用于土壤含水率监测研究。而现有超宽带雷达反演土壤含水率多为理想裸土情况，实际应用中地表植被覆盖会对结果造成较大影响，针对此问题，融合超宽带雷达和多光谱数据，利用支持向量机（SVM）模型对农田尺度不同植被覆盖下的土壤含水率进行分级预测，以减小植被对预测精度的影响。研究结果表明，在超宽带雷达回波数据提取出的不同时域特征组合中，选用峰值因子、峭度、均方根、峰-峰值、最大幅值、方差、偏斜度、平均值和最小幅值9个时域特征作为SVM模型输入特征预测结果最好，总体精度为95.59%，Kappa系数为0.9492。加入植被指数NDVI后，不同时域特征组合作为特征输入的模型精度均有显著提高，其中将9个时域特征与NDVI共同作为SVM输入预测效果最佳，总体精度为98.09%，Kappa系数为0.9780，与不考虑植被影响的预测结果比较，总体精度提高了2.50个百分点，Kappa系数提高了0.0288。

摘要:为揭示添加微纳米气泡的加气灌溉对秸秆还田条件下稻麦轮作区水稻生长的影响，并提出合理进气量的加气灌溉方式，设置6个处理（无秸秆还田不加气灌溉（CK）、小麦秸秆还田不加气灌溉（ST）、小麦秸秆还田+进气量0.3L/min加气灌溉（SO1）、小麦秸秆还田+进气量0.5L/min加气灌溉（SO2）、小麦秸秆还田+进气量0.7L/min加气灌溉（SO3）和小麦秸秆还田+进气量0.9L/min加气灌溉（SO4））开展水稻盆栽试验，观测不同处理下的土壤还原性状况以及水稻生长规律。结果表明：秸秆还田会显著增强土壤的还原性状况，微纳米加气灌溉可以改善土壤还原性，且随着进气量的增加改善效果逐渐增强，当进气量为0.9L/min时，土壤活性还原性物质含量、Fe2+含量、Mn2+含量最高可降低48.66%、56.11%和42.76%；进气量在0.5~0.7L/min时的加气灌溉能够促进水稻的生长发育，缓解秸秆还田带来的水稻生长前期生长受到抑制的问题，促进水稻根系良好生长，利于水稻光合作用的有效性，促进干物质积累，从而提高水稻产量，微纳米加气灌溉处理较无秸秆还田以及秸秆还田不加气灌溉处理最高可增产19.7%。综合考虑添加微纳米气泡的加气灌溉对于改善秸秆还田后土壤的还原性以及对水稻生长发育的影响，推荐使用溶解氧质量浓度为8.06mg/L的微纳米气泡水（SO3处理）对稻麦轮作区秸秆还田后的水稻进行灌溉。

摘要:为探讨宁夏盐环定扬黄灌区秸秆还田条件下保水剂用量对砂性土保水保肥效应及玉米产量的影响，通过3年大田试验，以不施保水剂为对照，研究保水剂施用量（30、60、90、120kg/hm2）对砂性土壤容重、水分、养分及玉米生长、产量和水分利用效率的影响，并对经济效益进行分析。结果表明，与对照相比，施用保水剂可有效降低0~40cm层土壤容重，改善土壤孔隙状况，以保水剂施用量90、120kg/hm2处理效果较优。在玉米整个生育期，施用保水剂60、90、120kg/hm2时0~100cm层土壤贮水量较高，其3年平均分别较对照显著提高18.3%、21.6%和23.5%。施用保水剂60、90kg/hm2处理耕层（0~40cm）土壤有机质、有效磷和速效钾含量较对照显著增加，其改善土壤养分状况效果最佳。施用保水剂可提高玉米植株株高、茎粗和地上部生物量，施用保水剂60、90kg/hm2处理的效果最为显著。与对照相比，施用保水剂60kg/hm2处理对提高作物水分利用效率、玉米增产和增收效果最佳，其3年平均玉米水分利用效率、产量和纯收益分别较对照显著增加30.4%、26.0%和20.7%。施用保水剂60kg/hm2时能有效改善砂性土壤理化性状，实现玉米的增产增收，可在宁夏盐环定扬黄灌区秸秆还田条件下的滴灌玉米田推广应用。

摘要:为研究不同灌水方式配施腐植酸肥对水稻干物质转运、碳含量和土壤呼吸速率以及无机氮含量的影响，在大田试验条件下设置了3种灌水方式（控制灌溉、淹灌和浅湿灌溉）和5种施肥方式（100%尿素（T1，为当地传统施肥方式，纯氮量110kg/hm2）、30%腐植酸肥+70%尿素（T2）、50%腐植酸肥+50%尿素（T3）、70%腐植酸肥+30%尿素（T4）和100%腐植酸肥（T5，1500kg/hm2）)，共计15个试验处理，并对水稻的抽穗后期干物质转运、成熟期水稻各器官的碳含量以及土壤呼吸速率和无机氮含量进行观测。结果表明：水肥处理影响了水稻的干物质转运、碳含量和土壤呼吸速率以及氮素形态的积累，在CT5、WT5和FT5处理下水稻抽穗后期茎叶干物质转运相比较其他水肥处理，具有显著优势，且在成熟期各器官的碳含量也相对较大；随着腐植酸肥的增加，3种灌水方式下的土壤呼吸速率逐渐增大，控制灌溉不同施肥处理下的土壤呼吸速率大于淹灌和浅湿灌溉，而淹灌和浅湿灌溉各处理之间的差异不显著；腐植酸肥的增加，提高了土壤铵态氮和硝态氮含量，并在CT5处理下达到最大值。因此，控制灌溉下施加1500kg/hm2腐植酸肥，能够提高水稻的生长和改善土壤的呼吸和无机氮含量，综合考虑CT5处理为最佳的水肥模式。

摘要:针对河套灌区宽畦田、大畦块导致的灌水效率低的问题，为探求变化环境下适宜的畦灌技术参数，在河套灌区沈乌灌域典型试验基础上，采用不同灌溉设计方案对典型砂土较大田块（长×宽为80m×25m）灌水质量进行评价，并在WinSRFR模型模拟基础上分析不同参数对最佳方案灌水质量指标的敏感性变化情况。结果表明：砂土畦田规格（80m×25m）较大时农田灌水效果较差，在中等流量（入畦流量Q=20L/s、单宽流量q=0.80L/(m·s)）水平下，减少尾部25%的田间面积（改水成数从1.0降低至0.75）可节省40%的灌水时间，并可减少16%的灌溉水在水流推进过程中的渗漏损失。采用田块规格+灌水时间设计方案后灌水效果较典型田块得到显著改善，垂直分割田块（80m×12.5m）在较大流量水平（Q为26~30L/s、q为2.08~2.40L/(m·s)）下灌水效率从67%~80%提升至97%~99%，灌水均匀度从0.59~0.79提高至0.84~0.95，储水效率从1.17降低至0.76，并且可以节省当前灌水时间的20%以上，中等流量（Q=20L/s、q=1.60L/(m·s)）下在获得更优灌水质量的同时可以节省40%的灌水时间，节水效果显著。不同参数对灌水质量评价指标具有相同的变化规律，计划需水水深对灌水质量影响明显，极小单宽流量情况下灌水质量受田面坡度、畦田长度影响较小。建议灌区采用的砂土畦田规格为80m×12.5m，并且可根据实际不同来水流量选择所需的最佳单宽流量和灌水时间组合。

摘要:为获取玉米高产和减少氮素淋失的合理有机无机配施模式，通过田间试验和脱氮-分解模型(DeNitrification-DeComposition,DNDC)模拟，研究了有机氮替代不同比例无机氮对玉米产量和硝态氮淋失的影响。玉米田间试验在内蒙古河套灌区进行，设置了6个处理，包括不施氮（CK）、单施无机氮（U1）以及用有机氮替代25%、50%、75%和100%无机氮（U3O1、U1O1、U1O3、O1）。利用2018—2020年的U1处理对模型进行了校准，用其他处理进行验证。结果表明，该模型能较好地模拟作物产量（标准均方根误差小于5%）和硝态氮淋失量（标准均方根误差小于15%）。此外，利用该模型模拟评估不同管理措施对玉米产量和硝态氮淋失量发现，在U1处理的基础上，增加无机氮施用量会导致作物产量下降，同时也会显著增加硝态氮淋失量；增加有机氮施用量、灌水量、无机氮分施次数会增加玉米产量和硝态氮淋失量。在等施氮量240kg/hm2条件下，随着有机氮施入比例增加，玉米产量呈先升后降的趋势，硝态氮淋失量呈逐渐降低的态势。综合来看，有机无机氮配施比例为3∶2时，作物产量达到最高值（12578kg/hm2），硝态氮淋失量（15.7kg/hm2）也在可接受水平，可确定为该地区较优有机无机氮配施模式。

摘要:为对设施甜瓜高效集约化生产实施准确有效的水肥管理，以“千玉六号”甜瓜为对象，于2020年4—7月在陕西省杨凌区的双层大跨度温室内进行试验，设水肥两因素，依据蒸腾蒸发量（ETc）和目标产量法设计3个灌水量（W1：低水，75%ETc；W2：中水，100%ETc；W3：高水，125%ETc）及3个施肥量（F1：低肥，施肥量758.44kg/hm2；F2：中肥，施肥量948.05kg/hm2；F3：高肥，施肥量1137.66kg/hm2），研究不同水肥条件对甜瓜生长、产量、品质及水肥利用效率的影响，运用综合评价方法确定最优灌水施肥制度。结果表明，水肥耦合对甜瓜各指标的影响不同，基于博弈论的组合赋权法对甜瓜生长、产量、品质及水肥利用效率4类因素12个指标进行综合赋权，其中总产量权重最大，为0.343，游离氨基酸含量最小，为0.007。基于灰色关联与TOPSIS耦合模型进行综合评价，中水中肥处理下复合贴近度最佳。水肥配施对甜瓜综合生长的交互作用显著，灌水量及施肥量对甜瓜综合生长的调控均呈先增加再降低的趋势，与实际生产相符。当灌水量为810.52~990.64m3/hm2、施肥量为853.25~1042.85kg/hm2时甜瓜综合生长得分最高，为最优的水肥配施方案。本研究可为当地设施甜瓜生产中水肥科学管理提供依据。

摘要:针对干旱区绿洲土壤盐渍化的生态环境问题，以新疆维吾尔自治区奇台绿洲为研究区，基于58个表层土壤盐度数据及与之对应的Landsat TM多光谱遥感影像数据，分别选取栅格重采样(空间分辨率为30～990m)和邻域滤波(窗口尺度为3×3、5×5、…、31×31)两种尺度转换方法获取不同尺度下Landsat TM派生数据，并据此计算相应的环境变量（总数为720）；随后利用梯度提升决策树（GBDT）模型在不同尺度下依托环境变量对土壤盐度进行模拟，并分析其定量关系。结果表明：单一尺度下，基于30m空间分辨率的邻域滤波方法对土壤盐度的解析力总体优于栅格重采样模式，其最大解析力分别为78.55%、75.31%。混合多种尺度下，对土壤盐度的解析效果较单一尺度得到明显提升，解析力最高可达90.66%，有效实现了信息互补。栅格重采样模式相对于邻域滤波而言，其调整R2波动范围更为宽泛，说明栅格重采样尺度变换方法相较于邻域滤波对土壤盐度-环境变量关系的表征更具灵敏性。

摘要:为准确评价东北旱作区耕层质量特征，针对全部初选指标采用主成分分析法（PCA）建立了东北旱作区耕层质量评价的最小数据集（Minimum data set, MDS），并运用最小数据集耕层质量指数（MDS-Plough horizon integrated quality index, MDS-PHIQI）和障碍因子诊断模型对研究区耕层质量及主导障碍因子进行分析。结果表明：东北旱作区耕层质量评价的最小数据集由土壤有机质含量、全氮含量、有效磷含量、粘粒含量、耕作层穿透阻力和压实层厚度组成，最小数据集可替代全部初选指标对东北旱作区耕层质量进行评价；东北旱作区耕层质量指数分布在0.10~0.53之间，均值为0.30，整体处于低和中等水平。东北旱作区合理耕层指标参数的适宜范围为：有机质质量比大于等于37.16g/kg，全氮质量比大于等于1.75g/kg，有效磷质量比大于等于26.38mg/kg，粘粒质量分数为4.60%~6.19%，耕作层穿透阻力小于等于364.56kPa，压实层厚度小于等于8.18cm。东北旱作区粮食产量低产区耕层多存在结构型障碍，中产区耕层结构型障碍和养分限制共存，而高产区耕层主要表现为养分限制型障碍。整体来看，研究区耕层质量的主要障碍因素为耕作层穿透阻力、土壤全氮含量、有机质含量，需针对上述指标采取针对性的耕作和培肥措施。

摘要:以玉米秸秆纤维素为原料，以三氟乙酸(Trifluoroacetic acid, TFA)为催化剂，提出采用一锅法高效制备三醋酸纤维素(Cellulose triacetate, CTA)的新工艺，并进行了合成试验。以CTA的取代度和产率为指标，分析了TFA添加量、反应温度、反应时间以及乙酸酐添加量对CTA取代度及产率的影响，并优化了合成工艺，结果表明，CTA的最佳制备条件为：TFA添加量15mL/g、反应温度25℃、反应时间30min、乙酸酐添加量5mL/g，得到的CTA的取代度为2.95，产率为96.2%。通过傅里叶变换红外光谱分析、X射线衍射分析以及氢核磁共振分析对产物理化特性进行了表征，结果表明，纤维素发生了乙酰化反应，并合成了CTA；热重分析结果表明，该工艺制备的CTA具有较高的热稳定性。

摘要:为了准确测量肉鸡养殖过程中鸡舍内的氨气浓度，实现舍内氨气环境的精准调控，设计了一种由气体检测系统、气体循环系统和辅助装置构成的主动式氨气检测装置。装置通过控制风扇实现状态切换，使用电化学氨气模组检测气体，通过微控制器（Micro control unit，MCU）实现浓度数据分析、处理，并运用计算流体力学（Computational fluid dynamics, CFD）技术模拟装置在不同状态下的速度云图和速度矢量图，由此得到空气龄，确定单次进气时间。装置在氨气检测状态时气流呈逆时针循环流动，使氨气浓度更均匀，最大空气龄为0.804s，装置设定单次检测时间为1s，每10s检测一次，每6个值的均值作为1min的值。在养殖鸡舍内进行现场试验，结果表明本文装置检测的氨气浓度和氨气变送器检测值的Pearson相关系数达到0.832，与检测结果趋势相符，平均相差为3.46%，方差也较小，总体比氨气变送器检测值波动小，检测更稳定。该检测装置具有速度快、精度高和稳定性强等优点。

摘要:为解决微好氧同步预升温序批式干发酵工艺实际运行过程中现有装备存在曝气不充分、喷淋均匀度低等问题，加快促进纤维物料降解和中间物质转化并提高产气效率，创新设计装备喷淋系统、曝气系统，优化集成了微好氧预升温序批式厌氧干发酵一体化装备，实现微好氧快速预升温、喷淋均匀接种、高效生产沼气。通过喷头特性比选出适合粘稠沼液循环的螺旋式喷嘴，并计算出当喷淋面积为0.6m×0.6m时，最佳喷头间距和管道直径分别为0.37m和0.08m，喷淋覆盖面积可达到物料表面积的87.33%。为方便物料进出，设计曝气管道对称分布在物料两侧，共设置6支平行曝气管，单侧管道间距和两端管道间距分别为0.5m和0.7m。集成装备并耦合微好氧同步预升温序批式干发酵工艺，通过长期试验确定实际运行中的多组反应器序批启动调控策略应为8组反应器，启动间隔为3d，发酵周期为24d。基于规模化奶牛养殖场对技术装备应用经济效益进行核算，得出投资回收周期约为4年，与传统湿法厌氧发酵技术相比减少了约1.3年。

摘要:针对中小规模养猪场粪污收集与利用处理效率低、利用技术不配套等问题，以存栏量2000头的养猪场为例，计算了粪污的产生和收集量，结合养猪现有设施基础，设计了“日产日清、原位处理”的猪粪好氧快速发酵高温无害化处理工艺，设计了一种智能好氧高温发酵罐，并按照工艺设计要求，在养猪场进行了试验。结果表明：养殖规模为2000头的养猪场，每天产生含水率60%的固粪1.2t，主要构筑物占地面积485.5m2，其中设备占地13.2m2；猪粪发酵前后全氮损失率为8.3%，全磷损失率为1.7%，全钾损失率为0；发酵产物含水率为43%、蛔虫卵死亡率100%、粪大肠菌群数小于3个/g，均达到相关行业无害化卫生要求标准；当环境温度为10～25℃时，发酵罐平均能耗为63.5kW·h/d。

摘要:在低pH值、低离子强度、长时间高温加热条件下乳清蛋白可以自组装形成纳米纤维聚合物。纤维的形成主要有自发和核诱导2种方式，对改善乳清蛋白的功能性质具有重要作用。通过界面性质与纤维结构的关系探究CaCl2对核形成、核诱导以及成熟纤维的影响。结果表明：核诱导方式比自发方式对CaCl2的耐受性更强，CaCl2浓度为50mmol/L时，均相核诱导、二次核诱导乳清蛋白形成的纤维聚合物较自发方式样品乳化稳定性指数分别降低了30.92%、34.09%，泡沫稳定性指数分别降低了68.18%、78.59%。加入20~50mmol/L CaCl2能提高蛋白质的聚合速率，同时降低反应的活化能，但这种快速聚合破坏了纤维有序组装的过程，核诱导方式由于加快了纤维聚合物的形成速度，与自发方式相比，核诱导对CaCl2的耐受程度更高。

摘要:压差预冷是广泛应用于果蔬保鲜的预冷措施，采用垂直送风方式相较于传统的水平送风方式具有更好的冷却效果。通过建立单箱苹果垂直送风式压差预冷过程的数值模型，分析了送风速度、送风温度及箱体开孔率对预冷性能的影响。模拟结果表明，当送风速度由0.5m/s增大至2.5m/s时，苹果的冷却时间由127min下降至90min，苹果中心温度平均偏差由0.51℃下降至0.20℃；当送风温度由2℃升高至6℃时，7/8冷却时间不变，冷却终温与送风温度接近；当箱体开孔率由15%增大至30%时，冷却速率相近，压降由418Pa降低至86.8Pa，苹果中心温度平均偏差由0.73℃上升至1.11℃。结合实际情况，在15%开孔率下垂直送风式压差预冷的最佳送风速度约为2.0m/s，低于相同工况下水平送风的最佳送风速度；在压降满足设计要求的前提下，出于结构强度考虑，宜采用较小的箱体开孔面积；为了减小质量损失率，应使气流均匀流过所有苹果表面，从而使其表面温度快速下降。

摘要:马铃薯储藏过程中，在高温、缺氧等环境下，极易产生黑心病等内部缺陷，严重影响马铃薯加工品的品质和原料加工利用率。黑心病薯无法从外观分辨，传统检测方法需要将马铃薯切开后判断，仅适用于抽样检测。基于自主研发的马铃薯内部品质光谱检测装置进行光谱数据采集，分别采集234条健康马铃薯和236条黑心病马铃薯能量谱和吸光度谱数据用于判别模型建立，采用随机法按3∶1将样本集划分为校正集和验证集，以灵敏度、特异性指数、分类正确率作为模型评价指标。基于吸光度谱，经标准化（Auto）预处理后，在波段500~950nm范围内建立马铃薯黑心病偏最小二乘线性判别模型（PLS-LDA），并通过竞争性自适应重加权法与连续投影法（CARS-SPA）进行联合变量筛选，最终采用9个变量，对黑心病判别的灵敏度、特异性指数、总分类正确率分别达98.87%、98.30%和98.44%。基于能量谱，采用双波长相关系数法，分别计算任意波长对组合的能量差值和比值，与黑心病进行相关分析，最终采用2个变量能量比值T699/T435建立线性判别模型（LDA），对黑心病判别的灵敏度、特异性指数、总分类正确率分别达97.71%、96.15%和97.67%。因此，基于吸光度谱的CARS-SPA-PLS-LDA模型和基于能量谱的(T699/T435)-LDA模型均可有效识别马铃薯黑心病，与吸光度谱模型相比，能量谱模型仅采用2个变量，模型更简单稳定，并且解决了白背景与暗电流2个参比限制的难题，适用性更广泛。

摘要:为解决无人化水田植保机在田间作业时上线速度慢、精度不高和抗干扰能力差的问题，提出了一种基于快速幂次趋近律和全局滑模控制的水田植保机路径跟踪控制方法。首先建立了含有滑移干扰项和航向角干扰项的水田植保机四轮异相位转向运动学模型，提出了一种基于全局滑模控制和快速幂次趋近律的直线作业跟踪转向控制算法，解决了滑模控制算法的抖振和趋近模态对干扰敏感的问题，使用Lyapunov判据检验了算法的收敛性。使用Matlab建立了仿真模型，对算法进行了仿真，相比基于指数趋近律和等速趋近律的滑模控制算法，本文算法的快速性更好。实际作业实验结果表明，该方法直线跟踪横向偏差绝对值最大为0.0778m，能够有效提高自主导航控制系统的稳定性和快速性。

摘要:为提高同步转向高地隙喷雾机轨迹跟踪的稳定性与鲁棒性，提出一种基于模型预测控制理论的模糊自适应轨迹跟踪方法。首先，基于刚体运动学以及几何约束推导出喷雾机的非线性运动学模型，并对该运动学模型进行简化；然后，基于简化的运动学模型建立喷雾机的状态预测模型；最后，结合实际工况设计了模糊自适应预测控制器。仿真试验表明：与传统的预测控制器相比，模糊自适应预测控制器的跟踪速度更快、稳定性更好。场地试验表明：在进行初始误差2.5、5m的直线轨迹跟踪以及无初始误差的圆形轨迹跟踪时，其平均误差分别为0.0442、0.0602、0.0901m。本文建立的喷雾机运动学模型可以很好地体现同步转向高地隙喷雾机的运动特点，设计的模糊自适应预测控制器可以保证喷雾机路径跟踪的准确性和鲁棒性。

摘要:基于虚关节法和构件有限元分析建立了考虑驱动副、滚珠丝杆副、线性导轨和运动杆件弹性变形的3T1R混联机构静刚度矩阵模型。通过在构件末端添加多自由度虚拟关节的方式来等效构件的弹性，将支链等效为一系列刚性构件，通过主动副、被动副以及虚拟关节连接的形式，给出了运动关节和虚拟关节变量对机构末端位姿的映射，应用虚功原理得到机构静平衡方程，推导了机构在一定外载下的刚度矩阵模型，采用无量纲变换法定义了局部线刚度和角刚度评价指标与全局线刚度和角刚度评价指标，据此分析了混联机构在典型位姿和工作空间域内的静刚度性能，并利用有限元仿真验证了刚度模型的准确性。结果表明，所建半解析刚度模型具有较高的精度；机构z向线刚度在工作空间内关于x=y轴线对称分布；机构x向、y向的线刚度沿x轴、y轴方向不变，具有解耦性；机构线刚度远大于角刚度。

摘要:针对常规方法难以有效求解冗余机械臂逆运动学的不足，提出了一种基于改进果蝇优化算法的逆运动学解决方案。改进算法采用线性候选解产生机制，克服了基本果蝇优化算法不能搜索负值空间及无法在指定的区域内均匀搜索的缺陷。通过混合学习嗅觉搜索策略的构建，有效增强并合理平衡算法的全局探索与局部开发。此外，通过视觉实时更新策略的引入，提升了算法的搜索效率及加速了算法的收敛速度。以7自由度冗余机械臂的逆运动学求解为例展开对比试验分析，结果表明所提出算法在寻优速度、精度以及结果稳定性等方面明显优于对比算法，说明该方法能够有效解决冗余机械臂的逆运动学问题。

摘要:设计了一种由压电作动器驱动的微操作机构。基于柔顺机构原理设计了桥式位移放大机构，以改善压电作动器的输出位移。利用伪刚体法和Euler-Bernoulli柔性梁理论建立微操作机构的静力学模型，并通过Lagrange方法推导出其动力学方程，进而获得机构的自然频率。借助于差分进化算法进行柔性铰链几何尺寸优化，并与计算机有限元仿真分析进行交叉验证。最后，实验验证了所提出微操作机构能够获得位移放大倍数为9.8和行程为180μm；在基于观测器PID控制下，机构位移均方根误差和最大位移误差分别为0.071、0.128μm。本文提出的微操作机构具有精度高、鲁棒性强的运动效果。