摘要:农业机器人是机器人领域重要分支，农业机器人代替人工作业成为现代农业发展的重要趋势。本文给出了农业机器人定义和分类，分析了农业机器人国内外发展现状、应用需求和技术挑战，划分了农业机器人3个发展阶段。通过对各类应用场景农业机器人的研究分析，提出了农业机器人的物境信息智能感知、智慧决策与智能控制、灵巧臂手精准作业、自主导航稳定行走、端-边-云协同机器人系统5大技术要素，阐明了农业机器人关键技术发展趋势，给出了其技术标准体系架构方案。指出了农业机器人共性关键技术是助推智能农机升级、智慧农业产业快速发展的重要抓手，同时指出我国农业机器人正进入快速发展期，也是我国追赶国际技术前沿的战略机遇期，最后为我国农业机器人产业发展提供了方向性建议。

摘要:分析秸秆-土壤-机具之间的交互关系，明确秸秆运动规律及分布效果，对秸秆管理及耕作机械优化设计具有重要的作用。为探究秸秆-土壤-旋耕机交互下的关键作业参数对秸秆位移和埋覆效果的影响，利用Design-Expert软件，根据Box-Behnken试验原理进行了室内土槽试验。以旋耕埋草作业中的秸秆长度、耕作深度、刀轴转速为影响因素，以秸秆位移和埋覆率为指标进行三因素三水平的二次回归正交试验。通过建立响应面数学模型，分析了各因素对旋耕埋草效果的影响。试验结果表明：影响秸秆埋覆率和位移的主次顺序为耕作深度、秸秆长度、刀轴转速；秸秆长度与耕作深度交互作用对秸秆埋覆率和位移影响显著，其余参数交互作用不显著。多目标优化结果表明：当秸秆长度为5cm、耕作深度为14.99cm、刀轴转速为320r/min时，埋草效果最优，其对应指标秸秆埋覆率与位移分别为95.5%和27.6cm。利用优化后的参数进行试验验证，秸秆埋覆率与位移分别为93.3%和28.1cm。研究结果可为旋耕埋草作业参数调整提供参考，为秸秆-土壤-机具交互机理研究提供理论支撑。

摘要:山地履带拖拉机（配备姿态调整机构）具有良好的稳定性和越障性能，特别适宜在丘陵山区坡地作业，然而由于坡地角的存在导致拖拉机两侧履带下的应力分布极不均匀，使得拖拉机附着性和通过性均降低。本文针对山地履带拖拉机坡地等高线行驶/作业时，坡地土壤内部应力分布规律不明确以及如何提高应力均匀性缓解土壤压实等问题，在深入分析坡地工况下履带最大接地比压与应力传递基本规律的基础上，采用EDEM-RecurDyn耦合方法进行了仿真试验，并采取土压力盒埋设法分别开展了基于小型坡地土槽的静态试验和坡地试验田的动态试验；其中，静态试验探究了不同深度土壤在含水率、初始紧实度、加载质量及坡地角等影响下的垂直应力分布规律；动态试验探究了山地履带拖拉机坡地等高线行驶/旋耕作业时履带下方土壤应力随作业速度、车身状态（调平/未调平）及牵引负载的变化规律；并分析了履带张紧力对土壤垂直、水平应力分布的影响。试验结果表明：履带下垂直应力在各支重轮的轴线处呈现一个应力峰值；水平应力在各支重轮轴线的前、后方分别出现一个应力峰值；适当增大作业速度，可减小土壤内部垂直和水平应力峰值，拖拉机速度由0.5km/h增加到1.5km/h，垂直应力峰值减小了35%，水平应力峰值减小了27%；车身调平可以较好地提高拖拉机两侧履带下土壤垂直、水平应力分布的均匀性，坡低、坡高两侧的垂直应力峰值分别降低13%和增加18%，坡低、坡高两侧的水平应力峰值分别降低28%和增加23%；履带张紧力由1.2×104kPa减小到8.0×103kPa时，履带下的垂直及水平应力峰值分别减小了31%和22%，即适度减小履带张紧力可降低土壤压实程度。该研究可为山地履带拖拉机相关参数的优化提供理论依据，可提高坡地土壤应力分布均匀性、缓解土壤压实效应。

摘要:加种加肥是播种机组必不可少的作业环节，研究播种机组加种加肥参数与作业单元地块长度间的定量关系，对客观分析加种加肥参数随地块长度变化规律、提高播种机组的时间利用率具有重要理论和实际意义。基于播种机组实际作业组织需求，提出加种加肥行程比αw的概念，建立了3种加种加肥方式及有、无αw条件下，播种机组加种加肥点间距离、加种加肥量、加种加肥次数和加种加肥总时间等随作业单元地块长度变化关系的数学模型；结合试验数据采用Matlab计算，分别确定了4种典型播种机组以单侧加种加肥方式作业时4个加种加肥参数随作业单元地块长度的变化规律；明确了有、无αw条件下播种机组加种参数随地块长度均呈“两段一点”式变化规律；确定了当地块面积为5hm2时，单侧加种加肥方式作业条件下4种典型播种机组的加种参数不同段与其相同段的分界点及其可作业的地块长度上限点：约翰迪尔7830播种机组的地块长度段分界点为575m、可作业地块长度上限点为1151m，维美德171播种机组的分界点为438m、上限点为1031m，常发504播种机组的分界点为457m、上限点为1035m，黄海254播种机组的分界点为517m、上限点为1035m。研究结果完善了农业机组运用的相关理论，为有效提高机组的时间利用率及作业效率提供了理论和技术支撑，为播种机组作业规划、农业机械化高质量发展提供了科学依据。

摘要:针对现有油菜机械离心式集排器分种机构种子流分配不均导致各行排量一致性较低的问题，设计了一种基于Bezier曲线模型的旋转盘式精量集排器。阐述了集排器的工作原理，利用Bezier曲线切矢性及无曲率突变特性构建了其分种装置导叶曲线参数方程，建立种子在旋转盘上的力学模型，确定了影响分种性能的关键结构参数及范围。运用EDEM离散元仿真软件开展了导叶各结构参数对各行排量一致性变异系数影响的二次正交组合试验，结果表明：影响各行排量一致性变异系数的因素主次顺序为导叶入口角、导叶出口角、导叶叶片数及导叶包角，且较优参数组合为导叶入口角36°、出口角26°、包角55°、叶片数8。基于较优参数组合开展集排器在不同转速下的排种性能台架验证试验，结果表明：集排器可根据播量需求适应不同转速范围，当转速为60~100r/min时，油菜各行排量一致性变异系数低于3.9%、单行排量稳定性变异系数低于4.6%、破损率低于0.5%。田间试验表明，机组作业速度为4.15km/h时，油菜各行植株分布一致性变异系数低于14%，满足油菜播种要求。

摘要:为节省工时，提高劳动效率，提出了一种旱地钵苗移栽复式作业机；并针对作业机栽植轨迹不理想导致钵苗栽植合格率低以及栽植器粘土堵塞导致漏苗率高的问题，优化设计了移栽复式作业机栽植机构。该机构由曲柄、平行摇杆、摆杆及夹指式栽植器构成，实现接苗、运苗、扶苗栽植和复位功能，使栽植轨迹和运动姿态满足栽植农艺要求。夹指式栽植器为敞开式结构，夹指在注水冲刷与闭合瞬间振动的作用下，解决了传统鸭嘴栽植器粘土堵塞的问题。建立栽植机构运动学模型，基于Visual Basic 6.0开发计算机辅助优化设计软件，多目标参数优化设计得出满足农艺要求的移栽运动轨迹和栽植机构参数；建立栽植机构三维模型，利用ADAMS运动学仿真分析，验证了栽植机构优化设计的合理性；样机田间试验表明，在钵苗高度约为15cm、作业速度20m/min工况下，钵苗栽植合格率达98.1%、漏苗率0.4%、株距变异系数4.3%、栽植深度合格率96.5%，满足旱地钵苗移栽要求。

摘要:针对传统稻茬麦机播设备费工费时、效率低下的问题，对稻茬麦覆秸还田播种机均匀抛撒机构的作业机理进行了研究，并进行了抛撒作业的原理分析、作业过程的受力分析。在EDEM中构建了粉碎后水稻秸秆的模型，对其抛撒过程的运动进行了仿真分析、运动特性研究、运动速度变化和轨迹分析。在仿真分析和理论分析基础上，利用Design-Expert软件开展响应面分析，以抛撒作业幅宽合格率Y1、抛撒不均匀度Y2作为稻茬麦覆秸还田播种机抛撒叶轮机构作业的评价指标，以抛撒叶轮杆齿形打散叶片数、抛撒叶轮倾斜角、抛撒叶轮回转轴转速作为试验因素，对机具均匀抛撒叶轮机构进行优化试验。软件优化的最佳机具参数为：抛撒叶轮杆齿形打散叶片数为4排、抛撒叶轮倾斜角为向上倾斜15°、抛撒叶轮回转轴转速为1195r/min，此时抛撒作业幅宽合格率和抛撒不均匀度的优化值分别为80.79%和9.24%，在此基础上进行了田间验证试验，调整到最佳参数时，抛撒作业幅宽合格率和抛撒不均匀度的实际作业平均值分别为80.84%和9.32%，满足作业要求，误差小、符合预期结果，说明仿真试验结果可靠且机具作业效果良好。

摘要:针对前期正向设计得到的三移栽臂水稻钵苗移栽机构应用中存在绝对运动轨迹回程段前倾造成秧苗回带，以及推苗角偏小造成推苗直立度差的问题，提出一种基于局部运动轨迹的反求设计方法完成三臂回转式水稻钵苗移栽机构设计。首先，分析机构绝对运动轨迹和相对运动轨迹之间关系，结合原机构存在的问题预设局部较理想绝对运动轨迹回程段轨迹、取推苗角，确定移栽机构局部相对运动轨迹关键位置点，应用三次非均匀B样条曲线拟合生成相对运动轨迹；然后，建立基于相对运动轨迹的移栽机构反求设计模型，开发了基于Matlab的反求设计辅助分析软件，优化获得满足设计目标的移栽轨迹和机构参数；最后，对三臂回转式水稻钵苗移栽机构进行了结构设计、虚拟仿真与样机试验，结果表明：仿真轨迹、样机试验轨迹与理论计算轨迹基本一致，且移栽臂推秧角较原机构增大了9.08°以上、绝对运动轨迹回程高度大于120mm、取推苗角度差与秧箱实际安装角误差控制在±2°以内，满足水稻钵苗高直立度移栽要求，验证了所提出方法和三臂回转式水稻钵苗移栽机构设计的正确性。

摘要:为满足玉米籽粒收获机对大喂入量玉米脱出物的清选要求，设计了一种使玉米脱出物在进入清选装置时分流的双层筛孔式抖动板。对玉米脱出物离开抖动板到达振动筛前的运动进行了分析，确定了上、下抖动板相对于振动筛的位置，并参考圆孔筛确定了上抖动板筛孔的分布和尺寸。以抖动板的安装倾角、振幅和频率作为试验因素，以振动筛筛分玉米脱出物时间、清选系统收集籽粒的清洁率和损失率为性能评价指标，基于CFD-DEM耦合仿真方法确定各试验因素对性能指标的影响，并设计了二次正交旋转中心组合试验，建立了各因素与指标之间的回归数学模型。在清选系统入口气流速度、气流方向角和玉米脱出物喂入量分别为12.8m/s、25°和7kg/s的条件下，获得最优参数组合：抖动板安装倾角、抖动板频率、抖动板振幅分别为-3.85°、5.62Hz、44.77mm，此时清选系统收集的籽粒清洁率为98.36%，籽粒损失率为1.45%，振动筛筛分玉米脱出物时间为6.74s，并通过台架试验验证了仿真结果的准确性，相比于带有单层抖动板的清选系统，籽粒清洁率提高了1.72个百分点，损失率降低了0.84个百分点，振动筛筛分玉米脱出物时间缩短了0.57s。

摘要:针对油菜联合收获分行剪切落粒多、损失高的问题，提出了油菜割台分行损失气力回收方法，设计了正负气压组合式油菜割台分行落粒回收装置。通过正压气流导向收集分行散落物料，并由负压气流定向输送回割台，实现回收减损。基于Fluent构建了回收管内部流场仿真分析模型，单因素试验确定了喉管直径、喉管倾角分别为70mm、120°，在一定范围内负压气流速度随渐扩角、渐缩角的增大而减小且存在交互作用；以进风口直径、渐缩段长度、出风口直径和渐扩段长度为试验因素，以负压气流速度为评价指标，开展了四元二次回归正交组合试验，结果表明影响负压气流速度的主次顺序为渐扩段长度、进风口直径、渐缩段长度、出风口直径，较优参数组合为进风口直径94mm、渐缩段长度38mm、出风口直径115mm、渐扩段长度350mm；建立了回收装置内部流场-物料CFD-DEM耦合仿真模型，研究了正压、负压气流速度对物料回收效果的影响，结果表明物料回收率随正压气流速度的升高先增大后减小、随负压气流速度的升高持续增大，明确了较优正压气流速度为20m/s；基于正、负压气流流量分析，确定了气流分配器中两路气流通道的截面积之比为1∶3；田间试验表明装备分行落粒回收装置后油菜割台损失率、竖割刀损失率分别为1.26%、0.39%，分别下降了21.8%、47.3%，有效降低了分行损失和割台损失。

摘要:针对油茶人工采收效率低，劳动力成本大，且油茶果成熟期短、花果同期等问题，设计了可实现连续振动落果和收集的履带式高地隙油茶果振动采收机。采收机采用骑跨式车架沿油茶树种植行行走，利用曲柄摇杆机构驱动多排阵列的指排杆按照一定的运动轨迹对树冠两侧同时击打作业，落果通过收集板汇集后输送到果箱。根据击打轨迹对采收机击打装置的曲柄摇杆机构进行设计，并用ADAMS软件验证指排架运动轨迹。通过ANSYS软件对击打装置机架和采收机车架进行有限元模态分析，获得其前6阶固有频率，确定其不会发生共振。为接收振动掉落的油茶果，设计了高低错落分布的收集板，不仅能接收落果，且能顺利避开树干，实现整机在运动中完成振动落果和收集作业。最后，加工装配振动采收机样机，在击打液压马达转速为360r/min条件下进行油茶林地整机试验，试验结果表明，油茶果采收率为87.56%，花苞掉落率为25.86%，满足油茶果采收要求。

摘要:玉米定向播种即种子尖端朝向一致和胚面朝向一致，可明显提高产量。为了实现玉米种子胚面定向，设计了一种基于振动排序的玉米种子胚面定向装置。设计了胚面定向装置螺旋轨道上的选向机构和定向机构，探明了玉米种子胚面定向原理，确定了选向机构和定向机构的尺寸参数和空间位置。采用试验方法对该装置的最佳工作参数进行了优化。以控制器输出电压、翻面机构1终点到侧壁的垂直距离和翻面机构1终点到轨道表面的垂直距离为试验因素，以胚面定向成功率为评价指标，进行了三因素三水平的Box-Behnken旋转正交试验。试验结果表明：控制器输出电压101V、翻面机构1终点到侧壁的垂直距离4.38mm、翻面机构1终点到轨道表面的垂直距离7.96mm为最优参数组合。在最优参数组合条件下，胚面定向成功率为94.82%，且排料速度可达85个/min。为验证玉米种子胚面定向装置对不同品种玉米的适应性，进行了品种适应性试验，试验结果表明所选的玉米品种的胚面定向成功率均大于91%，满足设计要求。

摘要:为了探究气力输送中颗粒饲料的破损机理，针对当前缺乏颗粒饲料准确破损仿真模型的问题，利用EDEM仿真软件进行颗粒饲料破损离散元仿真参数标定研究。以粒径为250mm混养成鱼颗粒饲料为研究对象，通过基础试验测定了颗粒饲料本征参数；通过颗粒饲料休止角试验、碰撞恢复系数标定试验和落料时间，结合试验优化设计方法，确定了饲料间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数为0.58、0.23、0.12，饲料和软塑料（软PVC）间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数为0.69、0.22、0.18；通过颗粒饲料单轴压缩破碎试验和仿真试验，结合响应面优化确定了单位面积法向刚度、单位面积切向刚度、临界法向应力、临界切向应力，分别为2.25×109N/m3、8.05×108N/m3、455MPa、305MPa。以确定的参数进行休止角仿真试验、单轴压缩仿真试验，结果表明，休止角、破碎力、落料时间的仿真值与实测值相对误差分别为0.35%、1.43%、2.81%；通过自由落料、斜面滑动、斜面滚动试验对粘结模型接触参数进行验证，结果表明，粘结模型接触参数设置合理。

摘要:包膜肥料是在粒状水溶性肥料表面涂覆半透水性或不透水性物质，养分通过包膜的微孔、缝隙慢慢释放出来，节肥增效作用显著。包膜肥料的养分释放特性与包膜层材料、结构紧密相关，目前常用的排肥器在排施肥料过程中会对肥料颗粒造成不同程度的机械损伤，导致包膜层破坏。为设计适用于包膜肥料无损排施的排肥器，同时缩短研发周期，采用离散元软件中的Bonding模型建立肥料颗粒仿真模型。为提高仿真精度，需对Bonding模型进行参数标定。首先通过单轴压缩试验得到包膜肥料颗粒的实际极限破碎位移和极限破碎载荷，在离散元软件中以此为目标依次通过Placket-Burman试验、Steepest ascent试验和Box-Behnken试验确定最优的Bonding模型参数组合。最优条件下单轴压缩试验表明，极限破碎位移和极限破碎载荷与实际值的相对误差分别为0.222%、0.554%。借助外槽轮排肥器验证所得标定参数组合的可靠性，以肥料颗粒破碎率为指标，得到实际与仿真中肥料颗粒破碎率相对误差不大于11.40%，满足施肥机械设计参数优化需求，可为研究包膜肥料颗粒机械破碎机理、优化设计无损排施的新型排肥器提供参考。

摘要:针对传统植保喷杆喷雾机作业时各喷头以同等药量喷洒的方式导致农药浪费、利用率低和污染环境等问题，以生长前期的小麦为研究对象，设计一种基于北斗定位系统和机器视觉的小麦变量喷雾作业系统。通过双平面高度投影法完成对感兴趣区域获取，研究了速度、植株密度对喷雾的影响，提出变量喷雾流量的控制方法。在定位系统规划的目标区域内，通过机器视觉处理实现变量喷雾，试验结果表明，相同机组速度下，植株密度稀疏区相对植株密度正常区的平均雾滴覆盖率平均减少12.06%；相同植株密度下机组前进速度0.75m/s相对1.50m/s的平均雾滴覆盖率平均增加3.94%。在满足喷雾标准的情况下，可以在不同速度、不同植株密度下实现变量喷雾。为验证目标区域边界行驶速度对等级变换准确度，进行定位传感器实时判断在目标区域边界喷头相对位置并控制开闭，试验结果表明，在行驶速度为0.50m/s时准确度最高，区域边界行驶超出量误差平均值为48.72cm；为验证行驶方式对喷雾等级变换准确度的影响，使用北斗定位系统在目标区域边界开展行驶方式对喷雾等级变换准确度的影响试验，试验结果表明，驶入目标区域超出量误差平均值为7.20cm。

摘要:针对甘蔗横向种植对落种质量要求高的问题，基于有效落种空间形成条件，设计了一种组合式甘蔗横向种植开沟器，主要由防漏犁、旋耕部件和开沟犁构成。通过分析落种运动与土壤运动规律，确定影响落种效果的因素以及各关键部件的结构参数。以旋耕转速、工作深度和前进速度为试验因素，以有效落种深度、旋耕功耗和开沟阻力为试验指标开展田间正交试验，探究作业参数对开沟器性能的影响规律。试验结果表明，工作深度对有效落种深度、旋耕功耗和开沟阻力有极显著影响；旋耕转速对旋耕功耗有极显著影响；前进速度对旋耕功耗有显著性影响。使用较优作业参数组合进行验证性试验的结果表明，在旋耕转速为200r/min、工作深度为30cm和前进速度为1.20m/s时，有效落种深度为29.9cm，落种深度稳定性系数为97.6%，覆土厚度为8.8cm，浮土厚度为3.4cm，旋耕功耗为34.0kW，单侧开沟阻力为14.1kN，开沟器性能指标满足甘蔗横向种植的落种要求。

摘要:压力脉动是影响水泵水轮机运行稳定性的主要因素。现有研究更多关注高频压力脉动的频域和传播特性，而小于叶频的低频也是压力脉动的主要来源。采用试验方法研究压力脉动可以得到更准确的结果，不易遗漏主要频率成分。通过从蜗壳到尾水管布置不同的压力脉动监测点，采用试验方法研究了水泵水轮机分别在水轮机和水泵工况时，过流部件内压力脉动高频成分和低频成分的上下游传播特性。结果表明，水轮机和水泵工况下，无叶区压力脉动幅值最大，主频为叶频及其倍频，向上下游传播时，急剧减少，传播性较弱；压力脉动幅值较小的转频，向上下游传播时衰减较少，具有较强的传播性；其它监测点处小于叶频的频率成分增加。水轮机工况时，形成于蜗壳进口和锥管处小于转频的低频频率，具有较强的传播性，而转轮可以削减其传播能力。水泵工况时，小于叶频的频率成分大多在无叶区最大，向上下游传播时有所衰减；低频f/fn=0.006具有较强的上下游传播特性，偏离最优工况时，向上游传播会有所增强；转频的倍频f/fn=3的压力脉动幅值较小，但在整个流道中无衰减。

摘要:准确识别地表变化的时空信息，有助于探究地表自然环境和生态系统发展演变的规律，支撑相关的科研与行政管理工作。本文以河南某生态保护修复工程部分实施范围为研究区域，基于Google Earth Engine（GEE）云平台，以2013—2020年的98景Landsat8/OLI遥感影像作为数据源，应用Breaks for additive season and trend（BFAST）算法对地表变化进行了信息提取和制图。首先基于GEE云平台对Landsat8/OLI地表反射率数据集进行调用和预处理，基于CFMask算法对遥感数据集进行云影掩膜，开展光谱指数（植被指数NDVI）的计算以及时间序列数据集的构建。其次基于时序数据集与BFAST算法构建由趋势项、季节项和残差项组成的广义线性回归模型，通过最小二乘法求解模型中的未知参数集，以此进一步构建时序拟合模型，而后基于残差的Moving sums（MOSUM）方法对时序结构变化进行检测。最后从检测结果中抽取像元样点，通过与Google Earth高分辨率影像数据叠置和目视解译，开展结果验证和精度评价。结果表明，本文提出的方法在研究区的时序地表变化检测中具有较高的检测精度（总体精度为83.7%，2018—2020年分年度检测结果精度分别为86.5%、80.7%、87.7%）。本文提出的方法是遥感大数据库构建、地表生态信息近实时变化扰动识别和监测等技术的一种基础方法，能够对国土空间生态保护修复调查监测和评估预警等工作提供技术支撑和决策支持。

摘要:为揭示耕地利用转型的碳排放时空分异特征，以松花江流域哈尔滨段为例，基于网格单元法和碳排放系数，测度1990—2020年耕地利用转型的碳排放强度，并借助重心分析、探索性空间数据分析、冷热点分析工具和地理探测器等研究方法揭示耕地利用转型的碳排放空间异质性与形成机理。结果表明：1990—2020年耕地面积呈下降趋势，耕地与建设用地、林地之间的转型最为剧烈，耕地主要转型为建设用地。1990—2020年耕地利用转型碳排放量呈上升趋势，由1990—2000年的3704.12t增加到2010—2020年的35656.29t，增加了近8.63倍，耕地利用转型碳排放最终呈现为碳源形式。1990—2020年耕地利用转型碳排放重心基本保持稳定，向东移动了15.17km，其中1990—2010年重心移动距离最大，呈现东北地区碳排放恶化，而西南地区碳排放明显改善的特点。1990—2020年耕地利用转型碳排放非随机分布，具有较强的空间集聚性，热点区主要围绕南岗区向周围边界扩散，冷点区零星点状分布在东南部地区。与城镇中心距离是耕地利用转型碳排放的主控因子，各因子之间交互作用以双因子增强为主，其中土地利用程度与年平均降水量、与城镇中心距离之间的相互作用解释力较强，耕地利用转型碳排放空间分异特征是多因子共同作用的结果。

摘要:为探究同化遥感数据对监测区域尺度土壤含盐量时空信息的适用性，以河套灌区沙壕渠灌域为研究区，以高分一号卫星影像为数据源，通过灰度关联法筛选光谱指数，采用岭回归法构建不同深度的土壤含盐量反演模型，使用集合卡尔曼滤波同化算法将遥感数据应用于HYDRUS-1D模型中，开展区域尺度不同深度土壤含盐量的同化研究。结果表明，基于不同深度土壤含盐量的岭回归法模型，其R2均在0.64以上，RE为0.14~0.22，反演精度较高，得到的反演值较为准确；在单点尺度上，与模拟值、反演值相比，同化值更接近实测值，其EFF为0.84~0.93，NER为0.61~0.73，均为正数，且RMSE降低到0.006%~0.011%，提高了HYDRUS-1D模型模拟精度；在区域尺度上，不同深度同化值的r均为0.94以上，NER为0.61以上，优于模拟值和反演值，且同化精度随着深度的增加而降低。本文基于遥感数据和HYDRUS-1D模型的集合卡尔曼滤波同化研究，提高了土壤含盐量的模拟精度，对提高监测区域尺度土壤含盐量时空信息的精度具有一定的参考价值。

摘要:针对当前快速准确获取叶面积指数（Leaf area index，LAI）时大部分遥感预测方法将光谱信息作为模型主要特征，忽略时序变化特征的问题，利用无人机搭载五通道多光谱相机获取研究区玉米不同生育期的影像数据，基于该数据计算玉米相应生育期植被指数，然后采用植被指数建立各生育期子模型，采用Shapley理论计算子模型均方根误差对全生育期模型均方根误差的贡献度，从而确定各子模型权重，根据权重组合形成具有LAI时序变化特征的估算模型，分别基于支持向量回归（SVR）、多层感知机（MLP）、随机森林（RF）和极限梯度提升树（XGBoost）算法构建组合估算模型。结果表明：采用Shapley理论构建的组合LAI估算模型估算效果优于直接构建的全生育期LAI估算模型。相较于SVR-Shapley、MLP-Shapley以及RF-Shapley模型，XGBoost-Shapley模型的估算效果最佳（R2为0.97，RMSE为0.021，RPD为6.9）。将最优模型XGBoost-Shapley应用于研究区LAI预测，预测结果符合不同生育期玉米长势。本研究为大田玉米长势遥感监测提供了新的思路和方法。

摘要:为解决遥感图像河流精细化提取问题，提出一种改进LinkNet模型的分割网络(AFR-LinkNet)。AFR-LinkNet在LinkNet基础上引入了残差通道注意力结构、非对称卷积模块以及密集跳跃连接结构，并用视觉激活函数FReLU替换ReLU激活函数。残差通道注意力结构可以强化对分割任务有效的特征，以提高模型的分类能力，得到更多的细节信息。利用非对称卷积模块进行模型压缩和加速。使用FReLU激活函数提升网络提取遥感图像河流的精细空间布局。在寒旱区河流数据集上的实验结果表明，AFR-LinkNet网络相较于FCN、UNet、ResNet50、LinkNet、DeepLabv3+ 网络交并比分别提高了26.4、22.7、17.6、12.0、9.7个百分点，像素准确率分别提高了25.9、22.5、13.2、10.5、7.3个百分点;引入非对称卷积模块后，交并比提高了5.1个百分点，像素准确率提高了2.9个百分点，在此基础上引入残差通道注意力结构之后，交并比又提高了2.2个百分点，像素准确率提高了2.3个百分点，证明了其对河流细节识别效果更好。

摘要:针对玉米种子在外观品质检测中需要快速识别与定位的需求，提出了一种基于改进YOLO v4的目标检测模型，同时结合四通道（RGB+NIR）多光谱图像，对玉米种子外观品质进行了识别与分类。为了减少改进后模型的参数量，本文将主干特征提取网络替换为轻量级网络MobileNet V1。为了进一步提升模型的性能，通过试验研究了空间金字塔池化（Spatial pyramid pooling, SPP）结构在不同位置上对模型性能的影响，最终选取改进YOLO v4-MobileNet V1模型对玉米种子外观品质进行检测。试验结果表明，模型的综合评价指标平均F1值和mAP达到93.09%和98.02%，平均每检测1幅图像耗时1.85s，平均每检测1粒玉米种子耗时0.088.s，模型参数量压缩为原始模型的20%。四通道多光谱图像的光谱波段可扩展到可见光范围之外，并能够提取出更具有代表性的特征信息，并且改进后的模型具有鲁棒性强、实时性好、轻量化的优点，为实现种子的高通量质量检测和优选分级提供了参考。

摘要:针对油茶果体积小、分布密集、颜色多变等特点，为实现自然复杂场景下油茶果的快速精准定位，并依据果实的疏密分布，确定恰当的自动振荡采收装置夹持位置，利用YOLO v5s卷积神经网络模型，开展了自然环境下油茶果图像检测方法研究，用3296幅油茶果图像制作PASCAL VOC的数据集，对网络进行了150轮训练，得到的最优权值模型准确率为90.73%，召回率为98.38%，综合评价指标为94.4%，平均检测精度为98.71%，单幅图像检测时间为12.7ms，模型占内存空间为14.08MB。与目前主流的一阶检测算法YOLO v4-tiny和RetinaNet相比，其精确率分别提高了1.99个百分点和4.50个百分点，召回率分别提高了9.41个百分点和10.77个百分点，时间分别降低了96.39%和96.25%。同时结果表明，该模型对密集、遮挡、昏暗环境和模糊虚化情况下的果实均能实现高精度识别与定位，具有较强的鲁棒性。研究结果可为自然复杂环境下油茶果机械采收及小目标检测等研究提供借鉴。

摘要:针对模糊水下图像增强后输入鱼类检测模型精度降低的问题，提出了模糊水下图像多增强与输出混合的鱼类检测方法。利用多种图像增强方法对模糊的水下图像进行增强，将增强后的图像分别输入鱼类检测模型得到多个输出，对多个输出进行混合，然后利用非极大抑制方法对混合结果进行后处理，获得最终检测结果。YOLO v3、YOLO v4 tiny和YOLO v4模型的试验结果表明，对比原始图像的检测结果，本文方法的检测精度分别提高了2.15、8.35、1.37个百分点；鱼类检测数量分别提高了15.5%、49.8%、12.7%，避免了模糊水下图像增强后输入鱼类检测模型出现精度降低的问题，提高了模型检测能力。

摘要:针对水稻稻纵卷叶螟和二化螟成虫图像识别中自动化程度较低的问题，引入目标检测算法YOLO v5对监测设备和诱捕器上的稻纵卷叶螟和二化螟成虫进行识别与计数。依据稻纵卷叶螟和二化螟的生物习性，采用自主研发的水稻害虫诱集与拍摄监测装置，自动获取稻纵卷叶螟和二化螟成虫图像，并与三角形诱捕器和虫情测报灯诱捕拍摄的稻纵卷叶螟和二化螟成虫图像共同构建水稻害虫图像数据集；采用左右翻转、增加对比度、上下翻转的方式增强图像数据集；对比了不同训练模型对三角形诱捕器和监测设备诱捕拍摄的水稻害虫图像的检测性能，并对比稻纵卷叶螟成虫不同训练样本量对识别结果的影响，用精确率、召回率、F1值、平均精度评估各模型的差异。测试结果表明，测试集图像为三角形诱捕器和监测设备诱捕拍摄虫害图像时，稻纵卷叶螟识别的精确率和召回率分别达到91.67%和98.30%，F1值达到94.87%，二化螟识别的精确率和召回率分别达到93.39%和98.48%，F1值达到95.87%。不同采样背景、设备构建的多源水稻害虫图像数据集可以提高模型对水稻害虫识别的准确性。基于YOLO v5算法设计的水稻害虫识别计数模型能够达到较高的识别准确率，可以用于稻纵卷叶螟和二化螟成虫的田间种群监测。

摘要:针对番茄叶片型病害在早晚期具有类内差异大、类间差异小的特点，常规神经网络对此类病害的分类效果不佳的问题，提出了基于Res2Net和双线性注意力的番茄病害时期识别方法，通过多尺度特征和注意力机制，提高网络的细粒度表征能力。首先，提出EFCA通道注意力模块，在不降维的基础上，使用二维离散余弦变换代替全局平均池化，以减少常规通道注意力获取时的信息丢失。其次，在外积之后加入最大池化和concat操作，避免双线性融合后因维度过高导致的特征冗余。在7种不同种类和14种不同程度病害番茄叶面型病害数据集实验中，本文方法分类准确度分别为98.66%和86.89%。

摘要:针对现有封闭式种猪性能测定站自动化程度不高、无法提供种猪体尺信息等问题，设计了一种集种猪自动识别、体质量自动称量、采食量自动统计、体尺自动测量于一体的封闭式种猪性能测定站。该系统机械部分采用前后端分离设计，通过设计采食门装置和门禁装置为种猪提供封闭测量环境，在此基础上，基于FIR滤波设计了种猪体质量动态称量算法，基于椭圆拟合设计了种猪理想姿态筛选算法，并进一步提出了基于包络分析的种猪体尺测量算法。分别进行了利用实际猪群模拟种猪生长性能验证试验和体尺测量试验，试验验证结果如下： 生长性能试验猪群自由采食日均次数8.94次、日均采食时间92.93min、群体料肉比2.66，Logistic拟合的生长曲线拐点日龄为126.18d、拐点体质量72.70kg，符合猪群的生长规律；体尺测量试验中猪群能够筛选出理想姿态帧，体长、体宽、臀宽、体高、臀高等体尺的平均相对检测误差分别为3.69%、2.53%、2.60%、2.59%、2.17%，满足体尺测量要求。试验结果表明，本文设计的封闭式种猪性能测定站可用于种猪的生产性能测定，能够同时提供种猪体质量、采食量和体尺等信息，提高育种效率。

摘要:为结合环境因素进行植物根系三维建模，分析根系生长机理，提出了一种模拟根系与环境交互的动态生长可视化算法。该算法以根尖与环境的交互为主导，首先计算每个根尖吸收到的养分含量，再根据内部资源分配机制并采用环境影响的缩放函数调节根尖的伸长率与侧根密度，同时结合所受到的向性与障碍物的阻挡因素，实时调整生长方向。提供了根茎形状与根系整体形态的控制方法，包括编辑根茎形状的模板曲线、设定资源分配权重和向性权重等。对不同类型的根系，以及不同土壤环境下（包括各种养分分布、障碍物与盆壁影响）的根系进行了模拟实验。实验结果表明，所提出的算法具有为多类植物根系建模的泛化能力，并且能够合理地表现与环境的交互过程。

摘要:为解决水培生菜包装前分选机械化程度低、分选任务重的问题，结合深度学习方法设计了一种异常水培生菜自动分选系统。该系统由信息感知、信息处理以及分选动作执行3个子系统组成。根据水培生菜异常叶片与正常叶片间差异性进行水培生菜分类，采用从下向上的三摄像头配合拍摄方式进行图像信息感知，并基于语义分割DeepLabV3+深度学习网络实现水培生菜图像信息实时处理，其处理性能为：平均联合交并比达83.26%，像素精度为99.24%，单幅图像处理时间为（193.4±4)ms。为便于实现异常水培生菜分选，基于水培生菜的表型及采收模式，设计了一种托架式异常水培生菜分选执行子系统，并以横向支撑杆角度、纵向支撑杆角度和步进电机转速为试验因素，以分选动作执行子系统的分选成功率为评价指标，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：横向支撑杆角度146°、纵向支撑角度150°、步进电机转速11r/min。依据参数最优组合进行性能试验，得到分选动作执行子系统的分选成功率为98%，异常水培生菜自动分选系统的分选成功率为95%，满足生菜冷藏运输技术标准要求。

摘要:森林中线、面特征较少等，导致LOAM算法去畸变及配准精度低、鲁棒性差，很难将该算法直接用于森林调查。为此以LOAM算法为基础设计了LiDAR SLAM森林样地调查系统，在SLAM系统工作流程中剔除了遮挡线特征，避免视点与立木切线点作为线特征参与运算；引入二次去畸变、二次配准等模块提高了去畸变、配准的鲁棒性及精度；该系统将激光雷达测量精度、位姿估计精度等先验信息引入去畸变及配准优化算法中，提高去畸变及配准精度。使用32线激光雷达扫描了4块32m×32m的森林样地，利用LiDAR SLAM森林样地调查系统完成样地建图，利用该点云提取的立木位置及胸径与参考数据对比，完成了新型SLAM样地调查系统在森林中建图精度的间接评估。结果显示：立木位置估计值在x、y轴方向的平均误差分别为-0.004m和-0.011m，x、y轴方向均方根误差分别为0.081m和0.083m；胸径估计值的偏差为0.25cm（相对偏差为1.18%），均方根误差为1.03cm（相对均方根误差为5.53%）；经与LOAM估计结果相比，改进系统获取的立木位置及胸径精度均提高。结果表明，所设计的LiDAR SLAM森林样地调查系统可用于多线激光雷达扫描森林样地数据的处理，是一种可精确进行森林样地调查的解决方案。

摘要:极化干涉合成孔径雷达（PolInSAR）估测森林结构参数中，数据受基线长度、信噪比、环境地形以及雷达波长的影响，尤其在复杂森林环境条件下，会导致观测到的复相干存在误差，从而影响最终的反演结果。为解决此问题，首先探讨了体相干选择对RVoG三阶段森林冠层高度反演的影响，以地相位为参考逐像素选择距离地相位最远的相干性作为体相干。其次改进了地相位估计方法，采用戴明回归(DMR)和正交回归(OGR)2种相干直线拟合方法来改进地相位的估计，并在DMR拟合方法中设置了不同的误差比（0.3和0.6）来比较地相位估计方法对RVoG三阶段森林冠层高度反演的影响。研究结果表明:以地相位为参考逐像素选择体相干的反演结果相较于直接使用HV极化通道的复相干γHV为体相干的反演精度有明显提升，决定系数（R2）由0.349增加到0.383，均方误差由7.097m2降低到5.755m2。在体相干优化选择的基础上，采用了戴明回归和正交回归对地相位估计方法进行了改进。表明基于最小二乘回归(LSR)地相位估计的RVoG三阶段反演精度最低，采用DMR和OGR进行相干线拟合的反演精度相较于LSR均有一定提升，所有反演结果的决定系数（R2）均在0.440左右，均方误差（MSE）均降低了2m2左右。研究结果说明采用RVoG三阶段方法反演森林冠层高度时，在复相干存在误差的情况下，用传统最小二乘回归(LSR)估计地相位进行高度反演会对结果带来一定误差，通过其他相干直线拟合方法来克服复相干误差的影响能改善最终的森林冠层高度反演结果，以地相位为参考选择体相干的反演方法也更为合理。

摘要:基于建三江垦区1995—2018年逐日气象数据，采用Penman-Monteith公式结合单作物系数法计算其主要作物水稻、玉米、大豆生育期的需水量，利用去趋势预置白（TFPW）的Mann-Kendall（TFPW-MK）研究3种作物需水量变化特征，并通过重标极差（R/S）分析法预测作物未来需水量变化趋势；借助通径分析法研究6个气象因子与作物需水量的相关性，识别了作物需水量变化的关键影响因子，并分析了关键影响因子变化与作物需水量变化趋势间的关系。结果表明：建三江垦区主要作物水稻、玉米、大豆全生育期需水量存在显著差异，3种作物多年平均需水量分别为484,84、425,91、319,11mm；影响水稻、玉米和大豆需水量的关键影响因子为平均气温、净辐射和日照时长，对作物需水量有明显增进作用；风速、相对湿度通过与其他因子协同作用对作物需水量有一定限制作用；在1995—2018年时间序列中，水稻和大豆的全生育期作物需水量呈上升趋势，玉米的全生育期需水量呈下降趋势；未来，水稻和大豆全生育期需水量呈上升趋势，玉米全生育期需水量呈降低趋势。研究可为该垦区作物灌溉水量分配和灌溉制度的制定提供决策依据。

摘要:为探明不同浓度氮肥溶液磁化前后土壤入渗特征和水氮迁移规律，采用恒定磁场强度300mT对质量浓度分别为0、0.4、0.7、1.1g/L的硝酸钾溶液进行磁化处理，以未磁化处理为对照，测定各处理溶液的电导率、pH值、溶氧量、表面张力、累积入渗量、湿润锋运移距离和入渗后不同土壤剖面水氮迁移分布。试验结果表明：磁化处理溶液溶氧量显著提高，电导率和表面张力显著减小，并随溶液浓度变化有显著影响，但对pH值无显著影响。氮肥溶液磁化入渗增大了相同入渗时间内的湿润锋运移距离和累积入渗量，Philip、Green-Ampt、一维代数入渗模型拟合所得参数土壤吸渗率S、饱和导水率Ks以及有效土壤水扩散率D-均增大，湿润峰处的土壤水吸力Sf、土壤水分特征曲线和非饱和导水率综合形状系数m均减小，增渗效果随氮肥溶液浓度增大而增大。磁化氮肥溶液可提高土壤持水能力，且随溶液浓度增大持水能力增强，一维代数入渗公式可较好描述不同磁场强度下各浓度溶液土壤入渗结束时的土壤含水率分布情况。氮肥溶液和磁化作用对土壤硝态氮含量的影响呈显著正相关关系，二者共同作用下，磁化高浓度溶液硝态氮含量最高，这有利于土壤无机氮素的保持。

摘要:为探究黑土区坡耕地不同生物炭应用模式（不同生物炭施用量和施用年限）的综合效益，以东北黑土区坡度为3°耕地径流小区为研究对象，于2015—2018年，设置不加生物炭的常规处理（C0）和生物炭施加量分别为25t/hm2 (C25)、50t/hm2(C50)、75t/hm2(C75)、100t/hm2 (C100)共5个处理，分析不同施炭量以及施炭年限的综合效益，结果表明：在生态效益方面，生物炭能够有效改善土壤结构、增强土壤肥力、提高土壤蓄水保土能力，在施炭量为50t/hm2时，连续施用2年，土壤蓄水保土效果最佳；连续施用3年，土壤结构最为理想；施炭量为100t/hm2时，连续施用4年，土壤肥力最佳。在经济效益方面，生物炭能够有效提高作物节水增产性能及其经济产值，施用1年、施炭量为75t/hm2时，水分利用效率最大；连续施用2年、施炭量为25t/hm2时，生物炭边际生产力最大，施炭量每增加1t，产量增加11.20kg；连续施用3年、施炭量为50t/hm2时，大豆增产效果最佳；连续施用4年、施炭量为50t/hm2时，收益达到最大。采用改进的模糊综合评价模型测算不同生物炭应用模式的生态效益、经济效益和综合效益，结果显示，连续施用2年、施炭量为72.74t/hm2时生态效益最大，连续施用3年、施炭量为36.32t/hm2时经济效益最大。黑土区最佳生物炭施用模式为连续施用3年，施炭量为62.30t/hm2。

摘要:为降低切根作业过程中的阻力，对不同盖度草地复合体的坚实度、容重、含水率、孔隙度、含根量、根系直径等物理特征及根系分布特征进行了数学统计分析；通过草地原状土及重塑土的三轴试验，对不同退化程度的草地复合体的本构关系进行了研究，并利用ABAQUS仿真软件验证了不同退化程度草地复合体的本构关系。结果表明，不同盖度草地复合体的物理特征及根系分布特征差异较大，盖度为30%～50%的退化草地物理状况最好；草地原状土试样的黏聚力、抗剪强度、弹性模量及割线模量均随草地退化程度的加剧而减小，切根刀对草地的剪切强度应大于243.03kPa；仿真三轴试验与实际三轴试验所得偏应力极限值的相对误差均小于8%，所确定的本构参数可直接应用于草地土壤的数值建模。研究可为草地切根作业及切根刀的优化设计提供理论依据。

摘要:为分析设施连作土壤中真菌群落结构对生物炭的响应，以缓解设施连作障碍及扩大生物炭在设施连作栽培中的应用，依托温室盆栽试验，以“德尔3号”嫁接黄瓜为试验材料，分别取连作20、15、10、5、1、0年（对照）蔬菜土壤，通过添加一定量（20t/hm2）的生物炭处理后，研究生物炭调控对连作土壤中真菌群落结构及多样性的影响。试验结果表明：不同年限的连作土壤添加一定量生物炭处理后，增加了担子菌门（Basidiomycota）及接合菌门（Zygomycota）在土壤中的比例，在一定程度上降低了土壤中壶菌门（Chytridiomycota）及其他未知菌门的比例，并且以连作15年蔬菜土壤（L15J）表现最为明显；显著提高土壤中真菌丰度，以连作15年蔬菜土壤（L15J）及种植1年蔬菜土壤（L1J）表现最为明显；同时提高了连作20年（L20J）土壤中真菌的多样性；各处理在200~400个OTUs时有大量真菌的新物种出现，以连作20年（L20J）土壤的真菌物种种类最多。研究表明，不同连作年限土壤中施入一定量的生物炭，增加了有益真菌菌群在土壤中的比例，提高了土壤中真菌丰度及多样性。

摘要:针对目前温室光照、CO2调控效益不高等问题，提出了一种基于高斯曲率最大化的蓝莓温室光照和CO2综合调控策略。首先通过采集不同温度、光照强度、CO2浓度嵌套下的蓝莓净光合速率，建立不同温度下包含光照强度、CO2浓度的蓝莓净光合速率机理模型；接着根据不同温度下蓝莓光合速率机理模型的高斯曲率函数构造适应度函数，并采用粒子群算法进行最大值寻优，计算高斯曲率最大值所对应的光照强度和CO2浓度，获得不同温度下光照强度、CO2浓度高斯曲率最大点；最后基于多项式拟合，建立不同温度下光照、CO2综合调控策略。通过与最大净光合速率饱和点的调控对比发现，平均光照强度下降60.73%，CO2浓度下降25.00%，而平均净光合速率仅下降14.29%。与实际蓝莓净光合速率对比发现，采用本文提出的光照、CO2综合调控策略，蓝莓净光合速率较实际值平均提高1.87倍以上。说明本文提出的光照、CO2综合调控策略具有综合效益高等特点，可为温室光照、CO2调控提供理论支撑。

摘要:将生物质能源开发利用与碳捕获、利用与封存结合，可实现CO2负排放，是能源领域降低CO2排放的重要技术之一。生物质直接燃烧后产生的生物质灰理论上可吸收并永久封存CO2，但其能否实现负碳排放还需进行深入研究。基于此，分别在自然状态（空气氛围）、中等CO2初始分压（101.3kPa）和高CO2初始分压（300~1400kPa）条件下开展了生物质灰矿化CO2试验，测试了生物质灰的CO2矿化量，并评估了3种矿化路径的负碳排放量。结果表明，从空气中吸收CO2时，生物质灰的CO2矿化性能最差，40d内的最高CO2矿化量仅为60.66g/kg。在中等CO2分压101.3kPa条件下，可最高实现121.68g/kg的矿化量，而初始分压1400kPa下的CO2矿化量可达216.85g/kg。综合考虑矿化过程的能源消耗和生物质灰运输产生的碳排放及灰的固碳量等因素，评估了3种生物质灰矿化路径的实际负碳排放量。当生物质灰运输距离小于207km时，适合选择中等CO2分压矿化路径以获得最大的负碳排放效益；当运输距离大于207km时，建议选择高CO2分压矿化路径。

摘要:利用低酰基结冷胶和紫甘蓝花青素制备了兼具抗氧化活性和鲜度指示特性的活性智能膜，考察了结冷胶-紫甘蓝花青素成膜溶液的流变特性，以及活性智能膜的理化性质、抗氧化活性、酸度敏感性和微观结构演化。此外，还考察了活性智能膜在大黄鱼新鲜度指示与猪油保鲜中的应用性能。结果表明，在降温过程中，成膜溶液经历了液-固转变。花青素质量浓度越高，成膜溶液的储能模量和损耗模量越大，凝胶温度越高。随着花青素质量浓度的增加，活性智能膜的含水率和抗拉强度逐渐减小，厚度、水蒸气透过率和断裂伸长率则逐渐增大。花青素的加入赋予了活性智能膜良好的抗氧化活性与酸度敏感性，并可提高膜的热稳定性。活性智能膜可用于大黄鱼新鲜度指示且可有效延缓猪油的氧化酸败。

摘要:货架期是判断羊肉新鲜度的重要标准。为探讨生物阻抗技术在食品货架期检测方面的应用前景，提出了一种即配羊肉货架期无损检测方法。结合影响即配羊肉新鲜度变化的关键因素及生物阻抗的测量原理，针对电极数量、电极材料、电极排列方式等测试条件的不同，自主设计了电极作为生物阻抗测试前端。揭示了在0、4、8℃的3个贮藏温度下即配羊肉阻抗参数和TVB-N含量的变化规律及即配羊肉阻抗与TVB-N含量、货架期的相关性；以TVB-N含量为关键参考指标，建立基于BP神经网络的即配羊肉货架期预测模型和评价方法，并将其与支持向量机模型、决策树模型进行对比，BP神经网络模型的F1分数可达95.9%。基于BP神经网络模型设计即配羊肉货架期检测系统，可实现用户友好的数据可视化与即配羊肉货架期的即时检测。

摘要:羊胴体自动化分割对于提高羊屠宰加工企业生产效率有重要意义。为实现将羊胴体点云精准高效地分割为多分体，研究了一种基于表面凹凸性的羊胴体点云分割方法。以倒挂状态下的巴美肉羊胴体为研究对象，利用三维激光扫描仪获取羊胴体点云。首先，对羊胴体点云进行预处理，去除离群点噪声和采用体素滤波的方法进行下采样；并将羊胴体点云超体素化，以获取超体素邻接图；然后，对超体素邻接图中相邻点云的公共边进行凹凸性判断，将凹边凸边赋予不同权重；并由得分评估函数计算不同权重点云的得分，将结果与参数Smin作比较；最后，根据比较结果确定分割区域，完成对羊胴体点云的分割。试验结果表明：羊胴体点云分割的平均精确度、平均召回率、平均F1值和平均总体准确率分别为92.3%、91.3%、91.8%、92.1%。各分体的平均分割精确度分别为92.7%、90.7%、92.6%、93.2%、92.5%、92.2%，各分体的平均分割召回率分别为86.0%、93.2%、92.8%、91.6%、90.9%、93.4%，处理单只羊胴体点云的平均时长为18.82s。通过处理多分体组合点云以及多体型羊胴体点云判断本文方法的适用性，并引入区域生长、欧氏聚类2种点云分割方法进行对比试验，验证本文方法的综合分割能力。研究表明本文方法具有较高的分割精度、一定的实时性和良好的适用性，综合分割能力较优。

摘要:采用大豆亲脂蛋白（Soybean lipophilic protein, LP）和甲基纤维素（Methyl cellulose, MC）的复合物作为亲水性乳化剂形成W/O/W乳液外水相，以聚蓖麻酸甘油酯（Polyglycerol polyricinoleate, PGPR）为亲脂性乳化剂，橄榄油为油相，并以维生素B12为指示剂，按两步法制备W/O/W型双层乳液。通过对微观结构、储藏稳定性、粒径、电位、乳液粘弹性等指标的测定，探究不同外水相比例及复合物中LP与 MC的不同比例对W/O/W乳液稳定性的影响。实验结果表明：当LP与MC质量比为3∶1，外水相质量分数为70%时，W/O/W乳液液滴间的作用力最强、粒径最小、Zeta-电位绝对值最大、对活性物质的保护作用最强、28d储藏稳定性指数较高，流变学性质较好。

摘要:大功率轮式拖拉机质量大、车身重心高，在高速运输作业时受路面不平度影响，易产生剧烈的颠簸振动，直接影响拖拉机操纵稳定性和行驶平顺性，甚至危及行驶安全。基于此，综合考虑大功率轮式拖拉机车身振动加速度与悬架动挠度的变化及悬架系统充放油过程中的非线性控制等问题，提出了适用于大功率轮式拖拉机前桥悬架减振系统的设计与控制方案。首先，设计了前桥悬架减振系统，建立了带前桥悬架的1/4拖拉机振动模型；其次，在充分考虑前桥悬架控制系统特点的基础上，建立了基于参考天棚-地棚模型的分层控制算法，构建了Matlab/Simulink仿真模型，并与常规PID算法对比分析，结果表明分层算法的控制性能优于常规PID控制；最后，搭建了前桥悬架系统硬件在环仿真平台和室内试验平台，开展了悬架减振控制策略和控制效果的试验验证。试验结果表明，基于参考天棚-地棚模型的分层控制算法能快速调整控制参数，所设计悬架系统的车身振动加速度均方根降低至2.36m/s2左右，较被动悬架下降558%，同时悬架动挠度的均方根被限定在较小范围内，明显优于被动悬架系统，满足大功率轮式拖拉机前桥悬架的减振需求，且试验结果与仿真结果能较好地匹配，验证了减振方案的有效性。该研究可为大功率轮式拖拉机前桥主动悬架系统的研发提供理论参考。

摘要:复杂环境下移动机器人轨迹规划由于障碍物放置杂乱且无规律，常常面临避障失败的问题。本文将机器人的轨迹规划归结为优化问题，提出了一种基于优化策略的轨迹规划方法。该方法包括3部分：首先，对优化问题的约束建模，包括机器人的运动学模型、变量极值约束、障碍物避碰模型；然后，建立优化求解策略，通过决策变量区间均分、内置插值点和基于拉格朗日多项式的变量描述方式进行离散化，针对离散化导致的约束失效对变量进行等距时间离散并建立惩罚函数，从而实现有效避障；最后，基于随机分形搜索算法对上述优化模型进行求解。仿真结果表明，本文所述方法可以有效解决移动机器人在复杂环境下的障碍物避碰问题。

摘要:提出了一种含双平行四边形结构支链的新型SCARA并联机构，其包括4条相同支链，具有结构紧凑、承载力和刚度高的优点。首先，基于李群理论对机构的拓扑结构及其自由度进行阐述。其次，构建闭环矢量方程，推导出位置正/逆解，并通过2个数值算例验证位置解的正确性。通过对闭环矢量方程关于时间求导，得到机构的雅可比矩阵，由此建立输入角速度与末端输出速度之间、输入角加速度与末端输出加速度之间的映射关系，并对其进行数值仿真分析。然后，基于位置逆解，运用极限边界搜索法求解机构的工作空间，并绘制相应图谱加以分析。为明确机构动平台的转动性能，进一步研究不同工作平面下的动平台最大、最小转动角的空间分布图谱。在此基础上，借助特征因子构造量纲齐次雅可比矩阵，并利用条件数和可操作度两种方法分析机构的运动传递性能。基于直接和间接雅可比矩阵进一步对机构的3类奇异位置进行分析，明确奇异发生的条件。最后，借助Matlab与ADAMS软件开展仿真实验，验证了理论分析和设计结果的正确性与可行性。

摘要:以载体设备对稳定工作环境的需求为背景，提出一种多维调姿隔振平台新构型，以实现大幅度位姿扰动的补偿和中高频振动的隔离。机构由3个分支组成，每个分支包含1个由主动调姿、被动隔振单元组成的闭环子链。借助于旋量代数及影响系数理论建立机构的运动学模型，得到动平台、开链分支、电动缸分支对广义坐标的一、二阶影响系数。建立机构主被动分离形式的动力学模型，并以此为基础对其进行模态分析。通过脉冲激励对原理样机进行模态实验，实验结果表明，固有频率的实验测定值与理论计算值接近，验证了理论模型的正确性。响应特性的实验结果表明原理样机能够对低频段的位姿扰动进行补偿，结合中高频的被动隔振，原理样机具备了较宽频带的调姿隔振能力。

摘要:针对农用驱动电机中存在的控制精度不良、抗扰动性差和稳定性弱问题，提出一种基于变速趋近率的滑模变结构控制策略。通过滑模变结构控制提升电机控制精度并提升控制过程中的稳定性，针对传统滑模变结构控制收敛过程中的等速趋近率存在的趋近速度慢、抖振波动大和控制精度低等问题，采用变速趋近率进行优化改进。在变速趋近率中通过引入系统范数，在电机控制过程中有效解决了趋近速度/抖振波动平衡的问题，提升了农用驱动电机的控制效率同时保证了稳定性。同时，由于电机中的内部机械参数和外界负载扰动会对农用电机的调速性能产生直接影响，针对电机控制过程中的内部参数和外界负载扰动，设计一种基于扩展滑模观测器的抗扰动技术，对其进行实时观测并补偿。通过Matlab/Simulink仿真测试和电机平台实验验证，证明了本文提出的控制策略的有效性，在启动过程中能够在0.1s之内完成启动转速响应且无超调现象发生,有效提升了农用驱动电机的控制精度和响应速度；通过设计的扰动观测器提升其抗干扰能力和鲁棒性，当受到外界负载扰动10N·m/-10N·m时，可以将转速误差控制在5%之内，有效地提升了农用电机在运行过程中的稳定性和安全性。