mlsa-iai-msu-lab/ru_sci_bench_zho_cite_reranking huggingface dataset:
消肿止痛合剂对大鼠随意皮瓣血管再生的影响

目的:观察消肿止痛合剂对大鼠随意皮瓣血管再生及血管内皮生长因子(VEGF)-Dll4/Notch信号通路的影响。方法:将240只健康SD大鼠随机分为6组,分别为空白组、假手术组、模型组、消肿止痛合剂组(消肿组)、消肿止痛合剂+Notch阻断剂MK-0752(MK)组(消肿+MK组)和消肿止痛合剂组+VEGF受体抑制剂axitinib(AXI)组(消肿+AXI组)。观察皮瓣毛细血管充盈时间;HE染色观察皮瓣组织新生毛细血管的数量、微血管密度、微血管管径及血管成活面积;ELISA法检测血清中VEGF的含量;RT-qPCR检测大鼠皮瓣组织中VEGFA、Notch和Dll4的mRNA表达水平。结果:与模型组相比,消肿组第10天毛细血管充盈时间降低(P<0.05);与消肿组相比,消肿+AXI组的毛细血管充盈时间增加(P<0.05)。模型组大鼠皮瓣组织细胞排列紊乱,细胞核稀疏,可见明显水肿和大量白细胞浸润;消肿组和消肿+MK组水肿明显减轻,组织间隙炎症细胞浸润减少,其中消肿+MK组减轻更为明显。与模型组相比,消肿组微血管数量、密度和面积均显著增加,VEGF的含量显著增加,VEGFA、Notch和Dll4的mRNA表达量显著升高(P<0.05);与消肿组相比,AXI干预后微血管数量、密度和面积均显著减少,VEGF的含量降低,VEGFA、Notch和Dll4的mRNA表达量降低(P<0.05);MK干预后,VEGFA的mRNA表达水平升高,而Notch和Dll4 mRNA表达增加的趋势被有效抑制(P<0.05)。结论:消肿止痛合剂能够促进皮瓣术后血管的再生,从而增强了随意型皮瓣的成活率,可能与影响VEGF-Dll4/Notch信号转导通路有关。
剪切速率和法向加载频率对筋土界面剪切特性的影响

加筋土结构在道路工程中广泛应用,而车辆等动荷载对筋-土界面相互作用特性的影响不可忽略。采用动态直剪仪开展了一系列法向循环荷载作用下的砾石-土工格栅界面直剪试验。试验研究了4种剪切速率(0.1,1,5,10 mm/min)、4种法向加载频率(0.1,0.5,1,2 Hz)以及3种法向初始应力(20,40,60 kPa)对筋土界面剪切特性的影响。试验结果表明:法向循环荷载下的剪切应力及法向位移呈周期性动态变化;上峰值应力、上残余应力及剪切应力幅值随频率的增大而减小,随剪切速率的增大而增大,而下剪切应力受影响较小;剪切应力和法向应力的峰值相对时间差分别在频率为0.5 Hz和速率为1 mm/min时最大,而摩擦系数与法向应力的相对时间差约为0.5个周期;上峰值摩擦角随频率的增加而减小,随剪切速率的增加而增大。
有限二氧化碳资源条件下的温室光气耦合优化调控模型

针对当前温室环境调控成本较高的问题,为了在满足作物生长需求的条件下降低调控成本,拟研究1种在有限二氧化碳(CO_2)资源条件下的温室光气耦合优化调控模型。首先,以温度、CO_2浓度、光照度作为输入,以净光合速率作为输出,构建基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的光合速率预测模型;然后,基于提出的光合速率预测模型,构建在有限CO_2资源条件下温室CO_2优化调控模型数据库,可根据用户输入的CO_2资源总量,自动寻优获取最佳补气时间与单位补气量;最后,提出以光照度增长相对价值为评价指标的经济性相对最优的补光策略,在确定的补气时间段内进行补光,最终实现了有限CO_2资源条件下的温室光气耦合优化调控,进一步提高了设施温室环境因子调控的精准度与智能化水平。
外源GABA对盐胁迫下金花菜种子萌发及幼苗抗氧化能力的影响

以楚雄金花菜种子为研究材料,通过测定种子萌发特性、胚芽鲜质量、胚芽干质量、胚根鲜质量、胚根干质量、胚根长、超氧阴离子(O_2~(·-))含量、过氧化氢(H_2O_2)含量、丙二醛(MDA)含量以及抗氧化酶活性,研究外源GABA(γ-氨基丁酸)对盐胁迫下金花菜种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明,0.5~2.0 μmol/L GABA预处理提高了盐胁迫下金花菜种子的发芽势、活力指数,并显著缩短了平均萌发时间。100 mmol/L盐胁迫对幼苗胚芽鲜质量无影响,但显著降低了胚芽干质量、胚根干质量、胚根鲜质量及胚根长,而0.5~2.0 μmol/L GABA预处理诱导了胚芽和胚根鲜质量、干质量及胚根长的增加。GABA预处理不同程度地提高了盐胁迫下金花菜幼苗超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,降低了O_2~(·-)、H_2O_2以及MDA含量。GABA能够激活抗氧化酶活性,降低盐胁迫诱导的氧化伤害和膜损伤,改善了金花菜在种子萌发阶段的抗盐性,且在0.5~2.0 μmol/L浓度范围内均有效果。
考虑AOD差异的高分一号卫星宽视场相机大气校正

针对当前对高分卫星宽视场相机大气校正不够准确的问题,提出了一种考虑气溶胶时空变化差异的大气校正方法。对比了6S和6SV对气溶胶变化反应的敏感性,发现6SV对WFV相机模拟效果更好。此外,利用6SV辐射传输模型采用气溶胶均值和逐像元2种方式对GF-1卫星WFV相机进行了大气校正实验,并模拟计算了气溶胶误差对WFV相机不同波段大气校正的影响。定量分析与实验结果表明:结合MOD04产品和6SV可以实现对GF-1卫星WFV相机影像进行准确地逐像元大气校正,相比较传统普遍采用的均值气溶胶大气校正方法,逐像元大气校正方法能更好地还原不同地物的光谱反射曲线;通过模拟计算实验发现,15%的气溶胶平均误差带来的WFV相机蓝、绿、红和近红外4个波段大气校正误差分别为-0.0280、-0.0160、-0.0077和0.0095。
东南亚港口城市土地利用变化分析

鉴于目前港口城市扩张对生态影响定量研究的不足,基于1990、2000、2010和2015年4期Landsat影像,利用CART决策树及空间分析方法,探讨东南亚曼谷、雅加达、海防市3座港口城市25年间土地利用变化的特点和城市扩张带来的生态影响。结果表明:1)3座城市建设用地扩张迅速,1990年和2015年平均占比分别为7.3%和24.9%,最低和最高增幅分别为13.2%和21.2%;2)1990—2015年间,曼谷和海防市的主要土地利用类型均为农田,占比分别为41%~67%和25%~36%;雅加达的主要土地利用类型为森林,占比为40%~56%;3)1990—2015年间,3座港口城市建设用地面积分别增长了1.7、2.6和15倍,大量的农田和森林转化为建设用地;雅加达红树林大量流失,1990—2010年减少了81.9%,海防市在1990—2015年间养殖塘面积增长了82.5%。
基于Sentinel-1和DEM数据的南岭高植被覆盖区地形线性特征提取方法

在南岭高海拔山脉、植被茂密等地区开展地质调查难度大,人员和物资难以进入,因此需提前根据该区域的地形线性特征合理设计野外调查路线;此外地形线性特征可为区域构造运动信息的认知提供辅助知识.遥感技术以其宏观性、多尺度、多层次的特点成为地质研究和地质勘查的重要手段,然而在高植被覆盖区,常见的光学影像难以穿透植被,而微波雷达遥感则因为较好的植被穿透性,使得其应用成为可能.因此,提出了一种基于雷达卫星Sentinel-1和数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据的地形线性特征提取方法.该方法首先利用似然比边缘检测算法提取Sentinel-1影像中的边缘特征,然后对DEM进行线性特征增强以生成山体阴影影像,再利用Canny边缘检测算子提取DEM数据中的山脊线与山谷线等主要线性特征,以DEM提取出的特征线为中心建立缓冲区并与雷达影像的提取结果做相交处理,将得到的线性特征利用道格拉斯-普克算法进行局部直线拟合,最后得到研究区的地形线性特征.结果表明,该方法综合考虑了雷达影像的微观细节信息和DEM数据的宏观趋势信息,在保留主要线性地形特征的同时剔除了伪边缘和噪声点,提取效果较好.
库布齐沙漠地区生态系统格局演变及其驱动力分析

【目的】研究库布齐沙漠地区生态系统格局演变及其驱动力,厘清不同驱动因子对生态系统格局变化的影响程度,进而提出针对性的改进措施,为库布齐沙漠地区生态保护和高质量发展提供科学依据和决策支持。【方法】采用生态系统变化幅度、年变化率、动态度及景观格局指数分析了库布齐沙漠地区2000-2018年生态系统格局和演变特征,及主要驱动力对生态系统变化的贡献。【结果】(1)库布齐沙漠地区生态系统以草地、裸地和农田为主,三者共占91.46%,水域、建设用地和林地占比都很小。(2)研究期内,库布齐沙漠地区生态系统农田、草地和建设用地面积增加,林地、水域和裸地面积减少,生态系统演变以裸地转换为草地为主,同时草地转换为裸地也较为明显。(3)研究期内生态系统景观破碎化程度和景观多样性指数均上升。(4)生态保护与修复是生态系统格局演变的首要驱动力,贡献率为44.53%;土地退化是引发生态系统变化的第二驱动力,贡献率为23.87%;农田扩张、城镇化建设和水资源开发的贡献率分别为17.72%、8.51%和5.37%。【结论】为实现库布齐沙漠地区生态系统可持续发展,应科学实施生态保护修复工程,统筹推进山水林田湖草沙综合治理、系统治理、源头治理,重点防止土地退化,合理开发利用耕地,促进生态系统良性循环,维护区域生态安全。
北京松山油松叶功能性状沿海拔梯度的变化及其环境解释

【目的】本研究探讨油松叶功能性状沿海拔梯度的变化规律,量化地形因子和土壤因子在驱动植物种内性状变异方面的贡献,为预测未来气候变化背景下植物叶片性状时空变异及其机制提供科学依据。【方法】以北京松山南坡油松为研究对象,通过相关性分析和冗余分析等方法,研究其8种叶功能性状沿海拔梯度的变化规律及其与地形和土壤因子的关系。【结果】(1)油松叶面积(LA)、比叶面积(SLA)及单位质量的磷含量(M_P)随海拔梯度升高呈降低趋势,而叶干物质含量(LDMC)、单位质量的氮含量(M_N)、单位面积的氮含量(A_N)及叶氮磷比(L_(N:P))沿海拔梯度升高呈增加趋势,单位面积的磷含量(A_P)沿着海拔梯度没有明显的变化趋势。其各叶性状存在较大的种内变异(10.33% ~ 27.59%),大小顺序为LA >A_N >A_P >SLA >L_(N:P) >M_N >M_P >LDMC。(2)部分叶功能性状之间沿海拔梯度表现出显著的协同或权衡变化趋势,油松SLA与LDMC呈显著负相关(P <0.05),与A_N、A_P呈极显著负相关(P <0.001)。(3)控制油松各叶性状变异的主要环境因子各不相同,油松LA、SLA及L_(N:P)主要受到海拔高度和土壤全磷的影响,LDMC主要受到土壤氮磷比和土壤含水率的影响,M_N、A_N主要受到土壤pH和土壤全磷影响,M_P主要受到海拔和坡度的影响。(4)海拔与土壤因子两组变量只能解释油松叶功能性状6.28% ~ 41.10%的变异。【结论】研究区域内,油松叶片功能性状通过一定的性状变异和性状组合适应海拔梯度的变化,其中控制油松各叶性状变异的主要环境因子和程度各不相同。
西双版纳热带季节雨林辐射长期变化特征

【目的】太阳辐射是森林生态系统最主要的能量来源,同时是影响森林生态系统区域气候与环境的最重要因素之一。探讨森林辐射长期变化特征,以期为气候变化、热带地区森林生产力、辐射能量平衡的研究以及辐射模型的建立和验证等建立研究基础。【方法】利用西双版纳热带季节雨林14年(2003-2016)辐射实测数据,对不同时间尺度的辐射各分量变化特征及其占总辐射的比率进行了比较分析。【结果】西双版纳热带季节雨林的总辐射、净辐射、反射辐射、大气逆辐射和林冠向上长波辐射的年平均值分别为:5 268.8、3 151.5、513.8、12 468.6、13 299.3 MJ/m~2。总辐射的年际变化呈波动上升趋势,相反,净辐射的年际变化呈显著下降趋势;受大气状况的影响,大气逆辐射的年际变率较大,导致有效辐射的年际变率较大,而林冠向上的长波辐射年际变率较小;受研究区域特殊天气、季节性雾的影响,大气逆辐射日变化曲线在干季呈双峰型,雨季呈单峰型;在不同时间尺度上,林冠向上的长波辐射高于大气逆辐射,表明热带季节雨林林冠是大气的一个热源。净辐射占年总辐射的比率在60%左右,年际变化呈显著下降趋势,反射辐射和有效辐射占年总辐射的比率变化不大;净辐射占总辐射比率在昼间高,清晨和傍晚低,日变化曲线呈倒U型,反射辐射和有效辐射占总辐射的比率在昼间低,清晨和傍晚高,日变化曲线呈U型。【结论】西双版纳热带季节雨林辐射除受到太阳活动、云量和水汽等因子的影响外,还受区域小气候的影响,如季节性落叶和季节性雾。研究森林辐射特征的长期变化,对于气候变化研究、气候模型验证和森林生产力研究等具有重要意义。
南亚热带典型人工林土壤饱和导水率特征及其影响因素研究

【目的】分析南亚热带典型人工林土壤饱和导水率的变化特征及其影响因素,了解水分在土壤中的运动规律,为进一步研究人工林土壤水分运动规律提供基础科学理论支持。【方法】以广西国有高峰林场内的马尾松、杉木、尾巨桉、米老排、红锥等人工林土壤为研究对象,采用恒定水头法测定5种人工林地的土壤饱和导水率,利用相关性分析和灰色关联分析法等数学分析方法,探讨南亚热带人工林土壤饱和导水率的变化特征及其影响因素。【结果】(1)杉木和马尾松2种人工林土壤的平均饱和导水率相对较高,尾巨桉人工林土壤的平均饱和导水率最低。不同人工林土壤饱和导水率随土壤深度均具有先减小后增加的变化规律,且土壤表层(0 ~ 10 cm)的饱和导水率均显著高于土壤下层(10 ~ 50 cm)。(2)相关性分析结果表明,有机质含量、大于0.2 mm的水稳性团聚体含量、总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、饱和含水量和黏粒含量均与饱和导水率呈正相关关系,土壤密度与饱和导水率呈显著的负相关关系。(3)灰色关联分析结果表明,有机质含量、大于0.2 mm的水稳性团聚体含量、土壤密度、总孔隙度、饱和含水量、非毛管孔隙度和毛管孔隙度是土壤饱和导水率的重要影响因素,砂粒含量、粉粒含量和黏粒含量是次重要因素。【结论】相比红锥、尾巨桉和米老排,杉木和马尾松可以显著提高土壤饱和导水率,延缓地表径流产生,减少土壤侵蚀。应注重科学的人工林经营措施,以便有效提高土壤的导水与贮水能力。
太行山南段油松林火烧迹地优势草本生态位及种间关系

【目的】生态位及种间关系是研究群落结构的主要方法,为研究太行山南段油松林火烧迹地不同恢复期草本植物群落的结构特征,探索其动态变化规律。【方法】本文以恢复13年(S1)、7年(S2)、6年(S3)和1年(S4)的4个火烧迹地草本植物优势种为研究对象,着重研究不同恢复阶段优势种的生态位和种间关联特征,计测其生态位宽度、生态位重叠值,同时通过总体相关性检验、χ~2检验和Spearman秩相关性检验研究其种间关系,并划分生态种组。【结果】大披针薹草、小红菊和白莲蒿在各个恢复期的优势度、生态位宽度与生态位重叠值均较大。总体相关性检验表明,S1为显著正关联, S2和S4为显著负关联,S3为不显著正关联。χ~2检验表明,S1、S2、S3和S4的正负关联比分别为2.33、0.69、0.84和0.63。 Spearman秩相关性检验表明,S1的正关联种对数大于负关联种对数,而S2、S3和S4的正关联种对数小于负关联种对数。生态种组划分表明S1、S2、S3的优势种基本可以划分为以大披针薹草+小红菊、白莲蒿以及其他优势种为代表的3个生态种组,S4的10个优势种所划分的3个生态种组则主要以大披针薹草、小红菊和白莲蒿为代表。【结论】生态位与种间关系研究表明,太行山南段火烧迹地草本植物群落在恢复13年时稳定性最大,有助于更好地理解火烧迹地物种间的相互作用、共存、分布等相关机制,同时可为火烧迹地规划管理与植被恢复过程中植物配置提供理论支撑。
基于IPSO优化BP神经网络的蛋鸡舍有害气体监测系统

为实现蛋鸡养殖过程有害气体浓度监测,改善复杂环境下常用气体传感器之间因存在交叉敏感性而导致测量数据不准确的问题,设计了基于IPSO优化BP神经网络模型的有害气体监测系统。选用无线ZigBee模块、传感器模块和STM32模块,搭建了蛋鸡舍各点数据采集硬件平台,利用GPRS远程通信模块将平台采集到的数据传输至服务器,同时开发手机APP软件,对有害气体进行实时监测。利用权重线性递减及改进学习因子的IPSO算法,对BP神经网络进行优化,利用优化后的网络对气体传感器采集到的数据进行处理,有效提高了有害气体的数据精度。利用该系统对河北省保定市某鸡舍有害气体进行测试实验,将传感器测量值与真实值进行对比分析,验证了利用IPSO优化BP神经网络模型的有效性。测试表明,SGP30型二氧化碳传感器测量精度由81.75%提升到94.69%,MQ135型氨气传感器由61.83%提升到91.23%,MQ137型氨气传感器由70.18%提升到91.23%,MQ136型硫化氢传感器由62.35%提升到92.80%,TGS2602型硫化氢传感器由62.97%提升到92.80%。本研究为蛋鸡养殖过程中有害气体的精确监测提供了新方法。
马铃薯清选机气力悬浮薯石分离装置设计与试验

针对以联合收获为主的北方马铃薯主产区,马铃薯收获后薯石分离人工捡拾工作量大、清选效率低,且清选洁净率较低等问题,利用薯块和石块密度不同的特点,采用气力悬浮输送技术设计了马铃薯清选机气力悬浮薯石分离装置,并基于该装置研究了不同参数调整条件下的清选特性。利用高速气流悬浮与振动筛的摆动作用,发挥气力悬浮和振动筛分离的双重优势,使薯块与石块在运动过程中实现自动分离。试验表明:当气流速度为35 m/s、筛面倾角为18°和曲柄角速度为30 rad/s时,马铃薯选出率均值为96.71%,清选洁净率均值为98.34%,各项性能指标均满足马铃薯清选作业要求。
不同改良剂对盐碱地土壤微生物与加工番茄产量的影响

在田间试验区设置对照组(CK)、有机肥复配脱硫石膏(T1)、生物炭(T2)及脱硫石膏(T3)4个处理,分析不同改良剂对中度盐碱地表层20 cm内土壤微生物数量、理化性质及加工番茄产量的影响,从而确定最适宜的改良剂。结果表明:各改良剂均能降低土壤电导率和pH值,提高土壤有机质、水解氮、速效磷、速效钾含量,并提高加工番茄产量,其中生物炭处理对加工番茄产量的影响最为显著,较对照处理增加了55.96%;各处理的土壤细菌和放线菌数量在整个生育期内均呈抛物线形变化,最大值均出现在开花着果-着果盛期,土壤真菌数量在全生育期呈下降趋势;施加生物炭、脱硫石膏、有机肥复配脱硫石膏均可增加土壤细菌、放线菌、真菌数量,其中细菌和放线菌数量均以生物炭处理的增幅最大,较对照组分别增加了1.6~7.8倍和2.0~6.1倍;土壤耕层细菌、放线菌数量均与土壤pH值和电导率呈负相关,与土壤有机质、水解氮、速效磷、速效钾含量呈正相关,说明土壤微生物数量随土壤盐渍化程度的增加呈减少趋势,与大部分土壤养分之间具有很好的正相关性,且细菌和放线菌数量多的土壤,其土壤理化性质较好,作物产量也较高,因此可以将土壤细菌和放线菌数量作为评价土壤健康状况的重要生物指标。综上所述,生物炭处理(T2,22.5 t/hm~2)最有利于降低中度盐碱地土壤电导率和pH值,促进土壤微生物的生长繁殖,提高土壤养分及加工番茄的产量。
气吸滚筒式玉米植质钵盘精密播种装置优化设计与试验

为适应玉米植质钵育农艺对播种机的要求,设计了气吸滚筒式玉米植质钵盘精密播种装置。通过理论分析建立了种子吸种过程的动力学模型,得到影响吸种性能的主要因素为负压、前进速度、充种角。对吸种过程进行模拟仿真设计,进一步确定了影响种子吸附的主要因素。最后进行了播种装置性能试验,以合格指数、漏播指数、重播指数为分析指标,通过三因素四水平正交试验得出最优参数组合为:前进速度0.22 m/s、负压1 200 Pa、充种角20°,在此条件下进行了验证试验,得出合格指数为90.48%、漏播指数为4.24%、重播指数为5.28%,结果表明该播种装置满足播种机的播种要求。
基于注意力机制和可变形卷积的鸡只图像实例分割提取

为提高鸡只个体轮廓分割提取的精度和准确度,实现基于机器视觉技术的鸡只行为、健康、福利状态监测等精准畜牧业管理,保证相关监测技术及决策的可靠性,针对叠层笼养环境下肉鸡图像的实例分割和轮廓提取问题,提出一种优化的基于Mask R-CNN框架的实例分割方法,构建了一种鸡只图像分割和轮廓提取网络,对鸡群图像进行分割,从而实现鸡只个体轮廓的提取。该网络以注意力机制、可变形卷积的41层深度残差网络(ResNet)和特征金字塔网络(Feature pyramid networks, FPN)相融合为主干网络,提取图像特征,并经区域生成网络(Region proposal networks, RPN)提取感兴趣区域(ROI),最后通过头部网络完成鸡只目标的分类、分割和边框回归。鸡只图像分割试验表明,与Mask R-CNN网络相比,优化后网络模型精确率和精度均值分别从78.23%、84.48%提高到88.60%、90.37%,模型召回率为77.48%,可以实现鸡只轮廓的像素级分割。本研究可为鸡只福利状态和鸡只健康状况的实时监测提供技术支撑。
扭梳式油茶果采摘末端执行器设计与试验

为了解决油茶果采摘过程中采净率低、花苞损伤率大的问题,通过研究不同品种油茶果结合力和油茶枝条特性,设计了一种扭梳式油茶果采摘末端执行器,在采摘作业时该执行器可以对油茶果产生多种作用力。阐述了该末端执行器的结构和工作原理,并对关键部件进行了设计,分析了末端执行器的作业过程和油茶果脱落的影响因素。对不同品种油茶果的结合力和枝条扭转进行测试,得出抗拉力主要集中在10~25 N之间、抗剪力主要集中在5~15 N之间、抗扭力矩主要集中在0.015~0.030 N·m之间,不同品种油茶枝条扭转模量在2~7 MPa之间。单因素试验表明,在扭梳组件转速为25~35 r/min、梳辊转速为75~85 r/min、作业时间为8~12 s工况下,采摘性能较优。试验表明,最优工作参数组合为扭梳组件转速35 r/min、梳辊转速85 r/min、作业时间12 s,此时油茶果采净率平均值为93.37%,花苞损伤率平均值为13.16%。
油麦兼用型气送式集排器分配装置设计与试验

针对宽幅、高速播种作业中缺少与播种机相匹配、油菜及小麦兼用、稳定排种的气送式集排器分配装置的生产实际问题,设计了一种可实现24行排种的穹顶状分配装置。阐述了穹顶状分配装置的工作原理,确定了分配装置穹顶状曲面方程及关键参数间的关系,分析了输送气流及分配装置结构对种子速度的影响。通过二次旋转正交组合试验,应用DEM-CFD气固耦合仿真,分析了穹顶状上弧板所处球体半径、导流隔板长度、导种口高度对分配装置各行排量一致性的影响,结果表明:当穹顶状上弧板所处球体半径为245 mm、导流隔板长度为20 mm、导种口高度为20.5 mm时,油菜及小麦种子各行排量一致性较优;在较优参数组合下,穹顶状分配装置内可有效实现种子与输送气流的二次混合,油菜、小麦种子各行排量一致性变异系数分别为4.96%、3.82%。利用智能种植机械测试平台进行了较优参数组合下穹顶状分配装置排种性能验证试验,结果表明:气送式集排器供种装置转速为20~50 r/min时,油菜各行排量一致性变异系数低于5%、单行排量稳定性变异系数低于5.3%,小麦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4.9%,破损率均不高于0.05%,满足油菜及小麦排种性能要求。
剔除土壤背景的冬小麦根域土壤含水率遥感反演方法

为剔除无人机多光谱图像中的土壤背景、提高作物根域土壤含水率反演精度,以不同水分处理的拔节期冬小麦为研究对象,利用无人机多光谱相机分别在09:00、11:00、13:00、15:00和17:00等5个时刻获取高分辨率多光谱图像,采用改进的植被指数阈值法快速确定植被像元与土壤像元的分类阈值,通过阈值划分剔除土壤背景,并根据阈值变化研究土壤背景对冬小麦冠层反射率的影响,建立了剔除土壤背景前后基于植被指数的土壤含水率反演模型。结果表明,应用改进的植被指数阈值法可有效剔除多光谱图像中的土壤背景,其中基于植被指数RDVI的剔除精度最高,总体精度在91.32%以上;土壤背景对冬小麦冠层近红外波段的反射率影响较大,红边波段次之,而对可见光波段的反射率影响较小;剔除土壤背景前后的植被指数与土壤含水率均呈线性关系,剔除土壤背景对反演土壤含水率的精度有显著提高,其中NGRDI反演深度10~20 cm的冬小麦根域土壤含水率效果最好,建模集R~2和RMSE分别为0.739和2.0%,验证集R~2和RMSE分别为0.787和2.1%。
四通道全自动油茶成熟鲜果脱壳机设计与试验

针对油茶成熟鲜果在脱壳过程中存在脱净率低、茶籽破损率高等问题,设计了一种四通道全自动油茶成熟鲜果脱壳机。通过对油茶果进行四通道分级,使不同大小的油茶果进入相应的脱壳滚筒内,通过油茶果与脱壳套筒的相互撞击以及油茶果之间碰撞、挤压、搓擦的综合作用实现脱壳。选取油茶成熟鲜果为研究对象,以茶果脱净率、茶籽破损率为评价指标,以茶果喂入量、脱壳杆扭度和脱壳杆直径为试验因素,采用L_9(3~4)正交试验、方差分析和加权综合评分法对油茶成熟鲜果脱壳机的脱壳效果进行分析。结果表明:当茶果喂入量1 500 kg/h、脱壳杆扭度30°、脱壳杆直径23 mm时,该脱壳机脱壳效果最佳。对脱壳机进行3次最佳参数组合下的脱壳试验,取3次试验结果的平均值作为油茶成熟鲜果脱壳机最终的脱净率和茶籽破损率,计算得出该脱壳机的脱净率为98.85%、茶籽破损率为3.24%,研究表明,该四通道全自动油茶成熟鲜果脱壳机达到预期设计目标,能够较好地完成油茶果脱壳作业。
电控锥盘式蔬菜播种机设计与试验

针对蔬菜机械化播种成本高、播种质量有待提高等问题,考虑蔬菜种子尺寸小、播种株距小、播深浅等特点,设计了电控锥盘式蔬菜播种机。重点研究分析了播种机的播种原理、种子的运动特性、开沟器的受力及刃口曲线等,确定了锥盘排种器、供种器、开沟覆土器等关键部件结构及参数。通过设计闭环控制系统实现了排种盘转速与机具前进速度的匹配;采用供种器连续供种、锥盘排种器均匀排种、推种器滚轮推种的方式,解决了种子堵塞、损伤等问题;通过滑刀刃口及覆土板受力分析,确定了开沟及覆土稳定的开沟覆土器结构。大葱、白菜及菠菜的播种试验表明:该机结构紧凑、性能稳定,漏播指数小于5%,重播指数小于5%,播种合格指数大于90%,符合国家标准且满足蔬菜种植的农艺要求。
基于注意力改进CBAM的农作物病虫害细粒度识别研究

预防和控制农作物病虫害是保证作物产量的重要措施。为了提高病虫害识别模型的准确率,对注意力CBAM模块进行改进,提出一种新的混合注意力模块I_CBAM。通过通道注意力与空间注意力的并行连接,解决了串行连接两种注意力产生干扰的问题。添加了I_CBAM模块的InRes-v2、MobileNet-v2、LeNet、AlexNet、改进AlexNet模型的Top-1(61类)准确率分别达到了86.98%、86.50%、80.97%、84.47%和84.96%,比原模型分别提高了0.51、0.62、1.74、0.53、0.55个百分点。研究表明,提出的并行混合注意力模块I_CBAM在病虫害细粒度分类上具有更优的识别效果,且在不同卷积神经网络模型之间拥有良好的泛化性。将I_CBAM中通道注意力压缩比调整为32,使添加了I_CBAM的MobileNet-v2迁移学习模型的内存缩小至28.3 MB,预测一幅图像平均用时仅为7.19 ms,大大提高了预测响应速度。将该模型部署到移动端小程序上,结果表明,添加了I_CBAM模块的模型具有良好的可视化应用效果。
离散元法在农业工程研究中的应用现状和展望

现代农业装备数字化设计是农业工程领域的主要研究方向之一,农业机械与各类农业物料的接触作用及其对农业机械设计工作的影响是现代农业装备数字化设计重要内容和难点。离散元法是一种基于不连续性假设的计算机数值模拟方法。研究表明,离散元法可以用于仿真分析农业散体物料与机械装备间的相互作用关系,为现代农业装备数字化设计提供了新手段,在农业工程领域具有良好的应用前景。本文对离散元法的基本概念、发展历程及常见程序软件进行了概述,归纳分析了离散元法在模拟农业土壤与农业物料接触时的模型确定及其参数标定方法,重点阐述了各作业环节典型农业机械的离散元法应用现状和发展动态。对基于离散元的数值模拟仿真及其工业化应用推广所面临的主要问题进行了分析和总结,指出通用参数标定方法缺失和模型过度简化是离散元法进一步发展的制约因素,加强接触模型和参数标定的基础研究工作,推动专业、通用的软件平台开发,提高计算机计算和存储能力及改进离散元算法结构,从而提升模型计算效率将是今后的研究方向和工作重点。
新疆果园深施散体厩肥离散元参数标定研究

为确定新疆果园散体厩肥离散元仿真参数,采用仿真试验与物理试验相结合的方法,对散体厩肥的离散元参数进行标定。以不同参数组合下的堆积角为响应值,采用Plackett-Burman试验对散体厩肥离散元仿真参数进行筛选,得到对堆积角影响显著的参数,即厩肥-厩肥恢复系数、厩肥-钢恢复系数、JKR表面能;通过Box-Behnken试验建立堆积角与显著性参数的二阶回归模型,并对其进行优化,得到显著性参数最优值,即厩肥-厩肥恢复系数为0.49、厩肥-钢恢复系数为0.34、JKR表面能为0.02 J/m~2;将最优参数组合下仿真试验得到的堆积角与物理试验值进行对比,二者相对误差为2.73%。研究表明,标定的参数可靠,可为果园散体厩肥深施机械化过程仿真参数优化提供依据。
水氮互作对冬小麦水肥利用效率与经济效益的影响

为探索冬小麦最佳的水肥管理制度,采用田间试验方法,在低水I1(60%ET_c,300.0 mm)、中水I2(75%ET_c,370.0 mm)、高水I3(ET_c,495.0 mm)3种灌溉下,设置低氮N1(180.0 kg/hm~2)、中氮N2(255.0 kg/hm~2)、高氮N3(330.0 kg/hm~2)3种施氮水平,测定不同生育期小麦土壤含水率、地上干物质累积量与最终产量指标,并计算农田耗水量、水分利用效率、氮肥偏生产力、经济效益等指标,分析水肥耦合对各指标的影响。结果表明,灌溉量对农田耗水量影响显著,农田耗水量随灌溉定额的增加而增加;适当的水肥配比可获得较高的地上干物质累积量、产量和经济效益,过量的水肥投入并不会使产量和经济效益持续增加;产量、水分利用效率、氮肥偏生产力、经济效益与灌溉量、施氮量的相关性显著,建立了各指标与灌溉量、施氮量的二次回归方程,计算得到各指标最大值对应的水氮量分别为410.0 mm、260.0 kg/hm~2,370.0 mm、260.0 kg/hm~2,410.0 mm、180.0 kg/hm~2,400.0 mm、250.0 kg/hm~2;通过回归与空间分析得出,灌溉量为359.8~428.9 mm (72.6%ET_c~87.5%ET_c)、氮肥量为225.4~280.9 kg/hm~2时,冬小麦产量、水分利用效率和经济效益可同时达到最大值的95%以上。本研究可为研究区及其他环境相似地区的水肥制度优化与管理提供参考。
基于改进卷积神经网络的复杂背景下玉米病害识别

为解决田间环境复杂背景下病害识别困难、识别模型应用率低的问题,提出了一种基于改进卷积神经网络的玉米病害识别方法,探讨了数据集的品质对建立模型性能的影响。利用复杂背景下的玉米病害图像进行数据增强、背景去除、图像细分割和归一化等处理,设计了具有5层卷积、4层池化和2个全连接层的卷积神经网络结构,利用L2正则化和Dropout策略优化网络,对复杂背景下的玉米9种病害进行识别训练和测试,优化后的CNN模型平均识别精度为97.10%,比未优化的网络模型提高9.02个百分点。利用不同大小、不同品质的数据集对优选网络进行训练和测试,数据增强后比原始样本平均识别精度提高了28.17个百分点;将复杂背景去除后,模型性能进一步提升,识别精度达到97.96%;对数据集进行细分割处理后,平均识别精度为99.12%,表明卷积神经网络需要大量的训练数据,且数据集需有一定的代表性和品质。开发了基于移动端的玉米田间病害识别系统,系统测试结果表明,平均识别准确率为83.33%,系统能够实现田间复杂环境下的玉米病害识别。
基于深度卷积神经网络的水稻知识文本分类方法

为解决文本特征提取不准确和因网络层次加深而导致模型分类性能变差等问题,提出基于深度卷积神经网络的水稻知识文本分类方法。针对水稻知识文本的特点,采用Word2Vec方法进行文本向量化处理,并与One-Hot、TF-IDF和Hashing方法进行对比分析,得出Word2Vec方法具有较高的分类精度,正确率为86.44%,能够有效解决文本向量表示稀疏和信息不完整等问题。通过调整残差网络(Residual network,ResNet)结构,分析残差模块结构和网络层次对分类网络的影响,构建了9种分类网络结构,测试结果表明,具有4层残差模块结构的网络具有较好的特征提取精度,Top-1准确率为99.79%。采用优选出的4层残差模块结构作为基本结构,使用胶囊网络(Capsule network,CapsNet)替代其池化层,设计了水稻知识文本分类模型。与FastText、BiLSTM、Atten-BiGRU、RCNN、DPCNN和TextCNN等6种文本分类模型的对比分析表明,本文设计的文本分类模型能够较好地对不同样本量和不同复杂程度的水稻知识文本进行精准分类,模型的精准率、召回率和F1值分别不小于95.17%、95.83%和95.50%,正确率为98.62%。本文模型能够实现准确、高效的水稻知识文本分类,满足实际应用需求。
基于蒸渗仪的冬小麦-夏玉米ET估算模型特征参数研究

为快速准确估算农田蒸散量,利用24个群集式蒸渗仪,在国家节水灌溉北京工程技术研究中心大兴节水灌溉试验站进行了两年的灌溉试验,获得冬小麦-夏玉米生育期的日内冠气温差和实际日蒸散量(ET_a)等数据,对不同水分处理下的S-I蒸散量估算模型进行率定及验证,并分析模型特征参数a、b的变化规律及两者的差异。结果表明:冬小麦的S-I模型特征参数a在日间随时间变化先增大、后减小,在严重水分胁迫处理时a为负值、且数值较小,其余灌溉处理时参数a由正值逐渐变化至负值;不同灌水处理b均为负值,充分灌溉处理时b在日间随时间变化逐渐增大,严重水分胁迫处理时b相对较大,日间变化趋势不稳定。水分胁迫对夏玉米模型参数的影响程度低于冬小麦,特征参数a均为正值,参数b均为负值,且随时间变化逐渐增大;水分胁迫处理时b变化范围明显小于其他两个处理,干旱处理特征参数日间变化较大。冬小麦与夏玉米不同处理之间模型参数a、b变化差异较大,但冠层温度和空气温度差T_c-T_a与日蒸散量和日净辐射量差ET_d-Rn_d间拟合精度都在13:00时最高,此时充分灌溉冬小麦和夏玉米的模型参数a、b分别为1.082、-1.127和1.588、-1.363。利用率定的S-I模型计算冬小麦和夏玉米主要生育期ET_d与实测ET_a之间的决定系数R~2均在0.7以上,均方根误差RMSE均小于0.89 mm/d,一致性系数d均在0.9以上。尤其是充分灌溉处理的数据间R~2和d均较高, RMSE小于其他处理,说明水分胁迫影响模型的估算精度,S-I模型能够更准确地估算水分胁迫较少农田的蒸散量。
基于MCR模型的市域生态空间网络构建

针对目前城市化进程中以中心城区为主的核心生态规划因忽视自然与城市之间的空间动态变化而导致城乡人居生态环境不协调的问题,以唐山市生态空间网络构建为出发点,基于形态学空间格局分析方法(MSPA)、最小累积阻力模型(MCR)对市域生态源地进行识别,提取生态源地间潜在生态廊道,结合重力模型定量分析廊道重要度,并构建唐山市生态空间网络。结果表明:生态源地提取与识别是城市生态网络构建的关键节点,通过识别市域生态源地共33 642个,面积245 674.52 hm~2,主要分布于北部山地保护区、中部林地生态保护区和南部湿地保护区,景观类型多为草地和林地,其次为水体;通过斑块重要指数等量化景观要素对生态空间的重要度,识别出30块重要生态源地作为生态廊道的关键节点;基于最小累积阻力和重力模型计算并构建潜在435条关键生态廊道,草地景观、林地景观和水体景观分别占总廊道的51.21%、30.74%和16.46%;源地间的生态作用力及廊道适宜性差异明显,源地14和17之间的相互作用力最大,为14 562.77,源地2和21之间的相互作用力最小,为1.06;源地25(开平区陡河水库)和源地18(滦州市青龙山省级保护区)为南北生态流动的关键源地,在今后的工作中应重点保护和管理。本研究可为唐山市国土空间规划、生态空间构建和生态保护红线管控提供有效支撑,也为类似区域的生态保护管理和生态空间网络构建研究提供了参考。
幅宽自动控制清秸防堵装置设计与试验

针对免耕播种机在进行玉米秸秆全量粉碎还田作业时,清秸防堵装置存在清秸幅宽、秸秆抛掷距离不合理和幅宽稳定性差等问题,设计了一种幅宽自动控制的清秸防堵装置。建立清秸幅宽数学模型,确定影响作业幅宽和漏清区域的主要工作参数和各参数的取值范围;运用S型压力传感器和电动直线推杆协同作用设计幅宽自动控制系统;通过正交试验设计和EDEM离散元仿真试验确定清秸盘的最优工作参数组合,并进行田间试验,验证自动控制系统和装置的作业性能。结果表明,影响星齿凹盘式清秸防堵装置作业幅宽和漏清区域的主要工作参数为清秸盘间距、工作偏角和工作倾角,通过仿真试验得到最优参数组合为90 mm、30°和15°;自动控制系统通过监测清秸盘对地压力实时调节其入土深度,从而调控其作业幅宽,可有效提高幅宽稳定性。田间试验表明,该装置苗带清秸率、秸秆横向移动最大距离和幅宽稳定性系数分别为92.3%、40.2 mm和92.1%,满足免耕播种作业农艺和技术要求。
基于光学特性参数反演的绿萝叶绿素含量估测研究

为快速准确检测植物体叶绿素含量,提出一种基于MMD迁移的光学特性参数反演方法。以绿萝叶片为研究对象,仿真光子在基于蒙特卡洛方法的单层平板模型上的运动轨迹,获得12 000幅绿萝叶片仿真光亮度分布图,利用卷积神经网络对模拟光谱数据进行训练,得到预训练模型;基于预训练模型进行迁移学习,在少量实测绿萝叶片光谱数据上对模型进行微调,进行绿萝光学参数反演,得到吸收系数μ_a反演准确率为84.83%、散射系数μ_s反演准确率为83.33%;在此基础上引入最大均值差异方法,提升迁移效果。结果表明,与普通的模型迁移方法相比,基于MMD迁移的方法具有更好的反演效果,吸收系数μ_a反演准确率为87.55%,散射系数μ_s反演准确率为86.67%。利用MMD迁移得到的全连接层特征建立叶绿素回归模型的决定系数R~2为0.931 0,分别比直接使用光学参数和光谱图像建立的模型决定系数R~2高0.046 8和0.062 0。研究表明,基于光学特性参数反演方法可以为叶绿素含量无损估测研究提供参考。
玉米免耕播种机侧置切刀与拨茬齿盘组合清茬装置研究

针对我国东北地区在秸秆全量还田条件下进行玉米免耕播种作业时,种带清茬率低、播种后秸秆在风力作用下被吹回清理后的播种带,从而造成秸秆回垄的问题,设计一种侧置切刀与拨茬齿盘组合式清茬装置。通过对清茬装置的切茬性能进行分析,确定了切茬圆盘类型、尺寸及安装参数;对拨茬过程中种带秸秆及表土在拨茬齿盘作用下的运动轨迹进行分析,得出影响清茬率及秸秆回垄的拨茬齿盘主要参数为:回转半径、曲率半径、拨齿长度。以种带清茬率与秸秆压土量为试验指标,采用离散元软件EDEM进行二次旋转正交组合仿真试验,确定了拨茬齿盘的最优参数组合为:回转半径163 mm、曲率半径350 mm、拨齿长度52 mm。采用最佳参数组合进行田间验证试验,结果表明,在20 cm清茬宽度下,种带清茬率与秸秆压土量分别为91.4%和5 833 cm~3/m~2,与仿真结果基本一致,作业后行间秸秆被种带表土覆盖,且未出现秸秆回垄现象,满足免耕播种作业农艺和技术要求。
玉米秸秆粉料致密成型离散元模型参数标定

为了提升秸秆粉料致密成型过程中离散元仿真所需参数的准确性,以玉米秸秆粉料为研究对象,利用EDEM软件中的Hertz-Mindlin with JKR粘结接触模型进行玉米秸秆粉料致密成型离散元仿真模型参数标定研究。首先,以接触参数的物理试验结果作为仿真参数选择依据,应用Plackett-Burman试验对初始参数进行筛选,方差分析结果表明,玉米秸秆粉料间滚动摩擦因数、粉料与不锈钢板间静摩擦因数以及JKR表面能对堆积角影响显著;其次,以堆积角为评价指标,应用Box-Behnken试验建立了堆积角与3个显著性参数的二次多项式回归模型,以物理试验得到的实际堆积角42.60°为目标值,对显著性参数进行寻优,得到最优组合为:秸秆粉料-粉料滚动摩擦因数为0.05、秸秆粉料-不锈钢板静摩擦因数为0.47、JKR表面能为0.05 J/m~2;最后,在标定的参数下进行堆积角和模孔压缩试验对比,结果表明,仿真堆积角与实测堆积角相对误差为0.68%,仿真与实际试验压缩位移相对误差为0.98%,通过对比分析两次试验中秸秆粉料模孔压缩位移变化曲线的拟合情况,得出两曲线间的决定系数R~2为0.962 7,说明所得相关参数可用于秸秆粉料致密成型离散元仿真。
玉米秸秆还田交互式分层深松铲设计与离散元仿真

在玉米秸秆还田条件下,为了提高深松作业破茬比率,降低土壤扰动与能耗,以物料(土壤、秸秆和根茬)特性、滑切原理和离散元(EDEM)仿真分析深松铲对土壤的作用为依据,设计了交互式分层深松铲。首先,根据物料特性与滑切原理得到前铲结构参数;然后,以前铲仿真过程中回流土壤最大加速度的位置和方向为依据,设计与回流土壤形成滑切交互作用的后铲交互段铲柄,同时设计后铲上下段铲柄,得到后铲结构参数;最后,结合前铲运动速度与土壤颗粒回流至最大加速度的时间确定前后铲处于滑切交互时的间距。将交互式分层深松铲与前铲仿真过程中所选土壤颗粒最大加速度的方向进行对比,验证了设计思路的合理性。离散元仿真对比试验表明,交互式分层深松铲可有效降低土壤扰动;比普通分层深松铲、圆弧型单铲对根茬的平均作用力分别提高了22.14%、26.98%;比非交互式分层深松铲、普通分层深松铲、圆弧型单铲的平均阻力分别减小了14.25%、26.02%、8.71%。交互式分层深松铲破茬比率高、土壤扰动小、能耗低,满足深松作业的要求。
基于逆向工程的搅浆刀作业性能界定与关键设计参数研究

水田搅浆是基于稻作制度的独立机械化作业环节,搅浆刀是进行搅浆农艺处理的专用刀具,但目前缺乏针对搅浆的农艺界定及搅浆刀专用设计参数研究。本文利用逆向工程技术获取搅浆刀的关键几何参数,并对搅浆作业和搅浆刀的设计方法进行定义。通过与常规旋耕刀(R245)进行分析对比提出搅浆刀的专用设计参数,进而通过田间试验进一步探讨搅浆刀的设计方法。结果表明,搅浆刀的楔面入土效应是保障其水田搅浆性能的关键,该效应所对应的搅浆刀设计参数被定义为侧切刃楔角,侧切刃楔角与侧切刃刀面宽度2个关键设计参数决定了搅浆刀入土过程的侧向搅浆作业强度。与R245旋耕刀相比,侧切刃楔角是搅浆刀设计的显著特点,搅浆刀的侧切刃静态楔角高于动态楔角,而R245的侧切刀面是一平直刀面(楔角为0°),在正切刃区域,搅浆刀与旋耕刀的楔角变化基本一致。基于田间土壤条件的原位台架试验进一步证明了搅浆刀专用设计参数对保障起浆、水田埋草等性能的优越性。
环境友好型农药喷施机械研究进展与展望

在农林病虫害防治中,化学方法仍占主导地位,化学农药施用不当会引起农药浪费、环境污染和农药残留等问题。为此,本文阐述了国内外对农药雾化、在线混药、可变量控制、仿形喷雾、雾滴飘移控制、静电喷雾、智能对靶喷雾集成等关键技术的研究概况;综述了防飘移喷雾机、仿形喷雾机、喷杆喷雾机、杂草防除机械、果园喷雾机、智能喷雾机等6类典型地面植保机械的发展概况,以及包括植保无人机及其关键部件在内的典型航空植保机械的研究发展水平;提出了环境友好型农药喷施机械"绿色环保、精确高效"的研究理念,以及开展植保机器人与专用植保机械(植保机器人及其阵列、专用植保机械)研发、航空施药机具与植保无人机研究、智能物联农药喷雾系统(病虫草害靶标智能监测识别与防治预警系统、无线物联智能植保信息传输系统、立体智能协同农药喷雾系统)研究和植保机械关键技术(新型喷头及在线混药、智能化载运平台)研究等总体发展建议。
翅片式双重极板水稻含水率检测装置优化设计与试验

为提高水稻含水率在线检测准确度,以平行板电容器为研究对象,采用翅片式双重极板检测方式对水稻含水率的检测装置进行优化试验。以极板厚度、极板间距和相对面积为试验因素,采用二次回归正交组合试验方法进行电容比灵敏度影响试验,获得最优极板结构参数组合为极板厚度2.98 mm、极板间距101.60 mm、相对面积32 583.69 mm~2。应用Matlab软件建立非线性自回归神经网络NARX的水稻含水率预测与校正模型,通过对比分析确定了模型结构的参数以及优化算法。分析表明:基于量化共轭梯度算法的神经网络NARX水稻含水率预测模型为最佳,模型的隐含层为1层,神经元数量为5,滞后阶数为3,含水率预测值与105℃恒重法实测值的误差范围在±0.5%以内。测试含水率最大相对偏差为0.65%,最小相对偏差为0.26%,平均相对偏差为0.44%。与静态电容式水分仪测试结果相比,本文水稻含水率检测装置的测试偏差浮动较小,检测性能满足水稻干燥生产实际要求。
小区育种播种装备与技术研究现状与展望

小区育种播种机是培育新品种、繁殖良种和对比品种等田间试验所用的专用播种机。本文简述了我国小区育种业发展现状与小区育种机械化发展水平,综述了小区育种播种技术及装备的研发历程,从小区育种的播种特点出发,结合不同作物品种和不同播种农艺要求,阐述现有条播、精播模式下小区育种的播种核心技术和工作原理,归纳了小区育种条播排种和精密排种装备的主要结构形式和作业模式,阐述了国内外供种、排种、开沟、覆土、镇压等装置,以及自动控制、小区定位模式、实时监测与记录等方面的实际应用及前沿先进技术研究进展,分析目前国内外小区育种播种机械的研发现状,列举我国小区育种播种技术及装备有代表性的研发成果,从播种技术优化创新完善、机械加工质量提升、高新技术融合和服务模式创新等方面,结合我国国情提出了我国小区育种播种机械化研究方向。
基于卫星定位的玉米高位精播种子着床位置预测方法

玉米植株的精确空间位置分布信息可为中耕、植保、对行收获等田间精准作业提供数据支撑,是玉米精细化生产的基础。本文提出一种基于卫星定位的玉米高位精播种子着床位置预测方法。基于卫星精准定位播种机组位置,结合播种机结构特点构建播种机组与播种单体相对位置模型,基于EDEM数值模拟和动态仿真,构建高位精播种子着床补偿模型,搭建种子着床位置预测系统,实现了玉米播种环节种子着床位置的精准预测。田间试验表明,作业速度、定位数据更新率对着床位置偏差影响极显著(p<0.01),播种株距对着床位置偏差影响显著(p<0.05);作业速度对着床位置预测准确率影响显著(p<0.05),播种株距、定位数据更新率对着床位置预测准确率影响不显著(p>0.05)。着床位置偏差随着作业速度的减小、播种株距和定位数据更新率的增大而减小;着床位置预测精确率随作业速度的减小而增大。作业速度、播种株距、定位数据更新率为3 km/h、0.4 m、10 Hz时,着床位置预测最准确,平均着床位置偏差和着床位置预测准确率分别为24.3 mm和88.9%。该系统能将玉米高位精播种子着床位置的预测控制在厘米级。
多级分离缓冲马铃薯收获机设计与试验

针对云南山地黏土条件下马铃薯机械化收获分离效果差、明薯率低、伤薯率和破皮率较高等问题,采用多级分离振动、多重缓冲和低位侧铺的方式,设计了一种多级分离缓冲马铃薯收获机。在阐述机具整体结构及工作原理的基础上,通过理论计算确定了挖掘装置、多级分离缓冲装置、主动振动装置等主要关键部件的结构参数;建立抛送分离阶段薯土运动模型,获取微波浪形薯土分离相关技术特征;建立马铃薯筛面滑动模型,对薯块的运动特性进行理论分析,得出薯块顺流、回流的运动规律;分析土块在输送分离过程中的碰撞特性,确定了影响分离破碎效果的因素。以含杂率和土壤覆盖度为试验指标,采用二次旋转正交组合试验设计方法进行了空载试验,并利用高速摄影和三轴姿态传感器实时获取分离筛上土壤的分布状态和运动规律,结果表明,分离筛最佳工作参数组合为:一级分离筛线速度1.42 m/s、二级分离筛线速度2.2 m/s、侧输出线速度1 m/s,此时土壤覆盖度69.11%,含杂率2.56%。在分离筛最佳工作参数组合下,以明薯率、破皮率和伤薯率为试验指标进行了田间收获试验,结果表明:当工作速度1.05 m/s、挖掘深度180 mm、振动强度Ⅱ级、筛面倾角22°时,明薯率为99.1%、破皮率为1.41%、伤薯率为1.32%,各项性能指标均符合国家行业标准要求。
多年生苜蓿地切根补播机低阻松土铲设计与试验

为降低多年生苜蓿地改良多用机械松土铲的水平阻力和土壤扰动量,根据食蚁兽爪趾外缘轮廓曲线模型,设计了一种新型仿生松土铲。基于多年生人工苜蓿地土壤特性,利用EDEM软件建立触土部件-土壤相互作用离散元模型,以水平阻力和土壤扰动面积为主要评价指标,在不同作业条件下对仿生松土铲和轻型标准深松铲工作过程进行数值模拟,并进行田间验证试验。结果表明,仿生铲平均减阻率为7.64%,仿真值与实测值误差小于9%。为优化翼铲结构参数,以铲翼倾角和铲翼开角为试验因素,以传感器拉力测量值和沟槽宽度为试验指标,采用响应面分析法(RSM),进行二因素五水平旋转正交组合试验,得到各因素与指标之间的回归数学模型。采用粒子群优化(PSO)算法对回归数学模型进行求解,获取了Pareto最优解集,最终选取传感器拉力测量值为8.679 kN、沟槽宽度为144.2 mm,此时翼铲倾角为20°、翼铲开角为105.6°。田间验证试验表明,实测值与预测值相对误差小于6%,说明基于RSM和PSO的多目标参数优化方法具有科学性和可行性。
轴流泵叶顶泄漏涡形成演化机理与涡空化分析

为了掌握轴流泵叶顶泄漏涡(TLV)的形成演化机理,评估涡形成空化条件和间隙宽度的影响,进行了轴流泵间隙泄漏流动实验和数值计算分析。通过流线涡量云图三维可视化分析,得到间隙流动特征及其涡结构,并比较分析涡初生时吸力面的速度流线、涡量和湍动能。对比了不同截面的物理量分布,并对不同空化条件下空化发展与TLV涡强度之间的关系进行了分析。研究表明:泄漏剪切带是形成TLV的主要区域,该区域的湍动能和涡量均较大,轴向主流与间隙射流形成对流,促进了涡的生成和发展,大间隙下的泄漏流速、涡强度与涡尺度更大;TLV核心区涡旋来自剪切带形成的剪切涡和周向的来流涡。在大空化数下,涡与空化分布基本一致,涡强度与空化正相关,叶顶涡空化在大间隙时延伸更远。在小空化数下,涡与空化位置不完全重合,空化形成所需要的涡强度较低,易扩展形成片状空化,间隙宽度对空化的影响较小。
基于东方蝼蛄爪趾的仿生旋耕刀设计与试验

为了降低旋耕刀耕作时的能耗,本文基于东方蝼蛄前足爪趾轮廓拟合曲线的特征,利用逆向工程技术将东方蝼蛄前足爪趾1、2、3、4的轮廓曲线依次排列于IT245国标旋耕刀的正切刃与回转半径末端边缘,设计了仿生旋耕刀。建立南方粘湿土壤-旋耕刀相互作用仿真模型,分析不同刀轴转速下国标旋耕刀、仿生旋耕刀扭矩和三向阻力的变化规律,结合室内土槽试验分析刀轴扭矩的变化趋势,验证离散元仿真模型的有效性。单刀受力仿真分析表明,仿生旋耕刀与国标旋耕刀的水平阻力、垂直阻力与侧向阻力均随着刀轴转速的增加而逐渐增大。在3种刀轴转速下,除侧向阻力以外,仿生旋耕刀受到的水平阻力与垂直阻力的最大值均比国标旋耕刀小。在刀轴转速150 r/min时,仿生旋耕刀较国标旋耕刀水平阻力与垂直阻力的最大值分别降低了9.91%与9.09%;在转速200 r/min时,分别降低了5.78%与9.74%;在转速250 r/min时,分别降低了4.95%与6.38%。土槽扭矩试验表明,仿生旋耕刀与国标旋耕刀的仿真值与试验值变化趋势相同,且随着刀轴转速的增加扭矩逐渐增大,最大相对误差为13.23%。在3种刀轴转速下,仿生旋耕刀较国标旋耕刀平均扭矩分别降低了10.53%、4.46%、3.49%。本研究可为旋耕刀减阻降耗和耕作能耗分析提供借鉴。
基于高光谱成像技术的生菜冠层含水率检测

为实现作物含水率的无损检测,以6种水分胁迫水平的生菜为研究对象,利用高光谱成像技术和特征波长选取方法对生菜冠层含水率进行检测研究。采用掩模法去除高光谱图像的背景噪声,并对生菜冠层光谱图像进行光强校正。利用标准正态变量变换法(SNV)去除原始平均光谱数据的噪声,采用蒙特卡罗无信息变量消除法(MCUVE)剔除无关变量,结合基于最小绝对收缩和选择算法(LASSO)、连续投影法(SPA)、LASSO与SPA算法组合(LASSO-SPA)筛选特征变量,对数据进行降维处理,采用偏最小二乘法(PLS)建立5个生菜冠层含水率检测模型。经对比发现,全光谱中存在很多冗余信息变量和无关变量,采用全光谱建立的PLS模型复杂度最高,且预测能力最差;以MCUVE-LASSO-SPA筛选变量后的PLS模型效果最优,其中建模集相关系数R_c和预测集相关系数R_p分别为0.882 7和0.901 5,均方根误差分别为1.066 2和0.928 7。择优选取MCUVE-LASSO-SPA-PLS模型计算生菜冠层每个像素点的干基含水率,生成可视化分布图,实现了生菜冠层叶片干基含水率可视化检测。本研究可为生菜冠层含水率快速无损检测提供参考。
气动球果采摘柔性手爪设计与实验

针对球形果实采摘问题,采用气动多向弯曲柔性驱动器设计了2种规格带有回转腕部功能的多自由度3指采摘柔性手爪。该采摘柔性手爪采用中心对称结构,其柔性手指与驱动器复合一体,在气压下可产生贴合球果表面的弧状变形,3指协同配合运动抓取球果,并通过腕部旋扭分离方式完成采摘。研究了"刚-柔耦合"驱动器的材料和制造工艺,建立了柔性驱动器形变模型,获得了其气压下的形变特性,并进行了相关实验验证。试制了采摘柔性手爪物理样机,研究分析了柔性手爪的工作空间、抓取模式和采摘时的力学性能,并在实验室搭建的采摘平台上进行了多种球果模拟采摘实验。结果表明,该采摘柔性手爪具有3种抓取模式,物形适应性好,抓取柔顺可靠、动作灵活,采摘主动安全、损伤小,适于多种球果的采摘。该柔性手爪采摘球果的尺寸范围为30~130 mm,三指交错强力握取球果的最大质量为1.28 kg。
高比例可再生能源电力系统的快速频率响应市场发展与建议

随着非同步电源渗透率增加,电网的惯性逐步降低,扰动后电网的频率变化率变大,频率调控面临着巨大挑战。近年来,快速频率响应(FFR)的概念已被提出,并应用于一次调频之前,为一次调频响应争取时间,使低惯性系统在一次调频响应前不至于到达系统低频减载的频率阈值。文中从典型FFR资源、辅助服务产品设计、市场交易和应用实例等几方面总结了国外FFR市场开展现状。结合中国电网应对未来低惯性系统的调频需求,阐述了FFR技术的研究趋势,并为中国FFR市场建设提出了建议和展望。
适用于电网不对称下的自同步电压源逆变器控制策略

自同步电压源逆变器(SVI)在电网电压不对称工况下实现三相并网电流平衡控制,同时兼顾离网独立运行时机端电压控制稳定性,是实际工程应用中面临的挑战之一。首先,在简要阐述SVI工作原理的基础上,文中详细分析了电网不对称条件下,常规正负序分离控制应用到SVI的局限性和系统离网独立运行时不稳定的机理。然后,基于SVI单模式控制思想,提出一种基于准谐振控制器的SVI负序电流抑制策略,在电网不对称工况下实现了入网电流输出平衡,同时保证了SVI在并/离网模式切换以及离网(含多机并联)独立工作时的系统稳定性。最后,仿真和实验结果验证了所提出的系统控制策略的正确性和有效性。
面向台区智能终端的即插即用和拓扑识别方法

配电物联网背景下,海量台区智能终端与端设备采用人工接入的工作量十分庞大,且存在边-端拓扑维护与信息交互困难等问题。因此,提出了一种面向台区智能终端的即插即用与拓扑识别方法。首先,依据配电物联网"云-管-边-端"分层体系构建了台区智能终端与智能电表等端设备架构场景,并在此基础上提出了相应的即插即用机制。其次,提出了台区智能终端与端设备的拓扑自动识别方法。最后,通过搭建实验系统,从终端接入验证、终端软件升级以及终端故障下线退出3个部分对所提即插即用与拓扑识别进行了验证分析。实验结果表明,所提方法具有良好的可扩展性与故障容错能力,能够实现海量台区智能终端与端设备的即插即用与拓扑关联自动运维。
虚拟同步机并联电流控制型变换器系统暂态同步稳定性分析

并网并联供电系统中,电流控制型变换器注入电流对虚拟同步机暂态同步稳定性有不可忽视的影响,甚至可能导致系统出现不可逆失稳问题。研究并联供电系统中变换器间的交互机理是保证系统在暂态过程中安全稳定运行的重要前提。文中建立了电流控制型变换器与虚拟同步机暂态交互模型,发现注入电流对虚拟同步机暂态稳定性的影响主要由功率耦合项决定。在此基础上,利用等面积准则分别分析了在纯感性和阻感性网络条件下不同注入电流相角对虚拟同步机暂态稳定性的影响。研究结果表明,当注入电流相角与并联线路导纳角相加接近-90°时,系统的稳定性将得到增强。基于PSCAD/EMTDC软件的仿真结果和基于RT-LAB的实验结果验证了理论分析的正确性。
基于波形相似度检测的换相失败预测控制改进方法

换相失败是高压直流输电系统常见故障之一。为抑制直流输电系统逆变器换相失败的发生,目前实际工程普遍采用换相失败预测控制(CFPREV)环节。但该环节易受故障合闸角的影响,在某些故障合闸角下,零序电压指标的变化趋势与故障严重程度变化趋势相悖,这将严重制约其启动速度,不利于换相失败抑制。文中在CFPREV基础上,提出一种基于波形相似度检测的CFPREV改进方法,利用Pearson相关系数实时表征零序电压波形变化,快速检测故障,规避了原CFPREV在某些故障合闸角下启动慢的不足。基于CIGRE标准测试模型的仿真结果表明,所提出的控制策略可以消除故障合闸角对原CFPREV的影响,提高CFPREV环节动作灵敏性,在一定程度上抑制直流输电系统首次换相失败。