基于数字孪生的果园虚拟交互系统构建

针对果园种植管理系统存在可视性低、实时性差、适应性弱和交互方式单一的问题,提出一种面向种植管理过程的果园数字孪生系统六维模型。从管理要素实体建模、管理过程动态建模、管理系统仿真建模和管理策略优化建模4个方面论述了系统模型构建理论与技术体系。以六维模型为基础,理论与技术体系为支撑,设计了基于数字孪生的果园虚拟交互系统架构,并对系统开发过程的关键技术进行了阐述。借助Unity3D仿真平台搭建了果园虚拟交互系统,实现对果园的三维可视化监测。实验结果表明:该系统在农业物联网平台数据共享基础上,通过数据驱动、三维展示、人机交互、重构事件和智能决策方面提升了果园种植管理系统监测能力,为建设智慧果园提供参考。

自动巡航草方格固沙机结构设计分析及试验

针对荒漠化治理对草方格固沙机的需求,提出了一种集底盘、开沟机构、草箱机构、插草机构、覆压沙机构、播种及洒水机构、升降机构与一体的多功能草方格固沙机。分析了“T+一”式草方格种植模式的优势,提出了自动巡航草方格固沙机整体结构方案,并对开沟机构、草箱机构、插草机构、覆压沙机构、播种及洒水机构、升降机构等关键组件的功能和结构进行了详细分析。应用三维建模软件建立虚拟机构模型,对推草和插草机构进行了运动仿真分析,并对整机进行了作业性能试验。结果表明:各机构构件间无干涉,构件运动仿真轨迹符合功能要求,杆件尺寸参数设计合理,机器作业效率高,可有效保证草方格铺设的准确性和有效性,满足机械化固沙的要求,具有良好的通用性和适应性。

基于日志聚类的基础设施故障智能诊断技术研究

随着油田信息化的快速建设与发展,油田机房规模庞大、设备类型复杂多样,存在人工巡检成本高、故障诊断时效低等问题。本文提出了一种基于日志聚类的基础设施故障智能诊断方法,利用机房设备设施具有的大量实时监控数据和运行日志,实现基础设施故障的智能诊断,防止油田信息系统宕机或下线。通过现场应用测试,该方法能够有效提高油田信息系统的稳定性、可靠性,具有极高的经济效益与社会效益。

不同轮耕模式与生物炭还田对小麦产量、品质及土壤肥力的影响

通过研究黄淮海地区不同轮耕模式与生物炭还田对小麦产量、品质以及土壤养分含量、酶活性的影响,旨在为该地区耕作方式选择与生物秸秆合理还田提供理论依据。采用田间大区试验,在2021—2023年设置旋耕—旋耕—秸秆还田(CK)、旋耕—旋耕—生物炭还田(RRB)、旋耕—深翻—生物炭还田(RTB)、旋耕—免耕—生物炭还田(RNB)、免耕—深翻—生物炭还田(NTB)5个处理,于2023年小麦成熟期调查小麦产量及构成因素,测定籽粒品质,并采集0~20、20~40 cm土壤样品,分析土壤养分含量与酶活性变化。结果表明,与CK相比,不同轮耕与生物炭还田处理均可提高0~20、20~40 cm土壤养分含量、酶活性与小麦产量构成及品质。其中,RNB处理能够提高0~20 cm土壤有机质、速效磷、速效钾、碱解氮含量以及蛋白酶、碱性磷酸酶、脲酶活性,较CK处理分别显著提高16.19%、6.79%、13.93%、6.68%、11.70%、22.22%、17.36%,NTB处理能够提高0~20 cm土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、转化酶活性,较CK处理分别显著提高5.80%、16.22%、12.04%;NTB处理较其他处理均可提高20~40 cm土壤养分含量及酶活性。NTB处理籽粒产量、穗数、穗粒数以及籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、面团稳定时间较CK处理分别显著提高8.72%、10.11%、6.19%、7.70%、7.78%、61.79%,其总体表现均为NTB>RNB>RTB>RRB>CK。RTB、RNB、NTB处理千粒重较CK处理分别显著提高10.13%、7.66%、6.34%,其总体表现为RTB>RNB>NTB>RRB>CK。小麦籽粒产量及品质指标与土壤某酶活性指标呈显著(极显著)正相关关系。由此可知,不同轮耕与生物炭还田均可提高土壤养分含量、酶活性,促进根系养分吸收利用,进而提高小麦产量及品质。其中,免耕—深翻—生物炭还田(NTB)处理表现突出。

轮耕方式与生物炭还田对土壤碳氮组分及小麦产量的影响

探讨不同轮耕方式与生物炭还田对土壤碳氮组分及小麦产量的影响,旨为豫东地区小麦—花生轮作区作物秸秆高效利用以及耕作方式合理选择提供科学依据。以小麦—花生轮作田为研究对象,设置单一旋耕/秸秆还田(CK)、单一旋耕/生物炭还田(RRB)、轮耕(旋耕-翻耕)/生物炭还田(RTB)、轮耕(旋耕-免耕)/生物炭还田(RNB)、轮耕(免耕-翻耕)/生物炭还田(NTB)5个处理,采集0~20、20~40 cm土层土样,测定土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)以及碳氮组分含量,并在小麦成熟期进行产量测定。结果表明,与单一旋耕秸秆还田处理(CK)相比,生物炭还田(RRB)可提高土壤SOC、易氧化有机碳(ROC)、微生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)、TN、微生物量氮(MBN)含量和微生物熵(SMQ)以及SOC/TN、MBC/MBN。与RRB处理相比,轮耕均可提升0~20、20~40 cm土层土壤碳氮组分含量、微生物熵以及小麦产量。其中,0~20 cm土层中,NTB处理SOC、ROC、TN、MBN含量分别显著提高6.93%、9.84%、7.55%、9.40%,RNB处理DOC、MBC含量以及SMQ、MBC/MBN分别显著提高20.97%、17.24%、11.34%、9.88%。20~40 cm土层中,NTB处理SOC、ROC、MBC、TN、MBN含量及SMQ分别显著提高8.29%、14.81%、18.43%、6.58%、11.93%、9.20%,RNB处理DOC含量及MBC/MBN分别显著提高19.76%、5.87%。小麦产量表现为NTB>RNB>RTB>RRB>CK。相关性分析结果显示,小麦产量与土壤碳氮组分含量呈(显著/极显著)正相关关系。因此,轮耕与生物炭还田能够明显提升土壤有机碳、全氮及组分含量,提高小麦产量。在此试验条件下,免耕-翻耕/生物炭还田处理效果最好。

3个甜樱桃品种在不同砧木上的生长结果表现

【目的】对9个不同砧穗组合甜樱桃植株的生长结果情况进行调查,明确西北山地条件下各种砧木对不同甜樱桃品种生长结果的影响,为西北地区甜樱桃种植砧穗组合的选择提供理论依据与参考。【方法】以红灯、美早、萨米脱3个甜樱桃品种与中国樱桃、ZY-1、吉塞拉6号3种砧木不同砧穗组合植株为试材,调查研究各砧穗组合的生长及结果情况,了解其生长结果习性。【结果】红灯、美早、萨米脱3个甜樱桃品种与矮化砧木吉塞拉6号组合可以明显降低的树体的高度,吉塞拉6号为砧木的组合较其他组合的花束状果枝比例明显增多,且其坐果率及产量较其他组合显著增多;以吉塞拉6号为砧木的甜樱桃品种生长结果表现优良。【结论】在实际生产中,为促进树体早结果、早丰产、早收益,生长势较强的品种可选择搭配矮化或半矮化砧木,生长势中庸偏弱的品种应尽量避免选用矮化砧木,以免在树体进入盛果期后树体早衰而缩短结果年限。

基于双分支串行混合注意力的输电线路缺陷检测深度神经网络模型

检测输电线路缺陷并及时维修可以确保电网的安全稳定,具有重大的实际意义。但输电线路图像背景复杂、元件尺寸小,导致现有的目标检测模型不能取得很好的效果,因此文中提出了基于双分支串行混合注意力的输电线路缺陷检测深度神经网络模型。该模型设计了DBSA(Dual-branch Serial Attention)双分支串行混合注意力,从而将更多的权重放在缺陷上,并提出了WCFPN(Well-connected Feature Pyramid Network)特征金字塔,让经DBSA提取的特征充分融合,从而增强模型检测小目标的能力。DBSA将特征图沿高度和宽度两个分支压缩并用一维卷积提取注意力,WCFPN设计了一种包含跨尺度融合和跳层连接的新型融合路径,让经DBSA提取的高层语义信息和低层空间信息进行更充分的交互。最后在绝缘子自爆、防振锤损坏、鸟巢异物、水泥杆破损和输电线路缺陷5个数据集上进行实验,结果显示所提模型取得了最佳的检测效果,在5个数据集上的平均AP50和AP分别为84.3%和46.1%,相比目前最先进的模型YOLOv7分别提升了3.7%和3%。

基于GNSS+IMU的草方格固沙机自动巡航控制系统

为了实现草方格固沙机的智能化工作,提出了一种基于GNSS+IMU的草方格固沙机自动巡航控制系统。系统以STM32F407VGT6作为主控芯片,将GNSS(全球导航卫星系统)和IMU(惯性测量单元)的位置、速度和航向角数据通过卡尔曼滤波算法融合,得到最优估计数据;然后,将最优估计数据输入增量式PID算法,以实现草方格固沙机在预定义区域内稳定的导航工作。同时,设计了Android APP终端,实现了用户终端对草方格固沙机的智能监控。研究结果表明:系统导航工作直线航向角偏差RMS不超过0.45,最大偏差不超过1.5°,满足草方格固沙机自动巡航工作的基本需求,体现了草方格固沙机在智能化定位导航方面的可行性与稳定性,可为草方格固沙机实现荒漠化治理提供依据。

羊粪与化肥减量配施对西瓜形态建成、生理特性及土壤微环境的影响

为探究适宜西瓜种植的有机肥与化肥减量配施的合理施肥模式,以西瓜杂交组合“M17×F26”为试材,采用2因素随机区组设计,研究羊粪与化肥减量配施对西瓜形态建成、营养品质、果实性状、产量及土壤微环境的影响。结果表明,羊粪与化肥合理减量配施能够使伸蔓期、开花期西瓜茎粗、蔓长、叶片数达到或超过常规化肥单施S0C1处理,且以S1C2处理表现相对较好,而S1C3处理使西瓜表现出一定的旺长倾向。羊粪与化肥合理减量配施能够提高西瓜营养品质,且以S1C2处理最佳,其中,心糖含量、边糖含量、糖酸比、维生素C含量较S0C1处理分别增加5.04%、10.81%、18.41%、21.22%,中边差、有机酸含量、硝酸盐含量较S0C1分别降低12.59%、10.00%、22.27%,与S0C1差异显著(P<0.05)。羊粪与化肥合理减量配施能够使西瓜果实性状、产量达到或超过常规化肥单施S0C1处理,且以S1C2处理效果最好,其单瓜重、产量较S0C1分别提高7.80%、10.58%,与S0C1处理差异显著(P<0.05)。与化肥单施相比,羊粪与化肥配施能够显著提高西瓜根际土壤细菌、放线菌、真菌、好气性纤维素细菌数量,提高细菌在微生物群落中的占比,降低真菌在微生物群落的占比,使微生物群落结构向更加健康稳定且易保持平衡的细菌型转变,其中,S1C1处理下的细菌、放线菌、真菌、好气性纤维素细菌数量较S0C1分别提高69.86%、60.04%、35.69%、64.00%,与S0C1差异显著(P<0.05)。表明根际土壤微生物数量的增加对西瓜茎粗、蔓长的增加有显著或极显著的正向促进作用。羊粪×化肥配施的交互作用对西瓜植株的形态建成、营养品质的提高、果实性状的改良、产量的增加及土壤微环境的改善有积极影响。综合而言,S1C2处理下的羊粪与化肥减量配施方式是适宜西瓜种植的施肥模式,它能够促进西瓜的形态建成、提升西瓜营养品质、改良果实性状、增加单瓜重和产量,改善根际土壤微环境,在生产中可以替代常规的化肥单施模式,实现化肥减施和西瓜提质增效。

虚拟荔枝果园建模与采摘行为仿真研究

随着5G技术的发展和应用,基于数字孪生技术的虚拟果园成为智慧果园管理的新模式。为此,基于物联网数据信息采集,提出了一种虚拟荔枝果园模型构建及采摘行为仿真平台构建方法。首先,分析了荔枝果园的组成要素,并使用3dmax、SolidWorks等工具进行了单元模型构建,运用面向对象技术搭建了荔枝果园虚拟场景平台。基于虚拟仿真软件Unity3D,综合三维建模软件与脚本代码,搭建了采摘机器人采摘试验平台,实现了采摘机器人路径规划仿真,并研发了虚拟荔枝果园三维全景虚拟漫游系统。通过虚拟实验平台设置不同的采摘场景,仿真分析获取优化的采摘决策,可预测采摘机器人的真实作业性能,降低采收作业成本。

射线域弹性阻抗反演在阿姆河右岸碳酸盐岩气藏储层预测中的应用

阿姆河右岸阿盖雷气田中上侏罗统卡洛夫—牛津阶碳酸盐岩储层勘探难度大、地震反射能量弱、地震资料信噪比低。以储层特征及岩石物理分析为基础,通过叠前道集优化处理、井-震联合低频阻抗建模以及叠前射线域弹性阻抗反演方法,对该地区含气储层进行了预测。研究结果表明:①阿盖雷气田中上侏罗统卡洛夫—牛津阶储层主要为台地前缘缓坡相碳酸盐岩,岩性主要为砂屑灰岩和生屑灰岩,储集空间以孔隙-裂缝型为主,具有低孔、低渗和非均质性强的特征;有效含气储层主要表现为低纵波阻抗、低剪切模量、低体积模量特征,剪切模量对含气储层的敏感程度最高。②通过预测剔除去噪,奇异值分解去噪和谱平衡能量补偿手段对叠前道集进行处理可以有效去除异常振幅等高频及随机噪音,提升有效信号强度并增强远偏移距AVO特征;井-震联合建模方法通过引入低频层速度解决因地震数据低频信息缺失而造成的反演多解性问题,提高了反演精度的同时有效表征了储层横向变化;叠前射线域弹性阻抗反演方法在研究区应用效果好,纵、横波阻抗反演体在纵、横向上均表现出较高的分辨能力,预测的含气储层厚度与测井解释的成果吻合度达85%以上,反演体显示气层的横向连续性较差,符合缓坡滩沉积特征。③研究区碳酸盐岩储层具有良好的勘探开发潜力,东部和西南部的未钻区域有多处明显的含气显示;上部Gap—XVhp段含气显示更好。

同步相移横向剪切干涉中偏振器件的误差建模

为了对同步相移横向剪切干涉系统中偏振器件的选型、装调以及误差补偿提供可靠的理论依据,本文根据琼斯矩阵原理,构建了系统中1/4波片和偏振片阵列误差对测量结果影响程度的误差模型,对四分之一波片的相位延迟误差、快轴方位角误差以及偏振片阵列透光轴方位角误差对测量结果的影响进行了定量分析。仿真结果表明:1/4波片的相位延迟误差在±1°以内时,波面测量误差为0.00002λ(PV)和0.000062λ(RMS);1/4波片的调整精度在±2°以内时,波面测量误差为0.0001λ(PV)和0.00006λ(RMS);偏振片阵列方位角误差在±1°以内时,测量误差为0.003λ(PV)和0.001λ(RMS)。根据仿真结果对测量系统中偏振元器件进行选型,同时选择两种不同精度的偏振元器件进行对比实验。实验结果的残差值与仿真结果的残差值的PV以及RMS值偏差均小于λ/20,可以在一定程度上验证模型的有效性。本文提出的数学模型可以为同步相移横向剪切干涉系统中偏振器件的选型提供可靠的理论依据。

基于对比共识图学习的多视图属性图聚类算法

多视图属性图聚类可以将具有多个视图的图数据的节点划分到不同的簇中,近年来受到了研究者的广泛关注。目前,已有许多基于图神经网络的多视图属性图聚类方法被提出并取得了较好的聚类性能。然而,由于图神经网络难以处理数据收集过程中出现的图噪声,因此基于图神经网络的多视图属性图方法很难进一步提高聚类性能。为此,提出了一种新的基于对比共识图学习的多视图属性图聚类算法,以降低噪声对聚类的影响从而得到更好的结果。该算法包括4个步骤:首先,使用图滤波消除图上的噪声,并同时保留完整的图结构;然后,选择少量节点来学习共识图,以降低计算复杂度;随后,使用图对比正则化来帮助学习共识图;最后,利用谱聚类获得聚类结果。大量的实验结果表明,与当前最先进的方法相比,所提算法能够很好地减少图数据中噪声对聚类的影响,并以较高的执行效率取得良好的聚类结果。

全球非常规油气资源评价

重点评价全球非常规油气可采资源潜力,揭示非常规油气富集主控因素及潜力区。完善重油、油砂、致密油、油页岩、页岩气、致密气、煤层气7类资源划分标准,利用全球含油气盆地商业数据库、北美地区单井资料包及中国石油公司在全球非常规油气区块的勘探开发基础数据,通过对7类非常规油气资源关键参数在地理信息系统(GIS)平台上进行空间图形插值运算,形成可采资源丰度等值线图,系统评价全球7类非常规油气资源潜力。评价结果揭示:1全球7类资源主要分布在363个含油气盆地的476套层系内。2全球非常规石油可采资源量为4 421′108 t,非常规天然气可采资源量为227′1012 m3。3非常规油气资源可分为"源控型"和"层控型"两类。"源控型"资源主要受全球6套优质烃源岩控制,其中致密油气资源具有"源储一体"的特征,开发利用前景最优;"层控型"的油砂和重油资源受后期构造改造作用的控制,主要分布于中新生代盆地斜坡带,浅层资源开发利用前景好。4未来非常规油气的发展除目前北美热点地区外,西西伯利亚盆地和内乌肯盆地的致密油、阿拉伯盆地的重油等也将是全球未来非常规油气发展潜力较大的地区。

基于狮群优化算法的机床主轴热特性分析

热误差对于主轴的回转精度至关重要,而对流换热系数的精确计算是有限元稳态热分析获得精确结果的前提。通过利用狮群优化(Lion Swarm Optimization,LSO)算法对主轴的对流换热系数进行优化,LSO相对于遗传算法等其他优化算法有更快的收敛速度、更高的精度、更能较好地获得全局最优解。首先,通过使用Lion的热分析模块测量主轴系统的关键点温度和主轴的热伸长。其次,通过经验公式计算主轴不准确但接近真实的对流换热系数值,不准确的对流换热系数会导致不准确的有限元仿真温度结果,因此使用LSO对对流换热系数寻优,将对流换热系数被视为感兴趣的目标值,实验温度值与模拟温度值之间的均方根误差被视为适应度函数。在150代之后,搜索了误差最小的最佳对流换热系数。最后,通过对搜索到的最优对流换热系数进行主轴系统的有限元稳态热分析,并与实验结果进行比较,证明了所提方法的有效性。

基于机器视觉图像特征参数的马铃薯质量和形状分级方法

马铃薯自动分级过程中,存在既要保证分级精度又对分级速度有一定要求的难点问题。该文探讨了利用机器视觉技术快速获取马铃薯图像特征参数,结合多元线性回归方法,建立马铃薯质量和形状分级预测模型,实现基于无损检测的马铃薯自动分级。搭建了同时获取马铃薯三面投影图像的机器视觉系统,通过图像数据处理获得马铃薯俯视图像轮廓面积、两侧面图像轮廓面积、俯视及侧面图像外接矩形长度及宽度数据等图像特征参数,通过多元数据回归分析,建立了马铃薯质量和形状分级预测模型。选择100个试验样本运用该方法进行质量和形状分级模型构建和预测,采用电子称获取样本实际质量,采用目测法对马铃薯进行形状分选。对比试验结果表明,质量分级相关度系数R为0.991,形状分级分辨率为86.7%。表明该方法对马铃薯质量和形状分级进行预测具有可行性,可运用于马铃薯自动分选系统中。

基于隐含变量的聚类集成模型

聚类集成能成为机器学习活跃的研究热点,是因为聚类集成能够保护私有信息、分布式处理数据和对知识进行重用,此外,噪声和孤立点对结果的影响较小.主要工作包括:第一,分析了把每一个基聚类器看成是原数据的一个属性这种处理方式的优越性,发现按此方法建立起来的聚类集成算法就具有良好的扩展性和灵活性;第二,在此基础之上,建立了latent variable cluster ensemble(LVCE)概率模型进行聚类集成,并且给出了LVCE模型的Markov chain Monte Carlo(MCMC)算法.实验结果表明,LVCE模型的MCMC算法能够进行聚类集成并且达到良好的效果,同时可以体现数据聚类的紧密程度.

阿姆河右岸盐下侏罗系大中型气田地质特征与分布规律

阿姆河右岸区块位于中亚阿姆河盆地东北部,天然气资源丰富,盐下中—上侏罗统碳酸盐岩是主要的油气富集层位。通过对盐下大中型气田的地质特征和成藏因素进行分析,结果表明:①盐下碳酸盐岩大中型气田可划分为叠合台内滩气田、缓坡礁滩气藏群和逆冲构造缝洞型气田3类,其中叠合台内滩气田发育孔隙(洞)型台内滩储集体,纵向叠置且隔夹层发育,形成多套气水系统;缓坡礁滩气藏群发育裂缝—孔隙(洞)型斜坡礁滩储集体,平面表现为“一礁一藏”;逆冲构造缝洞型气田发育碳酸盐岩缝洞型储集体,气水系统复杂,距主控断层越近、充注强度越高,气水界面越低。②叠合台内滩气田分布于蒸发台地—局限台地—开阔台地,气田规模受古地貌和现今构造幅度控制;缓坡礁滩气藏群位于台缘上斜坡带,天然气富集程度与古地貌高和礁滩体类型密切相关;缝洞型气田分布于山前逆冲构造带,气田内断层发育规模是高产富集主控因素。③深层中—下侏罗统碎屑岩形成了自生自储的成藏组合,具有大中型气田形成条件,喜马拉雅期改造较弱的继承性构造圈闭和凹陷带地层—岩性圈闭是有利的勘探目标。

面向异地资源配置的企业合作伙伴选择方法

在异地资源的合理配置中 ,企业如何选择满足其加工需求的企业作为合作伙伴是构造动态制造链的关键。本文以虚拟制造协作网 (cmc.gov.cn)为平台 ,针对该平台上的资源匹配模块所匹配出的候选企业的集合 ,通过对各候选企业的主要特征信息 (时间 T、质量 Q、成本 C、服务 S)进行定性分析并加以量化描述 ,采用层次分析法建立了选择合作伙伴的数学模型 ,结合模糊函数法 ,给出了一种企业合作伙伴自动寻优的方法。

SimulationX及硬件在环仿真在伺服压力机设计和研究中的应用

锻压装备水平是衡量一个国家装备制造业水平高低的重要指标,具有复合性、高效率、高精度、高柔性和低噪环保等特点的伺服控制精密压力机是锻压设备的发展方向。针对新型精密伺服锻压设备存在的非线性、电动机精确同步与控制等瓶颈问题,在分析该类压力机工作原理并进行运动反求的基础上,利用机电控多学科领域知识集成,在多领域统一建模软件SimulationX中构建压力机仿真模型,分析机械结构的合理性及精度可靠性并寻求非线性控制策略,结合Beckhoff控制器搭建基于过程控制对象链接与嵌入(Object linking and embedding(OLE)for process control,OPC)通信协议的硬件在环仿真平台,验证控制策略的可行性,解决了同步问题;并将该控制方案运用在双点伺服压力机上进行重复停止精度试验,实现重复停止精度在±10μm以内。研究表明,SimulationX及硬件在环仿真应用在伺服压力机设计中是可行的。