基于驾驶员脑电微状态分析的草原公路交叉口交通设施组合研究

为解决典型草原公路交叉口交通标志组合设置现存问题,针对性优化交叉口交通工程设施组合设置。通过模拟试验,采集40名驾驶员的脑电信号,聚类为5种(MS1—MS5)微状态地形图,并对驾驶员的反应时间和微状态的持续时间、覆盖率、出现频率、转换概率进行统计分析。试验结果表明,在草原公路交叉口交通设施组合的认知过程中,驾驶员脑电微状态中的默认网络和背侧注意网络发挥主要作用;MS4的持续时间和MS1—MS3的转换概率随交通设施增多呈上升趋势,可以作为评估驾驶员认知负荷的直接指标;微状态指标和反应时趋势分析发现在信息量等级C,即4种交通工程设施组合时驾驶员大脑状态具有最佳表现,认知能力最强,负荷较小且反应最快。

基于均匀试验设计的小浆果多酚体外协同抗氧化活性研究

为研究4种小浆果多酚的协同抗氧化活性,选用均匀试验设计法优化小浆果多酚协同抗氧化组合,经过统计分析和数学回归模型拟合得到最优组合——笃斯越橘多酚(D2)、红豆越橘多酚(H2)、蓝靛果多酚(L2)、蔓越莓多酚(M2)最佳质量浓度分别为42、138、172、0μg/mL,对DPPH自由基的实际清除率为98.07%±0.31%,接近理论期望值100%,说明模型优选的组合具有可行性。通过协同效应分析,优选组合清除DPPH自由基和羟自由基的协同效应指数(Combination Index,CI)值分别为0.57和0.64,进一步说明笃斯越橘多酚(D2)、红豆越橘多酚(H2)、蓝靛果多酚(L2)3种浆果多酚具有显著协同抗氧化效果。研究成果可为天然抗氧剂及小浆果功能产品研发提供依据。

基于改进U-Net的根系表型参数测量系统

为解决背景噪声干扰下,从微根管采集的原位根系图像中难以直接提取准确的表型参数问题,提出一种基于改进U-Net的微根管根系表型参数测量系统。在U-Net网络中引入优化后的空洞空间金字塔池化模块(Atrous Spatial Pyramid Pooling,ASPP)和高效通道注意力模块(Efficient Channel Attention,ECA),增大感受野,提升模型捕捉根系细节特征的能力,获取精确的根系分割图像。结果表明,改进的U-Net模型平均交并比和平均像素精度分别为87.07%和91.85%,相较原始U-Net分别提高了2.49%和2.3%。与WinRHIZO根系分析软件测量值相比,根长度和面积决定系数分别为0.951 8和0.984 9,Spearman相关系数分别为0.972 5和0.975 7,可以实现根系长度和面积的准确测量。

沙漠履带式运输车通过性仿真与试验

为提高沙漠地区车辆运输车能力,通过对沙漠土壤参数和履带车辆在松软地面通过性理论的分析,设计一种配备三角履带板的LY352J型沙漠履带式运输车。该车能够进行人员物资运输、车辆牵引、绞盘牵引作业,主要由三角履带板、绞盘和驾驶室等关键部位组成。通过理论分析和计算,确定各关键部件参数及沙漠履带式运输车在沙漠松软地面下的牵引通过性,应用Creo软件建立该履带车辆的虚拟样机模型,并采用RecurDyn(Recursive Dynamic)动力学仿真软件对车辆履带的最佳张紧力选择、直行、爬坡、转弯进行模拟仿真。结果显示,车重45%的条件下履带最佳张紧力为26.46 kN,能够保证车辆运行平稳且各项性能良好;上坡仿真得到的最大坡度为30°;转向动力学仿真中,车辆在路面上的转向稳定性较优,但在转弯时车辆容易失稳,会出现横向倾斜。最后在试验场地对试验样机进行直行、纵向爬坡和转向试验,验证该车型在沙漠地形实际行走时具有良好通过性能,能够克服轮式运输车在沙地沉陷的弊端,可满足现阶段沙漠地形运输作业的需求。

基于隶属函数综合评价法筛选蒙古栎压条繁育体系研究

蒙古栎是集用材、园林绿化及橡实利用于一身的优良树种。其无性繁育技术体系不健全是制约其产业发展的瓶颈问题。为完善蒙古栎无性繁育技术体系,满足生产上对苗木的需求,建立蒙古栎压条繁育技术。以2年生蒙古栎的嫩枝为穗材,用不同质量浓度和种类的外源生长物质、不同基质及压条方式处理,以蒙古栎压条苗的生长量、生物量及生根性状为评价指标,采用隶属函数的综合评价法筛选处理组合。不同处理蒙古栎压条苗的生长量、生物量及生根性状等指标存在显著差异(P<0.05),其中,苗高和地径均值分别为69.2 cm和7.0 mm;叶干质量、茎干质量、根干质量和单株生物量均值分别为11.20、15.70、0.21、27.70 g;生根率、偏根率、根长、根粗和根数均值分别为7.4%、80.6%、11.6 cm、1.6 mm和2.9条。蒙古栎压条苗在不同处理间的显著差异为筛选较优组合提供可能,采用隶属函数值法对不同处理进行排序,最终筛选出26~#处理、13~#处理、24~#处理、11~#处理和7~#处理5个处理为蒙古栎压条繁育较优处理,其中,26~#处理的生根率、偏根率、根数、根长和根粗生根性状分别为27.6%、72.1%、3.5条、14.4 cm和1.5 mm,除根粗指标外,其他指标均优于参试处理均值,生根率、根数和根长分别是参试处理均值的3.73、1.21、1.24倍;其苗高和地径等生长量指标分别为90.2 cm和8.7 mm,分别是参试处理均值的1.30、1.24倍;其根干质量、茎干质量、叶干质量和单株生物量分别为0.28、31.8、19.3、51.3 g,分别是参试处理均值的1.33、2.03、1.72、1.85倍。结果表明,基于隶属函数综合评价法筛选试验中最优组合为26~#处理,基质为河沙和园土等体积比混合基质,压条方式为直立压条,同时使用铁丝进行横缢,外源生长物质采用IBA-K(2000 mg/L)。研究结果为完善蒙古栎压条育苗提供支撑,为其他树种压条育苗技术体系的建立提供借鉴。

被动式木窗双端铣削加工定位夹紧装置的设计与研究

为满足欧式木窗定制化尺寸变化的需求,设计一种尺寸自适应定位夹紧装置,应用有限元软件对木窗夹紧过程进行静力学分析,在满足木窗夹紧的要求下,使木窗弹性变形在合理范围。同时为了满足轻量化设计要求对压辊连接架进行拓扑优化设计,根据拓扑优化结果改进压辊连接架结构,对优化后的模型进行静力学分析验证,最终得到优化后的工件。结果表明,优化后压辊连接架重量明显下降,满足相关使用要求。

重组竹内置钢筋后受弯性能有限元分析

重组竹是通过将竹束热压胶合而成的新型工程材料,具有强度高、韧性好以及固碳能力强等优点,为提高重组竹的受弯性能,通过热压工艺在重组竹中内置钢筋形成增强重组竹受弯构件。在四点弯曲试验的基础上,通过ABAQUS有限元模拟研究配筋率及配筋形式对重组竹受弯性能的影响。分析结果表明,与纯重组竹相比,内置钢筋后重组竹的受弯力学性能得到明显提高;当配筋形式相同时,随配筋率的增加,重组竹的承载力及抗弯刚度逐渐提高,与纯重组竹相比,配筋率为1.0%~8.2%的单筋重组竹承载力和抗弯刚度分别提高5.6%~48.36%和10.57%~71.81%;当钢筋直径相同时,重组竹顶部和底部同时配筋的双筋重组竹与重组竹底部配筋的单筋重组竹相比,其承载力及抗弯刚度分别提高21.78%和95.98%。

海陆交互相软土固结抗剪强度指标变化规律研究

以珠三角地区海陆交互相淤泥质软土为研究对象,通过室内直剪试验探究不同固结压力和固结度下抗剪强度及抗剪强度指标的变化规律,提出抗剪强度及对应指标-固结度-固结压力三维Logistic数学模型。研究结果表明,当固结压力P≥200 kPa、固结度U≥40%时,软土黏聚力(c)和内摩擦角(φ)增长较为明显;当U=100%时,各级固结压力作用下的软土抗剪强度(τ)相较于初始状态分别提高了7.89、12.73、13.50、18.20、22.38 kPa;所给出的三维数学模型可直接计算出某一固结压力和固结度下的抗剪强度指标c、φ、τ。研究成果能够更为准确地评价该地区软土地基逐级加载过程中的整体稳定性。

碳纳米纤维混凝土抗盐-冻性能研究

为研究碳纳米纤维混凝土在盐-冻融循环作用下的抗冻性能变化规律,以3.5%NaCl溶液作为冻融循环介质,对4种不同碳纳米纤维(CNFs)质量掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%)的混凝土试件进行快速冻融循环试验,通过扫描电镜、X射线衍射和氮气吸附等微观测试手段分析纤维改性机理,并建立冻融损伤模型以评价盐-冻融循环条件下碳纳米纤维混凝土的损伤演化规律。结果表明,CNFs可提高混凝土抗盐-冻性能,改善效果与碳纳米纤维掺量呈正相关,质量掺量为0.3%时抗冻等级及耐久性指数较基准组提高100%。CNFs通过桥接裂缝、控制纳米级裂纹、成核、改善孔结构提高混凝土密实度,进而改善混凝土的抗盐-冻性能。基于不同评价指标建立的冻融损伤模型符合威布尔分布且R2均大于0.9,可用于评价和预测盐-冻融循环条件下碳纳米纤维混凝土损伤情况。

基于深度学习的森林移动机器人树干检测

基于视觉导航的森林移动机器人具有机器人作为边缘设备算力有限、导航效果受光照影响较大的问题。为此,提出一种轻量化的树干检测方法,该方法基于YOLOv7-tiny模型,采用可见光图像与热成像图像作为输入,导航效果受光照影响较小;同时采用基于部分通道卷积(Partial Convolution,PConv)的特征提取模块-部分通道卷积高效层聚合网络(Partial Efficient Layer Aggregation Networks,P-ELAN),对基准模型进行轻量化改进;在训练阶段用alpha-CIoU损失函数替换原始的CIoU损失函数,提高边界框回归的准确性。结果表明,所提出的森林移动机器人树干检测方法相较于原始YOLOv7-tiny模型参数量减少31.7%,计算量减少33.3%,在图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)和中央处理器(Central Processing Unit,CPU)上的推理速度分别提升了33.3%和7.8%。修改后的模型在保持对树干检测精度基本不变的基础上更加轻量化,成为部署在机器人等边缘设备上的理想选择。

聚乙二醇对盐碱胁迫下花楸胚胎萌发及幼苗生理指标的影响

采用室内培养皿发芽法,研究外源添加聚乙二醇、碳酸钠、碳酸氢钠对花楸胚胎萌发及幼苗生理指标的影响。结果表明,聚乙二醇处理花楸胚胎后使萌发率提高15%~25%,碳酸钠、碳酸氢钠处理使花楸胚胎的萌发率分别降低了88%和85%。聚乙二醇可缓解盐碱胁迫对花楸胚胎萌发的抑制,使胁迫下胚胎的萌发率提高1~2倍。聚乙二醇可提高盐碱胁迫下花楸胚胎中抗氧化酶活性,使胁迫下胚胎中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶活性(CAT)分别提高16.45%、75%、80%。聚乙二醇使胁迫下胚胎中的丙二醛(MDA)含量降低41.44%。研究显示,聚乙二醇能够有效缓解盐碱胁迫对花楸胚胎的抑制作用,并提高花楸胚胎中的抗氧化酶活性,增强花楸的抗逆性,为建立PEG引发促进花楸胚胎萌发技术提供科学依据。

日本落叶松种子园和人工林优树自由授粉家系苗期选择

探究日本落叶松种子园和人工林优树自由授粉家系苗期生长性状遗传变异规律,为优良家系造林和后期遗传改良提供参考。以沙坝国家落叶松/云杉良种基地日本落叶松初级无性系种子园25个自由授粉家系和30个人工林优树自由授粉家系为试验材料,种子园混合种子苗作为对照,田间试验采用随机完全区组试验设计,在沙坝国家落叶松云杉良种基地苗木培育圃进行苗期生长试验。数据采用SPSS 16.0进行方差分析、多重比较,并估算遗传力和遗传增益,以2年生苗地径、苗高、新梢生长量为指标,采用Brykin多性状综合评定法进行家系评价和选择。种子园、人工林优树自由授粉家系1年生苗和2年生苗生长性状(地径、苗高、2年生苗新梢生长量)具有丰富的遗传变异,生长性状间具有显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关关系,家系选择潜力大。种子园自由授粉家系2年生苗地径、苗高、新梢生长量的表型变异系数分别是27.61%、36.82%、44.28%,家系遗传力依次为0.76、0.79、0.79,人工林优树自由授粉家系地径、苗高、新梢生长量的表型变异系数分别是25.57%、32.94%、38.83%,家系遗传力依次为0.90、0.92、0.92,属较高遗传力。家系生长性状受强的遗传控制,具有一定的稳定遗传能力,家系选择的遗传增益显著。按照50%的入选率初步选择苗期表现好的优良家系,种子园有种1、种25、种8、种34、种26、种12、种16、种20、种2、种100、种7、种21、种101共13个家系入选,入选家系地径、苗高、新梢生长量的遗传增益达到1.89%、6.18%、7.65%;人工林优树自由授粉家系有优19、优8、优2、优28、优30、优3、优7、优1、优18、优6、优15、优26、优25、优24、优13共15个家系入选,入选家系的地径、苗高、新梢生长量的遗传增益分别是3.73%、9.31%、11.19%。不论种子园还是人工林优树自由授粉家系,采用Brykin综合评价法选择的优良家系恰好是将苗高最大的家系入选。因此,建议日本落叶松自由授粉家系苗期采用单一性状——苗高作为评价和选择指标,会更加直观、经济、有效。在50%的入选率下,种子园、人工林优树自由授粉家系苗期分别有13个和15个家系入选,苗期初选家系为造林试验和后期遗传改良提供参考,有效减小田间试验规模,提高选择效率。苗高作为评价和选择指标,在生产中更加直观、方便、实用。

木窗双端铣削加工中心关键机构的设计与研究

针对被动式欧式木窗外框铣削加工效率低、加工精度低和人工劳动强度大等问题,设计一种被动式欧式木窗的双端铣削加工中心,用于被动式欧式木窗外框高效率、高精度铣削加工。通过对木窗铣削工艺的分析,采用计算机辅助设计方法对加工中心结构进行详细设计,利用Solidworks软件对加工中心进行三维建模,基于有限元分析软件对关键支撑零件的强度、刚度进行分析,使用虚拟试验方法验证加工中心的加工效率。研究结果表明,加工中心理论加工效率约为400扇/d,相较于人工加工效率350扇/d,效率提升了14.28%,关键支撑零件的最大应力远小于材料的许用应力,满足使用要求。

基于Design-Expert的电链锯锯齿结构参数优化

为提高电链锯的锯切效率,对电链锯锯齿的齿形结构参数进行研究,以单位锯切功为电链锯锯切效率的衡量指标,通过对电链锯锯切过程的仿真研究,得出不同结构锯齿的单位锯切功。以电链锯锯齿中的外形前角、侧刃楔角和顶刃楔角等结构参数作为影响因子,采用Box-Benhnken中心组合试验方法设计多因素正交试验,使用Design-expert软件进行数据分析得出最优齿形结构参数组合。研究结果表明,所选取的齿形结构参数对单位锯切功影响程度由大到小顺序依次为外形前角、侧刃楔角、顶刃楔角,并获得最优齿形结构参数组合,外形前角为10.92°、侧刃楔角为45.7°、顶刃楔角为45.41°。

木片集装箱翻转机设计与试验

木片集装箱翻转机械作为重要装卸转运机械,是木片输送链的核心设备,能够简化木片装卸工艺流程、提升装卸效率。为此,研制一款木片集装箱翻转机,能够实现集装箱转运、举升、装载和翻转等作业。阐述整机结构工作原理,对集装箱装载作业、翻转作业和关键零件进行力学分析,综合Hypermesh、ANSYS、Adams软件建立机器有限元模型和动力学仿真模型,分析机器装载作业和翻转作业得到,集装箱翻转角为γ∈[0°,85°]、支撑轴最大作用力为4331 kN、最小直径为65 mm、翻转液压缸最大负载力为59.4 kN,小于机器相关设计参数,满足设计要求。以自行研制的集装箱翻转机展开相关试验研究,计算分析试验数据与仿真结果高度拟合,利用与试验数据高度拟合的仿真模型分析机器关键零部件可缩短机器研制开发周期、降低加工制造成本。该研制的木片集装箱翻转机满足设计要求,具有一定的应用潜力。

包含哑变量的大兴安岭天然白桦林碳密度模型

以内蒙古地区牙克石林业管理局的大兴安岭天然白桦林(Betula platyphylla)为研究对象,利用198块样地数据分析天然白桦林林分碳密度与各林分变量之间的关系,建立碳密度预测基础模型,同时将立地条件(草类白桦林、杜鹃-越桔白桦林、榛子白桦林)作为哑变量引入到预测模型中,对不同林型的林分碳密度进行预测,为林业研究中碳密度模型的构建以及森林碳汇工作提供思路和方法。结果表明,天然白桦林林分碳密度基础模型决定系数(R^(2))为0.703,均方根误差(RMSE)为8.615 t/hm^(2),赤池信息量(Akaike information criterion,AIC)为841.206,贝叶斯信息量(Bayesian Information Criterion,BIC)为851.071。引入立地条件哑变量后,R^(2)有所增大,最大达到0.818,RMSE均小于等于8.241 t/hm^(2),说明模型具有较好的稳定性,预估参数较为精确。哑变量模型的AIC均小于等于541.431,BIC均小于等于550.320。哑变量模型能够反映不同立地条件下碳密度的变化,在模型的拟合和检验方面都显示适合于研究地区林分碳密度的预测,为天然白桦林碳密度估算提供参考。

氮、磷、钾肥对紫穗槐幼苗根叶化学计量特性的影响

探讨紫穗槐根和叶化学计量特性对养分的适应性,为豆科植物施肥和限制模式的研究提供依据,采用三因素(氮(N)、磷(P)、钾(K)),三水平(N1,N2,N3,P1,P2,P3,K1,K2,K3)的施肥处理,测定紫穗槐幼苗根和叶的碳(C)、氮、磷、钾含量,分析根和叶各元素之间的关系。结果表明,在P、K添加下,叶片比根系有更强的响应,根系对N添加有更强的反应。叶片和根N含量、根N/K和N/P随施氮水平的增加而显著增加,根P/K、叶P/K和根C/N显著降低。随着施磷量的增加,叶片N、P、K含量、根P含量、根N/K和P/K显著增加,叶N/K和叶N/P显著降低;根和叶K含量随施钾量的增加而显著增加,根N/K和P/K、叶N/K和P/K显著降低。叶P含量与根P含量、叶K含量与根K含量呈显著正相关,叶C、N含量与根C、N含量之间的关系不显著,而叶根N、P、K含量分别与相应的C/N、N/P和N/K呈显著负相关。叶和根的C/N之间的关系不显著,而叶的N/P、N/K和P/K之间的相关性显著。隶属函数分析结果表明,在紫穗槐C、N、P、K含量的累积方面,N2处理最佳。N的添加导致P对叶片和根的限制;P的添加导致N对叶片和根系的限制;K的添加并没有改变限制模式。研究结果可为紫穗槐的合理施肥和科学管理提供依据。

旋翼无人机仿生栖息机械臂设计

为满足旋翼无人机执行林区内定点监测、侦查等任务,通过对鸟类栖息过程研究及腿足仿生研究,设计一种仿生栖息机械臂。对整机进行模块化设计及运动学分析,腿部模块使用机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,ADAMS)进行运动学轨迹仿真,爪部模块使用D-H(Denavit-Hartenberg)参数法取得趾尖运动学方程,通过MATLAB仿真得到爪部模块趾尖的工作空间点云分布。制作样机搭建试验系统,分别对趾部活动范围以及整机栖息能力进行试验验证。该设计结构简单,易操控,可完成试验室阶段的栖息行为。

吲哚乙酸、萘乙酸和吲哚丁酸对蔓越莓组培苗扦插生根的影响

蔓越莓(Oxycoccos)耐寒性较强,其果实具有很高的保健价值和经济价值。以蔓越莓组培苗作为插穗,探究吲哚乙酸(Indole-3-acetic acid,IAA)、萘乙酸(1-naphthlcetic acid,NAA)和吲哚丁酸(3-Indolebutyric acid,IBA)不同质量浓度处理下蔓越莓插穗的浸泡和速沾试验,同时探究不同激素种类和质量浓度对生根率、苗高增长量、生物量和根系生长特点(包括最长根长、根表面积、根平均直径和平均根数)的影响。结果表明,当NAA浸泡处理为100、200 mg/L时根系生长状态较好,但是最长根长仅为(30.77±0.18) cm(NAA 100 mg/L)、根平均直径为(0.3±0.02) mm。而IBA质量浓度为1 000 mg/L时速沾处理的插穗最长根长为(30.13±3.22) cm、根平均直径为(0.39±0.04) mm、根表面积为(1.27±0.01) cm^(2)、平均根数为(128.22±2.38)条。由此来看,浸泡处理和速沾处理最优处理根系生长状况相差不大,但是综合来看当IBA质量浓度为1 000 mg/L,速沾时生根率最高,为85%。因此速沾的方法更适合蔓越莓组培苗的扦插生根。该研究初次建立蔓越莓组培苗扦插繁殖技术,为蔓越莓规模化繁育奠定基础。

基于无人机低空遥感数据的时序动态生物量计算研究

为解决林分自然生长和人工剪伐修枝引起的单木特征参数变化所造成的生物量变化问题,采用地基激光雷达数据(TLS)和无人机激光雷达数据(UAV-LS)为数据源,通过单木分割的方法,以地基激光雷达数据提供的高精度数字高程模型为基础,提升无人机激光雷达数据的单木召回率;基于无人机激光雷达数据进行单木树高的提取及一致性评定,通过优化的生物量模型,利用树高参数计算2022年和2023年各树种单木生物量。结果表明,联合地面激光雷达数据可以将无人机激光雷达数据的单木召回率从60.0%提升至73.1%;对2022年、2023年树高参数提取得到近两年树木自然生长、修剪状况;对树高一致性评定得到一致性相关系数(Concordance correlation coefficient,CCC)为0.98,均方根误差(RMSE)为1.12 m;对生物量计算得到近两年各树种单木生物量、林分生物量,2022年、2023年单位面积生物量分别为77.39、81.56 t/hm^(2)。研究证实在研究区通过无人机低空遥感数据获取树高时序动态计算各树种单木生物量可行,可以掌握林分自然生长和人工修剪引起的生物量变化。