灰飞虱自动识别计数方法研究

为更精确地施药,提供可靠的虫量数据,提出一种基于图像识别技术的灰飞虱数量计算方法。设定由拍摄距离和相机调节倍数组成三组拍摄条件,融合区域面积、区域圆度和边界直径三个参数组合构成识别计数模型,利用边缘检测和区域填充完成图像中的个体提取,每组条件下分别计算5张单个长翅和短翅的参数值作为标准。拍摄条件相同的情况下,分别计算4张相互独立和4张有轻微连接的灰飞虱的计数图像,将每个区域的结果比对参数标准值范围,如果三个参数均在范围内,则输出1;至少有一个参数不符合,重新计算该区域面积和边界直径,当同时符合标准值的2倍时,输出2。试验结果表明:灰飞虱全为独立的图像中,有8张相对错误率为0%,3张小于10%,1张为13.3%;轻微连接的图像中,有2张相对错误率为0%,6张小于10%,4张为10%~25%,能满足灰飞虱数量的自动计算。

液滴在柔性辣椒叶片表面撞击行为研究

液滴撞击叶片时会使叶片发生弯曲变形,这种变形会对液滴的撞击行为产生影响。基于前人液滴撞击刚性表面的理论模型,探究了液滴撞击柔性辣椒叶片时叶片弹性系数对液滴撞击行为的影响,考虑叶片弹性势能、液滴和叶片重力势能,建立了液滴撞击柔性辣椒叶片最大扩散因子数学预测模型。以液滴粒径、撞击速度、撞击点到叶尖距离占比为试验因素,对数学模型进行了合理性验证。结果表明:3个因素对液滴粘附和飞溅均有显著性影响(P<0.05)。数学模型对液滴撞击柔性辣椒叶片最大扩散因子预测误差在10%以内,但此误差会随着叶片弹性系数的增加而减小。液滴撞击柔性辣椒叶片没有发生反弹,和理论模型预测结果一致。液滴粘附时,叶片弹性系数与液滴达到最大扩散的时间呈负相关,与撞击刚性固定叶片相比,达到最大扩散的时间增加量在0.5 ms以内,最大扩散因子减小率在25%以内,传递给叶片弹性势能占初始总能量的比随着叶片弹性系数的增加呈现先减小后增大趋势。液滴飞溅时,在到叶尖距离占比的20%、40%、60%、80%处,与刚性叶片相比,飞溅临界值Kcrit分别增加16.202%、10.515%、6.508%、4.467%,说明叶片越靠近弹性系数小的区域,液滴越不容易飞溅。本文为液滴在柔性植物叶片上的撞击行为研究和喷雾参数选择提供了一种方法。

便携式雾滴沉积检测系统的设计与试验

目前,农药喷雾沉积的检测方法,大都无法直接、快速检测雾滴在叶片上的沉积分布参数,对于实时评价植保喷雾机械的作业效果及反馈调整作业参数效率产生了影响。针对此问题,本文基于荧光反应和图像处理,设计了一种叶面雾滴沉积检测系统。试验结果表明:相比于ImageJ对叶面雾滴覆盖率的处理结果,本监测系统的平均误差为4.08%;相比于人工计数,本系统的雾滴沉积粒数计数结果误差为2.46%~4.69%,平均误差为4.01%;使用的荧光试剂可以满足大田工作需求。所设计的检测系统可以实现对叶片雾滴沉积参数的快速无损检测。

变量喷雾技术研究进展分析

变量喷雾是精准施药的重要方式之一。近10年来,变量喷雾在技术发展和应用方面均取得了重要进展。本文从变量喷雾的探测技术、控制技术及系统集成三方面,对现有研究成果进行综合性评述。在作物形貌和密度的探测技术上,重点讨论了超声波用于作物形貌探测的方法,给出了误差分析,比较了超声波技术和激光技术用于作物形貌探测时的特点,强调了LIDAR用于树木结构和冠层探测的优势以及提取叶面积指数表征作物密度的优势。在作物病虫草害的探测方面,总结了自组织映射(SOM)、人工神经网络(ANN)、支持向量机(SVM)等信息解析技术用于探测作物病虫草害的特点,强调病虫草害的探测应结合农作物栽培和管理特点。在变量喷雾伺服系统方面,归纳了现有变量喷头及其控制技术,强调用控制技术提升低成本器件和装备的使用性能。最后,对变量喷雾系统集成进行了总结,指出了变量喷雾技术进一步发展的方向。

在线混药喷雾系统混药性能试验

为寻求在线混药喷雾系统中射流混药装置对系统工作状态的影响,该文以胭脂红溶液模拟农药,考察了24种不同结构参数的射流混药装置应用于3种不同流量特性的在线混药喷雾系统时的工作特性,采用分光光度法对F110-015喷雾系统中射流嘴出口直径d=2.00 mm,面积比m=4.00的射流混药装置进行混药均匀性检测。试验结果表明,射流混药装置的结构参数对喷雾系统的工作状态具有显著影响,在同一种喷雾系统中,改变射流混药装置的结构参数,喷雾系统的工作状态也发生改变。在不同试验方案中,喷雾系统呈现回流和吸药2种工作状态;在射流混药理论分析及试验的基础上,给出了解决药液回流问题的2种方案,即增大射流嘴进口直径或减小射流嘴出口直径和降低喷雾系统的阻力系数。并通过试验结果证明,F110-015喷雾系统在4种喷雾压力(0.26、0.30、0.34和0.36 MPa)下的混药浓度变异系数CV(coefficient of variation)均小于5%,说明该装置可用于在线混药喷雾系统,也为射流混药在线喷雾系统的应用提供有效的参考。

变量喷雾装备及关键技术的探讨

为了实现精确农业中喷雾作业的自动化,对病虫害的位置,实施喷雾时喷雾装备的位置确定、喷雾装备的速度测量以及系统压力测试和系统流量监测等核心技术进行了探讨;并对定位精度的提高、处方图的精度匹配、喷雾滞后以及信息的采集和处理等存在的问题进行了相关讨论

射流混药装置结构参数对混药性能影响的模拟分析

以射流混药装置结构优化为目标,采用CFD方法研究了混药装置的嘴管距、面积比和吸入口角度等主要参数对混药性能的影响。用混药装置流动性能的实测值对射流混药装置数值模拟方案进行对比表明,确定的射流混药装置数值模拟方案合理。对嘴管距、面积比和吸入口角度3个参数进行了数值模拟。结果表明:这3个参数均不改变h-q单调递减关系类型;嘴管距和吸入口角度的变化不改变η-q关系类型,但面积比会改变η-q曲线变化趋势。

无人直升机飞行高度与速度对喷雾沉积分布的影响

为了找出小型无人直升机喷洒农药时影响农药沉积的因素及各因素对农药沉积的影响程度,并通过试验制定相应的试验方法和规范,该文采用二因素三水平试验方法安排试验,研究了无人直升机喷雾沉积浓度,沉积均匀性与飞机飞行高度,飞行速度及两因素间的交互作用的关系,分别建立了试验指标之沉积浓度,沉积均匀性与飞行速度和飞行高度之间的关系模型。对试验样本进行方差分析和回归分析(显著性水平α取0.05),结果表明:飞行高度,飞行速度及两因素间的交互作用对沉积浓度的影响极显著,对应的P-value值分别为2.0684×10-4,8.2190×10-5,9.7052×10-5;飞行高度和飞行速度对沉积均匀性的影响极显著,对应的P-value值分别为9.8410×10-3,1.1550×10-3;两因素间的交互作用对沉积均匀性影响显著,对应的P-value值为2.5594×10-2。分别建立的沉积浓度,沉积均匀性与飞行速度和飞行高度之间的关系模型,在飞行速度和飞行高度区间范围内失拟不显著,对应的失拟性检验结果分别为:FLf=3.7024<F0.1(3,1)=53.5932,FLf=17.60<F0.1(3,1)=53.5932,可以为实际生产应用提供指导。小型无人直升机喷洒农药时,影响沉积浓度及均匀性的因素有:飞行高度,飞行速度及两因素间的交互作用。建立的沉积浓度,沉积均匀性与飞行高度和飞行速度两因素关系模型可以为实际生产应用提供指导。

水稻籽粒流对承载板冲击过程离散元分析

为了提高谷物流量测量精度,基于软球模型的离散元法,采用Hertz-Mindlin(无滑移)接触力学模型模拟水稻籽粒流与承载板冲击过程,在升运器线速度分别为0.5、1.0、1.5m/s时分析水稻质量与平均法向冲击力变化规律。结果表明:水稻籽粒流对承载板冲击过程的离散元模型参数选用合理,具有工程应用价值;去除水稻籽粒在承载板上的滑落阶段,3种线速度下水稻质量与平均法向力的线性相关系数由0.8062,0.9082,0.9891分别增大到0.9144,0.9630,0.9944。在设计冲量式谷物质量流量测量装置时应考虑如何减少谷物在测量装置上的滑落阶段,从而提高测量精度。为谷物流量测量装置的开发提供技术支持。

变量喷雾装置响应性能的试验研究

采用GPS定位和雷达测速技术,构建了一套变量喷雾装置,并开发设计出其相应的软件控制系统。在试验研究过程中,通过实时监测喷雾参数来描述喷雾过程的动态特性,以此测定该变量喷雾控制系统的响应能力,并为喷雾处方图与变量喷雾装置的精度匹配提供可靠依据。试验结果表明,变量喷雾装置的定量喷雾误差控制在4.65%以内前提之下,响应延时会影响到变量喷雾作业的均匀性,选择合适的行进速度以及设置一定的预留时间能在一定程度上减少这种影响。

密闭空间雾滴沉积状态参数的显微图像解析

针对植保机械喷雾取样技术存在的不足,提出了利用显微图像结合数字图像处理技术对密闭空间中雾滴的沉积状态参数进行取样和分析的方法。利用该方法对棚室内雾滴覆盖率、沉积密度和均匀性等参数进行了试验和分析。试验结果表明,随距离增加,雾滴覆盖率先上升后下降,而雾滴沉积密度的变化趋势正好相反;棚室内距地面高度0.4-0.8m范围内,雾滴的覆盖率和沉积密度基本不随高度变化。用雾滴覆盖率、沉积密度和均匀性来表示整个喷雾场雾滴的沉积状态是有效、可行的。

射流混药装置面积比对混药均匀性的影响

以探索农药和水混合后混药均匀性表征的数值计算途径为目标,确定了射流混药装置混药质量分数分布场数值模拟方案,采用CFD软件Fluent对射流混药装置混药质量分数分布场进行了数值计算。引入离析度概念来定量评价射流混药装置中农药和水的混合均匀程度,离析度降为0.05视为药水混合均匀。当面积比m∈[2.564,.00]时,随面积比的增大,最小混合距离下降,但最小混合距离的下降受混药效率的制约。综合考虑,面积比m=3.06的射流混药装置混药性能高于面积比m=2.56、4.00的射流混药装置。混合管中最大湍流强度均下降14.96%进入扩散混合区,扩散混合区所在的坐标区间为:X∈([-13.85m+111.37)mm,116.5 mm]。因此,在实验测量射流混药装置混药后的农药质量分数时,应按照扩散混合区所在的坐标区间,针对不同面积比合理布置质量分数测量点。

黄瓜蚜虫的图像识别与计数方法

通过分析蚜虫区域、绿色背景和蚜叶区的G分量特点,建立G分量阈值确定原则,并采用G分量阈值将蚜虫区域和非蚜虫区域分离开。针对蚜虫的粘连重叠问题,利用扩展极小值阈值变换的方法对输入图像进行标记,对标记后的图像进行距离变换和分水岭分割,以去除粘连。试验结果表明:算法能有效地分割粘连重叠的蚜虫,过分割率与欠分割率之和为3.14%。计数准确率达到96.2%,高于直接计数的80.7%。

近红外图像处理技术在农业工程中的应用

讨论了近红外图像应用原理和发展特点,分析了近红外图像处理技术在国外农业主要方面的应用和研究现状,并针对近红外图像处理技术在农业工程中的进一步应用研究提出了若干重要发展方向,以促进中国在该领域的研究。

连续可变量喷雾系统响应特性试验

构建了以电动调节阀为变流器件的变量喷雾系统,并采用试验方法得出了系统的阶跃响应特性,试验结果表明:在阶跃幅值ΔQ分别为0.4、1.4、3.4、3.9、4.4 L/min条件下,系统上升时间的最大值为1s,表明系统响应速度与现有的调压变量喷雾系统相当;系统上升时间、峰值时间和超调量都有幅值相关性,说明系统是非线性系统。因此对此类调流变量喷雾系统,其控制设计必须考虑非线性问题。

植保机械雾化场雾滴特征分析与二维重建

针对植保机械雾化性能检测中对雾滴尺寸分布特征检测常用方法中存在的不足,提出了利用高速摄像结合数字图像处理技术对药液雾化场中空间雾滴特征参数进行检测统计的方法,并根据检测到的雾滴特征参数信息实现了雾滴分布图像的二维重建。试验结果表明,该方法实现了对喷雾场中的雾滴分布特征的快速准确检测,同时避免了对喷雾场的干扰,为进一步研究喷雾场中的雾滴分布特征以及运动情况提供了方法基础。

喷雾机前后轮相继激励下喷杆理想运动响应提取

为使真实路面激励可以用于喷杆喷雾机的系统辨识和系统特征评价,建立了在路面单侧激励条件下,从路面激励相继作用于喷雾机前、后轮时的喷杆运动响应中,提取路面激励仅作用于喷雾机前轮时的喷杆理想运动响应的方法。试验结果表明,所提方法可获得与实测响应值间可决系数为0.955 1的模型预测值。获得的喷杆理想运动响应用于喷杆运动响应特性分析的同时,也为路面激励仅作用于喷雾机后轮时的喷杆理想运动响应的提取提供了依据。

喷雾机喷杆有限元模态分析与结构优化

在ANSYS中建立了喷杆的参数化有限元模型,并验证了模型的准确性。根据喷杆的模态分析结果在ANSYS中对喷杆结构进行了优化,在质量增加8.4%的情况下,喷杆一阶固有频率从9.16 Hz增加到了10.41 Hz,避开了路面激励的频率区间。结合ADAMS对喷杆优化前、后作业时的弹性变形作了对比,结果表明:优化前喷杆末端在水平方向最大弹性变形Dbmax为39.6 mm,均方根为12.6 mm;优化后喷杆在水平方向最大弹性变形Damax为10.1 mm,均方根为2.9 mm,喷杆经过优化后其水平方向弹性变形明显减小。

混药质量浓度在线检测装置

根据溶液质量浓度不同,其折光率不同的原理,设计了一种混药质量浓度在线检测装置。采用波长650 nm二极管激光器作为光源,PSD作为光斑位置探测器,设计和制造了有机玻璃材质的三角形检测管和以OPA4277芯片为主的信号调理电路。在流量为4.7、5.4和6.1 L/min时得到的光斑位置与质量浓度拟合曲线的决定系数R2均大于等于0.983 1,且随着流量的减小,其拟合曲线的决定系数逐渐增大。在流量为6.1 L/min时,在线测量混药质量浓度存在最大偏差为0.075 1 g/L,平均相对误差为8.99%。表明该装置可用于混药质量浓度的在线检测。

割草机器人避障控制

针对以往割草机器人避障行为控制方法中存在避障路径不易跟踪以及对各类障碍物适应性较差等缺点,提出了基于测距传感器及模糊控制技术的割草机器人避障控制方法,并规划出易于路径跟踪的走折线运行方式.给出了传感器的布置,以超声波传感器测得的机器人左前方障碍物距离和右前方障碍物距离之差以及正前方障碍物距离作为模糊控制器的输入,而以小车方向角作为控制器输出,四周布置的红外传感器用于提高割草机器人在避障过程中的安全性.避障试验结果表明:该控制方法可行并具有灵活性和鲁棒性等优点,可通过改变控制器输入输出论域及折线段长度来设置避障过程中机器人与障碍物间的距离;所布置的传感器能够适应避障的需求.