山地果园自走式电动单轨运送装备研发与应用

柑橘、荔枝等南方特色水果大多种植在丘陵山地,果园物品运送主要依靠人工作业,生产条件差、劳动强度大、生产效率低、安全隐患大,已成为制约山地果园现代化发展进程的瓶颈和难点.在国家公益性行业(农业)科研专项、国家现代农业(柑橘)产业技术体系建设专项、国家自然科学基金和广东省科技计划等项目的支持下,以山地果园单轨运送为核心,以高效稳定、精准安全、协同智能为目标,在机械结构、电动控制、运送模式等领域创新了系列关键技术,研发了适合山地果园作业的自走式电动单轨运送装备,形成了全新的运送作业模式.山地果园自走式电动单轨运送总体技术研究被认定为国际先进水平,系列成果已转让给农机企业进行生产,已在全国范围进行了推广应用,取得了良好的社会经济效益.

基于EEMD-WPT的温室环境数据优化处理研究

【目的】解决温室系统中的数据采集传感器容易受到多种环境因素的干扰,从而导致数据中存在噪声的问题。【方法】提出一种集合经验模态分解(Ensemble empirical mode decomposition,EEMD)与小波包自适应阈值(Wavelet packet adaptive threshold,WPT)算法联合的数据降噪处理方法,并采用卡尔曼滤波与自适应加权平均算法对降噪后的数据进行融合。【结果】将EEMD-WPT算法应用于含噪温、湿度数据的降噪处理,相较于降噪前的数据,信噪比提升了73.08%。该算法相较于传统WPT算法具有更好的降噪效果,处理后的数据信噪比提升了40.31%,均方根误差降低了84.75%。【结论】该算法能解决数据跳动、冗余和丢失等问题,并为温室控制系统提供了有效的参数,具有较大的实际应用价值。

奇异值分解五阶容积卡尔曼滤波汽车状态估计

针对三阶滤波对高维汽车非线性模型估计精度有限的问题,以电动汽车为研究对象,提出了一种基于奇异值分解的五阶容积卡尔曼滤波(SVD-FCKF)车辆状态估计器。首先基于Dugoff轮胎模型,构建高维非线性7自由度车辆动力学模型。然后根据三阶球面-径向容积规则将CKF拓展到五阶,使其具有五阶泰勒级数展开精度,同时利用奇异值分解代替传统Cholesky分解,提高估计器的鲁棒性。最后利用Carsim和Matlab/Simulink联合仿真平台对SVD-FCKF进行验证,结果表明:改进的SVD-FCKF估计器能够有效提高电动汽车纵向速度、侧向速度、质心侧偏角和四轮转速的估计精度和稳定性,多工况适应能力强,整体估计效果优于CKF估计器。研究结果为电动汽车主动安全研究提供了理论支撑,具有实际应用价值。

中国式现代化视域下我国城乡融合发展路径

马克思主义的城乡融合发展思想是我国构建新型城乡关系的理论基础。党的十八大以来,我国进入城乡融合发展新时期,城乡居民收入差距逐步缩小,消费水平不断提升,产业结构日趋合理,新型城镇化、农业现代化加速推进,为中国式现代化奠定了物质基础。中国式现代化从领导力量、根本目标、特征使命等方面赋予了我国城乡融合发展新的时代内涵。为推动中国式现代化进程,应并重考虑城市现代化和农村现代化建设,坚持中国共产党领导,强化城乡融合发展顶层设计;畅通城乡要素流动,建设全面融合的城乡现代产业体系;健全城乡融合发展体制机制,提升城乡现代化公共服务水平;构筑城乡生态环境治理保障机制,促进城乡文化共融。

基于高光谱的柑橘叶片氮素含量多元回归分析

快捷、准确、无损地检测柑橘叶片氮(N)素含量,对柑橘树N肥施用的精准动态管理有重大现实意义。以117株园栽罗岗橙为试验研究对象,在不同生长期用ASD公司的FieldSpec3采集柑橘树健康叶片的高光谱反射值,以高光谱反射数据或其变换形式作为柑橘树样本多元矢量描述;用凯氏定氮法同期检测出柑橘树叶的真实N素含量值;在用PCA对高维光谱矢量降维的基础上,利用支持矢量回归算法(SVR)建立高光谱多元表达和N素含量间的映射关系,以实现任意柑橘树N素含量的预测分析。试验结果表明,测试集上预测值和真实值间的平方决定系数R2为0.9730,平均相对误差为0.9033%,均方误差MSE为0.090343,证明了该方法的有效性,为利用高光谱技术进行柑橘树N素含量的无损检测提供了参考。

丘陵山地果园运输机的研究进展

丘陵山地水果产业是典型的丘陵山地农业,而丘陵山地果园的机械化运输已成为丘陵山地果园作业的核心需求。为了解决丘陵山地果园运输困难的问题,国内外学者对丘陵山地果园的运输机械进行了相关研究。笔者概述了国内外丘陵山地果园轮式运输机、履带式运输机和履带轮式运输机的研究与应用现状,综述了它们的性能、使用条件和特色机构等,并阐述了其发展趋势。

山地果园轮式运输机车架结构分析与优化

山地果园运输机是农业运输机械化的重要组成部分,车架作为汽车质量的支撑部件,决定了运输机结构合理及行驶安全。该文研究的山地果园轻简化轮式运输机车架属于发动机前置后驱形式,利用Pro/E软件建立三维模型,并导入ANSYS软件进行有限元模态分析。在通过静态电测试验确定有限元分析的应力值和试验真实应力值在合理范围内后,对车架模型关键部位进行载荷、约束等处理并进行有限元静态弯曲和应变力分析、车架有限元模态分析,及有限元前8阶模态振动变形分析。分析结果表明车架具备良好的强度和刚度特性,存在一定的优化空间。优化过程在满足车架强度和刚度要求的前提下,通过改变横梁布置结构并降低车架构件板厚的方式实现轻简化目的。优化结果为上车架体积减少20%左右,整个车架体积减少12.37%左右,使车架质量降低了12.4%,最大应力和最大变形远远小于屈服极限值,较好的达到了车架轻量化的优化目的。

山地果园自走式履带运输车抗侧翻设计与仿真

为适应山地果园路况环境的运输特点,根据履带式运输车的行走特性,提出了基于提高抗侧翻性能的山地果园履带式运输车总体设计要求。在完成各总成设计的基础上,以提高运输车抗侧翻性能为目标,完成了山地果园履带式运输车总体布局的抗侧翻设计。建立整车的三维实体模型并对其进行了仿真,结果满足设计要求,缩短了设计周期。

叶面积指数地面测量方法的研究进展

介绍了目前使用的直接和间接地面测量叶面积指数(leaf area index,LAI)的方法,指出了其存在的问题,同时对间接方法的仪器进行了比较,并对地面测量LAI的方法、检验LAI测量仪器的测试平台和基于光学模型方法的LAI测量仪器进行了展望。

基于高光谱的柑橘叶片磷含量估算模型实验

以117株园栽罗岗橙为实验对象,分别在壮果促梢期和采果期2个不同发育阶段采集234个数据样本,高光谱反射数据构成每个数据样本中的高维矢量描述,用化学方法测得磷含量值作为样本真实目标值,用偏最小二乘法(PLS)及支持矢量回归(SVR)2种多元回归分析算法,在对反射光谱进行各种形式预处理的基础上对柑橘叶片磷含量进行建模和磷含量预测。模型分别在校正集和测试集上进行评估,取得最佳模型决定系数分别为0.905和0.881,均方误差分别为0.005和0.004,平均相对误差分别为0.026 4和0.031 2。实验结果表明:基于高光谱反射数据进行磷含量预测是可行的。

植物多叶片图像目标识别和叶面积测量方法

分析了图像处理方法测量叶面积中采用CCD照相机和扫描仪2种采集设备各自的优、缺点.针对目前各种叶面积测量方法均为逐片测量的局限性,以MATLAB数学分析软件为平台开发了对多叶片扫描图像中各叶片进行目标识别和面积计算的算法.试验结果表明,该算法在叶片间不重叠的条件下识别准确率达到100%,测量得到的叶面积与采用称重法得到的叶面积间的相对误差为2.43%,决定系数(R2)为0.9996.试验证明,该算法可以实现对多叶片扫描图像中各叶片的准确识别和叶面积测量.

基于主成分分析和BP神经网络的柑橘黄龙病诊断技术

柑橘黄龙病的传统诊断方法主要依赖于人眼经验及生化技术,前者凭经验,诊断快,但准确性低;后者准确性高,但效率低和成本高.本文采用高光谱成像技术,获取5种症状柑橘叶片的高光谱图像,采用基于主成分分析和BP神经网络相结合的方法,对370-988nm波段范围内的柑橘叶片高光谱图像进行了病状的无损检测.研究结果表明,柑橘叶片的高光谱图像存在很大冗余,前四个主成分累积方差贡献率达到97.42%.数据建模分类得表明：BP神经网络的分类准确率达85%以上,经主成分后再利用BP神经网络的分类准确率绝大部分达到90%以上.因此,利用高光谱成像技术进行柑橘黄龙病的早期诊断具有较高的可行性.

小波变换和连续投影算法在火龙果总酸无损检测中的应用

应用可见/近红外光谱技术、小波变换（WT）和连续投影算法（SPA）,对火龙果总酸含量（TA）进行精确、快速的无损检测,为火龙果内部品质无损检测提供科学依据。利用Maya2000光纤光谱仪采集380~1 099nm范围的火龙果漫反射光谱数据,通过WT消噪、SPA优选波长和偏最小二乘回归（PLSR）分析方法,建立了火龙果总酸的定量预测模型。试验结果表明：经过WT消噪联合SPA优选波长压缩光谱变量后建立的WT-SPA-PLSR模型,预测精度都高于全谱PLSR模型。由全部样本的原始光谱变量作为输入变量建立PLSR模型的预测相关系数（R_p）为0.851 394,预测均方根误差（RMSEP）为0.086 848;全部样本的原始光谱数据使用dbN（N=2,3,…,10）小波进行分解消噪,其中消噪效果最优的是db4小波2层分解（db4-2）,WT-PLSR模型的Rp为0.915 635,RMSEP为0.066 752,小波变换消噪后的光谱预测模型精度明显提高;原始光谱经过db10-3小波消噪联合SPA算法,从570个光谱变量中优选出530,545,604,626,648,676,685,695,730,897,972,1 016nm共12个变量作为输入变量,建立WT-SPA-PLSR预测模型,模型的RP为0.882 83,RMSEP为0.077 39。SPA算法适合火龙果TA模型的光谱变量选择,能够有效提取与总酸相关度高的波长变量,增加了预测模型的精度和稳定性。研究结果表明小波变换技术联合连续投影算法的漫反射近红外光谱无损检测火龙果总酸含量具有可行性。

不同物候期柑橘叶片钾素水平预测建模

为探究柑橘树钾素质量分数无损检测的技术途径,基于反射光谱建立不同物候期柑橘叶片钾素水平预测模型.以117株园栽萝岗橙树为试验对象,采集4个物候期健康鲜叶数据,用高光谱仪测量叶片反射光谱值,用火焰光度法测定同期同批叶片钾素质量分数.对不同物候期钾素敏感特征波段和钾素质量分数建模进行试验和分析,结果表明:不同物候期钾素质量分数敏感特征波段存在漂移现象;相比多元线性回归,支持矢量回归(SVR)和偏最小二乘法(PLS)用钾素敏感特征波段建模能较好预测K素质量分数;在不同物候期特征波段漂移和模型性能差异情况下,SVR基于反射光谱建立全发育期钾素质量分数模型仍有良好的预测性能,其在测试集上的决定系数R2为0.994,均方误差为0.120,平均相对误差为1.33%.

双线性插值算法在荔枝树光合模拟中叶片图像旋转中的应用

为寻找荔枝冠层光合有效辐射模拟中合适的叶片旋转算法,实验针对树叶灰度图像,将双线性插值算法引入图像旋转中,并与采用最邻近插值算法的结果进行对比分析,着重比较了树叶与背景之间边缘的过渡情况和二值化后树叶所占面积的变化情况。结果表明,采用双线性插值算法目标与背景之间的过渡平滑,边界清晰,旋转后的图像清晰度较高;采用最邻近插值算法目标与背景之间的过渡不平滑,有比较严重的方块效应,图像整体清晰度较差,二值化后图像的平均变形达到20个像素。

脂肪酶产生菌Bacillus subtilis FS321的分离鉴定及其产酶条件的初步优化

从北方堆肥试样中分离筛选得到1株中度耐热脂肪酶产生菌,编号为FS321。对该菌株进行产酶条件的初步优化,得到了摇瓶发酵条件:产酶培养基M4,发酵周期为48～60 h,摇瓶发酵温度为37℃,通气量为25 mL/250 mL锥形瓶。所产脂肪酶在50℃,pH 9.0时表现最高活性。为了鉴定该菌株,分析该菌的细胞脂肪酸谱,克隆测序了其16S rDNA基因序列,系统进化树及细胞脂肪酸组分分析均表明,FS321与Bacillus subtilis具有最紧密的亲缘关系。

基于虚拟仪器的果树重叠叶片LAI实时检测系统

目前叶面积指数(leaf area index,LAI)检测中重叠叶片的辨别是一个难点。该文提出一种创新的重叠叶片LAI简易检测方法:在室内直射平行光源照射下,通过光电传感器检测叶片透射光能量,传感器信号经过调理,由数据采集卡采集至计算机,利用LabVIEW软件平台进行程序设计,自动判断重叠叶片层数。将叶片层数乘以传感器的接收面积即为该检测位置各层叶片面积,将整个检测过程中的叶片面积累加即为各层叶片的总面积,进而求出LAI。根据试验结果选用近红外作为光源,设计并制作用于检测的近红外光电传感器,其短路电流I1、I2分别与前置放大输出电压U1、主放大输出电压U2均有良好的线性关系,于0.05水平显著。数据采集试验结果表明,在手动进行扫描、定位采集的方式下,以方格法计算的LAI值作为准确值,系统对LAI的计算最大相对误差绝对值为14.8%。初步探讨了叶片间隔对透射辐射量的影响,结果发现乘幂模型的拟合效果较好。

基于LAI测试的精确人造果树模型

精确人造果树为叶面积指数LAI和生物量测试提供固定、标准的参数,能避免真树受环境时空变化而参数改变的弊端。通过3D数字化仪(Polhemus Fastrak)采集真树的坐标(枝叶的位置、方向等空间结构参数),用独特的工艺,进行人造树模型的构建。根据多种方法的对照(图片、三维可视化、坐标误差分析)进行了经过多次、长时间多阶段(粗调、微调和整体精调3个阶段)的枝、干、叶调试,以达到仿真的效果。利用虚拟果树技术,与真树坐标、高度、叶面积、投影面积分布进行对比分析,人造树高度-累积叶面积(LAI)线性回归的决定系数R2为0.9892,人造树阴影面积-叶累积面积线性回归的决定系数R2为0.9973。人造树与真树轮廓外观尺寸相对误差在小于3%,叶子坐标误差服从正态分布。真树-人造树随高度变化的投影面积累积面积误差小于5%,累积投影面积误差为20%,它们在高度为0～65cm范围段稳定。

叶面积指数测试系统的计算机模型仿真与构建

针对叶面积指数(LAI)测量仪存在速度慢、效率低和成本高的问题,结合虚拟植物-虚拟环境与虚拟仪器,以荔枝树为研究对象,进行了LAI测试系统的计算机模型仿真与构建.LAI测试系统一方面通过LabVIEW实现基于VC++和OpenGL的计算机模型仿真程序的调用和调试,另一方面对环境温度、电机温度、滑块位置等参数进行分析、存储和显示,并计算出LAI和输出控制命令,控制电机移动传感器.

基于近红外反射的柑橘重叠叶片叶面积指数测量系统

提出一种基于近红外反射的柑橘叶面积指数(LAI)测量方法。在平直近红外激光照射下,光电探测器接收重叠叶片的反射光能量,通过数据采集卡采集电压信号至上位机,利用LabVIEW软件编程,自动判断出重叠叶片层数。将叶片层数乘以直射光束的光斑面积即为该测试位置叶面积,而每次测试的叶面积累加即为该测试区域的总叶面积,最终求出LAI。根据光谱反射试验结果选用近红外作为光源进行系统标定,得到重叠叶片层数与测量电压的指数拟合模型,Ssig<0.05水平显著。试验结果表明,在手动扫描、定时采集方式下,以方格法计算的LAI作为真实值,系统对LAI的计算误差为11.01%。