大白菜机械化收获技术研究现状与发展趋势

随着现代农业技术的发展,大白菜机械化收获技术在我国越来越引起重视。目前,我国大白菜收获作业仍以人工为主,机械化收获水平较低。为了使大白菜收获跟上时代的步伐,满足大白菜的生产需要,结合国内外大白菜机械化收获技术,重点分析了大白菜机械化收获中拔取、切根、输送提升及转运收集等关键技术;然后,总结现有收获机及其关键部件所存在的问题;最后,针对我国现阶段的研究情况,对我国大白菜机械化收获方面的研究提出几点建议,旨在为我国大白菜机械化收获技术装备的研发与应用提供参考依据。

基于反射光谱的油茶籽油掺伪量快速测定及特征波长特性研究

为了探索紫外-可见-近红外反射光谱测定油茶籽油掺伪量的方法,按照不同掺伪比例制备了244个油茶籽油掺伪大豆油、菜籽油、花生油、玉米油的样本,以自主搭建的实验平台采集所制备样本在200~1100 nm范围内的反射光谱。将原始光谱进行Savitzky-Golay(SG)-连续小波变换(CWT)预处理后,利用Kennard-Stone(K-S)算法以2∶1的比例将样本划分成校正集和预测集。采用竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)、自主软收缩算法(BOSS)、迭代变量子集优化算法(IVSO)进行特征波长选择,分别建立基于支持向量机(SVM)、极限学习机(ELM)、随机森林(RF)的油茶籽油掺伪量快速预测模型,同时对特征波长的特性进行了研究。结果表明:原始光谱经过SG-CWT(L5)预处理和BOSS特征波长筛选后,建立的基于SVM的油茶籽油掺伪量快速预测模型能够鉴别掺伪量为1%及以上的油茶籽油,该模型在十折交叉验证和网格搜索法下得到最佳惩罚因子(c)和核函数(γ)分别为5.2780和0.1088,其预测决定系数(R_(P)^(2))、预测均方根误差(RMSE_P)、预测平均绝对误差(MAE_(P))分别为0.9985、0.0134、0.0102。特征波长聚集程度和陡度对模型预测结果存在一定影响。综上,建立的基于反射光谱的油茶籽油掺伪量快速预测模型预测误差小,预测效果较好。

基于移动机器人的树木识别与冠层信息测量

针对人工测量苗圃冠层参数费时费力,无法快速提取果树冠层参数的问题,提出一种基于环境点云识别算法的树木冠层信息提取方法。首先利用LiDAR-IMU紧耦合里程计进行点云矫正和特征点提取,在建图中使用旋转约束解决Z轴偏移问题,完成测量区域的环境重建;将点云地图传输至后台工作站后,使用欧式聚类和3D-FV-DNNs算法对树木点云进行分割与识别;最后在找到第一主枝后利用立方体素法实现冠层体积建模,采用二维栅格法提取冠层面积参数。试验表明:本文采用的建图算法能较高精度地重建完整果园环境,基于DNN深度学习分类器的苗圃识别方法获取的P-R曲线的Bet值比SVM与RF分类器所获取的数值高出0.064 1与0.099 9,此外树冠体积与面积的R^(2)与RMSE分别为0.746 77、0.697 8以及0.097 54、0.076 77。表明本文算法测得的冠层参数与人工测量值有强相关性,为果园精细化管理提供重要支撑。

基于光谱变换算法的不同横径沃柑的光谱与建模对比分析

目的:减小沃柑横径对糖度预测带来的影响。方法:将132个沃柑按横径分为小等果(65~70 mm)、中等果(70~75 mm)和大等果(75~80 mm)3组。采集全体沃柑的横径光谱后,运用光谱变换算法,综合光谱信息与沃柑横径信息,将不同大小的沃柑光谱转换到同一横径基准下。将修正前的光谱与修正后的光谱分别通过预处理,目标共生距离算法(SPXY)划分,竞争性自适应权重取样法(CARS)筛选特征波长点以及偏最小二乘回归法(PLS)建立修正前后的糖度模型。结果:小等果光谱经过修正,预测集决定系数(R_(P)^(2))由0.790提升至0.821,预测集均方根误差(RMSEP)为0.489降低至0.443;中等果光谱经过修正,R_(P)^(2)由0.801提升为0.845,RMSEP为0.460降低至0.422;大等果光谱修正,R_(P)^(2)由0.820提升至0.863,RMSEP为0.431降低至0.393。结论:光谱修正算法减小了沃柑横径带来的光谱差异,提升了模型的预测精度。

基于光谱的橘小实蝇侵染柑橘检测系统设计

为实现可见/近红外光谱对橘小实蝇侵染柑橘的准确检测。针对侵染位置的未知问题,设计一套橘小实蝇侵染柑橘多光路无损检测分级系统。采集四个检测光路的半透射光谱信息,利用偏最小二乘判别法建立并比较单一检测光路和混合四个检测光路的分类模型。结果显示,混合所有检测光路的模型取得较优的分类结果。利用竞争性自适应重加权采样法筛选的47个特征波长变量建模,四个检测光路中分类效果最佳地预测集的准确率和特异性分别达到93.5%和95.2%。利用四个检测光路的柑橘样本建立的PLS-DA混合分类模型,结合CARS算法进行有效特征波长变量筛选,可提高橘小实蝇侵染柑橘分类模型的精度,实现橘小实蝇侵染柑橘的准确分类。研究结果可为在线检测橘小实蝇侵染柑橘提供参考。

基于机器视觉的柑橘果形测控系统设计

针对柑橘果形特征中圆度和果径检测精度低、姿态定位时间长的问题,设计了一种嵌入式快速检测与控制系统。系统以STM32单片机为系统控制核心,测量了单目相机图像的半径误差和形状误差,并采用高斯滤波、数字图像形态学、Hu矩和Canny算法,对动态的柑橘图像进行姿态识别与柑橘果形检测。检测结果表明:视觉检测系统半径误差控制在1.8%以内,形状误差为2.71%~3.69%;在5个/s柑橘的检测速度下,柑橘圆度和果径的在线分级正确率分别为81%和91.92%。本研究结合机器视觉无损检测技术,实现了动态下柑橘圆度和果径特征的综合检测与分级。

茶油鉴伪光学特性参数的对比分析

[目的]对比光学特性参数[吸收系数(μa)和约化散射系数(μ′s)]鉴别掺伪茶油的能力,并探索组合提取方式对模型的提升效果。[方法]以植物油为试验材料,制备不同质量分数的掺伪茶油;采用不同的预处理方式对光学特性参数数据进行预处理,提取特征波段后建立随机森林(RF)定性鉴别模型。[结果]经过竞争性自适应重加权算法(CARS)和无信息变量剔除算法(UVE)进行特征提取后,利用μa和μ′s数据建立的模型鉴别准确率分别为95.65%,95.65%和98.55%,97.10%,与CARS特征提取方式相比,组合提取方式(UVE-CARS)使模型的鉴别结果至少可提升1.45%。[结论]利用μa可更快速、准确地实现对不同掺伪种类茶油的鉴别,采用组合提取方式可有效提升模型鉴别能力。

基于XGBoost的掺伪茶油光谱鉴别模型

为实现采用紫外-可见-近红外光谱技术鉴别掺伪茶油的目的,研究首先通过向茶油中掺入不同比例的葵花籽油、玉米胚芽油和花生油制备掺伪茶油,然后采用自制的透射光谱采集实验平台获得光谱数据,对原始光谱进行预处理后,分别以竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)、Boruta算法进行特征波长筛选,最后建立了基于XGBoost的掺伪茶油鉴别模型。研究结果表明,原始光谱经过SG-连续小波变换[CWT(分解尺度25,L5)]预处理和Boruta特征波长筛选后,所建立的XGBoost模型鉴别性能最佳,测试集的准确率、灵敏度和特异性分别达到了98.18%、100.00%和97.62%。通过与常用的支持向量机(SVM)和极限学习机(ELM)模型对比后得到,XGBoost模型的准确率分别提高了3.63%和1.82%,特异性分别提高了4.76%和2.38%。

基于压电传感阵列的萜烯类挥发物鉴别

为了实现柑橘中萜烯类挥发物的鉴别,选取柑橘主要萜烯类挥发物,d-柠檬烯、α-蒎烯和月桂烯作为目标分子。采用本体聚合法,MAA为功能单体,EGDMA为交联剂,AIBN为引发剂,制得对应的分子印迹聚合物(MIP)。使用聚氯乙烯将MIP粉末与石英晶体微天平(QCM)电极结合,制成MIP-QCM传感器,三种传感器组成传感阵列。搭建配气系统并测量传感阵列对纯样和混合样本的响应。以传感器最大频率偏移作为特征值。传感器对各自目标纯样的响应随浓度变化呈良好的线性关系,R^(2)分别为0.9924、0.9836和0.9859,灵敏度均在0.2 Hz/ppm以上,重复性百分比均在95%以上。采用主成分分析法(PCA)鉴别纯样和其对应的混合样本,鉴别准确率为100%。传感阵列对萜烯类挥发物纯样和添加了少量干扰物的混合样本有很强的鉴别能力。

基于可见/近红外光谱的柑橘糖度在线检测分选系统的设计与试验

在6GF-4型林果无损检测与分选成套设备中,设计了基于可见/近红外光谱的柑橘糖度在线检测分选系统,系统主要包括传输装置、光谱采集装置、控制系统以及分选装置。系统在柑橘果实运动状态中采集其光谱信息,并通过所建立的果实糖度模型进行同步计算,根据所得糖度值对柑橘果实实现在线分选。在光谱采集装置中设计了双透镜式光路,可改变投射于柑橘果实上的光斑大小,通过研究比较试验参数积分时间和光斑尺寸大小,得出系统的最佳采集参数为积分时间100 ms,光斑尺寸设置为小,样本移动速率为5个/s。建立的SPXY-CARS-PLSR柑橘糖度在线检测模型校准集和预测集的决定系数分别为0.938和0.836,校准集和预测集的均方根误差分别为0.273°Brix和0.418°Brix。使用未参与建模的25个柑橘果实样本进行外部验证集的在线检测和分选,结果在1°Brix的误差范围内,检测糖度的准确率为92%;当样本分为4个等级时,系统分选正确率为92%;当样本分为3个等级时,系统分选正确率可达100%。

基于嗅觉可视化技术的食用植物油分类识别

为实现山茶油与3种常见食用植物油(菜籽油、大豆油和玉米油)的区分,制备可视化传感器阵列,采用嗅觉可视化技术对4种不同种类的食用植物油进行分类识别。采用主成分分析(PCA)对4种油样的特征数据进行降维,然后将降维后的数据导入K近邻(KNN)、极限学习机(ELM)、支持向量机(SVM)3种分类模型中进行模型参数优化,对比了3种分类模型的分类结果。结果表明:建立的SVM分类模型性能最优,当输入主成分向量数为7、c=1.7411、g=4.5498时,SVM分类模型的测试集分类识别准确率为95.8%,五折交叉验证准确率为89.6%。制得的可视化传感器阵列可以实现4种食用植物油的分类识别,嗅觉可视化技术用于食用植物油检测是可行的。

基于电子鼻的茶油掺伪定性和定量检测

目的:实现对茶油中掺入菜籽油、大豆油、玉米油的掺伪检测。方法:采用电子鼻检测平台对茶油中分别掺入不同比例菜籽油、大豆油、玉米油进行掺伪检测,运用线性判别分析(LDA)和支持向量机(SVM)进行茶油掺伪定性鉴别分析,并使用多层感知器(MLP)和偏最小二乘回归(PLSR)建立茶油掺伪定量预测模型。结果:最佳输入参数下的SVM对茶油掺伪鉴别准确率高于LDA,其平均精确率、平均召回率、平均F-分数分别为94.85%,96.11%,95.34%,比LDA的提高了5.17%,4.44%,5.29%;MLP对茶油掺伪比例预测结果优于PLSR,对于掺入菜籽油、大豆油、玉米油的茶油,MLP预测的决定系数分别为0.98,0.99,0.98,均方根误差分别为4.02%,1.45%,3.74%。结论:基于电子鼻平台建立的SVM茶油掺伪鉴别模型和MLP茶油掺伪比例预测模型可有效实现茶油的鉴伪。

基于血液润滑性能的研究

血液作为润滑剂时的机械与生理性能研究是人工器官大量出现必须研究的问题之一。本文分析了血液作为润滑剂时的特殊性,并对血液作为润滑剂时的机械承载性能和血液的溶血性能进行试验研究,提出了血液润滑的综合判定指标。

人体血液机械承载性能的试验研究

利用可调速四球机测试血液在不同转速及不同载荷条件下钢球平均磨痕直径的变化规律。试验表明,影响人体血液润滑性能的主要因素为:血液剪切非牛顿效应、温度非牛顿效应、动压效应及血液组分变化效应等。在低剪切范围,剪切非牛顿效应为主要影响因素,随着转速提高及载荷增大,动压效应与温度非牛顿效应逐渐成为主要影响因素。在高剪切及大载荷情况下,血液组分变化成为影响血液承载能力的主要因素。

基于高光谱技术的不同霉变程度籼稻快速鉴别

为解决快速、无损鉴别籼稻霉变程度问题。该文利用高光谱技术采集正常、轻度霉变、中度霉变和重度霉变共4类籼稻样本的光谱数据,经不同预处理后,通过连续投影算法(SPA)提取特征波长,采用多元线性回归判别分析(MLR-DA)建立籼稻霉变程度鉴别模型。同时,通过竞争性自适应重加权算法(CARS)筛选特征变量,采用偏最小二乘法回归判别分析(PLS-DA)建立鉴别模型。研究结果表明,SG-SPA-MLRDA和RAW-CARS-PLS-DA模型的验证集相关系数RP均大于0.950。其中,RAW-CARS-PLS-DA模型的预测效果最优,其验证集相关系数RP为0.969,均方根误差RMSEP为0.269,对未知籼稻样本的总体分类准确率为93.33%。该模型对不同霉变程度籼稻具有较强的鉴别能力,故该方法可为快速、无损鉴别籼稻霉变程度提供技术支持。

基于热力耦合的滑动摩擦系数模型与计算分析

为预测和控制摩擦过程,通过分析界面原子在界面势能场激励下的热振动,建立了基于摩擦界面热力耦合过程的滑动摩擦系数计算模型.计算分析表明:滑动摩擦系数随相对滑动速度增大而增大;当摩擦界面实际接触面积与载荷呈线性关系时,滑动摩擦系数与接触面积无关;当实际接触面积接近名义接触面积时,滑动摩擦系数随载荷的增加而减小;此外,滑动摩擦系数随晶格常数增大而降低,随原子质量减小而减小.

多温区网带式干燥机热流场分析与结构优化

为实现连续式干燥机温度分区要求,该研究设计了一种基于分层孔板送风的四层网带式干燥机。首先,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法优化了气流分配室出风孔结构参数;并以油茶籽为干燥对象,基于油茶籽干燥动力学特性,建立了干燥机CFD模型,以温度不均匀系数作为单层温度均匀性、温度分层偏离度作为分层温度显著性的评价指标,研究了送风温度自上而下逐层递减和递增两种工况下其内部温度场分布规律。研究结果表明,在送风温度递减和递增两种工况下,自上而下各层温度不均匀系数分别为3.08%、2.00%、1.89%、1.60%和2.37%、2.04%、2.42%、3.31%,递减工况下温度分层偏离度为4.94%,递增工况下温度分层偏离度为3.57%。可有效实现温度分区的功能。为了进一步优化干燥机温度均匀性和温度分层有效性,为每一层气流分配室设置阻流板。结构优化后,对于温度递减和递增工况,各层温度不均匀系数的降幅分别达到了13.0%~66.3%和24.0%~51.7%,温度分层偏离度降幅分别达到了10.9%和10.1%,分层温度均匀性和温度分区效果得到改善。研究结果可为网带式干燥机进行分区可控变温干燥提供参考依据。

摩擦界面原子受迫振动温升模型及计算研究

通过对界面摩擦过程中原子在接触势能场作用下受迫振动微观机制的分析,基于受迫振动能量全部转化为系统热能的观点,针对独立振子模型建立了摩擦界面原子的温升模型.结果表明:当晶格常数及原子质量较小时,界面原子受迫振动后的温升随晶格常数及原子质量的增大而减小;当晶格常数及原子质量较大时,晶格常数及原子质量的变化对原子受迫振动温升影响不显著;当受迫振动频率低于原子固有频率时,原子受迫振动温升随相对滑动速度的增大而增加;当受迫振动频率接近原子固有频率时,温升加剧;当受迫振动频率高于原子固有频率时,原子受迫振动温升随相对滑动速度的增加而降低.

高剪切稳态载荷条件下人体血液润滑模型与仿真

根据血液流变学和流体力学理论,建立了血液在高剪切稳态载荷条件下血液润滑的数学模型。结合外场驱动微型轴流式血泵计算了血泵叶轮转子轴承在血液润滑条件下润滑膜的压力分布、承载能力、摩擦力、摩擦功耗等参数。分析了摩擦润滑指标与轴承配合间隙及叶轮转子转速之间的关系。结果表明,轴承配合间隙越小、转速越高,轴承的承载能力越大,但小间隙不利于血液分子的充分流动,高速将明显增加摩擦功耗。外场驱动血泵转子轴承配合间隙应选为0.002 mm。

基于光电传感器的脉搏信号采集电路优化设计

简要介绍了脉搏信号的特点以及以OPT101芯片为核心的光电传感器的工作原理。设计了一个对脉搏信号进行滤波放大的调理电路并进一步对其优化,优化电路利用差分电路的高共模抑制比的特点,实现对脉搏信号的滤波放大处理。经实验测试表明,采用优化后的电路能够在示波器上采集到符合A/D转换输入电压要求的清晰脉搏波波形。此电路具有成本低、结构简单合理等优点。