基于圆锥指数与多尺度地形因子的车辆通行性研究——以西藏自治区为例

针对传统车辆通行研究中地形分析尺度单一且未考虑天气对野外通行性影响的问题,从宏观到微观多尺度地评估地形对车辆野外通行的影响,同时考虑恶劣天气环境造成的土壤承载能力差异,建立雨季条件下融合土壤和地形因子的车辆野外通行成本模型.在此基础上,利用常规的路径分析方式实现了恶劣天气环境下的最佳路径分析,并结合实地考察的行车路线进行精度验证.结果表明:与仅考虑单一坡度因子的传统判断方法相比,该模型精度提升了12%~39%,尤其是在地形复杂的区域,规划路径更加贴近实际行驶路线,可靠性和准确度明显提升,符合路径分析实际应用的需要.

土壤圆锥指数及其测量技术研究进展

土壤圆锥指数是表征土壤质量性状的一个重要参数,有效的土壤圆锥指数信息采集技术将为精细农业的实施,尤其是保护性耕作的普及提供强有力的基础数据支持。综述了土壤圆锥指数的主要测量方法-土壤圆锥指数仪的发展历史,分析了当前国内外研究现状,提出土壤圆锥指数未来研究的主要发展方向为多传感器融合,车载行进式及数值模拟研究。

应用土壤圆锥指数仪评估阜新海州矿排土场复垦工程效果

在矿区土地复垦工作中,如何获取合适的土壤特征指标对于提高复垦质量以及复垦效果评估都有着重要的意义。以阜新海州露天矿排土场复垦工程为研究对象,应用新型土壤圆锥指数仪对复垦土壤压实度进行测量,结合GPS信息、GIS技术及统计学方法对数据进行分析,研究土壤圆锥指数方法在评估矿区土壤复垦效果中应用的可行性。通过对排土场覆土复垦区7个地块264个采样点的测量试验,数据分析结果表明,覆土工程5年后,89%以上测量区域的土层厚度达到北方常见农作物生长需求。研究表明,土壤圆锥指数作为评估矿区土地复垦工程一项参数指标具有较强的可行性,但具有一定的片面性,需与其他理化参数相结合,才能更全面地评价矿区复垦效果。

圆锥指数仪贯入沙土过程的三维离散元法模拟

在圆锥指数仪贯入沙土试验的基础上,建立了半圆柱形沙土料床的三维数值模型,利用离散元法对圆锥指数仪贯入沙土过程进行了模拟,讨论了圆锥指数的主要影响因素及其影响规律。研究结果表明:贯入圆锥的铅垂方向阻力、圆锥指数及半圆柱形料床侧壁的正压力均随着贯入深度的增加而增大,且形状窄、粒径大的料床圆锥指数明显大于形状宽、粒径小的料床;贯入后的大颗粒料床侧壁正压力明显大于小颗粒料床;当圆锥贯入速度大于0.2 m/s时,圆锥指数才明显增大,此时贯入过程已经对料床产生较强的冲击效应。最后,把贯入后的料床根据颗粒的位移划分为4个区域,可以直观地判断出贯入过程的影响范围,为实地测量土壤坚实度时取样点间距的选取提供了理论依据。

圆锥指数仪贯入沙土试验的离散元法模拟

利用离散元法对圆锥指数仪贯入沙土的试验进行了数值模拟研究。贯入试验与数值模拟结果所揭示的现象相吻合,即圆锥侧壁上的土壤摩擦阻力对总贯入阻力影响微小。离散元数值模拟结果显示,贯入圆锥锥尖部位的颗粒力链为强力链,颗粒的速度数值较大但方向杂乱,其他位置颗粒几乎静止;圆锥指数仪的贯入阻力随贯入深度增加而显著增大;土槽侧壁的正压力随贯入深度增加而增大;贯入速度变化对贯入阻力和土槽侧壁正压力的影响微弱。

土壤圆锥指数、水分与容重耦合模型的试验比较--Ⅰ．模型性能的统计检验与容重预测

应用一种先进的双变量(土壤圆锥指数与水分)传感器复合测量系统,基于前人提出的土壤圆锥指数、水分与容重的4种半经验模型(Ayers,Upadhyaya,Busscher与Hernanz模型),以相关系数R2与统计残差作为检验指标,根据各模型的结构特点,结合两种质地土壤(粘土与粉质壤土),针对容重预测精度与可应用性进行了深入试验研究.结果表明,Ayers和Upadhyaya模型虽然预测精度较高,但与土壤容重的解析关系为隐函数,在线辨识计算工作量只能取决迭代过程的收敛性,因而在实际应用上受到一定程度的限制.相比之下Busscher与Hernanz模型计算土壤容重方便快捷,但预测精度较低.

沼泽地土壤圆锥指数和剪切强度的试验研究

采用ＳＹ１水田静载承压仪和ＤＴＣ３６土壤动态三轴测试仪测取了大庆沼泽地区两种典型土壤的圆锥指数和剪切强度，建立了圆锥指数与贯入深度关系的数学模型，分析了含水量对剪切强度的影响及该地区车辆通过性差的原因，为研制开发适于该地区行驶的新型车辆提供了依据。

土壤圆锥指数、水分与容重耦合模型的试验比较研究--Ⅱ.水分与深度的影响

在对4种模型统计性能的水平检验与容重预测精度评价的基础上,分析与检验了各模型中水分与行进深度的影响作用.为分解水分对圆锥指数的单因数影响,采用定义水分影响指数(的方法.对于圆锥传感器行进深度的影响作用,借助于da与ead两种独立的深度影响因子,结合各模型与试验数据进行了计算与比较.结果表明:(1)只有Ayers模型能够较好地刻画土壤圆锥指数与水分间的耦合关系;(2)根据Ayers模型与Upadhyaya模型,圆锥传感器行进深度对圆锥指数的影响作用可以忽略;(3)根据Busscher模型,圆锥传感器行进深度显著影响圆锥指数的数值,但与此同时水分影响却可忽略不计,这显然与事实不符.由此看来,应用Ayers模型解析土壤圆锥指数、水分与容重的耦合关系,优于其它模型,但它作为隐函数,寻求最优迭代算法有待进一步研究.

基于嵌入式力学传感器的圆锥指数仪设计与试验

为消除在测量过程中因圆锥杆受被测材料摩擦力所产生的测量误差,改进了圆锥指数仪设计,将微型力学传感器嵌入到圆锥杆下端,实现了对土壤和青贮玉米饲料压实度的精确测量。试验结果表明,测量2种土壤压实度过程中,原有圆锥指数测量方法因圆锥杆受摩擦力作用所产生的测量误差可忽略不计。而在青贮玉米饲料压实度测量过程中,2种不同紧实度样本中圆锥杆受摩擦力约占压力传感器测量值32.56%和34.05%,当圆锥头不受阻力时,嵌入式力学传感器测量值为零,而压力传感器测量值约为110 N和280 N,表明原有测量结果存在较大误差。

应用电流法测量土壤圆锥指数

圆锥指数仪是农业上用于测量土壤压实度的专用设备。基于机/电能量守恒原理,定量分析了测量过程中直流电动机输出功率与锥杆作用力之间的能量传递关系,提出了一种根据电动机电流来测量土壤圆锥指数的方法。试验结果证实了该方法的可行性。

滚珠丝杠传动的土壤圆锥指数仪设计

设计了一种应用滚珠丝杠传动、直流电动机驱动的恒速(30 mm/s)土壤圆锥指数测量装置。将电动机驱动滚珠丝杠传动方式应用于土壤参数测量装置,具有较高的运行控制精度和机械传动效率。在机电一体化设计方面,研制的专用微控制器既负责协调土壤坚实度信息与纵向行进深度动态信息的实时获取和运行状态监控,又同时与GPS模块和PDA连接。充分利用PDA提供的软硬件资源,可实现农田数据的大容量存储和智能化信息处理。田间试验表明,该仪器具有较高的可靠性和实用性。

土壤含水量和土壤紧实度对土壤圆锥指数值影响的试验研究

分别研究了两种土壤的含水量、土壤紧实度对土壤圆锥指数值的影响,并给出了两种土壤类型的圆锥指数、土壤含水量和土壤紧实度之间关系的数学模型,两个模型都达统计极显著水平,复相关系数分别达到0.960和0.941。

水田土壤圆锥指数测量间距合适值的确定研究

采用静载式水田土壤承压仪对不同地区水田土壤进行试验，经分析计算，求得水田土壤圆锥指数测量间距的合适值，可在保证较高的数值精度前提下减少测量采样的工作量，以准确描述不同田块的土壤强度。

便携式数字圆锥指数仪设计

圆锥指数CI(ConeIndex)可以综合反映土壤机械物理性质,它可用以表征土壤耕作层深度和土壤可行驶性,为越野车辆地面通过性提供判断依据。设计了一种基于超声波传感器和应力传感器的圆锥指数测量系统。通过超声波发生器得出探头插入深度,通过探头上的应力传感器测得土壤每一点深度时探头所受的应力,从而得出土壤的圆锥指数。系统还配备GPS接收系统,能记录每次测量的经纬度坐标,并根据经纬度地名对照表在记录中存储相应的地名。系统通过扩展存储容量使测试记录数可达到万条,并能通过串口把数据上传到计算机进行进一步处理。

基于圆锥指数评估车辆机动性能综述

我国未来陆军转型的目标为全域机动作战,这要求陆军装备在各种不同的土壤条件下具有良好的机动性能,并且要对土壤的强度进行快速的评估。而美军广泛使用的圆锥指数能够快速地获得土壤的强度值。本文回顾了美军应用圆锥指数判断车辆机动性能的发展过程,对于我未来陆军装备的设计及使用具有参考价值。

土壤圆锥指数的关联维数

通过对土壤圆锥指数的时空变异序列重新构造ｍ维相空间Ｒ￣ｍ，根据关联函数的定义，计算出土壤圆锥指数的关联维数，其结果将为进一步认识土壤特性的混沌现象提供新的概念和途径。

放牧条件下草地土壤圆锥指数变异及其对牧草生长的影响

为研究放牧条件下草地土壤圆锥指数性质及其对草地牧草产量的影响,在内蒙古正常放牧的4块各100 hm2草地上测定产草量和用装载DGPS的电动圆锥仪测试土壤圆锥指数,采用Kriging插值法分析采样数据,绘制草地产草量和土壤圆锥指数分布图,分析圆锥指数变异对产草量的影响.试验表明,在放牧条件下,草地土壤圆锥指数变异强度中等,圆锥指数太大和太小都会降低草地牧草产量,当草地土壤圆锥指数在0.8～1.6 MPa时,草地牧草产量较高.

用计算机随机模拟方法研究水田土壤圆锥指数

本文将计算机随机模拟法应用到估计水田土壤圆锥指数所需抽样容量的研究中，是一次新的尝试，结果表明，对服从威布尔分布的水田土壤圆锥指数，正态分布的抽样容量公式仍然适用。在具有统计性质的农业工程领域的问题中，计算机随机模拟方法作为实际试验的补充，能大大减少费时费钱的试验次数，有着广泛的应用前景。

重塑黏土圆锥指数和抗剪强度的关系

为了定量评价轮式车辆在软黏土条件的附着、牵引及通过性能并建立软黏土的圆锥指数与抗剪强度关系,采用非标准普式击实法制备黏土试样,分别通过微型贯入试验与直剪试验得到重塑黏土的圆锥指数与抗剪强度,发现23%含水率是二者变化趋势的分界点,重塑土样的含水率低于该值时其圆锥指数与抗剪强度都随含水率呈二次多项式关系变化,而在高于该临界含水率时二者都随含水率呈线性关系变化。同样,在23%含水率以下圆锥指数与抗剪强度线性相关,而当含水率高于临界点后该线性关系消失。抛开含水率变化的影响,临界含水率以下的重塑样圆锥指数与抗剪强度关系仍然总体呈线性相关关系。

水田土壤圆锥指数测取方法探讨

水田土壤圆锥指数测取方法探讨罗哲，喻凡，宁素俭，周淑辉自４０年代美国ＷＥＳ提出以圆锥指数作为衡量土壤强度参数以来，因其使用仪器简单、测取方便而被大量应用于判断车辆的通过性等方面。在采用经验法建立水田拖拉机驱动轮牵引性能预测公式中，对能否以固定深度内的...