基于地面激光雷达的田间花生冠层高度测量系统研制

在花生育种研究中对于冠层高度的获取主要依靠人工测量,不但费时费力,而且存在一定的主观性。为解决这一问题,该文构建了一个田间花生冠层高度特性表型信息获取系统,利用地面激光雷达Li DAR对花生冠层结构进行扫描,获取其三维点云数据;采用多项式曲线拟合算法对点云数据进行分析,描绘冠层的大致轮廓并确定其边界,以得到目标冠层的有效数据集;通过对有效点云数据集生成的冠层高度矩阵分析,得到冠层的高度特性。试验结果表明,利用该系统获取的花生冠层平均高度与手工测量值最小偏差为2%,最大偏差为32%,最大偏差受地形影响和植株早期冠层本身的低高度所致,平均测量偏差约为11%,位于15%的可接受范围之内。该系统可以实现田间花生冠层高度信息的快速自动化获取,减少了人力成本的投入,该研究可为花生育种研究提供参考。

支持种肥监测的变量施肥系统设计与试验

目前国内变量施肥控制系统与排肥监测系统集成化程度低,电动机驱动变量施肥系统动态响应研究不够深入。为此设计了基于电动机驱动、支持多路播种施肥监测的变量施肥控制系统,主要包括触摸屏、中央控制器和数据采集器。控制器以MCU为核心,读取GPS测速模块获取的机具行进速度,监测排肥电动机实时转速,与数据采集器通讯获取多路排种或施肥状态,与触摸屏通讯设置作业参数和监测作业状态。搭建试验平台,测得排肥轴转速范围为12.5~125 r/min、监测灵敏度为3 s时,系统监测可靠性为100%。进行了系统排肥量变化响应时间试验,室内试验结果表明在0~11 500 g/min的排肥量变化范围内,系统响应时间最大为0.75 s。系统整机试验中,75~450 kg/hm^2的施肥量变化区间,公差以75 kg/hm^2递增,行进速度平均为3.79 km/h时,系统响应时间平均为1.08 s;在设定施肥量450、600、750 kg/hm^2下,改变不同行进速度的过程中,排肥量准确率平均值分别为95.92%、95.24%和98.26%,方差分别为3.01%、1.39%和1.36%。田间试验表明,施肥量分别为450、600、750 kg/hm^2时,系统排肥量准确率平均值为94.69%,方差为2.23%,多路排种、排肥监测故障报警准确率为100%。

一种适用于非360°探测机器人的避障导航算法

对自主引导车辆或自主移动机器人来说,在未知环境中能避开障碍而成功到达预定的目的地是一项基本要求。Bug及其衍生算法是实现机器人在未知环境中避开障碍到达指定目的地的基于传感器的著名导航算法,它们认为机器人是平面上的一个点,具有360°障碍检测范围,具有贴着障碍物边缘绕行的能力,对通常的非360°障碍检测范围且具有物理尺寸的机器人来说,Bug类算法就不能直接应用。提出一种适用于这类机器人的改进的Bug算法,包括结合DistBug算法、VisBug算法得到较短路径的'相遇点'与'脱离点'的确定方法,基于按分段直线与速度空间法结合得到圆滑自然路径的绕行障碍物边缘算法。还提出'虚拟触角'的概念来分析利用传感器数据,机器人依靠多种'虚拟触角'实现基于传感器的改进Bug算法。编写出完整的程序实现该算法,并以Pioneer3-AT室内机器人为对象对改进算法进行验证。结果表明,机器人可以利用提出的Bug改进算法实现未知环境下定目标点无碰撞导航。

田间作物高通量表型信息获取与分析技术研究进展

田间作物表型信息获取种类、数量以及信息处理与分析方法对于发现有价值的表型特性并确定其遗传因素有着重要影响,而传统的田间表型信息获取方法依赖于研究人员的人工采样测量,不但费时费力,还存在效率低和主观性强等缺点。为解决这一问题,田间作物高通量表型信息获取及分析技术成为了当前植物表型领域的一个研究热点。目前,表型研究主要集中在3个方面:传感器、平台和信息分析。本文从这3个方面阐述国内外田间作物高通量表型信息获取及分析技术的最新研究成果,分析表型信息获取技术中常用传感器的应用范围和使用限制条件以及不同表型信息获取平台的优缺点,总结表型信息分析的方法,提出使用时需要根据具体情况,综合考虑实际需求以及经济合理性选择和设计。最后展望田间作物表型研究未来的发展方向,将集中在多类型数据融合、数据标准化管理、多学科知识整合等方面。该项研究成果对推广田间表型信息获取技术和分析方法、促进表型研究和遗传育种研究的深入融合提供了理论参考和技术支撑。

作物叶面图像自动分割方法

为了能够从作物图像中快速地获得作物长势与病虫害等信息,叶面图像分割是重要基础.提出了大田环境下作物叶面图像的自动分割方法,首先通过颜色分割获得作物图像绿色区域部分,然后采用光滑度分割删除枝、茎和杂草等绿色干扰;在此基础上以腐蚀与区域面积方法去除叶面干扰区域;最后将叶面区域以适度膨胀操作获得完整的作物叶面图像.为了验证方法的有效性进行了一系列田间试验,结果表明:与已有的方法相比,该方法具有从复杂的作物图像中自动获得叶面区域的优点,为作物状态与病虫害的进一步分析提供参考.

温室设施环境中声频自适应校准研究

针对温室设施环境中采用声波促长技术时,由于环境设施对声音的来回反射、设施材料对不同声频的吸收作用等影响,使得实际声波信息失真,造成加载的声波与期望的声波相差较大,提出一种解决方案。通过及时修正声频发生系统传递函数特性参数,采用一种基于前馈补偿的闭环控制方法实现对设施环境中所加载声频的自适应校准。在一个内部长、宽、高分别为1.2 m、0.53 m、0.9 m的人工气候箱内进行声波加载试验,结果表明,该方法提高了声波在设施环境中的加载精度,对纯音、组合声频、音乐声频等类型的声波均达到了良好的校准作用,输出精度都在98%以上。

基于能坡线法的微灌双向异径毛管设计

根据最佳支管位置是位于使两侧毛管灌水器平均工作压力相等处的定义,基于能坡线法推导了微灌双向异径毛管的最佳支管位置、进口工作压力、水力流量偏差系数及极限管长的计算公式,并给出了最佳支管位置参数的数值表。以此为基础,提出了3种常见设计情况下的微灌双向异径毛管设计步骤。通过3个设计实例表明:该方法准确可靠,可以简便快速地设计各种均匀坡条件下的微灌系统双向异径毛管,提高微灌工程设计效率。

均匀坡微灌毛管适宜布置形式优选

根据微灌毛管水力解析模型,通过分析微灌双向布置和单向顺坡布置形式对流量偏差率及毛管进口工作水头的影响,得出均匀坡微灌毛管双向布置的适用条件为最佳支管位置参数大于0.13,当最佳支管位置参数不大于0.13时,微灌毛管宜单向顺坡布置。给出了考虑适宜布置形式的均匀坡微灌毛管设计步骤。通过2个设计实例表明:利用最佳支管位置参数标准可有效选取适宜的毛管布置形式,设计步骤简便可行,可直接应用于微灌工程实践中。