科研产出
制种玉米去雄无人机旋切装置设计与试验
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对制种玉米母本植株由地面去雄机械去雄后存在遗漏雄穗及机械化补漏去雄装备缺乏等问题，提出了一种适配四旋翼无人机的旋切装置。基于去雄无人机作业特点与稳定性影响因素，分析了刀具切割雄穗时的受力及其对无人机反扭力矩的影响，并轻量化设计了旋切装置总体结构，确定了旋切装置的旋切范围为44～150 mm,可展范围为541～1 318 mm,总质量为4.03 kg。通过旋切部件切割建模与仿真，选取了竖直进给切割的旋切方式，并由台架试验得到了旋切装置切割反扭力矩最小时的最优参数组合。在上述基础上将旋切装置与无人机集成开展田间试验。研究表明，当旋切转速3 954 r/min、竖直进给速度5.9 mm/s、刀具刃角32°时，旋切装置单位切割力为10.54 MPa,能完全切除雄穗，去雄无人机田间叶片损伤率为14.58%,高度波动率为1.88%,满足制种玉米去雄要求。
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聚乙烯醇/3-巯基丙酸-InP/ZnS量子点荧光薄膜测定水中铜离子
《食品科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：以3-巯基丙酸（3-mercaptopropionic acid,MPA）修饰的In P/Zn S量子点（MPA-In P/Zn S QDs）作为荧光敏感材料，以聚乙烯醇(poly（vinyl alcohol）,PVA)作为基质材料，开发一种PVA/MPA-In P/Zn S QDs荧光薄膜，用于水中痕量Cu2+的快速检测。对荧光薄膜的微观结构、光学特性及机械性能等进行表征，结果表明：PVA与MPA-In P/Zn S QDs之间通过氢键相互作用；PVA/MPA-In P/Zn S QDs荧光薄膜的荧光强度与Cu2+浓度（0～1 000 nmol/L）呈高度线性相关（R2=0.95），检测限为23 nmol/L，响应时间为6 min；最后，将PVA/MPA-In P/Zn S QDs荧光薄膜应用于饮用水、饮料和酒中Cu2+的检测，结果表明，本研究所构建的PVA/MPA-In P/Zn S QDs荧光薄膜能够用于实际样品中痕量Cu2+检测，具有选择性高、响应快速及便携性强的优点，应用前景广泛。
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基于立体错位栽培架的工厂化水培生菜搬运装置设计与试验
《江苏大学学报(自然科学版) 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：工厂化水培生菜立体错位栽培系统是在不影响生菜光照的基础上，兼顾提高单位面积栽培株数而发展起来的一种生菜栽培方法.为提高该系统机械化率、降低劳动强度，针对立体错位栽培架特点，提出了在定植盘推入前将定植杯抬起一定高度，使定植杯跨过栽培槽堵头，再将定植盘推上栽培槽的方法，并开发出一套定植盘搬运装置.以生菜定植盘为试验对象，采用Box-Behnken试验设计方法探究影响搬运装置上盘成功率的因素，并寻求最优参数组合，试验结果表明：当栽培槽水平安装误差为0～5 mm、导向板角度为60°、推进速度为0.22 m/s时，上盘成功率达到99.33%,满足工厂化水培生菜立体错位生产需求.
关键词： 生菜 立体错位栽培 搬运装置 响应面分析 参数优化
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土壤重金属含量变化的影响因素多目标识别方法
《环境科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：识别土壤重金属含量变化影响因素是减少或防治土壤重金属污染的基础.以北京市昌平区农业试验田为例,首先分析2012和2022年重金属As、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量变化;其次基于地理探测器分别从单目标和多目标水平探测重金属含量变化的影响因素;最后设置与相关性分析方法和已有研究的对比试验,评估影响因素识别方法的有效性.结果表明人类活动因素加剧了研究区域内土壤重金属含量的变化:(1)在单目标水平探测上,土地利用类型是Cr、Cu和Zn含量变化的主要影响因素,而年沉降通量影响As的含量变化;交互探测结果显示各个因子间均具有增强效应,人类活动因素的交互作用占主导;(2)多目标水平探测结果涵盖单目标水平探测结果且能够识别出更多的影响因素,土地利用类型影响Cu、Zn、Cr、Ni和As的含量变化,As和Zn含量变化受到年沉降通量影响;(3)耦合地理探测器和主成分分析的多目标识别方法可以更加有效地识别出土壤重金属含量变化的影响因素,比单个土壤重金属相关性分析方法更为有效.研发的重金属含量变化影响因素多目标识别方法可为区域土壤重金属污染监测与宏观管理提供技术支撑.
关键词： 重金属 空间分析 影响因素 地理探测器 主成分分析(PCA) 地块尺度
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联合收获机轻量级数字孪生系统构建方法研究
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对现有农机装备数字孪生系统开发难度大、配置要求高以及资源占用过高的问题，提出基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统构建方法，包含物理、虚拟、数据交互、模型计算以及人机交互等多个子系统的实现方法。基于数字孪生的技术特点和联合收获机的作业特性，设计了一种基于JavaScript语言的轻量级数字孪生系统框架。通过采用Solidworks和CMdevelopment kit工具进行数字孪生系统的模型轻量化处理及坐标系整合，实现了在不影响模型精度和功能的前提下，显著降低系统对硬件要求和内存占用量。以雷沃GM100型联合收获机为对象，开发基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统，为联合收获机孪生系统性能分析、实时监控、瞬时计算以及远程操纵提供联合仿真、分析以及验证平台。为验证数字孪生系统性能和功能，开展了孪生系统性能测试及油耗预测实验。实验结果表明，在数据更新频率20 Hz下，响应时间在78 ms以内，内存占用量在331 MB以内；性能测试中，系统在运行状态下CPU和GPU的平均占用率分别为17%和30%;即使在高强度操作下，系统帧率仍可保持在75.6 f/s;在正常作业下油耗预测模型平均误差为0.34 L/h,平均相对误差仅为2.51%。本系统提供了一种低成本、高效率的数字孪生轻量化构建方案。
关键词： 联合收获机 数字孪生 轻量级 运动逻辑建模 齐次矩阵
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基于TOPSIS和耦合协调度的高标准农田改造提升项目遴选
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：科学确定高标准农田改造提升的重点区域是切实发挥高标准农田建设成效、提升粮食生产能力的关键.该研究以山东省乐陵市为研究区,运用层次分析法和优劣解距离法(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)构建考虑农田基础设施、耕地地力质量和水资源利用状况的高标准农田改造提升迫切性评价体系,并基于维度间的耦合协调度及其空间特征划定改造提升项目区.结果表明:1)乐陵市已建高标准农田占耕地面积的87.93%,西南和东部地区建设基础较好,南部和中部薄弱;高等地力农田面积较少,分布于中南地区和东北地区;水资源利用状况总体呈现"中部高、北部和南部低"的特征.2)农田基础设施、耕地地力质量和水资源利用状况3个维度间的耦合协调度指数为0.41~0.85,高值聚集分布于西南部、东部和东北部,低值聚集分布于南部和西北部,中值交叉分布于中西部和中南部地区.3)基于耦合协调度指数及其空间特征遴选出12个高标准农田改造提升项目区,根据指数分级结果从低到高确立为近期(8633.23 hm2)、中期(11004.64 hm2)、远期(9102.62 hm2)建设项目.结合各项目区立地条件和高障碍度、高频率障碍因子,建议围绕资金整合、水源保障、设施配套、地力提升、结构改良等方面分类推进.该方法对于高标准农田改造提升区域选择以及重点建设方向确定具有一定借鉴价值.
关键词： 高标准农田 改造提升 迫切性评价 耦合协调度 选址
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不同光质对黄伞菌菇光谱特性及矿质元素的影响
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：食用菌子实体发育阶段对光较为敏感，目前尚无黄伞菌菇生长及营养品质对不同光谱照射响应的相关研究。在人工光型植物工厂中种植黄伞菌菇(Pholiota adiposa),以纯白光为对照(CK),设置纯绿(G)、纯蓝(B)、纯红(R)、红蓝(RB)4个处理，光照周期为12 h光照/12 h黑暗。通过分析不同光质对黄伞子实体性状、光谱特性和矿质元素的影响，探究适宜黄伞菌菇生长发育的最佳光配方。结果表明：与其他处理相比，红光显著提高了黄伞菌柄长度及子实体重量，分别比对照提高78.4%和90.0%(p<0.05);蓝光显著促进黄伞菌柄直径和菌盖直径的增加，分别比对照增加22.8%和19.1%(p<0.05);各处理菌盖厚度无显著性差异，说明光质对菌盖厚度的影响不大。与对照相比，各处理黄伞菌盖光谱参量Hue(色相)值均有所提高(增幅5.3%～28.9%),而菌柄Hue值均有所降低(降幅26.3%～46.7%);绿光处理下黄伞菌盖和菌柄色泽饱和度C值、 MACRI值和PRI值等色度光谱参量均有所提高。与对照相比，各光质处理均提高了菌盖中P、 K元素含量，但不同程度地降低了菌柄中K、 Ca、 Mg、 Na、 Mn元素含量；绿光提高了除Ca、 Na元素外其他所有矿质元素的积累量，且均为处理间最高。红光有利于黄伞菌柄增长及子实体重量增加，蓝光有利于促进黄伞菌柄和菌盖直径的增加，而绿光有利于黄伞的着色及其矿质元素的积累。该研究为特色菌菇黄伞工厂化生产中光环境的调控提供一定的理论依据。
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覆膜年限和有机肥施用对花生田耕层土壤微塑料赋存特征的影响
《环境科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：地膜和有机肥料的大量投入已导致我国农田土壤微塑料污染日趋严重.为研究调查山东德州花生农田微塑料污染状况，分析了该区域不同覆膜年限（0、3、5和8 a）和有机肥施用对农田土壤中微塑料的丰度、粒径、颜色和形状等赋存特征的影响.结果表明，覆膜0、3、5和8 a后花生耕层土壤微塑料丰度的平均值分别为65.33、316.00、1 098.67和1 346.34 n·kg-1.随着土层深度的增加微塑料丰度降低，0～10、10～20和20～30 cm耕层中的土壤微塑料丰度分别为1 076.00、603.50和440.25 n·kg-1，并且增加覆膜年限和施加有机肥都显著增加了微塑料的丰度（P＜0.05）.粒径＜1 mm微塑料占总量的77.30%，且随着覆膜年限的增加，小粒径（＜1 mm）微塑料占比显著升高（P＜0.05），随着土层深度的增加，其占比亦逐渐增加，施加有机肥对微塑料粒径没有显著影响.微塑料颜色组成以透明（49.77%）为主，其次是黑色（16.35%）和白色（16.27%），覆膜年限和有机肥施加对土壤中微塑料的颜色影响不显著（P＞0.05），但覆膜年限显著增加了透明微塑料的占比.微塑料类型主要包括纤维类、薄膜类、碎片类、泡沫类和颗粒类，其占比分别为：49.77%、25.41%、19.15%、3.26%和2.41%.耕层土壤微塑料的主要聚合物类型包含聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS），分别占总量的21.37%、18.57%和19.77%.由此，山东德州花生田耕层土壤中普遍存在微塑料，且地膜和有机肥施用是其主要来源，这可为花生田耕层土壤微塑料污染物防控提供重要依据.
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基于多季相分形特征的Landsat 8 OLI影像耕地信息提取方法
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：利用遥感技术快速准确地提取耕地信息是耕地保护的关键环节。以山东省商河县为例，提出了一种基于多季相分形特征的Landsat 8 OLI影像耕地信息提取方法。首先采用毯子覆盖法计算多季相遥感影像每个像元的上分形信号和下分形信号，对比分析耕地和其他土地利用类型的分形特征，选取上分形信号的第3尺度作为特征尺度，提取商河县耕地空间分布特征；其次采用同时期的土地利用矢量数据、Esri land cover数据和统计数据进行耕地信息提取精度评价；最后分别设置多季相分形提取与单季相分形提取、现有土地利用数据产品的对比实验，并基于点位匹配度和面积匹配度进行评价。结果表明：多季相数据更能反映农作物生长的复杂性，有助于提高耕地信息的提取精度；不同土地利用类型在不同分形尺度的信号值各不相同，分形特征可以在不同尺度上清晰地刻画出不同土地利用类型的分异性；基于矢量数据和Esri land cover数据评价的多季相分形特征耕地提取点位匹配度为87.13%和89.83%,面积匹配度为99.73%和97.91%,均比单季相分形提取结果精度高；综合考虑点位匹配度、面积匹配度和空间分布特征，研发方法能有效区分耕地和其他土地利用类型，提取结果更优，且与统计数据有更高的一致性。该方法可准确提取耕地信息，为耕地的动态监测和损害评估提供技术支撑。
关键词： 耕地信息提取 多季相 遥感影像 分形特征 毯子覆盖法 Landsat 8 OLI
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基于农药喷施溯源的精准变量喷药监控系统设计与试验
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对现有大田精准施药系统主要以药量变量控制为主，缺乏农药喷施作业数据远程监测与溯源管理等问题，本文设计了基于农药喷施溯源的精准变量喷药监控系统，可实现农药精准变量喷施，作业地块、作业时间、作业面积、农药种类与配比、喷施药量、喷雾压力、实时流量和作业速度等信息的在线监测、实时显示和溯源管理。基于该系统分别开展了施药量计算精度、作业面积计算精度、物联网数据传输稳定性、变量调控系统动态响应、变量调控精度和农药喷施均匀性等试验。试验结果表明，北斗定位测速最大误差为1.33%,平均误差为0.82%,施药量计算误差为1.73%,作业面积计算误差为2.61%,数据丢失率为3.51%;速度连续变化下系统稳定调节时间为4～5 s;不同设定施药量和作业速度下，变量调控精度误差为2.45%;雾滴沉积点密度大于20滴/cm~2下，在喷雾机行走和喷雾方向上的喷雾覆盖率变异系数均小于10%,满足精准变量作业要求。本研究可在实现药量变量调控下对农药喷施数据进行溯源管理，为后续开展大田作物农药残留风险评估提供支撑。
关键词： 喷杆喷雾机 精准施药 变量控制 远程监测 溯源管理
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