科研产出
玉米播种单体下压力控制系统设计与试验
《农业机械学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对机械式仿形压力调节机构的不足,开展了基于力反馈的播种深度一致性控制方法研究,研制了播种单体下压力控制系统。本系统由安装在播种单体平行四连杆仿形机构上的下压液压缸、电液减压阀、下压力感知传感器,以及控制器、车载计算机组成。在播种作业过程中,控制器实时采集力传感器信息,与设定的下压力阈值相比较,计算并输出控制量到液压阀组驱动液压缸实时调整平行四连杆仿形机构,使限深轮与地表的压力值在设定的阈值区间内,从而保证播种深度的一致性。田间试验结果表明,在播种深度判定标准为(5.0±1.0)cm时,下压力机械调节方式和下压力电控调节方式下的播种深度合格率均值分别为77.04%和90.37%,下压力电控调节方式下的播种深度合格率均值比机械调节方式高13.33个百分点。将播种深度判定标准提高至(5.0±0.5)cm后,对应播种深度合格率分别为31.11%和56.30%,下压力控制装置的播种深度合格率比机械调节方式高25.19个百分点。可见,下压力电控系统能保持种子播种深度的稳定性,提高了种子深度一致性。
关键词： 玉米 播种机 下压力控制 播种深度一致性 电液控制系统
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基于线扫描拉曼高光谱系统的奶粉中硫氰酸钠无损检测
《食品科学 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：搭建一套线扫描拉曼高光谱成像系统,探索针对大面积奶粉样本的硫氰酸钠快速无损检测。首先测量硫氰酸钠产生的拉曼信号在脱脂奶粉层中的穿透情况,然后制备10种不同硫氰酸钠质量分数的奶粉混合样本并采集拉曼高光谱图像,通过高斯窗平滑法和自适应迭代惩罚最小二乘基线校正方法对拉曼光谱进行预处理。预处理后提取2 068.48 cm~(-1)位移处的单波段图像进行分析,结合二值图像最终获得了样本中硫氰酸钠颗粒的含量以及空间分布。结果显示,在2 068.48 cm~(-1)单波段图像中,感兴趣区域内所有像素点的拉曼强度平均值随着硫氰酸钠含量的增加呈线性增长,其决定系数R~2达到了0.991 5。二值图像中,感兴趣区域内所有硫氰酸钠检测点之和呈指数增长趋势。在本实验方法中,单次检测奶粉样本的总面积达到80 mm×80 mm,检测时不接触、不破坏样本,无需借助化学试剂。奶粉混合样本中硫氰酸钠颗粒的检测限可达0.01%。研究结果表明,拉曼高光谱成像系统能够快速、无损且大面积地检测出奶粉中的硫氰酸钠,并且可以直观地展示硫氰酸钠颗粒的具体分布,在实际检测应用中该方法具有巨大潜力。
关键词： 高光谱成像技术 拉曼光谱 脱脂奶粉 硫氰酸钠 线扫描
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能量色散X射线荧光光谱检测土壤重金属砷、锌、铅和铬（英文）
《光谱学与光谱分析 》 2018 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：利用X射线荧光光谱检测土壤重金属砷、锌、铅和铬元素的含量。通过分析仪器检出限和准确度,得出仪器适用性良好。然后,利用二维相关同步光谱获得重金属元素的X射线荧光光谱能谱范围和变量数,得出铅元素的能谱范围分别为10.380～10.740和12.435～12.900keV,砷元素的能量范围是10.380～10.740和11.610～11.880keV,铬元素的能量范围是5.310～5.520和5.805～6.015keV,锌元素的能量范围是8.520～8.805和9.555～9.630keV,铅、砷、铬和锌的变量数分别为57,44,30和26。最后,根据获得的能谱范围,采用偏最小二乘回归方法建立重金属元素的X射线荧光光谱定量分析模型,得出砷元素的模型性能最佳,其次是铅、锌和铬,预测相关系数都高于0.92。研究表明,利用二维相关光谱获得的能谱范围有助于提高模型的预测性能和便携式X射线荧光光谱检测仪器适用于土壤重金属的原位监测。
关键词： X射线荧光光谱 土壤重金属 二维相关同步光谱 偏最小二乘回归
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基于光度立体视觉的蔬菜秧苗叶片形态测量方法
《农业机械学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了实现蔬菜秧苗长势智能化在线评估,设计了基于光度立体视觉的蔬菜秧苗叶片曲面形态测量方法和装置,用于对叶片倾角、长度和面积进行精确测量。以15~30 d苗龄辣椒秧苗为测量对象,构建了针对其冠层叶片形态测量的试验装置。根据4组光源在标定球表面成像的反射关系组合方程,标定其对秧苗叶片的照射向量;以D65白色标准板为参考,采用图像RGB分量线性矫正的方法,对不同方位光源辐射强度差异进行补偿,克服光源强度波动对叶片图像明暗信息的影响。根据叶片在不同方位光源照射下图像的明暗特征,基于光度立体视觉获取主叶脉区域离散梯度信息,在此基础上采用最小二乘方法拟合叶片空间平面,以恢复叶片空间倾斜信息,进一步结合叶片图像尺寸测算其实际长度和面积。试验结果表明,视觉系统对秧苗倾角、叶片长度和面积的测量结果与人工测量结果相比平均偏差分别为6.29°、3.82 mm、56.53 mm2,叶片长度和面积与人工测量结果的决定系数R2分别为0.936 3、0.866 4,且对于叶片伸展充分、无遮挡的幼龄秧苗测量精度较高,可为进一步开发温室苗床秧苗长势在线监测设备提供重要技术支撑。
关键词： 蔬菜秧苗 长势评估 光度立体 叶片倾角 叶片面积 平面拟合
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能量色散X射线荧光光谱检测土壤重金属砷、锌、铅和铬（英文）
《光谱学与光谱分析 》 2018 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：利用X射线荧光光谱检测土壤重金属砷、锌、铅和铬元素的含量。通过分析仪器检出限和准确度,得出仪器适用性良好。然后,利用二维相关同步光谱获得重金属元素的X射线荧光光谱能谱范围和变量数,得出铅元素的能谱范围分别为10.380～10.740和12.435～12.900keV,砷元素的能量范围是10.380～10.740和11.610～11.880keV,铬元素的能量范围是5.310～5.520和5.805～6.015keV,锌元素的能量范围是8.520～8.805和9.555～9.630keV,铅、砷、铬和锌的变量数分别为57,44,30和26。最后,根据获得的能谱范围,采用偏最小二乘回归方法建立重金属元素的X射线荧光光谱定量分析模型,得出砷元素的模型性能最佳,其次是铅、锌和铬,预测相关系数都高于0.92。研究表明,利用二维相关光谱获得的能谱范围有助于提高模型的预测性能和便携式X射线荧光光谱检测仪器适用于土壤重金属的原位监测。
关键词： X射线荧光光谱 土壤重金属 二维相关同步光谱 偏最小二乘回归
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玉米种子萌发过程内部水分流动规律的低场核磁共振检测
《农业工程学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：为研究玉米种子萌发过程中内部水分的流动规律,分析其内部生理代谢状态,该文利用低场核磁共振技术,连续60 h对3个品种玉米种子的吸胀、萌动和发芽3个阶段的萌发过程进行动态监测。分别在萌发时间为0、12、36和60 h这4个典型的萌发时刻,对处于25和31℃的2个恒温萌发环境中的玉米种子进行核磁共振横向弛豫时间信号采集,并通过反演运算得到其横向弛豫时间T_2反演谱。试验结果表明:通过横向弛豫时间可以将玉米种子内部水分划分为结合水(0.1 全文链接
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四要素变量施肥机肥箱施肥量控制算法设计与试验
《农业机械学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对黑龙江农垦地区垄作玉米施肥过程中遇到的肥料分层问题,设计了一种四要素变量施肥控制系统。系统采用电液比例控制技术,主要由液晶显示终端、变量施肥控制器、4路液压马达和编码器、4路排肥机构(排肥轴和外槽轮)和GNSS模块组成。为了实现氮肥、磷肥、钾肥和微肥的一次性及时、准确施用,提出了一种基于复合交叉原则的各路施肥量确定策略,基于PID技术设计了液压马达控制算法。根据用户在变量施肥控制软件中设置的目标施肥量,系统自动确定各肥箱精确施肥量,基于PID液压马达控制算法,实时计算4路液压马达的目标转速,同步向控制器发送4路转速指令,一次性完成氮肥、磷肥、钾肥和微肥4种肥料的同步变量施用。为了验证各路施肥量控制算法的效果,分别进行了PID算法响应时间和精度试验、变量施肥系统单质肥排肥性能验证试验和作业条件下各肥箱施肥量控制算法验证试验。试验结果表明,基于PID技术的排肥轴转速控制算法响应时间不大于0. 5 s;变量施肥系统单质肥排肥性能误差绝对值不大于3%;作业条件下各路施肥量控制算法显著减少了氮素的施用量,实现了氮肥、磷肥、钾肥的精确投入。四要素变量施肥机各路施肥量控制算法完全满足了垦区玉米施肥精确、均匀施用的要求。
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果园风送喷雾精准控制方法研究进展
《农业工程学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：果园风送喷雾技术与装备正在朝着精准化和智能化方向发展。果园喷雾控制对象主要为喷施药量和风力供给量,二者需要协同精准调控,其按需调控的前提是果园靶标精准探测。该文从果园靶标探测方法、喷施药量控制方法、风力调控方法 3个方面对现有研究进展进行综述,阐述了基于光电感知、超声波传感、激光雷达、图像、光谱和电子鼻技术探测果树位置、冠层外形轮廓、冠层体积、冠层内部结构、枝叶稠密程度、病虫害程度等特征信息的技术方法;分析了喷施药量调控方法中管道总药量控制方法在管道设计、混药方式、药液流量控制策略方面技术和产品化上取得的巨大突破,以及喷头药量独立控制方法研究方面获得的大量成果;综述了果园风送喷雾风速风量需求理论原则、风场雾场建模方法、风力调控方法与调控装备研究进展,指出了其基本理论原则、建模调控方法等科学问题还有待深入探索。同时,还分析了目前研究在果园靶标探测方法、喷施药量调控方法和风送喷雾风力调控方法中面临的困难和挑战,主要包括冠层稠密程度和病虫害程度高效感知方法探索、靶标风力需求普适模型构建、风场建模风力按需调控方法研究和精准喷雾技术与系统集成开发。最后指出了果园风送喷雾精准控制方法未来发展方向:1)果园靶标冠层枝叶稠密程度和病虫害程度在线探测方法将成为新的研究热点;2)果园风送喷雾风速风量供给需求理论原则、风场快速模拟仿真和风力调控方法与装备是未来重要研究方向;3)随着高新科技的涌现,科研院所和公司有望在果园喷雾药量和风力调控系统优化设计及精准喷雾机系统集成研发方面获得更大发展。
关键词： 农业机械 喷雾 果园 靶标探测 变量技术 风力调控
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平原区耕作单元地块细碎化对小麦机收效率的影响分析
《农业机械学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：平原区耕作单元地块细碎化是影响小麦机收效率的重要因素。以河北省定州市韩家庄村为例,从分析平原区耕作单元地块的细碎化特征入手,定量评估了地块面积对小麦机收效率的影响程度,在此基础上分析了耕作单元地块合并后小麦机收效率的提升状况。研究发现:平原区耕地以权属细碎化为主,耕作单元地块面积小且分散,地块总体狭长,目前不适合大型农机作业;小麦机收效率受耕地面积影响较大,小麦机收的总作业效率、纯作业效率均随着耕地面积的增加而增加,总作业效率理论上可以达到0.430 1 s/m~2,纯作业效率理论上可以达到0.304 9 s/m~2;平原区开展土地整治时,建议切实推行耕作单元地块权属调整及耕地流转,使耕地连片面积达到一定规模,可以明显提高小麦机收效率。
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太赫兹光谱技术用于干旱胁迫下大豆冠层含水量检测研究
《光谱学与光谱分析 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：近年来水资源短缺问题日益严重,部分地区由于农业灌溉用水不足导致庄稼减产农民利益受损。大豆是一种需水量较大的农作物,一旦水分亏缺将直接影响大豆植株的形态和生长发育,从而造成大豆品质降低和产量减少。大豆叶片的水分状况可真实地反映植株水分受土壤水分亏缺的影响程度,因此,大豆冠层叶片水分含量的快速获取成为一种需要。太赫兹辐射在水中的强烈衰减使其成为一种非常灵敏的非接触式探针,可以快速、无损地检测叶片含水量。因此基于太赫兹光谱这一新技术进行大豆冠层叶片含水量的检测研究,用于实时监测田间大豆的健康状况。实验选用中黄13号大豆进行栽培,为尽可能模拟田间不同程度的干旱胁迫状况,将开花期大豆进行5个不同梯度:正常供水、轻度干旱胁迫、中度干旱胁迫、重度干旱胁迫、严重干旱胁迫(分别占田间最大持水量的80%,65%,50%,35%,20%)的水分灌溉,每个梯度设置3个重复。利用人工称重法与便携式土壤水分速测仪结合将土壤含水量调控到各水分梯度要求。然后,将实验大豆植株运回实验室并利用透射式太赫兹时域光谱仪进行样本扫描,每个梯度采集18片冠层叶片,共90个样本,以2∶1的比例分为校正集和预测集。在获取各样本时域光谱数据后,根据Dorney和Duvillaret提出的模型进行了光学参数的提取,得到各样本的吸收系数谱以及折射率谱。定性分析了太赫兹时域光谱、吸收系数、折射率随水分胁迫程度不同的变化情况。实验发现:随着水分胁迫程度的降低,时域光谱的峰值呈不断衰减趋势,且均低于空白参考峰值,同时有明显的时间延迟。吸收系数值随干旱胁迫程度的加剧逐渐降低;折射率值同样随干旱胁迫程度的加剧逐渐降低。并利用偏最小二乘(PLS)和多元线性回归(MLR)方法定量研究了时域光谱、吸收系数、折射率光谱数据与叶片含水率的相关关系。结果表明,太赫兹波对大豆叶片水分差异十分敏感,基于时域光谱最大值和最小值的MLR预测精度最高,预测集相关性(rp)达-0.939 3,均方根误差(RMSEP)为0.049 5。研究表明太赫兹光谱技术应用于大豆冠层叶片含水量观测具有良好的可行性,为开展大豆冠层含水量信息快速获取,实现科学节水管理与灌溉决策提供了新的检测手段和实验依据。
关键词： 大豆叶片 含水量 太赫兹时域光谱 吸收系数 折射率 回归模型
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