科研产出
CeO_2/Al_2O_3催化剂的制备表征及在污水处理中的应用
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了提高臭氧催化氧化污水深度处理的效率,分别利用CeO_2和Al_2O_3作为活性组分和载体制备掺杂型CeO_2/Al_2O_3催化剂,通过X-射线衍射、透射电镜、N2吸附脱附曲线、X射线光电子能谱等方法对催化剂性能进行表征,考察CeO_2/Al_2O_3催化活性的变化,分析催化臭氧化去除有机物的作用机制。结果表明,制备的掺杂型CeO_2/Al_2O_3催化剂具有较大的比表面积、孔容和孔径,分别达到125 m2/g、0.242 2 cm3/g和7.777 8 nm。催化剂的活性组分主要为高度结晶化立方萤石结构的CeO_2,煅烧并未改变CeO_2的结构晶型。当进水化学需氧量(Chemical oxygen demand)为70~80 mg/L,催化剂用量为110 g/L,臭氧浓度为18 g/m3,p H值为7.8时,COD去除率最高42.8%。较高的催化效率归功于活性物质CeO_2中同时具有Ce3+和Ce4+,加速了臭氧生成更多的强氧化性?OH,催化剂的多孔结构为有机物的降解提供了充足的反应空间。催化剂使用寿命长,当催化剂重复使用5次后,COD去除率仍保持40%以上。
关键词： 污水 催化剂 臭氧 CeO2/Al2O3 催化臭氧化 污水深度处理
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基于处方图的垄作玉米四要素变量施肥机作业效果评价
《农业机械学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了进一步提高肥料利用率,解决黑龙江垦区垄作玉米施肥作业过程中由于颗粒肥密度不同而造成的肥料分层问题,基于沃尔2BJM施肥机,设计了一套适合垄作玉米四要素变量施肥的控制系统。系统集成了亚米级差分GNSS装置,采用电液比例控制技术分别控制4路排肥轴转速。系统根据用户设置的目标施肥量,实时计算液压马达的目标转速,并同步向肥料控制器发送转速指令。控制器通过光电编码器反馈的马达转速信号,调节比例阀开度,一次完成氮肥、磷肥、钾肥和微肥4种单质肥同步变量施用。田间试验结果表明,各路施肥管误差均小于3.00%,变异系数均小于0.05;与传统施肥机同期作业效果对比表明,玉米株高、叶干质量、地上生物量以及SPAD值与传统施肥区并无明显差异,但变量施肥减小了田块中玉米株高、叶干质量、地上生物量以及SPAD的空间差异性。尿素施用量由217 kg/hm~2减少到了150 kg/hm~2,减少了30.88%;二胺由232 kg/hm~2减少到了200 kg/hm~2,减少了13.79%;钾肥由原来的79 kg/hm~2增加到了108 kg/hm~2,增加了36.70%。肥料的投入成本减少了160元/hm~2,变量施肥测产数据为12 200 kg/hm~2,产量增加了217 kg/hm~2,较传统施肥区增产1.78%,收入增加508元/hm~2。综合考虑系统误差、玉米生长指标和最终产量数据,基于处方图的垄作玉米四要素变量施肥机满足黑龙江垦区玉米施肥作业实际要求,有效解决了肥料分层问题,显著提高了肥料利用率。
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基于波段组合的植被叶片盐离子估算研究
《光学学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：盐生植物中的盐离子是评价植物营养状况的重要指标,反映植物对盐胁迫的适应策略。以艾比湖湿地自然保护区盐生植被为研究对象,利用2016年10月7种盐生植被的叶片盐离子含量数据和对应的叶片光谱反射率数据,分析了盐离子Ca2+、K+、Mg2+和Na+与比值植被指数(RVI)、差值植被指数(DVI)和归一化植被指数(NDSI)之间的相关关系,选出最佳波段组合,建立了12种叶片盐离子与光谱反射率的估算模型,并进行精度验证,从中选出最佳拟合模型。结果表明盐生植被的叶片盐离子含量与原始光谱反射率的相关性较低,且与各波段反射率呈显著负相关的主要是Na+含量。Na+含量与DVI、NDSI和RVI构建的植被指数相关性最高,相关性均达到0.5以上,波段主要位于近红外与中红外区域。以VDVI(R1750,R1480)、VDVI(R478,R440)、VNDSI(R450,R375)和VRVI(R405,R375)为自变量构建的三次多项式分别是Na+、Ca2+、Mg2+和K+的最佳估算模型。以VRVI(R1100,R1125)为自变量构建的Na+三次多项式的模型相关系数最大(R=0.806),说明该模型的拟合度较高,预测效果较好,可用来实时监测盐生植被叶片的盐分状况,为盐生植被叶片含盐量的精确诊断提供了技术途径。
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基于三次拉格朗日曲线拟合轨迹的斜置式扎穴机构研究
《农业机械学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：为更好地满足斜置式扎穴机构喷肥针的入出土轨迹姿态以及不损伤作物的农艺要求,提出基于三次拉格朗日曲线拟合扎穴轨迹的逆向设计参数优化方法,为得到理想的"杏胡形"扎穴轨迹,通过改变相对轨迹上若干型值点的坐标,控制喷肥针入出土姿态并建立喷肥针的运动学模型,采用Matlab GUI开发平台,编写了斜置式非规则齿轮行星轮系扎穴机构的逆向设计与运动学分析仿真软件,最终得到非规则齿轮行星轮系的节曲线、喷肥针的入出土角及喷肥针尖的速度随行星架转角的变化曲线。通过高速摄影试验,观察和分析了在扎穴机构不同斜置角度下喷肥针尖相对运动轨迹的变化规律。试验结果表明,随着机构斜置角度的增大,喷肥针轨迹横向尺寸不变,纵向尺寸减小,扎穴轨迹段曲线逐渐向里收缩。在保证喷肥针扎入土壤一定深度情况下,喷肥针入出土角逐渐增大,随着机构斜置角度的增大,喷肥针轨迹的穴口宽度逐渐增大。
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斜置式非规则齿轮行星轮系扎穴机构工作参数试验优化
《农业机械学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探明深施型液态施肥机扎穴机构工作参数对作物损伤率、穴口宽度以及穴距的影响机理,设计了一种斜置式非规则齿轮行星轮系扎穴机构。通过联轴器使扎穴机构满足斜置式扎穴状态,使其扎穴轨迹平面与垄面呈一定角度变化,实现斜入式扎穴。采用二次回归正交旋转组合设计进行最佳工作参数试验,以行星架转速、前进速度和斜置角度为试验影响因素,以穴口宽度、穴距和作物损伤率为优化指标,利用响应曲面方法进行优化,运用DesignExpert 8.0.10软件对试验数据进行分析,得到因素与指标之间的回归方程及响应曲面图。试验结果表明,当行星架转速75.0 r/min、前进速度0.48 m/s、斜置角度23.3°时,穴口宽度为40.2 mm,穴距为220 mm,作物损伤率为0.33%,此时机构性能最优,应用此参数组合进行斜入式扎穴测试验证,验证了其合理性。
关键词： 深施型液态施肥机 扎穴机构 斜入式扎穴 非规则齿轮 优化
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航空施药雾滴沉积特性光谱分析检测系统研发与应用
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：为快速获取航空施药雾滴沉积的连续分布特性,弥补传统离散样点取样方式检测不足,提升航空施药雾滴沉积特性检测准确性,该文结合光谱分析和荧光激发技术设计研发了基于光谱分析的航空施药沉积特性检测系统。系统包括信息采集模块、采集装置模块和数据处理模块3部分。配置质量分数1.0%的荧光示踪剂溶液,采用农用植保无人机现场喷洒作业,同步放置雾滴获取介质和水敏试纸样本采集雾滴分布,系统采集雾滴获取介质的光谱特征曲线。与水敏试纸图像分析获取的雾滴沉积特性参数结果对比分析,结果表明:雾滴获取介质上的荧光示踪剂在450~460 nm和500~520 nm波段范围内产生显著荧光效应,其光谱平均值与雾滴沉积特性参数呈显著正相关。计算出450~460 nm和500~520 nm波段范围光谱平均值,建立雾滴沉积特性参数的检测多元线性回归模型,建模决定系数达0.80以上,验证决定系数达0.83以上,达到了较为理想的拟合结果。
关键词： 航空 喷雾 农药 喷雾模型 光谱分析 荧光激发 雾滴沉积
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基于开花期氮素营养指标的冬小麦籽粒蛋白质含量遥感预测
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：籽粒蛋白含量(grain protein content,GPC)是衡量小麦品质的重要指标,及时准确的预测小麦GPC有利于小麦的分类收割和分级存储。为了能够选择一个合适的氮素营养指标作为中间变量来反演小麦GPC,该文研究分别以开花期植株氮素累积量(plant nitrogen accumulation,PNA)、植株氮素含量(plant nitrogen content,PNC)、叶片氮素累积量(leaf nitrogen accumulation,LNA)和叶片氮素含量(leaf nitrogen content,LNC)4个氮素营养指标为中间变量,并运用支持向量机(support vector machines,SVM)算法实现4个氮素营养指标的估测,最后构建及评价基于开花期"植被指数(vegetation index,VI)-氮素营养指标(nitrogen nutrition index,NNI)-GPC"模式的冬小麦GPC预测模型。结果表明:1)通过分析植被指数与氮素营养指标的相关性,选择植被指数MSAVI、PSRI、DVI、RDVI和GNDVI作为氮素营养指标模型的构建变量;2)运用SVM方法构建的VI-NNI模型中LNC的建模精度与验证精度相对最优,其建模决定系数(coefficient of determination,R~2)和验证集标准均方根误差(normalized root mean squared error,n RMSE)及验证标准化平均误差(normalized average error,NAE)分别为0.820、9.553%、-1.4%,验证结果稳定性较好;3)构建NNI-GPC模型中PNC的建模精度与验证精度相对最好,其建模R~2和验证n RMSE及NAE分别为0.653、9.843%、-0.3%;4)最终构建的VI-NNI-GPC模型中,以开花期PNC为中间变量的模型建模及反演精度最好,其建模R~2和验证n RMSE及NAE分别为0.631、8.564%、-0.9%。以氮素营养指标为中间变量的GPC遥感反演是可行的,并且比较4个氮素营养指标为中间变量反演GPC,PNC具有较高精度的预测结果,为精确反演GPC提供一个可靠的依据,具有一定的应用前景。
关键词： 遥感 模型 支持向量机 籽粒蛋白质含量 氮素营养指标 冬小麦
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基于可见光-近红外光谱特征参数的苹果叶片氮含量预测
《农业机械学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：苹果叶片氮素是反映苹果品质高低的营养元素之一。为了准确地估算苹果叶片全氮含量(LNC),从可见光-近红外区域的高光谱反射曲线中提取光谱特征参数,应用经验回归分析,实现了对苹果LNC的高光谱监测。研究表明,除了光谱特征曲线面积变量S_(△EFG)显著相关以及面积归一化植被指数(S_(△CDE)-S_(△FGH))/(S_(△CDE)+S_(△FGH))不相关外,其余光谱特征参数与苹果LNC都极显著相关,其中光谱特征曲线斜率K_(ge)、K_(gprv),光谱特征曲线面积S_(△ABC)、S_(△BCD),面积比值植被指数S_(△CDE)/S_(△ABC)、S_(△CDE)/S_(△BCD)、S_(△DEF)/S_(△ABC),面积归一化植被指数(S_(△CDE)-S_(△ABC))/(S_(△CDE)+S_(△ABC))、(S_(△CDE)-S_(△BCD))/(S_(△CDE)+S_(△BCD))和(S_(△DEF)-S_(△ABC))/(S_(△DEF)+S_(△ABC))可以较好地描述LNC的动态变化,这些特征参数对苹果LNC进行估算是可行的。通过检验,最终确定基于S_(△CDE)/S_(△ABC)、(S_(△CDE)-S_(△ABC))/(S_(△CDE)+S_(△ABC))和(S_(△DEF)-S_(△ABC))/(S_(△DEF)+S_(△ABC))所构建的模型为预测苹果LNC的理想模型。
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线扫描式拉曼高光谱成像技术无损检测奶粉三聚氰胺
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了实现颗粒状样本的大面积无损快速检测,该研究结合拉曼光谱和高光谱技术搭建了一套线扫描式拉曼高光谱检测系统,对奶粉和三聚氰胺颗粒混合样本进行了检测研究。研究通过高斯窗平滑法和air PLS基线校正方法分别消除了拉曼光谱中的噪声信号和荧光背景,选取三聚氰胺主要特征峰(671.71 cm-1)处的单波段图像作为是否含有三聚氰胺颗粒的判断依据。研究首先对三聚氰胺产生的拉曼信号在奶粉颗粒中的穿透深度进行了检测,随后完成了10种不同浓度的三聚氰胺奶粉混合样本的拉曼高光谱采集,对特征单波段图像中各像素点的拉曼强度平均值进行一元线性分析,并对单波段图像进行二值化处理。结果显示,在三聚氰胺特征单波段图像中,感兴趣区域内所有像素点的拉曼强度平均值与三聚氰胺浓度之间线性度较高,其决定系数R2达到了0.995 4。在二值图像中,三聚氰胺颗粒的位置信息能够直观的展现。研究结果表明,拉曼高光谱成像技术具有快速、无损和大面积检测的特点,在实际应用中具有巨大潜力。
关键词： 无损检测 图像处理 光谱分析 拉曼光谱 高光谱成像技术 线扫描式 脱脂奶粉 三聚氰胺
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基于水分、电导率传感器的黄瓜有机栽培灌溉决策研究
《农业机械学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：以时序灌溉决策为对照(CK),设置基于水分传感器的单因子灌溉决策处理T1和基于水分、电导率传感器的双因子灌溉决策处理T2,监测基质含水率及灌溉液、回液的电导率决策灌溉量,测量黄瓜生长指标、叶片SPAD值、气孔导度和光合速率日变化以及果实品质、产量和灌溉量,分析灌溉液生产效率,研究黄瓜椰糠有机栽培的营养液灌溉决策。结果表明:不同灌溉决策下黄瓜的生长发育和品质产量差异不明显;处理T2的总灌溉量较CK、T1减少了49.08%和31.85%,灌溉液生产效率与CK、T1相比分别提高了103.92%和60.59%。基于水分、EC传感器的双因子灌溉决策为黄瓜椰糠有机栽培提供了较合理的营养液灌溉制度,适用于设施黄瓜椰糠有机栽培的营养液自动灌溉管理。
关键词： 黄瓜 灌溉决策 水分传感器 电导率传感器 有机栽培 有机营养液
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