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[博士论文] 王桂民
管理科学与工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:水稻是我国的主要粮食作物与重要口粮,水稻种植规模保持稳定增长,对农业机械的需求也必然保持增长。水稻产区农业经营方式正逐步由散户经营向规模化经营过渡,经营主体的变化带来购机能力的提升以及产品多元化的要求,同时水稻产区自然、经济、社会条件的巨大差异也对农机化技术装备的适应性提出不同要求。针对这些新时期水稻机械化发展环境的变化,以及我国农机工业整体实力不断攀升,农机技术供给能力不断增强的状况,如何就水稻生产技术的供给与需求展开分析?如何对水稻生产机器的选型进行合理评判?如何对水稻生产机器进行优化配置?等等,这些问题的研究,不仅对于促进农业工程与管理科学的交叉研究具有重要的理论意义,而且对于农业经济主体购机决策、农机生产商的技术创新和产品战略决策等具有重要的实际价值。
  鉴于此,本文综合运用文献分析、实地调研、基于对数平均迪氏分解方法(logarithmic mean weigh division index method,LMDI)、基于非线性规划的耕地流转预测法、基于数据挖掘构建的经营规模预测法、模糊综合评判法以及最优化理论与方法等,定量分析了耕地流转的影响因素并进行流转规模的预测,揭示了农业经营规模分布情况与经营模式,对水稻生产全程装备进行了选型,围绕对规模化经营主体水稻生产需求进行了机器优化配置。具体研究工作如下:
  (1)本文利用LMDI因素分解法定量分析了耕地流转的影响因素,构建出可流转耕地面积预测模型以及农户经营规模分布函数,分析了不同经营模式下的规模分布情况。
  (2)通过对江苏省36个县级农机推广机构调研,分析不同水稻生产机械化技术供给与需求情况;通过对110个家庭农场调研,比较分析得出了水稻生产各个作业环节选用的机械化技术。
  (3)结合文献和调研分析,确定了水稻生产机器的综合评判指标体系与权重,构建了评价指标的隶属度函数;针对不同指标的特性,通过座谈、资料查阅和问卷调研等,获取评价指标值,计算出每款机型的隶属度,以隶属度大小定量地综合判定机器的优劣。
  (4)分析水稻规模经营体的收益与成本机制,构建水稻生产机器优化配置的目标函数和约束方程,较为合理地建立了水稻生产机器优化配置模型,然后以苏州某家庭农场为例,利用水稻生产各作业环节的机器选型结果,通过实地调研得到各拟配机器价格、效率、成本等关键参数,由此确定目标函数和约束方程的系数,经求解运算得到了水稻生产各环节机器优化配置结果。
  通过上述研究工作,主要得到以下结论:
  (1)经济因素、农民增收因素、农机化因素对耕地流转有显著的正向作用,其中农机化因素对耕地流转的正面影响最大,经营意愿因素对耕地流转有显著的负向影响。农机化效应对耕地流转的促进作用最为显著,绝大部分地区耕地流转率提高10%以上。
  (2)水稻生产机械技术选用方案如下:机械化旋耕以及深翻-旋耕组合、机械化育插秧技术、化肥机械化撒施技术、地面高效植保技术、渠灌、、联合收获技术、机械化秸秆还田技术、产地烘干技术。
  (3)模糊综合评判法能较好地结合定性分析与定量分析,在对水稻生产机器选型时,能较好地克服理论分析法、大田实验法、专家评判法等方法的局限,以隶属度大小排序得出的水稻生产各作业环节的机器选型更符合实际。
  (4)构建的水稻生产机器优化配置模型引入了固定合同服务收入、竞争性服务收入与投资额约束,更符合当前我国水稻经营现实情况。以苏州地区的某家庭农场为例的水稻生产机器优化配置结果表明,优化后家庭农场的利润将比现有利润提高23.08%。
[硕士论文] 李伟
机械工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:烟草作为我国主要经济作物之一,在国民经济中占有重要地位,烟草种植已成为增加农民收入和国家财政税收的重要手段之一。打顶抑芽技术是烟草种植过程中提高烟叶产量、品质的一项重要技术,若不及时进行打顶作业,不仅容易引发各种病害,更会显著降低烟叶产量和质量;烟株打顶后,若不及时对烟草涂抹抑芽剂,腋芽会生长成烟杈,烟杈开花会消耗大量水分、养分。因此需要在适当时期对烟草进行打顶抑芽作业,保证烟叶充分生长,提高烟叶的产量和质量。
  目前,国内没有成熟的烟草打顶抑芽机械,已经研制的烟草打顶抑芽机械不能根据烟草高度识别调整打顶位置,根据这一现状,在了解国内外现有烟草打顶抑芽方法的基础上,结合我国目前生产条件,应用机器视觉技术,研制出一套能准确识别烟花位置并控制完成打顶抑芽作业的检测控制系统,该系统安装在打顶抑芽机上实现了对初花期烟草的智能化打顶抑芽作业。主要的研究工作及创新之处如下:
  (1)检测控制系统整体设计。对烟草打顶抑芽机的检测控制系统进行整体设计,结合烟草打顶机械的机械结构特性,确定检测控制系统整体结构设计方案,该系统主要由检测系统和控制系统组成。
  (2)搭建了适用于烟田环境下作业的检测系统硬件,使得系统在烟田环境下能够完成图像采集、图像处理工作;利用背景板分隔目标烟株与烟田其他烟株,且采集到的烟草图像质量满足图像处理要求。
  (3)编写了一种基于机器视觉技术的烟花检测算法,通过对采集的烟草图像进行分析,得到区分烟花与烟叶/杆、背景板的阈值,根据其特征完成检测系统软件设计,实现采集烟草图像实时处理,快速准确识别烟花位置,并确定打顶装置的移动距离。
  (4)设计出烟草打顶装置控制系统。打顶装置控制系统主要由单片机、控制器电路、无线传输模块、步进电机驱动器、步进电机组成,当检测到烟花高度信息时,工控机将信号传输给控制系统,控制打顶装置移动到指定位置完成烟草打顶作业。
  (5)设计出抑芽剂和消毒液喷施控制系统。该系统主要由单片机、红外传感器、压力泵、喷阀组成,当红外对管检测到打顶完毕的烟株后,控制压力泵完成喷施抑芽剂作业,同时单片机控制压力泵完成刀片消毒作业。
  烟田试验表明研制的烟草打顶抑芽机的检测控制系统运行平稳、安全可靠,能够有效完成对烟草初花期的智能化打顶抑芽作业,检测准确率达98%,打顶准确率达96.8%,抑芽剂喷施准确率达90%,打顶抑芽效果满足农艺要求。
[硕士论文] 刘鹏
农业机械化 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:我国是园林果树种植大国,传统的园林果树种植中挖坑、混肥、填肥过程,机械化程度低,技术粗糙。目前我国的园林果树种植机械主要是植树挖坑机,只有挖坑功能,功能单一,不具备机械混肥和机械回填功能,更不能实现园林果树种植的挖坑、混肥、回填的机械化一体操作。
  本文设计了一款适用于园林果树的“原位挖坑混肥回填一体机”,提供园林果树种植过程的挖坑、混肥、回填的机械化一体式设计,实现园林果树种植过程的“挖坑、混肥、回填”的机械化连续性运作。该机械在混肥过程中有机肥料和土壤的混合均匀度非常高,最大程度发挥有机肥料的效用。本文的研究对我国果树生产有着重大意义,实现了园林果树种植过程的高度机械化,极大的提高果农种植果树的效率,减轻劳动力,提高果树产量,增加果农的经济效益。
  本文研究的原位挖坑混肥回填一体机的机械结构设计包括机架、作业动力设备、机身升降系统、作业升降装置、行走系统和作业装置。通过对作业装置的三维模型进行EDEM仿真,来测定作业装置作业的物料混合均匀度。在EDEM中创建取样设备的三维模型进行取样运动仿真,模拟原位挖坑混肥回填一体机的物料混合均匀度试验的取样过程。对完成EDEM取样运动仿真的混合物料颗粒划分网格,进行物料混合均匀度的分析。原位挖坑混肥回填一体机完成加工后,设计原位挖坑混肥回填一体机的物料混合均匀度试验,设计一款原位挖坑混肥回填一体机的物料混合均匀度试验的取样设备。先用原位挖坑混肥回填一体机完成挖坑混肥回填的机械化作业。然后将取样盒取出,统计取样盒中的有机肥料颗粒数,按照高转速和低转速进行分阶段试验,按照不同的作业时间每阶段依次进行5次试验,对原位挖坑混肥回填一体机的物料混合均匀度试验数据进行分析,并与EDEM仿真试验结果进行对比,得出原位挖坑混肥回填一体机的物料混合均匀度评价。
  仿真分析及原位挖坑混肥回填一体机物料混合均匀度试验表明:在不同转速下,作业装置的混肥功能对有机肥料在土壤中的混合均匀度有不同影响;混肥时间不同也会对有机肥料在土壤中的混合均匀度产生不同的影响。
[博士论文] 秦维彩
农业机械化工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:植保无人机施药技术的研究不同于地面植保机具,要使喷洒的农药效果发挥到最高,并且均匀地吸附在作物不同冠层结构的叶片上,不仅与植保无人机喷洒平台的稳定性、可靠性有关,还与喷嘴的雾化效果、雾滴粒径、无人机旋翼气流场、喷洒高度、喷洒速度、喷洒流量、作物特性、病虫害特点以及环境条件等有关。因此,本文选择市场上具有代表性的机型N-3型油动单旋翼植保无人机为研究平台,针对影响喷洒效果的参数(雾滴粒径、旋翼下洗气流场、喷洒高度、喷洒速度、喷洒流量等),开展航空专用离心喷嘴设计与雾化效果研究、旋翼下洗气流场风场宽度和风场大小研究、雾滴最佳沉积水平响应面模型研究,并结合作物病虫害特点与旋翼产生的气流效应,探索了旋翼下洗气流对水稻稻飞虱和小麦白粉菌动态分布的影响,初步明确了旋翼产生的气流稻飞虱和白粉菌具有一定的扰动作用;最后进行了喷嘴优化前后无人机田间喷洒农药防治病虫害对比试验研究。主要工作包括以下方面:
  1.研究了离心喷嘴雾化效果,并对离心喷嘴的结构进行改进,获得最佳入流方式。结果表明,优化后的离心喷嘴雾化效果更均匀平稳,转速和流量对离心喷嘴的雾化性能影响较大,雾滴粒径大小随着转速的增加而减少,随着流量的增加而增大,但流量对雾滴粒径的影响没有转速对雾滴粒径的影响显著。为获得良好的覆盖率,要求雾滴粒径为200μm,此时对应的转速为6000r·min-1。离心喷嘴雾滴沉积量在整个雾化区域内近似呈中空的圆锥台分布。雾滴的水平速度直接影响雾化的喷幅,单个喷嘴的喷幅可达2.5m,因此喷嘴的安装间隔为2.5m以内,根据不同的作业高度无人机喷幅可在5m以上。
  2.研究了N-3型植保无人机低空飞行时旋翼气流场特性,获得了不同飞行高度条件下的旋翼风场数据。试验结果表明,模拟值与试验值基本吻合,在无人机飞行高度5~7m时,此时的风场宽度为6~7m,作物冠层的旋翼风速大于3m·s-1,能满足末速度原则。
  3.在单因素试验的基础上,采用Box-Benhnken中心组合试验设计理论对施药机具的喷雾参数进行研究。以飞行高度、飞行速度、喷头流量等工作参数为影响因素,以雾滴在靶标上的沉积水平为目标函数,建立雾滴沉积水平的二次多项式数学模型,并分析模型的有效性与因子间的交互作用。试验结果表明,对雾滴沉积水平影响大小依次为飞行高度、飞行速度、喷头流量;最优喷洒参数组合为飞行高度5.0m,飞行速度3.7m·s-1,双喷头流量1600mL·min-1,此条件下的雾滴在靶标上的最大沉积水平为56.96%,且试验值与模型预测值相比相对误差在±7%以内。
  4.研究了水稻孕穗期雾滴穿透性情况。通过探索雾滴在作物不同部位的沉积分布规律和无人机不同作业高度时的雾滴飘移规律,明确了N-3型植保无人机田间作业时实际作业参数。试验结果表明:N-3型植保无人机在水稻生长后期喷洒农药时,作业高度和横向喷洒幅度会影响雾滴在植株上下层的沉积量和分布均匀性。当外界风速小于3m·s-1时,气温25~30℃,相对湿度50.9~56.7%,N-3型植保无人机作业高度3~7m时,雾滴的飘移量主要集中在离喷洒区20m范围内,研究结果可为N-3型植保无人机田间施药过程中隔离带的划分提供参考。
  5.研究了N-3型植保无人机作业对冠层稻飞虱和白粉菌孢子的动态分布影响。结果显示,无人机的飞行高度对稻飞虱虫口数量的分布有重要的影响,在旋翼气流的正下方区域无明显影响,但在离旋翼气流的正下方边沿区域2~10m远的范围内,会使稻飞虱在作物冠层上的水平分布和垂直分布发生变化。在离旋翼气流的正下方边沿区域2~5m的作物冠层,稻飞虱数量减少,但在5~10m的范围内稻飞虱数量明显增多。气流扰动明显地增加了作物冠层上部的稻飞虱虫口数量分布,并且在一定范围内飞行高度越高、旋翼直径越大,影响的范围越广。在稻飞虱的防治中,建议先用无人机进行模拟喷洒飞行,使气流扰动作物冠层,稻飞虱将会从水稻下部逃离到其它地方,在冠层的垂直分布上会使上层增多,在喷洒时有利于提高防治效果。白粉病原菌孢子数量的释放与气流扰动的影响关系密切,在开始阶段孢子释放量较少时,无人机的旋翼气流对孢子的释放影响较小;随着孢子量的增多,小麦经过旋翼气流的扰动与没有经过气流扰动相比,气流扰动明显地增加了孢子的释放量,在小麦白粉病无人机喷洒防治中,为了减轻旋翼气流对孢子释放的影响,在病原菌孢子刚开始出现的2~3天内进行预防性喷施防治。
  6.研究了植保无人机田间施药对水稻稻飞虱和小麦白粉病防治效果研究。结果表明:单旋翼油动无人机旋翼直径的大小,对稻飞虱防治效果无明显影响;但气流的扰动和喷嘴的选择对防治效果影响明显。在对水稻稻飞虱防治试验中,N-3型植保无人机使用优化后喷嘴的防治效果在施药后3天能提高稻飞虱防效5%左右。有气流扰动情况下施药的防治效果要优于无气流扰动处理的施药效果,能提高防治3%左右。在对小麦白粉病防治试验中,使用优化后喷嘴,无人机每公顷喷洒44%三唑酮SC450g(每公顷登记药量),施药后第7天的防治效果55.1%,要优于优化前喷嘴的防效和减药20%和40%时的防治效果,并且每公顷减药20%的施药效果(46.6%)与背负式电动喷雾器的施药效果(45.6%)和优化前喷嘴的施药效果(47.9%)无明显差异。
[硕士论文] 王维
农业信息化 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,由于农村经济的快速发展以及国家购买农机优惠补贴政策的出台,农业机械数量呈现逐年上升的态势。与此同时,农业机械在生产和使用中的安全问题也渐渐地凸显出来,这就亟须贯彻并展开农业机械监理工作。农业机械监理工作在保证农民群众财产安全、维护农村以及整个社会的稳定中发挥着十分重要的作用。农业机械安全监理水准的高低,农机安全事故的防患和减少,成为推动农业机械化进程又快又稳的发展的根本,甚至关系到现代农机发展的健康可持续性。
  我国农业机械监理系统大都是使用单机版管理,数据库兼容性差,系统维护与升级工作困难,使用效率低;各级农业机械监理部门的数据不同步,不同用户使用的权限没有区分,这容易使系统的安全性降低;系统包含业务少,可使用率较低。因此实现一款操作简单、能够快速上手、业务完整的农业机械监理系统变得越来越迫切。
  本文在深入研究国内外农业机械监理系统的发展现状的前提下,详细研究了国内外农业机械监理系统的发展优劣势,设计了一个基于SSH框架的农业机械监理系统。本文特对农机安全监理系统进行了研究,主要工作如下:
  1.依据农机安全监理站规定的实际情况研究,采用软件工程的思想开展研究工作。利用UML用例图阐释了系统的业务需求和功能需求,最后分析了系统非功能性需求。
  2.设计了农业机械监理系统的功能模块,包括系统设置、用户设置、农业机械业务、农机事故处理业务等功能模块,并对主要功能模块进行了业务流程分析。在系统中数据模型的计算是根据需求分析的结论进行的,按照数据库的设计规则,分析得出了系统的E-R图模型、系统逻辑结构设计和数据库表结构。
  3.对SSH框架进行了整合,搭建农业机械监理系统的运行环境,利用JAVA+SQL Server+Tomcat进行开发工作并实现了农业机械监理系统。
  4.对农业机械监理系统的主要操作模块进行了测试,各部分功能运行结果正常,和预期的一致,可以进行下一步的推行与使用。
[硕士论文] 刘硕
计算机技术 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:农业机械的稳定、安全、高效的作业是保障国家农业安全生产劳作的主要前提,农机安全不仅和农民的劳动成果紧密相连,更关乎着人民的生命安全,应当引起党和政府的重点关注。农业机械化的快速发展得益于乡村经济的不断发展和国家政策对农机的大力扶植,譬如农机的大力度补贴,农机技术免费教授等,使得农业机械得到了迅速发展和普及,农业机械化进程不断加快推进,我国的近几年的农作物生产量也有了质的飞跃。然而,随着农机驾驶员的数量急剧增多,对农机驾驶员业务的管理问题也越来越突出。农机驾驶员的管理工作对保障农业安全生产有不可忽略的重要作用,但是我国农机驾驶员管理信息系统很多都是使用单机管理结构,没有一个整体规划的标准接口,甚至都不使用数据库(仅仅通过文本文档进行记录),维护与升级工作相对复杂困难,使用率不高等;各级农机驾驶员管理部门之间数据不同步,系统只有一个登录密码而无操作员密码的设计;办理业务流程复杂、混乱。农机监理人员的专业素养和管理方面不足导致办理周期长,加之有些工作人员对待工作不够认真负责,缺乏对内部人员的有效监管。因此有必要实现一款功能完备的农机驾驶员业务管理网络系统。
  本研究旨在设计并实现一个基于WEB的农机驾驶员业务管理网络系统,以满足农机管理部门实际工作需要,提高信息化管理水平。其主要研究工作如下:
  1.设计了农机驾驶员业务管理网络系统的功能模块,包括面向监理机构业务办理人员的模块和面向监理机构管理人员的后台系统模块。并针对主要功能模块使用时序图和流程图进行办理业务流程的分析、设计。
  2.采用基于SSM(SpringMVC、Spring、Mybatis)的MVC框架模式,搭建了农机驾驶员业务管理网络系统的整体框架。由SpringMVC、Mybatis分别完成系统表现层、持久化层,Spring负责框架整合和事务处理,实现系统设置、农机驾驶员业务办理、打印存档、统计查询功能。
  3.对监理机构职员提出的省市县三级管理权限,利用Shiro实现:完成每个登录的监理机构人员分配一个角色,每个角色可以访问不同的权限方法。从表现层对权限进行分配的原理使得Shiro框架把控制精确到具体的访问方法。
  4.农机驾驶员业务的办理流程由Activiti框架实现:业务的受理、审核、审批由框架自动提交。每项任务设置组任务,组任务可设置执行角色。Activiti框架实现one business to multi-tasks和one task to persons。
  5.为农机资源管理系统、可视化辅助决策系统提供驾驶员数据查询接口和人员信息接口;为五心服务系统提供合作社和驾驶员数据接口。
  本论文设计、实现的农机驾驶员业务管理网络系统满足了农机驾驶员业务的办理需求,达到了预期效果。基于SSM框架设计的农机驾驶员业务管理网络系统更易扩展和维护,同时整合了Shiro和Activiti框架,使系统更安全、更易于开发。
[硕士论文] 周雅文
农业电气化与自动化 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:油菜播种是油菜机械化生产中的重要环节,课题组研发的2BFQ-6型油菜精量联合直播机整机集成程度高,挂载于拖拉机上构成直播机组,田间作业时能够一次性完成油菜精量播种、旋耕开沟、施肥覆土等环节,提高了油菜机播生产效率。然而直播机组对行作业过程中需要农机驾驶员手、脑、脚、眼并用,以保证对播种路径准确跟踪,这对农机手体力和经验具有很高要求,开展基于视觉导航技术的油菜直播机组田间作业路径跟踪的研究对于进一步降低机手劳动强度、提高作业质量、提升机具智能化水平等具有积极意义,本文针对基于视觉的油菜直播机组田间作业路径跟踪控制展开了相关方面初步的探索和研究,具体研究内容总结如下:
  (1)设计了由硬件和软件组成的油菜直播机组视觉导航系统。硬件部分主要包括工控电脑、工业相机、NI数据采集卡、电源、步进电机等;软件部分在Windows7操作系统下采用VS2012使用C++结合OpenCV编写MFC界面程序加以实现。整套系统实现了路径识别、直播机组前轮转向控制、路径跟踪与控制等功能。
  (2)提出了一种结合改进随机抽样一致性算法(RANSAC)和最小二乘法的油菜直播机对行作业田间路径识别算法。首先,为了在大尺度低分辨率下观察田间路径宏观轮廓,对灰度化后的图像进行提升小波变换。然后利用直播机组已播种区与未播种区图像对比度大的特点获取路径特征点集。最后通过结合预检验和后处理校正的改进随机抽样一致性算法,区分特征点集的内外点,并对内点集运用最小二乘法进行田间路径直线拟合,获取图像路径参数。田间图像测试表明:该方法可以适用于直播机组自动对行作业路径识别,识别正确率在90%以上,每帧图像处理时间在55ms以内。
  (3)设计了用于路径跟踪控制的模糊控制器。首先根据相机针孔成像模型得到了实际路径与图像检测路径之间的数学关系,然后结合直播机组简化二轮阿克曼转向模型,分析了图像检测路径在直播机靠近与远离田间路径时的变化规律,最后在此基础上设计了根据图像路径变化信息推测直播机组位姿变化的模糊控制器用于直播机组路径跟踪与控制,并通过MATLAB的Simulink工具箱进行仿真,验证了设计的模糊控制器理论上的可行性。
  (4)设计了用于控制前轮转向的PD控制器。针对已经改造的直播机组步进电机转向系统的转向特性进行了研究,得知输入PWM信号在50~900Hz的区间内时,前轮转向角速度随着频率的增加而增加,在900Hz时达到最高12.6°/s;由此得到PD控制器控制量的输出范围,经过试验调试后,确定控制器系数P=250,D=80,控制周期T=40ms,前轮转向的控制精度达到0.5°,能够满足直播机组作业路径跟踪转向控制的要求。
  (5)田间与路面试验表明:油菜直播机组以慢3档、中2档、中3档(速度分别对应0.5m/s、0.8 m/s、1.0 m/s)在水泥路面上进行路径跟踪时,最大横偏距分别控制在7.8cm、9.6cm和14cm,在田间进行作业路径跟踪时最大横偏距分别控制在12cm、14cm和28cm。
[硕士论文] 刘银萍
农业机械化工程 石河子大学 2017(学位年度)
摘要:农业机械化作为一种现代化生产手段,是农业先进生产力的代表,现代农业的重要物质基础,是促进农民增收的有效途径,促进经济发展的有生力量,是建设社会主义新农村的重要内容,在我国农业现代化中占据核心地位,具有极其重要的作用。近年来,新疆兵团农业机械化的快速发展,在兵团农业现代化、新型工业化、城镇化建设中发挥了巨大作用。但在农机化的发展过程中也存在一些值得注意的问题,诸如对兵团农机需求量缺乏科学合理的计算和规划,所需农机动力预判不够;过度强调短时间完成生产任务,强行规定作业期,缩短作业适时期,导致了农机配备不合理、农机超配严重等问题。本文选择新疆兵团农机动力的预测和农机优化配备问题进行研究,提出了新形势下兵团农机动力的预测模型,并进行了预测;建立了第六师105团农机优化配备的线性规划模型,得到了较优的结果。论文内容主要包括以下几个方面:
  论文对新疆兵团农机动力的发展现状进行了研究,对兵团农机配备现状和存在的问题进行了分析。在对国内外农机配备的理论和方法进行分析研究的基础上,结合兵团实际情况,论述了农机配备的原则、主要方法以及农机配备模型的构建原理等。
  基于2007-2014年新疆兵团农机动力的相关数据,运用数理统计方法,建立了主成分回归和灰色回归两种预测模型,模型的平均相对误差分别为0.57%和0.46%,能够反映兵团农机动力的变化规律。采用灰色回归预测模型进行预测,得到了2015-2019年兵团农机动力的预测值分别为520.1766万kW、554.5278万kW、590.3374万kW、627.6668万kW和666.5810万kW。对预测值进行验证,2015年的预测值与实际值的相对误差为4.10%,误差较小,表明模型可靠,可用于兵团农机动力的近期预测。
  对兵团第六师105团农业生产进行了深入调研,根据该团场主要农作物种植模式及机械化作业的要求,制订了全年农业机械化作业工艺流程,以现有机型为主选定了常用的拖拉机和其他农具,用线性规划法和工作量法构建了农机具优化配备模型,采用LINGO软件进行求解,得到了105团农机的优化配备方案,与现在的实际配备相比,该方案不但可以保质保量按时完成生产任务,而且可以减少动力机械配备87.68%,减少农具配备62.74%,减少农机投入425.79万元。
  论文建立的农机动力预测模型和配备模型,对兵团农业机械配备和结构优化具有一定的指导意义,兵团农机动力的预测结果与第六师105团的农机优化配备方案具有重要的参考价值。
[硕士论文] 韩兆桢
管理科学与工程 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:农业收获机械化是农业现代化的重要技术基础,对提高农业综合生产能力、保障农产品有效供给起着十分重要的作用。农业收获作业是农业生产作业过程中的关键环节,选择适宜的收获机械在收获季节完成收获作业是农业产量取得丰收的重要保障,而收获机组技术生产率是影响收获作业的重要因素,因此提高农业收获机组技术生产率已成为收获作业的重要组成部分。
  在综合分析收获机组作业时间构成的基础上,建立收获机组作业的各类作业时间项目与地块条件关系的数学模型,建立不同卸粮方式下收获机组技术生产率与地块条件关系的数学模型。选择8种不同功率级的收获机组作为研究对象,采用跟踪试验的方法,测取定距离条件下各种作业机组作业时各类时间消耗。依据收获机组实际作业的试验数据进行分析,明确了联合收获机作业时间项目构成,建立了纯作业、转弯、卸粮、地块转移及调整等时间项目的数学计算模型。根据所建模型和试验数据,利用MATLAB编程计算,得到不同功率级收获机组技术生产率随地块条件变化的定量规律:当收获机组的额定功率为50 kW左右,作业幅宽为2-3 m,且粮箱容积为1.4-3 m3时,机组适宜作业的地块面积至少为2 hm2,地块长度至少为200 m;当收获机组的额定功率为80 kW左右,作业幅宽为3-4 m,且粮箱容积为3-4m3时,机组适宜作业的地块面积至少为2.5 hm2,地块长度至少为300 m;当收获机组的额定功率为110 kW左右,作业幅宽为4-4.5 m,且粮箱容积为4-4.5 m3时,机组适宜作业的地块面积至少为3 hm2,地块长度至少为400 m;当收获机组的额定功率为150 kW左右,作业幅宽为4.5-5 m,且粮箱容积为4.5-5 m3时,机组适宜作业的地块面积至少为3.5 hm2,地块长度至少为500 m;当收获机组的额定功率230 kW左右,作业幅宽为7-8 m,且机组粮箱容积为10-12 m3时,机组适宜作业的地块面积至少为4 hm2,地块长度至少为600 m。绘制出不同收获机组技术生产率随地块长度、地块面积的变化规律图,从而得出各个收获机组适用的地块条件。
  在收获作业时,选择合适的收获机组,可以提高农业机械化技术生产率。同时得到的收获机组技术生产率率随地块条件变化的定量关系,为研究农业机组技术生产率随地块条件改变的变化规律提供了理论依据,也为研究机组作业技术指标随地块条件变化规律提供基本思想和方法。根据得出的规律指导不同收获机械与不同地块条件的匹配,指导农业机器型号选择,从而提高农业机械生产效率,充分发挥农业机械的使用价值,促进我国农业机械化发展。
[硕士论文] 吕天远
农业工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:为提高番茄产量和水肥利用效率,提出了一种根据番茄生长信息变化的温室水肥供应决策模型。结合该水肥决策模型,设计了环境信息测量模块、生长信息测量模块、PLC控制模块和数据存储模块,最终搭建了水肥一体化自动施肥机控制系统。实验结果表明设计的水肥一体化自动施肥机控制系统实现了经济效益最大化的基础下,提高了作物水分利用效率和产量,同时也减少了作物水肥欠缺的现象和出现徒长的几率。具体研究工作如下:
  (1)水肥耦合对番茄产量、水肥利用效率影响的分析。灌溉量以及施肥量不同,番茄的生长状况也不一样,因此番茄的产量以及水肥利用效率也存在着差异。论文以灌溉量和施肥量为自变量,研究水肥耦合条件下,番茄产量和水肥利用效率对于水肥变化的响应状况,进而来确定基础灌溉量和施肥量,以便于在该基础灌溉量和施肥量条件下,实现番茄产量最多和水肥利用效率最大。实验结果表明:考虑产量和水肥利用效率的因素,因此当基础灌溉量和施肥量分别为80%Qwi、110%Qfi时,产量处于最大产量范围内,且水分生产效率也相对较高。
  (2)温室番茄灌溉决策策略的研究。茎直径和株高作为判断作物长势的重要参数,以茎直径和株高来作为作物生长信息可以直观方便的表征作物的生长状态。因此,论文提出了一种根据番茄茎直径和株高的水肥供应决策策略,以便于可以提高产量和水分利用效率。在分析水肥耦合对于番茄的产量和水肥利用效率影响的基础上,提出在整个生长周期内,采用80%Qwi、110%Qfi作为基础灌溉量和施肥量以便于最大化利用水分和养分。在分析水肥变化对番茄株高和茎直径影响规律的基础上,建立了水肥动态调整模型。将水肥动态调整模型和基础灌溉量和施肥量进行整合,最终建立水肥供应决策模型。
  (3)水肥一体化自动施肥机的软硬件设计。为了提高番茄水肥一体化灌溉的效率,本文根据基于生长信息的水肥供应决策策略研究开发出一套包含PLC控制、通信、环境信息测量、生长信息测量以及数据存储等单元的自动施肥机控制系统。并对该控制系统的灌溉施肥效果进行试验验证分析。实验结果表明:WF1处理下的番茄产量比WF2和CK处理下的番茄产量分别高6.9%和14.73%,水分利用效率分别提高了6.93%和43.17%,同时WF1处理下的番茄单株经济效益比WF2和CK处理分别提高了4.9%和20.6%,可以实现在确保番茄产量的基础上,提高水肥利用效率,减少生产成本,提高温室番茄的经济和社会效益,达到节水灌溉的目标。
[硕士论文] 贺少鹏
农业机械化 石河子大学 2017(学位年度)
摘要:哈密瓜是新疆特色瓜果之一,近年来内地引种、瓜农抢占早市而早摘或催熟等原因,致使市场中哈密瓜品质存在较大差异,商品率和声誉受到极大影响。为此,本论文针对哈密瓜成熟度迫切需要无损检测这一问题,搭建了由力锤和麦克风分别激励感测哈密瓜声响应信号检测系统,测试了声响应信号的稳定性,分析了不同激励条件对哈密瓜共振频率的影响,明确了适宜测试条件,采用频响参数计算了哈密瓜的弹性指数和阻尼比,并基于频响参数计算的指标和频带幅值参数分别构建了哈密瓜成熟度预测模型,为哈密瓜成熟度的无损检测提供策略。本研究得到的主要结论为:
  (1)在哈密瓜同一点多次激励感测的声响应信号稳定可靠,在哈密瓜赤道部不同位置进行激励感测,其共振频率无显著差异。哈密瓜共振频率不受锤头材料和激励力的影响,但采用橡胶材料锤头激励力范围为6~12 N时,更适宜激励哈密瓜获得更强的响应信号且易于信号的提取。
  (2)可以采用弹性指数和阻尼比联合预测哈密瓜硬度,构建的预测模型相关性达到0.913,对哈密瓜硬度变化的预测敏感度为68.99%,非常接近M-T穿刺法硬度测量的敏感度(69.79%);可以采用阻尼比预测哈密瓜可溶性固形物含量的模型,构建的预测模型相关性达到0.834,对哈密瓜可溶性固形物含量变化的预测敏感度为46.43%,也非常接近折射计测量的敏感度(47.41%)。
  (3)采用频带幅值参数基于PCR法预测哈密瓜成熟度时,确定在40~200 Hz频段提取了7个频带幅值参数和1个频带幅值总和参数,这8个参数与哈密瓜的可溶性固形物含量不相关,但与哈密瓜硬度有相关性,因此采用幅值参数与哈密瓜质量共同构建了哈密瓜硬度PCR预测模型,该预测模型校正集相关系数为r=0.891,校正集均方根误差为RMSEC=1.04 N/mm,验证集的相关系数为r=0.795,验证集均方根误差为RMSEV=1.24 N/mm,表明该预测模型具有较好的预测性能和稳定性,模型对哈密瓜硬度变化的敏感度为67.70%,可以适用于哈密瓜硬度无损检测,尽管如此,该模型的检测敏感度较弹性指数和阻尼比联合构建的哈密瓜硬度预测模型的检测敏感度略低。
[硕士论文] 包盛
农业工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:杂草是一种人类不会主动培育而自由生长的草本植物。在中国种植面积较大的农作物中,油菜受草害尤为严重,在一般年份杂草大概会导致油菜减产10%到20%,而在一些极端条件下由于杂草的影响油菜甚至减产达到50%以上。鉴于杂草对农作物产生的严重危害,在田间往往需要对其进行主动防治,而喷施化学除草剂由于其操作简单且对杂草的防除效果好得到广泛的应用,然而,研究学者在除草剂过去许多年的使用中发现除草剂粗放式的大面积均匀喷施会对生态环境和人体健康会产生严重的不良影响。因此,具有空间选择性的对靶变量喷施方法成为目前最理想的除草剂施用方式,而实现对靶喷施的前提条件是解决对杂草的自动识别问题。基于光谱分析原理的传感器由于其检测实时性好、对样品无破坏、仪器成本相对较低等优势成为杂草自动识别领域的研究热点,并且已有基于此技术的传感器实现商业应用。但因为传感器本身组成原理方面的原因,传感器易受环境杂散光的干扰而降低其识别精度。光调制解调技术可以通过对光源发光强度进行调制并基于离散傅里叶变换进行解调剔除环境杂散光叠加在检测信号上的直流分量,从而减少环境杂散光对光谱检测仪器检测精度的影响。
  本文以冬油菜苗期杂草为检测对象,在项目组前期研究的基础上,使用590nm、710nm、750nm和940nm这四个检测波长,采用光调制解调技术,搭建了一套田间杂草光谱识别试验系统,并对其抗环境杂散光的能力进行了试验研究。主要研究内容如下:
  1.杂草识别光谱传感器识别精度影响因素分析:分别分析了传感器自身因素和外界环境干扰因素。传感器自身因素主要为光学系统设计的不合理、光电器件工作过程中产生的噪声以及信号采集处理系统在采样过程中产生的误差;外界环境干扰因素主要为天空背景光以及人造光源在传感器工作时对其产生的干扰。最后确定了外界环境杂散光是对测量精度产生影响的主要因素。
  2.基于光调制解调的田间杂草光谱识别试验系统的搭建:对光调制技术进行了简要介绍,对光信号的调制在抑制外界杂散光干扰和消除探测器自身产生噪声方面的作用进行了说明。运用光调制解调技术基于优选的四个特征波长(590nm、710nm、750nm和940nm)设计了一套实验系统,这套实验系统主要包括实验设备(光信号调制设备和光电信号采集设备)和实验数据处理LabVIEW程序。实验系统采用LED主动光源并对光源发光强度进行调制,采用基于光电二极管的增益可调的集成光电探测器检测反射光信号强度,采用工控机实时对探测器信号进行AD采样。用LabVIEW编写了实验数据处理程序,程序主要完成波形数据采样、波形数据收集、波形的数字滤波、滤波后波形的频谱测量和调制频率处信号幅值(即被测样品反射率表征值)的提取。
  3.光调制解调对环境杂散光干扰的剔除效果试验:为了验证应用了光调制解调技术的实验系统在剔除环境杂散光方面的效果,进行了两组验证试验,试验结果表明在外界环境杂散光缓慢变化和剧烈变化时,实验系统都能得到稳定的反射率表征值,这说明反射率表征值不受环境杂散光变化影响,光调制解调技术的应用极大的提升了测量的信噪比,为提高基于光谱原理的传感器测量精度提供了新的思路。
  4.实验系统静态性能试验:基于搭建的实验系统进行了静态性能试验,包括系统重复性测试、与光谱仪之间的标定试验及其验证试验。实验系统重复性测试结果的变异系数均小于1.5%,这表明实验系统的测试结果的一致性较好,实验系统稳定性较好,抗干扰能力强。对实验系统进行了标定试验,基于不同波长拟合出的四个拟合方程的决定系数分别为0.8692、0.9817、0.9812、0.9812,并以冬油菜为样本进行了验证试验,试验结果的相对误差都在10%以内,最大为8.82%,其中750nm和940nm的试验结果相对误差较小,大部分都在3%以内,最大为3.08%。从试验结果可以看出测得的反射率与被测样品的实际光谱反射率密切相关,可以通过标定后换算得到剔除了环境杂散光干扰的实际光谱反射率值。
[硕士论文] 袁佩佩
生物信息技术与工程 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:西瓜成熟度无损检测是西瓜品质检测研究中的一个核心问题,近红外、核磁共振、X射线、声学等众多的方法被应用到西瓜成熟度检测。目前西瓜品质智能检测技术尚未在实践中推广,主要原因是检测算法的有效性、快速性、稳定性和易实现性等未达到应用上的要求。
  本文考虑未熟、成熟和过熟三个成熟度等级的西瓜声学分类问题,通过主成分分析(PCA)和核主成分分析(KPCA)提取西瓜敲击响应信号的特征,利用极限学习机(ELM)构建西瓜成熟度分类和西瓜含糖量检测模型,主要的工作如下:
  1.提出基于(核)主成分分析的西瓜敲击响应信号的特征提取方法。通过不同成熟水平声信号样本的(核)主成分分析获得感兴趣的主成分,将其对应的特征向量线性扩张成有限维的特征空间,用信号在特征空间上的正交投影系数作为特征。PCA能够在保留足够多原始信息的同时大幅度降维,计算直接且简单。在保留95%主成分的条件下,PCA和KPCA分别将原始信号维数由4096降低到31和90。
  2.提出基于Markov chain采样的极限学习机算法。ELM是一个单隐层前馈神经网络学习系统,其输入层权重和隐层阈值是随机固定的,算法的核心是计算输出矩阵的Moore-Penrose广义逆。该算法简单、运行速度快,且优于支持向量机(SVM)、BP神经网络等机器学习算法。本文在Tikhonov正则化理论分析基础上,将独立同分布数据下的ELM泛化性能的进行推广,给出了基于Markov chain采样的ELM算法误差上界的估计。同时,基于真实数据,将独立同分布与Markov chain采样条件下的ELM进行了对比分析。实验结果表明,Markov chain采样不仅能有效降低ELM的预测误差,且能够提高ELM的鲁棒性。
  3.构建基于高斯核函数的KPCA-ELM西瓜成熟度分类模型。首先,按2∶1的比例将样本进行随机划分,获得训练集样本180个,测试集样本90个。其次,以ELM为分类模型,分析了由PCA和KPCA提取的特征对西瓜成熟度检测的影响。同时,讨论了基于线性、多项式、高斯、S型四种核函数的KPCA-ELM分类模型对西瓜成熟度的检测效果。最后,从分类准确率和速率两个角度,将ELM与K-最近邻(KNN)、BP神经网络和SVM三种分类模型进行了对比分析。实验结果表明,基于高斯核函数的KPCA-ELM的模型效果最优,在二分类和三分类两种西瓜成熟度检测场景下的识别准确率分别为95.72%和89.23%。
  4.构建基于高斯核函数的KPCA-ELM西瓜含糖量检测模型。利用ELM构建西瓜含糖量与敲击响应信号之间的回归模型,分析了PCA、KPCA提取的特征对西瓜含糖量检测模型的影响。同时,也将ELM与偏最小二乘(PLS)、BP神经网络、支持向量回归(SVR)进行了对比分析。实验结果表明,基于KPCA-ELM的西瓜含糖量检测模型的性能最佳,其能够得到最小均方根误差(Root mean square error,RMSE)为0.3725,标准偏差(Standard deviation,STD)为0.0173。
[硕士论文] 徐赛超
农业工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,植物工厂逐步实现了自动环境调控、智能网络控制及生产流程规范等,但自动化生产程度不高,其在叶菜类采收自动化设备和系统的研究较少,传统的叶菜采收机械和采收系统无法在植物工厂生菜采收作业中使用,存在机构庞大和价格昂贵等缺点。本研究以江苏大学植物工厂背景,以生菜作为研究对象,对生菜的力学特性进行测试,研制一种适用于植物工厂的生菜自动化采收系统,包括输送装置、移动机构、末端执行机构和控制系统的设计与开发,同时对采收系统进行安装调试及性能测试。主要研究内容及结果如下:
  (1)生菜力学特性测试。以营养液水培生菜作为研究对象,对其抗压位移特性、茎部剪切力学特性进行测试,并分别测试硅胶、橡胶与PU聚氨酯这3种保护性材料和生菜叶片间的最大静摩擦系数。结果表明,当压缩位置逐渐上移,生菜抗压能力也会随之增强,在60mm、80mm和100mm处生菜的抗压力峰值分别为19.851N、21.368N及34.143N;剪切力峰值与速率和角度都成负相关,当剪切速率为1mm/s、1.5 mm/s及2 mm/s时,平均最大剪切力分别为20.253N、19.642N及18.776N,当剪切角度为0°、5°及10°时,平均最大剪切力分别为20.865N、20.143N及19.725N;当加载速率增加时,生菜茎部直径对于剪切力峰值的影响越不明显。硅胶、橡胶和PU聚氨酯与生菜叶片之间的最大静摩擦系数分别为0.774、0.726和0.611,由此可知,硅胶最适合在生菜采收作业中作为保护材料。
  (2)采收系统执行机构和控制系统设计。对生菜自动化采收系统整体进行设计及布局,对输送装置、压板装置、XYZ三坐标直角运动机构和末端执行机构进行了结构设计和参数计算,其中,设计2种不同的末端执行机构,分别为双曲柄滑块平移型机构和齿轮啮合转动型机构,并对其进行结构设计与工作参数的确定。进行系统控制方法的确定,选取PLC作为系统的控制方案,并根据采收作业的要求对本系统中使用的相关硬件(传感器、PLC和工业触摸屏)进行合理选型。
  (3)采收系统性能试验。对生菜自动化采收系统分别进行了移位精度试验、采收性能试验和振动测试,试验结果表明:系统采收作业可靠,XYZ实测位移量与9孔(3×3)栽培板上孔穴间隔及 Z方向设定值没有显著性差别,随着采收速率的增加,显著性越明显,即采收速率越小,定位精度越高,即满足采收作业的精度要求,当采收效率分别为135颗/h、180颗/h及270颗/h时,X方向的位移差平均值依次为200.20、200.27和200.41;Y方向的位移差平均值依次为200.23、200.29和200.38;Z方向的位移差平均值依次为30.20、30.24和30.37;针对所设计的两套不同末端执行机构开展自动采收性能试验,发现在相同作业效率下,齿轮啮合转动型末端执行机构的采收成功率高于双曲柄滑块型末端执行机构;当作业效率为135、180、270颗/h时,齿轮型啮合转动末端执行机构的采收成功率分别为94.4%、91.6%、83.3%,通过试验结果可知:当系统的采收作业效率提升时,采收成功率随之减小。针对于装配齿轮啮合转动型末端执行机构的采收系统进行振动测试,由分析结果可知:当系统采收效率增大至270颗/h时,系统振动显著,工作稳定性也随之降低,导致采收成功率仅为83.3%,夹持器底板的某阶固有频率和系统电机的激振频率相近,导致夹持器底板存在共振的可能。则在实际工作中,为平衡采收效率和采收成功率,采收工作效率应介于135-180颗/h之间,不应超过270颗/h。
[硕士论文] 魏婕
车辆工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:多功能农用作业机是一种一次可完成秸秆粉碎、旋耕、播种等多种作业的现代农业装备。多功能作业机装备有多个作业机具,其动力传动系统有多个动力输出,国内的产品大都存在动力分配不合理、操纵不便的问题。针对多功能作业机现有问题,本文以某履带自走式多功能作业机为对象,对其传动系统进行改进研究,以提高作业机的工作效率和操纵性能、降低燃油消耗。
  本文首先对现有多功能作业机的结构、参数和性能进行详细分析,提出传动系统的改进目标。其次,根据改进目标,对传动系统改进方案进行设计,优化各线路传动比,消除“转速倒流”现象,使前后动力输出控制与行走系统相互独立。为提高作业机操纵性能,在动力传动系统中增加两个湿式离合器,并对其参数进行设计,确定液压系统流量和油压,对主要元件进行选型分析。应用KISSsys和KISSsoft软件,建立传动系统模型,在模型正确性得到验证后,根据确定的传动比对各齿轮、轴和轴承进行设计、选型与校核。再次,在传动系齿轮参数确定的基础上,对各直齿轮进行修形研究,探究各修形要素对修形效果的影响规律,以提高承载能力、减小振动和噪声为目标,确定各齿轮副的最佳修形参数,并对修形前后齿轮副传动效率进行分析,验证了齿轮修形对提高传动效率的作用。最后,通过田间试验,计算秸秆还田作业后的植被覆盖率,测量作业机田间运输和旋耕工况下的燃油消耗量,并与燃油消耗的仿真结果和改进前的试验结果进行对比分析。结果显示:耕后植被覆盖率能够达到技术要求,燃油消耗的仿真结果与试验结果基本一致,作业机燃油经济性得到了较大提高。
  本文通过对多功能作业机传动系统各线路传动比的优化,消除了作业机前动力输出存在的“转速倒流”现象,提高了作业机燃油经济性;通过增加两个湿式离合器,提高了作业机的操纵性能。本文对多功能作业机传动系统的改进,实现了降低劳动强度和作业成本的目标,强有力地推动了农业机械化和可持续化发展。
[硕士论文] 宋琦
农业工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:“民以食为天,食以安为先”。粮食安全是关乎国计民生的一件大事。我国水稻种植面积约33千万公顷,是世界水稻种植第一大国,大米是我国的主要口粮。水稻收获后水分含量大,若不及时充分干燥,易霉烂变质。近年来,由于农村劳动力向城市的大范围自发流转及农业机械化的快速推广,传统的人工晾晒方式已无法满足大量高水分稻谷集中干燥的需求,因此造成巨大的稻谷损失,迫切需要推广机械化稻谷干燥模式,以提高水稻的种植效益、保障国民健康,保证国家粮食安全。为了保证稻谷烘干过程经济高效,烘干结果精确可靠,亟需研制一款经济可靠的稻谷水分检测传感器。
  本文针对机械化稻谷干燥模式中稻谷水分测量成本、在线、连续等问题,进行了稻谷水分传感器的设计,具体研究内容如下:
  (1)谷物水分检测方法的确定。通过对比不同谷物水分检测技术的基本原理及优缺点,并分析国内外专家学者对谷物水分传感器的研究现状,基于在线式谷物水分测量的设计要求,选择了传感器结构简单、成本低、可靠性高、便于现场维护、适用于对谷物水分进行在线连续测量的电容式谷物水分测量方法。
  (2)谷物水分传感器结构的确定及优化。通过对比分析不同电容式传感器结构的优缺点,根据谷物水分的检测需求,选择了同轴圆筒型电容传感器,并通过电容传感器结构分析,给出了同轴圆筒型电容传感器的优化设计方案。
  (3)谷物水分检测影响因素的分析及最佳谷物水分检测激励频率的确定。基于电容式谷物水分测量的影响因素—谷物品种、密实度、温度,设计了稻谷电阻抗谱测量实验,研究在激励频率1Hz~1MHz、温度40~80℃、湿基含水率14%~28%下稻谷的电阻抗谱特性,获得了检测电容值随激励频率、含水率、温度的变化规律,确定了电容式稻谷水分传感器检测稻谷含水率的最佳激励频率为2kHz,为稻谷水分检测模型的确定提供了理论依据和数据支持。
  (4)谷物水分检测模型的确定。基于多元回归分析方法,使用SPSS对稻谷电阻抗谱实验得到的实验结果进行了多元回归模型的建立,并对其进行拟合程度检验,其中R2?0.933,拟合程序良好,确定了水稻水分检测模型。
  (5)谷物水分传感器检测电路软硬件设计。基于电容式谷物水分测量原理和稻谷水分检测需求,采用模块化设计思想,完成了由电容检测模块、温度检测模块、控制与显示模块组成的电容式谷物水分传感器检测电路硬件设计和由电容数据采集、温度数据采集、数据处理和显示组成的电容式谷物水分传感器检测电路软件设计。
  (6)谷物水分传感器性能测试。采用自行设计的稻谷水分传感器对镇稻十号稻谷的含水率进行检测,并采用105℃恒温干燥法对其进行验证,结果证明,研制的稻谷水分传感器及检测电路检测误差绝对值的标准差为1.514%,仍存在较大的检测误差,需要对其进行进一步的优化设计。
[硕士论文] 刘辉
农业信息化 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:农业机械自动导航技术可实现农业机械在作业环境中进行自主控制,是精准农业技术体系中一项重要的核心关键技术。农机自动导航系统应用于农业生产中,大大提高了生产作业效率和作业质量。
  近年来,随着精准农业技术在我国的推广应用,国内出现了大批自主研发的农机自动导航产品。这些自动导航产品由于具有传感器性能、控制精度和产品性能等方面的差异,各自的作业精度参差不齐,为了检验其作业精度,需要对装有自动导航系统的农机作业进行测试评估。
  本文研究设计了一套农机自动导航系统作业精度的评估方法,基于农机自动导航系统田间作业的特点,安装一套双天线RTK-GNSS设备,实时采集农机作业时的位置和姿态数据,经过坐标投影变换、车体倾斜校正等数据处理后,根据本研究建立的横向偏差、邻接行距偏差、作业重叠/遗漏率评价指标的模型,计算横向偏差、邻接行距偏差、作业重叠/遗漏率三个评价指标值,实现对自动导航系统作业精度水平的量化分析。为验证上述作业精度评估方法的准确性和有效性,使用迪尔904型和雷沃M800型拖拉机进行了田间试验验证。田间作业试验中,迪尔904型拖拉机进行导航作业时,总体横向偏差的平均值为3.83cm,邻接行距偏差的平均值为2.81cm,作业重叠率为0.31%,作业遗漏率为0.09%;雷沃M800型拖拉机进行导航作业时,总体横向偏差的平均值为3.58cm,邻接行距偏差的平均值为5.18cm,作业重叠率为0.58%,作业遗漏率为0.22%,评价结果与该型农机自动导航系统官方数据基本相符,验证了本研究提出的自动导航系统作业精度评估方法的准确性和有效性。
  标定方法对自动导航系统作业精度影响对比试验中,经过三种方法标定后自动导航系统的实测作业精度水平都得到了提升,证明了三种标定方法的有效性。其中,转角标定对自动导航系统作业精度的提升幅度较大,航向标定对作业精度的提升幅度较小,三种标定方法组合标定后自动导航系统作业精度最高,说明自动导航系统三种安装系统误差都需要进行标定,并且由于转角传感器中位值与农机转向机构中位值之间的安装系统偏差对自动导航系统作业精度的影响更大,因而在标定导航传感器安装误差时应当以转角标定为基础。
[硕士论文] 潘冉冉
农业机械化工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:RTK载波相位差分技术,是实时处理两个接收站载波相位观测量的差分方法,可实时获取厘米级定位解,具有操作性强、应用范围广等优点。高精度的RTK产品几十万的高昂价格,使得RTK定位技术在农业领域的应用尚不广泛。随着国家对农业的大力支持,农业自动化和智能化技术将会快速发展,而获取高精度的定位解是实现农田车辆自动导航的基础。本研究以农田导航的实际应用为首要目的,以美国Swift公司的Piksi定位模块为基础,构建RTK系统进行研究,前期设计实验进行精度分析,后期根据项目要求对电台和天线等部分硬件进行改进,使用滤波算法对改进后的数据进行处理,最终成功将Piksi RTK系统应用在农田拖拉机上。主要研究结果如下:
  (1) Piksi模块是一款超高性价比的定位模块,RTK静态水平定位精度可达1 cm。使用Piksi模块时,要充分考虑周围的环境,附近切不可要有高大建筑物等遮挡;配套的console控制软件可保存3种格式下的6种类型数据,完全满足用户使用需求;串口直接读取的Piksi数据经过了Swift公司SBP二进制协议的处理,不使用console软件无法直接获取经纬度数据;搭建RTK系统时,基准站需要使用console软件设置经纬度和海拔高度数据后发送给流动站。
  (2)空间大地坐标与导航切平面坐标的转换满足精度分析的要求;采用标准差(σ)、圆概率误差(CEP)、距离均方根误差(RMS)、2倍均方误差(2DRMS)的指标对Piksi RTK系统静态精度进行分析,Piksi单个模块静态单点的定位精度约为8m,RTK的静态精度(2drms,95%)约为1.5cm;设计的动态双轨实验验证了直线拟合评估动态直线精度的可行性,当流动站在0.4m/s-2.3m/s的平均速度范围内进行直线运动时通过拟合得到的定位精度约为1.5 cm;采用测量点到拟合圆心距离与拟合半径的差值评估圆周运动的定位精度,发现在0.4m/s-1.6m/s的平均线速度范围内运动时流动站的精度约为1.5 cm;考虑到实际应用过程中点对点的问题,拟合分析得到的测量误差整体偏小,初步判定Piksi RTK的真实动态精度约为3 cm-5 cm。
  (3) Piksi RTK系统的3DR数传电台功率较小,传输距离受限,实际传输距离在开阔环境下约为300 m-400 m;将系统的天线和电台更换为加拿大P900电台和GSM增益天线,经测试在校园内有建筑物遮挡的情况下的传输距离约为1km,开阔环境下更是可以达到3.5km;随着传输距离的增加,改进后的Piksi RTK系统的定位精度不断下降,利用最小二乘法插值拟合发现传输距离在超过3.2 km以后将会下降到亚米级别。
  (4)采用卡尔曼滤波建立的数据处理模型,传输距离内获取的定位数据经过滤波后的静态和动态精度均可提升一倍左右,滤波后距离基准站1km内的静态定位精度约为1 cm,满足课题对传输距离和精度的两方面要求;动态卡尔曼滤波模型对直线运动下的数据有很好的纠偏效果,滤波处理后动态误差约为1 cm-3 cm。
  (5)将改进后的Piksi RTK系统应用到农用拖拉机上,RTK数据产生的轨迹直线度优于拖拉机的GPS轨迹,通过采用地图固定点作为基准站的方法,解决了实际应用的准确度问题,农田实验分析得出Piksi RTK系统的动态精度可达到标称的2 cm-6 cm,与动态模拟实验分析得出的精度一致,滤波后的动态精度约为1 cm-3 cm,说明Piksi RTK系统可以达到农田车辆自动导航的要求,在农机精准定位领域有广阔的应用前景。
[硕士论文] 骆一凡
农业工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:化肥的过度施用,不仅造成了大量的浪费,提高了农业的生产成本,还造成了大量的环境污染和水土流失,非常不利于农业的可持续发展。为了解决这一问题,就需要进入精细农业的思想,对大田里的农作物实现区别对待,按需施肥。要实现这一目标首先必须要实现田间的作物氮素水平快速无损检测。基于这一需求,本研究开发出了一种利用机器视觉技术能够对田间作物冠层的SPAD值进行快速检测的仪器。具体的研究内容和结论如下:
  (1)利用作物冠层在近红外波段的反射率要远远高于土壤背景在近红外波段的反射率这一特性,制作了一块参照板,使得板上参照色块的近红外反射率位于土壤和冠层之间。将作物冠层在近红外波段下的图像灰度化之后,将参照板的灰度值作为阈值,很好的将作物冠层和土壤背景进行了分离。
  (2)根据物体的反射率和图像中表示物体像素的灰度值和获取图像时环境光的强度都成一次线性正相关关系这一原理。在参照板上用四种不同的颜色拉开了一个反射率的梯度。并且利用这一梯度建立了反射率和灰度值之间线性模型。成功消除了环境光对作物冠层反射率计算的影响。
  (3)利用建立的反射率和灰度值动态线性模型,通过求出图像中作物冠层的平均灰度值从而求得了作物冠层在绿色波段和近红外波段的反射率,进而求得作物冠层的GNDVI值。用SPAD-502叶绿素计测量得到的冠层SPAD值。本研究分别对尖椒和茶树样本进行了取样,测量了其GNDVI值和冠层SPAD值并进行了拟合,得到尖椒冠层的模型为SPAD=116.72GNDVI-29.066其决定系数(R2)为0.8768。茶树冠层模型为SPAD=88.81GNDVI-11.32其决定系数(R2)为0.7396。两者的验证实验同样取得了良好的效果。说明该仪器的测量精度能够满足实际农业生产的需求。此外该仪器不仅适用与一种作物,而且有着适用与多种作物的潜能。
  (4)本研究对尖椒和茶树样本进行了混合建模,得到的模型为SPAD=104.17GNDVI-20.896其决定系数(R2)为0.7945。有良好的效果。验证实验的结果也显示误差在允许范围内。这说明该仪器有着用一个标定模型测量多种作物的潜能。
  (5)用VB语言为该系统编写了相应的图像处理软件,并开发了相应的仪器,能够很好的实现其功能。
[硕士论文] 徐跃进
农业机械化 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:浙江省农业机械化发展已实现从初级阶段向高级阶段跨越,但丘陵山区发展水平较低,严重阻碍了全省农业机械化的均衡发展。目前浙江省农业机械化发展已进入以农业“机器换人”为标志的新阶段,对农业机械化发展提出了更高要求,因而加快推进丘陵山区农业机械化,既是全省农业机械化发展的迫切要求,也是丘陵山区农业发展的现实需要。为此,本文在综合分析国内外有关丘陵山区农业机械化发展等相关文献基础上,就如何加快推进浙江省丘陵山区农业机械化发展的相关问题进行了研究探讨。全文研究内容包括以下四个方面。
  1)将SWOT法和AHP法相结合对浙江省丘陵山区农业机械化发展环境进行了研究,利用SWOT法分析了当今丘陵山区农业机械化发展环境面临的优势、劣势、机遇和挑战,然后结合AHP法对影响丘陵山区农业机械化发展的四大影响因素进行量化研究,再根据结果提出现阶段丘陵山区发展应采取克服内部劣势和把握外部机遇相结合的WO发展战略的构想。
  2)丘陵山区农业机械化应采取农业机械化与农业产业化相结合,基础设施完善与农机创新研制相结合,轻便安全与节约环保相结合,创新发展机制与优化扶持政策相结合的发展路径;采取农业生产全程机械化和机械化与劳动力相结合的两条发展路线;提出以加大政策扶持力度,完善农机作业基础设施,加快农业生产薄弱环节机具示范推广,大力扶植各类农机服务主体等为内容的发展思路,以及到2020年主要发展目标。
  3)从丘陵山区农业和农业机械化发展分析了二者对农机装备总体需求;农业各产业发展对农机装备需求的重点在于粮油作物的种植、收获环节,蔬菜、茶叶、食用菌、中药材等特色经济作物和畜禽水产养殖劳动强度大、用工多等环节,以及设施农业和生态循环农业发展的关键环节;农业机械化发展空间布局既要根据丘陵山区的地貌和地域类型,又要结合丘陵山区优势特色农产品的区域分布。
  4)以推进浙江省丘陵山区农业机械化发展为目标,借鉴参考国外和国内先进地区农业机械化发展经验,提出了丘陵山区农业机械化发展应采取的政策建议与工作措施。
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