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[硕士论文] 李沂泽
计算机技术 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:随着农业现代化进程的推进,企业在农机具研发方面的投入不断加大,导致每年新研制的农机具数量也在迅猛增长,然而新开发的农机具是否符合国家标准,能否满足耕、种、管、收的需求,能否允许其进入市场,这就需要政府权威部门农机鉴定站来鉴定。另外,国家对农机的补贴不断加大,只有通过鉴定的农机具才有可能获得补贴,可见农机鉴定工作十分紧迫和繁重。但是,现有农机鉴定站工作以单机管理为主,没有统一的数据接口,农机鉴定效率不高,同时由于信息化水平较低,导致农机生产厂家申请周期长,业务流转慢;在鉴定过程中以抽取部分节点的方式对农机进行测试,导致鉴定结果准确性下降,无法生成可靠的数据报表;政府鉴定人员少,鉴定场所分布在不同地域,难以满足日益增长的鉴定工作需要,鉴定自动化程度尚有待提高。所以亟需研发农机鉴定信息管理系统,对于缩短农机生产厂家的实际申请周期,提高农机鉴定效率,实现鉴定数据的实时共享和农机鉴定自动化,满足日益增长的鉴定需求,具有重要的现实意义和实用价值。
  论文所做的研究工作如下:
  (1)研究分析了国内外农机鉴定现状,梳理了农机鉴定的业务流程,进行了需求分析。采用面向对象的方法,对农机鉴定管理系统的业务需求,用UML进行了分析和描述,给出了用例图、系统流程图和时序图等。
  (2)设计了农机鉴定信息管理系统总体框架、系统的各个功能模块,对主要的功能模块的业务进行详细分析,其中包括系统信息设置、生产厂家设置、推广鉴定业务设置、鉴定报告管理、生产查定系统等功能模块。按照数据库的设计规则,分析系统的E-R图模型、系统的逻辑结构设计和总体数据表结构,设计了数据库。
  (3)采用Strut+Spring+Hibernate技术进行了系统开发。实现了鉴定业务的网上申请、受理、审核、分配、鉴定、审批、制证等功能。
  (4)通过安装在鉴定机具上的智能监测器,采集并记录鉴定农机的作业过程数据。再通过研发的分析软件将相应的机具监测数据从SD卡倒入分析系统,找出相应的故障点,实现鉴定过程自动分析与管理。
  系统已在河北省农机鉴定站进行了实际应用,系统功能齐全、操作方便、运行良好,满足了农机鉴定需求,可以在全国推广使用。
[硕士论文] 汤梦飞
农业工程 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:目前,土地分布不集中、资源利用率和劳动生产率低下而成本却持续增加等问题已成为掣肘我国农业发展的最主要问题。主要表现为:农田分布太过于零散,不方便进行集中化管理;对传统农田设备的管理方式依赖性太强,无法实现对农田设备的现代化操作管理;农民朋友普遍文化素质偏低且消息闭塞,对农田生产信息掌握渠道少,以至于不能实现农田的科学化管理。
  鉴于此,本文设计了基于Android平台的农田信息管理App,该软件能够实现在地图界面中查看多块农田位置分布、对农田设备进行现代化操作管理、向专家咨询生产过程中遇到的各种问题等功能。本论文主要研究内容有对百度地图Android SDK应用程序接口的调用,完成地图显示、位置定位和其他电子地图服务功能的设计及代码编写;依据后台数据库管理及互联网云端数据服务技术支持,完成设备管理功能界面和数据库的设计及代码编写;结合现代互联网信息技术的应用,完成专家咨询功能界面和相关SQLite数据库的设计及代码编写。
  基于Android农田信息管理App设计,实现了对多块农田的智能化、便捷化管理。农田管理者不仅可以快速了解农田在百度地图上的地理位置分布情况,而且通过手机客户端的移动通信网络/无线WiFi等通讯方式可以快速访问和接受本系统数据库的数据信息,得到农田的设备信息,查看农业生产方面的最新资讯及政策等信息,也可以通过专家咨询功能来咨询农业生产方面的各种问题,使农民朋友的信息来源渠道得到极大的拓展,不断提高农民朋友的科学化管理水平。
[硕士论文] 童维楗
信息与通信工程;通信与信息系统 安徽大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,农机工业发展迅速,农业机械化水平日益提高,农民对农业机械的需求越来越迫切。然而随着农业经营的扩大,农业经营信息滞后、时效性差、利用率低,管理人员不能及时、准确、详细的获取农机作业信息等制约农业机械化快速发展的现实问题也越显突出。因此,需要设计出具有移动性,并能提供监管调度服务的农业机械运维管理系统,来解决传统的农业管理方式信息滞后的问题,提高作业质量和效率。本文结合服务端开发技术与智能移动终端开发技术,并针对现有系统功能单一、移动性不足等缺点,设计并实现了基于Android的农业机械运维管理系统,主要研究工作如下:
  (1)分析并总结农机管理者与使用者的需求,基于客户端/服务器(Client/Server,CS)架构设计了农业机械运维管理系统的总体框架结构,设计并实现了农机运维管理Android客户端与服务端。本系统设计了农机信息管理模块、农机监控模块、农机调度模块、即时通信等核心模块,包括农机与农机手信息管理、农机轨迹回放、农机轨迹实时追踪、用户之间通信聊天、农机工作任务查询、工作计量统计、农机工作状况查询、行驶路径推荐与规划等诸多功能。
  (2)分析本系统服务器的性能和功能需求,并对主流通信协议与数据交互格式进行分析与研究,设计了服务端的框架结构和数据交互方式,采用HTTPS(Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer)为主要通信协议,采用JSON(JavaScript Object Notation)与XML(Extensible Markup Language)为主要数据交互格式。对SSM(Spring-SpringMVC-MyBatis)服务端开发框架进行预研,将SSM框架与功能逻辑相结合,并基于可高度解耦程序的MVC(Model-View-Control)设计模式,设计并实现系统服务端。
  (3)充分利用目前Android平台及Android智能手机使用广泛和携带方便等优势,设计并实现了农机运维管理智能手机客户端。本系统Android客户端基于MVP(Model-View-Presenter)模式设计框架结构,将数据持久层与视图层解耦,提高了程序的可扩展性、代码重用性以及应用的可维护性。引入百度地图API,实现地图图层展示与地图定位等地图操作模块基础功能,为其他各主模块的实现打下基础。利用XMPP(Extensible Messaging and Presence Protocol)协议搭建基于Smark框架和Openfire服务器的即时通信功能,有利于用户之间实时交流。采用Fragment构建主流标签页面滑动式界面布局,广泛适配于多种分辨率手机。
  (4)为了解决调度中农机手能否驾驶农机在最快时间内到达目的地的问题,研究并对比主流路径搜索算法,分析了算法的执行步骤,以基于路径优化的A*算法作为本路径推荐模块的主算法,编写本系统最短路径搜索核心模块,最后结合客户端加以实现。
  综上,本文设计并实现了包含移动端的的农机运维管理系统,该系统功能完备,随着农业机械化与信息化的快速发展,本农机运维管理系统将会有更宽广的应用前景,为农业信息化与精准农业的发展做出贡献。
[博士论文] 樊桂菊
农业机械化工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:果园的复杂作业环境,使得果园作业平台调平系统本质上是一个多输入多输出的非线性不确定系统,对其控制需要融合机电液一体化技术、信息传感技术和自动控制技术等。且对于不确定系统,由于外界随机干扰和系统参数的动态变化,很难建立被控对象的精确数学模型,导致控制效果较差,从而影响整个系统性能,因此进行果园作业平台调平机构的动力学分析和研究调平控制问题具有重要的理论和实践意义。
  本论文主要研究内容如下:
  (1)利用旋量理论描述果园作业平台调平机构的运动,提出了一种逆解新方法。引入地形变化,将果园作业平台简化成五自由度串联连杆机构,建立了旋量理论的运动学模型,推导了雅可比矩阵,分析影响工作台质心位姿的关键因素为连杆4(横梁)和连杆5(工作台);依据搭建的试验模型的几何参数和杆件转角范围,通过运动学模型得到工作台期望位姿,利用希尔维斯特结式消元法和Paden-Kahan子问题1组合方法对运动学模型求逆解,得到其中一组逆解与设定转角近似相等,最大误差为0.6527°,表明该运动学模型准确可靠,求解方法正确。
  (2)将旋量理论与凯恩方程相结合,提出了一种果园作业平台调平机构的高效动力学建模方法。通过定义各连杆偏速度旋量,推导了调平机构的广义主动力和广义惯性力,建立了基于旋量的调平机构Kane动力学方程;通过MATLAB计算和仿真分别得到各杆驱动力矩、驱动力的变化曲线,计算与仿真结果具有一致性,偏差率分别为0.92%和1.52%,分析得回转支承(连杆2)的驱动力矩最大,横梁(连杆4)的驱动力最大,表明该动力学模型正确,为提高调平精度控制提供理论依据。
  (3)为进一步验证调平机构动力学模型,提出了一种基于局部模型的RBF神经网络自适应控制方法。将调平机构动力学模型转换成RBF神经网络表示的控制模型,设计了控制器,推导了自适应律,通过积分型李雅普诺夫(lyapunov)函数进行稳定性分析;以PID控制为对比进行仿真:RBF控制的跟踪效果明显比PID控制好,轨迹最大跟踪误差约为0.08°;对搭建的试验模型进行试验,无干扰时,RBF控制最大倾角误差为0.21°,较PID控制低40%,表明动力学模型和算法正确;加入较大干扰时, RBF控制比PID控制误差增幅大,最大倾角误差为0.79°,表明实际应用中较大的不确定性使RBF产生控制输入颤振。
  (4)为解决实际果园环境存在较大不确定性,提出了一种融合卡尔曼滤波的模糊PID自动调平控制系统。基于调平机构动力学模型和液压系统数学模型,得到调平系统控制状态模型;设计模糊PID控制器,控制电磁阀驱动油缸伸缩调整工作台姿态,引入卡尔曼滤波降低地形因素产生的随机干扰和测量噪声,实现了工作台自动调平;对控制系统进行仿真表明:模糊PID控制较PID控制性能好,经卡尔曼滤波后控制误差降低47.31%;在试制样机上安装卡尔曼-模糊PID调平控制系统,以PID控制为对比,试验结果表明:系统调平响应快,响应时间仅为0.079 s;平台不升降时,最大坡度满载时横向调平误差为1.66°,纵向调平最大误差为1.09°,相对PID控制系统提高了1.72°;平台升降时,最大坡度满载时纵向调平最大误差为1.75°,较PID控制系统提高了1.89°,调平效果较好,满足使用要求。
[硕士论文] 谢永刚
农业机械化 四川农业大学 2017(学位年度)
摘要:四川是我国长江流域油菜主产区之一,其种植面积居西部地区首位,油菜是四川种植面积最大、产量最高的重要油料作物。本文针对四川省丘陵山区油菜机械化水平低的问题,在分析相关的文献分析基础上,通过对油菜机械化直播、油菜机械化收获以及油菜机械化烘干等几个关键环节进行分析,明确现阶段四川丘陵山区油菜生产全程机械化的发展现状;并进一步分析各主要环节的影响因素,提出了解决目前困境的有力措施。明确了制约四川油菜生产全程机械化的因素主要包括:地形地貌限制、机具的研发和推广力度不够、农机与农艺技术融合度不够深入、农村生产体制的限制、国家对油菜机械化投入机制不健全和油菜自身物料和生长特性等。
  通过对四川丘陵区油菜生产机械化现状的分析,发现直播技术可以显著提高播种精度,明显提升生产效益;四川油菜育苗移栽技术仍主要以人工或半机械化栽植,劳动力耗费多。油菜收获机械主要分为:分段收获和联合收获。但在四川应用和示范均较少,油菜收获损失率也较高。从效益上来看,直播方式的生产成本远远低于人工种植移栽的生产成本;联合机械收割明显提高工作效率,减少经济损失;分段收获能够有效利用油菜后熟过程,利用油菜割晒机和捡拾脱粒机械能够有效增加收获时间;机械化烘干减少人工劳动力,经济效益显著提高,农户降低了生产成本,保障油菜籽品质。
  分析得到丘陵地区油菜生产机械化过程的主要问题为:油菜播种机械化方式主要存在播种机太大、运输不方便、播种均匀性较差和可选择机型偏少等问题;油菜机械化收获过程中主要存在植株茎秆高大分枝多,同时油菜黄熟期短,果荚炸裂导致损失率高等问题,因此目前油菜机械化收获的应用程度较低。油菜机械化干燥主要存在投资量大、利用率较低和难以推广等问题。
  依据丘陵山区油菜机械化发展的影响因素,提出了提高油菜机械化发展水平的措施:通过增强适应丘陵山区油菜作业机具的研制和推广,研制与丘陵配套爬坡能力强的履带式拖拉机,同时配套精量播种机和分段或联合收获技术,能够提高丘陵地区的油菜机械化生产水平。同时农机应与农艺技术相适应,从品种选择、规范种植密度、播栽方式、机械化直播配套机械化联合收获和选择合适的收获时间等方面着手。同时增加适合油菜机械化发展的基础条件建设和增强国家政策对丘陵地区农业机械化的扶持。
  通过对机械化生产过程中存在的问题进行深入分析,从农机和农艺两方面提出针对性的改进措施,研制和优化改进适应丘陵山区的播种、收获和烘干机械,并进行推广试验和示范,并配套对应的农艺技术,从而提高油菜的单产和效益,为油料安全提供有效保障。
[硕士论文] 王婷
农业推广 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:我国是一个拥有九亿农民的农业大国,农业是我国社会发展与时代进步的关键基础,同时也是基本保障,为了推动我国农业不断发展,保证农业生产的顺利进行已经成为了当下的迫切需要。农业用油保障,不仅关系到农业生产是否顺利进行,进一步地还关系到社会主义农村经济体制的深化改革、新农村的稳步发展以及农业现代化的快速进步。科学技术的发展,促使现代农业向前不断进步,推动农业机械化程度逐步加深,而农业机械化生产离不开农业用油的保障,满足农业机械化生产用油的需求,是我国农村经济社会发展与农业生产活动所必须走的第一步。目前,我国各地都针对农业用油提出了众多优惠政策,为农业用油提供进一步的保障,现阶段的农业用油量也是进一步提升,与此同时也带来了农业用油供给的一些问题。
  内蒙古是我国北方重要的农业发展基地,推进当地农业用油保障,是确保种植业、畜牧业等农业机械化得以顺利进行的关键。因此本文将中石油内蒙古销售公司作为研究对象,通过对中石油内蒙古销售公司保障农业用油的环境分析与现状分析,明确保障用油存在的问题,从而根据问题提出对应的优化农业用油保障的对策,以满足当前内蒙古农业生产的用油需求,同时也为中石油的其他地区销售公司提供农业用油保障的一些经验和借鉴。
  本文采用文献研究法、案例分析法、调查法,充分分析当前内蒙古地区农业用油保障的必要性和可行性,以中石油内蒙古销售公司为例分析该公司保障农业用油供应的现状,包括农业用油实际的保障情况、具体成效,阐明该公司农业用油供应保障体制与运行机制、保障方法、政策保障现状、政府企业的合作情况等,从中提取出中石油内蒙古销售公司农业用油供应保障存在的问题,并针对问题提出对应的优化对策。通过本文的研究,可以得到以下结论:首先,通过对中石油内蒙古销售公司保障农业用油现状分析表明,公司在农业用油供应保障规模、水平等方面取得了一定的成效,公司在保障农业用油供应方面拥有良好的市场前景,具有一定的市场竞争力、盈利能力及管理能力;其次,通过对中石油内蒙古销售公司保障农业用油现状分析表明,当前该公司农业用油供应保障存在的问题有:对农业用油供应保障工作重视度不够,农业用油供应保障体系机制建设不完善,农业用油供应保障措施贯彻落实不彻底,农业用油保障工作与地方政府协调合作不力;最后根据问题提出优化农业用油保障的对策,包括提高对农业用油保障工作的重视,加强农业用油供应保障体制机制建设,优化农业用油供应保障流程,并强化企业政府农业用油供应保障合作。
[硕士论文] 李群
机械制造及其自动化 江苏科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着计算机技术和先进制造技术的快速发展,机械行业设计制造水平的不断提高,对企业的设计和生产水平提出了更高的要求。如何缩短产品的开发时间,提高企业的工作效率,越来越受到企业的重视。本论文以制麦企业的产品为研究对象,结合SolidWorks二次开发技术和产品数据管理技术,深入研究了集成化设计技术在企业实践中的应用,实现制麦设备集成化设计系统的开发。
  主要研究内容和研究成果如下:
  (1)针对制麦企业产品的特点进行分析,结合制麦企业当前工作中存在的问题,提出集成化设计平台的功能要求,规划集成化设计平台的总体框架和层次结构;对集成化平台的数据库进行设计;对集成化设计平台的支持技术进行了研究。
  (2)对布局设计系统的功能及设计过程进行研究。根据客户下达的订单,制定客户订单信息;针对制麦生产线的生产过程,进行工艺流程分析,研究设备选型方法,同时建立生产线布局模型,研究设备定位与连接的设计方法;对制麦生产线进行物流仿真,进行布局设计优化。
  (3)对设备设计系统的功能及设计过程进行研究。根据对企业产品的调研,制定产品零部件编号标准化的规则和制麦设备模型标准化的规则,研究制麦设备的参数化设计方法、关键件优化分析方法,同时研究工程图自动绘制的方法,制定工程图模板。
  (4)对产品数据管理技术进行研究。根据企业的调研情况,搭建SolidWorks Enterprise PDM系统框架,完成企业项目工作流程和用户组的权限分配的制定,建立企业统一的数据管理平台,实现企业数据的规范化管理。
  (5)对制麦设备集成化设计平台进行开发,实现制麦设备集成化设计平台的布局设计,并以装卸载组合机为例,展示了制麦设备集成化设计平台的设备设计系统操作流程,同时演示了SolidWorks Enterprise PDM的主要功能和操作流程,验证了制麦设备集成化设计平台整体的实用性和有效性。
[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。
[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%。
[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] 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。
[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] 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] 陈兆春
农业机械化工程 华南农业大学 2017(学位年度)
摘要:香蕉是热带、亚热带地区最重要的水果之一,是全球鲜果消费量最大的水果,也是世界贸易量最大的水果。落梳是香蕉采后处理的重要环节,目前国内外香蕉落梳均采用人工落梳方法,存在劳动强度大、效率低及损伤严重等问题,因此机械落梳装备的空白成为制约香蕉采收机械化发展的瓶颈。本文通过研究香蕉梳柄的切割特性及落梳工作过程,以期为香蕉落梳装备的研制提供依据。
  以降低落梳刀片切割力及切割功耗为目标,对香蕉梳柄的切割特性及落梳过程进行研究。通过对香蕉梳柄的结构特征及力学特性进行分析,掌握香蕉梳柄内部结构及力学特性,分析香蕉落梳过程,运用有限元仿真方法分析落梳刀片在落梳过程中的受力状况,试验研究落梳过程主要参数影响,以用于香蕉落梳装备的优化设计。论文主要研究内容包括:
  (1)对香蕉梳柄结构特征进行分析研究。微观识别发现落梳切割阻力主要来自于维管束;宏观测定得到梳柄间距、弧长、厚度、含水率及密度等参数,并建立其与梳柄位置之间的关系,为后续仿真过程三维模型的建立提供基本参数;
  (2)对香蕉梳柄进行压缩与切割试验,得到抗压弹性模量、峰值切割力及剪切强度等参数,同时得出梳柄抗压弹性模量与梳柄位置呈先增后减二次项关系,梳柄峰值切割力及剪切强度与梳柄位置呈线性负相关关系,为后续仿真过程力学参数导入提供依据。
  (3)对落梳过程进行理论分析可知,以落梳刀片后刀面进行落梳,提高落梳速度有利于提高梳柄的切口质量;以前期测定参数为基础运用有限元方法,结合ANSYS/LS-DYNA软件对香蕉落梳过程进行仿真,并进行了试验验证。
  (4)通过单因素及正交试验对刀片峰值切割力影响因素进行了试验研究。结果表明:切割速度、刀片刃角及刀片刀尖角对刀片峰值切割力具有极显著性影响(P<0.01),对峰值切割力影响的主次顺序依次为刀片刀尖角、刀片刃角、切割速度。当刀片刀尖角为30°,刀片刃角为10°,切割速度为3000mm/min时,峰值切割力最小为195.894N,为香蕉落梳装备刀片的优化及落梳速度的选择提供依据。
[硕士论文] 袁艺祯
农业 华南农业大学 2017(学位年度)
摘要:平整的水田能节水30%~50%,农作物产量提高20%~30%,并减少田间杂草和肥料流失。为满足水田平整作业需要,减少激光平地技术对激光发射器的依赖,本文提出了基于水田特性的水田精细平整的平地铲高程测量方法,利用固定在平地铲上方的二维激光测距仪扫描水田水面,通过与姿态传感器融合校正二维激光测距仪倾斜角度后计算出二维激光测距仪与水田水面的垂直高程距离,为平地铲高程自动调节提供实时测量数据,实现水田精准平整。
  主要研究内容如下:
  1.水田耕整后泥水水面的激光反射特性。在分析了基于水田水面参考基准的高程测量原理后,通过对水田不同沉淀时间的泥水进行了水面激光反射特性试验研究,将二维激光测距仪固定在泥水上方连续测量,分析 UR G软件采集的数据表明:水田耕整后的前10.5个小时二维激光测距仪扫描测量距离由352.7 mm增至385.7 mm,平均增加3.1 mm/h;第10.5小时到24小时二维激光测距仪测量距离基本稳定,平均增加0.8 mm/h;而长时间沉淀的清水水面无法准确识别。因此,说明基于水田水面基准的平地铲作业高程测量方法,进行平地作业的最佳时间是旋耕整田后10.5~24小时,如果10.5小时内进行平整应尽量缩短作业时间,否则水面基准将产生较大误差。
  2.水田水面基准垂直扫描识别算法。提出了水田水面基准垂直扫描识别算法,二维激光测距仪垂直扫描水面获取距离数据,利用众数原理对距离数据进行聚类分析,对聚类后的集合与前一时刻经验距离值进行加权融合获得二维激光测距仪与水面的距离。实室内以平整地面模拟水面,纸盒模拟水面突起物进行试验,结果表明,从1300mm到1800mm不同高度垂直扫描纯平面测量的最大误差不大于7mm,垂直扫描模拟固定突起平面最大误差不大于11mm,基准平面上的突起物所占比例影响识别算法精度,一定占比的基准平面才能保证识别算法精度,基准平面占比不少于21.38%时,测量最大误差不超过15 mm。
  3.空间姿态校正的水面基准识别算法。为减少平地作业中平地铲出现横滚角和俯仰角的影响,提出了利用空间姿态校正的水面基准识别算法,通过姿态传感器所测倾斜角度对二维激光测距仪测的距离进行校正,再通过聚类和加权融合获得到水田水面的距离。7组不同倾斜角度的试验结果表明,二维激光扫描仪在横滚角或俯仰角在±15o范围内变化时测量绝对误差不超过5 mm。
  4.田间试验与分析。在1PJ-3.0型水田激光平地机上对基于水田水面基准平地铲高程测量技术进行了田间试验,田间静态测量水面的均方根误差不超过6.56 mm,最大绝对误差小于等于10mm。采用激光接收器作为参照标准的水田动态试验结果表明,基于水田水面基准的平地铲高程测量值相对激光接收器输出的高程值误差具有更高分辨率和测量精度,实测的高程值基本都分布在激光接收器测量误差范围内,满足水田平地机对平地铲高程测量技术的要求。
[硕士论文] 孙习文
地图制图学与地理信息工程 山东科技大学 2017(学位年度)
摘要:在我国第十三个五年规划中,农业部提出推动农机装备、服务组织和作业水平向数量、质量、效益并重转型升级的发展方向。近几年我国很多地区农机数量快速增长,导致的农机空驶现象频发,不仅浪费人力、时间,更增加了作业成本。虽然科学合理的跨区作业有利于提高农机利用率,然而现有的服务组织大部分还只是针对跨区机收来提供农机作业所需的基本信息,而且仅仅是对某地区大体收获时间和农机需求信息的汇总,并没有详尽实用的调配方案。因此,用好存量,调整结构,提高农机使用效率和效益是目前农机发展的重点。
  传统的农业调度管理不论在农机统计、空间布局方法,还是时空调度方案的制定,以及调度指挥的通讯手段等方面,都不能满足复杂的农机监控、管理和调度的需求。本文采用GIS方法和技术平台,从区域和田块两个尺度上深入研究农机调度管理的科学问题和关键技术,以期在该方向上有所进展,为农机调度管理的信息化和现代化提供方法和技术案例。
  首先,在区域大尺度上,本文以GIS为基础平台,采用多种数理统计模型,根据历年的农机拥有量、跨区作业面积等统计资料,对区域的农机数量进行了预测分析,总结了各地区农机数量的发展趋势,找出了各地区农机种类和数量空间分布差异格局,发现了个别地区的农机拥有量饱和现象,从而显现了通过跨区作业来弥补各地区农机的富余与短缺的实际需求。接着,对我国大尺度农机跨区调度作业的分类、组织模式和作业面积进行了归纳、总结,制定了我国小麦、水稻和玉米的跨区机收“路线图”,为下一步研究全国跨区作业从跨区机收到跨区机耕、机播作业,从个体化、零散化走向规模化、专业化和产业化打下基础。
  其次,在田块尺度上,论文应用GIS的空间调度模型方法,选取黑龙江双山农场作为试验区,深入研究了在一个农场不同田块之间的农机调度关键技术。第一步,比较和筛选了农机内部不同管理单元(机务队)和田块尺度上农机调度的各种模型和算法,以发挥农机的最大使用效率;第二步,基于双山农场的农田数据库、农机和农资数据库、全年农事活动时间表,提出先分组后定路线的两阶段方案,设计并研发了农机调度的最优路径规划模型和算法,并依据上述算法做出具体的“农机调度路线图”不同方案,供农场管理人员选择。
  最后,作为田块尺度的农机调度管理技术实现的进一步深化,本文完成了农机实时监控系统的各项功能。根据系统需求信息,结合本文制定的调度方案,设计了监控系统的整体框架和数据库,并利用卫星定位和web开发技术完成了基本信息管理、实时监控和轨迹回放等功能。为进一步提升农机调度管理的信息化水平和作业效率打下了技术基础。
[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] 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] 陈桂生
机械设计及理论 华南农业大学 2017(学位年度)
摘要:水稻工厂化育秧是实现水稻全程机械化生产的重要环节,其中水稻工厂化立体育秧由于在空间利用上的优势,生产效率高,且能培育适应机械化栽插的高素质秧苗,近年来在我国水稻生产中得到了越来越多的重视。但立体育秧中由于秧架之间的相互遮挡造成秧苗采光不足,严重影响秧苗的素质。为保证秧苗的生长质量,多数地区采用补光技术来改善立体秧架各层的光照条件。因此,进行水稻温室立体育秧补光技术研究,同时研制出移动补光平台,将对水稻温室立体育秧有重要指导意义。
  国内外在园艺生产领域的温室立体育秧补光技术研究已经得到广泛应用。然而,在光质、光照度、红蓝组合光和补光时长等方面的研究主要是针对花卉蔬菜等作物,针对水稻温室立体育秧的补光技术研究则相对较少。本文采用自然光照理论和Ecotec t软件对温室内不同秧架布置方式的光环境进行模拟仿真分析;通过水稻温室立体育秧正交试验,对水稻温室立体育秧的光环境、补光平台、补光技术进行了系统研究,优化不同位置秧架、不同秧层的秧苗所需要的补光条件;根据补光特性要求,研制了移动补光平台,实现对秧苗定时、定位的精确补光控制。主要研究内容和结论如下:
  (1)进行了温室人工补光理论分析和计算,采用Ecote ct软件对温室内不同秧架布置方式的光环境进行模拟仿真分析,分别得到温室中不同秧架布置方式的光照环境,为水稻温室补光试验及移动补光平台的研制提供理论参考。根据植物光学理论和植物生理学,分析植物生长所需的红蓝光配比、光照度、光周期等;分析并计算温室内的年平均光照度为12221 lx;并以此为前提运用Ecotec t软件对温室内立体秧架不同布置方式的光环境进行模拟仿真,对不同位置的光环境进行综合性分析,得到温室中秧架两种布置方式各个秧层的光照度范围,证明了温室立体育秧中补光的必要性,为后续的育秧试验提供依据。
  (2)进行了秧架平行布置中不同秧层、补光时长、品种和播种量对水稻温室立体育秧秧苗素质影响的试验研究,得到各个秧层秧苗所需要的补光条件。在秧架平行布置中,采用L9(34)正交试验方法,以秧层、补光时长、品种和播种量为试验因素,进行补光试验研究;试验结果表明,根据壮苗指数分析其各因素影响的主次顺序为:补光时长>播种量>品种>秧层,其中秧层和品种的影响较小,而补光时长和播种量两个因素的影响程度较大且两者接近,随着补光时长的增加和播种量的减小,壮苗指数逐渐提高;对于秧架第二层和第三层,光照强度取2500 lx,夜间补光时长分别为4 h、3h。秧架第一层(底层)应使用3000 lx的光照度、夜间补光时长5 h时,可保证杂交稻在低播量条件下的秧苗素质,满足机插秧技术的要求,可指导温室水稻立体育秧的生产应用。
  (3)进行了秧架内外布置中不同秧架位置、秧层、品种和补光时长对水稻温室立体育秧杂交稻秧苗素质影响的试验研究,得到了不同位置秧架及其不同秧层所适合的补光条件。在秧架内外布置中,采用L9(34)正交试验方法,以秧架位置、秧层、品种和补光时长为试验因素,进行补光试验研究;结果表明,在本文的试验环境和条件下,根据壮苗指数分析其各因素影响的主次顺序为:补光时长>秧架位置>品种>秧层,当补光光照度为3000 lx时,外围秧架的秧苗需3 h的夜间补光时长,内部秧架底层则需要5h的夜间补光时长,方能达到机插秧要求;温室外围秧架上秧盘纵向摆放相比横向摆放有助于秧苗更均匀地生长,提高秧苗的成毯性,从而满足机插秧要求,可为工厂化温室立体育秧提供参考。
  (4)研制了移动补光平台,实现对秧苗定时、定位的精确补光控制,试验表明,移动补光平台可达到多块灯板共同补光的效果。研制了以Arduino Uno开发板为控制核心的水稻温室立体育秧移动补光平台,平台包括结构设计和控制系统设计,以步进电机与滚珠丝杠为结构主体,并采用Arduino IDE软件完成了对控制系统的程序设计;试验表明,该补光平台性能稳定,可靠性高,能按照实际需求实现精确的定时定位补光;移动补光平台相比于多块灯板共同补光的效果无显著差异,秧苗长势满足生产要求,有利于减小资金投入。
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