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[硕士论文] 张桢
农业工程;农业电气化与自动化 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,四旋翼无人机因机动性强、灵活度高、成本低等优点,在军事侦查、灾情监测、地理测绘、航拍摄影等领域得到了广泛的应用。地面监控系统作为无人机系统的监控指挥中心,可以实时监测无人机的飞行状况,对无人机进行飞行控制管理,研究地面监控系统所涉及的关键技术和实现方法,对整个无人机系统的飞行安全和任务执行质量有着十分重要的意义。
  本文针对当前四旋翼无人机所用地面监控系统航迹规划电子地图实用性不高、系统软件平台的可重用性差的缺点,以四旋翼无人机地面监控系统做为研究对象,结合系统的实际功能需求,搭建了系统硬件平台,使用跨平台图形界面框架Qt作为系统软件和功能的开发平台,结合FFmpeg编解码库、OpenGL、Qwt图形库和Google地图电子分片等技术,设计了一套功能完整、界面友好、可跨平台的四旋翼无人机地面监控系统。
  首先,对地面监控系统的总体方案进行了设计。根据监控系统的实际功能需求对系统所需的硬件设备、系统软件的功能模块结构和软件界面功能布局做了设计。
  然后,根据监控系统软件的功能设计,详细介绍了主要功能模块的设计和实现过程。一是通信功能的设计实现,制定了四旋翼无人机与监控系统之间的通信协议,设计了串口通信数据的接收处理、航拍视频采集以及数据存储的实现过程;二是数据显示和数据处理功能实现,主要包括飞行虚拟仪表的绘制、飞行姿态和飞行轨迹的三维可视化显示、飞行回放功能以及数据分析曲线绘制的实现;三是离线地图和航迹规划功能的设计,对航迹规划所用离线地图的功能显示结构和坐标转换算法做了详细设计,并对航线规划所需的基本操作功能做了设计。
  最后,通过与四旋翼无人机进行联机测试,对监控系统软件的各个功能做了整体测试。测试结果表明:该地面监控系统工作稳定、可靠,地面监控系统软件可跨平台进行应用部署,能够准确的接收和显示四旋翼无人机的监测数据和航拍视频,对航拍视频进行压缩编码存储,对飞行姿态和飞行轨迹能够正常的实现三维可视化模拟显示,进行数据分析时能够以曲线方式绘制显示飞行监测数据,离线地图能够正确的响应航点和航迹规划等操作。
[硕士论文] 邵志成
农业电气化与自动化 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:二氧化碳是作物光合作用暗反应过程中的重要物质,但设施环境中二氧化碳变化趋势与作物实际需求呈负相关关系。传统设施环境二氧化碳调控多限于单因子阈值方式,无法根据作物实际需求进行调控,导致作物光合速率相对较低;且在二氧化碳调控均匀性方面研究较少,导致设施二氧化碳调控空间浓度分布不均。针对上述问题,本文提出基于作物需求的设施二氧化碳智能调控方法,融合小波神经网络的粒子群寻优算法,构建设施作物二氧化碳调控模型,设计以无线传感器网络为基础的智能监控设备,根据流体力学相关原理,设计开孔大小不同的气体导输管道,系统实现设施环境二氧化碳动态调控的目的,满足按需、精准、均匀调控的需求。二氧化碳智能调控系统的成功研发,对于完善设施小环境全方位智能调控起到了重要的补充作用。
  本文主要研究内容包括:
  (1)建立了作物光合速率模型,构建了设施二氧化碳调控模型。通过构建设施番茄二氧化碳响应试验,获取不同温度、光照、二氧化碳梯度下的光合速率试验数据,通过应用小波神经网络算法,建立光合速率预测模型,预测模型的相关系数为0.99,预测输出的平均绝对误差小于0.8;根据建立的光合速率模型,在不同温度、光照条件下,通过粒子群算法对光合速率进行极值寻优,获取对应二氧化碳饱和点,建立了二氧化碳调控模型,通过模型值与理论值进行对比,得出两者之间的相关系数大于0.954左右,相对误差小于4%,可证明构建的调控模型精度较高。
  (2)构建基于无线传感器网络的设施二氧化碳调控系统。根据不同节点在网络架构中功能的差异,调控系统分为主控、监测、补施3个模块。系统硬件开发主要包括电源模块、外接传感器、模块间通信电路等原理图、PCB设计,从而完成信息采集,获取以及交互等硬件平台搭建;系统软件开发主要包括基于Linux工控机底层驱动与上层处理软件的编程,以及基于ZigBee无线传感器网络的二次软件编程,从而完成实现基于无线传感器网络的设施环境的监测、处理以及二氧化碳浓度控制功能。
  (3)二氧化碳调控精准性、均匀性及有效性等功能与性能验证。根据流体力学相关理论分析,依据不同压强、相对深度等条件,结合气体射流理论,计算管道相对深度与开孔大小之间的关系,设计不同开孔大小的补施管道,保证各出气孔瞬时流量相同。通过部署整套系统并进行试验测试分析,结果表明,系统二氧化碳调控误差小于3.5%,系统补施均匀性变异系数小于3%;通过对照试验,验证二氧化碳调控系统对作物实际光合速率效果的影响,试验表明,二氧化碳调控区域作物光合速率得到了相对提升。系统较好地满足了设施环境二氧化碳调控需求。
[硕士论文] 刘卜华
交通信息工程及控制 长安大学 2016(学位年度)
摘要:精细农业顺应了农业智能化、信息化的发展,逐渐成为热点研究问题。农业多参量数据的采集,如土壤水分、水位、温湿度、风速风向、降雨量等,是实现精细农业的关键基础数据支撑。目前我国设施农业区数据采集大多以传统的人工读数采集方式为主,数据采集频率与自动化程度较低,无法实现全天候实时及高精度监测。鉴于此,本文以某农田试验区为研究对象,提出了一种基于C/S架构体系的设施农业区多参量数据采集系统框架,并对多参量数据采集系统进行了设计与实现。测试和推广应用结果表明,该系统可以实现设施农业区多参量数据的自动采集、分析和传输,并且对数据进行实时远程监控、统一管理与共享。本文的主要研究工作如下:
  (1)通过分析国内外现有设施农业区农田多参量数据的采集及处理方式等功能需求,提出了一种多参量数据采集与管理系统的总体架构,实现对相关农业参量数据的自动化采集以及数据的管理功能。
  (2)采用嵌入式ARM开发板、数据转换模块及多类传感器,搭建了农业多参量数据自动化采集的下位机硬件系统。该子系统数据采集卡围绕STM32微处理器进行外围电路设计,实现多参量数据自动化采集;数据采集模块由ARM系列S3C2440微处理器进行设计,主要对各项涉及到的数据进行存储、接收、发送等处理。
  (3)对上位机软件核心功能及关键机制进行设计,细化各系统功能模块业务流程,以及关键技术实现,并结合通信协议,建立了上下位机之间数据传输,实现采集数据的实时存储、统计及处理等功能。经过对该系统详细测试和应用表明,系统各个功能能够稳定运行,实现对农业多参量数据采集与管理的相关要求。
[硕士论文] 陈艳丽
农业电气化与自动化 江苏大学 2016(学位年度)
摘要:为实现农业机械的田间作业导航和精确定位,本文主要研究了基于北斗定位的农机车载组合导航系统。由于单独使用北斗导航系统进行定位,难以满足现代农业机械的导航定位精度要求,为了实现农业机械准确定位,提高作业效率和农业生产产品质量,为此设计了以北斗导航系统为主,机器视觉导航系统为辅,将二者有机结合进行组合定位导航的方法,以期控制成本的前提下获得较高的精度。
  本文基于北斗定位的农机车载组合导航系统的总体设计方案,分析了基于北斗定位的农机车载组合导航系统的关键技术,研究设计了路径规划算法,基于卡尔曼滤波算法和数据融合算法进行了系统仿真。根据农业机械作业实际情况,选取2个优化目标并设计出最短路径规划算法,包括作业区域的直线作业算法和非作业区域的地头转弯作业算法。根据北斗系统特点和组合导航系统原理分别进行系统建模,之后用扩展卡尔曼算法和无迹卡尔曼算法进行了定位数据仿真分析比较,仿真结果表明无迹卡尔曼算法能够较好的满足系统要求。
  根据车载组合导航系统的总体设计方案及各功能模块的性能,设计了以车载电脑和北斗导航仪作为核心的组合导航硬件系统。根据该系统特点设计了EPCS-8980型工控机及相关配套装置,选取UM220北斗模块及其配套天线作为北斗定位接收设备。设计了系统相关软件功能模块,包括北斗接收处理模块、UKF定位解算模块、导航模块等。在EVC和eSuperMap环境下设计了系统各部分功能软件程序,主要包括主程序、BDS接收处理程序、卡尔曼滤波算法程序等。
  将所设计的基于北斗定位的农机车载组合导航软件安装于车载电脑上,并将之及其他设备装置安装于拖拉机上组成完整的导航系统试验机组,通过采用本文设计的试验方案对系统进行了试验测试,结果表明该组合导航系统能够实现导航功能正常运行并达到较好的定位精度。
[硕士论文] 曹自敏
农业信息化 山东农业大学 2015(学位年度)
摘要:信息技术自20世纪50年代开始被运用到农业生产上,我国则相对迟缓。近年来,随着土地流转政策的深入开展,众多的小型农场相继出现,这些小型农场必将成为农业的重要生产单元,将信息技术深入的运用到农业生产中,在一定程度上可以解决新型农场主种植技术缺乏的问题,实现农场现代化种植。
  在上述现实背景之下,通过对国内外农场相关文献资料的研究并结合自身的专业特点设计出了一套集农场种植经验于一体的信息系统将信息技术在农场中进行了深入运用。本系统包含4个子系统,分别是数据库管理子系统、生产流程管理子系统、收益管理子系统、农事信息管理子系统。兼顾了农事信息管理和人事信息管理,以及相应的种植决策功能,实现了作物种植过程的流程化管理。本文分别从系统实现的基本理论、系统需求分析、系统设计、系统的实现与维护等几个方面对“农场小秘书”信息系统的设计与实现进行了详细的论述分析。
  研究结果如下:
  应用实体-关系分析方法建立了系统数据库模型,该模型中有农田、人员、农作物、作物品种、种植投入品等实体,也有土地承包合同、整地、播种等关系。
  生产流程管理子系统主要通过实现工作流的流程管理,完成对农场的种植过程管理。
  收益管理子系统实现了收支管理、借贷管理、账目管理、统计四个子功能,可以帮助农场主计算一年的经济账。
  农事信息子系统实现了农事日历和实时提醒功能。
  本系统采用基于C/S的三层模式开发,数据库使用的是SQL Server2008,开发环境为Visual Studio2010,开发语言为C#。
[硕士论文] 姜伟
生物医学工程 东南大学 2015(学位年度)
摘要:近年来,我国不断推进农产品商品化进程,由于我国蔬菜产量巨大,这对农产品市场管理和农产品的供应链管理提出了挑战。目前,大部分农产品分拣管理仍依靠人工完成,不仅耗费了大量的劳动力,而且工作效率低下,严重影响了果蔬商品化的发展速度。本文提出利用计算机视觉技术,设计蔬菜识别模块,将劳动人员从繁琐的农产品管理工作中解放出来,提高劳动效率。
  计算机视觉技术是利用图像捕获单元和计算处理单元,替代人类视觉,对图像开展分割、分类、追踪等操作,分析统计图像的规律特性的综合性技术。本文针对溯源秤PLU码无法正确录入,导致无法发挥溯源功能这一问题,提出基于计算机视觉的技术进行蔬菜自动识别模块的设计及实现,为溯源秤系统的实际应用提供了自动化的解决方案。
  本文的主要思想是设计一个蔬菜识别模块,包括硬件环境搭建以及配套软件流程,完成蔬菜图像的获取、分割处理、特征提取以及分类识别功能,以替代溯源秤PLU手动输入的过程。
  本文的主要工作如下:
  (1)调研国内外学者在农产品识别领域的研究,分析讨论该方案的可行性。
  (2)根据溯源秤的具体功能需求,完成识别模块的硬件设计及搭建,软件流程设计等内容。
  (3)开发相应的软件功能,包括图像捕获、串口通信、图像预处理及分割、图像特征提取及识别功能,完整实现蔬菜的识别过程。
  (4)对24种时令蔬菜进行测试统计,验证模块的各项指标,分析其可行性与准确性。
  本文介绍了“蔬菜识别模块的设计及实现”项目,以实际应用为背景,对蔬菜图像特征+KNN分类器这一经典算法为出发点,设计实现了这套基于计算机视觉的蔬菜识别模块。该模块运行在CortexA9架构的i.MX6Q开发板上,强大的硬件性能保证了对图像计算处理的速度,整个系统运行时间约为2s,符合应用场景的需求。最终,本模块实现了高效、快速的蔬菜自动识别功能,各部分工作稳定,可实现图像采集、处理、识别、结果传输显示等一体化操作,为以后的蔬菜识别提供了一个有效可行的平台。
[硕士论文] 刘民静
机械设计及理论 济南大学 2014(学位年度)
摘要:适宜的环境对促进农作物的生长和高产起着举足轻重的作用,因此对作物生长环境进行实时的监测一直是农业发展的一项重要任务。目前,国内外对农业监控技术的研究都十分重视,也取得了一些成果。但我国的作物生长环境监控系统仍存在监测项目单一、成本高、可靠性低等缺点。
  最近几年出现了成本低、体积小、功耗低且具有多种功能的无线传感器网络,它主要是由多个传感器节点构成,融合了多种技术,如集成电路、片上系统、无线通信、微机电系统及低功耗嵌入式技术等。ZigBee技术是非常具有代表性的无线传感器网络,具有无线传感器网络的全部优点,已被广泛的应用到智能家居、工业监控和军事侦查等方面,都取得了良好的效益。
  在这样的背景下,本课题把ZigBee无线传感器网络技术应用到农作物生长环境监控系统中,设计了基于ZigBee无线传感器网络的作物生长环境监控系统,本系统可以实时的监测作物的生长环境,完成数据的采集、传输、分析及存储,为用户管理温室提供方便可靠的数据,系统的应用对降低农民的劳动强度,实现科学种植都具有重要意义。
  该监控系统主要包括:终端节点、路由器节点、协调器节点和上位机监控软件这几部分。终端节点与传感器相连,主要负责数据的采集工作;路由器节点是终端节点与协调器节点的中间纽带,具有路由功能,也可完成终端节点的任务;协调器节点完成组建新的网络的工作,与各节点和上位机进行网络连接,实现系统的网络通信;上位机软件部分接收监测到的环境数据并进行保存和分析,用户通过上位机就可以实时的掌握作物的生长环境信息,并可以通过数据的分析结果和专家数据库的帮助,自主的合理改变作物的生长环境,从而达到高产的目的。
  本课题主要完成了以下工作:首先,详细调查了农业监控技术的国内外发展现状,对课题的研究意义进行了肯定;第二,深入研究了ZigBee无线传感器网络技术,为设计运用奠定基础;第三,在明确系统目的的前提下,设计了系统的整体结构,并根据功能的需要选择了相应的硬件设备,如:传感器、CC2530芯片及CC2591射频芯片;然后,对系统的硬件平台进行了搭建,给出了各模块的电路图并得出符合要求的电路板;随后,运用TI公司的Z-stack技术搭建了完整的ZigBee网络实现了系统的通信功能;最后,对系统的数据库和用户界面系统进行了编写。
[硕士论文] 张英旭
通信与信息系统 河北工业大学 2013(学位年度)
摘要:农业机器人移动平台是为深入研究农业机器人的某种功能而设计的开发平台。随着精准农业概念的兴起,农业机器人在农业生产中扮演的角色越来越重要。但是开发一整套具有某种功能的农业机器人系统是一项十分复杂的工作。比较现实的做法是开发一款用于实验和二次开发的移动机器人平台,改变研究人员从底层开始研究费时费力的现状。农业机器人移动平台的设计开发包含多个系统的研制,其中关键而又必不可少的是数据采集系统和伺服控制系统。数据采集系统的任务是采集环境信息,相当于机器人的感觉器官。激光测距仪、数字罗盘和Kinect构建了机器人的数据采集系统。激光测距仪将空间扫描成二维的平面,确定障碍物的位置。数字罗盘能提供机器人自身的位置信息。Kinect能将空间扫描成一幅景深图像,可用于障碍物及目标对象的识别。伺服控制系统主要负责机器人的运动控制,驱动机器人完成相应的动作。伺服系统由运动控制卡、转接板、驱动器、电机和减速器组成。通过工控机发送相应的指令给运动控制卡。控制卡将这些指令传送给驱动器,驱动器把指令转换成相应的脉冲控制电机转动。
  建立起上述两个重要的系统之后,机器人就可以完成避障导航的任务了。势场法是一种常用的机器人避障导航算法。机器人在运动空间中受到两种力的作用,障碍物产生斥力,目标点产生引力,机器人在这两种力的合力作用下运动。结合激光测距仪的工作特点,对势场法做了改进,通过仿真验证了算法的有效性。
[硕士论文] 姚燕慧
农业电气化与自动化 内蒙古农业大学 2013(学位年度)
摘要:手持式动力工具在现代化生产中应用广泛,手传振动对工作者所带来的危害也越来越引起重视,振动信号的测量与评价成为其关键部分。本文依据 ISO-5349(2001)和 GB/T14790-2009设计了一套手传振动测量与评价虚拟仪器,本系统以NI公司的LabWindows软件为开发平台,利用三维加速度传感器及其调理模块等所组成的虚拟仪器检测系统,完成手传振动数据的实时采集、显示和存储,信号的1/3倍频程谱分析,频率加权网络的计算和患病率为10%的预期暴露时间评价。
  本着模块化、人性化的研发思想,本研究所开发的基于人体手传振动测量与评价虚拟仪器,仪器界面友好,显示直观,扩展性强,操作简单、方便。在主控界面上设有帮助按钮,各分界面上有提示,方便初次使用者。经运行调试,此测评系统运行可靠,且评价结果与标准相符,可满足人体手传振动测量与评价要求。
[硕士论文] 张军晖
农业电气化与自动化 南京农业大学 2013(学位年度)
摘要:气体开关在脉冲功率技术中有着广泛的应用,并有着特殊重要的地位,而开关也是制约脉冲功率技术的关键因素之一。开关利用电极间的绝缘气体,先承受一定的高电压呈现高阻抗状态,气体击穿后形成等离子体通道呈现导通状态,由此实现开关功能。开关的特性决定了脉冲功率信号的上升时间、幅值、脉冲宽度等参数。开关导通过程中的电阻和电感决定了脉冲的参数。为了提高可靠性,减小设计成本,缩短设计周期,对其进行模拟和仿真也是非常必要的。
  本文首先对气体火花开关的放电基本原理和影响因素进行了探讨并得出结论:开关电场比较均匀时,放电稳定性好;持续电压作用下相对于冲击电压作用下,气体开关的放电时延和击穿电压分散性要小;气体的种类、密度、湿度和压强都对放电特性有决定性的作用。
  其次,分析了气体火花开关的工作机理,根据气体开关作为典型的短路开关,放电过程属于电容储能放电,提出了气体火花开关的电路模型。针对以往开关放电模拟中使用固定电阻或线性可变电阻代替实际放电过程中非线性的火花电阻,存在较大误差的情况,提出一种基于Pspice的模拟方法。在Pspice环境下建立了气体火花开关放电的仿真模型,分别模拟了基于理想开关和基于气体开关的电容放电脉冲产生电路,并仿真分析了负载、开关电感、储能电容等因素对放电脉冲特性的影响。
  最后,搭建了气体火花开关放电实验平台,开展了气体火花开关的放电特性实验,验证了基于Pspice的模拟仿真方法的正确性。
[硕士论文] 刘红霞
工业工程 华北电力大学;华北电力大学(保定) 2013(学位年度)
摘要:随着我国经济的不断的繁荣,对基础设施的要求也在不断的提高,电网是基础设施的一个重要组成部分,然而农村电气化工程项目由于一些因素的影响始终没有得到足够重视。为建立满城县安全可靠的供电网络,以保证满城县经济持续健康高速发展,对陈旧的电网设施加大重视度,强调了电气化工程建设的必要性;村用电量的不断加大,与现存的农村电网设施落后破旧的现实之间的矛盾更加的突出,更加突出了电气化工程项目的重要地位。新农村的电气化建设对满城县新农村的经济繁荣发展有着举足轻重的深远意义,由于一些驱动因素始终没有得到足够重视,满城县新农村电气化建设工程项目的经济技术评价工作发展仍然不足,要做好经济性评价工作,应该可以加强满城县的电网建设项目的管理,构建科学合理的项目经济评价体系,提高工程项目的可靠性,降低管理风险,提高项目效益。
   本文就是在农村电气化发展的现实状况为基础上,剖析了满城县新农村电气化工程建设的目标具体要求,以及在发展具体规划的指导下,提出了电气化建设的指标体系,并以层次分析法和模糊综合评价方法结合起来,该评价方法能够很好地对满城县工程项目中的问题,用定性与定量相结合的方法进行分析,最后通过对满城县电气化工程建设进行经济技术分析,并通过建立评价指标体系,运用模糊层次分析方法对该县进行评价,通过对评价结果的分析,找出满城县电气化工程项目的问题所在,并提出切实的发展建议。
  
[硕士论文] 郑玉龙
机械电子工程 南京农业大学 2012(学位年度)
摘要:农业机器人定位技术是机器人领域的一个重要研究方向,是实现农业机械智能化的关键技术之一。事实上,怎样获得机器人所处的精确位姿信息,是其智能导航任务能否成功的前提。
   本文主要对一种基于机器视觉的定位技术(----)视觉里程计进行了系统的研究,主要工作如下:
   1.首先就机器人定位技术做了一个综述,讨论了各种定位方法存在的缺陷与不足,在此背景下,引入了视觉里程计技术,介绍了视觉里程计技术的理论背景、优势、国内外的研究现状以及本文研究的技术框架。
   2.引入了特征点提取算法---SURF算法,深入研究了它的原理,在VS2010环境下实现了其功能,在农田环境下验证算法的鲁棒性,除此以外,进行了Harris算法和SIFT算法特征提取实验,就3种算法的提取结果做出比较,进一步证明SURF算法的优势。
   3.研究了农田中的复杂环境所具有的特点,将视觉里程计定位技术应用到农业轮式机器人当中,探讨在此类条件下出现的各种问题。
   4.提出了一个新的基于SURF特征提取算法的立体视觉里程计定位系统,该系统仅依靠视觉输入,通过在连续图像帧中提取特征点作为自然路标,然后对特征点进行匹配以得到特征点对之间的对应关系,最后结合LMedS鲁棒算法与非线性最小二乘法,求取机器人的精确的定位信息。最终试验证明,本文所建立的系统的估计误差在3.4%以内。
   本文对机器人视觉定位技术进行了深入研究,为农业机器人的精确定位提供了一条可行途径。
[硕士论文] 方超
生物系统工程 浙江大学 2012(学位年度)
摘要:当今蔬菜与花卉现代化培养体系,以轻基质穴盘培养为主。而在作物生长过程中,作物需要的光热、空间、养分都会逐渐增大,需要将不健康的劣质苗剔除,同时将健康的苗移栽到更大的穴盘或花盆继续培养,即移钵作业。移钵作业是设施农业中育苗生产系统的一项主要作业过程,劳动强度很大,自动化移钵作业系统的开发应用可以减轻劳动强度,提高作业效率,同时提高幼苗的质量。本文主要就穴盘苗自动化移钵作业体系的构建,做了相关研究,结果如下:
   1、综述了国内外穴盘苗移钵机械设备的研究进展和应用状况,综述了容器苗技术的发展情况,总结了适合于机械化作业的新型容器育苗技术,提出了进行穴盘苗自动化移钵设备研究的迫切需求。
   2、在温室中培育穴盘苗,进行了穴盘苗相关参数的测定。实验研究了72孔、128孔和200孔三种穴盘苗,在高、中、低三种含水率水平下根钵的压缩力学性能,提出了穴盘苗自动化移钵体系的总体设计方案。
   3、提出了穴盘苗品质检测、劣质苗剔除与健康苗补植系统的设计方案。详细介绍了穴盘输送装置、劣质苗剔除装置和健康苗补植装置的结构和工作原理。实验研究了72孔、128孔和200孔穴盘苗,在高中低三个含水率水平下,气吹式劣质苗剔除装置适宜的剔除气压值。
   4、提出了穴盘间的穴盘苗稀植移钵系统的设计方案,详细介绍了穴盘自动分送装置、穴盘填料装置、稀植移钵装置的结构和工作原理。使用ADAMS进行了穴盘自动分送装置的运动学分析,从理论上论证了方案的可行性。
   5、提出了穴盘到花盆的穴盘苗稀植移钵系统的设计方案,详细介绍了花盆自动分送装置、花盆填料装置的结构和工作原理。比较分析了两种移钵设备在结构和功能上的异同。
[硕士论文] 凌健
电气工程 浙江大学 2011(学位年度)
摘要:本文对新农村电气化典型供电模式应用案例进行了分析,从电网规划、配电变压器、无功补偿、低压线路、户表等方面探讨了新农村电气化建设的基本要求,分析研究了新农村电气化典型供电模式的类型及其设置;最后分别列举了A、B、C类典型区域供电模式典型案例进行分析。
   针对节能技术在新农村典型供电模式中的应用,建立了以降低有功网损为目标的农网全网无功优化模型。提出了一种改进的微分进化算法对模型进行求解。在进化过程中,该算法根据进化情况采用动态参数调整机制用以提高算法的搜索效率,并且对种群重叠状况进行实时监视,对重叠个体采用基于Tent映射的混沌搜索策略来进一步提高算法的全局寻优能力。在实际农网系统上验证了所述无功优化方法的有效性。
   最后,对典型供电模式中的数据通信方式进行了探讨.本文主要介绍了无线传感器网络技术和PON技术,为解决农网自动化通信问题提供了有效途径。
[硕士论文] 谢蓓
农业电气化与自动化 南京农业大学 2011(学位年度)
摘要:作为现场总线之一的CAN(controller area network)总线技术,具有独特的设计思想、良好的功能特性、极高的可靠性和很强的现场抗干扰能力。CAN总线协议被选用作为农业机械应用的总线标准协议的基础。为了实现联合收割机的智能化操作,提高其作业质量并保证联合收割机能高效、安全、可靠、稳定地工作,在国外一些先进的联合收割机上已装备有喂入量、谷物湿度、作业速度、割台高度、GPS定位等多个电子检测单元,实现了作业速度、割茬高度、喂入量、脱粒滚筒转速、谷粒损失率等作业参数的监测、显示以及控制;并且兼有故障诊断及报警,计算和统计作业面积、耗油率及产量等智能化功能。现今我国联合收割机电子化与自动化水平普遍较低,质量与技术水平与国外同型号产品相比要相差2~4代,作业过程中谷粒损失率偏高,已经严重制约了国内联合收割机的发展。这就迫切需要研究相应的监测系统,对联合收割机各性能参数进行综合调整。因而实现联合收割机工作状态智能化监测对推进我国农机化发展,实现农业生产现代化有着重要的意义。
   首先,介绍了CAN总线技术的发展及其在农业机械中的应用并对联合收割机智能化监测技术的研究现状作了详细分析。系统以实现联合收割机工作过程中的信息采集、传递、存储、显示为目的,将驾驶员所需的联合收割机行走速度、喂入量、谷粒总损失率、割台高度、脱粒滚筒转速、输粮搅龙转速、谷物籽粒流量等主要工作状态参数进行实时监测。
   其次,设计了基于CAN总线通信的联合收割机工作状态智能化监测系统。各采集节点均选用单片机STC89C52RC为核心处理器,终端则选用S3C2410为核心处理器,Linux为操作系统。利用雷达地速传感器通过多普勒效应实现对联合收割机行走速度的监测,用定时器通过测周期法实现对脉冲量脱粒滚筒转速和输粮搅龙转速的监测,用超声波技术实现对割台高度的监测,用挤压力测试原理实现对喂入量的监测,用流量传感器实现对谷物籽粒流量的监测,以及采用谷粒损失传感器对谷粒总损失率进行监测等。CAN模块由控制器SJA1000和驱动器PCA82C250组成。基于CAN总线协议,制定出适用于联合收割机的通信协议,实现了基本的CAN总线通信功能。添加了lib_qw库的QT技术实现了终端界面设计,通过SQLite数据库实现历史数据的保存和查询功能。
   最后,对监测系统进行CAN通讯试验和模拟田间试验,在终端界面上监测出分节点的实时工作状态参数,并作简要分析。通过运行调试,系统能够满足基本的实时性和可靠性要求,具有很好的应用前景。
[博士论文] 王明军
机械电子工程 上海交通大学 2010(学位年度)
摘要:远距离场景信息的感知是室外环境尤其是非结构化农业环境下移动机器人实现自主作业的关键环节,有助于避免系统死锁、提高行走安全性及行走效率。然而,非结构化农业环境下的特征重叠及多模态分布结构、距离尺度效应、场景学习样本不均衡以及场景概念漂移等特性给远距离场景感知系统的设计和应用带来了极大的挑战。长期以来,农业场景感知的研究主要集中在以农田作物行识别为代表的近距离场景的感知上,而在非结构化农业场景远距离感知系统的研究上还存在空白。因此,开展低成本远距离场景推理系统的研究对解决非结构化环境下的农业机器人自主作业问题具有重要的理论研究意义和实际应用价值。
   本文围绕非结构化农业环境下的远距离场景推理问题,按照推理特征、推理样本融合、推理策略设计到推理模型验证的逻辑层次,具体从推理特征的在线自适应提炼策略、融合不同场景语义信息的远距离推理模型、融合场景区域空间关系的远距离推理模型以及远距离场景推理模型的实验验证四个角度进行了研究,为进一步实现非结构化环境下的农业机器人自主作业提供理论依据和系统设计参考。论文具体研究内容如下:
   首先,针对非结构化农业场景特征分布的动态不确定性问题以及预确定推理特征的有效性偏移问题,提出了基于当前场景样本信息的隐特征自适应在线提取策略,建立了基于监督式核化局部线性嵌入流形学习的在线降维模型(SKLLE,Supervised KernelLocally Linear Embedding).SKLLE模型基于聚类中心后验概率预估策略以及自定义核空间映射函数,实现了非结构化农业场景原始特征数据多模态分布结构在低维流形上的保持和再现。基于最近邻分类器的实验表明,场景隐特征在实现降维的同时提升了场景推理的精度,并且场景隐特征的低维特性有助于本文后续场景推理模型计算量的降低。
   其次,针对非结构化农业场景近距离学习样本不均衡、甚至缺失以及场景概念漂移等特性,提出了整合不同时空点场景样本信息和语义信息以提升当前场景远距离推理性能的SNKBC解决方案(Semantic Nearest-K Frames based Bayes Classifier)。该方案借鉴模式识别领域的场景语义建模思想,建立了描述非结构化农业环境不同场景区域抽象概念的语义上下文模型WSCM。SNKBC算法包含样本数据的预充和在线扩充、基于语义上下文的最优样本选择及组合、基于预聚类策略的贝叶斯分类等步骤。实验表明,与仅基于当前场景样本的推理结果相比,SNKBC推理结果的精度更高、稳定性更好。实验同时表明,基于语义上下文的最优样本选择以及样本数据的在线扩充在影响SNKBC推理性能的所有因素中起主导作用。
   再者,针对非结构化农业场景中不同地形特征重叠、相同地形特征多模态分布以及特征表现受距离尺度效应制约等特点,提出了融合同一场景不同区域空间关系以提升场景推理精度的思想,建立了基于条件随机场的空间上下文统计推理模型CRFNFP(conditional random fields based near-to-far perception framework)。CRFNFP模型采用单势能和交互势能分别实现了对场景区域特征以及区域空间关系的建模。单势能的构建融合了前文SNKBC方法及启发式贝叶斯分类策略,实现了场景局部特征到对应地形类别的非线性映射;交互势能中的数据独立势函数从人类对场景先验感知的角度实现了与局部区域特征无关的空间关系建模;交互势能中的数据相关势函数从相邻区域局部特征自适应融合的角度实现了基于局部区域特征的空间关系建模。实验表明,与前文的SNKBC方法相比,CRFNFP方法更能识别连贯的可通过性区域,更能系统、有效地规避伪路径问题,推理结果的稳定性以及对光照条件变化的自适应性更好。实验同时表明,CRFNFP推理结果在RMSE误差意义上优于美国科罗拉多大学同行的分类器组合算法。
   最后,将上述的SNKBC及CRFNFP推理模型配合大范围图像平面路径规划策略整合到远距离避障系统上,并分别在不同天气、不同颜色及位置分布、不同类型的场景中进行了场景推理和避障行走的实验验证。实验部分首先对系统的远距离避障行为进行了研究,并就远距离场景推理提高系统避障效率的内在机理进行了分析;其次对适用远距离避障系统的特定场景类型作了讨论以指导后续进一步的系统集成工作;最后实际非结构化农业环境下的避障实验对远距离避障系统的有效性作了进一步的研究。实验表明,基于CRFNFP的远距离避障系统在非结构化农业环境中具有普遍意义的特定类型场景条件下,在场景感知距离和避障效率的提升上与传统近距离避障系统相比具有统计意义上的优势。由此,本文在前面几章证明推理模型有效性的基础上进一步证明了CRFNFP推理模型在一定条件下的确有助于实际农业机器人实现更大范围的自主感知。
[博士论文] 曾庆兵
机械电子工程 上海交通大学 2010(学位年度)
摘要:植物器官体积的动态变化是植物水分诊断、生长实时监测和植物生长建模的重要依据。随着水资源的日益紧缺和农业现代化的不断推进,根据植物缺水状况实施精量控制灌溉成为提高水利用率和果实品质的重要途径之一,对于我国这样一个严重缺水的农业大国更是亟待解决的紧迫问题。然而,长期以来我国在该领域的实力和研发力量投入不足。以色列、美国、日本、荷兰等农业发达国家在此领域取得了很多成果,拥有较强的科研实力,但是对于植物器官体积变化信息的检测主要基于接触式测量方法,在非接触测量研究上主要集中于单体作物和叶片形态变化研究,对于植物器官(果实、茎杆),尤其是果实的视觉测量相关理论和技术积累薄弱。因此,开展植物器官(果实、茎杆)体积变化的视觉检测技术的研究具有重要的社会和经济意义。
   本文以在世界果树生产中占据重要位置的葡萄为研究对象,采用无损测量的方法构建:动态范围大、抗噪性能好、测量精度高和信息量丰富的植物器官体积变化视觉检测系统,检测植物体积的动态变化,为现代农业中自动精准灌溉和生长实时监测提供可靠的植物器官生长数据。动态范围大对应植物器官的形态多样性,抗噪性能为满足植物现场条件下外界环境的干扰,精度高为能检测出短时间内植物器官的体积变化提供保证。本文针对视觉检测中涉及的理论和关键技术问题,以设施条件下植物茎杆、非重叠果实和重叠果实的体积变化检测为研究内容,从理论方法、技术实现与实验验证等方面进行了系统、深入的研究。
   论文的主要研究内容和成果如下:
   1.针对检测对象为植物茎杆、非重叠果实,图像采集过程中环境光线变化、器官位置变动、噪声干扰等情况,提出了基于由粗至精策略和Zernike矩的植物器官体积变化评价特征量计算算法。该算法从保证定位精度和提高抗噪性能出发,利用由粗至精的定位策略,结合边缘跟踪、凹点探测、匀速行程扫描、Zernike矩等关键图像处理算法,实现器官体积变化评价特征量的准确计算。
   2.针对重叠果实中被检测果实与周围果实重叠或粘连的情况,提出了基于新型标记符控制分水岭的重叠对象分割算法。该算法包括图像预处理、标记符提取和分水岭变换。图像预处理中利用具有去噪保边性能的双边降噪方法降噪;标记符提取是整个算法的核心和关键创新点,通过结合K-means聚类、分离点判定、Spline插值和形态学算子等,实现标记符的自动提取。探测标记符具有很好的定位性能,利用标记符修改原始梯度图像,消除其中的伪极小值点,以修改后梯度图像进行分水岭变换,准确定位重叠果实中被检测果实区域。
   3.基于提出的植物器官体积变化评价特征量计算方法,以具有代表性的葡萄作为实验对象,构建了葡萄茎杆、非重叠葡萄果实、重叠葡萄果实体积变化的视觉检测系统。在设计每个检测系统时,充分考虑检测器官的形态和生长状况,搭建高质量图像采集平台,并开发出具有高内敛、低耦合的图像处理子系统,保证植物器官体积变化信息的准确获取。种植现场的验证结果表明:检测系统性能可靠,运行稳定。检测系统实现了植物器官体积变化的非接触和无损检测,具有测量精度高、测量范围广、抗噪性能好和信息量丰富等优点,能灵敏检测出植物器官的生理变化。
   4.针对植物器官三维形态重建中欠纹理、遮挡和包含曲面的情况。提出了基于局部窗口的自适应加权和二次伪布尔优化策略的立体匹配算法。该算法由四个主要步骤构成,首先,通过结合可见性推理和二阶平滑先验构建能量方程;然后,构建仅包含二元成对簇的图;再次,选择为未有标号值像素分配标号值的融合移动策略;最后,生成为融合移动过程提供可选择视差值的建议视差平面。实验结果表明,该匹配算法能很好解决植物器官三维形态重建中的欠纹理、遮挡等问题,尤其对植物器官曲面的三维形态有着很好的重建效果。基于提出的匹配算法,设计了植物器官的三维形态重建系统,实验测试结果表明,系统具有很好的测量精度。
   本文围绕上述内容,采取问题洞悉、理论分析、算法验证、实验验证相结合的研究路线,展开基于视觉的植物器官体积变化无损检测的系统性研究。实验结果分别验证了系统的重复测量精度、测量准确度、系统现场运行等多方面性能,并与植物其他生理传感器结合,验证本文视觉系统检测植物生理异常的可行性和有效性。
[硕士论文] 王玉光
农业电气化与自动化 江苏大学 2010(学位年度)
摘要:施药技术作为农业病虫害防治技术中的重要内容,被世界各个国家所广泛关注,当前国际施药技术等的发展趋势是:精细、低量、对靶性。精确施药可以把农药精量、准确的喷射到靶标上,成为当前国际上施药技术的重要发展方向。要实现精准施药,核心问题和关键技术就是靶标探测、对靶传感,并由此构筑与之相匹配的智能施药系统,形成精准对靶施药。本文概述了当前国内外施药技术的发展现状和趋势,结合我国国情,列举对比了各种对靶探测技术的优缺点及可行性、经济性,进行了微波探测技术应用于植株对靶的可行性和实验性研究。
   论文在研究分析微波特性及微波探测技术原理的基础上,设计了基于微波探测的植株对靶精确施药系统,并主要对该施药系统的电气控制系统部分进行了设计。电气控制系统部分通过微波传感器探测靶标,并通过速度传感器检测行驶装置的运行速度,在综合靶标距离信息和行驶装置速度信息后通过单片机进行喷雾控制实现精确对靶喷雾,同时实现靶标距离信息和行驶装置运行速度信息的显示。
   在进行基于微波探测技术的精准对靶探测实验研究中,首先以模拟靶标作为实验对象,针对靶标尺寸、光照强度、温度和湿度等具体因素,进行微波对靶探测影响因素的研究;其次以实物植株作为实验对象,针对不同植株外形及植株间距,选取不同种类植株用相同检测方法进行微波对靶实测效果研究。由于不同种属植株具有个体差异性,因此分别对乔木类、灌木类及草本类植物进行微波对靶实测,分析不同植株微波对靶探测的独有特性。最后,本文将微波探测与红外探测进行实验对比,分析得出微波探测应用于植株对靶精确施药的优势所在。
   通过以上工作,得出下列结论:
   1.在不同的光照强度、温度、湿度的环境条件因素下,微波对靶探测的探测距离和探测范围均无明显变化,即这些环境条件对微波对靶探测效果影响不大。
   2.微波对靶探测应用于植株体探测时,对探测效果有明显影响的因素为植株的外形。植株长得越茂密,反射截面积越大,对微波信号的反射越强,探测器对它的探测距离和探测范围都越大,探测效果越好,并且探测范围随着探测距离增大而呈现先减后增的变化规律,说明微波对靶探测系统更适用于对叶片生长紧凑而枝丛茂密的植株进行探测。
   3.不同种类植株的探测结果虽具有各自不同的特征和规律,但也具有一些相同之处,其探测范围基本都是按照先变小后增大的规律变化的。植株间距与探测器分辨率存在一定关联,二者同时增加共同减小,植株离探测器越近分辨率越高。
   4.应用于植株对靶探测时,对同一植株微波探测的探测距离比红外探测的探测距离更远,微波探测与红外探测相比不受自然光照条件的影响,且分辨率更高,因此,微波探测具有更好的适应性和应用性。
   本文对微波对靶探测性能及影响因素规律的探索,及其对实体植株微波对靶探测时各影响因素对探测效果影响的研究,以及对不同种类植株实测的结果,将为实体植株实施微波对靶探测时,提出与智能化对靶施药系统相匹配的优化对靶方案提供理论和技术指导,并为构建分类植株微波对靶探测数据库提供数据源,在对靶施药技术的产业化推广,改善农业生态环境,实现高效低污染农林作业方面具有理论贡献。
[硕士论文] 居洪玲
农业机械化工程 南京农业大学 2010(学位年度)
摘要:由于果蔬的质地较为脆弱,形状及生长状况又很复杂,因此末端执行器的设计通常被认为是采摘机器人的核心技术之一。各个国家对果蔬采摘末端执行器方面的研究已有二十余年,日本、美国、荷兰和我国等其他国家先后研制出了番茄、草莓、茄子、西瓜、柑橘、蘑菇、黄瓜、和苹果等采摘机器人末端执行器,并在初步应用中得到良好效果。但纵观所有研制出的末端执行器都是专一用于某一水果品种,实际中通常是几个品种混合种植。每一品种都采用专门的采摘器采摘,不仅费时费力,而且投入成本太大。研制过程中过多使用高精密仪器,导致制造成本偏高,不利于产品普及。动力源方面通常需要多个动力设备协调作业,不仅使得末端执行器机构臃肿、自身过重大大降低可采摘重量,而且导致控制程序复杂,产品可靠性不好保证。针对国内外的研究现状,再结合水果种植方面的实际情况,提出了本文所叙述的采摘机器人末端执行器。在整个研制过程中需要完成如下工作:
   1.进行末端执行器的整体功能设计,用SolidWorks三维仿真扣优化结构,确定最终方案,加工出产品样机。
   2.用PC机、PCI--1240U运动控制卡、PCI-1710数据采集卡和力传感器组成硬件控制系统并以此为基础搭建硬件实验平台。实验结果表明,此样机抓取、拧断、复位功能实现情况良好,说明设计成功。
   3.控制软件选用功能强大且形象生动的图形化语言LabVIEW,采用模糊控制算法。利用LabVIEW软件自身的模糊逻辑工具包设计出的PID模糊控制器,使采集到的力值可无限接近设定力值,从而实现对摘取力的控制。实验证明,该系统很好地完成了数据采集、力值动态显示、故障报警及系统自动循环预设功能。
   本文的最大创新之处在于在机械设计中引入电磁离合器,不仅实现了既定动作要求,而且简化了单一动力源设计条件下复杂的机械结构,使整个末端执行器质量更轻,体积更小,节省空间,运动更加灵活。
[硕士论文] 胡良龙
控制工程 南京理工大学 2008(学位年度)
摘要:针对我国现有种子包衣设备电控系统简单粗放,严重制约种子包衣质量提高的现状,为提升包衣质量,满足现代农业生产对用种的高标准需求,本选题结合国家“十五”科技攻关计划项目,研究设计了5B-5型新一代种子包衣设备自动控制系统。 本论文在阐述种子包衣技术发展现状和选题研究背景的基础上,研析了包衣作业工艺流程,设计了以PLC为控制核心,以触摸屏为人机交流窗口,并结合软件、变频、传感等技术的自动控制系统。本文重点进行了系统硬件选型设计、系统监控软件与系统控制软件设计及主要工程技术问题研究,并对设备性能检测结果进行综合分析。解决了现有包衣机电控系统简单粗放,包衣作业质量差等问题,实现了包衣作业部件保护、种药精确计量、作业自动控制、安全生产和人性化操作。 设备性能检测结果表明,该机工作性能稳定,包衣合格率为99.2%,其它各项指标均达到或优于国家标准,整机性能居国内领先。
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