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温室自动化多层栽培装备数字孪生监控方法

温室自动化多层栽培装备数字孪生监控方法

作者：毛雨晗上海交通大学

学位级别：硕士

以自动化多层栽培装备为代表的现代植物工厂生产效率、资源利用率高,但现有技术无法结合光照参数对多层栽培装备自动调度、监控人员无法直观管理植物工厂,因此迫切需要开发具有自主受光调度、人机界面友好的多层栽培装备监控与调度系统... 详细信息

以自动化多层栽培装备为代表的现代植物工厂生产效率、资源利用率高,但现有技术无法结合光照参数对多层栽培装备自动调度、监控人员无法直观管理植物工厂,因此迫切需要开发具有自主受光调度、人机界面友好的多层栽培装备监控与调度系统。首先,本文对温室自动化多层栽培装备的原理以及温室实际条件与需求进行了研究,针对太阳光利用型温室设计了新的多层苗床的调度方式,并完成了相关设备的三维建模。通过ZigBee无线传感网络搭建了100%覆盖率、丢包率低于3%的温室数据采集网络。基于Android平台和蓝牙技术,开发了温室环境监测与远程灌溉应用。其次,通过对温室系统进行分类与抽象,完成了温室系统的面向对象建模。实现了由温室物理场景的传感器数据实时驱动、动态仿真的温室数字孪生算法。基于Unity3D引擎搭建了温室三维数字场景、开发了温室数字孪生应用DTsim。实现了对真实温室系统场景的实时监控、动态仿真与自动优化调度的功能,系统延迟小于2秒。解决了农业设施与温室培育缺乏直观监控与整体模型的问题。最后,针对无补光条件下的多层苗床调度缺乏自动优化的缺陷,提出了由实时光照预测模型驱动的多层栽培装备的自动调度优化方案。建立了在不低于每层苗床各自生存需光量、每层苗床的轮换调度次数不大于3次的约束条件下,使得每层苗床的当日光照总量最为平均的最优化数学模型。通过温室信息物理系统,历史光照数据与实时光照数据,建立了经验光照模型与实时预测的当日光照模型。实现了动态更新最优调度方案的功能,改善了现有的固定排班调度方案。研究了工业敏捷物流系统中的赋时Petri网络,对多层苗床调度流程进行物流过程建模,并进行了物流仿真,分析了仿真结果。本文通过数字孪生方法,建立了温室三维数字模型,实现了环境数据的监测,与温室场景的可视化。通过实时光照预测模型驱动的自动调度优化方法,给出了光照动态变化情况下,植物均匀受光、苗床调度次数最小的一般性方法与算法。

关键词：温室自动化数字孪生光照预测 Petri网苗床动态最优调度

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机械式停车设备运行过程故障诊断研究

起重运输机械 2022年第4期 57-60页

作者：金彦毛雨晗李传磊刘恩频上海市特种设备监督检验技术研究院上海200062

机械式停车设备是一种立体停车的自动化装备,可提升停车空间的利用率,应用越来越广泛。但因复杂的运行模式、电气元件及安全保护装置,其故障率相对较高。针对机械式停车设备的运行特点,本文提出一种运行过程的故障诊断方法。以平面移动... 详细信息

机械式停车设备是一种立体停车的自动化装备,可提升停车空间的利用率,应用越来越广泛。但因复杂的运行模式、电气元件及安全保护装置,其故障率相对较高。针对机械式停车设备的运行特点,本文提出一种运行过程的故障诊断方法。以平面移动类机械式停车设备为典型案例,从人-机-环全方位深入探索,对机械因素从结构、机构、主要零部件、电气系统、安全保护装置5个方面综合考虑,开展危险源单元化辨识,基于多传感器信息融合技术,采集应力应变、振动、电流、噪声等多种动态特性参数,通过人工神经网络算法进行模式识别,实现设备运行过程的故障诊断,研究结果具有良好的工程应用价值。

关键词：机械式停车设备故障诊断多传感器信息融合模式识别人工神经网络

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基于稻穗几何形态模式识别的在穗籽粒数估测

上海交通大学学报 2019年第2期53卷 239-246页

作者：马志宏贡亮林可毛雨晗吴伟刘成良上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

基于稻穗几何形态特征和在穗籽粒数二者之间的映射关系,提出基于稻穗图像形态学特征机器学习的在穗籽粒测量新方法.首先,利用图像处理方法提取一次枝梗的面积、骨架长度、周长、骨架距离均值等形态特征.其次,针对一次枝梗识别,提出基于... 详细信息

基于稻穗几何形态特征和在穗籽粒数二者之间的映射关系,提出基于稻穗图像形态学特征机器学习的在穗籽粒测量新方法.首先,利用图像处理方法提取一次枝梗的面积、骨架长度、周长、骨架距离均值等形态特征.其次,针对一次枝梗识别,提出基于局部距离方差的提取方法,获取一次枝梗骨架.最后,使用改进的支持向量机构建稻穗几何形态特征和在穗籽粒数两者之间的映射关系.实验结果表明,用以上特征训练的分类器,预测稻穗籽粒数的相对误差平均值为6.72%,可以有效解决测量在穗籽粒数时遇到的遮挡和粘连问题.研究结果表明,稻穗形态学特征与在穗籽粒数存在确定性内蕴映射关系,该映射能够被多分类集成支持向量机训练策略描述,且识别精度高于现有回归方法.

关键词：稻穗一次枝梗形态学特征支持向量机

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一种制动器力矩测量系统的研制及应用

中国特种设备安全 2022年第2期38卷 13-16,20页

作者：胡朋黄正球陈虎毛雨晗周建波上海市特种设备监督检验技术研究院上海200062

制动器是起重机重要的零部件,它对起重机械的安全运行起着重要作用.针对它的检验检测,设计了1种制动器动态制动力矩测量系统,该测量系统主要由机械结构、控制系统、数据分析系统组成.它可以对鼓式、盘式、钳盘式制动器和制动电机的动态... 详细信息

制动器是起重机重要的零部件,它对起重机械的安全运行起着重要作用.针对它的检验检测,设计了1种制动器动态制动力矩测量系统,该测量系统主要由机械结构、控制系统、数据分析系统组成.它可以对鼓式、盘式、钳盘式制动器和制动电机的动态制动力矩进行测量,通用性较强.本文对它的设计思路和工作原理进行了详细阐述,并利用2台不同型号的制动器进行实际测量,为特种设备检验检测设备的研制提供一种思路.

关键词：起重机制动器动态制动力矩测试系统

基于机械式停车设备的智慧停车APP应用研究

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起重运输机械 2022年第14期 71-74页

作者：李传磊金彦何江毛雨晗李敏华上海市特种设备监督检验技术研究院上海200062 上海仪电溯源科技有限公司上海201206

文中立足城市停车难、停车效率低等问题,对基于机械式停车设备的智慧停车APP开展研究。通过对机械式停车设备采集数据,运用物联网、无线通信、大数据处理等技术,将车库、车位的实时信息汇集到一个开放平台,数据信息以移动端APP的方式呈... 详细信息

文中立足城市停车难、停车效率低等问题,对基于机械式停车设备的智慧停车APP开展研究。通过对机械式停车设备采集数据,运用物联网、无线通信、大数据处理等技术,将车库、车位的实时信息汇集到一个开放平台,数据信息以移动端APP的方式呈现给用户,实现停车查询、预约存车、车库导航、困车救援、故障报修等功能,有效提高停车效率和资源利用率,缓解城市停车难题,提升设备安全性能。

关键词：机械式停车设备物联网智慧停车

基于层次分析法与专家打分法的机械式停车设备安全评价指标体系研究

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起重运输机械 2023年第3期 20-24页

作者：毛雨晗金彦欧阳惠卿李传磊胡朋上海市特种设备监督检验技术研究院上海200062

机械停车设备具有一定自动化程度,但因其作业环境复杂、无强制性维护保养要求、缺少专人操作易发生较大人员伤害和车辆损失事故,对其建立安全评价指标体系具有较大必要性。文中通过溯源机械式停车设备常见故障、失效模式,结合历史事故... 详细信息

机械停车设备具有一定自动化程度,但因其作业环境复杂、无强制性维护保养要求、缺少专人操作易发生较大人员伤害和车辆损失事故,对其建立安全评价指标体系具有较大必要性。文中通过溯源机械式停车设备常见故障、失效模式,结合历史事故和检验检测数据,从金属结构、机构和零部件、电气系统、安全防护装置的角度确定了机械式停车设备安全评价系统的层次结构和指标。并采用专家打分法,根据专家经验和知识提供了各指标权重系数和等级划分的确定思路,初步建立了机械式停车设备安全评价指标体系,并对设备样本进行了安全评价。

关键词：机械式停车设备安全评价指标体系层次分析法专家打分法

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基于自定义聚类的水稻剑叶夹角测量

上海交通大学学报 2018年第8期52卷 961-968页

作者：汪韬贡亮张经纬吴林立梓马志宏杨刚毛雨晗洪骏刘成良上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

针对水稻样本图像中主茎被遮挡,现有算法难以识别剑叶节点、散岔稻穗主轴问题,提出了基于机器视觉的剑叶节点搜索算法,通过自定义聚类生成稻穗与剑叶类中心,识别判定散岔稻穗轴线,最终得到穗叶夹角.其中,提出的剑叶节点搜索算法对剑叶... 详细信息

针对水稻样本图像中主茎被遮挡,现有算法难以识别剑叶节点、散岔稻穗主轴问题,提出了基于机器视觉的剑叶节点搜索算法,通过自定义聚类生成稻穗与剑叶类中心,识别判定散岔稻穗轴线,最终得到穗叶夹角.其中,提出的剑叶节点搜索算法对剑叶节点的模糊定位进行量化,经过实验验证,具有较好的鲁棒性和准确性;自定义的K-means方法基于样本统计信息,解决了散岔穗叶夹角测量问题.实验表明,该算法误差为1.89%,与现有算法相比,局限性低,鲁棒性强,更准确高效.

关键词：机器视觉剑叶夹角在体测量聚类节点搜索

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起重机械跨度的测量不确定度研究

中国特种设备安全 2021年第6期37卷 12-15页

作者：胡朋毛雨晗上海市特种设备监督检验技术研究院上海200062

跨度是起重机械一个十分重要的参数,它直接影响着起重机主要受力结构件的设计和起重机运行的安全性。测量不确定度主要用于表征被测量值的分散性,反应测量结果的可信赖程度。本文主要从测量重复性、仪器示值误差和仪器检定装置三个影响... 详细信息

跨度是起重机械一个十分重要的参数,它直接影响着起重机主要受力结构件的设计和起重机运行的安全性。测量不确定度主要用于表征被测量值的分散性,反应测量结果的可信赖程度。本文主要从测量重复性、仪器示值误差和仪器检定装置三个影响测量精度的因素,对跨度的测量不确定度进行评定和分析,进而为测量结果的可靠性和检验检测工作的准确性提供技术支撑。

关键词：起重机械测量不确定度跨度

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水培作物根系表型高通量分析平台设计与控制

机电一体化 2018年第8期24卷 34-39页

作者：吴林立梓贡亮朱凯吴伟毛雨晗刘成良张大兵上海交通大学机电控制与物流装备研究所上海200240 上海交通大学生命科学技术学院上海200240

根系的表型测量工作作为考察农作物表型性状和育种水平的首要环节,一直依赖手工标记测量或者采用高精度CT仪器进行检测。手工测量和记录易出错且效率低,而CT仪器价格高昂、结构复杂,工作环境苛刻,不便于普通科研机构的日常使用。为了解... 详细信息

根系的表型测量工作作为考察农作物表型性状和育种水平的首要环节,一直依赖手工标记测量或者采用高精度CT仪器进行检测。手工测量和记录易出错且效率低,而CT仪器价格高昂、结构复杂,工作环境苛刻,不便于普通科研机构的日常使用。为了解决根系表型的测量问题,采用了图像处理技术,结合自动化物流系统,针对作物根系表型测量设计和制作了一种水培作物根系表型高通量自动分析平台。该分析平台可实现对作物植株全自动化的运输、可见光成像、图像存储和分析等操作。使用自动化物流和成像分析系统降低了测量人员的工作强度,且可见光成像成本低廉,对植物和工作人员无辐射伤害,利于在普通科研机构中推广和使用。

关键词：根系表型高通量可见光成像图像处理