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环渤海山东区耕地NPP时空变化特征及其驱动因子探测

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环境科学 2024年第8期45卷 4733-4743页

作者：宋颖高明秀王卓然王佳凡徐帻欣山东农业大学资源与环境学院泰安271018 国家农机装备创新中心洛阳471023 山东鲁研农业良种有限公司济南250199

环渤海平原区是中国重要的粮食产区、耕地资源生产潜力大但影响因素多,摸清该地区耕地植被净初级生产力(NPP)的时空变化特征及其驱动因子,对于改善区域耕地生产条件、挖掘和提升耕地生产能力、保障国家粮食安全具有重要意义.采用Theil-S... 详细信息

环渤海平原区是中国重要的粮食产区、耕地资源生产潜力大但影响因素多,摸清该地区耕地植被净初级生产力(NPP)的时空变化特征及其驱动因子,对于改善区域耕地生产条件、挖掘和提升耕地生产能力、保障国家粮食安全具有重要意义.采用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall显著性检验和Hurst指数等方法探讨区域耕地NPP时空变化特征及其稳定性和持续性;借助参数最优地理探测器模型,分析驱动因素对耕地NPP空间异质性的影响.结果表明:①2001~2019年,受工业化和城镇化过程中建设用地扩张影响,环渤海山东区耕地数量累计减少2004.51 km^(2);②研究时段内,年均耕地NPP呈波动增加趋势,在空间分布上耕地NPP呈现以东营区为界,北部明显低于南部的空间分异性;③耕地NPP呈增加趋势的面积占耕地总面积88.06%,以较低波动与中等波动为主,未来全区域耕地NPP将保持整体持续增加趋势;④年均相对湿度对研究区耕地NPP空间分异解释力最强,q值为0.26;其次为表层土壤含盐量、底层土壤含盐量,q值均大于0.2.不同驱动因子间的交互作用均表现为非线性增强或双因子增强.研究结果有助于揭示环渤海地区耕地产能变化特征及其驱动力,亦可为该区域生态保护与可持续发展提供理论依据.

关键词：耕地植被净初级生产力参数最优地理探测器(OPGD) 时空特征驱动因子环渤海山东区

基于MGWR的滨海区土壤盐渍化分布空间预测及影响因素分析

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环境科学 2024年第7期45卷 4293-4301页

作者：宋颖高明秀王佳凡徐帻欣山东农业大学资源与环境学院泰安271018 国家农机装备创新中心洛阳471934 山东鲁研农业良种有限公司济南250100

定量分析土壤盐渍化影响因素的空间非平稳性特征,预测其空间分布,对于合理利用滨海盐渍土资源和制定局部针对性防控措施具有重要意义.以山东省东营市河口区为研究区,通过经典统计学方法对土壤盐渍化状况进行描述性统计分析;利用空间自... 详细信息

定量分析土壤盐渍化影响因素的空间非平稳性特征,预测其空间分布,对于合理利用滨海盐渍土资源和制定局部针对性防控措施具有重要意义.以山东省东营市河口区为研究区,通过经典统计学方法对土壤盐渍化状况进行描述性统计分析;利用空间自相关理论探讨研究区土壤盐渍化全局与局部空间结构特征;选取与土壤盐渍化相关的影响因素,采用多元线性回归(MLR)、地理加权回归(GWR)和多尺度地理加权回归(MGWR)方法对研究区土壤盐渍化空间分布进行建模预测,分析不同影响因素与土壤盐渍化的空间非平稳性特征.结果表明:(1)研究区土壤含盐量均值为5.84 g·kg^(-1),整体表现为重度盐渍化,全局Moran's I指数为0.19 (P<0.00),空间聚集特征明显;(2) 3种模型中,MGWR模型建模精度最高.与MLR模型相比,GWR和MGWR的Radj2分别提高了0.05和0.07,RSS分别减少210.13和179.95;(3) MGWR回归结果表明,从不同影响因素标准化回归系数均值看,表层土壤盐渍化空间分布主要受中层土壤含盐量、黏粒含量和植被覆盖度影响.不同影响因素对土壤盐渍化的空间非平稳性特征较为显著;(4) MGWR土壤盐渍化空间分布预测结果表明,土壤含盐量高值区域(≥6 g·kg^(-1))主要分布于研究区北部,空间上整体呈现从沿海向内陆降低的趋势.研究结果可为县区及更大范围利用MGWR开展土壤盐渍化影响因素分析与预测制图提供参考.

关键词：土壤盐渍化地理加权回归(GWR) 影响因素数字土壤制图河口区

基于离散元法的切振共作深松机作业性能仿真分析及试验

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农业工程学报 2024年

作者：李明生王元俊谢守勇刘凡一陈行政李相刘伟西南大学工程技术学院西南农业智能装备创新中心丘陵山区智能农机装备重庆市重点实验室

针对深松装备应用于西南丘陵紫色土时存在作业阻力大、松土质量差、功耗高的问题，该研究提出切振共作深松方式并设计了一种切振共作深松机。运用离散元软件对非振动深松机和切振共作深松机在相同参数下进行仿真。仿真结果显示，切振共... 详细信息

针对深松装备应用于西南丘陵紫色土时存在作业阻力大、松土质量差、功耗高的问题，该研究提出切振共作深松方式并设计了一种切振共作深松机。运用离散元软件对非振动深松机和切振共作深松机在相同参数下进行仿真。仿真结果显示，切振共作方式能够有效减少深松机的耕作阻力。通过单因素试验得到切振共作深松机的最佳作业速度区间为0.9～1.1 m/s，最佳振动频率区间为9～15 Hz；通过正交试验得出深松作业最佳参数为：作业速度0.96 m/s、耕作深度300.24 mm、振动频率11.43 Hz。为了测试切振共作深松机的实际减阻性能，结合仿真结果并参考深松作业最佳参数，设置拖拉机前进速度1.0 m/s，作业深度为300 mm，振动频率为9、12和15 Hz，进行田间试验。结果表明：在相同速度和耕深条件下，切振共作深松机相较于非振动深松机均有明显的减阻效果，耕作阻力降低15.43%～37.56%；功耗降低8.87%～32.32%，在振动频率为12 Hz时，减阻效果最佳，耕作阻力降低37.56%，功耗降低32.32%，土壤坚实度降低74.11%，土壤扰动系数为56.32%，深松深度为309 mm，深松深度稳定性系数为98.16%，深松深度及其稳定性符合行业标准。切振共作深松机减阻降耗效果明显，可为振动深松机的优化设计提供参考。

关键词：农业机械仿真丘陵山地深松机 EDEM

玉米大豆兼用腔盘组合孔式排种盘设计与充种性能试验

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农业机械学报 2024年第2期55卷 73-89页

作者：任定林刘涛夏守浩陈永新王韦韦李兆东安徽农业大学工学院合肥230036 安徽省智能农机装备工程研究中心合肥230036

针对玉米大豆带状复合种植条件下传统机械式排种器不易实现二者兼用精量排种要求、现有气力式排种器排种速度提高因型孔漏充存在漏播断条等问题,设计了一种具有腔盘组合孔结构的排种盘,分析确定了排种盘关键结构参数,构建了吸附过程和... 详细信息

针对玉米大豆带状复合种植条件下传统机械式排种器不易实现二者兼用精量排种要求、现有气力式排种器排种速度提高因型孔漏充存在漏播断条等问题,设计了一种具有腔盘组合孔结构的排种盘,分析确定了排种盘关键结构参数,构建了吸附过程和吸运过程力学模型。应用EDEM离散元仿真与台架试验相结合的方法进行了排种盘型式优选试验,结果得出:腔盘组合孔式排种盘具有提高充种室种群定向运移平均速度和增大拖拽充种角的作用,有效抑制了型孔漏充率。以安装优选种盘的玉豆兼用排种器为对象,以机组前进速度和工作负压为试验因素,以漏充率和充种合格率为试验指标,采用二因素全因子试验设计开展了充种性能试验,结果表明:当机组前进速度为4.0~7.0 km/h、工作负压在3.0~4.0 kPa时,玉米和大豆种子漏充率均小于3.6%、充种合格率均不小于96%。田间验证试验表明,在机组前进速度为4.0~7.0 km/h、工作负压为3.0~4.0 kPa条件下,腔盘组合孔式排种盘的排种器播种玉米和大豆漏充率分别不大于3.8%、4.2%;当工作负压为3.0 kPa、机组前进速度为7.0 km/h时,自扰动腔盘组合孔式排种盘相比无扰动平面排种盘,播种玉米和大豆漏充率分别下降14.8、12.6个百分点。

关键词：玉米大豆兼用腔盘组合孔气力盘式排种器充种性能

元宇宙环境下玉米免耕播种机作业机组仿真与试验

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农业机械学报 2024年第5期55卷 53-62页

作者：万玲胡培钰吴俊杰陈黎卿安徽农业大学工学院合肥230036 安徽省智能农机装备工程研究中心合肥230036

针对玉米免耕播种机研发周期长和研发成本高等问题,本文将元宇宙技术应用于玉米免耕播种机作业机组的仿真试验。基于元宇宙系统架构构建仿真平台,在元宇宙环境下,采用标线法和转换法对虚拟农场中场景进行高度还原,构建沉浸式玉米免耕播... 详细信息

针对玉米免耕播种机研发周期长和研发成本高等问题,本文将元宇宙技术应用于玉米免耕播种机作业机组的仿真试验。基于元宇宙系统架构构建仿真平台,在元宇宙环境下,采用标线法和转换法对虚拟农场中场景进行高度还原,构建沉浸式玉米免耕播种机驾驶平台并进行交互性能测试,验证沉浸式玉米免耕播种机驾驶平台交互性能。在此基础上,在不同行驶速度下进行播种性能仿真试验,当玉米免耕播种作业机组前进速度不断增大时,播种质量整体呈下降趋势,趋势接近实际田间试验结果,株距合格率大于88.52%、重播率小于6.97%、漏播率小于4.51%。试验结果表明,本文设计实现的元宇宙虚拟播种仿真平台能够用于玉米播种试验,对降低玉米免耕播种机研发成本、缩短玉米免耕播种机研发周期具有重要意义。

关键词：玉米免耕播种机作业机组元宇宙仿真试验

气吸双行错置式玉米密植精量排种器设计与试验

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农业机械学报 2024年第3期55卷 53-63页

作者：王韦韦宋岚洲石文兵魏德华陈永新陈黎卿安徽农业大学工学院合肥230036 安徽省智能农机装备工程研究中心合肥230036

针对大豆-玉米复合密植播种模式下传统气吸式排种器单行种盘高转速作业导致充种时间短、气流稳定性差,难以实现高速精量密植播种的问题,设计了一种气吸双行错置式玉米密植精量排种器,阐述了排种器结构与工作原理,对其工作过程及关键部... 详细信息

针对大豆-玉米复合密植播种模式下传统气吸式排种器单行种盘高转速作业导致充种时间短、气流稳定性差,难以实现高速精量密植播种的问题,设计了一种气吸双行错置式玉米密植精量排种器,阐述了排种器结构与工作原理,对其工作过程及关键部件进行理论分析,构建充种和投种环节的种子力学模型,确定排种盘内外环型孔排布、投种轮、气室等关键结构参数,并开展单、双气道内负压分布、型孔内气流场特性分析,基于DEM-CFD耦合方法对排种器的排种过程进行仿真分析,以作业速度、气室结构和负压为试验因素,充种合格指数、重充指数和漏充指数为评价指标,优选出最优气室结构。通过台架试验开展不同气吸式排种器排种性能对比试验。试验结果表明,在作业速度为5~10 km/h的高速密植工况下,气吸双行错置式密植精量排种器排种合格指数均大于88.7%,且作业速度为10 km/h时,相较于常用单圆环气吸式排种器合格指数提高5.5个百分点,漏播指数降低5.6个百分点;田间试验结果表明,在作业速度为5 km/h下,播种合格指数为95.7%,重播指数为1.6%,漏播指数为2.8%。提出的气吸双行错置式玉米密植精量排种器在高速作业时拥有良好的排种性能,能够满足大豆-玉米高速精量密植播种要求。

关键词：玉米双行错置式气吸式排种器 DEM-CFD 气室结构

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基于STM32的轮式水产监控车控制系统设计

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河北农业大学学报 2024年第2期47卷 119-125页

作者：杨佳敏张晨一席瑞谦任振辉河北农业大学机电工程学院河北保定071001 河北省丘陵山地农机装备技术创新中心河北无极052400

针对目前水产养殖监控装备自动化水平低、设备简陋等问题,设计了1套以STM32单片机为核心的轮式水产监控车控制系统。该系统由降压模块、无线通信模块、驱动模块等组成,其中驱动模块完成了监控车的行走、操作平台的升降及机械臂的伸缩等... 详细信息

针对目前水产养殖监控装备自动化水平低、设备简陋等问题,设计了1套以STM32单片机为核心的轮式水产监控车控制系统。该系统由降压模块、无线通信模块、驱动模块等组成,其中驱动模块完成了监控车的行走、操作平台的升降及机械臂的伸缩等功能。通过2.4G无线网络技术,将遥控推杆信号和按键信号发送至信号接收机,控制PWM波来改变驱动电机的电压值,实现了监控车的行走功能。利用霍尔传感器实时反馈监控车的行驶速度,采用专家PID算法进行车速调整,实现了监控车的平稳运行;利用电源正接状态和反接状态的相互切换,通过电动推杆实现了操作平台的升降功能;通过脉冲数调整步进电机的转速完成了机械臂的伸缩控制。现场测试结果表明:监控车行驶速度在8 cm/s至32 cm/s区间内电机转速相对稳定,操作平台升降高度能够达到1.2 m,机械臂向外伸出能够达到1.5 m,监控车控制系统性能稳定可靠,达到了设计要求。

关键词： STM32 水产监控车控制系统专家PID

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带月池驳船式浮式风力机水动力性能

上海交通大学学报 2024年第7期58卷 965-982页

作者：陈易人姚靳羽李明轩张新曙上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

参考Ideol-Floatgen相关设计,对带月池驳船式浮式风力机进行频域水动力性能研究,考虑了月池黏性阻尼的修正.首先对月池的共振模态进行分析,计算风力机在规则波下的水动力系数与不规则波下运动响应谱,并结合DNV相关规范对风力机的安全性... 详细信息

参考Ideol-Floatgen相关设计,对带月池驳船式浮式风力机进行频域水动力性能研究,考虑了月池黏性阻尼的修正.首先对月池的共振模态进行分析,计算风力机在规则波下的水动力系数与不规则波下运动响应谱,并结合DNV相关规范对风力机的安全性进行了评估.结果表明,在作业工况与生存工况下,浮式风力机的动态纵倾与机舱加速度均符合安全性要求.通过对驳船式浮式风力机运动与月池共振的耦合作用的研究,发现风力机的运动会引起月池活塞共振频率的偏移与活塞共振幅值的减小,晃荡共振的频率基本不受影响,但一阶晃荡共振的幅值会增大.与无月池驳船式浮式风力机相比,月池可以降低风力机整体的运动响应,提升风力机整体的水动力性能.对浮式风力机驳船式平台的边长、月池边长与平台吃水进行参数化分析,将风力机的纵荡、垂荡、纵摇响应均方根(RMS)值与机舱加速度响应RMS值作为对比的指标,发现平台边长的增加可以有效降低风力机在作业工况与生存工况下的4项响应RMS值;月池边长的增加可以大幅降低平台生存工况下的4项响应RMS值;平台吃水的增加可以显著降低风力机在作业工况下的4项响应RMS值,并提高生存工况下的垂荡与纵摇响应RMS值.

关键词：驳船式浮式风力机动力响应月池晃荡模态

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部分浸没充液无限长圆柱壳声辐射特性研究

船舶力学 2024年第1期28卷 144-153页

作者：王文涛王斌范军周富霖上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

本文旨在研究圆柱壳的浸没和充液对其声辐射特征的影响,为界面附近充液壳体目标声学性能的评估和测量提供理论依据和研究方法。通过有限元数值仿真方法计算得到半充液无限长圆柱壳辐射声压的频率-浸没深度谱和半浸没无限长圆柱壳辐射声... 详细信息

本文旨在研究圆柱壳的浸没和充液对其声辐射特征的影响,为界面附近充液壳体目标声学性能的评估和测量提供理论依据和研究方法。通过有限元数值仿真方法计算得到半充液无限长圆柱壳辐射声压的频率-浸没深度谱和半浸没无限长圆柱壳辐射声压的频率-充液高度谱,结果均呈现出两种明显的共振现象,分别由弯曲波和低阶流体附加波激发。根据相速度频散曲线推导出共振频率的预报公式,能够准确地预报辐射声场中出现的共振现象,可为系泊状态内部液舱结构振动声辐射线谱特征控制与评估提供理论支撑。

关键词：圆柱壳声辐射充液弹性波流体附加波