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星载迈克尔逊干涉仪扫描角镜装调工艺研究

宇航材料工艺 2024年第1期54卷 98-102页

作者：李松江希龙张迪李星赵亨北京空间机电研究所北京100094 北京市航空智能遥感装备工程技术研究中心北京100094

针对星载迈克尔逊干涉仪悬臂式扫描角镜组件装调维度多、装调精度高、检测困难等技术难点,提出了一种“向量解析+精密微动调整”方法,通过建立装调及检测基准、将角镜组件简化为空间点向量、采用“先法向后平面”的调整顺序、利用专用... 详细信息

针对星载迈克尔逊干涉仪悬臂式扫描角镜组件装调维度多、装调精度高、检测困难等技术难点,提出了一种“向量解析+精密微动调整”方法,通过建立装调及检测基准、将角镜组件简化为空间点向量、采用“先法向后平面”的调整顺序、利用专用精密微动装置等措施,实现了空间多自由度角镜组件的高精度调整,角镜顶点位置对称度装调后达到8μm,优于0.01 mm的设计指标要求,有效提高了装调精度,缩短了装调周期。

关键词：角镜组件空间悬臂精密微动装调工艺

深度语义分割网络无人机遥感松材线虫病变色木识别

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自然资源遥感 2024年第3期36卷 216-224页

作者：张瑞瑞夏浪陈立平丁晨琛郑爱春胡新苗伊铜川陈梅香陈天恩北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 国家农业智能装备工程技术研究中心北京100097 国家农业航空应用技术国际联合研究中心北京100097 南京市浦口区林业站南京211899 农芯(南京)智慧农业研究院有限公司南京211899

松材线虫病是危害我国林业资源的主要病害,研究深度语义分割网络无人机遥感技术可提高松材线虫病变色木识别准确率,为提升和保护林业资源质量提供技术支撑。该文以青岛崂山松林为研究区,通过固定翼无人机航拍获取区域无人机松材线虫病... 详细信息

松材线虫病是危害我国林业资源的主要病害,研究深度语义分割网络无人机遥感技术可提高松材线虫病变色木识别准确率,为提升和保护林业资源质量提供技术支撑。该文以青岛崂山松林为研究区,通过固定翼无人机航拍获取区域无人机松材线虫病疑似变色木影像,以全卷积网络(fully convolutional networks,FCN),U-Net,DeepLabV3+和OCNet 4种深度语义分割模型为研究对象,选用召回率(Recall)、精确率(Precision)、交并比(intersection over union,IoU)和F1值评估各模型分割精度。航拍飞行获得2688张无人机影像,通过手动标记和样本扩增生成训练样本28800个。4种网络均能够较好识别松材线虫病变色木,无显著误报,并且深度语义模型对颜色相近的地物,如岩石、黄色裸土等有较好的辨别结果。总体上,DeepLabV3+具有最高的变色木分割精度,IoU与F1值分别为0.711和0.829;FCN模型分割精度最低,IoU与F1值分别为0.699和0.812;DeepLabV3+训练耗时最低,达到27.2 ms/幅;FCN预测耗时最低,达到7.2 ms/幅,但分割变色木的边缘精度最低。以3种特征提取网络ResNet50,ResNet101和ResNet152为前端特征提取网络构建的DeepLabV3+模型变色木识别IoU值分别为0.711,0.702和0.702,F1值分别为0.829,0.822和0.820。DeepLabV3+比DeepLabV3网络具有更高的变色木识别精度,DeepLabV3网络变色木识别的IoU和F1值分别为0.701和0.812。DeepLabV3+模型在测试数据中具有最高变色木识别精度,特征提取网络ResNet网络深度对变色木识别精度影响较小。DeepLabV3+引入的编码和解码结构能够显著改进DeepLabV3分割精度,同时可获得详细的分割边缘,更有利于松材线虫病变色木识别。

关键词：无人机遥感变色木深度学习

典型饲用氨基酸的太赫兹光谱检测与密度泛函理论指认分析

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1269-1276页

作者：梁爽王莹赵文文张志勇岳健民李斌山西农业大学农业工程学院山西太谷030801 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 联想(北京)信息技术有限公司北京100085

为探索用于畜禽饲喂低蛋白日粮的典型氨基酸太赫兹波段指纹特性及其与分子结构相关性,本文基于太赫兹时域光谱技术和密度泛函理论(DFT)对蛋氨酸等6种饲用氨基酸开展了实验测量和理论振动计算分析。首先,制备了氨基酸实验样本,测量了它们... 详细信息

为探索用于畜禽饲喂低蛋白日粮的典型氨基酸太赫兹波段指纹特性及其与分子结构相关性,本文基于太赫兹时域光谱技术和密度泛函理论(DFT)对蛋氨酸等6种饲用氨基酸开展了实验测量和理论振动计算分析。首先,制备了氨基酸实验样本,测量了它们在0.5~2.0 THz的太赫兹吸收光谱,发现:蛋氨酸在1.48和1.54 THz、赖氨酸在0.95和1.67 THz、色氨酸在1.2和1.4 THz、苏氨酸在1.42 THz、组氨酸在1.4 THz、异亮氨酸在1.41和1.51 THz处呈现明显吸收特性;然后,利用GaussView软件构建了6种氨基酸单分子结构,应用DFT理论的B3LYP杂化泛函方法,结合6-311G(d,p)基组优化结构,计算获得其太赫兹波段的频谱特征,发现:蛋氨酸在1.51 THz、赖氨酸在0.89和1.68 THz、色氨酸在0.67和1.39 THz、苏氨酸在1.4 THz、组氨酸在1.4 THz、异亮氨酸在1.56和1.75 THz处有一定吸收,与实际实验测量吸收峰位基本吻合;最后,利用Gaussian软件分析了6种氨基酸在0.5~2.0 THz波段各吸收峰处的振动模式,发现:蛋氨酸1.51 THz处吸收峰源自其甲基团的面内摇摆振动;赖氨酸0.89和1.68 THz处吸收峰源自其羧基官能团的旋转和氨基官能团的面内摇摆振动;色氨酸1.39 THz处吸收峰源自其羧基官能团的面外弯曲振动;苏氨酸1.4 THz处吸收峰源自其羧基官能团的面外弯曲和氨基官能团的面内摇摆振动;组氨酸1.4 THz处吸收峰源自其氨基官能团的面内摇摆和整体摇摆振动;异亮氨酸1.56 THz处吸收峰源自其甲基团和氨基官能团的整体摇摆和羧基官能团的面外摇摆振动、1.75 THz处吸收峰源自其甲基团的整体摇摆和羧基官能团的面外摇摆振动。该研究为利用太赫兹光谱技术开展典型饲用氨基的快速定性定量研究提供理论参考。

关键词：低蛋白日粮氨基酸太赫兹密度泛函

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联合收获机轻量级数字孪生系统构建方法研究

农业机械学报 2024年第5期55卷 108-120页

作者：马博文刘孟楠尹彦鑫孟志军张宾张亚伟温昌凯张安琪中国农业大学工学院北京100083 智能农业动力装备全国重点实验室北京100097 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097

针对现有农机装备数字孪生系统开发难度大、配置要求高以及资源占用过高的问题,提出基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统构建方法,包含物理、虚拟、数据交互、模型计算以及人机交互等多个子系统的实现方法。基于数字孪生的技术特点... 详细信息

针对现有农机装备数字孪生系统开发难度大、配置要求高以及资源占用过高的问题,提出基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统构建方法,包含物理、虚拟、数据交互、模型计算以及人机交互等多个子系统的实现方法。基于数字孪生的技术特点和联合收获机的作业特性,设计了一种基于JavaScript语言的轻量级数字孪生系统框架。通过采用Solidworks和CMdevelopment kit工具进行数字孪生系统的模型轻量化处理及坐标系整合,实现了在不影响模型精度和功能的前提下,显著降低系统对硬件要求和内存占用量。以雷沃GM100型联合收获机为对象,开发基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统,为联合收获机孪生系统性能分析、实时监控、瞬时计算以及远程操纵提供联合仿真、分析以及验证平台。为验证数字孪生系统性能和功能,开展了孪生系统性能测试及油耗预测实验。实验结果表明,在数据更新频率20 Hz下,响应时间在78 ms以内,内存占用量在331 MB以内;性能测试中,系统在运行状态下CPU和GPU的平均占用率分别为17%和30%;即使在高强度操作下,系统帧率仍可保持在75.6 f/s;在正常作业下油耗预测模型平均误差为0.34 L/h,平均相对误差仅为2.51%。本系统提供了一种低成本、高效率的数字孪生轻量化构建方案。

关键词：联合收获机数字孪生轻量级运动逻辑建模齐次矩阵

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喷头雾化雾滴尺寸和速度的空间分布实验研究

农机化研究 2024年第1期46卷 159-167页

作者：李鑫鹏张瑞瑞唐青李龙龙丁晨琛陈立平广西大学机械工程学院南宁530004 清远市智慧农业农村研究院广东清远511520 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 国家农业智能装备工程技术研究中心北京100097

雾滴尺寸及其运动速度直接影响药液的着靶效果和农药利用效率。为研究喷头雾化区域雾滴尺寸和雾滴速度空间分布,选取空气诱导扇形喷头IDK120-03、万能型平面扇形喷头LU120-03和防飘移扇形喷头AD120-03等3种典型喷头,利用相位多普勒粒子... 详细信息

雾滴尺寸及其运动速度直接影响药液的着靶效果和农药利用效率。为研究喷头雾化区域雾滴尺寸和雾滴速度空间分布,选取空气诱导扇形喷头IDK120-03、万能型平面扇形喷头LU120-03和防飘移扇形喷头AD120-03等3种典型喷头,利用相位多普勒粒子干涉仪测量了所选喷头在不同压力下的雾滴尺寸和雾滴速度,建模分析了喷头雾化后雾滴尺寸和雾滴速度空间分布规律。结果表明:在雾滴尺寸分布中,IDK120-03、LU120-03和AD120-03各喷头中心垂直方向上雾滴尺寸与垂直距离无明显关系,雾滴尺寸随喷雾压力增加而减小,呈线性关系,线性系数在-0.85~-0.54之间,相关程度均在0.96以上;水平方向上雾滴尺寸随水平距离增加而增大,对雾滴尺寸与水平距离二次多项式拟合,相关程度平均在0.90以上;垂直和水平方向上,IDK120-03喷头雾滴尺寸最大、LU120-03喷头最小。在雾滴速度分布中,各喷头中心垂直方向上雾滴速度随垂直距离增加而减小,呈线性关系,线性系数在-0.14~-0.01之间,相关程度均在0.99以上;水平方向上各喷头雾滴速度随水平距离增加而减小,对雾滴速度与水平距离二次多项式拟合,相关程度平均在0.96以上,AD120-03喷头雾滴速度最大,IDK120-03喷头最小,LU120-03喷头雾滴速度降低最快,IDK120-03喷头雾滴速度降低最慢。喷头雾化雾滴尺寸和速度的空间分布的研究可为提高施药质量提供依据。

关键词：压力喷头雾滴尺寸雾滴速度相位多普勒粒子干涉仪

铁铝土泥浆包覆与淬灭强化荔枝木炭化物的碳固存率

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农业工程学报 2024年第13期40卷 214-221页

作者：校亮吴静华李文瀚李悦诗袁国栋肇庆学院广东省环境健康与资源利用重点实验室广东省水土污染管控与装备智能制造工程技术研究中心肇庆526061

生物质炭作为一种富碳多孔材料,具有固碳、减污和培肥等多重功效。基于当前限氧高温热裂解制炭技术及炭改性方法,该研究以亚热带地区常见的荔枝木为原材料、选取铁铝土制成泥浆,通过泥浆包覆和淬灭实现生物质“自限氧”和“水”淬灭,探... 详细信息

生物质炭作为一种富碳多孔材料,具有固碳、减污和培肥等多重功效。基于当前限氧高温热裂解制炭技术及炭改性方法,该研究以亚热带地区常见的荔枝木为原材料、选取铁铝土制成泥浆,通过泥浆包覆和淬灭实现生物质“自限氧”和“水”淬灭,探讨铁铝土泥浆在荔枝木炭化过程中的作用及其对炭质的影响机理。结果表明:铁铝土泥浆包覆和淬灭制得的荔枝木炭的碳含量和碳固存率最高,分别为83.5%和83.9%,较无包覆水淬灭炭品的碳含量和碳固存率提高了16.7和37.8个百分点。扫描电镜-能谱分析的结果表明,铁铝土泥浆包覆和淬灭生成的炭品的碳骨架结构规整且其表面有铁铝矿物负载。一方面,泥浆通过涂层包覆形成了包覆壳,以物理阻隔作用截留了碳(防止炭化物中的碳在持续燃烧中生成COX);另一方面,铁铝矿物在高温热裂解过程中与炭化物结合,形成了矿质(Fe/Al)-碳质复合体,实现了碳固存。研究可为生物质炭的制备提供新的便捷、廉价的技术思路,以生物质就地炭化和应用的碳负排放方案助力碳中和。

关键词：生物质炭包覆碳固存率铁铝土泥浆淬灭荔枝木

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小麦联合收获机双层割刀割台设计与试验

河南农业大学学报 2024年

作者：何勋魏文贺陈旭袁玲合兰明明王万章河南农业大学机电工程学院河南省农业精准作业技术与装备工程研究中心河南省低碳农业智能装备工程技术研究中心

【目的】针对黄淮海南部地区使用的联合收获机作业效率低、脱分系统能耗高的问题，为实现小麦留低茬收割，在原有机型基础上通过加装下层割刀方式设计了双层割刀割台。【方法】该割台上层割刀与下层割刀相对高度在30～190 mm内调节，可... 详细信息

【目的】针对黄淮海南部地区使用的联合收获机作业效率低、脱分系统能耗高的问题，为实现小麦留低茬收割，在原有机型基础上通过加装下层割刀方式设计了双层割刀割台。【方法】该割台上层割刀与下层割刀相对高度在30～190 mm内调节，可在一次切割与二次切割作业之间进行功能转换。为优化下层割刀切割作业参数进行了台架与田间试验研究。以降低切割功耗为优化目标，以小麦茎秆喂入速度、割刀平均切割速度、茎秆喂入角度、茎秆切割部位为试验因素，开展了小麦茎秆切割力学特性台架试验；以联合收获机行进速度、拨禾轮转速、拨禾轮高度、上层割刀切割部位为试验因素，设定割茬高度目标值为100 mm，以割台损失率、油耗量为评价指标进行了样机田间试验。【结果】田间试验结果表明，在联合收获机行进速度为5.6 km·h-1、拨禾轮转速为44.0 r·min-1、拨禾轮高度为850 mm、上层割刀切割部位为小麦生长高度的380 mm处最优工作参数组合条件下，割茬高度平均值为108 mm，割茬高度变异系数为1.37，割台损失率平均值为0.35%，油耗量为40.6 L·hm-2。【结论】对比试验发现，配置下层割刀后，整体功耗并未增加且降低14.1%，该研究为推进小麦秸秆综合利用和低碳农业装备技术发展提供技术参考。

关键词：小麦收获割台设计双层割刀切割试验切割功耗割台损失率

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制种玉米去雄无人机旋切装置设计与试验

农业机械学报 2024年第4期55卷 53-63页

作者：陈立平欧鸿张瑞瑞丁晨琛伊铜川海锦辉广西大学机械工程学院南宁530004 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097

针对制种玉米母本植株由地面去雄机械去雄后存在遗漏雄穗及机械化补漏去雄装备缺乏等问题,提出了一种适配四旋翼无人机的旋切装置。基于去雄无人机作业特点与稳定性影响因素,分析了刀具切割雄穗时的受力及其对无人机反扭力矩的影响,并... 详细信息

针对制种玉米母本植株由地面去雄机械去雄后存在遗漏雄穗及机械化补漏去雄装备缺乏等问题,提出了一种适配四旋翼无人机的旋切装置。基于去雄无人机作业特点与稳定性影响因素,分析了刀具切割雄穗时的受力及其对无人机反扭力矩的影响,并轻量化设计了旋切装置总体结构,确定了旋切装置的旋切范围为44~150 mm,可展范围为541~1318 mm,总质量为4.03 kg。通过旋切部件切割建模与仿真,选取了竖直进给切割的旋切方式,并由台架试验得到了旋切装置切割反扭力矩最小时的最优参数组合。在上述基础上将旋切装置与无人机集成开展田间试验。研究表明,当旋切转速3954 r/min、竖直进给速度5.9 mm/s、刀具刃角32°时,旋切装置单位切割力为10.54 MPa,能完全切除雄穗,去雄无人机田间叶片损伤率为14.58%,高度波动率为1.88%,满足制种玉米去雄要求。

关键词：制种玉米去雄无人机进给切割旋切装置

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植物基纳米纤维素在食品3D打印中的应用

中国食品学报 2024年第2期24卷 327-343页

作者：徐博马涛户昕娜卢舒瑜宋弋中国农业大学食品科学与营养工程学院北京100083 国家果蔬加工工程技术研究中心北京100193 农业农村部果蔬加工重点实验室北京100193

3D打印技术通过逐层添加物料的方式实现特定结构物体的快速成型,可根据需求实现对原料组成和成品空间结构的个性化定制,在食品领域具有广阔发展潜力。大多数食品原料不具备可打印性,这制约了用于3D打印的食品原料的来源和种类,限制了3D... 详细信息

3D打印技术通过逐层添加物料的方式实现特定结构物体的快速成型,可根据需求实现对原料组成和成品空间结构的个性化定制,在食品领域具有广阔发展潜力。大多数食品原料不具备可打印性,这制约了用于3D打印的食品原料的来源和种类,限制了3D打印技术在食品行业的应用规模。植物基纳米纤维素来源广泛,具有优异的机械性能和流变特性,能够增强物料的可打印性,是3D打印的理想原料。明确植物基纳米纤维素的功能特点,制备的3D打印墨水特性以及在食品3D打印中应用现状,对充分利用新兴加工技术和新食品原料尤为重要。本文重点介绍植物基纳米纤维素结构特点及与3D打印相适应的功能特性,包括高机械强度,易表面改性,适于打印的流变特性以及较好的生物安全性。在分析凝胶和乳液两种形式的植物基纳米纤维素打印墨水特性和用途的基础上,总结其在食品添加剂、食品包装材料、食品新鲜度指示器、功能物质载体等相关食品领域的应用现状,并展望未来制备新兴功能食品和智能食品包装的前景,以期为相关技术发展提供参考。

关键词：纳米纤维素 3D打印食品加工应用进展

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