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空间特性光谱反演及对户外光谱修正的可行性研究

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 336-346页

作者：高峰徐嘉翊罗华平塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300 自治区教育厅普通高等学校现代农业工程重点实验室新疆阿拉尔843300

户外高光谱探测可以快速获取样品的光谱信息,但受环境光线和样品二向反射特性的影响,采集到的光谱并不能准确反映样品的真实信息,对户外探测精度有一定影响。为了提高户外高光谱探测精度,提出了一种使用空间特性光谱对户外光谱进行修正... 详细信息

户外高光谱探测可以快速获取样品的光谱信息,但受环境光线和样品二向反射特性的影响,采集到的光谱并不能准确反映样品的真实信息,对户外探测精度有一定影响。为了提高户外高光谱探测精度,提出了一种使用空间特性光谱对户外光谱进行修正的方法,以冬枣、红提、小白杏为研究对象,使用Walthall、Shibayama、Ross-li、Roujean与Rahman这5种BRDF模型反演3种果品的空间特性光谱,利用反演的空间特性光谱对户外光谱进行修正,之后分别建立暗室光谱、户外光谱与修正光谱的品质预测模型。反演结果表明:3种果品的空间特性光谱均有较好的反演效果,反演误差从低到高依次为冬枣、小白杏、红提,平均决定系数R2分别为0.957、0.947、0.927,平均误差分别为3.56%、4.90%、8.23%;5种BRDF模型中,Walthall模型的反演效果最佳,平均决定系数R2与误差分别为0.949、5.33%,Ross-li模型的反演效果最差,平均决定系数与误差分别为0.934、6.05%。户外光谱修正结果表明:户外光谱经过修正后噪声减少,光谱更为平滑,且光谱趋势与暗室光谱一致,受反演效果影响,冬枣光谱的修正效果最佳,而红提与小白杏的修正光谱中噪声较多。品质预测模型结果表明:3种果品的品质预测模型预测效果差异较大,从高到低依次为冬枣、小白杏、红提,可能与3种果品的品质不同有关;5种BRDF模型得到的修正光谱所建立的模型预测效果不同,但无显著差异;预测模型中,使用暗室光谱建立的预测模型最优,修正光谱建立的模型预测能力优于户外光谱建立的模型,表明户外光谱经过修正后模型预测能力得到提升。BRDF模型能够较好地反演果品的空间特性光谱,修正后的光谱与暗室光谱较为接近,修正光谱建立的模型优于户外光谱建立的模型,表明使用空间特性光谱对户外光谱进行修正的方法是可行的,可为提高户外无损检测的精度提供一种新的思路。

关键词：二向反射分布函数空间特性光谱光谱反演修正可行性研究

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阿拉尔耕地沙土与65Mn摩擦行为的研究

表面技术 2024年第7期53卷 85-95页

作者：姚强韩晓蕊郭展宏潘鹏张有强塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300 新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室新疆阿拉尔843300

目的探究阿拉尔耕地沙土与65Mn的摩擦学行为,为高速犁结构设计、优化和材料选择提供理论基础。方法采用摩擦磨损试验机,选择土壤含水率、平均粒径、载荷、转速和摩擦时间等5个参数进行单因素多水平试验,研究沙土对65Mn的摩擦行为,并对... 详细信息

目的探究阿拉尔耕地沙土与65Mn的摩擦学行为,为高速犁结构设计、优化和材料选择提供理论基础。方法采用摩擦磨损试验机,选择土壤含水率、平均粒径、载荷、转速和摩擦时间等5个参数进行单因素多水平试验,研究沙土对65Mn的摩擦行为,并对各因素水平下金属磨损形貌进行分析。结果随着含水率的增加,土壤黏附力和润滑水膜的厚度增大,摩擦因数减小,磨损量呈二阶抛物线规律;随着平均粒径的增加,微观接触面积减小,摩擦因数、磨损量与粒径呈负相关;随着载荷的增加,磨料挤压嵌入金属表面,使得微观切削量增加,摩擦因数呈小幅上升趋势,磨损量呈大幅上升趋势;随着转速的增加,摩擦因数、磨损量变化较缓和;随着摩擦时间的增加,因热量的累积,摩擦因数和磨损量呈上升趋势,土壤与金属的摩擦逐渐演变为土壤之间的摩擦。分析磨损形貌发现,65Mn金属磨损表面始终伴随着磨料磨损造成的犁沟、疲劳和剥落,还发现了腐蚀磨损造成的裂纹,表面金属材料被腐蚀成金属盐结晶体,2种形式的磨损交互影响,加剧了65Mn的磨损。结论方差分析表明,与土壤含水率、载荷、转速相比,平均粒径和摩擦时间对沙土与65Mn的摩擦因数的影响较大,平均粒径对65Mn的磨损的影响最大。

关键词：沙土 65Mn 摩擦因数磨料磨损单因素方差分析

棉纤维股线与303钢线接触摩擦磨损行为分析

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表面技术 2024年第9期53卷 148-157页

作者：刘园玲王红飙陈春晖马承诺王一飞张有强塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300 新疆维吾尔自治区教育厅普通高等学校现代农业工程重点实验室新疆阿拉尔843300

目的探究棉纺织加工过程中棉纱线对金属表面的摩擦磨损行为。方法通过线接触摩擦磨损试验,分析加载力、预加张力、速度和棉纱线股数等因素对金属表面摩擦磨损性能的影响,采用3D表面轮廓仪表征金属表面形貌随磨损时间的变化特征,基于Arch... 详细信息

目的探究棉纺织加工过程中棉纱线对金属表面的摩擦磨损行为。方法通过线接触摩擦磨损试验,分析加载力、预加张力、速度和棉纱线股数等因素对金属表面摩擦磨损性能的影响,采用3D表面轮廓仪表征金属表面形貌随磨损时间的变化特征,基于Archard磨损模型对磨损量进行预测。结果在加载力相同时,棉纱线股数越多,摩擦因数越小;在相同股数下,预加张力对摩擦因数的影响小于加载力,速度对摩擦因数的影响较小。金属表面磨痕深度随着磨损时间的延长而增加,最大磨痕深度为23.158μm,磨损量随着磨痕体积的增大而增加。与磨损24h时相比,在48h时金属磨损严重,磨损量增大了71%;相较于其他磨损时间段,在96 h时磨损量变化较小。在磨损阶段,磨痕面积的变化规律与磨痕体积相似,均与磨损时间呈正相关。在磨损时长达到120 h后,非直接接触区域会发生链式反应,导致损伤面积不断扩大。结论在连续摩擦条件下,棉纱线会对金属表面造成损伤,基于Archard磨损模型的预测结果与试验结果较为一致。

关键词：棉纱线摩擦磨损加载力磨损形貌磨损量

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新疆单根长绒棉纤维力学特性及断裂形态分析

纺织学报 2024年第2期45卷 36-44页

作者：马承诺姜开翔陈春晖刘园玲张有强塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300 塔里木大学新疆维吾尔自治区教育厅普通高等学校现代农业工程重点实验室新疆阿拉尔843300

针对新疆长绒棉在机采及加工过程中受到机械拉伸导致纤维断裂损伤的问题,首先,通过试验分析纤维直径、试样长度和拉伸速度对单根长绒棉纤维力学特性和形态变化的影响规律;其次,通过响应面法分析并建立3种因素交互作用的响应面回归模型,... 详细信息

针对新疆长绒棉在机采及加工过程中受到机械拉伸导致纤维断裂损伤的问题,首先,通过试验分析纤维直径、试样长度和拉伸速度对单根长绒棉纤维力学特性和形态变化的影响规律;其次,通过响应面法分析并建立3种因素交互作用的响应面回归模型,得到3种因素交互作用对单根长绒棉纤维力学特性的影响规律;最后,借助扫描电子显微镜对不同断裂方式的棉纤维断口形貌进行观察与分析。结果表明:当试样长度和拉伸速度一定时,随着单根长绒棉纤维直径的增大,断裂强力逐渐减小,纤维表面形态变化差异较大;当纤维直径一定时,单根长绒棉纤维断裂强力随着拉伸速度的增大而增大,随着试样长度的增加而减小;单根长绒棉纤维力学特性不仅受上述3种因素的单一影响,受其交互作用的影响也较为显著,影响顺序依次为纤维直径、拉伸速度、试样长度;在低载荷下,单根长绒棉纤维断裂伸长率与拉伸速度没有较大关系,但其随试样长度的增加而增加;新疆单根长绒棉纤维在拉伸过程中力学特性曲线表现为直接断裂和逐渐断裂2种类型,主要原因依赖于棉纤维初始形态和缺陷程度,其拉伸形态变化归纳为纵向微原纤分裂且在纤维内传播,断裂方式具有直接断裂、轴向撕裂、扭转断裂和纤维丝间滑移。

关键词：单根长绒棉纤维力学特性断裂机制断口形貌新疆棉

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温室环境控制方法现状分析及发展研究

中国农机化学报 2024年第4期45卷 58-65页

作者：伏俊伟贺小伟王旭峰刘金秀朱冠三李敏塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300 新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室新疆阿拉尔843300

温室通过创造适宜的种植条件有效地提高农业资源利用率,在农业生产中的地位日趋重要。温室气候变化是一种多因子高度耦合的非线性过程,易受外部气候环境干扰,进而影响整个控制系统的稳定性,如何稳定、高效、智能地控制温室内气候变量是... 详细信息

温室通过创造适宜的种植条件有效地提高农业资源利用率,在农业生产中的地位日趋重要。温室气候变化是一种多因子高度耦合的非线性过程,易受外部气候环境干扰,进而影响整个控制系统的稳定性,如何稳定、高效、智能地控制温室内气候变量是当前亟待解决的实际问题。通过总结国内外温室环境控制方法研究现状,分别从模糊控制、解耦控制、节能控制、神经网络4个方面着手,阐述现阶段主流温室智能控制方法应用现状与优缺点,发现当前温室环境控制因素单一、能源利用效率低、控制模型动态调整能力差等问题;提出未来温室环境控制应实现系统多变量控制、控制的可持续性和节能性、控制模型优化、农艺与环境控制相结合等建议,以期为温室农业的健康发展与精细化管理提供参考和指导。

关键词：温室环境控制方法智能控制农艺精细化管理

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基于可见/近红外光谱与化学计量学的杏品种无损鉴别方法

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 44-51页

作者：高峰邢雅阁罗华平张远华郭玲塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300 自治区教育厅普通高等学校现代农业工程重点实验室新疆阿拉尔843300 塔里木大学园艺与林学学院新疆阿拉尔843300 新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室新疆阿拉尔843300

新疆南疆是全国杏种植面积最大的地区,杏品种繁多。在杏果品市场中,不同品种杏的品质和价格差异较大,以次充好、品质参差不齐等现象严重制约了新疆杏果业的发展。为探究利用可见/近红外光谱快速检测杏品种的可行性,基于样品的可见/近红... 详细信息

新疆南疆是全国杏种植面积最大的地区,杏品种繁多。在杏果品市场中,不同品种杏的品质和价格差异较大,以次充好、品质参差不齐等现象严重制约了新疆杏果业的发展。为探究利用可见/近红外光谱快速检测杏品种的可行性,基于样品的可见/近红外光谱与化学计量学方法,对新疆南疆地区的6个品种杏进行定性判别分析,建立一种杏品种的无损鉴别方法。采用光谱仪采集6个品种杏(“黄杏”、“橄榄杏”、“小白杏”、“小米杏”、“库买提杏”、“小吊干杏”)在350~1 000 nm(VIS/NIR)和1 000~2 500 nm(NIR)两个范围内的光谱数据,去除原始光谱首端的噪声后,对保留的光谱使用Savitzky-Golay(SG)卷积平滑和多元散射校正(MSC)处理以消除光谱存在的干扰信息,采用主成分分析(PCA)、竞争性自适应重加权算法(CARS)、随机蛙跳(RF)、连续投影算法(SPA)对原始光谱降维,结合线性判别法(LDA)、朴素贝叶斯(NB)、 K最近邻(KNN)和支持向量机(SVM)对全光谱和降维后光谱建模对比。结果表明:基于全光谱数据建立的模型有较为准确的分类结果,在VIS/NIR范围,SVM模型分类正确率为95.7%, NIR范围内,LDA模型分类正确率为97.8%;采用PCA、 CARS-SPA、 RF-SPA与SPA方法对光谱数据降维后,模型仍能保持较高的分类精度,在VIS/NIR范围,PCA-LDA模型的分类正确率为97.8%, NIR范围内,RF-SPA-LDA模型的分类正确率高达95.7%。不同模型的结果表明,VIS/NIR范围内的模型分类效果优于NIR范围内模型;4种降维方法中,PCA方法降维效果最优;4种分类器中,LDA与SVM模型的正确率高于NB与KNN模型,更适用于杏品种的鉴别。结果表明,基于VIS/NIR范围光谱结合主成分分析和线性判别法可以实现杏品种的快速无损鉴别,为杏果实的在线分拣鉴定提供了新途径。

关键词：可见光光谱近红外光谱化学计量学杏品种鉴别

自分级挤压式核桃破壳机关键部件作业参数优化与试验

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中国农机化学报 2024年第4期45卷 85-92页

作者：刘华龙曾勇张宏塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300 新疆维吾尔自治区教育厅普通高等学校现代农业工程重点实验室新疆阿拉尔843300

通过分析不同作业参数对自分级挤压式核桃破壳机破壳性能的影响规律,优化关键部件的作业参数,提高破壳性能。以核桃在辊板间的运动学分析为基础,确定影响核桃破壳取仁的关键因素为破壳角度和轧辊转速,并以破壳率、整仁率和能耗为试验指... 详细信息

通过分析不同作业参数对自分级挤压式核桃破壳机破壳性能的影响规律,优化关键部件的作业参数,提高破壳性能。以核桃在辊板间的运动学分析为基础,确定影响核桃破壳取仁的关键因素为破壳角度和轧辊转速,并以破壳率、整仁率和能耗为试验指标,开展两因素五水平二次正交旋转中心组合试验。利用Design-Expert软件进行数据分析,建立各因素和试验指标之间的回归模型并进行方差分析,得到影响破壳率、整仁率和能耗的主次因素。利用响应面法分析两个因素的交互作用,根据优化目标的重要程度对回归模型进行多目标优化。试验结果表明:最优工作参数组合为破壳角度0.47°,轧辊转速108 r/min,在此条件下,得出破壳率为97.24%,整仁率为92.03%,能耗为1.88 kJ/kg,验证试验结果与模型预测值相对误差小于5%。品种适应性试验结果表明:最优工作参数对3个品种核桃(温185、新温179、扎343)的适应性较佳,表现为破壳率均大于96%,整仁率均大于90%,能耗均小于2 kJ/kg。为相关破壳取仁设备改进与优化以及不同品种核桃破壳加工参数的选取提供理论参考。

关键词：核桃破壳机参数优化响应面法

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落地红枣气吹集条装置参数试验研究

农机化研究 2024年第1期46卷 168-176页

作者：申玉珂张凤奎石必坚李锦锦邵文晰李平塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300 新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室新疆阿拉尔843300

落地红枣在捡拾前进行集条可提高红枣收获机的捡拾效率。为探究气吹集条作业时最好的工作参数,设计了一种落地红枣气吹集条试验装置,主要由机架、风力调节机构、吹嘴调整机构及脚轮组成。以集条率为考察指标,以作业前进速度、吹嘴出口... 详细信息

落地红枣在捡拾前进行集条可提高红枣收获机的捡拾效率。为探究气吹集条作业时最好的工作参数,设计了一种落地红枣气吹集条试验装置,主要由机架、风力调节机构、吹嘴调整机构及脚轮组成。以集条率为考察指标,以作业前进速度、吹嘴出口风速、吹嘴距地高度和吹嘴旋转角度为影响因素,通过单因素试验探究各因素对集条率的影响规律和合适的水平范围,并设计正交试验通过极差分析、方差分析和试验验证确定气吹集条的最优参数组合。单因素试验结果表明:吹嘴出口风速与集条率成正相关,吹嘴旋转角度、作业前进速度与集条率成负相关,吹嘴距地高度与集条率呈现波动关系,在10cm时集条率最高。正交试验结果表明:4个影响因素均为显著因素,各个因素影响集条率的主次顺序为吹嘴出口风速>吹嘴旋转角度>作业前进速度>吹嘴距地高度。同时,确定落地红枣集条的最佳参数组合为作业前进速度1.5km/h、吹嘴出口风速80m/s、吹嘴旋转角度为15°、吹嘴距地高度为15cm,该组合集条率为98.84%。

关键词：落地红枣气吹集条单因素试验正交试验

咸淡水轮灌对设施番茄光合特性及叶片超微结构的影响

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中国农业科学 2024年第19期 3784-3798页

作者：辛朗宋嘉雯付媛媛唐茂淞敬凌琨王兴鹏塔里木大学水利与建筑工程学院/自治区教育厅普通高等学校现代农业工程重点实验室/塔里木绿洲农业教育部重点实验室农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室中国农业科学院西部农业研究中心

【目的】阐明咸淡水轮灌对设施番茄叶片超微结构及光合特性的影响机理，有利于优化设施番茄咸水灌溉调控策略。【方法】以当地常规番茄品种“明珠”为材料，2022—2023年在南疆地区温室内开展为期两年的番茄咸淡水轮灌试验，试验设置4... 详细信息

【目的】阐明咸淡水轮灌对设施番茄叶片超微结构及光合特性的影响机理，有利于优化设施番茄咸水灌溉调控策略。【方法】以当地常规番茄品种“明珠”为材料，2022—2023年在南疆地区温室内开展为期两年的番茄咸淡水轮灌试验，试验设置4个处理，分别为W1（咸水、淡水，轮灌4次），W2(2次咸水、2次淡水，轮灌2次)，W3(2次淡水、4次咸水、2次淡水，轮灌1次)，全淡水灌溉为对照处理（CK）,3种咸淡水轮灌模式的灌水量与CK一致。主要探讨咸淡水轮灌产生的盐碱胁迫对设施番茄叶片超微结构、叶绿素含量、气孔特征、气体交换参数及产量的影响。【结果】在咸淡水轮灌条件下，番茄叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）等光合参数，以及叶片水分利用效率（WUE）均显著下降，气孔因素和非气孔因素在限制叶片气体交换过程中起关键性作用；番茄叶片不仅通过减小单个气孔开度来快速适应盐碱胁迫，且能经过长期的气孔分化和发育过程调控气孔密度和气孔形状，以此提高气体交换效率。与CK处理相比，W1、W2及W3处理的叶片气孔密度，分别增加22.8%、43.07%和13.8%，气孔宽度分别减小54.6%、77.8%和13.7%。受土壤盐分胁迫影响，相较于CK处理，W1、W2处理番茄叶片叶绿体基粒片层结构被破坏，叶绿素含量分别减少6.2%、11.8%，净光合速率降低16.3%、26.2%，产量降幅达45.3%、52.5%，且最大叶面积指数比同期CK处理分别低20.8%、27.5%。W3处理的番茄叶片叶肉细胞结构相对完整，叶绿素含量和光合作用效率维持在较高水平，产量及其构成因素与CK差异不显著，其中平均单果质量增加6.5%、果茎增大6.0%、产量略提高0.7%。【结论】综合番茄生理变化和产量分析，在番茄开花结果期—果实膨大期灌溉咸水，其他生育阶段采用淡水灌溉，减缓了咸水灌溉对番茄生长造成的不利影响，W3处理可推荐可作为南疆地区设施番茄咸淡水协同利用的灌溉方式。

关键词：番茄(Solanum lycopersicum L.) 咸淡水轮灌叶片超微结构光合效应产量