科研产出
小麦秸秆覆盖量对坡面流水动力学特性影响
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为系统研究小麦秸秆覆盖量对坡面流水动力学特性的影响，采用室内定床模拟试验，探究在不同流量（3.0、4.5、6.0、7.5、9.0 L/min）和坡度（3°、5°、10°、15°）下，坡面流水动力参数随秸秆覆盖量（0、1.5、2.5、3.5、4.5 t/hm~2）的变化特征。结果表明：1)秸秆覆盖显著影响坡面流流型，在不同流量和坡度下，无秸秆覆盖时坡面流型均为急流，而在秸秆覆盖条件下，坡面流型均变为缓流。当流量≤7.5 L/min时，流态均为层流，当流量＞7.5 L/min时，流态均为过渡流。2)随着秸秆覆盖量的增加，坡面流流速分别较裸坡降低了47.85%、53.86%、57.69%、60.11%。3)不同覆盖量下，坡面流流态指数随坡度的变化规律不一致。覆盖量≤2.5t/hm~2时，随坡度的增加，流态指数呈先增后减的变化趋势，覆盖量＞2.5 t/hm~2时，流态指数随坡度的增加而逐渐减小。4)不同覆盖量下，坡面流阻力系数随坡度的变化规律不一致。秸秆覆盖坡面阻力系数是裸坡的9.36～19.68倍。低覆盖量下（≤2.5t/hm~2）阻力系数在10°坡度达最大值，高覆盖量下（≥3.5 t/hm~2），阻力系数整体上随坡度的增加而增加。该研究可为不同秸秆覆盖量下坡面水蚀过程的动力学机制提供科学依据。
关键词： 土壤 侵蚀 水动力参数 坡面流 秸秆覆盖量 定床试验 黄土高原坡耕地
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除草机器人自适应快速积分终端滑模跟踪控制技术
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：智能除草机器人在草坪作业时，易受到外界扰动以及系统不确定性的影响，从而导致轨迹跟踪收敛时间长以及跟踪效果差等问题。因此，设计一种面向轨迹跟踪的自适应快速积分终端滑模控制算法。首先，考虑驱动轮动力学特性以及未建模误差、外界干扰、动静摩擦等不确定性因素，建立除草机器人的动力学模型。然后基于所建立的动力学模型，设计自适应快速积分终端滑模控制器。所提出的控制器结合了快速终端滑模、积分滑模和自适应估计技术的优点，能够实现期望的跟踪性能并抑制控制信号抖动。同时，在不需要明确系统不确定性和外界干扰上界的情况下，可以通过所设计自适应估计项进行实时补偿，提高系统的鲁棒性。最后，通过仿真和试验验证了该方法的有效性。试验结果表明，所设计的控制器能够使跟踪误差在有限时间内快速收敛，并且横向误差绝对值不超过0.097 9 m,纵向误差绝对值不超过0.102 6 m,航向角误差绝对值不超过0.057 8 rad,保证除草机器人准确跟踪作业路径，同时具有较强的鲁棒性。
关键词： 除草机器人 轨迹跟踪 动力学模型 自适应估计 快速积分终端滑模
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基于虚拟探照灯的离合制动履带底盘寻径跟踪
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：油动履带底盘由于具有成本低、技术成熟、动力充足、续航能力强、维修便捷等特点而被广泛应用于农业生产，但其操控精度低、振动严重等问题对其应用造成挑战。该研究以农用油动履带底盘为对象，根据共性传动结构提出离合制动式履带底盘，并以STM32F303作为主控器搭建基于实时动态差分全球导航卫星系统（real-time kinematic global navigation satellite system,RTK-GNSS）的自动导航系统，建立其运动学模型，提出一种改进模糊式预瞄控制算法—虚拟探照灯寻径跟踪（virtual searchlight pathfinding tracking,VSPT）算法。针对横向偏差和速度变化引起的跟踪振荡问题，提出基于横向偏差指数的视域角动态调整方法和基于行驶速度的虚拟目标点判断方法，并通过仿真和试验验证算法的有效性。仿真结果表明，在底盘前进速度0.4 m/s时，横向偏差指数λ、视域增益k_1和目标增益k_2取值分别为1/4,0.005 rad·m和6 s~(-1)时可获得较好的导航效果。现场试验结果表明，在水泥路面，不同初始位姿下，直线导航平均上线距离为1.64 m，平均横向偏差和航向偏差为0.44 cm和1.57°；行驶速度提高会导致导航精度降低，适当修正k_1、k_2可维持较好的导航效果，3种行驶速度下获得的平均横向和航向偏差分别为0.75 cm和1.05°，平均纠偏次数为4.7次；田间路况下，由于土路附着系数增加，转向相对平稳，纠偏次数降低至2.7次，相同参数时2种路况下的导航效果接近。研究表明，VSPT算法针对离合制动式履带底盘具有良好的跟踪效果和路况适应性，该研究可为离合制动履带平台提供一种高效、稳定的导航控制方案。
关键词： 精准农业 车辆 导航 RTK-GNSS 履带底盘 控制算法
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基于不同颜色模型定量预测永川秀芽在制品含水率
《食品科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为定量预测永川秀芽在制品的含水率,基于不同颜色模型探究在制品的色泽变化,并结合偏最小二乘(partial least square,PLS)法建立含水率的定量预测模型.结果表明:在永川秀芽初制过程中,在制品的红绿度、蓝色通道均值增高,含水率和亮度、黄蓝度、红色通道均值、绿色通道均值、色调均值等15个颜色模型分量降低,即色泽表现为变暗、变黄;通过热图与聚类分析,可将在制品分为2个大类、4个亚类,且理条工序对在制品含水率、色泽的影响最为显著;利用17个颜色模型分量和PLS方法建立了含水率的定量预测模型,以校正集相关系数(Rc)、交互验证均方根误差(root-mean-square error of cross-validation,RMSECV)、预测集相关系数(Rp)、预测均方根误差(root-mean-square error of prediction,RMSEP)、相对分析误差(relative percent deviation,RPD)为评价指标.模型的Rc、Rp、RMSECV、RMSEP分别为0.979、0.980、0.044 7、0.044 3.RMSECV、RMSEP的差值仅为0.000 4,且RPD达到5.04,表明模型具有极好的预测能力和泛化能力,为实现永川秀芽在制品含水率的在线监测提供了一种新方法.
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不同成熟阶段柠檬果皮挥发物和酚类成分分析
《食品科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究柠檬果皮香气和酚类成分在不同成熟阶段的变化特点,以抗病品种香水柠檬和泰吹柠檬不同成熟阶段果皮为材料,采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱法分析其挥发物成分,高效液相色谱法测定其酚类成分.结果表明:2个品种柠檬果皮中共检测到86种挥发性成分,以萜烯类、醛类和醇类为主,香水柠檬果皮中倍半萜和醛类含量较高,泰吹柠檬果皮中单萜和醇类含量较高.香水柠檬果皮中单萜、倍半萜、醛类的含量在成熟期间发生显著变化,其中单萜、倍半萜含量均呈先下降后上升再下降的趋势,醛类含量呈上升趋势;泰吹柠檬果皮中单萜、醇类和醛类的含量在成熟期间发生显著变化,3类香气物质的含量均呈先下降后上升的趋势.根据香气成分的香气值,香水柠檬和泰吹柠檬果皮中分别鉴定出26种和22种特征香气成分.在整个发育期中,对香水柠檬香气贡献最大的特征香气成分为癸醛、十二醛、香叶醛、芳樟醇和橙花醛,对泰吹柠檬香气贡献最大的特征香气成分为癸醛、芳樟醇、香茅醛、β-月桂烯和乙酸香茅酯.香水柠檬和泰吹柠檬果皮中分别检出12种和15种酚类物质,2个品种柠檬果皮中酚酸总量无显著差异,泰吹柠檬果皮中类黄酮总量显著高于香水柠檬,其中泰吹柠檬果皮中多甲氧基黄酮总量为香水柠檬的20.94~118.75倍.果实成熟对香水柠檬和泰吹柠檬果皮中酚酸总量和类黄酮总量有显著影响,随成熟度提高,2个品种酚酸总量和类黄酮总量均呈下降趋势.研究结果为柠檬果实资源的利用和抗病种质创新提供支撑.
关键词： 柠檬;成熟阶段;挥发物;酚类成分
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基于Faster R-CNN网络的茶叶嫩芽检测
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为有效识别茶叶嫩芽提高机械采摘精度、规划采摘路线以避免伤害茶树,针对传统目标检测算法在复杂背景下检测精度低、鲁棒性差、速度慢等问题,探索了基于Faster R-CNN目标检测算法在复杂背景下茶叶嫩芽检测方面的应用.首先对采集图像分别进行等分裁切、标签制作、数据增强等处理,制作VOC2007数据集;其次在计算机上搭建深度学习环境,调整参数进行网络模型训练;最后对已训练模型进行测试,评价已训练模型的性能,并同时考虑了 FasterR-CNN模型对于嫩芽类型(单芽和一芽一叶/二叶)的检测精度.结果表明,当不区分茶叶嫩芽类型时,平均准确度(AP)为54%,均方根误差(RMSE)为3.32;当区分茶叶嫩芽类型时,单芽和一芽一叶/二叶的AP为22%和75%,RMSE为2.84;另外剔除单芽后,一芽一叶/二叶的AP为76%,RMSE为2.19.通过对比基于颜色特征和阈值分割的茶叶嫩芽识别算法(传统目标检测算法),表明深度学习目标检测算法在检测精度和速度上明显优于传统目标检测算法(RMSE为5.47).可以较好地识别复杂背景下的茶叶嫩芽.
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基于LC-MS/MS分析‘塔罗科’血橙优系果实花青素组分特征
《食品科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：以‘塔罗科’血橙优系为研究对象，运用液相色谱-串联质谱技术检测其与对照品种‘塔罗科’血橙果实花青素的组分及相对含量，筛选优系差异花青素代谢物。结果表明，‘塔罗科’血橙优系果实中共鉴定出矢车菊素、飞燕草素、芍药花素、天竺葵素、矮牵牛素、锦葵素以及花青素合成前体物质黄酮7类33种花青素相关代谢物，其内膛和外围果实花青素代谢物数量和种类一致，无差异代谢物；而对照品种内膛和外围果实分别检测出27种和30种花青素代谢物，其中内外差异代谢物达9种，分属矢车菊素、飞燕草素、芍药花色素和黄酮4类物质。‘塔罗科’血橙优系和对照品种花青素主要成分均为矢车菊素-3-O-丙二酰葡萄糖苷和矢车菊素-3-O-葡萄糖苷，两者在优系内膛和外围果实中分别约占总花青素含量的42.3%、41.0%和40.6%、41.4%，在对照品种内膛和外围果实中分别约占39.5%、41.0%和36.8%、40.6%。相比对照，‘塔罗科’血橙优系果实中矢车菊素类物质绝对含量和总花青素占比均显著提高，其内膛和外围果实矢车菊素类花青素总量分别为48.68μg/g(91.90%)和62.16μg/g(92.28%)，此外，飞燕草素、芍药花素以及黄酮3类代谢物占各自花青素总量的百分比也相近，推测‘塔罗科’血橙优系果实花青素合成可能受温度的影响较小。研究发现‘塔罗科’血橙优系较对照品种花青素含量高且代谢物种类多，综合品质优良，可为血橙品种遗传改良及利用提供一定的理论依据。
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果园凿型铲式深松机优化设计与试验
《农业机械学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对目前我国果园深松机深松铲的铲柄与机架联接处经常由于强度不够而出现变形、断裂和损坏等现象,设计了一种凿型铲式深松机。采用CATIA对凿型铲式深松机三维建模,运用ABAQUS、ISIGHT与FE-SAFE软件对凿型铲式深松机数字化模型进行结构优化设计与疲劳寿命分析。田间试验结果表明,轻量化后的深松机作业时,当前进速度为2.1 km/h、耕深为350 mm、土壤含水率为15%时,强度性能扭矩最小,深松效果最佳。通过软件ISIGHT的优化设计及FE-SAFE的疲劳寿命分析后,整机质量由0.55 t降低到0.45 t,降低了16.4%,实现了轻量化设计,为果园深松机的自主研发提供一定的参考。
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冷榨菜籽蛋白的碱性电解水提取工艺及其结构性能表征
《农业工程学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探寻一种油料蛋白提取方法,该研究以双低冷榨菜籽饼为原料,碱性电解水为溶剂,通过单因素与响应面试验确定了碱性电解水提取冷榨菜籽饼分离蛋白（Alkaline electrolyzed water extracted Rapeseed Protein,ARP）的优化条件,并与相同条件下碱溶酸沉法提取菜籽分离蛋白（Ultrapure water extracted Rapeseed Protein,URP）的结果进行对比。结果表明:提取工艺各环节因素对菜籽蛋白提取率影响的主次顺序分别为:碱性电解水pH值、温度、料液比、时间;提取优化工艺条件为温度45℃、碱性电解水pH值11.5、料液比1:10 g/mL和提取时间60 min,蛋白质提取率为59.34%。与相同条件下碱溶酸沉法相比,碱性电解水提取的菜籽分离蛋白游离巯基和二硫键含量高、表面疏水性强、粒径小、ζ电位绝对值大,同时其提取率、溶解性、持油性、乳化性和起泡性均显著得到改善（P<0.05）;此外,ARP内源荧光光谱强度更高,二级结构更有序。由此可知,该研究结果为碱性电解水提取冷榨菜籽饼蛋白提供参考,不仅提高了提取率,而且最大程度地减少了对菜籽蛋白结构和功能特性的破坏。
关键词： 蛋白 结构 功能 冷榨双低菜籽饼 碱性电解水 提取率 优化
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玉米秸秆固态和液态厌氧发酵产气性能与微生物种类比较研究
《农业工程学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：厌氧发酵产沼气是中国绿色农业发展过程处理农业废弃物的重要手段,该文以玉米秸秆为研究对象,开展液态、固态厌氧发酵产气性能、微生物系统多样性及演替规律的比较研究,得出如下结论:固态发酵总固体(TS)产气率及甲烷转化率略低于液态发酵,发酵结束后,前者沼液中N、P、C的含量要低于后者;乙酸是两发酵体系挥发性脂肪酸(VFAs)的主要组成,占总VFAs的70%以上。高通量测序结果发现,2个发酵系统中细菌主要以Bacteroidetes、Firmicutes、Proteobacteria、Cloacimonetes、Synergistetes及Verrucomicrobia为主,这6类菌群占总克隆数的80%以上。而Methanosaeta,Methanospirillum,Methanocorpusculum以及Methanoculleus是两系统优势古菌,并且随消化过程的进行,古菌群落呈现由乙酸型向氢营养型转变的趋势。发酵结束后,上述2类古菌在群落中的占比基本持平。对微生物多样性的聚类分析结果显示,在发酵第4天和第8天后,2个系统中细菌与古菌群落结构的差异逐渐明显。进一步分析表明,影响玉米秸秆液态发酵微生态结构的主要环境因子为乙酸,秸秆纤维素水解可能是制约物能转化率的关键过程;总磷(TP)是影响固态发酵系统微生态结构的关键环境因子,而如何增加产甲烷古菌的生物量是提高原料产气率的关键。该研究结果为调控玉米秸秆厌氧发酵过程、提高其生物降解效率提供了科学依据。
关键词： 秸秆 发酵 甲烷 玉米秸秆 固态厌氧发酵 液态厌氧发酵 微生物群落
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