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[硕士论文] 张桢
农业工程;农业电气化与自动化 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,四旋翼无人机因机动性强、灵活度高、成本低等优点,在军事侦查、灾情监测、地理测绘、航拍摄影等领域得到了广泛的应用。地面监控系统作为无人机系统的监控指挥中心,可以实时监测无人机的飞行状况,对无人机进行飞行控制管理,研究地面监控系统所涉及的关键技术和实现方法,对整个无人机系统的飞行安全和任务执行质量有着十分重要的意义。
  本文针对当前四旋翼无人机所用地面监控系统航迹规划电子地图实用性不高、系统软件平台的可重用性差的缺点,以四旋翼无人机地面监控系统做为研究对象,结合系统的实际功能需求,搭建了系统硬件平台,使用跨平台图形界面框架Qt作为系统软件和功能的开发平台,结合FFmpeg编解码库、OpenGL、Qwt图形库和Google地图电子分片等技术,设计了一套功能完整、界面友好、可跨平台的四旋翼无人机地面监控系统。
  首先,对地面监控系统的总体方案进行了设计。根据监控系统的实际功能需求对系统所需的硬件设备、系统软件的功能模块结构和软件界面功能布局做了设计。
  然后,根据监控系统软件的功能设计,详细介绍了主要功能模块的设计和实现过程。一是通信功能的设计实现,制定了四旋翼无人机与监控系统之间的通信协议,设计了串口通信数据的接收处理、航拍视频采集以及数据存储的实现过程;二是数据显示和数据处理功能实现,主要包括飞行虚拟仪表的绘制、飞行姿态和飞行轨迹的三维可视化显示、飞行回放功能以及数据分析曲线绘制的实现;三是离线地图和航迹规划功能的设计,对航迹规划所用离线地图的功能显示结构和坐标转换算法做了详细设计,并对航线规划所需的基本操作功能做了设计。
  最后,通过与四旋翼无人机进行联机测试,对监控系统软件的各个功能做了整体测试。测试结果表明:该地面监控系统工作稳定、可靠,地面监控系统软件可跨平台进行应用部署,能够准确的接收和显示四旋翼无人机的监测数据和航拍视频,对航拍视频进行压缩编码存储,对飞行姿态和飞行轨迹能够正常的实现三维可视化模拟显示,进行数据分析时能够以曲线方式绘制显示飞行监测数据,离线地图能够正确的响应航点和航迹规划等操作。
[硕士论文] 黄克强
农业工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:农业装备后市场是指农业装备销售、出保后,在产品生命周期内产生的服务需求,包括维修、保养、零配件供应、旧机拆解等。
  以前,由于我国农业装备后市场体量小,用户产生的零配件需求通常在主机厂解决,由于标准不统一、供应渠道单一、价格垄断等原因,增加了维修成本;另一方面,废旧农业装备拆解下来的零配件不能很好利用,造成资源浪费。
  2004年,国家颁布《中华人民共和国农业机械化促进法》并实施农业装备购机补贴政策,农业装备事业得到快速发展。至2012年,规模以上企业工业总产值达到3382亿元,超过美国,成为全球农业装备制造第一大国。2016年突破4500亿元,十年内有望达到万亿元,随着农业装备后市场体量不断扩大,零配件供求关系也将发生变化。
  本文根据农业装备特点,构建了一个面向用户、主机厂、零件生产商和拆解商的零配件服务平台,提供农业装备零配件录入、查询,以及未来的交易服务,主要内容及工作如下:
  (1)通过国内外典型案例分析,对目前常用的网站平台进行比较和研究,最后选用Windows操作系统下的Eclipse(基于Java的可扩展性开发平台)作为系统运行平台,以Tomcat作为web应用服务器,MySQL作为平台数据库管理系统,结合传统的HTML(超文本标记)和Java程序设计语言,并基于JSP(Java Server Pages)建立了一个跨平台的农业装备后市场零配件服务平台。
  (2)通过对目前零配件生产、购买现状和存在的问题进行调研和需求分析,构建了农业装备后市场零配件服务平台框架,详细描述了系统的总体设计方案,采用模块化设计原则,完成了用户注册功能模块、平台登陆功能模块、数据库网络动态更新功能模块以及搜索功能模块的设计与实现。
  (3)根据农业装备的特点,对零配件按标准件、通用件和专用件进行分类,建立了分类方法,降低了零配件供应商、旧机拆解商重复信息录入工作量,数据库中的数据量也得以减小。
  (4)以谷物联合收获机械搅笼部件为例,详细介绍了服务平台的构建、零配件信息录入、检索功能实现,实现农业装备信息资源共享、数据库网络动态更新。
[硕士论文] 邵志成
农业电气化与自动化 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:二氧化碳是作物光合作用暗反应过程中的重要物质,但设施环境中二氧化碳变化趋势与作物实际需求呈负相关关系。传统设施环境二氧化碳调控多限于单因子阈值方式,无法根据作物实际需求进行调控,导致作物光合速率相对较低;且在二氧化碳调控均匀性方面研究较少,导致设施二氧化碳调控空间浓度分布不均。针对上述问题,本文提出基于作物需求的设施二氧化碳智能调控方法,融合小波神经网络的粒子群寻优算法,构建设施作物二氧化碳调控模型,设计以无线传感器网络为基础的智能监控设备,根据流体力学相关原理,设计开孔大小不同的气体导输管道,系统实现设施环境二氧化碳动态调控的目的,满足按需、精准、均匀调控的需求。二氧化碳智能调控系统的成功研发,对于完善设施小环境全方位智能调控起到了重要的补充作用。
  本文主要研究内容包括:
  (1)建立了作物光合速率模型,构建了设施二氧化碳调控模型。通过构建设施番茄二氧化碳响应试验,获取不同温度、光照、二氧化碳梯度下的光合速率试验数据,通过应用小波神经网络算法,建立光合速率预测模型,预测模型的相关系数为0.99,预测输出的平均绝对误差小于0.8;根据建立的光合速率模型,在不同温度、光照条件下,通过粒子群算法对光合速率进行极值寻优,获取对应二氧化碳饱和点,建立了二氧化碳调控模型,通过模型值与理论值进行对比,得出两者之间的相关系数大于0.954左右,相对误差小于4%,可证明构建的调控模型精度较高。
  (2)构建基于无线传感器网络的设施二氧化碳调控系统。根据不同节点在网络架构中功能的差异,调控系统分为主控、监测、补施3个模块。系统硬件开发主要包括电源模块、外接传感器、模块间通信电路等原理图、PCB设计,从而完成信息采集,获取以及交互等硬件平台搭建;系统软件开发主要包括基于Linux工控机底层驱动与上层处理软件的编程,以及基于ZigBee无线传感器网络的二次软件编程,从而完成实现基于无线传感器网络的设施环境的监测、处理以及二氧化碳浓度控制功能。
  (3)二氧化碳调控精准性、均匀性及有效性等功能与性能验证。根据流体力学相关理论分析,依据不同压强、相对深度等条件,结合气体射流理论,计算管道相对深度与开孔大小之间的关系,设计不同开孔大小的补施管道,保证各出气孔瞬时流量相同。通过部署整套系统并进行试验测试分析,结果表明,系统二氧化碳调控误差小于3.5%,系统补施均匀性变异系数小于3%;通过对照试验,验证二氧化碳调控系统对作物实际光合速率效果的影响,试验表明,二氧化碳调控区域作物光合速率得到了相对提升。系统较好地满足了设施环境二氧化碳调控需求。
[硕士论文] 张伟
机械工程 华东交通大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国淡水资源的日益缺乏,农业化肥污染的日益严重,以及人们生活水平质量的日益提高,人们对于节约型、可持续性发展农业的要求也越来越高。在我国的许多农业地区,存在有大量的果树种植基地。目前这些种植基地大部分还是采用传统的灌溉施肥方式来对园区的果树进行灌溉施肥,而这种传统的作业方式不但会产生较大的用工成本,同时也浪费了很大一部分的淡水资源,以及农业化肥带来的环境污染。本文主要针对这种现状构建了一套基于 PLC控制的果园水肥一体化控制系统,系统能够实现自动控制、手动控制和远程控制,在水肥的自动决策中,采用了模糊控制算法来进行决策系统的构建,充分结合了果园中的局部气象环境信息和人工种植经验来对水肥进行合理的控制;构建的数据中心能够使系统具备远程网络控制功能,大大增强了果园灌溉施肥作业的便利性。文章的最后还在现有系统设计的基础之上,对其气象环境监测系统这一部分进行了结构优化的探索,并采用偏最小二乘PLS算法和BP神经网络算法对系统中的数据进行了分析论证,分析结果表明,采用这种方法可以达到减少传感器数量投入和轻量化精简系统的目的。论文的主要研究内容有:
  (1)针对现代果园智能化施肥灌溉的需要,构建了一套基于PLC控制的水肥一体化控制系统。对土壤湿度传感器、土壤温度传感器、风速传感器、风向传感器、无线传输装置、数据转发中心等做了系统集成,实现了系统的本地手动控制、系统自动控制以及WEB端的远程控制的功能。
  (2)为了节约开发成本以及实现灵活的控制方式,系统采用上位机为主,下位机为辅助决策控制的方法,构建了基于组态王控制的上位机软件控制系统,所有的水肥控制逻辑指令均由上位机发送给下位机 PLC来执行,从而控制电磁阀、水泵等执行机构的动作。对整个园区不同分区的果树设置了分时段控制,以保证不同区域对水肥的不同需求。
  (3)对水肥一体化控制系统的水肥决策系统进行了设计,主要针对水肥控制系统中的灌溉决策进行了设计说明,其中重点介绍了模糊控制的设计推理过程。在施肥方面,采用肥随水走的原理,在灌溉的过程中进行肥料的施撒。对于肥料的用量,利用已有的果园平行管理系统进行线上计算得出果园的具体配方施肥方案,然后在水肥一体化控制系统中直接进行定量的施撒。采用模糊推理的控制算法构建了决策系统,系统相比于采用传统控制算法的优点在于,能够将实际种植过程中的经验数据融合到控制系统中,用来对果园的灌溉施肥进行合理的指导。
  (4)通过一年的试运行,对系统的优化改造进行了初步的探讨,采用PLS对现有气象系统中的气象信息进行了数据分析,通过初始的17个气象因子的建模结果显示,R2可以达到0.997,从各因子的贡献度得出了对蒸腾量影响最大且可以用较低成本获取的4个气象因子,最后用这4个因子进行了蒸腾量估算模型的建立。构建了以空气温度、最高温度、空气湿度、土壤湿度为输入,果树蒸腾量为输出的BP神经网络估算模型。从估算模型的数据分析结果来看,系统模型的R2可以达到85.777%,可以满足实际过程中的使用要求,同时可以达到优化精简系统的目的。
[硕士论文] 吴明明
机械工程 华东交通大学 2017(学位年度)
摘要:易损果是指在采摘、运输、分选过程中,表面容易受机械损伤,从而导致品质受到破坏的水果。缺陷与糖度是评价水果品质的重要指标,水果缺陷易造成外贸中成批退货的现象,造成巨大的经济损失。另外在易损果运输及分选中,容易对该类敏感水果造成表面擦伤、碰伤,影响水果出口。为研究易损果缺陷与糖度同时在线检测的可行性及带包装糖度分选方法,以鸭梨、贡梨以及丰水梨为研究对象,采用近红外光谱技术,在光源强度为1000W、运动速度5个/秒的条件下采集样品的近红外漫透射光谱,并对比分析了所采集样品的光谱特征差异。最终建立最佳的检测模型。
  其主要研究结果及结论如下:
  (1)本文以鸭梨为研究对象,探讨同时在线检测鸭梨黑心病、虫害和糖度的可行性,建立了鸭梨黑心病、虫害及正常果的主成分分析模型(PCA)、偏最小二乘判别模型(PLSDA)及最小二乘支持向量机模型(LSSVM),并对比分析了三种模型的优劣,其中PLSDA模型效果最优,正确判别率为99.2%,同时还建立了鸭梨糖度偏最小二乘模型(PLS),并采用未参与建模的样品进行在线分选准确性评价。黑心、虫害的正确判别率为98.4%,糖度的分选准确率为97.5%。正常果糖度预测均方根误差为0.317%。
  (2)本文以易损伤的贡梨为研究对象,探讨贡梨碰伤与糖度同时在线检测的可行性。建立了贡梨碰伤的PCA模型、相关分析模型以及PLSDA模型,同时还建立了贡梨糖度在线检测模型,考察了碰伤对贡梨糖度检测模型精度的影响,并建立贡梨糖度在线检测模型。最终实现在同一条生产线上同时在线检测贡梨碰伤与糖度实时在线模型评价,其中碰伤与正常果正确判别率为100%,贡梨糖度在线检测准确率为96.7%。
  (3)本文采用近红外漫透射检测方式,考察含水量高、易擦伤、易碰伤的水果的在线分选方法。以丰水梨为研究对象,探索丰水梨糖度在带包装的情况下在线分选的可行性。采用二次多项式拟合来消除网套光谱背景的方法结合PLS所建立的模型精度最高,建模集相关系数达到0.95,预测集相关系数达到0.84,预测集均方根为0.505%,而建模集均方根误差为0.328%。采用未参与建模的36个样品进行在线分选准确性评价正确分选率为94.4%。
  实验结果表明易损果缺陷与糖度同时在线检测及带包装在线分选是可行的,研究可为大宗水果的商品化处理提供分选策略及理论依据。
[硕士论文] 刘卜华
交通信息工程及控制 长安大学 2016(学位年度)
摘要:精细农业顺应了农业智能化、信息化的发展,逐渐成为热点研究问题。农业多参量数据的采集,如土壤水分、水位、温湿度、风速风向、降雨量等,是实现精细农业的关键基础数据支撑。目前我国设施农业区数据采集大多以传统的人工读数采集方式为主,数据采集频率与自动化程度较低,无法实现全天候实时及高精度监测。鉴于此,本文以某农田试验区为研究对象,提出了一种基于C/S架构体系的设施农业区多参量数据采集系统框架,并对多参量数据采集系统进行了设计与实现。测试和推广应用结果表明,该系统可以实现设施农业区多参量数据的自动采集、分析和传输,并且对数据进行实时远程监控、统一管理与共享。本文的主要研究工作如下:
  (1)通过分析国内外现有设施农业区农田多参量数据的采集及处理方式等功能需求,提出了一种多参量数据采集与管理系统的总体架构,实现对相关农业参量数据的自动化采集以及数据的管理功能。
  (2)采用嵌入式ARM开发板、数据转换模块及多类传感器,搭建了农业多参量数据自动化采集的下位机硬件系统。该子系统数据采集卡围绕STM32微处理器进行外围电路设计,实现多参量数据自动化采集;数据采集模块由ARM系列S3C2440微处理器进行设计,主要对各项涉及到的数据进行存储、接收、发送等处理。
  (3)对上位机软件核心功能及关键机制进行设计,细化各系统功能模块业务流程,以及关键技术实现,并结合通信协议,建立了上下位机之间数据传输,实现采集数据的实时存储、统计及处理等功能。经过对该系统详细测试和应用表明,系统各个功能能够稳定运行,实现对农业多参量数据采集与管理的相关要求。
[硕士论文] 陈艳丽
农业电气化与自动化 江苏大学 2016(学位年度)
摘要:为实现农业机械的田间作业导航和精确定位,本文主要研究了基于北斗定位的农机车载组合导航系统。由于单独使用北斗导航系统进行定位,难以满足现代农业机械的导航定位精度要求,为了实现农业机械准确定位,提高作业效率和农业生产产品质量,为此设计了以北斗导航系统为主,机器视觉导航系统为辅,将二者有机结合进行组合定位导航的方法,以期控制成本的前提下获得较高的精度。
  本文基于北斗定位的农机车载组合导航系统的总体设计方案,分析了基于北斗定位的农机车载组合导航系统的关键技术,研究设计了路径规划算法,基于卡尔曼滤波算法和数据融合算法进行了系统仿真。根据农业机械作业实际情况,选取2个优化目标并设计出最短路径规划算法,包括作业区域的直线作业算法和非作业区域的地头转弯作业算法。根据北斗系统特点和组合导航系统原理分别进行系统建模,之后用扩展卡尔曼算法和无迹卡尔曼算法进行了定位数据仿真分析比较,仿真结果表明无迹卡尔曼算法能够较好的满足系统要求。
  根据车载组合导航系统的总体设计方案及各功能模块的性能,设计了以车载电脑和北斗导航仪作为核心的组合导航硬件系统。根据该系统特点设计了EPCS-8980型工控机及相关配套装置,选取UM220北斗模块及其配套天线作为北斗定位接收设备。设计了系统相关软件功能模块,包括北斗接收处理模块、UKF定位解算模块、导航模块等。在EVC和eSuperMap环境下设计了系统各部分功能软件程序,主要包括主程序、BDS接收处理程序、卡尔曼滤波算法程序等。
  将所设计的基于北斗定位的农机车载组合导航软件安装于车载电脑上,并将之及其他设备装置安装于拖拉机上组成完整的导航系统试验机组,通过采用本文设计的试验方案对系统进行了试验测试,结果表明该组合导航系统能够实现导航功能正常运行并达到较好的定位精度。
[博士论文] 李盛辉
农业电气化与自动化 南京农业大学 2016(学位年度)
摘要:视觉技术是实现智能农业车辆自主导航的关键技术,是国内外相关领域研究的热点问题。本文研究的全景视觉系统,相较传统的视觉技术,能有效实现360°无盲区的环境信息获取,能更好地实现智能农业车辆的视觉自主导航。
  本文对全景视觉导航系统总体进行设计,对多目全景视觉图像的快速拼接、全景视觉光线自适应、基于全景视觉的运动目标检测与跟踪、基于全景视觉的同时定位与地图创建等应用于自主导航农业车辆的全景系统关键技术进行重点研究,并在经过电控改造的东方红SG250型拖拉机平台上进行试验。主要研究内容和结论包括:
  1、对多目全景视觉系统进行了研究,提出了全景视觉图像快速拼接方法。首先,对多目视觉系统结构进行研究分析,并对系统硬件平台进行设计与实现。然后,具体研究分析改进的多目全景图像快速拼接算法。改进算法通过多线程并行方式,提高获取多相机图像的速度,通过相机标定,减少相机图像的畸变,通过基于边缘的RANSAC-SIFT改进算法,既避免全局运算减少耗时,又对特征点进行优化,提高特征点匹配效果,进而提高多目全景视觉图像的拼接效果。试验结果表明:改进的全景图像快速拼接算法,通过实际测试,能有效完成多目全景视觉系统图像获取、相机标定、特征提取与优化、特征点匹配和全景图像拼接等功能。改进的全景图像快速拼接方法,在对选取的分辨率为512×256像素图像组进行处理分析时,特征点匹配准确率达到91.6%,而运算时间仅为0.27s。改进方法与传统方法相比,平均匹配准确率提高了25.6%,算法运算速度提高了25.0%。
  2、对自主导航农业车辆实际应用中的野外不同环境光线对全景视觉成像质量影响问题进行研究,提出了全景视觉光线自适应方法。首先,对光线强度采集、控制处理、数据无线传输等硬件电路模块进行设计实现。其次,对视觉成像系统进行分析,具体研究数字成像原理分析、成像曝光控制和成像质量评价等相关内容。然后,研究分析多目全景视觉光线自适应算法的实现过程。试验结果表明:改进的光线自适应算法,在正常光线、较强光线、较弱光线三种情况下,均能明显提高全景视觉图像的成像质量。相较未经改进的原始算法,在光线较亮情况下,改进的光线自适应算法,图像平均二维信息熵提高47.1%,平均梯度值提高60.9%;在光线较暗情况下,改进的光线自适应算法,图像平均二维信息熵提高30.3%,平均梯度值提高76.4%。在不同光线情况下,改进的光线自适应算法,单次平均耗时0.36s,相较于传统多曝光处理算法,速度平均加快75.5%。
  3、对自主导航智能农业车辆行驶作业的安全性问题进行了研究,提出了基于全景视觉的运动目标检测与跟踪方法。该方法采用全景视觉进行无盲区的运动障碍目标的检测,并解决了多运动目标跟踪中遮挡重叠的问题。首先,采用改进的CLG(Combined Local-Global)光流法来检测运动障碍目标。其次,采用分段图像的改进核函数算法对运动目标进行快速自动检测跟踪。然后,通过基于路径预测的粒子滤波多目标跟踪算法对多运动目标进行跟踪,并通过路径预测有效地解决多运动目标遮挡的问题。试验结果表明:改进的CLG光流法,运动障碍的平均检测时间为1.55秒,平均成功率为95.0%,相较于比传统HS光流法,检测成功率提高22.3%,速度加快47.8%。改进的核函数运动目标快速算法,相较于传统核函数跟踪算法,减少系统内存消耗66.8%,跟踪成功率提高24.4%,运算速度提高35.63%。改进的基于路径预测的粒子滤波多运动目标跟踪算法,多运动目标的平均检测时间为0.78s,比传统算法,速度加快37.3%,跟踪成功率提高33.1%。在多运动目标存在遮挡的情况下,改进算法比传统算法速度加快46.8%,跟踪成功率提高39.5%。
  4、对自主导航农业车辆同时定位与地图创建问题进行了研究,提出了基于全景视觉的同时定位于地图创建方法(PV-SLAM)。首先,研究了惯性导航系统原理,并设计实现惯性测量单元的硬件电路模块。其次,研究建立了农业车辆运动模型和全景视觉系统观测模型。然后,分析阐释了PV-SLAM算法实现流程和步骤,其主要思路是将多目全景视觉(PV)和惯性测量单元(IMU)结合,采用扩展卡尔曼滤波(EKF),实现自主导航智能农业车辆的PV-SLAM过程。试验结果表明:相较传统视觉SLAM算法,PV-SLAM方法,在较少或无固定路标情况下,获取环境路标数平均增加80.2%,成功率提高15.8%,在x和y方向平均误差分别为0.065m和0.062m,定位平均误差0.108m,在x和y方向平均精度分别提高35.3%和37.8%,定位平均精度提高36.2%。其中在路径不闭合情况下,在x和y方向平均精度分别提高27.4%和29.5%,定位平均精度提高28.3%;在路径闭合情况下,在x和y方向平均精度分别提高43.1%和46.1%,定位平均精度提高44.1%。PV-SLAM能较准确完整地提取环境路标信息,故对环境固定路标的依赖较小,在农业作业的闭环路径重复作业中效果较好。
[硕士论文] 陈科瑞
农业工程 南京农业大学 2016(学位年度)
摘要:设施农业是现代化农业的主要生产方式之一,实施精细农业作业是提高设施农业现代化水平的重要途径。设施农业装备智能化对实现设施农业精细作业有着巨大的促进作用,其中自主定位技术是设施农业装备智能化的关键技术之一。国外高精度的农业装备定位系统价格高昂,不适合在中国农村进行大规模的推广使用,且其核心技术不对外开放。因此,研究适合我国农业生产实际和具有自主知识产权的设施农业定位系统有着重要的意义和价值。
  为解决设施农业车辆定位系统成本高、定位误差大的问题,本文采用基于接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator,RSSI)测距模型的定位原理作为本文定位系统的技术基础,并使用最小二乘法来解决三边测量定位算法的缺陷,在基于RSSI测距模型定位原理和最小二乘法求解移动节点位置坐标的基础上,提出了基于内参考点误差反馈加权补偿模型的定位算法改进方法,并对该算法在误差补偿参考点不同分布方式和不同数量下进行了详细的仿真对比分析,然后采用基于CC2530的ZigBee模块作为本文设施农业车辆定位系统的硬件基础,对定位系统中的网关节点、参考节点和移动节点分别进行了硬件结构设计和片上系统程序开发,并使用VisualBasic对定位系统的上位机监控软件进行了开发,完成了设施农业车辆定位系统的平台搭建。
  定位系统分别在空旷的室外和Venlo型玻璃温室内进行了实测与分析。首先测量和分析了不同天线高度对RSSI值的影响,确定了较为适合的天线高度,并对该高度下的测量数据使用MATLAB进行了拟合,获得了该环境下具体的路径损耗衰减模型,然后使用所获得的模型进行实测与分析。在室外20m*20m的范围内进行了三组对比测试,即四个误差补偿参考点在内部进行补偿、四个误差补偿参考点在边界进行补偿和八个误差补偿参考点在内部进行补偿,测试结果表明三种误差补偿方式均能够有效降低平均定位误差,且四个误差补偿参考点在内部进行补偿时平均定位误差最低。此外,还分别进行了室外10m*10m的范围和温室6m*8m的范围采用四个误差补偿参考点在内部进行补偿的定位测试,测试结果也表明采用基于内参考点误差反馈加权补偿模型的定位算法可有效降低平均定位误差,提高定位精度,为设施农业车辆精确定位的深入研究提供了参考。
[硕士论文] 曹自敏
农业信息化 山东农业大学 2015(学位年度)
摘要:信息技术自20世纪50年代开始被运用到农业生产上,我国则相对迟缓。近年来,随着土地流转政策的深入开展,众多的小型农场相继出现,这些小型农场必将成为农业的重要生产单元,将信息技术深入的运用到农业生产中,在一定程度上可以解决新型农场主种植技术缺乏的问题,实现农场现代化种植。
  在上述现实背景之下,通过对国内外农场相关文献资料的研究并结合自身的专业特点设计出了一套集农场种植经验于一体的信息系统将信息技术在农场中进行了深入运用。本系统包含4个子系统,分别是数据库管理子系统、生产流程管理子系统、收益管理子系统、农事信息管理子系统。兼顾了农事信息管理和人事信息管理,以及相应的种植决策功能,实现了作物种植过程的流程化管理。本文分别从系统实现的基本理论、系统需求分析、系统设计、系统的实现与维护等几个方面对“农场小秘书”信息系统的设计与实现进行了详细的论述分析。
  研究结果如下:
  应用实体-关系分析方法建立了系统数据库模型,该模型中有农田、人员、农作物、作物品种、种植投入品等实体,也有土地承包合同、整地、播种等关系。
  生产流程管理子系统主要通过实现工作流的流程管理,完成对农场的种植过程管理。
  收益管理子系统实现了收支管理、借贷管理、账目管理、统计四个子功能,可以帮助农场主计算一年的经济账。
  农事信息子系统实现了农事日历和实时提醒功能。
  本系统采用基于C/S的三层模式开发,数据库使用的是SQL Server2008,开发环境为Visual Studio2010,开发语言为C#。
[硕士论文] 徐海涛
地图学与地理信息系统 成都理工大学 2015(学位年度)
摘要:近年来随着新兴信息技术的快速发展,发达国家大力发展精细农业,使农业生产与信息化技术深度融合,农业信息化进入了一个全新的发展阶段,我国也制定了一系列发展现代化农业的政策,加快实现农业生产、农机服务管理的智能化、数字化和科学化。本文主要以“基于3S的北京市农机作业供需服务及管理平台项目”为依托,在3S技术的基础上,引入物联网、云计算、B2C电子商务模式等IT领域内的新概念,利用WebGIS、Ajax、Jquery、Spring+Struts和PostgreSQL等相关软件开发技术,研发出以3S技术为核心的智慧农机一体化系统,健全了农机信息化服务管理和决策支持体系,加强了现代化农业生产的宏观调控和微观指导。
  本文着重从实用性的角度出发,围绕着“基于3S技术的智慧农机一体化系统”的实现,具体进行了以下工作。
  (1)研究了物联网、云计算和B2C电子商务模式等新技术的基本概念、最新发展和应用领域,通过研究分析,总结出了它们的基本应用方法和模式,引入这些应用方法和模式到智慧农机一体化服务管理中,根据智慧农机一体化系统的实际功能需求来具体使用,把B2C电子商务模式与WebGIS技术进行结合,为农机服务的选购和订单任务调度,提供了网络化平台,物联网和云计算技术为农机作业监管中的数据采集、传输、存储和调用等问题,找到了好的解决方法。
  (2)研究了3S技术的最新发展、集成模式和应用领域,重点分析了3S技术在精准农业中的应用,根据GIS、RS、GPS的具体使用方法和集成模式,为智慧农机一体化系统找到了一个合适的3S技术集成框架,把3S技术集成框架与物联网、云计算和B2C电子商务模式等技术进行整合,构建出了智慧农机一体化系统的总体框架模型。
  (3)研究分析了智慧农机一体化系统的功能需求、结构体系、性能指标、工作流程和数据库设计等,在基于3S技术总体框架模型的基础上,选择合适的软硬件运行环境,利用相关软件开发技术,如WebGIS、Ajax、Jquery、Spring+Struts和PostgreSQL等,对智慧农机一体化系统进行了客户端和服务器端的研发,最终实现了智慧农机一体化系统,通过应用分析,检验了智慧农机一体化系统的性能优略、功能实现程度和技术整合水平,总结其优缺点,完成升级改进,使其更加完善,实现了农机信息化的理论意义和实际价值,也为各类基于3S技术的农机服务管理系统以及其它相关系统的设计与实现,提供了好的技术借鉴支持。
  在基于3S技术的智慧农机一体化系统的研究过程中,掌握了物联网、云计算和B2C电子商务模式的使用方法和基本框架,对3S技术及其集成模式在不同领域的应用有了深刻的认识,研究分析得出了基于3S技术的智慧农机一体化系统总体框架模型,熟练掌握了软件系统的设计流程和开发技术,确保了智慧农机一体化系统的顺利实现。智慧农机一体化系统改变了农机作业服务管理工作的传统方式,使农机服务管理工作具有鲜明的信息化特点,能够不断适应现代化农业生产的发展变化,为农户提供了在线选购农机服务的平台,进行网上交易,为农机监管部门和农机服务组织管理人员提供了科学有效的调度、管理手段,提升了农机作业效率和质量,最终解决了农业生产和农机服务管理中数据统计分析不直观、工作量大、效率低等问题,大大提高了农机作业的科学性、直观性和农机服务管理信息化的水平。
[硕士论文] 姜伟
生物医学工程 东南大学 2015(学位年度)
摘要:近年来,我国不断推进农产品商品化进程,由于我国蔬菜产量巨大,这对农产品市场管理和农产品的供应链管理提出了挑战。目前,大部分农产品分拣管理仍依靠人工完成,不仅耗费了大量的劳动力,而且工作效率低下,严重影响了果蔬商品化的发展速度。本文提出利用计算机视觉技术,设计蔬菜识别模块,将劳动人员从繁琐的农产品管理工作中解放出来,提高劳动效率。
  计算机视觉技术是利用图像捕获单元和计算处理单元,替代人类视觉,对图像开展分割、分类、追踪等操作,分析统计图像的规律特性的综合性技术。本文针对溯源秤PLU码无法正确录入,导致无法发挥溯源功能这一问题,提出基于计算机视觉的技术进行蔬菜自动识别模块的设计及实现,为溯源秤系统的实际应用提供了自动化的解决方案。
  本文的主要思想是设计一个蔬菜识别模块,包括硬件环境搭建以及配套软件流程,完成蔬菜图像的获取、分割处理、特征提取以及分类识别功能,以替代溯源秤PLU手动输入的过程。
  本文的主要工作如下:
  (1)调研国内外学者在农产品识别领域的研究,分析讨论该方案的可行性。
  (2)根据溯源秤的具体功能需求,完成识别模块的硬件设计及搭建,软件流程设计等内容。
  (3)开发相应的软件功能,包括图像捕获、串口通信、图像预处理及分割、图像特征提取及识别功能,完整实现蔬菜的识别过程。
  (4)对24种时令蔬菜进行测试统计,验证模块的各项指标,分析其可行性与准确性。
  本文介绍了“蔬菜识别模块的设计及实现”项目,以实际应用为背景,对蔬菜图像特征+KNN分类器这一经典算法为出发点,设计实现了这套基于计算机视觉的蔬菜识别模块。该模块运行在CortexA9架构的i.MX6Q开发板上,强大的硬件性能保证了对图像计算处理的速度,整个系统运行时间约为2s,符合应用场景的需求。最终,本模块实现了高效、快速的蔬菜自动识别功能,各部分工作稳定,可实现图像采集、处理、识别、结果传输显示等一体化操作,为以后的蔬菜识别提供了一个有效可行的平台。
[硕士论文] 刘民静
机械设计及理论 济南大学 2014(学位年度)
摘要:适宜的环境对促进农作物的生长和高产起着举足轻重的作用,因此对作物生长环境进行实时的监测一直是农业发展的一项重要任务。目前,国内外对农业监控技术的研究都十分重视,也取得了一些成果。但我国的作物生长环境监控系统仍存在监测项目单一、成本高、可靠性低等缺点。
  最近几年出现了成本低、体积小、功耗低且具有多种功能的无线传感器网络,它主要是由多个传感器节点构成,融合了多种技术,如集成电路、片上系统、无线通信、微机电系统及低功耗嵌入式技术等。ZigBee技术是非常具有代表性的无线传感器网络,具有无线传感器网络的全部优点,已被广泛的应用到智能家居、工业监控和军事侦查等方面,都取得了良好的效益。
  在这样的背景下,本课题把ZigBee无线传感器网络技术应用到农作物生长环境监控系统中,设计了基于ZigBee无线传感器网络的作物生长环境监控系统,本系统可以实时的监测作物的生长环境,完成数据的采集、传输、分析及存储,为用户管理温室提供方便可靠的数据,系统的应用对降低农民的劳动强度,实现科学种植都具有重要意义。
  该监控系统主要包括:终端节点、路由器节点、协调器节点和上位机监控软件这几部分。终端节点与传感器相连,主要负责数据的采集工作;路由器节点是终端节点与协调器节点的中间纽带,具有路由功能,也可完成终端节点的任务;协调器节点完成组建新的网络的工作,与各节点和上位机进行网络连接,实现系统的网络通信;上位机软件部分接收监测到的环境数据并进行保存和分析,用户通过上位机就可以实时的掌握作物的生长环境信息,并可以通过数据的分析结果和专家数据库的帮助,自主的合理改变作物的生长环境,从而达到高产的目的。
  本课题主要完成了以下工作:首先,详细调查了农业监控技术的国内外发展现状,对课题的研究意义进行了肯定;第二,深入研究了ZigBee无线传感器网络技术,为设计运用奠定基础;第三,在明确系统目的的前提下,设计了系统的整体结构,并根据功能的需要选择了相应的硬件设备,如:传感器、CC2530芯片及CC2591射频芯片;然后,对系统的硬件平台进行了搭建,给出了各模块的电路图并得出符合要求的电路板;随后,运用TI公司的Z-stack技术搭建了完整的ZigBee网络实现了系统的通信功能;最后,对系统的数据库和用户界面系统进行了编写。
[硕士论文] 张英旭
通信与信息系统 河北工业大学 2013(学位年度)
摘要:农业机器人移动平台是为深入研究农业机器人的某种功能而设计的开发平台。随着精准农业概念的兴起,农业机器人在农业生产中扮演的角色越来越重要。但是开发一整套具有某种功能的农业机器人系统是一项十分复杂的工作。比较现实的做法是开发一款用于实验和二次开发的移动机器人平台,改变研究人员从底层开始研究费时费力的现状。农业机器人移动平台的设计开发包含多个系统的研制,其中关键而又必不可少的是数据采集系统和伺服控制系统。数据采集系统的任务是采集环境信息,相当于机器人的感觉器官。激光测距仪、数字罗盘和Kinect构建了机器人的数据采集系统。激光测距仪将空间扫描成二维的平面,确定障碍物的位置。数字罗盘能提供机器人自身的位置信息。Kinect能将空间扫描成一幅景深图像,可用于障碍物及目标对象的识别。伺服控制系统主要负责机器人的运动控制,驱动机器人完成相应的动作。伺服系统由运动控制卡、转接板、驱动器、电机和减速器组成。通过工控机发送相应的指令给运动控制卡。控制卡将这些指令传送给驱动器,驱动器把指令转换成相应的脉冲控制电机转动。
  建立起上述两个重要的系统之后,机器人就可以完成避障导航的任务了。势场法是一种常用的机器人避障导航算法。机器人在运动空间中受到两种力的作用,障碍物产生斥力,目标点产生引力,机器人在这两种力的合力作用下运动。结合激光测距仪的工作特点,对势场法做了改进,通过仿真验证了算法的有效性。
[硕士论文] 张军晖
农业电气化与自动化 南京农业大学 2013(学位年度)
摘要:气体开关在脉冲功率技术中有着广泛的应用,并有着特殊重要的地位,而开关也是制约脉冲功率技术的关键因素之一。开关利用电极间的绝缘气体,先承受一定的高电压呈现高阻抗状态,气体击穿后形成等离子体通道呈现导通状态,由此实现开关功能。开关的特性决定了脉冲功率信号的上升时间、幅值、脉冲宽度等参数。开关导通过程中的电阻和电感决定了脉冲的参数。为了提高可靠性,减小设计成本,缩短设计周期,对其进行模拟和仿真也是非常必要的。
  本文首先对气体火花开关的放电基本原理和影响因素进行了探讨并得出结论:开关电场比较均匀时,放电稳定性好;持续电压作用下相对于冲击电压作用下,气体开关的放电时延和击穿电压分散性要小;气体的种类、密度、湿度和压强都对放电特性有决定性的作用。
  其次,分析了气体火花开关的工作机理,根据气体开关作为典型的短路开关,放电过程属于电容储能放电,提出了气体火花开关的电路模型。针对以往开关放电模拟中使用固定电阻或线性可变电阻代替实际放电过程中非线性的火花电阻,存在较大误差的情况,提出一种基于Pspice的模拟方法。在Pspice环境下建立了气体火花开关放电的仿真模型,分别模拟了基于理想开关和基于气体开关的电容放电脉冲产生电路,并仿真分析了负载、开关电感、储能电容等因素对放电脉冲特性的影响。
  最后,搭建了气体火花开关放电实验平台,开展了气体火花开关的放电特性实验,验证了基于Pspice的模拟仿真方法的正确性。
[硕士论文] 姚燕慧
农业电气化与自动化 内蒙古农业大学 2013(学位年度)
摘要:手持式动力工具在现代化生产中应用广泛,手传振动对工作者所带来的危害也越来越引起重视,振动信号的测量与评价成为其关键部分。本文依据 ISO-5349(2001)和 GB/T14790-2009设计了一套手传振动测量与评价虚拟仪器,本系统以NI公司的LabWindows软件为开发平台,利用三维加速度传感器及其调理模块等所组成的虚拟仪器检测系统,完成手传振动数据的实时采集、显示和存储,信号的1/3倍频程谱分析,频率加权网络的计算和患病率为10%的预期暴露时间评价。
  本着模块化、人性化的研发思想,本研究所开发的基于人体手传振动测量与评价虚拟仪器,仪器界面友好,显示直观,扩展性强,操作简单、方便。在主控界面上设有帮助按钮,各分界面上有提示,方便初次使用者。经运行调试,此测评系统运行可靠,且评价结果与标准相符,可满足人体手传振动测量与评价要求。
[硕士论文] 刘红霞
工业工程 华北电力大学;华北电力大学(保定) 2013(学位年度)
摘要:随着我国经济的不断的繁荣,对基础设施的要求也在不断的提高,电网是基础设施的一个重要组成部分,然而农村电气化工程项目由于一些因素的影响始终没有得到足够重视。为建立满城县安全可靠的供电网络,以保证满城县经济持续健康高速发展,对陈旧的电网设施加大重视度,强调了电气化工程建设的必要性;村用电量的不断加大,与现存的农村电网设施落后破旧的现实之间的矛盾更加的突出,更加突出了电气化工程项目的重要地位。新农村的电气化建设对满城县新农村的经济繁荣发展有着举足轻重的深远意义,由于一些驱动因素始终没有得到足够重视,满城县新农村电气化建设工程项目的经济技术评价工作发展仍然不足,要做好经济性评价工作,应该可以加强满城县的电网建设项目的管理,构建科学合理的项目经济评价体系,提高工程项目的可靠性,降低管理风险,提高项目效益。
   本文就是在农村电气化发展的现实状况为基础上,剖析了满城县新农村电气化工程建设的目标具体要求,以及在发展具体规划的指导下,提出了电气化建设的指标体系,并以层次分析法和模糊综合评价方法结合起来,该评价方法能够很好地对满城县工程项目中的问题,用定性与定量相结合的方法进行分析,最后通过对满城县电气化工程建设进行经济技术分析,并通过建立评价指标体系,运用模糊层次分析方法对该县进行评价,通过对评价结果的分析,找出满城县电气化工程项目的问题所在,并提出切实的发展建议。
  
[硕士论文] 郑玉龙
机械电子工程 南京农业大学 2012(学位年度)
摘要:农业机器人定位技术是机器人领域的一个重要研究方向,是实现农业机械智能化的关键技术之一。事实上,怎样获得机器人所处的精确位姿信息,是其智能导航任务能否成功的前提。
   本文主要对一种基于机器视觉的定位技术(----)视觉里程计进行了系统的研究,主要工作如下:
   1.首先就机器人定位技术做了一个综述,讨论了各种定位方法存在的缺陷与不足,在此背景下,引入了视觉里程计技术,介绍了视觉里程计技术的理论背景、优势、国内外的研究现状以及本文研究的技术框架。
   2.引入了特征点提取算法---SURF算法,深入研究了它的原理,在VS2010环境下实现了其功能,在农田环境下验证算法的鲁棒性,除此以外,进行了Harris算法和SIFT算法特征提取实验,就3种算法的提取结果做出比较,进一步证明SURF算法的优势。
   3.研究了农田中的复杂环境所具有的特点,将视觉里程计定位技术应用到农业轮式机器人当中,探讨在此类条件下出现的各种问题。
   4.提出了一个新的基于SURF特征提取算法的立体视觉里程计定位系统,该系统仅依靠视觉输入,通过在连续图像帧中提取特征点作为自然路标,然后对特征点进行匹配以得到特征点对之间的对应关系,最后结合LMedS鲁棒算法与非线性最小二乘法,求取机器人的精确的定位信息。最终试验证明,本文所建立的系统的估计误差在3.4%以内。
   本文对机器人视觉定位技术进行了深入研究,为农业机器人的精确定位提供了一条可行途径。
[硕士论文] 方超
生物系统工程 浙江大学 2012(学位年度)
摘要:当今蔬菜与花卉现代化培养体系,以轻基质穴盘培养为主。而在作物生长过程中,作物需要的光热、空间、养分都会逐渐增大,需要将不健康的劣质苗剔除,同时将健康的苗移栽到更大的穴盘或花盆继续培养,即移钵作业。移钵作业是设施农业中育苗生产系统的一项主要作业过程,劳动强度很大,自动化移钵作业系统的开发应用可以减轻劳动强度,提高作业效率,同时提高幼苗的质量。本文主要就穴盘苗自动化移钵作业体系的构建,做了相关研究,结果如下:
   1、综述了国内外穴盘苗移钵机械设备的研究进展和应用状况,综述了容器苗技术的发展情况,总结了适合于机械化作业的新型容器育苗技术,提出了进行穴盘苗自动化移钵设备研究的迫切需求。
   2、在温室中培育穴盘苗,进行了穴盘苗相关参数的测定。实验研究了72孔、128孔和200孔三种穴盘苗,在高、中、低三种含水率水平下根钵的压缩力学性能,提出了穴盘苗自动化移钵体系的总体设计方案。
   3、提出了穴盘苗品质检测、劣质苗剔除与健康苗补植系统的设计方案。详细介绍了穴盘输送装置、劣质苗剔除装置和健康苗补植装置的结构和工作原理。实验研究了72孔、128孔和200孔穴盘苗,在高中低三个含水率水平下,气吹式劣质苗剔除装置适宜的剔除气压值。
   4、提出了穴盘间的穴盘苗稀植移钵系统的设计方案,详细介绍了穴盘自动分送装置、穴盘填料装置、稀植移钵装置的结构和工作原理。使用ADAMS进行了穴盘自动分送装置的运动学分析,从理论上论证了方案的可行性。
   5、提出了穴盘到花盆的穴盘苗稀植移钵系统的设计方案,详细介绍了花盆自动分送装置、花盆填料装置的结构和工作原理。比较分析了两种移钵设备在结构和功能上的异同。
[硕士论文] 凌健
电气工程 浙江大学 2011(学位年度)
摘要:本文对新农村电气化典型供电模式应用案例进行了分析,从电网规划、配电变压器、无功补偿、低压线路、户表等方面探讨了新农村电气化建设的基本要求,分析研究了新农村电气化典型供电模式的类型及其设置;最后分别列举了A、B、C类典型区域供电模式典型案例进行分析。
   针对节能技术在新农村典型供电模式中的应用,建立了以降低有功网损为目标的农网全网无功优化模型。提出了一种改进的微分进化算法对模型进行求解。在进化过程中,该算法根据进化情况采用动态参数调整机制用以提高算法的搜索效率,并且对种群重叠状况进行实时监视,对重叠个体采用基于Tent映射的混沌搜索策略来进一步提高算法的全局寻优能力。在实际农网系统上验证了所述无功优化方法的有效性。
   最后,对典型供电模式中的数据通信方式进行了探讨.本文主要介绍了无线传感器网络技术和PON技术,为解决农网自动化通信问题提供了有效途径。
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