成熟水稻-收获机械信息感知方法及自适应巡航收获技术

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51875260
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0506.机械设计学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

It is bottleneck problems of rice combine harvesters, such as lacking collection of operating status information, intelligent decision-making of operating performance and precision operation system, which lead to unstable operating performance, operating efficiency that varies from person to person, poor adaptability of harvesting and high intensity of maneuvering. Aiming to solve these problems, research had to be done on exploring the attribute information (e.g. mature rice’s density, plant height and hierarchic ears of rice) as well as real-time perception method of landform information, and establishing the on-line accurate calculation model for feed rate. Studied the real-time monitoring method of grain breakage rate and impurity rate, real-time control model of cutting height and cutting amplitude and Beidou GNSS/Inertial Navigation INS integrated centimeter-level positioning method to obtain online information on the status of harvesting machine. Revealing the matching rules of rice attributes and combine harvester operating parameters and constructing a dynamic correlation control theory between rice-machinery systems and a multi-parameter correlation control model forms an adaptive cruising harvesting intelligent decision support system under complex harvesting environment to improve the operation performance, efficiency, adaptability and maneuvering comfort of the machine; integrated development of a self-adaptive cruise harvesting intelligent control system of the rice combine harvester, test and optimize. The research results of the project will significantly enhance the intelligent level of rice combine harvester and the core competitiveness of our country products, and have important scientific significance and engineering application value for ensuring food security in China
针对水稻联合收获机缺乏作业状态信息收集、作业性能智能决策和精准作业系统导致作业性能不稳定、作业效率因人而异、收获适应性差、操纵强度大等瓶颈问题,探索待收获区域成熟水稻密度、株高、穗层等属性信息和地表形貌信息实时感知方法,建立喂入量在线精准计算模型;研究籽粒破碎率与含杂率实时监测方法、割茬高度和割幅实时控制模型以及基于北斗GNSS/惯导INS组合导航的连续厘米级定位方法,获取机器收获时工作状态在线信息;揭示水稻属性与联合收获机工作参数的匹配规律,构建水稻-机器系统之间的动态关联调控理论和多参数关联调控模型,形成复杂收获环境下自适应巡航收获智能决策支持系统,提高机器的作业性能、效率、适应性和操纵舒适性;集成开发水稻联合收获机自适应巡航收获智能控制系统,并进行试验与优化。项目研究成果将显著提升我国水稻联合收获机的智能化水平和产品的核心竞争力,对于保障我国粮食安全具有重要的科学意义和工程应用价值。

结项摘要

传统水稻联合收获机缺乏作业状态信息收集、作业性能智能决策和精准作业能力,导致整机作业性能不稳定、作业效率因人而异、收获适应性差、操纵强度大。为解决以上瓶颈问题,本研究以整机作业性能和作业效率的最佳平衡为目标,重点探索了适收期成熟水稻属性和机器状态信息在线感知方法和水稻属性和机器系统动态关联调控策略,开发了成熟水稻自适应巡航收获系统。主要研究内容和结论如下:.(1)基于深度高程图像结合灰度直方图扫描计算得到水稻株高信息,平均绝对误差为2.92cm;基于语义分割和图像特征,以骨架线节点和穗头像素面积为特征因子建立水稻密度预估模型(R2为0.835);采用最大类间方差法,输出作物收获边界的横向偏移平均绝对误差为2像素,航向夹角平均绝对误差为1.65°;设计了双自由度随地仿形传感器,构建了割茬高度灰色预测调控系统,平均偏差控制在21mm以内;研制了水稻籽粒含杂破碎率一体化检测装置并开发了实时检测算法,实际机收时含杂率检测相对误差为2.6%~9.1%,破碎率相对误差为6.0%~12.8%;搭建了GNSS/INS松组合导航系统,基于卡尔曼滤波算法实现GNSS和INS的导航信息的有效融合;.(2)以水稻株高、密度、割幅和留茬高度为输入,前进速度为输出,建立了水稻联合收获机喂入量多参数模糊控制模型,实现了喂入量稳定调控;以籽粒清选夹带损失率、含杂率和破碎率为输出,筛片开度、风机进风口面积和脱粒间隙为输入,采用粒子群优化与小波神经网络融合对脱粒清选系统状态空间模型进行辨识,基于模型预测控制方法建立脱粒清选多参数协同控制策略,实现了损失率、含杂率和破碎率的快速稳定控制,系统超调量≤0.06%、响应时间≤3s;.(3)研制了机器作业状态实时监测、基于物联网的机器作业状态数据无线传输以及基于虚拟现实技术的机器作业状态远程管控模块,集成开发了水稻联合收获机自适应巡航收获车载电子信息系统,并通过多轮田间试验不同工况下自适应巡航收获控制系统的实时性、鲁棒性和收获适应性。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(9)
会议论文数量(0)
专利数量(13)
Development of a four-point adjustable lifting crawler chassis and experiments in a combine harvester
四点可调举升履带底盘的研制及联合收割机试验
  • DOI:
    10.1016/j.compag.2020.105416
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Computers and Electronics in Agriculture
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Yixin Sun;Lizhang Xu;Bo Jing;Xiaoyu Chai;Yaoming Li
  • 通讯作者:
    Yaoming Li
Estimation of Crop Height Distribution for Mature Rice Based on a Moving Surface and 3D Point Cloud Elevation
基于移动表面和 3D 点云高程的成熟水稻作物高度分布估计
  • DOI:
    10.3390/agronomy12040836
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
    Agronomy
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yixin Sun;Yusen Luo;Qian Zhang;Lizhang Xu;Liying Wang;Pengpeng Zhang
  • 通讯作者:
    Pengpeng Zhang
Improved random sampling consensus algorithm for vision navigation of intelligent harvester robot
智能收割机视觉导航的改进随机采样一致性算法
  • DOI:
    10.1108/ir-03-2020-0055
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Industrial Robot: the international journal of robotics research and application
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Bin Li;Yu Yang;Chengshuai Qin;Xiao Bai;Lihui Wang
  • 通讯作者:
    Lihui Wang
Development of a cleaning fan for a rice combine harvester using computational fluid dynamics and response surface methodology to optimise outlet airflow distribution
使用计算流体动力学和响应面方法开发水稻联合收割机清洁风扇,以优化出口气流分布
  • DOI:
    10.1016/j.biosystemseng.2019.12.016
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    BIOSYSTEMS ENGINEERING
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Chai, Xiaoyu;Xu, Lizhang;Li, Yaoming
  • 通讯作者:
    Li, Yaoming
An improved path-tracking controller with mid-angle adaptive calibration for combine harvester
一种改进的联合收割机中角自适应校准路径跟踪控制器
  • DOI:
    10.1088/1748-0221/15/01/p01025
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Instrumentation
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Qiao N.;Wang L.;Zhu W.;Tang X.;Jin C.;Yaoming L.;Xu L.
  • 通讯作者:
    Xu L.

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其他文献

风筛式清选装置气流场的数值模拟与分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    江苏大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵湛;唐忠;徐立章;李洪昌;李耀明
  • 通讯作者:
    李耀明
油菜混合物与仿生筛面基体间的粘附特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    农业机械学报/Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马征;李耀明;徐立章
  • 通讯作者:
    徐立章
基于神经网络和遗传算法的脱粒装
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机械设计与制造,2008年2期
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王显仁;李耀明;徐立章
  • 通讯作者:
    徐立章
水稻谷粒的挤压力学性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    农业机械学报,2007,38(11):56-59.(EI收录)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李耀明;王显仁;徐立章;陈进
  • 通讯作者:
    陈进
油菜联合收获机筛面粘附物摩擦特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李耀明;马征;徐立章
  • 通讯作者:
    徐立章

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徐立章的其他基金

联合收获机多风道高效清选理论及自适应清选方法
  • 批准号:
    51475217
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    82.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
油菜脱出混合物与清选筛面粘附机理的研究
  • 批准号:
    50805068
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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