针对农业温室环境中,由于超宽带(Ultra-wideband,UWB)定位技术干扰免疫差和统计特性未知而面临定位精度不足的问题,本文提出一种基于改进自适应卡尔曼滤波(Improved adaptive Kalman filter,IAKF)算法的UWB定位技术。首先,引入异常检测...针对农业温室环境中,由于超宽带(Ultra-wideband,UWB)定位技术干扰免疫差和统计特性未知而面临定位精度不足的问题,本文提出一种基于改进自适应卡尔曼滤波(Improved adaptive Kalman filter,IAKF)算法的UWB定位技术。首先,引入异常检测机制,以识别滤波过程中的发散现象;进而,通过实时更新量测噪声协方差矩阵,抑制滤波发散,在噪声强波动情况下增强算法适应性;同时,开展3种不同环境噪声下仿真定位试验,对比分析UWB、IAKF、自适应卡尔曼滤波(Adaptive Kalman filter,AKF)及卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)算法性能。仿真结果表明,IAKF算法展现出更强的适应性及鲁棒性。以自主开发农用履带车辆为定位载体,于农业温室环境中开展UWB定位试验。试验结果表明,温室环境中,履带车辆在视距(Line of sight,LOS)和非视距(Non line of sight,NLOS)场景下,较AKF和KF算法,IAKF算法定位精度分别提高22.2%、13.0%和20.0%、15.4%。展开更多
生物质和化石燃料经不完全燃烧产生的固相富碳残留物统称为黑炭.溶解性炭黑(dissolved black carbon,DBC)是黑炭的水溶性组分(其粒径尺度小于0.45μm),被视为全球溶解有机碳库的重要组成部分.尽管针对它的结构与功能、行为与归宿已有研...生物质和化石燃料经不完全燃烧产生的固相富碳残留物统称为黑炭.溶解性炭黑(dissolved black carbon,DBC)是黑炭的水溶性组分(其粒径尺度小于0.45μm),被视为全球溶解有机碳库的重要组成部分.尽管针对它的结构与功能、行为与归宿已有研究,但DBC在环境中的产生、迁移、转化等过程对有机污染物环境行为的影响关注仍显不足.因此,综述了DBC的分布特征,从元素组成、碳质结构、基团性质和技术检测上深度认识DBC的分子结构与性质变化;归纳了DBC与环境新污染物的相互作用,梳理了DBC与新污染物的作用机制和转化效果;概述了DBC的环境过程对有机污染物行为的影响(如结合、去除、转化等).着重就DBC通过氢键、π-π电子供受体、疏水分配、静电作用等与有机污染物发生结合过程、在阳离子条件下DBC通过压缩双电层机制发生团聚并吸附去除污染物过程、以及DBC介导有机污染物光降解过程进行了系统地阐述.未来研究重点应结合跨学科的技术手段认识DBC分子结构的复杂性,深入理解DBC在环境过程中对新污染物行为的影响机制.这为准确评估DBC环境行为与效应,有效构建DBC与新污染物的命运关系起到重要作用.展开更多
[目的]针对水稻秸秆不同含水率下离散元参数标定方法通用性不足导致水稻秸秆还田装备数值模拟误差较大的问题,结合物理试验与仿真试验对不同含水率的水稻秸秆进行试验研究。[方法]通过物理剪切试验建立含水率-剪切力模型;基于水稻秸秆...[目的]针对水稻秸秆不同含水率下离散元参数标定方法通用性不足导致水稻秸秆还田装备数值模拟误差较大的问题,结合物理试验与仿真试验对不同含水率的水稻秸秆进行试验研究。[方法]通过物理剪切试验建立含水率-剪切力模型;基于水稻秸秆物理特征在EDEM中建立以Hertz-Mindlin with bonding为接触模型的水稻秸秆离散元模型,通过Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验筛选出水稻秸秆离散元显著性参数:黏结键半径、单位面积法向刚度、单位面积剪切刚度。[结果]模型决定系数(R^(2))分别为0.986和0.984,模型均显著(P<0.01);基于水稻秸秆的含水率-剪切力模型和剪切力-离散元模型构建含水率-离散元模型,采用物理试验与仿真试验对比的方法得到相对误差小于等于5.4%,验证了模型的可靠性。[结论]所标定的含水率-离散元模型可用于不同含水率水稻秸秆的数值模拟,为水稻秸秆的收获、还田、免耕等环节的装置结构设计和优化提供理论依据。展开更多
文摘针对室内全球导航卫星系统(Global navigation satellite system,GNSS)信号受遮挡时,农用车辆协同定位精度低、稳定性差、信号丢包等问题,本文开展面向超宽带(Ultra-wideband,UWB)调频技术的室内外农用车辆协同定位算法研究。首先,搭建三基站多边测距定位模型,实现主基站绝对位置标定以及辅助基站绝对位置坐标的变换求解;其次,提出全质心加权最小二乘的高速双边双向(Weighted least squares high double sided two-way ranging,WLS-HDS-TWR)农机协同定位算法,基于泰勒级数展开的WLS估计算法,求解主车位置。同时,提出面向室内环境的多状态基站组合的UWB定位模块布设模式,并验证其可行性;通过飞行时间法(Time of flight,TOF)获取主从车距离信息,融合GNSS标定位置信息、主车坐标信息以及测距信息,实现主从车协同定位。最后,基于Prescan/Simulink搭建联合仿真平台,验证提出算法的可靠性;通过农用履带车辆开展室内及室外协同定位实车试验,试验结果表明:全质心WLS-HDS-TWR协同定位算法可有效解决室内GNSS信号缺失问题,室内环境下,定位精度较HDS-TWR及全质心LS-HDS-TWR算法分别提高26.98%和22.03%,满足智能农机协同定位作业需求。
文摘针对农业温室环境中,由于超宽带(Ultra-wideband,UWB)定位技术干扰免疫差和统计特性未知而面临定位精度不足的问题,本文提出一种基于改进自适应卡尔曼滤波(Improved adaptive Kalman filter,IAKF)算法的UWB定位技术。首先,引入异常检测机制,以识别滤波过程中的发散现象;进而,通过实时更新量测噪声协方差矩阵,抑制滤波发散,在噪声强波动情况下增强算法适应性;同时,开展3种不同环境噪声下仿真定位试验,对比分析UWB、IAKF、自适应卡尔曼滤波(Adaptive Kalman filter,AKF)及卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)算法性能。仿真结果表明,IAKF算法展现出更强的适应性及鲁棒性。以自主开发农用履带车辆为定位载体,于农业温室环境中开展UWB定位试验。试验结果表明,温室环境中,履带车辆在视距(Line of sight,LOS)和非视距(Non line of sight,NLOS)场景下,较AKF和KF算法,IAKF算法定位精度分别提高22.2%、13.0%和20.0%、15.4%。
文摘生物质和化石燃料经不完全燃烧产生的固相富碳残留物统称为黑炭.溶解性炭黑(dissolved black carbon,DBC)是黑炭的水溶性组分(其粒径尺度小于0.45μm),被视为全球溶解有机碳库的重要组成部分.尽管针对它的结构与功能、行为与归宿已有研究,但DBC在环境中的产生、迁移、转化等过程对有机污染物环境行为的影响关注仍显不足.因此,综述了DBC的分布特征,从元素组成、碳质结构、基团性质和技术检测上深度认识DBC的分子结构与性质变化;归纳了DBC与环境新污染物的相互作用,梳理了DBC与新污染物的作用机制和转化效果;概述了DBC的环境过程对有机污染物行为的影响(如结合、去除、转化等).着重就DBC通过氢键、π-π电子供受体、疏水分配、静电作用等与有机污染物发生结合过程、在阳离子条件下DBC通过压缩双电层机制发生团聚并吸附去除污染物过程、以及DBC介导有机污染物光降解过程进行了系统地阐述.未来研究重点应结合跨学科的技术手段认识DBC分子结构的复杂性,深入理解DBC在环境过程中对新污染物行为的影响机制.这为准确评估DBC环境行为与效应,有效构建DBC与新污染物的命运关系起到重要作用.
文摘[目的]针对水稻秸秆不同含水率下离散元参数标定方法通用性不足导致水稻秸秆还田装备数值模拟误差较大的问题,结合物理试验与仿真试验对不同含水率的水稻秸秆进行试验研究。[方法]通过物理剪切试验建立含水率-剪切力模型;基于水稻秸秆物理特征在EDEM中建立以Hertz-Mindlin with bonding为接触模型的水稻秸秆离散元模型,通过Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验筛选出水稻秸秆离散元显著性参数:黏结键半径、单位面积法向刚度、单位面积剪切刚度。[结果]模型决定系数(R^(2))分别为0.986和0.984,模型均显著(P<0.01);基于水稻秸秆的含水率-剪切力模型和剪切力-离散元模型构建含水率-离散元模型,采用物理试验与仿真试验对比的方法得到相对误差小于等于5.4%,验证了模型的可靠性。[结论]所标定的含水率-离散元模型可用于不同含水率水稻秸秆的数值模拟,为水稻秸秆的收获、还田、免耕等环节的装置结构设计和优化提供理论依据。
