基于油茶树冠层性状分析的振动采摘参数优化与试验

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近年来,油茶产业快速发展,油茶果采摘问题日益凸显,机械化采摘模式已成为油茶果种植者的迫切需求。油茶果机械化采摘有提高采摘效率、缓解劳动强度等优点,但操作不当也会造成一定的损伤,影响下一年的结果数量。因此,在设计油茶果机械化采摘设备时应遵循“高效低损”的理念。随着专家学者对机械化采摘油茶果的不断研究,振动采摘已成为主要机械化采摘油茶果的研究方向。在振动采摘油茶果过程中,油茶果的脱落不仅与振动参数有关,还与果树本身的基础特性有关。因此,本文以与振动采摘油茶果存在相关性的油茶树冠层基础性状为对象进行研究分析,从而实现对采摘参数进一步优化,在提高采收效率的同时降低花苞损伤率。主要研究内容如下:(1)油茶树扫描与分割。本文使用VLP-16激光雷达,扫描油茶树获取其点云数据,通过对其预处理、单树分割等步骤,得到较为完整的油茶树点云图像,为后续的测量工作奠定基础,减少人工测量产生的误差和人力耗费。(2)油茶树及油茶果的结构特性研究。以点云数据为基础对油茶树的基础生物性状进行测量,通过对油茶果果实直径和果实重量的分布研究,并根据可靠性验证,得到有效的油茶果平均直径以及平均重量的测量方法,同时找到了适合油茶果振动采摘的高度区间。(3)对不同品种油茶树建模,为分析油茶果脱落条件,对油茶果建立力学模型并求解,得到其脱落的理论条件后,采用“模拟果”设计脱落试验,而后进行动态试验,对试验结果及采集的试验数据进行分析,得到振动采摘油茶果时的振动时期内果实更容易受到损伤,从而得到振动频率对振动采摘油茶果具有重要影响。因此进行模态分析,探究其具有共同的固有频率范围,分析得出振动采摘油茶果时最合适的频率范围应选择在6~12Hz之间。(4)根据本文研究内容及单因素试验,选择适宜振动采摘的时间、高度和频率取值范围,并以这三项为试验因素,以油茶果采收率和花苞损伤率为评价指标,开展正交试验方案设计,以此得到回归模型,而后进行相关分析,得出适合基地内常规高度油茶树的最佳振动采摘参数。通过田间试验对其进行验证,当采摘参数为振动时间11s、振动高度138cm、振动频率8Hz时,油茶果采收率为92.78%,花苞损伤率为10.27%,该参数可为之后油茶树振动采摘提供一定参考。
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