定位试验范文（精选9篇）
定位试验 第1篇
由于人们对于环境保护意识的淡薄,以及快速的工业化进程,致使水环境逐步恶化,特别是城市湖泊、河流水体污染严重。近年来,人们对于环境的呼声愈来愈高,水环境治理与恢复,改善城市水系,创造人水和谐水上花园成为许多国家地区市政工作的重点。在中国的上海、北京、深圳、昆明、宁波、武汉等许多城市近几年都在城市水环境改造方面投入了大量的人力、财力,建设了大量的人工浮岛和多样化人工水上景观。人工浮岛,以其施工简单、工期短、对周围环境改善明显、造价低、净化效果好、景观效果突出等优点,成为许多环境工程的首选。
1 人工浮岛的材料
人工浮岛所用材料的选择范围很广泛,只要浮力效果好、不污染都可以成为备选材料。但是考虑到施工工艺和造价,目前,所用的材料大部分为竹子、泡沫、木头、废旧轮胎。其中竹子、泡沫应用最广泛。以浮力效果好、结实、耐水浸等优点,竹子广泛地使用于实践。泡沫板的突出优点在于:造价低,浮力打、易加工、耐水浸。使用的一般方法是在一块平整的板上均匀地打一些孔洞,然后再把装有植物的镂空杯子放入其中。固定植物的方法常用海绵包起其根部塞入杯中。
2 人工浮岛的抛锚式固定
抛锚式固定适合的场所为宽阔、水位较深变化较大的水域。由于降雨洪水、风浪等原因,湖泊的水位变化一般较大。因此,载体固定的关键是如何在适当控制浮床水平移动的同时,满足水位变动的要求。
实际工程中所用的种植单元一般为长方形,规格:1 m×3 m。形状也有正方形、三角形或多种形状的组合。载体太小或过窄的话,随着植株的长高,重心上移,借助风浪的作用,很有可能造成其倾覆。并且一般种植单元之间留有一定的间隙,以免有波浪时由于碰撞而引起破损[1]。
同时为了缓解由于风浪产生的浮动,使得沉坠离开原来的位置或防止载体本身被拉裂,一般需要在固定绳子的中间安置一个浮子。如图1所示。
3 抛锚式固定原理与数学表达式
单元力平衡(见图2)可以从以下几个方面分析。
(1)垂直方向:
式中:l,m,n分别为载体、浮子、沉坠的数量;F、f1、G、G′分别为载体与浮球的浮力、载体与沉坠的重力;
此方向的力不平衡只有一种可能:载体自身的浮力小于自身的重力。这将直接导致载体下沉,使得植物无法呼吸而溺死。可以这样说,此方向的力平衡与否关系着工程的成败。平衡关键是载体提供的浮力足以抵消载体上面所栽种的植物以及其本身所需要的养料(土壤)。G的计算可以通过把所要栽种植物成熟个体的重量乘以其数量得到,这样的结果准确性差一些。如果能得到一个载体上所有的成熟个体,一起称重,其结果会精确一些。由浮力的公式:F=ρ g v排密度ρ=1.0×103 kg/m3和重力加速度g=9.8 N/kg,可知影响浮力的关键因数为物体排开水的体积V排。所用材料比较单一,可以查相关的技术资料。否则,可以利用公式:
重力的计算公式为G=mg,此计算较容易。沉坠的重力应该足够大,否则载体单元之间容易发生碰撞,水下面的绳子有可能缠绕在一起,增加了管理的难度。考虑到水平的力平衡,沉坠的形状不易做成圆形,为了增强摩擦力,可将其做成立方体或其他几何形状。
(2)水平方向。由勾股定理得到绳子拉力水平与垂直投影:
经分析有:
水平摩擦力与绳子在水平方向的拉力相等,根据摩擦力原始的计算公式f=μ G上式又可表达为:
式中:P为绳子所受拉力;f′为沉坠所受的水平摩擦力;μ 为底泥的摩擦系数。
水平方向上主要考虑风浪作用下,水底沉坠的抵御能力。摩擦力计算公式:f=μ G。由公式可知,μ为定值,重力与其成正比。足够的重量是关键。一般工程中常见的方形混凝土沉坠的重量为20～30 kg/个。在沉坠的四周设置一定长度钢筋刺(3～5cm),也可达到目的。
(3)绳子方向。参照图2,由勾股定理得:
当浮力很大的情况下,绳子拉力P增加的同时,摩擦力f′随之减少,即f′→0,则上式即简化为:
绳子一定要结实,耐水泡,有一定的柔韧性。尼龙绳实际使用最为广泛。
单元设置:
式中:H、h分别为最大和最小水深;L1、L2分别为浮球以下和浮球以上的绳长;α、β分别为绳子与河底的最大和最小夹角;p为波浪高;D为每单元的宽度。
小浮子以上的绳长主要起调节水位的作用,其长度的确定是关键。浮子所在绳上的位置将直接影响其作用,一般是设置在绳子的上部。绳子与水底的夹角也是影响浮力效果的重要指标,考虑到方便施工,节省材料,满足力平衡,最大为75°,最小为60°比较合适。详尽的水位变动资料将大大提高绳长设定的精度。否则,过长,浪费材料,不经济;过短,水位过高,载体浸泡水中,养料土壤有可能被冲走,影响植物生长,甚至冲走植物。这样将加重管理的难度。
单元的组织形式可以多种多样,图3所示的就是一种组织形式,载体中间用绳子连起来,周边用沉坠固定。这样可以提高材料利用效率,减少投入。
4 小浮子作用
浮子不需要很大,只要满足要求即可。浮子过小则起不到缓冲碰撞或拉力的作用;浮子过大不经济,浪费材料。实际工程中应用最广泛的是直径13 cm的白色的圆形泡沫球。
此种固定方式的突出优点就在于浮子。浮子的浮力在载体单元中可以缓解由于外力(波浪,风等)对载体本身的冲击。实际工程中,80%载体都是泡沫,这种材料虽然便宜、易加工、浮力大,但是它也有一个很大缺点:脆,不能经受很大力量或长时间的摩擦,因此在浮子缓解外力的作用下,提高了载体的使用期限。同时,浮子还可以起到保持单元形状的作用,因为在自身浮力的作用下,浮子将会受到水下绳子的拉力,同时浮子以上部分绳子又会受到浮力的拉力,这样单元四周产生一个张力圈,其受力几何形状将得到保持,达到固定载体的作用。
因此浮球的作用主要为:缓解拉力,保持柔性载体的形状。 当然如果载体本身为刚性的,材料坚硬耐磨,可以不设置浮子。
5 试验验证
此次试验场地为150 cm×70 cm×50 cm的鱼缸,波浪由手工搅动产生。实验所用材料为聚乙烯泡沫板,规格:6 cm×23 cm。最高/最低水深39/30 cm、29/20 cm。种植单元中只有一个载体。忽略了浮球与绳子的重力。波浪高度p=2 cm。最大最小角α=60°,β=75°。图4和图5分别为低水位和高水位试验。
经计算得到L1=31/21 cm,L2=16.3/15.1 cm。D=105/85 cm。
角度的确定主要受到试验场地的限制,同时这样角度实际工程中好掌握,并且节省材料。
试验所用验证方式为确定单元宽度D和绳长L1、L2的情况下,测量其角度。经测量其最大最小角分别为62°、74°/63°、76°。满足精度要求。
6 结 语
通过此次试验,依据浮力学理论,我们得到了人工浮岛抛锚法固定的数学表达式,同时也验证了公式的正确性。表达式不仅限于人工浮岛。只要是漂浮在水面上的物体,其固定技术采用抛锚法,此套表达式均可用。
由于鱼缸底部较滑,摩擦力较小,试验中有时出现水底的沉坠被拉离原来的位置,向内侧移动的情况,影响了试验数据的有效性。此试验对单元之间以及单元载体之间的碰撞作用没有给予考虑,有待进一步的试验分析。
摘要：人工浮岛,作为一种新型的景观形式和水质净化载体方式,在世界各地得到了广泛的应用。人工浮岛载体固定方式主要有抛锚式、桩定式、立柱式、牵拉式。各种固定方式都有其适合的场所环境,抛锚法是局限最小应用较广的固定方式。针对抛锚法固定方式进行了试验研究与改进,并从浮力学理论进行了探索研究,创建了抛锚法固定载体数学表达式,通过试验室抛锚固定试验和野外湖泊抛锚固定试验验证了数学方程式的正确性,为人工浮岛设计提供了理论基础。
关键词：人工浮岛,抛锚固定法,载体
参考文献
[1]李树华.一种新型的园林绿地人工浮岛绿地[J].花木盆景.花卉园艺,2005,(12).
定位试验 第2篇
低频声纳在浅海水下检波器定位中的应用试验及分析
文章介绍了低频声纳在浅海水下检波器定位的工作原理,进行了检波器接收声纳信号的测试及试验,验证了利用声纳激发检波器接收这一定位原理的正确性,确定了下一步研究方向.
作 者：许建村 吴学兵 Xu Jiancun Wu Xuebing 作者单位：中国石化胜利石油管理局物探公司,山东,东营 刊 名：石油仪器 英文刊名：PETROLEUM INSTRUMENTS 年，卷(期)： 23(4) 分类号：P631.4+36 关键词：低频声纳 检波器 试验 分析定位试验 第3篇
摘 要：通过对碴石盲沟（填料暗沟）排水条件下潮滩盐土原土改良进行定位试验，研究其改良效果的有效性、持续性。结果表明，改良后种植时土壤的脱盐率达到76.00%。改良后3年内土壤的全盐含量保持在3.00 g·kg-1以下，pH值8.50以下；土壤盐分组成由改良前的氯化钠潮滩盐土演变为氯化物硫酸盐轻度盐渍土或硫酸盐盐渍土；土壤养分由改良前的Ⅵ级土壤演变为Ⅳ级及以上。可见，该技术可使土壤迅速脱盐，改变土壤盐分组成，增加土壤养分含量，且这种改良效果具有持续性。
关键词：潮滩盐土；碴石盲沟；原土改良；定位试验
中图分类号：S156.4 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.08.003
潮滩盐土，滨海盐土的亚类，处于滨海盐土发育的初级阶段，成土年龄极其短暂，为基本上没有生长高等植物的海滩（俗称“光滩”）[1]，多分布于海岸线外侧。中国拥有长达18 000 km的海岸线和众多岛屿，潮滩盐土资源丰富[2]，且由于河流入海口的不断淤长以及修筑海堤等活动，每年有面积可观的海滩形成[3]。随着全国耕地面积持续减少、建设用地日趋紧张，滩涂潮滩盐土成为宝贵的战略土地资源，对其改良利用成为解决中国面临的粮食、资源和环境等问题的重要措施[4]。
滨海盐土的原土改良一直被公认为是“世界性难题”。不换种植土原土改良技术是一项速成、速效、高效，适用于盐渍化淤泥质滨海平原的盐土与围海吹填新陆地的改土与绿化技术，可广泛应用于滨海城市的园林绿化和沿海防护林工程体系建设[5]。使用该技术改良曹妃甸新区滩涂土壤后2个月，土壤含盐量及地下水矿化度显著下降，土壤有机质、无机养分大幅提高，土壤容重降低，绿化成活率达到98%[6]，但对其改良效果持续性的研究鲜见报道。本文在研究碴石盲沟（填料暗沟）排水条件下潮滩盐土原土改良效果的基础上，通过3周年的定位跟踪监测，以探明该技术的有效性和持续性。
1 材料和方法
1.1 试验地概况
试验于2010—2013年在天津市滨海新区临港产业区及南港工业区进行。滨海新区属于温带大陆季风性气候，年平均气温12 ℃，年平均风速4.5 m·s-1，年平均降水量602.9 mm，多集中在7—8月份，冬春干旱而蒸发量大，年平均蒸发量1 909.6 mm，为年降水量的3倍以上。两试验地均为滩涂吹填造陆仅半年时间的潮滩盐土。改良前吹填土壤全盐量、pH值、离子含量见表1，养分含量见表2。
1.2 土壤改良的技术要点
临港产业区试验地位于天津市滨海新区临港产业区纬一路，长400 m，宽10 m，面积为4 000 m2，该试验地距离渤海仅10 m；南港工业区试验地位于天津市滨海新区南港工业区，长150 m，宽10 m，面积为1 500 m2。两试验地均采用“不换种植土的吹填土改良与绿化技术”进行潮滩盐土原土改良。此技术是在天津海林园艺股份有限公司发明的专利技术“节水型盐碱滩地物理-化学-生态综合改良及植被构建技术”[7]基础上提出的针对潮滩盐土土壤改良与绿化的创新技术。该技术的工程要点是采用碴石盲沟（地面以下100～130 cm，截面积30 cm×30 cm的沟中填入直径3～4 cm建筑用石料构成的以碴石作为淋水材料的填料暗沟）进行地下排水。其农艺技术的要点是在改良前回填的土体中掺拌10%（体积比）的秸秆以增加土壤通透性加速脱盐速率，在改良后种植时掺拌10%（体积比）的有机肥进行培肥及添加脱硫石膏等土壤改良剂以抑制土壤脱盐碱化。
1.3 采样及定位监测方法
为了避免土壤盐分含量空间差异性的干扰，采取定点方式采集土样[8]。根据试验地的大小布设定位监测点。全盐量、pH值的定位监测：临港试验地设置定位点6个，南港试验地设置定位点3个，分别取0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm土壤进行分析。离子组成、养分含量定位监测：分别从临港、南港试验地定位点中随机选取一个定位点进行离子、养分分析，取0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm四层土壤分析离子组成变化，取0～20 cm土壤进行养分分析。分别于改良前、洗盐结束后（土壤中全盐含量3 g·kg-1作为洗盐临界指标[9]）、改良后1周年、改良后2周年、改良后3周年取样检测。
1.4 测定方法
土壤全盐量及盐离子的测定水样通过5∶l的水土比浸提抽滤得到，土壤全盐量用电导法测定；K+、Na+用火焰光度计法测定；Ca2+和Mg2+用EDTA滴定法测定；Cl-用硝酸银滴定法测定；CO32-和HCO3-用双指示剂中和滴定法测定；SO42-用EDTA间接络合滴定法测定；pH用酸度计法，水土比5∶1；全氮用半微量凯氏法；水解氮用碱解-扩散法；有效磷用碳酸氢钠浸提法；速效钾用乙酸铵浸提-火焰光度法。以上测定方法均采用森林土壤分析方法[10]。
2 结果分析
2.1 土壤剖面全盐与pH值动态变化规律
2.1.1 土壤盐化分级 见表3。
2.1.2 土壤全盐含量与pH值变化 土壤全盐含量的变化见表4、表5。
由表4、表5可以看出，临港产业区纬一路经过灌溉洗盐，改良后种植时0～80 cm土壤的含盐量由改良前的12.01 g·kg-1降至3.23 g·kg-1，脱盐率达73.1%；南港工业区土壤含盐量由改良前的21.60 g·kg-1降至4.45 g·kg-1，脱盐率达79.40%，表明碴石盲沟排水条件下的潮滩盐土原土改良技术可以迅速降低土壤含盐量（降至3.00 g·kg-1左右），适宜大部分苗木生长。
临港产业区纬一路改良后一周年、两周年、三周年土壤含盐量分别为2.77 g·kg-1、2.90 g·kg-1、1.43 g·kg-1；南港工业区改良后一周年、两周年、三周年土壤含盐量分别为2.34 g·kg-1、2.01 g·kg-1、0.85 g·kg-1，表明碴石盲沟排水条件下的潮滩盐土原土改良技术可以使土壤含盐量长期稳定保持在3.00 g·kg-1以下。
2.1.3 土壤pH值的变化 表4、5显示临港产业区纬一路土壤pH值由改良前的8.40上升到8.70，南港工业区土壤pH值由改良前的8.59上升到9.18，表明土壤随着灌溉洗盐发生了脱盐碱化现象，应采取相应的农艺措施加以调控。本项技术在洗盐结束种植时结合土壤培肥添加一定量的脱硫石膏等土壤改良剂以抑制土壤碱化。临港产业区纬一路改良后1周年、2周年、3周年土壤pH值分别为8.35，8.36，8.24；南港工业区改良后1周年、2周年、3周年土壤pH值分别为8.67，8.37，8.42，表明该技术可以降低土壤pH值，并有效抑制土壤脱盐碱化。
2.2 土壤离子总量及盐分组成的变化
2.2.1 土壤盐分组成分类 见表6、表7和表8。
表7、表8可以看出，临港产业区、南港工业区两块试验地改良前土壤盐分组成均以NaCl盐占绝对优势，比重分别达到86.04%和90.52%，而硫酸盐比重仅占10.29%和8.84%，Cl-∶SO42-分别为8.36和10.24，根据表3土壤盐化分级指标及表5土壤盐分组成分类，临港产业区、南港工业区试验地土壤均属于以氯化物为主的氯化物滨海潮滩盐土。
改良1周年后，临港产业区的土壤盐组分中，氯化物盐下降到18.76%，而硫酸盐比重上升到66.51%，Cl-∶SO42-下降到0.28，盐渍土类型由改良前的氯化物滨海潮滩盐土演变成了硫酸盐中度盐渍土；南港工业区的土壤盐组分中，氯化物盐下降到43.22%，硫酸盐比重上升到32.91%，Cl-∶SO42-下降到1.31，盐渍土类型由改良前的氯化物滨海潮滩盐土演变成了氯化物硫酸盐中度盐渍土；改良2周年后，临港产业区的土壤盐组分中，氯化物盐下降到17.51%，而硫酸盐比重为52.53%，Cl-∶SO42-为0.33，盐渍土类型为硫酸盐中度盐渍土；南港工业区的土壤盐组分中，氯化物盐下降到29.97%，硫酸盐比重上升到42.65%，Cl-∶SO42-下降到0.70，盐渍土类型由改良1周年后硫酸盐氯化物中度盐渍土变成了氯化物硫酸盐中度盐渍土；改良3周年后，临港产业区的土壤盐组分中，氯化物盐下降到8.67%，而硫酸盐比重为63.78%，Cl-∶SO42-为0.14，属于硫酸盐轻度盐渍土类型；南港工业区的土壤盐组分中，氯化物盐下降到21.77%，硫酸盐比重为22.58%，Cl-∶SO42-为0.96，属于氯化物硫酸盐轻度盐渍土。上述结果表明，潮滩盐土经过改良不仅土壤含盐量明显降低，而且土壤离子组成和盐组分发生了明显的变化，即由氯化钠滨海潮滩盐土演变为硫酸盐轻度盐渍土和氯化物硫酸盐轻度盐渍土。由于硫酸盐对植物的危害程度远远小于氯化物盐[11]，改良后的潮滩盐土可满足大多数乔灌木的生长。
2.3 土壤养分含量变化
2.3.1 土壤养分分级标准 见表9、表10。
参照土壤养分含量分级标准，土壤养分均由缺乏、中等然后变为中等或丰富[12]。表10显示临港产业区、南港工业区两块试验地改良前土壤养分含量低，根据表9土壤养分分级标准，均属于Ⅵ级土壤。而改良1周年后临港产业区土壤养分含量上升至土壤Ⅳ级标准，改良2周年及3年周后土壤养分标准上升至Ⅱ级标准。南港工业区土壤改良一1周年后土壤养分含量上升至Ⅳ级标准，改良2周年、3周年后土壤养分含量维持在土壤Ⅳ级标准。综上所述，该技术改良后的潮滩盐土的土壤养分含量在改良后3年内呈逐年稳步上升趋势。
3 小结与讨论
（1）碴石盲沟排水条件下的潮滩盐土原土改良绿化技术，能够迅速降低潮滩盐土的土壤全盐含量，并在改良后三年内使潮滩盐土逐步演变为轻度盐化土壤，可满足大多数乔灌木的生长。
（2）碴石盲沟排水条件下的潮滩盐土原土改良绿化技术不但能够降低潮滩盐土的全盐含量，而且可以改变潮滩盐土的盐分组成，即由氯化物盐土演变成对乔灌木危害较轻的氯化物硫酸盐轻度盐渍土或硫酸盐轻度盐渍土。
（3）在碴石盲沟排水脱盐的基础上，采取洗盐前添加有机物料（碎秸秆、稻壳等），洗盐后增施有机肥料、树穴内构建和培育熟化土层等方法，使潮滩盐土的土壤养分稳步提升。
致谢：本项研究在天津市农业资源与环境研究所原所长毛建华研究员悉心指导下完成。本文承蒙毛先生多次修改，一并致谢！
参考文献：
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[2] 万建华，徐悦，张莉莉，等.滨海盐碱土资源化利用的新探索与研究[J].国土与自然资源研究，2011（5）：53-55.
[3] 丁海荣，洪立洲，杨智青，等.盐碱地及其生物措施改良研究现状[J].现代农业科技，2010（6）：299-300，308.
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[5] 毛建华，王正祥，刘太祥，等.资源节约环境友好的滨海盐土改良与绿化创新技术[J].中国农学通报，2009，25（11）：169-172.
[6] 毛建华，刘太祥.曹妃甸填海造地新陆地的土壤及其改良与绿化[J].天津农业科学，2010，16（2）：1-4.
[7] 刘太祥.节水型盐碱滩地物理-化学-生态综合改良及植被构建技术：中国，CN1765531[P].2006-05-03.
[8] 张博，马履一，刘太祥，等.曹妃甸盐土快速高效改良效果初探[J].安徽农业科学，2010，16（2）：1-4.
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[10] 中国林业科学研究院，森林土壤研究室.LY/T 1275—1999森林土壤分析方法[S].出版地不详：出版者不详，1999：74-113，152-167.
[11] 刘太祥，毛建华，马履一，等.中国盐碱滩地生态综合改良与植被构建技术[M].天津：天津科学技术出版社，2011：11-12.
黑土玉米钾肥定位试验研究 第4篇
1 材料与方法
1.1 材料
供试玉米品种为郑单958。
1.2 试验地概况
2008年是该试验的第16年。试验设在双城市农业技术推广中心试验地,土壤类型为黑土。有机质含量为1.27%,ASI法测定速效N8.8 mg·L-1,速效P 8.1 mg·L-1，速效K68.2 mg·L-1,有效S、B和Zn的含量分别为9.9、1.15和2.9 mg.L-1
1.3 试验设计
试验设4个处理,3次重复,小区面积30 m2。氮肥50%作基肥,50%作追肥;磷、钾及其它肥料全部作种肥。4月24日播种,9月26日收获,收获时各小区分别取0～20 cm和20～40 cm土壤剖面的土样。取秸秆和籽粒样,分析植株全钾、土壤速效钾和缓效钾含量。试验处理见表1,肥料用量见表2。
注:尿素含N 46%,2 200元·t-1;磷酸二铵含P205 46%,含N 18%,2 800元·t-1;氯化钾含K20 60%,3 000元·t-1。
2 结果与分析
2.1 钾对玉米生长发育的影响
从考种结果可以看出(见表3),施钾肥明显促进了玉米生长。与不施钾肥(K0)相比,施钾肥处理(K1)玉米株高增加39.9 cm,穗长增加5.2 cm,百粒重增加2.4 g;K2较K0株高增加29.4 cm,穗长增加3.6 cm,百粒重增加3.6 g。K1处理的效果略好于K2处理。
2.2 钾对玉米产量的影响
产量是评价施肥效果的重要指标。试验结果表明(见表4),连年施钾肥对双城市黑土玉米有显著的增产作用。K1和K2处理分别比K0处理增产21.3%和16.7%。K0、K1和K2分别比CK增产25.9%、52.8%和47.0%。K1、K2与K0相比,分别增收1 439和447元·hm-2,由于2008年钾肥价格猛涨,高量钾肥处理经济效益显著降低。
注:玉米1.30元.kg-1。
由于2008年春季雨水协调、初夏气温较高,有利于玉米营养生长;夏季光照充足、气温较高有利于玉米生殖生长,玉米生物量较大,产量较高,钾肥效果显著。
2.3 连续施钾对土壤钾素平衡的影响
试验结果表明(见表5,表6),施钾肥玉米茎秆、穗轴和籽粒含钾量均高于对照,同时玉米吸钾量明显高于对照。K1处理钾的平衡系数为0.68,说明钾肥施入量(K20 112.5 kg·hm-2)小于作物携走量,土壤钾素平衡处于亏缺状态。K2处理钾的平衡系数为1.20,处于少量盈余状态。K1处理钾肥利用率为46.4%,K2处理钾肥利用率为32.7%。
2.4 连续施钾对土壤钾素动态变化的影响
2008年分析结果表明(见表7,表8),16 a连续施钾处理土壤耕层(0～20 cm)速效钾含量明显高于K0,K1和K2较K0分别增加12.9和39.2 mg·kg-1;20～40 cm土层土壤速效钾K1和K2较K0分别增加26.1和42.3 mg.kg-1。施钾肥对土壤耕层(0～20 cm)缓效钾含量有一定影响,K1和K2分别较K0增加35.8和162.1 mg.kg-1;20～40 cm土层土壤缓效钾K1和K2较KO分别增加52.4和85.3 mg·kg-1。从不同年度间变化来看,不施钾土壤耕层速效钾和缓效钾含量呈波浪式下降趋势,施钾肥处理的有增有减,这主要是由于不同年度间温度、降水、产量不同所致。
3 结论
试验结果表明,连年施钾肥对双城市黑土玉米仍有显著的增产作用。K1和K2处理分别比K0处理增产21.3%和16.7%。由于2008年风调雨顺,玉米产量较高,钾肥增产效果显著。长期不施钾肥土壤钾素含量呈波浪式下降趋势,施钾肥有不同程度增产,可见,适量施用钾肥对提高产量、维持土壤钾素平衡、提高土地持续生产能力具有重要意义。
参考文献
[1]冷玲,刘双全,魏颖.双城土壤养分空间变异与玉米分区施肥技术研究[J].黑龙江农业科学,2007(4):38-40.
[2]刘惠兰.双城玉米生产突破亩产吨粮的经济意义和发展前景[J].黑龙江科技信息,2009(29):149.
天台县耕地土壤长期定位试验研究 第5篇
1 监测方法
1.1 监测点基本情况
分别在平桥镇山头邵村、坦头镇榧树村建设1个各代表天台县东西2个区片农田土壤类型的长期定位监测点。山头邵村、榧树村均处于平原河谷阶地。山头邵村地下水位通常为80 cm, 最高地下水位60 cm, 农田基础设施基本齐全, 土属为老黄筋泥田, 剖面结构为A—P—W—C, 排水灌水能力较强。种植制度为麦—稻轮作, 单季稻平均产量为9 000 kg/hm2, 小麦平均产量为4 125 kg/hm2。榧树村通常地下水位为100 cm, 最高地下水位60 cm, 农田基础设施较好, 土壤类型为洪积泥砂土, 剖面结构为A—C。典型种植结构为麦—稻, 单季稻平均产量为6 750 kg/hm2, 小麦平均产量为2 625 kg/hm2。
1.2 监测点设置原则及处理设计
根据《浙江省耕地土壤监测实施方案》要求, 监测点设4个小区, 成“一”字型排列, 每个小区面积66.67 m2, 设4个施肥处理, 具体如表1、2所示。
注:表中数据为66.67 m2施肥量;测配+有机肥区另施农家肥75.000 kg、作物秸秆50%还田, 下表同。
1.3 监测内容与方法
通过田间小区试验、土壤化验、植株分析、大田田间作业记载等方法来了解监测点的立地条件和农业生产概况、作物产量、施肥量、土壤养分、作物吸收量等参数。
分析方法采用现行有效标准 (NY/T1119—2006《土壤监测规程》) [3]。
2 监测结果与分析
2.1 耕层土壤理化性状
由表3、4可以看出, 试验后, 2个监测点各个区块的土壤养分含量基本都增加, 但p H值呈下降趋势, 酸化现象越来越严重。其中尤以山头邵监测点的测配+有机肥区土壤p H值下降最明显, 下降1.18。
由表4可以看出, 除个别几个点外, 其他几个区块的有机质、全氮、有效磷、速效钾含量基本上都高于无肥区。由此可见, 科学合理施肥是培肥土壤的重要手段。
2.2 平衡状况
耕层土壤养分平衡就是养分被作物消耗和施肥投入之间的平衡, 反映一季或者一个轮作周期内农田养分的收支平衡状况。作物带出量大于施肥量, 说明施肥量不足, 耕地养分亏缺;作物带出量低于施用量, 说明施肥量大, 耕地养分有盈余。一般以表观盈亏量 (肥料养分的投入量-作物养分的吸收量) 及实际平衡盈亏率[ (投入/支出-1) ×100]来衡量农田施肥水平及养分平衡[4,5]。
由表5可以看出, 从不同的监测点来看, 山头邵监测点的所有区块氮磷钾养分都有亏缺, 且氮磷钾各养分的亏缺不平衡, 尤其以钾素亏缺最严重。榧树监测点的养分亏缺情况相对较好。其中氮素在三区块中均有盈余, 而磷素略有亏缺外, 钾素亏缺也较为严重。
从氮磷钾养分平衡情况来看, 氮素在山头邵监测点的所有区块都亏缺, 而在榧树监测点的所有区块都盈余, 盈余范围为42.0~103.5 kg/hm2, 实际盈余率为32.9%~77.5%。磷素在2个监测点的所有区块均亏缺, 亏缺范围为16.5~72.0kg/hm2, 实际亏缺率为23.9%~64.0%。钾素表现为任一区块都严重亏缺, 亏缺范围为192.0~475.5 kg/hm2, 实际亏缺率为55.7%~93.1%。
2.3 耕地基础地力与作物产量
耕地基础地力量化指标采用在常规的生产水平下不施肥区的产量与常规施肥区作物产量之比, 又称地力贡献率。它是农田土壤养分供给力的一种相对评价方式。土壤地力贡献率低, 则表明土壤肥力差, 作物对肥料依赖性强, 反之亦然。根据定位监测点的无肥区和常规施肥区产量得到土壤基础地力贡献率可以看出 (表6) , 山头邵监测点的老黄筋泥田和榧树监测点的洪积泥砂土对稻谷产量的地力贡献率分别为63.9%和93.1%, 说明这2个监测点的土壤肥力均较高, 其中洪积泥砂土的基础地力高于老黄筋泥田。2个监测点的施肥区较不施肥区, 水稻的增产率分别为56.5%、7.4%。
2.4 肥料投入与作物产量
由于农民习惯施肥不同, 2个监测点的施肥水平也不一致。由表7可以看出, 山头邵监测点水稻稻谷产量为13 500kg/hm2, 施肥总养分为457.5 kg/hm2, 其中:有机养分为0, 所有养分由化肥提供。化肥中复合肥养分252 kg/hm2, 占55.1%, 单元肥料205.5 kg/hm2, 占44.9%。全年投入氮 (N) 219 kg/hm2、磷 (P2O5) 48 kg/hm2、钾 (K2O) 190.5 kg/hm2, N∶P2O5∶K2O=1∶0.22∶0.87。复合肥中氮、磷、钾分别为132、48、72 kg/hm2, 分别占总量氮、磷、钾的60.3%、100%、37.8%, 氮素的39.7%和钾素的62.2%由单元肥料提供, 磷素全部由复合肥提供。榧树监测点水稻稻谷产量为7 575 kg/hm2, 施肥总养分为255 kg/hm2, 其中:有机养分为0, 所有养分由化肥提供。化肥中复合肥养分117 kg/hm2, 占45.9%, 单元肥料138 kg/hm2, 占54.1%。全年投入氮 (N) 202.5 kg/hm2, 磷 (P2O5) 22.5 kg/hm2, 钾 (K2O) 30kg/hm2, N∶P2O5∶K2O=1∶0.11∶0.15。复合肥中氮磷钾分别为64.5、22.5、30.0 kg/hm2, 分别占总量氮磷钾的31.9%、100%、100%, 氮素的68.1%由单元肥料提供, 磷钾素全部由复合肥提供。
(kg/hm2)
综上所述, 水稻所有养分由化肥提供, 其中2个监测点的氮素分别为60.3%、31.9%由复合肥提供;磷素全部由复合肥提供;钾素分别为37.8%由复合肥提供以及全部由复合肥提供。投入的养分比例不协调, 施肥不平衡现象突出, 特别是榧树监测点, 氮多磷钾少, 钾素供应严重不足。
3 主要结论
(1) 从监测结果来看, 土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量常规区、测配区及测配+有机肥区基本上都高于无肥区。可见, 科学合理施肥是培肥土壤的重要手段[6]。试验前后, 土壤p H值下降明显, 有酸化的趋势, 应引起各方面重视。
(2) 从氮磷钾养分平衡情况来看, 氮素在山头邵监测点的所有区块都亏缺, 而在榧树监测点的所有区块都盈余, 盈余范围为42.0~103.5 kg/hm2, 实际盈余率为32.9%~77.5%。磷素在2个监测点的所有区块均亏缺, 亏缺范围为16.5~72.0 kg/hm2, 实际亏缺率为23.9%~64.0%。钾素表现为任一区块都严重亏缺, 亏缺范围从192.0~475.5 kg/hm2不等, 实际亏缺率为55.7%~93.1%。
(3) 榧树监测点的洪积泥砂土的基础地力高于山头邵监测点的老黄筋泥田, 对稻谷产量的地力贡献率分别为93.1%和63.9%。山头邵和榧树2个监测点的施肥较不施肥区, 水稻增产率分别为56.5%、7.4%。
(4) 虽然天台县近年来大力推广测土配方施肥技术, 但肥料投入水平、施肥结构与比例仍不尽合理, 有机肥投入量少。从监测结果来看, 水稻所有养分由化肥提供, 其中2个监测点的氮素分别为60.3%、31.9%由复合肥提供;磷素全部由复合肥提供;钾素分别为37.8%由复合肥提供以及全部由复合肥提供。投入的养分比例不协调, 施肥不平衡现象突出。特别是榧树监测点, 氮多磷钾少, 钾素供应严重不足, 应注意及时补充钾肥。
4 问题与建议
(1) 天台县土壤类型丰富, 作物布局多样。受经费限制, 目前监测点数量较少, 代表性不够全面, 建议增加各级耕地质量监测点的数量, 真正形成层次分明、覆盖面广、手段先进、功能齐备、管理规范、与高产优质生态安全的现代农业发展相适应的耕地质量监测体系。
(2) 调优施肥结构, 推广测土配方施肥技术, 大力推广平衡施肥。针对天台县施肥结构上存在的问题, 在施肥上应注意“控氮调磷增钾”。大力推广秸秆还田和有机肥的施用, 充分发挥有机肥对耕地的持续培肥作用;加大钾肥的投入, 逐步将肥料结构调整到1∶0.5∶0.5~0.8的水平上。
(3) 从监测结果来看, 天台县土壤酸化现象较严重。施用碱性改良剂是治理酸性土壤的最有效办法。长期以来, 我国许多地方农民都有施用草木灰的习惯, 这主要是因为除了草木灰中含有一些钾元素外, 它呈碱性, 可以有一定的中和酸度作用。另外, 石灰石粉也是很好的土壤酸度改良剂。
参考文献
[1]刘杏兰, 高宗.有机-无机肥配施的增产效应及对土壤肥力影响的定位研究[J].土壤学报, 1996 (2) :138-147.
[2]黄玉俊, 于福祥.鲁南农田培肥与土壤肥力定位研究[J].土壤肥料, 1989 (3) :1-5.
[3]曹丹, 张倩, 肖峻, 等.江苏省典型茶园土壤酸化速率定位研究[J].茶叶科学, 2009 (6) :443-448.
[4]丁宁平, 周广业.旱地土壤定位有机培肥研究[J].土壤通报, 1990 (5) :201-204.
[5]周道金, 曾文龙, 黄光伟.植烟土壤酸度调节定位试验研究[J].中国烟草科学, 2007 (3) :6-8.
定位试验 第6篇
室内定位技术是一项有很广阔前景和研究意义的技术, 是物联网和智能家居的关键基础技术。基于RFID (Radio Frequency Identification) 技术的定位方法具有非接触、低成本、部署简单、高精度等优点, 逐渐成为首选的室内定位技术, 尤其无源RFID具有不需要供电、可长期工作、能浸水使用等优势, 因而得到越来越广泛的应用。
RFID室内定位算法大致可归类为场景分析法和距离估计法两种。LANDMARC系统是一种常用的基于场景分析的定位方法, 系统结构简单但成本高、定位精度差。基于距离估计的定位方法主要有依据信号到达时间TOA (Time of Arrival) 的定位技术、依据信号到达时间差TDOA (Time Difference of Arrival) 的定位技术、依据信号到达角度AOA (Angle of arrival) 的定位技术和依据信号强度RSSI的定位技术等, 其中依据信号强度RSSI的定位方法应用广泛。在诸多RSSI的定位算法中, 三边测量法、双曲线测量法和最小二乘法是较为常用和基本的定位算法。
本文在实际RFID阅读器模型的基础上, 提出一种采用旋转天线的新型RFID定位方法, 给出了算法编写程序, 并对该定位方法进行了试验研究。
2 旋转天线定位算法
许多研究试验发现RFID功率等值线不是一个圆。意大利罗马大学G.Marrocco等人的理论研究表明, RFID阅读器的边界适合于用一个椭圆方程来描述。李再煜的研究发现, 实际情形下受天线和硬件PCB布线等其他因素的影响, 功率等值线所构成的曲线并不是一个圆, 通过试验验证其轨迹是一个近似的椭圆。
试验测试发现, RFID信号在天线相对角度为0时RSSI强度最高, 相对角度为0时的信号强度与距离之间的关系可以用对数路径损耗模型 (1) 表示。
实际测量中测距模型可以进一步简化为:
式中, A为高斯分布的噪声。
随着角度的增加RSSI强度逐渐降低, 如图1所示。如果记录下标签随着天线角度变化下的信号强度变化, 通过数据处理可以得到当前标签距离信号强度最大处的角度和当前信号强度值RSSI。
使用公式可以得到标签与天线的直线距离d, 则标签位置为:
3 RFID天线特性试验
3.1 试验系统硬件介绍
依据试验原理图, 开发板通过一个USB口连接到计算机上, 在计算机上安装驱动程序可以虚拟出RS232口。系统试验中采用了玖锐科技的JRM20X0高频模块开发板和JR4050W 3d BI天线.该开发板通过RS232通讯接口可以控制读写RFID标签, 并能提供RSSI值。试验中天线通过步进电机驱动旋转, 标签位置不变, 计算机连续采集标签的RSSI值。步进电机512步走完一圈360°, 为了测试方便, 每次控制步进电机旋转90°。
3.2 数据采集方法介绍
向JRM20X0开发板的RS232接口发送命令帧, 然后读取通知帧就可以获得所需数据。
在Matlab中打开RS232端口, 发送多次读标签的指令, 然后读取返回的数据, 判断返回数据有效后保存这个数据。下面为一个matlab读取100次标签数据的演示例子。
由于读到的RFID标签RSSI值有一定的随机性, 需要多次进行读取, 取其平均值为测量值。
在步进电机控制天线旋转过程中, 部分角度无法读取到标签数据, 因此试验中在每个角度下读取标签20次, 仅保存读到的有效数据, 舍弃其中没有有效测量数据的角度测量结果。
3.3 直线距离下RSSI与距离之间的关系
标签的信号强度RSSI在标签与天线之间的角度为0°时与距离有良好的线性关系, 通过试验可以获得这个关系。通过前述试验系统, 在每个标签位置下读取100次数据做平均, 消除RSSI的随机量后作为RSSI的真值。
对试验中的天线和标签, 其信号强度和标签距离的关系数据如表1所示。
对以上数据进行拟合得到RSSI与距离的关系如下关系式:
以此公式估计RSSI值对应的标签位置, 所得到的距离估计误差如表1所示, 最大的估计误差为29.71mm, 定位精度较高。
4 旋转天线定位试验
用matlab编程控制步进电机转动角度, RFID天线安装在步进电机上其角度随着步进电机转动而转动。
步进电机转动一步, 对RFID测量20次, 分析测量的结果, 舍弃没有RSSI值的无效数据。如此反复进行, 对于标签在 (550mm, 0mm) 位置时, 所测的标签RSSI值与天线角度的关系如图2所示, 其中的点位测量值。对这些数据进行拟合, 拟合为一个二次方程, 其表示为红色的线。这个二次方程具有最大值, 最大值点即为标签所在的位置。对于这次测量, 得到的标签到天线的距离d=567mm, 角度为=-2.06°, 计算得到坐标为 (566mm, -20mm) , 与实际位置差20mm。
对更多的标签位置进行测量, 测量结果误差基本都在50mm之内, 具有较高的测量精度。
应当指出的是, 本方法对试验数据进行拟合后得到RFID标签到天线的距离和相对角度, 由于RSSI值得噪声较大, 每次测量的结果都有一定差距, 误差控制并不特别有效。
5 结论
在已有RFID天线特性研究基础上, 分析了RFID标签信号强度的等值线表达形式, 提出通过旋转天线来进行RFID标签定位的方法, 给出了连续旋转天线定位法, 建立了使用步进电机驱动的旋转天线定位系统, 试验表明该方法具有良好的定位精度, 可以用于物体的精确定位。
针对旋转天线方法, 如果能够设计一个波束稍窄的高性能天线, 可以更加有效的测量得到标签的位置。
摘要：RFID是室内定位的首选技术, 是物联网和智能家居的重要手段之一。提出了利用旋转RFID旋转天线进行标签定位的思路, 设计了连续旋转天线定位算法, 建立了由步进电机带动的旋转天线定位系统, 通过Matlab程序控制步进电机同时采集RFID标签的信号强度RSSI, 通过数据拟合获得RFID标签的位置。结果表明连续旋转天线定位可达到50mm的定位精度。
定位试验 第7篇
在舰艇抗冲击试验中，爆源与被试舰处于静止状态，一般采用以下3种方法来获取爆距.一种是通过3条定位索将爆源浮漂与被试舰位置进行固定的方法，也就是机械拉线定位方法；第2种是爆源布放沉底时刻用GPS(global positioning system)定位方法；第3种是零时法测距法，这种方法是通过测量冲击波从爆源传播到被试舰测点的时间来获取爆距.测量中的零时信号可利用贴在爆源上的陶瓷片在起爆瞬间给出.
由于试验海域条件的复杂性，传统的3种方法都会受到复杂海况条件的限制，无法满足爆距的准确获取.因此，需要对爆源布放入水后的受力模型进行研究，通过理论分析和计算，得出爆源布放沉底后，浮漂的漂移量，对爆距进行修正.在试验过程中，布放索通常较长(至少为布放深度的1.2倍，甚至更长.本文计算中选取为水深的1.4倍)，浮漂位置受水流影响较大.
舰艇抗冲击试验时使用的布放索(如图1所示)属于水中缆索.关于水中缆索在水流中的受力、形状以及动力学特征等，国内外近年来有较多研究[8,9,10,11,12,13].陈佳菁等[8]给出了均匀水流中悬索的受力及悬索形状的计算方法.Ablow等[9]针对水下缆索的动态特性建立了动态模型并进行了数值模拟.连琏等[10]对水下圆形截面缆索的流体动力学特性进行了理论分析，给出了缆索的阻力系数公式，并通过实验进行了验证.在此基础上，连琏等[11]对三维空间水下缆索的张力及形状进行了研究，并对水下拖索的最大张力进行了计算.李晓平等[12]采用多体系统方法建立了水下缆索的动力学方程，并对缆索的动态特性进行了计算.
以上研究为了解水下缆索的动力学特性奠定了基础.但到目前为止，针对舰艇抗冲击试验使用的布放索-浮漂这一特殊的水中缆索系统进行的研究还很少.本文针对该系统，在前人关于水下缆索动力学分析的基础上进行探讨.针对布放索-浮漂系统受水流的作用力，建立布放索的理论模型，对布放索形状以及浮漂位置范围进行理论预测.该研究对试验中确定爆源的海底位置有一定指导意义.
1 布放索--浮漂系统受力模型
某型舰抗冲击试验中爆源布放态势如图1所示.其中浮漂直径为D,浸没在水下部分长度为Hf，布放索直径为φ，水流速度为V.舰艇抗冲击试验从爆源布放至起爆要在一个转流期内完成.因此，假设海水流速稳定且较小(一般在3节以下)，爆源通过布放索与水面浮漂相连接，布放索长度至少为布放深度的1.2倍(本文计算选取为水深的1.4倍)，爆源通过浮漂来指示爆源在水下的位置，布放索轴向不受压，布放索在水中的受力情况如图2所示.
图2中以布放索与水雷连接处为原点，建立坐标系xoy.以原点为起点，截取一段纵向长度为y的布放索进行受力分析，设水雷对布放索的作用力为T0x,T0y.假设布放索与垂直方向夹角θ很小，布放索所受水流的作用力可以看做垂直放置圆柱的阻力.，ρw为海水密度，S为圆柱在水流方向的投影面积.其Reynolds数为Re=Vφ/ν≈1.2×10[4]V,其中，ν为海水的黏性系数.海流速度通常约为0.1∼1 m/s，因此Re约为.根据流体力学中的圆柱阻力系数曲线[14]，在该Reynolds值范围内，圆柱体所受的阻力系数为CDs≈1.0(误差为±0.1)，基本保持为常数.由此可知，布放索受到的水平方向力为.布放索垂直方向的受力为重力和浮力的合力，为Fy=(ρw-ρs)gπφ[2]l/4.其中l为该段布放索的长度，布放索长度的微分方程为
于是受力平衡方程为
利用x=dx/dy=tanθ=sinθ/cosθ得布放索形状的微分方程(自变量为y)
T0y应为浮漂及布放索的浮力减去其重力.设浮漂的直径为D，吃水深度为Hf，浮漂的质量为Mf，设布放索的总长度为Ls，布放索的密度为ρs,则
T0x应为浮漂和布放索受到水的横向作用力之和,即
其中CDs和CDf分别为布放索及浮漂的阻力系数.布放索和浮漂的形状均为圆柱，其阻力系数为CDs=CDf≈1.0.
最终，控制方程为
边界条件为
其中
注意到布放索不能承受压力，因此有
即
式(5)∼(6)为布放索的控制方程和边界条件.式(7)为浮漂吃水深度的限制条件.
2 浮漂位置计算
方程(5)中，浮漂的吃水深度Hf是未知量，本文利用布放索长度为L作为限制条件，计算浮漂的吃水深度.给定Hf，就可以积分式(5)计算出浮漂的位置x=x(y)和布放索长度L=L(y).则布放索的总长度为Ls=L(H-Hf)(H为水深，假设爆源的高度与水深相比可以忽略).本文采用4阶4步Runge--Kutta方法[15]进行积分.
记式(5)为
其中,V=(x,l)T.
则式(8)为4阶Runge--Kutta方法
计算出的布放索长度为浮漂尺度深度的函数，即
定义布放索的计算长度与真实长度之差为
其中L*为布放索的真实长度，该值为已知量.
求解方程
就可以获得浮漂的吃水深度Hf.本文采用Newton方法求解，迭代公式为
求解步骤如下：
(1)给定猜想的浮漂吃水深度Hf0(可取为Hf min+ε，ε为很小的正数).
(2)利用Runge--Kutta方法(9)求解布放索曲线方程，得到布放索的长度.并计算与真实长度的误差e(Hf0).
(3)利用Newton迭代法(12)给出新的浮漂吃水深度Hfnew(式(12)中的导数可用差分法计算).
(4)用Hfnew代替旧的值迭代式(2)∼(4)，直到误差e(Hf)足够小为止.
3 算例
给定参数如表1.其中D为浮漂直径，φ为布放索直径，Mf为浮漂质量，H为水深，L*为布放索长度，V为水流速度.通过此方法计算出的浮漂与水雷之间的水平距离为42.196 m.
图3为计算出的布放索形状，可以看出该形状明显弯曲，因此在试验爆源布放时不能直接把浮漂的位置近似地认为是爆源在水下的位置，应根据浮漂漂移计算结果对爆源布放爆距进行修正，否则会使布放爆距产生较大的误差.
4 结论
根据舰艇抗冲击试验海上爆源布放爆距的需求，针对爆源布放后浮漂漂移量受到浮漂质量、半径，布放索半径，海水深度和海水流速等因素的影响，采用工程流体力学的理论对试验中爆源布放后布放索在水中的受力情况进行了深入分析，建立了爆源布放索受力的数据模型，采用4阶Runge--Kutta方法求解布放索曲线方程，再用Newton迭代法计算出浮漂吃水深度，通过多次迭代计算出浮漂的漂移量，并给出了具体的算例.通过研究分析认为，在传统定位方法的基础上，应该运用浮漂的漂移量对爆距进行修正，对控制爆距的误差有重要的作用.该数值计算方法可用于解决同类实船抗冲击试验中的相关问题.
摘要：在舰艇抗冲击试验中,爆距直接影响到对目标的毁伤效果,爆距的误差范围也直接影响到试验数据的处理,因此,依据爆距的要求,需要对爆源布放沉底后进行准确的定位.准确计算出爆源布放至海底的位置尤为重要.本文对试验中爆源布放后布放索及浮漂在水中的受力情况进行了分析,建立了爆源布放索-浮漂系统受力的数学模型,采用Runge-Kutta方法和Newton迭代法计算出浮漂的漂移量,并给出了具体的算例.
定位试验 第8篇
工业机器人重复定位精度很高,但绝对定位精度很差。为了提高机器人的性能及拓展工业机器人的应用范围,需要对机器人运动学模型的参
数进行标定来降低它的绝对定位误差。机器人标定一般分4个步骤进行:建模、测量、辨识与补偿[1]。机器人工作空间内采样点对应的绝对定位误差的测量是机器人结构参数标定的前提,测量数据的有效性决定了能否正确实现机器人参数的标定。 “测量数据样本”选择的有效性很大程度上决定了机器人结构参数标定的效率与精度,一般采集的数据越多越有利于标定过程,但假设机器人6个关节每个关节取5个关节角组合测量,就需要测量15 625次,实际数据采集过程是不可能实现的。因此,测量数据样本空间的研究,对于工业机器人运动学模型参数的正确标定有重要的意义。
关于工业机器人定位误差的测量,已经有很多专家学者进行了研究。Goswami[2]采用球杆仪测量了机器人末端点与工作空间内某一固定点之间的距离。Driels等[3]采用三坐标测量机实现了机器人末端点位姿测量。黄晨华等[4]提出了采用视觉测量机器人三维姿态的方法,并通过仿真验证了基于此建立的以世界坐标系为标定的基准坐标系的机器人标定误差模型。叶声华等[5]采用激光跟踪仪并通过测量机器人1轴和2轴的回转面及基座平面标定机器人基坐标系后,采用各个轴等步长的方式进行末端凸缘盘中心点的误差样本数据采集。韩翔宇等[6]在忽略其他参数的影响后,根据实际测量的关节转角偏差,计算获得了规定的测试体、测试面及测试线上的轨迹误差。郭剑鹰等[7]采用摄像机获得了机器人末端法兰盘在世界坐标系下的位姿。这些研究主要侧重于测量工具、测量过程建模等内容,对于“测量数据的样本”的选择,提到了采用各个关节轴等距采集的测量方法,但这种方法不仅测量数据量大,而且也不能充分反映整个机器人工作空间内的定位误差分布情况。
本文基于6因素5水平的正交试验表,设计了机器人定位误差测量样本空间。同时建立了机器人定位误差测量系统数学模型及基于FARO ARM的实际机器人定位误差测量实验系统,测得了ABB1410型机器人在其样本空间内的定位误差。采用这种方法不仅可以大大减少测试工作量,而且能保证测得的数据充分反映机器人在其工作空间内的定位误差分布情况,为深入开展工业机器人定位误差的补偿研究工作打下基础。
1 基于FARO ARM的工业机器人定位误差测量系统描述
如图1所示,工业机器人定位误差测量系统由FARO ARM、测量靶标及工业机器人组成。图中P为待测量的靶标中心,B为机器人基坐标系,F为机器人法兰盘坐标系,M为FARO ARM坐标系。
在图1所示工业机器人定位误差测量系统中,FARO ARM可以直接测量出靶标中心P在M坐标系下的坐标,同时机器人本身也可以作为测量装置获得被机器人抓着的靶标中心P在机器人B坐标系下的坐标,两者进行坐标变换便可以统一到同一个坐标系下,进而进行比较获得工业机器人在其工作空间内各个测量点的位置误差。工业机器人定位误差测量系统的数学模型可表示为
ΔP=PM-BTMFTBPF (1)
式中,ΔP为工业机器人测量点P的位置误差;PM为测量点P在M坐标系下的坐标(由测量设备直接读取);BTM为机器人B坐标系与M坐标系之间的转换矩阵(未知量);FTB为工业机器人F坐标系与机器人B坐标系之间的转换矩阵(可通过机器人示教器直接读取);PF为P点在F坐标系下的坐标(未知量)。
采用机器人D-H方法建立的连杆坐标系,在运动学分析时,其相邻连杆间的坐标系转换矩阵可表示为
式中,c=cos,s=sin。
由此可知,为了获得工业机器人在其工作空间内各个测量点的定位误差,需要对BTM及PF进行预先标定。相关坐标系标定后,只要改变机器人的各个关节角便可以测量出机器人工作空间内的多组定位误差数据。
2 测量样本空间分析
工业机器人定位误差与机器人所在的工作空间内的位姿有关,为了充分体现机器人的实际定位误差分布情况,理论上讲,采集的数据越多越有利于标定机器人的结构参数。但实际情况是希望采集的数据越少越好,为了解决这一矛盾,可以采用正交试验法的设计原理在试验前对试验过程进行合理安排。在确定测量样本空间的正交试验过程中,可将工业机器人的6个转动关节作为确定机器人空间位姿这一指标的影响因素,考虑到实际情况,每个因素可取5个左右的水平。
采用的正交试验表为Ltu(tq),其中:t为水平数;u为基本列数,为任意正整数;q为正交表总的列数,即纵列总数;tu为正交表总的行数,即试验次数。
在此应用中可采用6因素、5水平及25试验次数的正交表,即L52(56)。
将正交表空间和机器人定位误差测量的样本空间分别记为V和S,则正交表空间有25组样本点,每组包含6个元素,记为:
V:{V1,V2,V3,…,V25}
Vi:{vij}(i=1,2,…,25;j=a,b,…,f)
式中,Vi为正交表空间中的第i个样本点;vij为正交表中第i行第j列对应的值。
同样,机器人定位误差测量的样本空间也包含25组样本点,每组也包含6个元素,记为:
S:{S1,S2,S3,…,S25}
Si:{sij}(i=1,2,…,25;j=1,2,…,6)
式中,Si为机器人误差测量样本空间的第i个样本点;sij为样本空间中第i个样本点对应的机器人的第j个关节角值。
从V到S的映射可表示为
式中,aSj、bSj分别为机器人第j个关节角的最大值和最小值。
3 试验与定位误差测量
FARO ARM作为标定环节中的测量工具,因其具有操作简单、精度高及适合于工业现场标定应用等优势,越来越受到机器人厂家及研究学者的青睐。因此,在工业机器人定位误差测量系统中的测量设备选择了FARO ARM来进行标定研究。
建立的工业机器人定位误差测量系统如图2所示,它包含了被标定工业机器人、FARO ARM及测量靶标。工业机器人采用ABB IRB 1410机器人,该机器人是一种机身紧凑的机器人,最高承受载荷可达49N,具有较高的重复定位精度,对其绝对定位误差进行标定后,可以大大拓展其应用领域;误差测量设备采用USB型FARO ARM,该测量设备具有测量精度高、
操作简单等优点,可以直接测得机器人手臂上靶标在其坐标系下的坐标。
3.1 数据的采集
为了标定机器人定位误差,需要根据前面确定的采集数据的样本空间进行数据采集。考虑到测量范围的有限性,实际测量样本空间采用两次正交表获得,先将机器人整个工作空间划分成25个样本子空间,然后在每个子空间内设计25个测量点。ABB IRB1410机器人的子空间划分的测量因素及其各水平值见表1,并选取第16个子空间进行采样。实际测量过程、所有子空间中心点分布及第16个子空间内测量点分布情况分别如图3、图4、图5所示。
3.2 机器人定位误差测量
系统中的坐标系标定完后,根据工业机器人的定位误差进行系统的测量过程数学模型测量,便可以获得测量点的定位误差。图6所示为机器人第16个样本子空间内25个测量点的定位误差图,从图上可以看出:测量范围内的最大定位误差达到了近1.5mm。需要说明的是,这些误差也包含了因机器人误差带来的标定误差而引起的定位误差,但都与连杆参数误差有关。
4 结束语
本文采用FARO ARM作为机器人定位误差测量系统中的测量工具,建立了机器人定位误差测量系统数学模型;提出了测量系统中样本数据的采样方法;建立了实际机器人定位误差测量系统,测得了ABB1410型机器人在部分样本空间内的定位误差,为工业机器人定位误差的补偿打下了基础,后续需要进一步研究机器人定位误差补偿的有效方法。
摘要：为了测量出工业机器人的定位误差,建立了基于FARO ARM的机器人定位误差测量系统数学模型;基于6因素5水平的正交试验表,确定了工业机器人定位误差标定需要采集数据的样本空间;搭建了实际的机器人定位误差测量系统,测得了ABB1410工业机器人在其样本空间内的定位误差,为工业机器人定位误差的补偿打下了基础。
关键词：工业机器人,样本空间,定位误差测量,正交试验法
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定位试验 第9篇
1 材料与方法
1.1 试验概况
马铃薯氮磷钾养分平衡定位试验设在古城镇中川村中川队,地理位置北纬35°48′43.7″,东经106°23′56.8″,海拔1 758 m,常年降雨量450~550 mm,≥10℃积温2 500~2 800℃,无霜期140~155 d,通常地下水位27 m,最深地下水位60 m,最高地下水位15 m,属半干旱温凉牧农区。该区域常年旱作,以种植玉米、马铃薯为主,氮自然平衡前茬试验为玉米,产量为550 kg/666.7 m2,施肥量为农家肥(牛粪)3 t/666.7 m2、纯氮15.7 kg/666.7 m2、五氧化二磷7.84 kg/666.7 m2;磷、钾定位试验前茬为马铃薯。试验地为阴黑土,属无盐化中性土壤,肥力中下等,土壤养分测试值为:p H值8.31、全盐0.31 g/kg、有机质22.04 g/kg、全氮0.722 g/kg、碱解氮86.62 mg/kg、有效磷6.94 mg/kg。供试作物为马铃薯,品种为晋薯7号。供试肥料为:云南三环过磷酸钙(P2O5≥46%),宁化尿素(N≥46%),美国嘉吉硫酸钾(K2O≥52%)。
1.2 试验设计
1.2.1 氮素自然平衡试验。
设2个处理,分别为:不施氮肥,施五氧化二磷5 kg/666.7 m2、氧化钾3 kg/666.7 m2(N);以常规施肥施纯氮7.82 kg/666.7 m2、五氧化二磷3.96 kg/666.7 m2作对照(CK)。不设重复,设置3个点同时进行,测定取平均值。小区面积为64 m2(8 m×8 m)。
1.2.2 磷定位试验。
设5个处理,分别为:施五氧化二磷0 kg/666.7 m2(P0)、3 kg/666.7 m2(P1)、6 kg/666.7 m2(P2)、9 kg/666.7 m2(P3)、12 kg/666.7 m2(P4)。3次重复,随机排列,每小区面积为60 m2。采用平种垄植双行靠种植方式,宽行70 cm、窄行30 cm,重复、处理间距各80 cm,每小区种植12行,四周设保护行。各处理氮肥和钾肥用量一致,分别施纯氮12 kg/666.7 m2、氧化钾5 kg/666.7 m2。
1.2.3 钾定位试验。
分别为:施氧化钾0 kg/666.7 m2(K0)、3 kg/666.7 m2(K1)、6 kg/666.7 m2(K2)、9 kg/666.7 m2(K3)、12kg/666.7 m2(K4)。3次重复,随机排列,每小区面积为60 m2。采用平种垄植双行靠种植方式,宽行70 cm、窄行30 cm,重复、处理间距各80 cm,每小区种植12行,四周设保护行。各处理氮肥和磷肥用量一致,分别施纯氮12 kg/666.7 m2、五氧化二磷6 kg/666.7 m2。
1.3 试验实施
试验于4月28日整地、施肥、划分小区,施肥方法为:磷钾肥全部基施,氮肥基施70%,4月29日播种,5月23日出苗,5月24日补苗,6月24日追肥中耕除草,7月16日第2次中耕除草,田间管理同大田,9月22日成熟,10月6日收获,全生育期122 d。
2 结果与分析
2.1 产量及其构成因素
2.1.1 氮素自然平衡试验。
由表1可知,处理N的3个点密度平均为3 918株/666.7 m2,单株结薯数平均为3.8个,单薯重平均为109 g;3个点平均产量低于常规施肥CK,且处理N植株从现蕾后与CK相比,表现矮小、黄化、叶片皱缩、卷曲、具有明显缺素特征。
2.1.2 磷平衡定位试验
由表2可知,不同处理密度为3 733~3 864株/666.7 m2,单株结薯数变幅为3.9~4.5个,单薯重平均为119 g,变幅不大;在氮肥、钾肥一致条件下,以施五氧化二磷6 kg/666.7 m2(处理P2)产量最高。经方差分析:F=8.353 614>F0.01=7.006 08,处理间差异达极显著水平。
2.1.3 钾平衡定位试验。
由表3可知,不同处理密度为3 722~3 867株/666.7 m2,单株结薯数平均为4.0个,单薯重平均为118 g,变幅不大。在氮肥、磷肥一致条件下,以施氧化钾6 kg/666.7 m2(处理K2)产量最高。经方差分析:F=0.847 275>F0.05=3.837 853,处理间差异不显著。
2.2 效益及其与施肥量的关系分析
2.2.1 氮素自然平衡试验。
由表1可知,处理N较CK平均减产188.9 kg/666.7 m2,减产率12.19%。按表4中标注价格计算,除去成本后,处理N降低纯效益217.57元/666.7 m2。
2.2.2 磷平衡定位试验。
由表4可知,在氮肥、钾肥一致的条件下,施五氧化二磷6 kg/666.7 m2(处理P2)净增收最高,为307.86元/666.7 m2,产投比为2.92;在施五氧化二磷0~6 kg/666.7 m2范围内范围内随着施肥量的增加产量增加,效益增幅增加;在施五氧化二磷6~12 kg/666.7 m2范围内随着投入量的增加,效益增幅减少。
2.2.3 钾平衡定位试验。
由表5可知,在氮肥、磷肥一致的条件下,施氧化钾6 kg/666.7 m2净增加收入最高,为142.14元/666.7 m2,产投比为1.28;在施氧化钾0~6 kg/666.7 m2范围内随着施肥量的增加产量增加,效益增幅增加;在施氧化钾6~12 kg/666.7 m2范围内随着投入量的增加,产量增幅减小,效益增幅减少。
注:价格按马铃薯1.20元/kg,纯氮3.97元/kg、五氧化二磷5.00元/kg、氧化钾5.58元/kg计算。下同。
2.3 模型的建立与检验
2.3.1 磷平衡定位试验。根据表2产量结果,用统计软件计算得到肥料效应回归方程为:
方程(1)的复相关系数为0.984 484,而限定系数则为0.969 209,经回归方差分析F=31.477 16>F0.05=19,差异达到显著水平。回归方程系数t测验:t0.05=4.302 653
2.3.2 钾平衡定位试验。根据表3产量结果,用统计软件计算得到肥料效应回归方程为:
方程(2)的复相关系数为0.993 543,限定系数为0.871 27,经回归方差分析F=76.682 28>F0.05=19,差异达到显著水平。回归方程系数t测验:t0.01=9.248 43
3 结论与讨论
通过试验运用计算软件结合生产实际进行模拟分析,建立了马铃薯施肥量与产量数学模型,并进行了检验,确定了模型的可靠性、可行性与有效性,为指导生产与理论研究提供了可行的定量依据[5,6]。马铃薯施磷肥、钾肥不施氮肥减产减收。在该试验条件下,马铃薯连作时施用磷肥、钾肥增产增收。马铃薯连作时施纯氮12 kg/666.7 m2、五氧化二磷8.25 kg/666.7 m2、氧化钾7.32 kg/666.7 m2为最优经济施肥量,施纯氮12 kg/666.7 m2、五氧化二磷8.69 kg/666.7 m2、氧化钾8.02 kg/666.7 m2为最高施肥量。施肥量五氧化二磷3~6 kg/666.7 m2、氧化钾0~3 kg/666.7 m2范围内产量效益最高。
摘要：通过田间试验设计,建立了宁夏南部山区马铃薯施肥量与产量数学模型,并进行了检验,确定了模型的可靠性,马铃薯施磷肥与钾肥、不施氮肥减产减收,连作时施纯氮12 kg/666.7 m2、五氧化二磷8.25 kg/666.7 m2、氧化钾7.32 kg/666.7 m2为最优经济施肥量,施纯氮12 kg/666.7 m2、五氧化二磷8.69 kg/666.7 m2、氧化钾8.02 kg/666.7 m2为最高施肥量,施五氧化二磷36 kg/666.7 m2、氧化钾03 kg/666.7 m2范围内产量效益最高。
关键词：马铃薯,氮磷钾养分,平衡定位,宁夏彭阳
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