《青貯飼料裹包緊實度精細測定中的數學物理方法》是依託中國農業大學，由孫宇瑞擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：青貯飼料裹包緊實度精細測定中的數學物理方法
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：孫宇瑞
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
定量化研究青貯飼料裹包緊實度/孔隙度對提高青貯飼料品質有重要意義。本研究為此提出基於圓錐指數信號處理的三種套用數學方法：①傅立葉變換與小波變換分析青貯裹包內鬆緊物理結構特徵；② Kruskall-Wallis多水平相關統計檢驗緊實度/孔隙度隨機差異分布；③基於半方差理論與Kriging插值的小尺度下緊實度/孔隙度可視化處理方法。三者融合併舉，多重視角提取裹包緊實度確定性信息與隨機信息的數字特徵，進而與緊實分布透視圖像進行比對，依此定義鬆緊差異測度SDI，分析對青貯飼料發酵品質的影響。試驗設計擬選取苜蓿與粉碎玉米秸稈，同時考慮物料含水率、粉碎長度和不同打包機工作方式等因素的影響。為表明這些數學理論集成套用的創新性與可行性，申請書中還給出部分初步試驗結果，由此可見經FT變換提取的裹包內迭層和局部鬆緊信息，以及2D視窗經半方差與Kriging方法小尺度成像處理後的幾種青貯裹包鬆緊差異分布。
結題摘要
緊實度是影響青貯飼料品質與保證安全存儲的重要指標之一。精細定量與客觀評價裹包飼料內部壓實鬆緊的各向同性程度，可直接獲得青貯裹包內部的孔隙差異分布，即殘留氧氣分布信息。這對於提供適宜的厭氧環境調控乳酸菌的新陳代謝過程，防止厭氧形成過程消耗過多糖類，以及因局部積熱形成高溫導致飼料霉變，均至關重要。本項目三年來取得如下重要成果： （1）青貯飼料屬於典型的彈—塑性材料，確定其錐桿貫入摩擦係數即是保證測量結果準確性的關鍵。鑒於彈—塑性材料理論研究的複雜性，我們首先通過試驗方法創新獲得突破。進而建立了廣義彈—塑性材料錐桿摩擦計算解析模型，提出了摩擦噪聲動態數字濾波方法，試驗結果證明了該計算模型與數字濾波器設計的正確性與魯棒性。在此基礎上，實現了測量與可視化數據處理同步完成。 （2）採用兩種方法對青貯裹包飼料緊實度進行比較研究：即將γ射線透視法取得緊實度分布數據作為真實數據依據，檢驗評價圓錐指數法的可行性。大量試驗結果證明了圓錐指數儀法具有很高的實際套用價值，且避免了γ射線潛在的輻射危害。 （3）青貯裹包飼料緊實度分布可視化數據處理方法研究。本項目依據統計學理論，對圓錐指數法取得的數據採用小尺度克里格插值與二維可視化處理。在方法創新的基礎上實現了青貯裹包飼料緊實度分布的2D表達。在此成果基礎上藉助二維傅立葉譜（2DFTS）分析內部緊實度分布做了深入研究。證明了2DFTS直流分量反映了青貯裹包的平均容重，交流分量真實刻畫了裹包內部的物理分層結構。 （4）為保證試驗研究順利完成，研製了先進的多感測器試驗平台，實現了高效、自動化控制測量全過程。 （5）在理論與方法結合創新基礎上，給出了具體的工程套用案例，以統計分析和可視化結果相結合分析了定容積與變容積兩種青貯裹包機械結構與其產品裹包緊實度分布特徵相關性，它表明本研究成果對改進青貯加工設備與青貯裹包質量均有重要套用價值。 （6）在國際農業工程研究領域top專業期刊已發表SCI署名本研究資助的英文論文4篇，EI中文論文1篇，還有1篇SCI英文論文在出版中。培養畢業博士生1人，取得國家發明專利1項，歐洲最大農業機械集團CLAAS出具的成果認證書1項。
