青贮饲料裹包紧实度精细测定中的数学物理方法

定量化研究青贮饲料裹包紧实度/孔隙度对提高青贮饲料品质有重要意义。本研究为此提出基于圆锥指数信号处理的三种应用数学方法：①傅立叶变换与小波变换分析青贮裹包内松紧物理结构特征；② Kruskall-Wallis多水平相关统计检验紧实度/孔隙度随机差异分布；③基于半方差理论与Kriging插值的小尺度下紧实度/孔隙度可视化处理方法。三者融合并举，多重视角提取裹包紧实度确定性信息与随机信息的数字特征，进而与紧实分布透视图像进行比对，依此定义松紧差异测度SDI，分析对青贮饲料发酵品质的影响。试验设计拟选取苜蓿与粉碎玉米秸秆，同时考虑物料含水率、粉碎长度和不同打包机工作方式等因素的影响。为表明这些数学理论集成应用的创新性与可行性，申请书中还给出部分初步试验结果，由此可见经FT变换提取的裹包内迭层和局部松紧信息，以及2D视窗经半方差与Kriging方法小尺度成像处理后的几种青贮裹包松紧差异分布。

紧实度是影响青贮饲料品质与保证安全存储的重要指标之一。精细定量与客观评价裹包饲料内部压实松紧的各向同性程度，可直接获得青贮裹包内部的孔隙差异分布，即残留氧气分布信息。这对于提供适宜的厌氧环境调控乳酸菌的新陈代谢过程，防止厌氧形成过程消耗过多糖类，以及因局部积热形成高温导致饲料霉变，均至关重要。本项目三年来取得如下重要成果：.（1）青贮饲料属于典型的弹—塑性材料，确定其锥杆贯入摩擦系数即是保证测量结果准确性的关键。鉴于弹—塑性材料理论研究的复杂性，我们首先通过试验方法创新获得突破。进而建立了广义弹—塑性材料锥杆摩擦计算解析模型，提出了摩擦噪声动态数字滤波方法，试验结果证明了该计算模型与数字滤波器设计的正确性与鲁棒性。在此基础上，实现了测量与可视化数据处理同步完成。.（2）采用两种方法对青贮裹包饲料紧实度进行比较研究：即将γ射线透视法取得紧实度分布数据作为真实数据依据，检验评价圆锥指数法的可行性。大量试验结果证明了圆锥指数仪法具有很高的实际应用价值，且避免了γ射线潜在的辐射危害。.（3）青贮裹包饲料紧实度分布可视化数据处理方法研究。本项目依据统计学理论，对圆锥指数法取得的数据采用小尺度克里格插值与二维可视化处理。在方法创新的基础上实现了青贮裹包饲料紧实度分布的2D表达。在此成果基础上借助二维傅里叶谱（2DFTS）分析内部紧实度分布做了深入研究。证明了2DFTS直流分量反映了青贮裹包的平均容重，交流分量真实刻画了裹包内部的物理分层结构。.（4）为保证试验研究顺利完成，研制了先进的多传感器试验平台，实现了高效、自动化控制测量全过程。.（5）在理论与方法结合创新基础上，给出了具体的工程应用案例，以统计分析和可视化结果相结合分析了定容积与变容积两种青贮裹包机械结构与其产品裹包紧实度分布特征相关性，它表明本研究成果对改进青贮加工设备与青贮裹包质量均有重要应用价值。.（6）在国际农业工程研究领域top专业期刊已发表SCI署名本研究资助的英文论文4篇，EI中文论文1篇，还有1篇SCI英文论文在出版中。培养毕业博士生1人，取得国家发明专利1项，欧洲最大农业机械集团CLAAS出具的成果认证书1项。