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植物块茎电阻层析成像仿真研究

作　者: 黎光宇
导　师: 邓湘
学　校: 北京交通大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 电阻层析成像 植物块茎 阻抗模型 正问题仿真 图像重建
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 19次
引　用: 1次
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内容摘要


电子农业是一个新兴的学科交叉研究领域,它越来越多的受到各国政府和相关科研人员的关注。将先进的电子测量及过程控制技术应用到农业生产中,对作物的生长状态进行监测,对于农业新品种培育,植物的精细种植等均具重要意义。本论文提出了土壤环境下植物块茎生长状态监测用电阻层析成像(ERT)系统,分析了电极材料和电极阵列对ERT系统的影响,以及土壤环境对电极和激励源的要求,为适合土壤环境的ERT系统深入研究提供了理论依据。基于COMSOL软件对土壤环境下电阻成像系统敏感场的建立进行了仿真。针对相邻激励模式和相对激励模式下的电学敏感场的电势和电流密度分布进行分析,得到各自特点和其适用的不同土壤环境特点,研究了块茎位置,块茎大小,块茎个数对于土壤敏感场的影响。论文给出了针对土壤环境下敏感场测量的交流阻抗模型,并对敏感场模型进行分析。分析了激励频率和土壤电阻对电极和测量结果的影响,从而为电极设计提供指导作用。通过有限元分析和COMSOL软件仿真求解出ERT系统正问题,给出节点电位和边界电压,仿真建立了ERT系统正问题求解过程,并仿真其电压测量过程,为图像重建工作打下了基础。对等位线反投影法进行了分析和数学描述,利用MATLAB和VC++混合编程实现了该算法,同时通过加权和增加网格剖分的密度实现了对等位线反投影法的优化,分析了不同情况下图像重建的效果,以及等位线反投影法适合的激励模式和可能对图像重建造成影响的因素。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
图表清单  10-12
1 绪论  12-16
  1.1 课题的研究背景及意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-15
  1.3 本论文的研究思路及主要研究内容  15-16
2 基于土壤环境植物块茎的电阻层析成像系统  16-28
  2.1 过程层析成像技术  16-17
  2.2 工业电阻层析成像技术  17-19
  2.3 基于土壤环境的电阻层析成像系统  19-21
    2.3.1 土壤环境特点  19
    2.3.2 土壤环境物理敏感场电导特性分析  19-20
    2.3.3 土壤环境植物块茎电阻层析成像系统组成  20-21
  2.4 土壤环境下电阻层析成像系统激励电极阵列  21-23
    2.4.1 电极材料及形状  21-22
    2.4.2 其他影响因素  22-23
  2.5 电阻层析成像系统激励信号及激励/测量模式  23-26
    2.5.1 电阻层析成像系统激励信号  23-24
    2.5.2 相邻激励/测量模式  24-25
    2.5.3 相对激励/测量模式  25-26
  2.6 本章小结  26-28
3 基于COMSOL Multiphysics的电阻层析成像系统仿真研究  28-52
  3.1 电阻层析成像系统数学模型  28-30
  3.2 基于COMSOL Multiphysics的电阻层析成像系统仿真研究  30-34
    3.2.1 COMSOL Multiphysics物理场仿真软件简介  30-31
    3.2.2 场域设置  31-32
    3.2.3 激励设置  32-33
    3.2.4 场域剖分  33-34
  3.3 土壤环境下电阻层析成像系统仿真研究  34-51
    3.3.1 激励信号仿真分析  34-41
    3.3.2 非均匀场分析  41-44
    3.3.3 块茎对激励/测量模式的影响  44-51
  3.4 本章小结  51-52
4 基于COMSOL Multiphysics的正问题分析  52-68
  4.1 电阻层析成像系统正问题的描述  52
  4.2 正问题研究方法  52-61
    4.2.1 有限元方法介绍  52-56
    4.2.2 交流阻抗模型分析  56-61
  4.3 基于COMSOL Multiphysics的正问题仿真  61-66
  4.4 本章小结  66-68
5 图像重建算法研究  68-84
  5.1 图像重建数学原理  68-69
  5.2 电阻层析成像系统图像重建算法概述  69-70
  5.3 线性反投影图像重建算法研究  70-75
    5.3.1 线性反投影法的数学描述  70-72
    5.3.2 等位线反投影法的原理  72-73
    5.3.3 等位线反投影法的实现  73-74
    5.3.4 图像重建算法的优化  74-75
  5.4 图像重建结果及分析  75-82
  5.5 本章小结  82-84
6 论文总结与展望  84-86
  6.1 论文总结  84-85
  6.2 论文工作展望与建议  85-86
参考文献  86-88
作者简历  88-92
学位论文数据集  92

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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