مجله پژوهش های مکانیک ماشین های کشاورزی
سال دهم شماره 3 (پاییز 1400)

روند روزافزون توسعه و تولید تجهیزات طیف سنجی نوری قابل حمل، نشان‏دهنده این است که تکنیک های مبتنی بر خواص نوری از کارآیی بالایی برخوردار هستند. به همین دلیل بهره‏مندی از تجهیزات طیف سنجی نوری در تشخیص سریع تقلب مواد غذایی همچنان مورد اقبال فعالان عرصه صنایع غذایی است. در پژوهش حاضر، مدل سازی طیف های فروسرخ نزدیک در ناحیه 1650-950 نانومتر به روش آنالیز مولفه های اصلی به منظور تشخیص وجود آرد گندم یا لپه در آرد نخودچی در اختلاط های وزنی 5، 10، 20 و 30 درصد مورد بررسی قرار گرفت. نمودارهای پراکندگی طیف ها در مختصات مولفه های اصلی نشان داد روش مذکور در جداسازی آرد نخودچی خالص از مختلط شده با آرد لپه / آرد گندم موفق بوده است. اعمال پیش-پردازش توزیع نرمال استاندارد روی داده های طیفی باعث ارتقاء دقت تفکیک بین طیف های حاصل از درصدهای اختلاط متفاوت آرد گندم/لپه شد. بیشترین علایم طیفی تمایز دهنده در نواحی طیفی 1480 تا 1600 و 1000 تا 1330 نانومتر مشاهده شد، و لذا باندهای ذکر شده از نظر تعیین شاخص‏های وجود آرد گندم یا لپه در آرد نخودچی بر مبنای اختلاف درصد بازتاب نور، مهم ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که امکان استفاده از روش سریع و غیرمخرب طیف سنجی فروسرخ نزدیک به-همراه تکنیک آنالیز مولفه های اصلی در تفکیک آرد نخودچی خالص از مختلط شده با آرد گندم / لپه به عنوان جایگزین روش های آزمایشگاهی وجود دارد.

کمبود مواد مغذی، یکی از چالش های اساسی در رشد درختان و گیاهان است. برای افزایش تولید محصولات با کیفیت، شناسایی به موقع کمبود مواد مغذی امری ضروری است. انجام ندادن به موقع این مهم موجب کاهش بهره وری و وارد شدن خسارات بعضا جبران ناپذیر برای کشاورزان خواهد شد. روش سنتی برای این کار، بررسی چشمی برگ، تجزیه خاک و روش های آزمایشگاهی است، که به افراد خبره و وقت و هزینه های زیادی نیاز دارد. این روش در اغلب موارد مقرون به صرفه نیست. در دنیای امروز استفاده از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین در تمامی حوزه های مختلف بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش ضمن جمع آوری داده و برچسب گذاری آن ها، یک روش خودکار و هوشمند مبتنی بر پردازش تصویر و یادگیری ماشین برای تشخیص کمبود مواد مغذی در درختان پسته ارایه شده است. در ابتدا با تصویربرداری از برگ های مختلف، داده های مناسب جمع آوری و برچسب گذاری شده است تا سیستم هوشمند آموزش داده شود. مراحل اصلی در سیستم پیشنهادی شامل: پیش پردازش، شناسایی نواحی دارای کمبود، استخراج ویژگی و طبقه بندی نوع کمبود در هر ناحیه است. در مرحله استخراج ویژگی از خصوصیات آماری رنگ تصویر ازجمله میانگین، انحراف معیار، آنتروپی، مقدار موثر، واریانس و همچنین ویژگی های بافت تصویر مانند همواری، کنتراست، همبستگی و انرژی بهره گرفته شده است. در نهایت به وسیله ی طبقه بندی کننده معروف ماشین بردارپشتیبان، کمبود ها طبقه بندی شده است. ارزیابی های انجام شده بر روی داده های واقعی، کارایی سیستم پیشنهادی با دقت ??% و موثر بودن آن برای کاربردهای واقعی را نشان می دهد.

حذف برگ پیاز یکی از مراحل برداشت این محصول است که عمدتا به صورت دستی و با صرف هزینه و وقت زیاد انجام می شود. از جمله ماشین های مورد استفاده در برگ زنی مکانیزه پیاز سرزن غلتکی است. در تحقیق حاضر توده ای، از پیازها در چهار مجموعه بر اساس اندازه قطر تقسیم بندی شدند. سپس با استفاده از پردازش تصویر، شاخص قطر غده ها بر حسب پیکسل تعیین گردید. در ادامه با به کارگیری شبکه عصبی چندی ساز بردار یادگیر (LVQ) پیازها بر حسب اندازه شاخص قطر در چهار گروه طبقه بندی شدند. پیازها در دستگاه سرزن غلتکی سرزنی شده و ارتفاع برش برگ روی غده به روش دستی ثبت گردید. در گام بعدی ارتفاع برش برگ پیاز هر گروه با استفاده از شبکه عصبی پرسپترون چندلایه (MLP) پیش بینی گردید. برای ارزیابی شبکه عصبی LVQ از شاخص های دقت، صحت، حساسیت و اختصاصی بودن طبقه بندی و برای تعیین دقت شبکه عصبی MLP از آماره های ریشه میانگین مربعات خطا و میانگین خطای مطلق استفاده شد. نتایج نشان داد که شبکه عصبی LVQ توانست پیازها را با دقت کلی ??/?? درصد طبقه بندی نماید. همچنین شبکه عصبی MLP ارتفاع برش برگ ها را با مقادیر ضریب تعیین (R?)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین خطای مطلق (AME) به ترتیب ??/?، ??/? و ??/? پیش بینی نمود. از نتایج این پژوهش می توان در طراحی و راه اندازی سامانه های تنظیم خودکار برای تیغه های برش سرزن پیاز استفاده نمود.

مکان یابی مناسب برای احداث گلخانه ها، نقش مهمی در ترویج و گسترش آن ها ایفا می نماید. بنابراین قبل از احداث گلخانه ها بایستی عواملی مانند تناسب اقلیمی منطقه، کیفیت و کمیت آب، وضعیت زیرساخت های لازم، مسایل اقتصادی و اجتماعی و غیره بررسی شوند. به منظور ایجاد یک اقلیم مناسب در گلخانه، دما، رطوبت، نور، دی اکسید کربن و سایر پارامترهای موردنیاز گیاه باید در تعادل باشند. وجود تعادل در گلخانه باعث افزایش کیفیت محصول و مصرف بهینه نهاده ها خواهد شد. در این مطالعه، از روش استاندارد فایو، جهت تعیین تناسب اقلیمی استفاده شد. در این روش از اطلاعات هواشناسی بلند مدت و حدود بحرانی دما و رطوبت مورد نیاز گیاهان گلخانه ای برای ترسیم نمودارهای تناسب اقلیمی استفاده می شود. بدین منظور با استفاده از اطلاعات هواشناسی بلندمدت، نمودارهای تناسب اقلیمی شهرهای جیرفت، دزفول، کاکی، حاجی آباد و خاش ترسیم گردید. تحلیل نمودار دمایی این مناطق نشان می دهد که در صورت احداث گلخانه به منظور تولید محصولات سبزی و صیفی، در شب هایی از آذر، دی و بهمن ماه، استفاده از سامانه گرمایشی لازم است. از طرف دیگر تولید در فصل تابستان، بدون استفاده از سامانه های سرمایشی، امکان پذیر نخواهد بود. لذا برنامه ریزی برای تولید اقتصادی در طول سال بایستی برای ماه های مهر تا اردیبهشت صورت گیرد. علاوه بر این، رطوبت نسبی پایین در این مناطق باعث خواهد شد تا تقریبا در تمام طول سال نیاز به تامین رطوبت نسبی در گلخانه با استفاده از روش های کمکی وجود داشته باشد. این موضوع از دو منظر آب مصرفی مورد استفاده در سامانه خنک کننده و رطوبت نسبی محیط گلخانه اهمیت دارد. همچنین مناطق مذکور، در کل ماه های سال، از نظر دریافت تشعشع خورشیدی و تامین روشنایی مورد نیاز برای گیاهان گلخانه ای مناسب هستند. در مجموع مناطق حاجی آباد و خاش تقریبا هم اقلیم و مناطق جیرفت، کاکی و صفی آباد نیز شرایط آب و هوایی نسبتا مشابهی دارند. لذا در برنامه های توسعه گلخانه در کشور می توانند به عنوان مناطق مناسب برای تولید سبزیجات گلخانه ای مورد بررسی تکمیلی قرار گیرند.

رآکتور قلب واحد بیوگاز است. طراحی اصولی هاضم بی هوازی باعث افزایش بهره وری تولید گاز متان می گردد. در این تحقیق با هدف طراحی هاضم بی هوازی سه روش طراحی حجمی هاضم بر اساس 1- میزان بیوگاز مصرفی، 2- میزای سوبسترای موجود و 3- فرمول شیمیایی سوبسترا بررسی شده که با توجه به شرایط می توان در طراحی انتخاب نمود. این طراحی بر مبنای نیاز به حجم معینی بیوگاز مورد نیاز برای پخت و پز روستایی در نظر گرفته شده است. با استفاده از روابط مرتبط بین حجم هاضم و مقدار تولید بیوگاز و با انتخاب سوبسترایی که کمترین میزان تولید بیوگاز را به ازای حجم دارد، اقدام به طراحی واحد گردید. ابتدا مقدار سوبسترای مورد نیاز برای تولید مقدار مشخص گاز تعیین گردید و در نتیجه محاسبه حجم تخمیر، ابعاد رآکتور و تعیین جنس رآکتور اقدام شد. مقدار حجم مورد نیاز گاز محاسبه شده برای ذخیره سازی یک روزه در خود هاضم، برابر 77 لیتر می باشد. حجم نهایی هاضم برابر مجموع حجم ذخیره گاز و حجم تخمیر می باشد که برابر است با 400 لیتر محاسبه گردید. بعد از ساخت هاضم طراحی شده، با استفاده از سوبسترای گاوی، هاضم به مدت 40 روز تست گردید. مشاهده شد بعد از 10 روز، بیوگاز تولید شده قابل اشتعال شد. بیش ترین مقدار متان تولیدی 79 درصد و مقدار بیوگاز تولیدی 205 لیتر اندازه گیری و ثبت گردید. مقدار کل بیوگاز تولیدی در 40 روز 7040 لیتر بود. مهم ترین نتیجه حاصل از این پژوهش، دست یابی به دانش فنی طراحی و ساخت و بهینه سازی یک هاضم بیوگاز می باشد. به ویژه آن که سعی بر آن شده است که نیازمندی های داخلی را برآورده نماید و قابلیت بهره گیری در سطوح مختلف کاربری و تحقیقات آتی را داشته باشد.

تغییرات دایمی دمای محیط و شدت تابش خورشید باعث تغییر مکان نقطه بیشینه توان پنل های خورشیدی شده و به این ترتیب مانع از عملکرد سیستم های خورشیدی با حداکثر بازده می شود. در این پژوهش به منظور یافتن نقطه بیشینه توان پنل های خورشیدی تحت شرایط مختلف محیطی، منطق فازی به شیوه کدنویسی و شبکه عصبی مصنوعی با تلفیق الگوریتم فراابتکاری بهینه سازی ازدحام ذرات به کار گرفته شدند. به منظور انجام محاسبات، داده های مورد نیاز شامل دمای محیط، شدت تابش نور و بیشینه توان خروجی پنل خورشیدی به صورت تجربی در آزمایشگاه به دست آمد و به سیستم های طراحی شده اعمال گردید. در نهایت، عملکرد سیستم ها با دو شاخص آماری جذر متوسط مربع خطاها و میانگین مطلق خطاها مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. مقادیر RMSE برای داده های آموزش در منطق فازی و شبکه عصبی به ترتیب0.0065 و 0.0086 وات و برای داده های آزمون 0063/0 و 0056/0 وات حاصل گردید و مقادیر MAE برای داده های آموزش در شبکه عصبی و منطق فازی به ترتیب 0068/0 و  0055/0 وات و برای داده های آزمون 0046/0 و 0052/0 وات به دست آمد. نتایج حاصل نشان می دهد که هر دو روش طراحی شده قادر به پیش بینی مقادیر توان بیشینه هستند، اما در نواحی مختلف دمایی سیستم فازی طراحی شده با نوسان کمتری عمل کرده و در مجموع در مقایسه با شبکه عصبی مبتنی بر الگوریتم ازدحام ذرات عملکردی دقیق تر و همچنین سرعت بالاتری در محاسبات دارد. بنابراین ردیابی نقطه بیشینه توان پنل خورشیدی به وسیله این سیستم با قابلیت اطمینان بالاتری صورت می گیرد.

در این تحقیق میزان تلفات کمباینی، تلفات طبیعی، ظرفیت مزرعهای، درجه خلوص دانه و عملکرد محصول گندم در حین برداشت توسط کمباینهای رایج در استان زنجان موردبررسی قرار گرفت. آزمایش به صورت طرح کاملا تصادفی اجرا شد. تعداد کل کمباینهای فعال بومی 412 دستگاه و تعداد نمونه های مورد بررسی 20 دستگاه بود. از این کمباینها، 25 درصد آنها به مربوط باقیمانده درصد 5 و John Deere JD955 درصد 20 ،John Deere JD1055 درصد 50 ، New Holland TC5080 سایر کمباینها بود، نتایج نشان داد که متوسط میزان تلفات طبیعی گندم در این منطقه، 83/1 درصد و تلفات کمباینی 47/1 درصد است. مقایسه سه مدل کمباین غالب، JD955 ،JD1055 و TC5080 نشان داد که بین کمباینها ازنظر تلفات دانه اختلاف معنیداری در سطح 5 %وجود ندارد. بین کمباینها از نظر ظرفیت مزرعه ای و سن کمباینها، اختلاف معنی داری در سطح 5 %وجود داشت. متوسط ظرفیت مزرعهای کمباینهای JD955 ،JD1055 و TC5080 به ترتیب 94/0 ،96/0 و 39/1 هکتار بر ساعت بود. با توجه به تلفات پایین و قیمت تمام شده کمباینها، به ترتیب استفاده از کمباینهای JD955 ،JD1055 و TC5080 قابل توصیه است.

امروزه تخم مرغ یکی از راه های تامین مواد مغذی برای انسان است و از این رو حفظ کیفیت داخلی و خارجی تخم مرغ از اهمیت بالایی برخوردار بوده و سبب افزایش عمر اقتصادی محصول میشود. همین امر سبب میگردد به شناخت و درک عوامل موثر بر کیفیت تخم مرغ پرداخته شود و یکی از این راه ها جهت افزایش بهرهوری و حفظ کیفیت، استفاده از روش پرتودهی با تابشهای مختلف است که در این تحقیق از تابش مادون قرمز استفاده شد. ابتدا نمونه های تخم مرغ تحت پرتو مادون قرمز قرار داده شدند. سطوح فاکتورهای عددی شامل تعداد الایدی 20 ،40 ،60 و زمان پرتودهی 1 ،2 و 3 ساعت بود. فاکتور آغشتگی پوسته به روغن آفتابگردان شامل دو سطح آغشته شده و آغشته نشده بود. در ادامه محتویات داخلی تخم مرغها به صورت همگن مخلوط و مقدار pH آنها اندازهگیری شد. در نهایت به منظور بررسی مقدار درصد پروتئین، چربی خام و خاکستر کل، نمونه ها در آون خشک شده و خواص شیمیایی مورد نظر اندازهگیری شدند. طبق نتایج به دست آمده، تنها اثر فاکتور آغشتگی به روغن آفتابگردان بر مقدار درصد پروتئین خام، معنیدار شده و با آغشتگی پوسته تخم مرغ، مقدار پروتئین کاهش یافت. بیشترین و کمترین مقدار پروتئین در فاکتور آغشتگی به ترتیب 57/23 و 50/42 ،به ترتیب برای تخم مرغهای آغشته نشده و آغشته شده به روغن مشاهده شد. در بررسی چربی خام تخم مرغ، با افزایش سطح فاکتورهای مورد نظر، مقدار چربی خام افزوده گردید و همچنین وجود رابطه مستقیم بین افزایش سطح فاکتورها و میزان چربی خام نیز مشاهده شد. به طوری که بیشترین و کمترین مقدار چربی خام 50/42) 20 لامپ و 3 ساعت زمان پرتودهی) و 02/32) 20 لامپ و 1 ساعت زمان پرتودهی) درصد بود. همچنین در نهایت با افزایش سطح فاکتورها، وجود رابطه معکوسی بین سطوح و مقدار درصد خاکستر کل و مقدار pH نتیجه شد.