2023, 54(11):1-19. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.001
摘要:病蟲害是影響農(nóng)作物健康生長,、產(chǎn)量和質(zhì)量的制約因素之一,加強農(nóng)作物病蟲害的監(jiān)測,對農(nóng)作物病蟲害進行精準(zhǔn)防控,,對保障糧食安全,提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量具有重要意義,。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,,農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測由傳統(tǒng)的人工監(jiān)測逐漸向自動化、信息化和智能化方向發(fā)展,。農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測平臺,、監(jiān)測傳感器技術(shù)以及相關(guān)的數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)是研究農(nóng)作物病蟲害遙感監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù),這些關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展水平,,決定了農(nóng)作物病蟲害遙感監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展水平,。本文從監(jiān)測平臺、監(jiān)測傳感器技術(shù)和相關(guān)數(shù)據(jù)分析與處理技術(shù)3方面對農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測技術(shù)研究進展進行綜述,。在監(jiān)測平臺方面,,歸納總結(jié)了地面監(jiān)測平臺、航空監(jiān)測平臺和衛(wèi)星監(jiān)測平臺的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,,并分析了上述平臺優(yōu)缺點,;在監(jiān)測傳感器技術(shù)方面,綜述了雷達傳感器,、圖像傳感器,、熱成像傳感器和光譜傳感器等在作物病蟲害領(lǐng)域的研究進展;在相關(guān)數(shù)據(jù)分析與處理技術(shù)方面,,闡述了經(jīng)典統(tǒng)計算法,、計算機圖像處理算法、機器學(xué)習(xí)算法和深度學(xué)習(xí)算法在農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測領(lǐng)域的研究成果,。最后提出了監(jiān)測平臺,、監(jiān)測傳感器技術(shù)和相關(guān)數(shù)據(jù)分析與處理技術(shù)的未來發(fā)展趨勢,以期為進一步促進我國農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測平臺及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展提供參考,。
2023, 54(11):20-28,,48. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.002
摘要:針對果園環(huán)境中GNSS定位信號易丟失和傳統(tǒng)SLAM算法魯棒性較差的問題,,本文提出一種基于LiDAR/IMU緊耦合框架的全局無偏狀態(tài)估計果園機器人定位與建圖方法。LiDAR/IMU緊耦合框架基于因子圖進行多源約束的IMU里程計構(gòu)建,,實時輸出高頻位姿信息,,IMU里程計因子和預(yù)積分因子優(yōu)化LiDAR里程計并提供位姿先驗約束IMU零偏。引入局部點云地圖參與特征點云粗匹配和非特征點云遞進式匹配進一步稠密化源點云,,改善LiDAR里程計的性能,。融合GPS信號與LiDAR/IMU緊耦合框架的地圖構(gòu)建,能夠得到準(zhǔn)確且高頻連續(xù)的位姿信息,,提高點云地圖的復(fù)用率,。在果園和苗木等場景驗證了該算法的性能,實驗結(jié)果表明,,與LIO-SAM等算法相比,,定位精度維持在0.05m左右,均方根誤差為0.0162m,。本文算法使機器人具有更高的精度,、實時性和魯棒性,有效降低了系統(tǒng)累積誤差,,保證了所構(gòu)建地圖的全局一致性,。
2023, 54(11):29-38. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.003
摘要:針對單一傳感器地圖構(gòu)建時存在環(huán)境表征不充分,,無法為移動機器人自主導(dǎo)航提供完整環(huán)境地圖等問題,,本文通過將激光雷達與深度相機獲取的環(huán)境信息進行互補融合,構(gòu)建出更完整精確的柵格地圖,。首先,對傳統(tǒng)ORB-SLAM2算法進行增強,,使其具備稠密點云地圖構(gòu)建,、八叉樹地圖構(gòu)建以及柵格地圖構(gòu)建等功能。其次,,為驗證增強后ORB-SLAM2算法的性能,,在fr1_desk1數(shù)據(jù)集和真實場景下進行測試,數(shù)據(jù)顯示增強后ORB-SLAM2算法絕對位姿誤差降低52.2%,,相機跟蹤軌跡增長14.7%,,定位更加精準(zhǔn)。然后,,D435i型深度相機采用增強型ORB-SLAM2算法,,激光雷達采用的Gmapping-Slam算法,,按照貝葉斯估計的規(guī)則進行互補融合構(gòu)建全局柵格地圖。最后,,搭建實驗平臺進行驗證,,并分別與深度相機和激光雷達2個傳感器建圖效果進行對比。實驗結(jié)果表明,,本文融合算法對周圍障礙物的識別能力更強,,可獲取更完整的環(huán)境信息,地圖構(gòu)建更加清晰精確,,滿足移動機器人導(dǎo)航與路徑規(guī)劃的需要,。
2023, 54(11):39-48. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.004
摘要:玉米苗期雜草的實時檢測和精準(zhǔn)識別是實現(xiàn)精準(zhǔn)除草和智能農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)和前提,。針對保護性耕作模式地表環(huán)境復(fù)雜、雜草易受地表秸稈殘茬覆蓋影響,、現(xiàn)有算法檢測速度不理想等問題,,提出一種適用于Jetson TX2移動端部署的秸稈覆蓋農(nóng)田雜草檢測方法。運用深度學(xué)習(xí)技術(shù)對玉米苗期雜草圖像的高層語義信息進行提取與分析,,構(gòu)建玉米苗期雜草檢測模型,。在YOLO v5s模型的基礎(chǔ)上,縮小網(wǎng)絡(luò)模型寬度對其進行輕量化改進,。為平衡模型檢測速度和檢測精度,,采用TensorRT推理加速框架解析網(wǎng)絡(luò)模型,融合推理網(wǎng)絡(luò)中的維度張量,,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重構(gòu)與優(yōu)化,,減少模型運行時的算力需求。將模型遷移部署至Jetson TX2移動端平臺,,并對各模型進行訓(xùn)練測試,。檢測結(jié)果表明,輕量化改進YOLO v5ss,、YOLO v5sm,、YOLO v5sl模型的精確率分別為85.7%、94%,、95.3%,,檢測速度分別為80、79.36,、81.97f/s,,YOLO v5sl模型綜合表現(xiàn)最佳,。在Jetson TX2嵌入式端推理加速后,YOLO v5sl模型的檢測精確率為93.6%,,檢測速度為28.33f/s,,比模型加速前提速77.8%,能夠在保證檢測精度的同時實現(xiàn)玉米苗期雜草目標(biāo)的實時檢測,,為硬件資源有限的田間精準(zhǔn)除草作業(yè)提供技術(shù)支撐,。
2023, 54(11):49-60,,113. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.005
摘要:為獲取玉米田耕層不同土壤的各項參數(shù),,本文將玉米田耕層典型土壤分為未與玉米根茬接觸的普通土壤(PT)和與玉米根茬結(jié)合形成根土復(fù)合體的土壤(GT),采用物理試驗與離散元仿真相結(jié)合的方法,,分別對離散元參數(shù)進行標(biāo)定,。基于Hertz-Mindlin(no slip)接觸模型,,采用中心組合試驗設(shè)計方法,,以土壤堆積角為目標(biāo)值,進行了四因素五水平仿真試驗,?;贖ertz-Mindlin with bonding接觸模型,采用Design-Expert軟件,,應(yīng)用Plackett-Burman設(shè)計敏感性分析試驗,、最陡爬坡試驗、Box-Behnken試驗,,以土壤硬度為目標(biāo)值,,對顯著性參數(shù)進行尋優(yōu),得到PT最優(yōu)解組合為:粘結(jié)鍵法向剛度4.37×107N/m3,、粘結(jié)鍵切向剛度1.46×107N/m3,、切向極限應(yīng)力3.24×105Pa;GT最優(yōu)解組合為:粘結(jié)鍵法向剛度5.19×107N/m3,、粘結(jié)鍵切向剛度4.25×107N/m3、法向極限應(yīng)力4.52×105Pa,?;趦煞N土壤標(biāo)定的參數(shù)對其進行了土壤直剪驗證試驗,結(jié)果表明,,所標(biāo)定的兩種土壤仿真和實測最大剪應(yīng)力的相對誤差均低于10%,,仿真參數(shù)可靠,。本文提出的土壤顆粒建模方法、標(biāo)定方法及其所標(biāo)定的參數(shù)值準(zhǔn)確可靠,,可為玉米田耕層土壤模型構(gòu)建提供理論依據(jù),。
2023, 54(11):61-70,,91. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.006
摘要:針對利用離散元法進行三七聯(lián)合收獲,、莖稈殺秧等關(guān)鍵作業(yè)過程仿真分析時,,三七莖稈本征參數(shù)、三七莖稈及作業(yè)裝備間接觸參數(shù)缺乏問題,以三七莖稈為對象,,利用EDEM軟件建立三七莖稈離散元Hertz-Mindlin/Hertz-Mindlin with bonding模型,通過堆積角試驗和虛擬仿真試驗對三七莖稈離散元參數(shù)進行標(biāo)定,,并建立三七莖稈殺秧裝置模型,。通過力學(xué)特性試驗確定三七莖稈本征參數(shù);采用圓筒提升法進行三七莖稈堆積角試驗,,使用Origin軟件對堆積角圖像進行輪廓擬合得到三七莖稈堆積角為44.53°,;設(shè)計Placktt-Burman試驗、最陡爬坡試驗和Central-Composite試驗確定三七莖稈及作業(yè)裝備間接觸參數(shù),,并利用堆積角試驗和剪切試驗驗證模型的可靠性,。結(jié)果表明:三七莖稈與作業(yè)裝備間碰撞恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦因數(shù),、滾動摩擦因數(shù)分別為0.319,、0.25、0.029,;三七莖稈間的碰撞恢復(fù)系數(shù),、靜摩擦因數(shù)、滾動摩擦因數(shù)最優(yōu)值分別為0.4,、0.29,、0.032;Hertz-Mindlin with bonding模型法向剛度Kn為3.26×108N/m3,、切向剛度Ks為2.17×108N/m3,、法向臨界應(yīng)力σ為2.27MPa、切向臨界應(yīng)力γ為9.65MPa,、粘結(jié)半徑Rd為0.1mm,;堆積角驗證試驗中相對誤差為0.29%;剪切驗證試驗中相對誤差為1.52%,,誤差較小,。三七莖稈離散元模型與實際情況基本一致,,三七莖稈模型和標(biāo)定離散元仿真參數(shù)可靠,可為三七莖稈離散元仿真研究提供參考,。
靳偉,,丁幼春,農(nóng)峰,,張學(xué)軍,,白圣賀
2023, 54(11):71-82. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.007
摘要:針對土壤層殘膜回收裝備存在挖掘阻力大、功耗高,、易壅土等問題,,設(shè)計抖動鏈齒桿式殘膜-土壤-秸稈挖掘與輸送裝置,其中旋耕挖掘機構(gòu)降低挖掘阻力并解決壅土問題,,抖動鏈齒輸送機構(gòu)提高殘膜-土壤-秸稈輸送效率,。建立輸送鏈表面物料顆粒的受力模型,分析前進速度與輸送鏈轉(zhuǎn)速之間的變化關(guān)系,,計算抖動輪與輸送鏈轉(zhuǎn)速,;測定土壤剖面殘膜和秸稈的含量及分布并建立虛擬仿真土槽,模擬棉田土壤中殘膜和秸稈含量及分布特點,。在EDEM中構(gòu)建殘膜-土壤-秸稈挖掘與輸送裝置仿真模型并設(shè)置挖掘鏟入土深度150mm,,在不同前進速度(0.75、1,、1.25m/s),、旋耕刀片轉(zhuǎn)速(210、230,、250r/min),、輸送鏈轉(zhuǎn)速(65、85,、105r/min)組合條件下,,模擬挖掘與輸送殘膜-土壤-秸稈過程中的壅土效果和顆粒速度變化特性;根據(jù)仿真試驗結(jié)果可知,,在挖掘與輸送裝置前進速度較高的條件下易發(fā)生壅土問題,,土壤層殘膜、土壤和秸稈顆粒運動速度小于5m/s,。田間試驗結(jié)果與仿真試驗結(jié)果基本相同,,在不同的因素水平組合條件下,田間試驗測量壅土高度范圍為71~246mm,;田間試驗表明,,當(dāng)壅土高度小于等于90mm時不會發(fā)生挖掘阻力較大并停機的問題。文中設(shè)計的挖掘與輸送裝置和作業(yè)效果分析方法,為設(shè)計新型的殘膜-土壤-秸稈挖掘與輸送裝置提供參考,。
2023, 54(11):83-91. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.008
摘要:收獲機作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要生產(chǎn)工具,,其喂入量控制一直是自動控制領(lǐng)域研究的熱點問題,。本文通過分析收獲機工作方式,建立收獲時收獲機喂入量變化模型,。設(shè)計開發(fā)收獲機作業(yè)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng),,以小麥作為實驗對象,在我國華北地區(qū)開展田間實驗,,驗證系統(tǒng)喂入量監(jiān)測精度并同步采集產(chǎn)量,、含水率和作業(yè)速度等參數(shù),系統(tǒng)喂入量監(jiān)測平均相對誤差為8.55%,。以收獲機在割臺高度不變條件下保持額定喂入量為控制目標(biāo)狀態(tài),,收獲機作業(yè)速度作為控制量,采用模型預(yù)測的方法對收獲機喂入量進行仿真控制,。采用灰狼優(yōu)化算法優(yōu)化二次規(guī)劃的權(quán)值矩陣,,仿真結(jié)果表明,權(quán)值矩陣優(yōu)化后,,喂入量控制平均絕對誤差小于0.1kg/s,,平均降低38.1%。喂入量控制誤差與收獲區(qū)域的產(chǎn)量成反比,,與含水率成正比,。在相鄰時域內(nèi)產(chǎn)量、含水率變化較小的收獲區(qū)域效果更好,。
李海同,,江濤,關(guān)卓懷,,沐森林,,吳崇友,張敏
2023, 54(11):92-101. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.009
摘要:針對油菜薹機械化有序收獲裝備缺乏的問題,,設(shè)計了一種對行式油菜薹有序收獲機,,完成油菜薹對行、夾持切割,、柔性輸送,、有序鋪放等收獲環(huán)節(jié)。闡述了收獲機整機結(jié)構(gòu)和作業(yè)過程,根據(jù)切割,、輸送和鋪放過程中油菜薹的運動學(xué)和動力學(xué)分析,,確定了單圓盤切割器、夾持輸送裝置和導(dǎo)流板等部件的結(jié)構(gòu)和運行參數(shù),,解析收獲機參數(shù)對切割損傷率和鋪放角變異系數(shù)的影響規(guī)律,。研制對行式油菜薹有序收獲機樣機,以機器前進速度,、切刀轉(zhuǎn)速,、輸送帶速度和導(dǎo)流板傾角為試驗因素,以切割損傷率和鋪放角變異系數(shù)為評價指標(biāo)開展四因素三水平Box-Behnken田間試驗,。利用數(shù)據(jù)分析軟件Design-Export 10建立試驗指標(biāo)與因素之間的二次多項式回歸模型,,分析各因素對試驗指標(biāo)的影響規(guī)律;求解切割損傷率和鋪放角變異系數(shù)優(yōu)化模型,,得出最優(yōu)參數(shù)組合為:機器前進速度0.5m/s,,切刀轉(zhuǎn)速910r/min,輸送速度0.75m/s,,導(dǎo)流板傾角49°,。驗證試驗表明,較優(yōu)參數(shù)組合條件下切割損傷率為4.95%,,鋪放角變異系數(shù)為9.55%,,與預(yù)測值之間的相對誤差小于5%,能夠滿足油菜薹有序收獲需求,。
2023, 54(11):102-113. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.010
摘要:針對寧前胡采挖過程中挖掘阻力大的問題,,以鯊魚背鰭為研究對象,,并結(jié)合農(nóng)藝要求,設(shè)計了一款寧前胡仿生挖掘鏟,;根據(jù)摩爾-庫侖理論中土體應(yīng)力分析,,當(dāng)選用鯊魚背鰭結(jié)構(gòu)作為仿生鏟的凸起結(jié)構(gòu)時,土壤更易達到破裂狀態(tài),;通過三維掃描儀掃描鯊魚標(biāo)本,,獲取鯊魚背鰭三維模型,根據(jù)背鰭三維模型確定仿生鏟的凸起結(jié)構(gòu),,并通過NX12.0創(chuàng)建仿生挖掘鏟三維模型,;利用三維掃描儀獲得寧前胡根莖外形輪廓特征,,創(chuàng)建寧前胡根莖的離散元模型,并選用Hertz-Mindlin with JKR建立寧前胡根莖-土壤離散元復(fù)合模型,;通過離散元仿真對比試驗,,得出X、Y,、Z方向顆粒位移和挖掘阻力的平均值,,分析挖掘鏟的減阻機理,仿生鏟比平面鏟在采挖過程中阻力減小14.37%,;通過開展土槽試驗,對比根莖挖掘效果,,與仿真試驗中得出的寧前胡根莖在仿生挖掘鏟挖掘后,,根莖在X、Y,、Z方向上有更好的位移表現(xiàn),,仿生鏟和平面鏟的挖掘阻力平均值分別為1342.28、1622.73N,,仿生鏟比平面鏟在采挖過程中阻力減小17.28%,,與仿真試驗得出的減阻率十分接近,滿足寧前胡采挖過程中的減阻要求,。
2023, 54(11):114-123. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.011
摘要:為提高油橄欖的振動收獲效率,,針對油橄欖密植果園的種植環(huán)境,,設(shè)計一種單偏心塊懸掛式油橄欖采收機。通過對果實進行受力分析得到果實脫落加速度可簡化為果實果柄結(jié)合力與果實質(zhì)量的比值,,測量得到脫落加速度的90%分位數(shù)為1113.35m/s2,。通過正交試驗仿真研究果樹樹形參數(shù)(主干直徑、主干高度,、主枝夾角)和激振參數(shù)(激振頻率,、激振力)之間關(guān)系,并對仿真與試驗相關(guān)性進行分析,,表明仿真與試驗的平均相關(guān)系數(shù)為0.73,,平均相對誤差為26.5%,主干直徑和主干高度對激振參數(shù)有顯著影響,。使用采收樣機對油橄欖(萊星)進行了試驗,,結(jié)果表明:夾持點振幅與激振頻率呈正相關(guān)關(guān)系,;果樹側(cè)枝3個監(jiān)測點的共振頻率為22.5Hz,與響應(yīng)面試驗結(jié)果的21.8Hz相近,;油橄欖樹的平均采凈率約為91.22%,,且無果實損傷。
2023, 54(11):124-138. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.012
摘要:為了實現(xiàn)排種的均勻穩(wěn)定,,針對預(yù)切種式宿根蔗補種的難題,設(shè)計了一種宿根蔗補種機均勻排種控制系統(tǒng),,由輥耙,、理蔗壓板、種箱以及電控系統(tǒng)等組成,。通過運用EDEM對排種機構(gòu)的排種過程進行仿真分析及虛擬試驗,,探討了系統(tǒng)主要工作參數(shù)對排種性能的影響,對機構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計,。通過單因素試驗及Box-Behnken響應(yīng)面正交試驗,,研究了輥耙角速度、理蔗壓板壓力,、種箱內(nèi)蔗種數(shù)量,、理蔗壓板活動角對排種均勻度的影響規(guī)律,建立了排種機構(gòu)排種性能的響應(yīng)面方程,,構(gòu)建了排種系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)的控制模型和控制算法,。以種箱內(nèi)蔗種數(shù)量作為控制器輸入量,控制器通過自動調(diào)整輥耙角速度和理蔗壓板壓力來控制排種系統(tǒng)排種過程的均勻性,。試驗結(jié)果表明,,應(yīng)用參數(shù)自調(diào)節(jié)排種控制系統(tǒng)進行排種作業(yè)時,排種合格率為94.44%,,與未應(yīng)用參數(shù)自調(diào)節(jié)的排種系統(tǒng)相比提高8.88個百分點,;排種均勻度為0.46段2。研究可為提高甘蔗宿根補種的均勻性及穩(wěn)定性提供技術(shù)支持,。
2023, 54(11):139-147. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.013
摘要:為評估農(nóng)業(yè)機械作業(yè)對大豆產(chǎn)量的影響,,本文開展不同機型,、不同壓實次數(shù)的拖拉機壓實試驗,,獲取不同壓實環(huán)境中的土壤物理性質(zhì)和大豆產(chǎn)量數(shù)據(jù),分別從影響大豆產(chǎn)量的機械因素,、土壤因素和復(fù)合因素出發(fā),,使用多元線性回歸(Multiple linear regression,MLR),、隨機森林(Random forest,,RF)、自適應(yīng)增強模型(Adaptive boosting,,AdaBoost),、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial neural network,ANN)4種機器學(xué)習(xí)算法建立大豆產(chǎn)量影響預(yù)測模型,,對模型性能及模型特征重要性進行綜合分析,。研究結(jié)果表明,機械作業(yè)與大豆產(chǎn)量間關(guān)系復(fù)雜,,集成學(xué)習(xí)算法(AdaBoost和RF)所建立的模型具有更好的擬合效果,模型決定系數(shù)更高,;利用復(fù)合因素對大豆產(chǎn)量建立的模型擬合度最高,,其次為機械因素和土壤因素,其中基于AdaBoost的復(fù)合因素對大豆產(chǎn)量影響模型其擬合程度最優(yōu),,其R2為0.92,,MAE為1.33%,RMSE為1.86%,;機械因素,、土壤因素都會影響大豆產(chǎn)量,其中機械壓實次數(shù)以及表層和亞表層的土壤堅實度為影響大豆產(chǎn)量的重要因素,,在實際生產(chǎn)中可通過減少機械作業(yè)次數(shù),、疏松表層及亞表層土壤來改善機械壓實影響。
2023, 54(11):148-158. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.014
摘要:針對目前馬鈴薯種薯切塊機存在切種質(zhì)量差和自動化程度低等問題,,基于切種農(nóng)藝與農(nóng)機相融合的設(shè)計思想,設(shè)計了一種馬鈴薯種薯自動切塊裝置,。通過整列定位輸送機構(gòu)完成種薯排列輸送定位,,經(jīng)夾持取料機構(gòu)和切刀機構(gòu)組合作用下完成種薯切塊過程,整機由PLC控制切塊動作工序,,實現(xiàn)了切種流程的自動化,。結(jié)合典型種薯幾何尺寸參數(shù),,完成馬鈴薯種薯切塊裝置的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計,對種薯切塊作業(yè)過程進行理論分析,,明晰影響種薯切塊效果的主要因素和各因素的取值范圍,。以切種合格率、切種盲眼率為評價指標(biāo),,以圓臺輥組中心距,、鏈條輸送速度、V形刀具夾角為試驗因素,,進行三因素三水平響應(yīng)面試驗,,通過Design-Expert 12.0.3軟件對試驗結(jié)果進行方差分析和交互作用分析,利用軟件優(yōu)化模塊確定試驗最優(yōu)參數(shù)組合,。在最優(yōu)參數(shù)組合條件下進行種薯切塊試驗驗證,,驗證結(jié)果表明:當(dāng)圓臺輥組中心距為101.60mm、鏈條輸送速度為0.019m/s,、V形刀具夾角為49.50°時,,切種合格率為97.56%,切種盲眼率為1.27%,,與優(yōu)化值相對誤差小于5%,,表明優(yōu)化后最優(yōu)參數(shù)組合可靠性高,可以滿足種薯切塊要求,。
2023, 54(11):159-168. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.015
摘要:棉花是我國重要的經(jīng)濟作物和戰(zhàn)略儲備物資,,及時,、準(zhǔn)確地獲取棉花空間分布信息對于棉花產(chǎn)量預(yù)測、農(nóng)業(yè)政策的制定與調(diào)整具有重要意義,。針對高分辨率遙感影像獲取難度大以及傳統(tǒng)機器學(xué)習(xí)對特征信息利用不足的問題,,本文以新疆南部地區(qū)圖木舒克市為目標(biāo)區(qū)域,提出一種以U-HRNet為基本框架,,融合CBAM注意力機制的CBAM-U-HRNet棉花種植地塊提取模型,。選擇U-Net、HRNet和U-HRNet作為對比模型,,評估CBAM-U-HRNet模型在Sentinel-2(10m)和GF-2(1m)2種空間分辨率數(shù)據(jù)集上的表現(xiàn)以及在棉花地塊提取的優(yōu)勢,。結(jié)果表明,基于Sentinel-2遙感影像的CBAM-U-HRNet組合模型對棉花地塊的提取精度最優(yōu),,mIoU和mPA分別達到92.78%和95.32%,。與Sentinel-2數(shù)據(jù)集相比,,空間分辨率更高的GF-2數(shù)據(jù)在HRNet、U-Net和U-HRNet網(wǎng)絡(luò)上取得了更高的精度,。對于兩種不同空間分辨率的數(shù)據(jù)集,,基于CBAM-U-HRNet模型的棉花地塊提取精度較為接近,表明CBAM-U-HRNet模型能夠減少由于數(shù)據(jù)集空間分辨率不同導(dǎo)致的錯分,。與隨機森林算法相比,,CBAM-U-HRNet模型對棉花地塊提取的準(zhǔn)確率更高。研究結(jié)果可以為干旱地區(qū)棉花識別與種植地塊快速提取提供技術(shù)支撐,。
2023, 54(11):169-179,285. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.016
摘要:冬小麥種植區(qū)域分布廣泛,,為監(jiān)測與評估其生長信息和生長環(huán)境,,本文通過引入三相混合介質(zhì)模型表征植被層,引入高斯隨機粗糙面表征農(nóng)田粗糙地表,,構(gòu)建了一種冬小麥覆被農(nóng)田地表的多層非均質(zhì)混合電磁散射模型,。首先分別對比本文提出的多層非均質(zhì)混合模型與水云模型、Oh模型在冬小麥拔節(jié)期及孕穗期的后向散射系數(shù)預(yù)測結(jié)果,,對本模型的有效性進行分析和驗證;隨后,,通過分析該模型等效介電常數(shù),,并求解其電磁散射及輻射傳輸方程,獲取植被生長信息,、植被含水率及土壤粗糙度等因素對覆被農(nóng)田地表等效介電常數(shù)和雷達后向散射系數(shù)的影響規(guī)律,。結(jié)果表明,本文提出的多層非均質(zhì)混合模型與水云模型及Oh模型預(yù)測結(jié)果有較好的一致性,,同時與雙彌散模型獲得的小麥層等效介電常數(shù)R2分別為0.9817,、0.9922、0.9863,、0.9711,,同樣具有較好的一致性;此外,,本文提出的模型對拔節(jié)期,、孕穗期小麥含水率的預(yù)測結(jié)果與實際測量值的均方根誤差分別為0.88%、4.65%,,該模型能夠較好地模擬覆被農(nóng)田地表電磁散射特征,,為后續(xù)無人機微波反演冬小麥生長及土壤水分信息提供堅實理論基礎(chǔ),。
朱立學(xué),賴穎杰,,張世昂,,伍榮達,鄧文乾,,郭曉耿
2023, 54(11):180-188. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.017
摘要:為了實現(xiàn)火龍果采收自動化作業(yè),,提出一種基于改進U-Net的火龍果圖像分割和姿態(tài)估計方法。首先,,在U-Net 模型的跳躍連接(編碼器與解碼器部分特征圖進行的連接操作)中引入通道和空間注意力機制模塊(Concurrent spatial and channel squeeze and channel excitation, SCSE),,同時將SCSE模塊集成到殘差模塊(Double residual block, DRB)中,在增強網(wǎng)絡(luò)提取有效特征能力的同時提高網(wǎng)絡(luò)的收斂速度,,得到一種基于注意力殘差U-Net的火龍果圖像分割網(wǎng)絡(luò),。通過該網(wǎng)絡(luò)分割出果實及其附生枝條的掩膜圖像,利用圖像處理技術(shù)和相機成像模型擬合出果實及其附生枝條的輪廓,、果實質(zhì)心,、果實最小外接矩形框和三維邊界框,進而結(jié)合果實及其附生枝條的位置關(guān)系進行火龍果三維姿態(tài)估計,,并在火龍果種植園中獲得一個測試集,,以評價該算法的性能,最后在自然果園環(huán)境下進行實地采摘試驗,。試驗結(jié)果表明,,火龍果果實圖像分割平均交并比(mIoU)和平均像素準(zhǔn)確率(mPA)分別達到86.69%和93.89%,三維姿態(tài)估計平均誤差為8.8°,,火龍果采摘機器人在果園環(huán)境下的采摘成功率為86.7%,,平均采摘時間為22.3s。
2023, 54(11):189-197. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.018
摘要:針對棉花軋工質(zhì)量現(xiàn)行人工感官檢驗中存在的勞動強度大、主觀性強,、檢測效率低等問題,,設(shè)計一種基于機器視覺的棉花軋工質(zhì)量檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)由壓棉機構(gòu),、圖像采集機構(gòu),、檢測處理機、檢測控制板卡和觸控顯示屏組成。設(shè)計了低角度直接照明系統(tǒng)與圖像采集機構(gòu),,LED光源以檢測視窗法線呈45°方向照射,,工業(yè)相機透過光學(xué)玻璃采集棉花圖像。采用圖像紋理特征表達棉花外觀形態(tài),,通過測定軋工質(zhì)量實物標(biāo)準(zhǔn)的角二階矩,,建立圖像紋理特征與外觀形態(tài)關(guān)系模型,融合噪聲點評價與高低閾值自適應(yīng)的Canny方法進行圖像濾波與分割識別,,根據(jù)歐氏距離進行軋工質(zhì)量等級判定,,并選取棉樣進行系統(tǒng)試驗驗證。結(jié)果表明,,軋工質(zhì)量實物標(biāo)準(zhǔn)P1,、P2、P3的角二階矩分別為[0.8932,,1],、[0.6891,0.7761],、[0.2136,,0.5873],各等級間的角二階矩紋理特征值區(qū)別明顯,,驗證了圖像紋理表達棉花外觀形態(tài)的可行性,。系統(tǒng)的疵點粒數(shù)指標(biāo)檢測相對偏差為0.15,疵點與背景的分離效果明顯,。與國標(biāo)檢驗方法相比,,軋工質(zhì)量視覺系統(tǒng)檢測準(zhǔn)確率達94.20%,檢測偏差上下浮動不大于1個軋工質(zhì)量等級,,與國標(biāo)檢驗結(jié)果一致性高,。單個棉樣系統(tǒng)檢測耗時1.2s,檢測效率提升77.36%,。系統(tǒng)能夠滿足現(xiàn)場使用要求,為棉花軋工質(zhì)量指標(biāo)的儀器化檢測提供了技術(shù)參考。
2023, 54(11):198-207. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.019
摘要:針對作物病害識別系統(tǒng)功能單一,,缺乏系統(tǒng)升級機制,人工升級系統(tǒng)成本較大的問題,,以番茄病害為例,,提出了基于OpenCV的番茄葉片圖像自動標(biāo)注算法和改進YOLO v5的番茄病害識別模型;結(jié)合數(shù)據(jù)集自動劃分,、模型自動訓(xùn)練與評估,、手機APP自動創(chuàng)建與更新理念,,設(shè)計了一種可以自動升級的番茄病害識別系統(tǒng);引入專家審查校正機制,,提高了系統(tǒng)識別結(jié)果的可靠性,。實驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)實現(xiàn)了對番茄的健康葉片與9類病害葉片進行識別,,可以在實際應(yīng)用中通過手機APP識別番茄病害的同時自動擴充番茄病害圖像數(shù)據(jù)集,,并根據(jù)數(shù)據(jù)擴充量自動啟動系統(tǒng)的升級優(yōu)化流程,由此不斷提升該系統(tǒng)的番茄病害識別性能,。該系統(tǒng)為番茄生產(chǎn)提供了一個便捷,、可靠的番茄病害識別工具。
2023, 54(11):208-216,235. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.020
摘要:為減少水稻產(chǎn)量損失,,迫切需要建立快速,、準(zhǔn)確的水稻葉瘟監(jiān)測和鑒別方法。本文以東北水稻為研究對象,,以小區(qū)試驗為基礎(chǔ),,使用高光譜圖像儀獲取受稻瘟病菌侵染后不同發(fā)病程度的水稻葉片高光譜圖像并提取光譜數(shù)據(jù)。首先,,通過SG平滑方法對光譜數(shù)據(jù)進行預(yù)處理,,然后運用主成分分析(PCA)、Pearson相關(guān)系數(shù)分析法(PCCs),、PLS-VIP方法對光譜數(shù)據(jù)進行降維,,并提出了一種基于Logistic混沌映射PSO尋優(yōu)的SVM分級檢測模型(LMPSO-SVM)。為了驗證提出方法的有效性,,以不同降維方法提取的特征變量為輸入,,分別建立基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)、支持向量機(SVM)和PSO-SVM的分級模型并進行對比分析,。仿真結(jié)果表明,,各模型對4級病害的識別效果最好,綜合5種級別病害,,SVM和ANN分級模型的預(yù)測準(zhǔn)確率波動相對較大,,對于病害預(yù)測效果不太理想;而在不同特征選擇下建立的LMPSO-SVM分級模型對各級病害預(yù)測準(zhǔn)確率均較高,準(zhǔn)確率波動較小,,其中基于PCA提取特征變量和全波段作為輸入的模型平均準(zhǔn)確率非常相近,,分別為96.49%和96.12%,PCA提取的輸入變量僅為5個,,大大簡化了模型復(fù)雜性,,降低了訓(xùn)練難度和訓(xùn)練時間。綜合分析,,PCA-LMPSO-SVM模型的訓(xùn)練效果最好,,可以認為是最佳病害分級模型,其5種級別病害準(zhǔn)確率分別為94.29%,、96.43%,、93.44%、98.30%和100%,。因此,,本文提出的方法可進一步提高水稻稻瘟病分級檢測精度和可靠性,結(jié)果可為確定稻瘟病發(fā)生情況提供一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐,。
2023, 54(11):217-224,,276. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.021
摘要:針對水稻病害識別方法準(zhǔn)確度低,、模型收斂速度緩慢的問題,本文提出了一種高性能的輕量級水稻病害識別模型,,簡稱為CA(Coordinate attention)-MobileNetV3,。通過微調(diào)的遷移學(xué)習(xí)策略完善了模型的訓(xùn)練,提升了模型收斂速度,。首先創(chuàng)建10個種類的數(shù)據(jù)集,,其中包含9種水稻病害和1種水稻健康葉片。其次使用CA模塊,,在通道注意力中嵌入空間坐標(biāo)信息,,提高模型的特征提取能力與泛化能力。最后,,將改進后的MobileNetV3網(wǎng)絡(luò)作為特征提取網(wǎng)絡(luò),,并加入SVM多分類器,提高模型精度,。實驗結(jié)果表明,在本文構(gòu)建的水稻病害數(shù)據(jù)集上,,初始的MobileNetV3識別準(zhǔn)確率僅為95.78%,,F(xiàn)1值為95.36%;加入CA模塊后識別準(zhǔn)確率和F1值分別提高至96.73%和96.56%;再加入SVM多分類器,,通過遷移學(xué)習(xí)后,,改進模型的識別準(zhǔn)確率和F1值分別達到97.12%和97.04%,參數(shù)量和耗時僅為2.99×106和0.91s,,明顯優(yōu)于其他模型,。本文提出的CA-MobileNetV3水稻病害識別模型能夠有效識別水稻葉部病害,實現(xiàn)了輕量級,、高性能,、易部署的水稻病害分類識別算法。
2023, 54(11):225-235. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.022
摘要:針對現(xiàn)有草莓病害程度診斷方法存在識別精度低,、參數(shù)量大,、推理時間長等問題,提出了一種基于交互式雙分支特征融合的草莓病害程度快速診斷方法,。該方法首先以短程密集連接模塊為基礎(chǔ),,構(gòu)建一種輕量化的交互式雙分支特征融合網(wǎng)絡(luò)(Interactive bilateral feature fusion network,IBFFNet),,用于提取圖像的語義特征和細節(jié)特征,。然后,通過注意力簡化的金字塔池化模塊獲取上下文分支中的多尺度語義特征,,利用邊緣增強模塊豐富空間分支中的邊緣細節(jié)特征,。最后,融合多尺度語義特征和空間細節(jié)特征,,實現(xiàn)病斑和葉片區(qū)域的精確分割,。在草莓葉部病害程度數(shù)據(jù)集上的實驗結(jié)果顯示,IBFFNet2_Seg的平均交并比達到77.8%,,在單張NVIDIA GTX1050顯卡上處理速度可達40.6f/s,,滿足實際應(yīng)用中對算法實時性和分割精度的要求。此外,,在測試集上IBFFNet2_Seg預(yù)測病害程度與真實程度的決定系數(shù)R2為0.98,,說明該模型可以準(zhǔn)確預(yù)測草莓病害嚴(yán)重程度。本研究可為草莓病害精準(zhǔn)防治提供可靠的技術(shù)支撐,。
2023, 54(11):236-246. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.023
摘要:甜椒在生長發(fā)育過程中容易產(chǎn)生畸形果,機器代替人工對甜椒畸形果識別和摘除一方面可提高甜椒品質(zhì)和產(chǎn)量,,另一方面可解決當(dāng)前人工成本過高,、效率低下等問題。為實現(xiàn)機器人對甜椒果實的識別,,提出了一種基于改進YOLO v7-tiny目標(biāo)檢測模型,,用于區(qū)分正常生長和畸形生長的甜椒果實。將無參數(shù)注意力機制(Parameterfree attention module, SimAM)融合到骨干特征提取網(wǎng)絡(luò)中,,增強模型的特征提取和特征整合能力,;用Focal-EIOU(Focal and efficient intersection over union)損失替換原損失函數(shù)CIOU(Complete intersection over union),加快模型收斂并降低損失值,;使用SiLU激活函數(shù)代替原網(wǎng)絡(luò)中的Leaky ReLU,,增強模型的非線性特征提取能力。試驗結(jié)果表明,,改進后的模型整體識別精確度,、召回率、平均精度均值(Mean average precision, mAP)mAP0.5,、mAP0.5-0.95分別為99.1%,、97.8%、98.9%,、94.5%,,與改進前相比,分別提升5.4,、4.7,、2.4、10.7個百分點,,模型內(nèi)存占用量為 10.6MB,,單幅圖像檢測時間為4.2ms。與YOLO v7,、Scaled-YOLO v4,、YOLOR-CSP等目標(biāo)檢測模型相比,模型在F1值上與YOLO v7相同,,相比Scaled-YOLO v4,、YOLOR-CSP分別提升0.7、0.2個百分點,,在mAP0.5-0.95上分別提升0.6,、1.2、0.2個百分點,,而內(nèi)存占用量僅為上述模型的14.2%,、10.0%,、10.0%。本文所提出的模型實現(xiàn)了小體量而高精度,,便于在移動端進行部署,為后續(xù)機械化采摘和品質(zhì)分級提供技術(shù)支持,。
2023, 54(11):247-258. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.024
摘要:甘蔗蔗梢分叉點的精確識別與高度定位是實現(xiàn)甘蔗收獲機切梢器實時控制的關(guān)鍵技術(shù)之一,,也是提高甘蔗收獲機械化水平和降低甘蔗含雜率的重要途徑。針對甘蔗地環(huán)境復(fù)雜,、光照變化大,、蔗梢分叉點相互遮擋等問題,首先通過田間調(diào)查,,并現(xiàn)場測試,、分析甘蔗生長點、甘蔗分叉點及相互關(guān)系的特征規(guī)律,,采集圖像的甘蔗分叉點的統(tǒng)計分析,,并結(jié)合現(xiàn)場對甘蔗分叉點高度的測量統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)其均具有明顯的正態(tài)統(tǒng)計特征,。接著,,提出了一種基于改進YOLO v5s的蔗梢分叉點識別方法。該方法采用單目和雙目相機在廣西大學(xué)扶綏農(nóng)科基地采集甘蔗圖像數(shù)據(jù),,并進行數(shù)據(jù)預(yù)處理和標(biāo)注,,構(gòu)建了甘蔗蔗梢分叉點數(shù)據(jù)集。然后,,在YOLO v5s中引入BiFPN特征融合結(jié)構(gòu)和CA注意力機制,,以增強不同層次特征的交互和表達能力,并使用GSConv卷積和Slim-Neck范式設(shè)計,,在原始模型主干網(wǎng)絡(luò)中引入Ghost模塊替換原始普通卷積,,來降低模型的計算量和參數(shù)量,提高模型的運行效率,。最后,,通過在現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)集上進行訓(xùn)練和測試,驗證了該方法的有效性和優(yōu)越性,。實驗結(jié)果表明,,該方法在甘蔗蔗梢分叉點數(shù)據(jù)集上平均精確率達到92.3%、召回率89.3%和檢測時間19.3ms,,相比原始YOLO v5s網(wǎng)絡(luò),,平均精確率提高5個百分點,,召回率提高4個百分點,參數(shù)量降低43%,,模型內(nèi)存占用量減少5.5MB,,檢測時間減少0.7ms。最后,,根據(jù)甘蔗分叉點具有明顯的正態(tài)統(tǒng)計特征的規(guī)律,,利用該特征結(jié)合雙目視覺的定位算法,可為開展甘蔗收獲機切梢的特征識別,、切梢器高度定位及實時控制研究奠定理論及技術(shù)基礎(chǔ),。
2023, 54(11):259-265. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.025
摘要:魚群活躍度是魚類健康福利養(yǎng)殖的特征性指標(biāo)之一,實現(xiàn)魚群活躍度細粒度分類有利于更精細地描述魚群健康狀況,、評估魚群福利水平,。基于工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng),,本文建立了水下大西洋鮭魚群活躍度細粒度分類視頻數(shù)據(jù)集,,并提出一種基于幀間深度特征差分的魚群活躍度分類模型,通過引入殘差連接的小型卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取視頻幀的特征,,進而在相鄰幀之間做差分運算和平方運算得到視頻幀間特征,,最后將其輸入基于外部注意力機制的分類網(wǎng)絡(luò)IFDNet中得到視頻類別。試驗結(jié)果表明,,本文提出的CNN-IFDNet模型分類準(zhǔn)確率達到97.72%,,F(xiàn)1值達到97.42%,以較低的計算復(fù)雜度實現(xiàn)了對水下視頻魚群活躍度的三分類,。相較于實驗室環(huán)境,,基于真實養(yǎng)殖環(huán)境對魚群活躍度所展開的算法研究實際應(yīng)用性更強,可以為精細化描述魚群的活躍度,、實現(xiàn)智能監(jiān)測魚類健康狀況提供參考,,幫助養(yǎng)殖人員發(fā)現(xiàn)并排除導(dǎo)致魚群活躍度異常的水質(zhì)環(huán)境、病害等因素,。
2023, 54(11):266-276. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.026
摘要:蛋鴨行為模式是判斷籠養(yǎng)鴨養(yǎng)殖過程中健康狀況及福利狀態(tài)的重要指標(biāo),,為了通過機器視覺實現(xiàn)識別蛋鴨多行為模式,,提出了一種基于改進YOLO v4 (You only look once)的目標(biāo)檢測算法,,不同的行為模式為蛋鴨的養(yǎng)殖管理方案提供依據(jù)。本文算法通過更換主干特征提取網(wǎng)絡(luò)MobileNetV2,,利用深度可分離卷積模塊,,在提升檢測精度的同時降低模型參數(shù)量,有效提升檢測速度,。在預(yù)測輸出部分引入無參數(shù)的注意力機制SimAM模塊,,進一步提升模型檢測精度。通過使用本文算法對籠養(yǎng)蛋鴨行為驗證集進行了檢測,,優(yōu)化后模型平均精度均值達到96.97%,圖像處理幀率為49.28f/s,,相比于原始網(wǎng)絡(luò)模型,,平均精度均值及處理速度分別提升5.03%和88.24%。與常用目標(biāo)檢測網(wǎng)絡(luò)進行效果對比,,改進YOLO v4網(wǎng)絡(luò)相較于Faster R-CNN,、YOLO v5、YOLOX的檢測平均精度均值分別提升12.07%,、30.6%及2.43%,。將本文提出的改進YOLO v4網(wǎng)絡(luò)進行試驗研究,試驗結(jié)果表明本文算法可以準(zhǔn)確地對不同時段的籠養(yǎng)蛋鴨行為進行記錄,,根據(jù)蛋鴨表現(xiàn)出的不同行為模式來幫助識別蛋鴨的異常情況,,如部分行為發(fā)生異常時長或在異常時段發(fā)生等,從而為蛋鴨的養(yǎng)殖管理提供有價值的指導(dǎo),,為實現(xiàn)鴨舍自動化,、智能化管理提供技術(shù)支持。
2023, 54(11):277-285. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.027
摘要:針對目前群養(yǎng)生豬智能化養(yǎng)殖中復(fù)雜環(huán)境下豬只目標(biāo)檢測精度低的問題,,提出了一種基于改進YOLOX的群養(yǎng)生豬輕量化目標(biāo)檢測模型Ghost-YOLOX-BiFPN。該模型采用Ghost卷積替換普通卷積,,在減少主干網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的情況下,,提高了模型的特征提取能力。使用加入CBAM注意力機制的BiFPN作為模型的Neck部分,,使得模型充分融合不同體型豬只的特征圖,,并使用Focal Loss損失函數(shù)解決豬圈環(huán)境下豬只與背景難以區(qū)分的問題,增強模型對正樣本的學(xué)習(xí),。實驗結(jié)果表明,,改進后模型對群養(yǎng)生豬檢測精度為95.80%,,相比于原始YOLOX算法,檢測精度提升2.84個百分點,,參數(shù)量降低63%,。最后將本文輕量化模型部署到Nvidia Jetson Nano移動端開發(fā)板,通過在開發(fā)板上實際運行表明,,本文所提模型實現(xiàn)了對不同大小,、不同品種豬只的準(zhǔn)確識別,為后續(xù)智能化生豬養(yǎng)殖提供支持,。
2023, 54(11):286-294. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.028
摘要:針對玉米育種文本數(shù)據(jù)中存在重疊三元組、實體表達方式多樣等問題,,提出一種嵌入詞匯信息的BERT-CRF(Bidirectional encoder representations from transformers-conditional random field)玉米育種實體關(guān)系聯(lián)合抽取方法,。首先,分析了玉米育種語料表達特征,,采用對實體邊界,、關(guān)系類別和實體位置信息同步標(biāo)注的策略;其次,,構(gòu)建了嵌入詞匯信息的BERT-CRF模型進行訓(xùn)練和預(yù)測,,自建玉米育種知識詞典,通過在BERT中嵌入詞匯信息,,融合字符特征和詞匯特征,,增強模型的語義能力,利用CRF模型輸出全局最優(yōu)標(biāo)簽序列,,設(shè)計了實體關(guān)系三元組匹配算法(Entity and relation triple matching algorithm,,ERTM),將標(biāo)簽進行匹配和映射來獲取三元組,;最后,,為驗證該方法的有效性,在玉米育種數(shù)據(jù)集上進行實驗,,結(jié)果表明,,本文模型精確率、召回率和F1值分別為91.84%,、95.84%,、93.80%,與現(xiàn)有模型相比性能均有提升,。說明該方法能夠有效抽取玉米育種領(lǐng)域知識,,為構(gòu)建玉米育種知識圖譜及其它下游任務(wù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
2023, 54(11):295-305. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.029
摘要:在動物體溫異常識別中,,紅外測溫等方式容易產(chǎn)生系統(tǒng)偏差使得判斷結(jié)果不可靠,。基于深度學(xué)習(xí)的方法在不同測溫設(shè)備上的魯棒性與泛化性能較差,,且難以應(yīng)用于數(shù)據(jù)量少,、隨機性強、標(biāo)準(zhǔn)不一致等非規(guī)范化的測溫場景,。因此,,本文提出了一種面向非規(guī)范化數(shù)據(jù)源的動物體溫異常識別方法,通過衡量體溫時序數(shù)據(jù)間的相似度即可完成異常識別,。針對常用的相似性度量算法在序列匹配,、序列間距度量上效果不佳的問題,提出了一種改進的動態(tài)時間規(guī)整算法(Improved dynamic time warping, iDTW),。在點間度量方式上,綜合歐氏距離和一階導(dǎo)數(shù),,改善了序列過度對齊問題,。使用序列交并比表示序列整體特征,提升了序列間距度量效果,。針對不等長序列及過長序列的異常檢測問題,,提出了基于滑動窗口和序列等分的異常檢測方法。以較短序列為滑動窗口遍歷較長序列得到一組序列間距,,根據(jù)訓(xùn)練和檢測的不同階段分別選擇其中的最小值或最大值作為相似度衡量結(jié)果,,以解決不等長序列匹配問題。將過長的樣本數(shù)據(jù)序列等分為多個子序列,,取子序列的間距和為樣本間距,,以解決過長序列導(dǎo)致的正常樣本間距過大和異常漏檢問題。在公開數(shù)據(jù)集UCR上的實驗分析表明,,相比于歐氏距離,、動態(tài)時間規(guī)整、一階導(dǎo)數(shù)動態(tài)時間規(guī)整和權(quán)重動態(tài)時間規(guī)整算法,,iDTW算法結(jié)合K-近鄰分類器得到的分類準(zhǔn)確率在10個UCR數(shù)據(jù)集上分別平均提高6.0,、3.0、5.2,、2.5個百分點,。基于滑動窗口和序列等分的異常檢測方法相比于經(jīng)典異常檢測算法,在3種動物體溫數(shù)據(jù)集上的F1值均獲得了明顯提升,。
2023, 54(11):306-318,,368. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.030
摘要:為研究水頭多重調(diào)控下微潤管出流與土壤水分運移規(guī)律,,進行了不同水頭調(diào)控模式下微潤灌入滲試驗,設(shè)置調(diào)增(0→1m(水頭由0m調(diào)節(jié)到1m,,以下類推),、0→2m、1→2m)和調(diào)減水頭(1→0m,、2→0m,、2→1m),研究微潤管出流,、濕潤體及含水率變化規(guī)律,;將微潤管假定為多孔介質(zhì)重黏土,利用HYDRUS 2D模型對水頭多重調(diào)控下微潤管出流和土壤水分運移進行了模擬,,據(jù)此分析了多重變水頭情景下微潤灌土壤水分動態(tài)規(guī)律,。結(jié)果表明,水頭調(diào)節(jié)顯著改變累積入滲量,、入滲率與時間關(guān)系曲線,,累積入滲量曲線呈折線型,曲線斜率隨著調(diào)增或調(diào)減而有規(guī)律增減,;水頭調(diào)節(jié)導(dǎo)致入滲率發(fā)生驟增或驟降,,穩(wěn)定入滲率與水頭存在線性正相關(guān)關(guān)系。調(diào)增水頭時濕潤鋒內(nèi)含水率驟升,,正向反饋顯著,;水頭調(diào)減后管周含水率微弱下降后逐漸回升。將微潤管模擬為質(zhì)地黏重的多孔介質(zhì),,基于HYDRUS 2D模型較好地模擬了微潤管出流及水分運移,,優(yōu)度較好(決定系數(shù)R2≥0.90,納什效率系數(shù)(NSE)大于等于0.70,,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSR)趨近于0),。構(gòu)建了多重水頭調(diào)控模式(0→1→2m、0→2→1m,、1→0→2m,、1→2→0m、2→0→1m、2→1→0m),,分析了多情景下微潤灌土壤水分動態(tài)規(guī)律,,發(fā)現(xiàn)水頭調(diào)增后入滲率隨時間呈現(xiàn)“指數(shù)減小后穩(wěn)定”規(guī)律,而調(diào)減后入滲率表現(xiàn)為“指數(shù)增加后穩(wěn)定”,;連續(xù)調(diào)增0→1→2m方案下,,最終累積入滲量最大;連續(xù)調(diào)減下(2→1→0m)累積入滲量較調(diào)增方案降低3.7%,,可通過調(diào)控水頭控制濕潤鋒推移和濕潤體內(nèi)含水率分布,,且微潤管附近含水率對水頭調(diào)控響應(yīng)更為顯著。研究可為微潤灌動態(tài)水頭調(diào)控提供科學(xué)依據(jù),,并與智慧灌溉相融合實時調(diào)控水頭,,適量地補給作物需水并維系根區(qū)適宜水分環(huán)境,實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉,。
2023, 54(11):319-334. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.031
摘要:為確定適宜枸杞灌溉的微咸水代表性鹽離子濃度限值,于2019—2020年在河套灌區(qū)下游開展NaCl,、CaCl2,、CaSO4、NaHCO3,、Na2SO4 5種代表性地下水鹽分類型和4種濃度水平(質(zhì)量濃度0.1,、0.5,、2.0,、4.0g/L)的田間交叉試驗。結(jié)果表明:在相同礦化度下,,外源NaCl,、NaHCO3影響下枸杞生育期受滲透脅迫、次生脅迫最強,,外源CaCl2質(zhì)量濃度低于2.0g/L能夠緩解枸杞滲透脅迫,,外源CaCl2、CaSO4質(zhì)量濃度低于4.0g/L能夠緩解次生脅迫,。枸杞干果產(chǎn)量,、百粒干質(zhì)量隨外源NaCl、Na2SO4,、CaSO4質(zhì)量濃度升高而降低,,在0.1g/L時達峰值,隨外源CaCl2質(zhì)量濃度升高呈單峰分布,0.5g/L時最高,。枸杞果實中總糖含量,、黃酮含量、氨基酸總量隨外源CaCl2,、CaSO4質(zhì)量濃度升高先升后降,,分別在0.5、2.0,、2.0g/L時達峰值,。甜菜堿含量、氨基酸總量隨NaCl,、Na2SO4,、NaHCO3質(zhì)量濃度升高而降低,超過0.1g/L后顯著下降,。類胡蘿卜素含量隨CaCl2,、NaHCO3質(zhì)量濃度升高先升后降,分別在2.0,、0.5g/L時達峰值,。相同陰離子(Cl-、SO2-4)環(huán)境下,,Na+,、Ca2+分別對枸杞產(chǎn)量、品質(zhì)的綜合評分存在降低,、提升作用,,相同陽離子(Na+)環(huán)境下,陰離子對綜合評分的負面影響由大到小依次為Cl-,、SO2-4,、HCO-3?;诟咚够貧w發(fā)現(xiàn),,當(dāng)Na+、Ca2+,、Cl-,、SO2-4、HCO-3濃度分別為18.6~19.2mmol/L,、12.2~13.0mmol/L,、63.0~68.4mmol/L、6.3~14.4mmol/L,、5.5~14.0mmol/L時,,枸杞種植效益貼合度較高(Ci>0.7),。隨Ci標(biāo)準(zhǔn)提高,Na+,、Cl-,、SO2-4、HCO-3濃度向取值下限(18.6,、63.0,、6.3、5.5mmol/L)逼近,,Ca2+濃度向上限(13.0mmol/L)逼近,。以高于不同水質(zhì)下產(chǎn)量、品質(zhì)綜合評分的平均值0.46為標(biāo)準(zhǔn),,發(fā)現(xiàn)灌溉微咸水中Na+,、Cl-、SO2-4,、HCO-3存在濃度上限限值,,分別為34.8、81.6,、22.6,、21.4mmol/L,Ca2+存在下限限值,,為9.8mmol/L,。研究可為指導(dǎo)河套灌區(qū)不同水質(zhì)區(qū)枸杞種植提供科學(xué)依據(jù)。
2023, 54(11):335-346. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.032
摘要:為探尋滴灌水肥一體化條件下北方半干旱地區(qū)蘋果樹種植的最佳水肥協(xié)同調(diào)控制度,設(shè)置灌水與施肥2個試驗因素,,滴灌灌水量設(shè)4個水平,,根據(jù)田間持水率θf的不同百分比確定灌水下上限:75%θf~90%θf(W1),、65%θf~80%θf(W2),、55%θf~70%θf(W3)、45%θf~60%θf(W4),;滴灌施肥量設(shè)3個水平,,N、P2O5,、K2O與風(fēng)干土質(zhì)量比分別為:0.9,、0.3,、0.3g/kg(F1);0.6,、0.3,、0.3g/kg(F2);0.3,、0.3,、0.3g/kg(F3),分析滴灌施肥協(xié)同調(diào)控對蘋果樹生長生理指標(biāo),、生物質(zhì)量與產(chǎn)量,、果實品質(zhì)以及水肥利用效率的影響,最終基于TOPSIS法建立以高效,、高產(chǎn),、高品為目標(biāo)的蘋果綜合指標(biāo)評價模型。結(jié)果表明,,滴灌施肥協(xié)同調(diào)控下蘋果樹植株生長量,、基莖生長量和葉面積最大值均出現(xiàn)在F1W2處理,蘋果樹凈光合速率,、蒸騰速率和葉綠素含量基本上隨灌水量和施肥量的增加而增加,,最大值均出現(xiàn)在F1W1處理,全生育期干物質(zhì)量和產(chǎn)量在F1W1和F1W2處理下差異不明顯,,水分利用效率和水分生產(chǎn)率最大值均出現(xiàn)在F1W2處理,,與F1W1處理相比,分別提高10.6%和11.1%,,肥料偏生產(chǎn)力基本上隨灌水量的增加和施肥量的減少而增加,,增加灌水量有利于提高蘋果著色指數(shù)、果形指數(shù)和糖酸比,,增加施肥量有利于提高蘋果單果質(zhì)量,、維生素C含量和可溶性糖含量。綜合4類17個指標(biāo)建立TOPSIS多目標(biāo)綜合評價模型,,代入各指標(biāo)最終權(quán)重計算得出F1W2處理貼近度最大,,為0.7653,此處理條件下蘋果綜合指標(biāo)評價最優(yōu),,而F3W4處理最差,,僅為0.2583。綜上,,本試驗水肥協(xié)同調(diào)控下灌水量下上限控制在田間持水率的65%~80%,,施N、P2O5,、K2O與風(fēng)干土質(zhì)量比分別為0.9,、0.3,、0.3g/kg是蘋果樹的最佳水肥管理制度。
2023, 54(11):347-358. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.033
摘要:在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略背景下,,流域上游實施綠水管理對于涵養(yǎng)水源,、保護脆弱生態(tài),以及緩解流域缺水形勢具有重要意義,。選取黃河流域上游的湟水流域構(gòu)建SWAT水文模型,,模擬等高耕作、殘茬覆蓋,、石線,、梯田和15°以上坡地退耕還林等5種綠水管理措施,分析水量,、水沙和水質(zhì)的變化,;結(jié)合水-沙-質(zhì)管理協(xié)同水平,探究不同措施的效果與適用性,。結(jié)果表明,,15°以上坡地退耕還林在增加產(chǎn)水量和地下水補給方面效果最優(yōu),分別為1.77×107m3和1.72×107m3,;等高耕作和石線能有效調(diào)節(jié)年內(nèi)徑流分配,、削減汛期徑流量。5種措施均能削減產(chǎn)沙負荷,,其中梯田和石線的效果較顯著,,削減率分別為13.5%和13.0%。5種措施均能減少總氮(TN)和總磷(TP)負荷量,,且干旱年削減率高于濕潤年,;梯田和等高耕作削減效果較好,削減率分別為24.6%,、14.7%(TN)和45.3%,、21.9%(TP)。通過水-沙-質(zhì)管理協(xié)同分析,,除殘茬覆蓋為高等耦合外,,其他4種情景下均能達到優(yōu)等耦合;耦合協(xié)調(diào)度由大到小依次為梯田,、15°以上坡地退耕還林,、石線,、等高耕作,、殘茬覆蓋,。研究結(jié)果可為黃河流域綠水管理措施選取和水資源優(yōu)化配置提供參考。
2023, 54(11):359-368. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.034
摘要:冠氣溫差能夠間接監(jiān)測作物水分變化規(guī)律,而冠層溫度與大氣溫度之間存在的時滯效應(yīng)會影響監(jiān)測效果,,為探明兩者之間的時滯效應(yīng)變化規(guī)律及影響因素,,本研究以拔節(jié)期至乳熟期的冬小麥為研究對象,利用紅外溫度傳感器連續(xù)監(jiān)測灌溉上限分別為田間持水率的95%(T1),、80%(T2),、65%(T3)和50%(T4)4個不同灌溉處理的冠層溫度,并同步獲取短波凈輻射(Short-wave net radiation, RS),、大氣溫度(Atmospheric temperature, TA),、相對濕度(Relative humidity, RH)等氣象數(shù)據(jù)。利用錯位相關(guān)法計算冠層溫度與大氣溫度之間的時滯時間(Time lag, TL),,分析其在不同生育期和不同灌溉條件下變化規(guī)律,,并采用相關(guān)性分析法探究氣象因子(RS、TA,、RH)變化率和日均值與時滯時間的相關(guān)性,,最后通過通徑分析探討氣象因子(RS、TA,、RH),、土壤含水率(Soil moisture content, SMC)以及葉面積指數(shù)(Leaf area index, LAI)對時滯時間的共同影響。結(jié)果表明:不同生育期和不同灌溉條件下冬小麥冠層溫度變化均提前于大氣溫度,;在不同灌溉處理下,,T1、T2和T3處理的時滯時間高于T4處理,,且在不同生育期下,,時滯時間呈現(xiàn)先減少再增加的趨勢。短波凈輻射變化率(Change rate of short-wave net radiation, RSCR),、大氣溫度變化率(Change rate of atmospheric temperature, TACR)和相對濕度變化率(Change rate of relative humidity, RHCR)與時滯時間的相關(guān)性均高于對應(yīng)日均值與時滯時間的相關(guān)性,;同時,RSCR與時滯時間的相關(guān)程度最高(相關(guān)系數(shù)R為0.718~0.806),,TACR次之(R為0.582~0.661),,RHCR最低(R為-0.534~-0.570)。利用通徑分析發(fā)現(xiàn),,時滯時間主要受RSCR,、SMC以及LAI共同影響,,但在不同灌溉條件下影響時滯時間的主要因素存在差異,其中T1,、T2和T3處理主要受RSCR和LAI影響,,而T4主要受RSCR和SMC影響。研究可為利用冠氣溫差信息監(jiān)測作物水分變化進一步提供理論依據(jù),。
2023, 54(11):369-375. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.035
摘要:農(nóng)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移決策支持系統(tǒng)(DSSAT)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,應(yīng)用DSSAT的首要工作就是估計作物品種參數(shù),。GLUE參數(shù)估計器是DSSAT自帶的參數(shù)估計工具,,但GLUE參數(shù)估計器所估計的品種參數(shù)并不總有效,其估計參數(shù)的DSSAT模擬精度往往不高,。本文利用4個品種水稻的田間實測產(chǎn)量數(shù)據(jù),,采用對比分析方法,以DSSAT自帶的GLUE參數(shù)估計器運行結(jié)果為參照,,將粒子群優(yōu)化(PSO)的每個粒子視為一組水稻品種參數(shù),,在運行PSO算法過程中調(diào)用DSSAT模擬水稻產(chǎn)量,依據(jù)產(chǎn)量模擬誤差和PSO的運行機制修改粒子,,從而驗證PSO優(yōu)化DSSAT水稻品種參數(shù)的有效性及可行性,。研究結(jié)果表明:兩種算法均能較好識別DSSAT水稻品種參數(shù),但GLUE參數(shù)估計器估計參數(shù)無效的頻次較高,;與GLUE參數(shù)估計器相比,,PSO識別的參數(shù)均為有效參數(shù),其優(yōu)化參數(shù)的DSSAT模擬水稻產(chǎn)量的精度更高,,標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差(NRMSE)處于5.98%~8.78%之間,,明顯低于GLUE參數(shù)估計器的6.89%~18.06%,所模擬的水稻產(chǎn)量也更接近于實測產(chǎn)量,。
謝秋菊,,王圣超,,MUSABIMANA J,郭玉環(huán),劉洪貴,,包軍
2023, 54(11):376-384,,430. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.036
摘要:在規(guī)模化的生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)中,,環(huán)境質(zhì)量對于豬群的健康及生長發(fā)育至關(guān)重要,。為實現(xiàn)豬舍環(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控,,以STM32單片機為核心,,構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的豬舍環(huán)境智能控制系統(tǒng);同時提出了基于雙深度Q網(wǎng)絡(luò)(Double deep Q-Network,Double DQN)的豬舍環(huán)境優(yōu)化控制策略,。通過在實際豬舍中運行結(jié)果表明,,舍內(nèi)平均溫度和相對濕度可控制在(20.53±1.72)℃和(74.16±7.84)%。與傳統(tǒng)基于溫度閾值的控制策略相比,,基于Double DQN控制策略的舍內(nèi)溫度,、相對濕度、NH3濃度和CO2濃度更接近期望值(期望溫度為19℃,,相對濕度為75%,,NH3濃度(體積比)為10μL/L,CO2濃度(體積比)為800μL/L),,舍內(nèi)溫度和相對濕度最大相對誤差分別低于溫度閾值控制策略3.7%和2.5%,。此外,該系統(tǒng)傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳和控制指令下發(fā)的平均延遲時間分別為226ms和140.4ms,,監(jiān)測與控制延遲較小,,穩(wěn)定性較強。在Double DQN控制策略下,,一天內(nèi)3臺風(fēng)機總運行時長為28.01h,,總耗電量為11.4kW·h,相較于傳統(tǒng)溫度閾值法可節(jié)省約7.39%,。因此,,本文構(gòu)建的融合深度強化學(xué)習(xí)策略的控制系統(tǒng)有助于改善豬舍環(huán)境質(zhì)量,提高養(yǎng)殖環(huán)境的自動化及智能化控制水平,。
2023, 54(11):385-396,411. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.037
摘要:為提升水產(chǎn)品危害分析及關(guān)鍵控制點(Hazard analysis and critical control points,,HACCP)體系國家標(biāo)準(zhǔn)在保障質(zhì)量溯源方面的數(shù)據(jù)可信,、可讀,以國家標(biāo)準(zhǔn)中的巴氏殺菌蟹肉HACCP計劃為例,結(jié)合語義建模和區(qū)塊鏈技術(shù),,提出了巴氏殺菌蟹肉增強HACCP計劃可信可視溯源模型(Enhanced HACCP credibility and visualization traceability model, EHCVTM),。該模型結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)對巴氏殺菌蟹肉HACCP計劃進行語義理解,構(gòu)建巴氏殺菌蟹肉HACCP計劃質(zhì)量安全數(shù)據(jù)體系(HACCP quality and safety data system, HQSDS)并設(shè)計知識表示,。為所得的增強HACCP計劃的執(zhí)行數(shù)據(jù)設(shè)計合理的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu),、智能合約,實現(xiàn)“有風(fēng)險上鏈,,無風(fēng)險自治”,、“高風(fēng)險直接上鏈,低風(fēng)險加密上鏈”的數(shù)據(jù)分級存儲管理模式,。然后借助圖數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)不同需求的可視化展示,。最終實現(xiàn)了基于EHCVTM的HACCP質(zhì)量溯源應(yīng)用原型并進行測試。結(jié)果表明,,基于此模型的應(yīng)用保障了質(zhì)量溯源風(fēng)險數(shù)據(jù)的可信度,,提高了數(shù)據(jù)反饋時的可讀性, 增強了質(zhì)量溯源平臺預(yù)警能力,使企業(yè)內(nèi)部完成精細化監(jiān)控,,企業(yè)外部多方監(jiān)督,,質(zhì)量安全風(fēng)險公開,安全責(zé)任定位精確,。且基于區(qū)塊鏈的系統(tǒng)吞吐量達到300筆/s,,可基本滿足溯源系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求。該研究為基于HACCP國家標(biāo)準(zhǔn)的水產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險監(jiān)控可信可視溯源提供了新思路,。
于海明,,祁聯(lián)星,胡玉輝,,鄭芳,,張子涵,張欣悅
2023, 54(11):397-411. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.038
摘要:針對現(xiàn)有水稻秸稈營養(yǎng)穴盤(簡稱秧盤)熱風(fēng)輔助微波干燥機靜態(tài)干燥時存在氣流場和電磁場分布不均勻,、干燥效率低和干燥品質(zhì)差等問題,,設(shè)計了多層盤式熱風(fēng)輔助微波干燥機,并主要對干燥機的微波諧振腔和氣流均布室進行了優(yōu)化設(shè)計,。利用ANSYS Electronics軟件對微波諧振腔饋口不同排列方式進行仿真,,根據(jù)電磁場強度均勻性及S參數(shù)的影響,確定饋口的排列方式及高度,;利用ANSYS Fluent軟件對氣流均布室的導(dǎo)流腔高度,、氣流均布腔高度及導(dǎo)流體底邊直徑進行優(yōu)化;以秧盤為試驗材料對該機性能和加熱均勻性進行試驗驗證,。結(jié)果表明,,優(yōu)化后氣流均布室出口處氣體流速的均勻性指數(shù)與優(yōu)化前相比提高21.26%,;微波諧振腔三饋口V-L-L排列方式下電磁場強度均勻性最好且S參數(shù)最小,;饋口高度為160mm時反射功率最低,,比饋口高度為70mm時降低78.13%;相較于熱風(fēng)干燥和微波干燥,,秧盤在熱風(fēng)輔助微波干燥方式下干燥速率分別提高291.31%和86.48%,,且干燥均勻性更好。該研究可為熱風(fēng)輔助微波干燥機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考,。
2023, 54(11):412-420. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.039
摘要:黃油乳清(BS)是生產(chǎn)無水黃油時產(chǎn)生的副產(chǎn)物,。由于富含乳脂肪球膜等組分,,黃油乳清被認為是富集球膜組分的良好原料,。然而,目前的研究集中于黃油乳清的基礎(chǔ)組分構(gòu)成,,對脂肪球膜源組分的構(gòu)成及應(yīng)用特性的研究尚未明確,,限制了黃油乳清的應(yīng)用。通過離心攪打等方式從牛乳黃油中分離出黃油乳清,,以原料乳和酪乳為對照,,分析了黃油乳清的基本組分和脂肪球膜源組分構(gòu)成。結(jié)果表明,,與原料乳,、酪乳相比,黃油乳清的蛋白質(zhì),、脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加,,總鈣含量顯著降低,乳糖質(zhì)量分?jǐn)?shù),、含水率,、pH值等無顯著性差異(P>0.05);黃油乳清中含脂肪球膜磷脂56種,,包括磷脂酰膽堿(Phosphatidylcholine,,PC)20種、磷脂酰乙醇胺(Phosphatidylethanolamine,,PE)10種,、磷脂酰絲氨酸(Phosphatidylserine,PS)7種,、磷脂酰肌醇(Phosphatidylinositol,,PI)6種,、鞘磷脂(Sphingomyelin,SM)13種,,其中鞘磷脂含量約為酪乳的3倍,,質(zhì)量濃度達到0.352mg/mL;黃油乳清含脂肪球膜蛋白4種,,其中豐度最大的為高碘酸希夫糖蛋白6/7,,球膜蛋白占總蛋白的23.32%,是酪乳的1.1倍,;對脫脂乳,、酪乳和不同濃度黃油乳清乳化特性進行比較,研究結(jié)果顯示,,黃油乳清乳化性顯著優(yōu)于同濃度酪乳(P<0.05),;在添加量3%時,黃油乳清乳化活性指數(shù)和乳化穩(wěn)定性指數(shù)達到最大,,分別為2.682m2/g和91.1%,。綜上,黃油乳清中含豐富的脂肪球膜源組分,,同濃度下,,黃油乳清乳化特性優(yōu)于酪乳,具有較高的應(yīng)用潛力,。
2023, 54(11):421-430. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.040
摘要:針對部分地區(qū)橫向斜坡農(nóng)田地形導(dǎo)致路徑跟蹤控制算法精度下降的問題,,提出了一種包含路面坡度擾動的動力學(xué)模型與跟蹤誤差模型結(jié)合的輪式拖拉機行駛動態(tài)過程的控制模型,,并基于此模型通過線性模型預(yù)測控制方法得到控制律,由于預(yù)測模型包含了坡度的影響,,使得反饋校正能夠提前補償,,有效改善了農(nóng)機在坡地上的路徑跟蹤性能??紤]到農(nóng)機在不同行駛階段對于誤差和穩(wěn)定程度需求的不同,,提出了自適應(yīng)的模型預(yù)測方法,令Q,、R值隨動變化以應(yīng)對不同的需求(隨動變化指的是兩者相對大小的變化而非絕對數(shù)值),。進行了預(yù)測區(qū)間與控制區(qū)間選擇的試驗,而后基于簡單運動學(xué)模型的模型預(yù)測控制進行了有無自適應(yīng)Q,、R的對比試驗,,最后分別在固定斜坡角的橫向斜坡路面上和在斜坡角連續(xù)變化的橫向斜坡路面上進行了本文方法與基于簡單運動學(xué)的模型預(yù)測控制方法對比試驗。試驗結(jié)果表明:自適應(yīng)能顯著提升控制效果,;本文方法在橫向斜坡路面上的路徑跟蹤表現(xiàn)明顯優(yōu)于基于簡單運動學(xué)模型的方法,,此外穩(wěn)態(tài)時的穩(wěn)定程度也有較大的提升,。
2023, 54(11):431-439. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.041
摘要:工業(yè)及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域存在諸多復(fù)雜場景,,使得機器人常面臨由大量非連續(xù)離散局部路徑組成的復(fù)雜軌跡,,合理的運動規(guī)劃是機器人實現(xiàn)預(yù)期作業(yè)目標(biāo)的首要基礎(chǔ)。本文提出一種基于非支配遺傳算法(Non-dominated sorting genetic algorithm, NSGA-Ⅱ)的多目標(biāo)綜合優(yōu)化方法,算法基于個體的相互支配關(guān)系進行分層并引入“擁擠度”指標(biāo)來表征個體間的差異性,,從而為保持遺傳過程的種群多樣性提供了有力支撐,。同時建立了機器人運動學(xué)模型并構(gòu)造了縮短機器人空載路程、運動時間及關(guān)節(jié)沖擊的路徑序列優(yōu)化函數(shù),,并在笛卡爾空間與關(guān)節(jié)空間進行了高階樣條擬合與插值規(guī)劃,,顯著提升了空間軌跡的光順性及幾何特性?;贜SGA-Ⅱ生成空間Pareto最優(yōu)前沿解集,,解決了機器人運動時間短、關(guān)節(jié)沖擊小,、任務(wù)路徑優(yōu)等約束下的多目標(biāo)優(yōu)化問題,。優(yōu)化后機器人運動路徑長度縮減74%,作業(yè)效率提升33.44%,,關(guān)節(jié)穩(wěn)定性平均可增強50.97%,,通過仿真與實驗,,驗證了算法在改善機器人運動效率,、連續(xù)性和非突變性等方面具有顯著效果。
2023, 54(11):440-450. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.042
摘要:對于含六桿組八桿機構(gòu)的曲柄存在域問題,給出了一種自動生成的方法,。該方法首先基于型轉(zhuǎn)化法數(shù)值迭代計算出機構(gòu)所有可能存在的初始位置,;然后在每個初始位置的基礎(chǔ)上,再次采取型轉(zhuǎn)化法數(shù)值迭代進行運動分析,,有效避免了高次非線性方程多解無法判斷最優(yōu)解的問題,;最后用雅可比矩陣法篩選出無分支缺陷的回路。機構(gòu)若滿足原動件旋轉(zhuǎn)整周均能夠求出位置解,,則該機構(gòu)在此回路中存在曲柄,。基于上述理論依據(jù),,采用VC++和OpenGL聯(lián)合編程,,能夠在給定區(qū)域內(nèi)自動生成該類八桿機構(gòu)曲柄存在域,。同時軟件能夠進行運動仿真,驗證了方法的正確性,,為含六桿組八桿機構(gòu)曲柄存在域的自動生成方法奠定了理論基礎(chǔ),。
2023, 54(11):451-458. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2023.11.043
摘要:針對傳統(tǒng)方法難以揭示機床多軸插補動態(tài)誤差的序列產(chǎn)生機制,,各時間維度上的誤差時序特征存在相互關(guān)聯(lián)的問題,提出一種融合混沌表示(Chaotic representation,,CR)和特征注意力機制(Feature attention mechanism,,F(xiàn)A)的級聯(lián)動態(tài)誤差預(yù)測模型。首先,,在證明多元動態(tài)誤差時變演化具有混沌特性的基礎(chǔ)上,,對其進行相空間重構(gòu),將動態(tài)誤差參數(shù)時間序列背后隱藏的信息在相空間中進行表達,。然后,,融合特征注意力機制在時間維度上動態(tài)分配相點特征權(quán)重的同時降低高維演化相空間信息冗余,進一步重塑原系統(tǒng)的動力學(xué)狀態(tài)向量空間,。最后,,考慮到混沌時變演化具有長程相關(guān)性,采用雙向長短期記憶(Bi-directional long short-term memory,,Bi-LSTM)網(wǎng)絡(luò)模型逼近混沌相空間內(nèi)的動力學(xué)特性,,實現(xiàn)動態(tài)誤差混沌時間序列信息的有效預(yù)測。通過XK-L540型數(shù)控銑床實測數(shù)據(jù)的算例表明,,相較于CRFA-LSTM模型,,以及單一級聯(lián)模型CR-Bi-LSTM、FA-Bi-LSTM,,本文算法的均方根誤差分別降低約35%,、16%和43%。
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