科研产出
单HST履带式拖拉机差速转向控制系统研究
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对单路静液压传动（Hydro static transmission,HST）履带式拖拉机自动转向控制时存在平稳性差、转向控制分辨率低和单边制动转向对土壤破坏严重的问题，提出了一种基于状态反馈的差速转向控制系统。首先分析了单HST实现差速转向的机构原理；其次，根据履带式拖拉机运动学模型，设计了基于脉宽调制原理(Pulse width modulation,PWM)的差速转向控制方法，通过精确调节转向液压缸行程实现更高的转向控制分辨率和稳定性；接着应用STM32F4单片机为核心的控制器同时进行直线路径规划和转向控制，完成车载控制器设计；最后分别开展在水泥路面和田间3种速度条件下的实车试验。试验结果表明，在速度2、3、5 km/h条件下，水泥路面直线跟踪距离绝对偏差平均值分别为1.6、2.2、3.1 cm，标准差分别为2.7、2.9、3.6 cm；田间地面直线跟踪距离绝对偏差平均值为1.7、1.9、2.9 cm，标准差为2.2、2.1、3.4 cm。结果表明，该系统在不同环境下均表现出优于传统单边制动转向控制效果，显著提升了转向精度和平稳性。
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融合文本与知识图谱的蛋鸡疫病智能诊断模型
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对利用单一文本描述进行蛋鸡疫病诊断存在关联信息分析不够全面、未能提供完整蛋鸡疫病知识，进而导致在复杂蛋鸡疫病诊断中存在准确率不高等问题，该研究提出一种采用基于转换器的双向编码预训练模型（bidirectional encoder representation from transformers,BERT）融合蛋鸡典型疫病知识图谱和文本的方法，结合双向长短期记忆（bidirectional long short-term memory,BiLSTM）神经网络构建了BERT-LHDKG(BERT-laying hens disease knowledge graph)诊断模型，实现对滑液囊支原体、新城疫、传染性鼻炎等38种蛋鸡典型疫病的智能诊断。模型通过引入表示知识图谱的三元组向量，使模型更全面地结合疫病文本和知识图谱数据对蛋鸡发病情况进行综合分析；通过增加BERT模型的Embedding结构，将文本特征向量与三元组向量在BERT模型内部相加形成融合向量，有助于模型提取更有用的特征进行疫病分析和诊断。性能对比试验结果显示，BERT-LHDKG诊断模型的宏准确率为94.27%，宏召回率为94.12%，宏F1为94.01%，与TextCNN、结合CNN(convolutional neural networks)的BERT模型、结合BiLSTM的ERNIE模型等深度学习模型相比，宏准确率分别提升了10.02、2.64、2.18个百分点，宏召回率分别提升了10.28、2.29、2.29个百分点，宏F1分别提升了10.66、2.51、2.19个百分点。对于蛋鸡养殖过程中容易发生的病毒性疫病、细菌性疫病、中毒性疫病和代谢性疫病，BERT-LHDKG诊断模型的宏F1分别为96.43%、95.57%、96.72%、98.24%，性能均优于其他对比模型。研究结果表明融入知识图谱可以使模型将疫病文本中的实体、关系链接到知识图谱中对应的实体，丰富文本的语义信息，提升模型全面理解文本内容的能力，进而提高模型进行疫病诊断的准确性和鲁棒性，为畜禽疫病智能诊断提供了新的思路；此外，基于BERT-LHDKG诊断模型开发的蛋鸡疫病诊断Web系统以人机对话的形式提高了养殖户远程诊断蛋鸡疫病的灵活性。
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不同施氮措施对麦玉轮作系统N2O排放的影响
《环境科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究华北麦玉轮作系统农田土壤N2O排放对不同施氮措施的响应及影响因素，采用常规静态箱-气相色谱法，分析了：不施肥（CK）、常规施氮（尿素，追肥一次，U1）、优化施氮（减氮20%，追肥一次，U2）、控释掺混肥一次性施肥（50%尿素+控释尿素50%，减氮20%,SRU1）、控释氮肥一次性施肥（减氮20%,SRU2）和抑制剂型控释氮肥一次性施肥（减氮20%,ISRU）这6个处理下，N2O排放通量及土壤理化性质的差异.结果表明，麦玉轮作期间土壤N2O排放通量呈动态变化，CK、U1和U2处理玉米季N2O排放峰出现在基肥后4～7 d，追肥后6～10 d，小麦季排放峰出现在基肥后4～8 d，追肥后6～9 d；玉米季和小麦季SRU1、SRU2和ISRU排放峰分别出现在基肥后10～21 d和12～20 d，控释氮肥的施用显著降低N2O排放峰值和频次.与U1相比，玉米季U2、SRU1、SRU2和ISRU处理N2O排放通量分别显著降低了8.5%、20.0%、33.8%和43.6%，且玉米季N2O排放通量高于小麦季，占整个轮作周期的58.1%～65.1%.与U1相比，U2、SRU1处理产量分别降低了5.9%和1.9%,SRU2和ISRU处理产量分别增加了1.7%和7.0%.玉米季，与U1相比，ISRU产值增加了14.6%，环境效益为581元，净经济效益提高得最多达18.6%，而小麦季产值和净经济效益出现下降的现象，由此抑制剂控释氮肥一次性施入更适用于玉米季. N2O排放通量与土壤性质理化指标相关性分析发现，N2O与湿度、铵态氮、硝态氮以及微生物量碳、氮呈显著正相关关系.由此，抑制剂型控释氮肥一次性施肥在减少劳动力投入与降低环境效益方面起到积极作用，可为华北地区玉米种植提供有效的氮肥管理方式.
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分频北墙结构对日光温室内光热环境的影响
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：日光温室为中国特有的一种栽培设施结构,非对称的结构形式造成温室内南北光环境分布不均匀,一般墙体结构冬季夜间保温不能满足多数作物的生长需求.为构建具有保温蓄热能力、反射补光能力的多功能墙体结构,该研究设计了一种直接吸收太阳能的红外分频补光板(infrared frequency divided and supplementary light panel,IFDSLP),可对室内光热环境进行调节.合成了基于氧化锡锑(antimony tin oxide,ATO).三氧化钨(tungsten trioxide,WO3)的水基纳米流体,将该纳米流体补充进IFDSLP内腔,作为传热分光工质.当IFDSLP集热面积为7.2 m2,光程为10 mm、体积分数为0.005%时,该流体工质在300~800 nm的植物光合有效波段中的平均反射率为79.6%,在近红外光波段中的平均吸收率为85.4%.该结构在增加温室北侧作物光照的同时,兼具温室夜间升温能力.IFDSLP系统的太阳能总利用率为71.9%,光热转换效率为36.4%,相比传统砖墙光辐射增加25%~28%,夜间空气温度平均提高1.5~2.0 ℃.该系统依托于现有日光温室结构,进一步改善了温室内的光热环境,是提高温室北墙全光谱利用率的有效途径.
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高光谱结合理化参数跨品种识别玉米种子贮藏年份
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：玉米种子老化劣变是影响玉米种子活力的关键因素，因此，识别种子的贮藏时间对于种质资源保存、种子质量鉴定具有重要意义。为实现跨品种玉米种子贮藏年份的准确分类，该研究通过对103个玉米品种种子的理化参数与高光谱波段的相关性结合机器学习算法对不同贮藏年份的玉米种子进行识别。分析玉米种子内部理化参数随贮藏年份增加的变化趋势，筛选出随贮藏年份变化呈现一致变化规律的理化参数。分别基于胚面与胚乳面的全波段光谱数据和特征波长筛选的光谱数据建立分类模型，筛选出最优分类模型。对随贮藏年份变化呈现一致变化规律的理化参数与高光谱波段进行Pearson相关性分析，利用相关性筛选特征波段用于建模。对比了特征波长筛选、相关系数筛选和相关系数筛选与特征波长筛选结合的建模准确率，并验证了模型跨品种检测能力。结果表明，基于相关系数筛选与特征波长筛选结合建立反向传播神经网络（back propagation neural network,BPNN）分类模型的准确率最高，单粒预测准确率为92.3%，群体预测准确率为94.4%。该研究提出的方法通过多个玉米品种的验证，模型具有较高的泛化能力。研究结果可为玉米种子贮藏的精准管理提供理论依据且对种业振兴具有重要的现实意义。
关键词： 高光谱 跨品种检测 理化特征 贮藏年份 泛化能力 玉米种子活力
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基于区块链技术的农业食品溯源研究进展
《食品科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：随着全球食品安全问题日益严峻,加之供应链改革和食品召回相关工作耗资巨大且充满挑战,这使得建立农业食品溯源体系变得尤为重要,各国也越来越重视食品安全溯源体系建设.在智慧农业背景下,信息通信技术可通过区块链基础设施进一步完善,以实现新农场和数字农业,确保农产品从种植到销售的全链条安全可追溯.本文通过分析国内外最新研究,系统阐述了基于区块链技术的农业食品溯源研究进展.详细分析了农业食品供应链流程,提出了区块链在农业食品溯源领域的基本架构.归纳总结了当前区块链在农业食品溯源领域的应用研究,主要集中在与云边端计算、加密技术、存储优化、共识机制改进和智能合约设计的结合方面.本文还指出了农业食品溯源当前面临的数据安全、存储扩展、监管困难和实际应用等方面的挑战.最后,展望了区块链技术在农业食品溯源领域的未来发展方向,如加强安全监管、提高区块链可扩展性、利用新兴技术赋能食品溯源等,并强调了区块链技术在农业食品供应链中应用所面临的机遇与挑战.
关键词： 区块链技术 农业食品溯源 溯源系统 食品安全 供应链
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基于轻量化MLCE-RTMDet的人工去雄后玉米雄穗检测算法
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：玉米制种田遗漏雄穗检测是实现人工去雄质量评估的关键.针对现有玉米雄穗检测模型面临的参数量大、检测效率低和精度差等问题,提出一种基于RTMDet-tiny的轻量级雄穗检测模型MLCE-RTMDet.模型采用轻量级的MobileNetv3作为主干特征提取网络,有效降低模型参数量;在特征提取网络中引入CBAM注意力模块,增强对雄穗目标的多尺度特征提取能力,克服引入轻量化网络可能带来的性能损失.同时,使用EIOU Loss替代GIOU Loss,进一步提高雄穗检测精度.在自建数据集上的试验表明,改进的MLCE-RTMDet模型参数量缩减至3.9 × 106,浮点运算数降至5.3 ×109,参数量和浮点运算数分别比原模型减少20.4%和34.6%.测试集上模型平均精度均值增至92.2%,较原模型提高1.2个百分点;同时,推理速度达到41.9f/s,增幅达12.6%.与YOLO v6、YOLO v8、YOLO X等当前主流模型相比,MLCE-RTMDet表现出更好的综合检测性能.改进后的高精度轻量化模型可为实现玉米制种田人工去雄后的遗漏雄穗检测提供技术支撑.
关键词： 无人机 目标检测 人工去雄 玉米雄穗 RTMDet 轻量化网络
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基于同步荧光技术的牛肉中掺杂猪肉鉴别方法研究
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：牛肉是我国重要的食用肉品类，近年来随着人们对牛肉需求的不断增加，将猪肉冒充或添加在牛肉中出售的现象也日益严重，亟需简单、快速的检测肉品掺假的方法。首先分析了牛肉和猪肉的三维荧光光谱特征差异，确定同步荧光的波长差；采用激发-发射固定波长差为160 nm的同步荧光光谱，对牛肉掺杂猪肉的情况进行了定性判别和定量分析。以测试集、验证集和预测集样本的判别正确率作为定性判别模型的评价指标；以相关系数（r）、校正均方根误差（RMSEC）和预测均方根误差（RMSEP）作为定量分析模型的评价指标。实验结果表明：牛肉和猪肉的三维荧光光谱有显著差异，牛肉在Ex/Em为270/320、 330/400、 350/500、 430/515和410/570 nm处有荧光峰，猪肉的三个荧光峰分别在Ex/Em为270/320、 330/400和430/515 nm处。设置同步荧光波长差为160 nm,能采集到牛肉的3个荧光峰，且其中两个位于峰顶。牛肉、猪肉、掺假肉SVM定性判别模型的校正集准确率为97.56%,预测准确率可达92.31%。对比了无处理、 MSC处理和SNV处理的牛肉中猪肉掺加量PLS预测模型，无处理的PLS模型最优，其rc、rp、 RMSEC和RMSEP分别达到0.978 6、 0.959 0、 0.059 7和0.092 7。基于同步荧光技术结合SVM和PLS的牛肉掺假猪肉定性判别和定量分析检测模型具有较高识别率和检测精度，可以较为准确、快速地检测牛肉中是否掺杂猪肉。
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基于改进YOLO v8的轻量化稻瘟病孢子检测方法
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：稻瘟病由稻瘟病孢子通过空气进行传播,严重影响水稻产量,因此,稻瘟病孢子的检测对于稻瘟病早期诊断与防治具有重要作用.针对现有方法存在检测速度慢的问题,本研究基于YOLO v8模型提出了一种稻瘟病孢子检测方法RBS-YOLO.首先,该算法在主干网络中引入PP-LCNet轻量化网络结构,减少模型每秒浮点运算次数并降低模型内存占用量,其次在颈部网络中引入高效多尺度注意力模块(Efficient multi-scale attention module,EMA),并将原损失函数改进为WIOU损失函数,提高了模型识别稻瘟病孢子的精确率与平均精度均值.改进后的RBS-YOLO模型精确率与平均精度均值分别为97.3%和98.7%,满足稻瘟病孢子的检测需求,模型内存占用量与每秒浮点运算次数分别为3.46 MB、5.2 × 109,同YOLO v8n相比分别降低41.8%与35.8%.RBS-YOLO模型与当前主流的YOLO v5s、YOLO v7、YOLO v8n模型对比,每秒浮点运算次数分别降低67.3%、95.1%、35.8%.研究结果表明RBS-YOLO模型能够满足稻瘟病孢子实时检测的需求,且有利干部署到移动端.
关键词： 稻瘟病孢子 目标检测 YOLO v8 轻量化 注意力机制
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基于CFD-DPM模型的T型网式过滤器冲蚀特性模拟与分析
《排灌机械工程学报 》 2024 EI 北大核心
摘要：为分析滤网冲蚀情况，采用多孔阶跃模型和滤网缩尺模型，结合CFD-DPM两相流模型通过主因素分析方法对滤网冲蚀速率规律进行数值模拟分析与预测，探求整体不同区域滤网的冲蚀效应情况，并通过基于正交试验的多因素主效应分析得出各因素对最大冲蚀速率的影响显著性大小.结果表明：在一定范围内最大冲蚀速率与颗粒粒径呈负相关而与质量流率、流速呈正相关；滤网表面中滤孔面普遍比迎水面更易受冲蚀破坏，背水面几乎不受冲蚀影响；颗粒粒径、质量流率对冲蚀高发区域范围大小影响较小（面积增幅为15.0%～16.7%）,而流速对其影响较明显（面积增幅为50.0%）;显著性检验中，流速、质量流率、颗粒粒径对最大冲蚀速率的P值分别为0.012 80,0.002 69和3.712×10-9,均呈显著性相关.
关键词： 网式过滤器 DPM模型 冲蚀速率 显著性分析 正交试验
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