科研产出
基于玉米播深控制的农田地形模拟系统设计与试验
《农业机械学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：开展了玉米播种单体试验台用仿形机构研究,设计了一种可适用于地形上下起伏和地形倾斜的农田地形模拟系统。系统由地形模拟机构、液压系统、电控系统等组成。重点对地形模拟机构进行数学建模,得出了被仿形地形倾斜角与液压缸伸缩的几何关系,并计算确定了地形模拟机构机械尺寸参数。对液压缸进行受力分析,在此基础上对仿形机构的液压系统参数进行了理论计算,确定了液压系统参数,集成电控系统形成了农田地形模拟系统。对农田模拟系统进行了地形模拟试验,在2.0 m/s作业速度下高程模拟误差平均值为1.61 mm,坡度模拟误差平均值为0.56°。试验结果表明,农田地形模拟系统对地形高程和坡度模拟的快速性和准确性能满足农田地形模拟的要求,为播种播深控制系统试验提供了试验平台。
关键词： 农田地形 地形模拟系统 液压系统 电控系统 受力分析
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动物双歧杆菌RH对消化道的耐受性及其微胶囊制备的研究
《食品科学 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：采用耐胃酸、耐胆盐、模拟胃液和模拟肠液的独立影响实验和连续模拟消化道实验考察动物双歧杆菌对消化道环境的耐受性,结果表明:动物双歧杆菌RH经各独立实验后活菌数仍保持在10~7 CFU/mL,经连续模拟消化道实验后活菌数为10~6 CFU/mL。采用单因素试验和正交试验对动物双歧杆菌RH微胶囊壁材进行优化,结果表明:动物双歧杆菌RH最佳冻干保护剂各组成质量分数分别为甘油10%、海藻酸钠0.5%、乳清蛋白1.5%、阿拉伯胶1.25%和大豆卵磷脂1.25%,该条件下制备的冻干微胶囊活菌数为1.80×10~(12) CFU/g,平均包埋效率为96.04%。结论:动物双歧杆菌RH对人工模拟消化道具有较好的耐受性,经壁材优化后制备的冻干微胶囊有较高的活菌数和较好的肠溶性。本研究为动物双歧杆菌RH益生菌产品的开发提供理论基础和技术支撑。
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玉米籽粒考种信息获取装置设计与试验
《农业机械学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：考种是制约育种效率的关键环节。玉米高通量考种过程,存在籽粒堆积和粘连现象,影响籽粒考种参数的提取。本文结合玉米高通量自动考种需求,设计了籽粒考种信息获取装置。通过分析堆积籽粒回旋运动过程的受力情况并根据试验情况确定振动平台回旋速度,实现籽粒的平铺摊种。在此基础上,针对粘连籽粒图像提出了一种先分割后融合的改进分水岭算法,该方法通过比较相邻分割区域极小值与最小分水岭的差值与设定的阈值T,进行邻域融合,对过分割区域进行合并,实现粘连籽粒的准确分割,分割完成后,统计籽粒个数,并基于Graham扫描法建立单个籽粒的最小外接矩形,获取籽粒长宽参数。在构建的玉米籽粒自动考种装置上进行动态试验,结果表明,本文所提出的方法可实现玉米粘连籽粒的准确分割,单穗玉米籽粒计数正确率不低于98.05%,籽粒平均长宽与人工测量结果的决定系数R~2在0.97以上,满足自动考种在线检测的需求。
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基于温度感知RFID标签的冷链厢体中温度监测
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对温度感知RFID(radio frequency identification)标签应用于冷链物流温度监测中缺乏有效数据验证的问题,该研究通过将42个温度感知RFID标签部署于冷链模拟平台中,划分了7个横截面、3个纵截面和两个层,设置了机械降温-冷链维持-自然回温3个不同阶段,同时在42个监测位点中选择7个位点同步部署了便携式温度记录仪,获取了不同条件下的温度监测数据,并与便携式温度记录仪数据和CFD(computational fluid dynamics)模拟数据进行了比较。7个温度感知RFID标签与便携式温度记录仪同步监测位点的数据表明,两种监测方法温差分布于±0.5℃范围内的数据点最多,占43.6%,温差分布于-1.0~-0.5℃区间的数据占了24.6%,考虑到2种设备自身的温度采集精度,温差在±0.8℃范围内可接的,其比例占71.3%,因此利用温度感知RFID标签进行冷链温度监测是可行的。对42个位点在3个不同阶段的温度监测数据表明,机械降温阶段各位点用时在1 h以内、冷链维持阶段大部分位点表现出温度在在0~4℃之间振荡的特征、自然回温阶段用时约49 h。深入分析机械降温阶段及冷链维持阶段不同截面的温度监测数据,结果表明3种截面均表现为降温初始阶段温度差值不稳定、稳定后具有明显的分布特征且离出风口较近降温较快的特点。以横截面2和横截面6平均温度为例,将温度感知RFID标签数据采集数据与CFD模拟数据进行比较,去除测量精度的干扰,截面2的均方根误差为0.73℃、平均相对误差为13.58%、截面6的均方根误差为0.56℃、平均相对误差为10.94%,具有较好的空间一致性。研究结果可为实现冷链物流中低成本、连续的温度监测奠定基础。
关键词： 温度分布 监测 冷藏 冷链 RFID CFD 感知标签
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基于融合图像与运动量的奶牛行为识别方法
《农业机械学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：为从海量监控视频中快速、准确识别影响奶牛繁殖与健康的行为,以小育成牛舍与泌乳牛舍中400头奶牛为研究对象,分析了奶牛在活动区与奶厅匝道的运动行为,提出了一种基于图像熵的奶牛目标对象识别方法,通过最小包围盒面积计算与目标对象轮廓图,实时捕获奶牛爬跨行为与蹄部、背部特征,融合被识别奶牛连续7 d的运动量,判断影响奶牛健康繁殖的异常行为。试验结果表明,利用本文方法对监控视频内奶牛目标对象、运动行为进行实时监测,有效监控识别奶牛发情、蹄病行为准确率超过80%,发情漏检率最低为3.28%,蹄病漏检率最低为5.32%,提高了规模化养殖管理效率。
关键词： 奶牛行为 目标分割 图像熵 图像矩 运动量 智能分析
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基于负压灌溉系统的温室番茄蒸发蒸腾量自动检测
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对目前关于作物蒸发蒸腾量测量方法中存在测定成本高、工作强度大及精确度差等问题,设计了一种测量作物蒸发蒸腾量的负压灌溉系统(negative pressure irrigation,NI)。为验证测量结果的精确性,以水量平衡法为对照(CK),采用田间小区定位试验,研究了NI条件下日光温室番茄周年土壤水分动态变化,并对比分析了温室番茄蒸发蒸腾量及水分利用效率。结果表明:NI条件下的温室番茄0~20 cm土壤含水率及0~100 cm土体贮水量变化稳定,周年变化幅度分别为21.4%~23.8%和322.2~333.3 mm。负压灌溉系统测量的春茬番茄蒸发蒸腾量呈单峰曲线变化,季节变化幅度为0.46~5.68 mm,最高值出现在5月20日;秋茬番茄的蒸发蒸腾量季节变化幅度小于春茬番茄,仅为0.56~3.43 mm,最高值出现在10月12日。NI测定的番茄周年蒸发蒸腾量为533.4 mm,低于CK计算结果(541.6 mm),但并无显著性差异(P>0.05)。2种方法测定的周年蒸发蒸腾量呈极显著线性正相关关系(P<0.01),相对误差绝对值的平均仅为3.83%~7.71%,绝对误差绝对值的平均也只有2.14~5.08 mm。2种方法得到的温室番茄水分利用效率也无显著性差异。综合分析,负压灌溉系统能够实现温室番茄蒸发蒸腾量的计算,其结果不仅与水量平衡法无显著差异,而且简便快捷、使用成本低、测定结果可靠,为温室作物的蒸发蒸腾量测量提供了新的技术手段。
关键词： 温室 蒸发蒸腾量 灌溉 番茄 负压灌溉系统 水量平衡法
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果蔬品质手持式近红外光谱检测系统设计与试验
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：为满足果蔬加工过程快速检测和质量控制的实际需求,研发近红外光谱技术的低成本、实用化、小型化的果蔬品质手持式检测系统。在分析当前近红外光谱实用化过程的瓶颈问题的基础上,提出果蔬品质的手持式检测系统设计方案,阐述了硬件系统选择和软件系统构建,介绍了检测系统的工作原理;选用近红外微机电系统的数字微镜器件作为分光元件,以单点探测器获取检测信息,从而实现光谱检测系统的微型化设计和系统成本的显著降低。以检测番茄为例,利用设计的手持式检测系统,获取番茄900~1 700 nm范围的近红外光谱,利用先选择特征波段再优选波长的建模策略,分别建立了番茄中番茄红素和可溶性固形物含量的定量检测模型;可溶性固形物含量模型的预测相关系数和预测均方根误差分别为0.899和0.133%;番茄红素模型的预测相关系数和预测均方根误差分别为0.886和2.508 mg/kg。研究表明该系统能够满足果蔬品质的快速无损检测要求,可为实用化、小型化的手持式光谱检测仪设计和开发提供参考。
关键词： 无损检测 光谱分析 农产品 近红外光谱 手持式检测系统 数字微镜器件 果蔬品质
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基于深度图像和BP神经网络的肉鸡体质量估测模型
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对现阶段肉鸡称重复杂、福利降低问题,提出了一种基于深度图像的肉鸡体质量估测模型建立方法。该方法首先对深度图像进行图像预处理,再利用数值积分法提取出目标特征,并结合BP神经网络,实现群体肉鸡的体质量估测。估测结果与实际测量结果进行对比,研究结果表明两者的均方根误差为0.048,平均相对误差为3.3%,绝对误差在0.001 0~0.068 2 kg范围内,最优拟合度为0.994 3,具有较好的推广应用价值。该方法较为准确的估测出肉鸡体质量,并为用机器视觉的方法估测肉鸡生长发育规律提供了新的思路。
关键词： 图像处理 模型 动物 深度图像 特征提取 肉鸡 体质量估测
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多作业区域植保无人机航线规划算法
《农业机械学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对植保施药多个作业区域的情况,研究了一种植保无人机全局航线规划算法,将整个算法分为单个区域航线规划、区域间作业顺序和区域间调度航线规划3部分。从作业路程、多余覆盖和遗漏覆盖的角度,分析了多种覆盖作业方式的优劣,确定了无人机在单区域内的覆盖方式。基于遗传算法与TSP问题得到区域间的优化作业顺序,并基于改进的二进制编码遗传算法进行区域间调度航线的规划,最终实现无人机多作业区域航线的全局规划。仿真结果表明,规划算法可以有效地实现全局航线的规划,缩短了无人机的作业距离与区域间调度飞行的距离,达到了能耗与工作时间的优化,节省了航线规划所需的人力成本,使作业管理更加便利。
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利用成像高光谱区分冬小麦白粉病与条锈病（英文）
《红外与激光工程 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：病害胁迫是造成小麦减产及危及世界粮食安全的主要因素之一。如何准确区分相似病害并科学诊断病害严重度,成为国内外研究热点。文中针对中国冬小麦种植区常见的两种真菌疾病——白粉病和条锈病,采用高光谱成像系统获取两种病害侵染的小麦叶片图谱合一数据,通过主成分分析法对影像数据进行降维、密度分割法对病害面积进行分割后,得到识别病斑准确率达到97%;进一步分析侵染白粉病和条锈病的叶片病斑区域的光谱特征差异,选择第二主成分图像筛选两种病害的敏感波段,得到识别白粉病的敏感波段为519、643、696、764、795、813 nm,条锈病的敏感波段为494、630、637、698、755、805 nm。最后对筛选出的敏感波段建立白粉病和条锈病支持向量机(SVM)判别模型并验证,得到两种病害的区分精度为92%。综上,利用高光谱图像协同解析可在叶片尺度实现小麦白粉病和条锈病的有效判别,这为开发病害区分仪器提供了重要的理论基础。
关键词： 高光谱 主成分分析(PCA) 支持向量机(SVM) 密度分割 病害判别
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