科研产出
基于可编辑区块链的农产品供应链追溯高效存储查询模型
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：基于区块链的农产品追溯系统可有效解决农产品追溯的信任问题。然而，区块链的不可篡改性和全冗余存储导致了区块链节点存储数据量的持续增加，提高了区块链设备的门槛，限制了农产品区块链追溯系统的大规模落地应用。针对农产品区块链追溯系统的高存储量问题，该研究提出了一种基于可编辑区块链的农产品供应链追溯高效存储查询模型。首先，针对农产品追溯数据的周期特性，总结了农产品供应链追溯信息生命周期。其次，通过卸载超出生命周期的追溯数据降低数据存储量，研究农产品可编辑区块链存储模型。最后，通过计数布隆过滤器降低了农产品可编辑区块链数据卸载后假阳率高的问题，提高了农产品可编辑区块链追溯系统的查询效率。试验结果表明，在系统运行60个月时，模型的存储量为传统农产品区块链追溯系统的48.70%。当区块数据量为1 000条，数据卸载量为30%时，模型的假阳率较传统模型下降了21个百分点，数据查询效率提高了19.02%。该研究为农产品区块链追溯系统的规模化落地应用提供了解决方案。
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基于无源超高频RFID的农产品包装智能定位方法
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：射频识别(radio frequency identification,RFID)技术为工业物联网(industrial internet of things)带来了巨大的进步,作为实现智能仓储的关键技术之一,广泛应用于库存管理和智能定位等场景,然而现有的绝对/相对定位方法易受仓储环境、包装材料、货架材质等因素影响.为了进一步提升室内定位精度,该研究提出了一种基于接收信号强度指示器(receive signal strength indicator,RSSI)和测量相位融合的无源 RFID 定位方法(RFID positioning based on received signal strength indicator and phase measurement,RP-RaP).首先,使用 MATLAB 软件进行仿真模拟,在已知测量相位统计学分布的前提下,采用最大似然估计法对标签进行水平定位,同时基于双天线阅读器所测得的RSSI差值对标签进行垂直定位,实现了无源超高频RFID标签的水平和垂直定位仿真.其次,以农产品包装场景为例,在仓库中搭建射频定位测试系统,通过滑轨搭载射频阅读器及天线,对货架物品上的贴附标签进行水平和垂直定位分析,最后将无源标签分别贴附于金属盒、油桶、纸箱、面粉袋和大米袋,并以未贴附标签的测量结果作为对比.试验结果表明,与传统的室内定位算法LANDMARC相比,RP-RaP定位精度明显提升,平均水平和垂直定位精度分别达到94.6%和94.3%,基于接收信号强度指示器和测量相位融合的定位方法有效提升了农产品包装定位精度.研究结果可为大型农产品仓储智能化管理与应用提供参考.
关键词： 农产品 包装 超高频 射频识别 相位 RSSI 智能定位
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基于LF-NMR的玉米种子PEG引发效果及水分吸收规律
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：聚乙二醇（polyethylene glycol,PEG）是一种常用的种子引发剂，利用PEG调节种子在引发过程中的水分吸收，是提高种子引发效果的关键。为探究不同PEG引发浓度和引发时间条件下玉米种子水分吸收对引发效果的影响，该研究采用低场核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR）技术动态监测不同浓度PEG引发下玉米种子水分相态变化情况，分析种子水分吸收和引发效果的关系，并结合机器学习算法构建玉米种子引发效果预测模型。结果表明：随着引发时间的增加（0～48 h），结合水含量呈现先增加后逐渐趋于稳定的趋势，而自由水含量则持续上升，总水含量呈现先增加后逐渐减缓的趋势。结合水含量刚进入滞缓阶段，即A21信号幅值基本不再增加，可作为判断玉米种子适宜引发时间的一个指标。此外，利用高斯过程回归（gaussian process regression,GPR）算法结合核磁参数和引发条件构建的模型，对玉米种子发芽率预测的R2达到0.920，能够快速检测种子的引发效果。通过LF-NMR检测种子引发过程中的水分变化能够实现最优引发条件的快速筛选，该研究为玉米种子引发参数设置和引发效果快速评价提供了新思路。
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采用组合增强的YOLOX-ViT协同识别温室内番茄花果
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：番茄花果的协同识别是温室生产管理调控的重要决策依据，针对温室番茄栽培密度大，植株遮挡、重叠等因素导致的现有识别算法精度不足问题，该研究提出一种基于级联深度学习的番茄花果协同识别方法，引入图像组合增强与前端ViT分类网络，以提高模型对于小目标与密集图像检测性能。同时，通过先分类识别、再进行目标检测的级联网络，解决了传统检测模型因为图像压缩而导致的小目标模糊、有效信息丢失问题。最后，引入了包括大果和串果在内的不同类型番茄品种数据集，验证了该方法的可行性与有效性。经测试，研究提出的目标检测模型的平均识别率均值（mean average precision,m AP）为92.30%，检测速度为28.46帧/s，其中对小花、成熟番茄和未成熟番茄识别平均准确率分别为87.92%、92.35%和96.62%。通过消融试验表明，与YOLOX、组合增强YOLOX相比，改进后的模型m AP提高了2.38～6.11个百分点，相比于现有YOLOV3、YOLOV4、YOLOV5主流检测模型，m AP提高了16.56～23.30个百分点。可视化结果表明，改进模型实现了对小目标的零漏检和对密集对象的无误检，从而达到了高精度的协同检测目标。研究成果为温室种植环境下的番茄生长识别提供参考。
关键词： 图像识别 深度学习 番茄 级联网络 YOLOX Transformer 协同检测 图像增强
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基于改进的WOA-LSSVM樱桃番茄内部品质检测方法研究
《光谱学与光谱分析 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：基于近红外光谱技术与统计方法，提出了一种樱桃番茄内部品质快速、无损检测方法。首先采集样品的近红外光谱，采用多元散射校正（MSC）、 Savitzky-Golay卷积平滑（SG）、 Savitzky-Golay卷积一阶导数(SG 1st)、去趋势化（De-trending）、变量标准化（SNV）5种预处理方法消除光谱干扰，筛选出最佳预处理方法；然后采用连续投影算法（SPA）、稳定性竞争性自适应重加权算法（SCARS）、遗传算法（GA）,以及引入自动有序预测因子选择算法进行改进的遗传算法（IGA）4种特征波长提取方法减少变量冗余，选择最优特征波长提取方法；最后结合回归方法——将冯诺依曼拓扑结构、轮盘赌选择、锦标赛选择和自适应权重与鲸鱼算法相结合来对算法进行改进，采用改进的鲸鱼算法优化最小二乘支持向量机方法（IWOA-LSSVM）,与基于粒子群算法优化的BP神经网络方法（PSO-BPNN）和基于鲸鱼算法优化的最小二乘支持向量机方法（WOA-LSSVM）进行对比，分别建立樱桃番茄内部品质含量的预测模型。结果表明：樱桃番茄内部品质中的可溶性固形物（SSC）含量使用De-trending-IGA-IWOA-LSSVM模型效果最佳，其中校正集决定系数和预测集决定系数分别是0.917 2和0.866 7,校正均方根误差和预测均方根误差为0.542 3和0.768 2,预测相对误差达到2.592 9;维生素C（VC）含量使用SG-IGA-IWOA-LSSVM模型预测效果最准确，其中校正集决定系数和预测集决定系数分别为0.857 6和0.821 6,校正均方根误差和预测均方根误差分别是0.661 4和0.634 2,预测相对误差达到2.078 5。以上结果表明，采用近红外光谱技术与统计方法结合可实现对樱桃番茄内部品质的快速无损预测分析。
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宜昌市大气微塑料的分布、呼吸暴露及溯源
《环境科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：微塑料作为一种新兴环境污染物备受关注，但大气微塑料的来源和健康危害尚不明晰.为探究宜昌市不同功能区微塑料的分布特征和人体呼吸暴露风险，分析不同地区大气微塑料的可能来源，于2019年10～12月，采集和分析宜昌市16个观测点的大气微塑料样品，并利用HYSPLIT模型模拟大气后向轨迹.结果表明，宜昌市大气微塑料有纤维状、碎片状和薄膜状这3种形状；透明、红色、黑色、绿色、黄色和紫色这6种颜色；尺寸最小的为10.42μm,最大的为4 761.42μm;平均沉降通量为（4 400±474）n·（m~2·d）-1;种类有：聚酯纤维（PET）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物（ABS）、聚酰胺（PA）、橡胶（Rubber）、聚乙烯（PE）、醋酸纤维素（CA）和聚丙烯腈（PAN）这7种.各功能区沉降通量依次为：城市居民区＞农业生产区＞垃圾填埋场＞化工园区＞城镇居民区.人体呼吸暴露风险评估模型表明，城市居民区成人和儿童每天大气微塑料摄入量（EDI）高于城镇居民区.大气后向轨迹模拟表明，宜昌市各区县大气主要受周边地区影响，部分大气微塑料可能来自周边地区的短距离运输.总的来说，宜昌市大气微塑料沉降通量较大，潜在的生态暴露风险较高，各区县部分微塑料可能经由大气短距离传输而来.该结果可为长江中游地区大气微塑料研究提供基础数据支撑，对大气微塑料污染的溯源和健康风险研究具有重要意义.
关键词： 大气微塑料 功能区 分布特征 呼吸暴露 HYSPLIT模型 后向轨迹 来源
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融合注意力机制的开集猪脸识别方法
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对闭集猪脸识别模型无法识别训练集中未曾出现的生猪个体的问题，本文设计了一种融合注意力机制的开集猪脸识别方法，可实现开集猪脸图像识别，识别模型从未处理过的生猪个体。首先基于全局注意力机制、倒置残差结构和深度可分离卷积构建了轻量级的特征提取模块（GCDSC）;然后基于高效注意力机制、Ghost卷积和残差网络设计C3ECAGhost模块，提取猪脸图像高层语义特征；最后基于MobileFaceNet网络，融合GCDSC模块、C3ECAGhost模块、SphereFace损失函数和欧氏距离度量方法，构建PigFaceNet模型，实现开集猪脸识别。实验结果表明，GCDSC模块可使模型猪脸识别的准确率提高1.05个百分点，C3ECAGhost模块可将模型准确率进一步提高0.56个百分点。PigFaceNet模型在开集猪脸识别验证中的准确率可达94.28%,比改进前提高1.61个百分点，模型占用存储空间仅为5.44 MB,在提高准确率的同时实现了模型轻量化，可为猪场智慧化养殖提供参考方案。
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基于离散小波技术定量反演冬小麦叶片含水量的研究
《光谱学与光谱分析 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：受大田环境的影响,田间采集的冬小麦冠层光谱内含有大量与目标信息无关的噪声,这制约了高光谱数据对冬小麦植株信息的估测能力.为制约噪声信息对光谱信息的影响,探寻提升光谱对冬小麦植株水分供给信息估测能力的方法,通过野外地面实验获取大田冬小麦高光谱数据及其叶片含水量信息,采用离散小波算法处理分析高光谱数据,结合相关性分析算法、偏最小二乘算珐,定量分析 5 类小波基对离散小波算法分离光谱信息的影响规律,离散小波算法在分离可用光谱信息与噪声中的普适规律及小波基对信息分离的影响进行探讨,从而为田间光谱数据的处理与分析提供理论与方法支撑.结果表明:(1)与冬小麦含水量敏感的波段多分布于D1-D5 尺度,且敏感波段在各小波基内的分布区间相对一致,但波段位置与相关强度均存在一定差异,这表明小波基的选择能影响高频信息与冬小麦叶片含水量的相关强度与波段位置.(2)可用的光谱信息与噪声信息均随分解尺度的增加而呈先升后降的规律,噪声信息对高频信息估测能力的干扰强度随尺度的增加而降低,高频信息对冬小麦叶片含水量的估测能力随尺度的增加而降低.(3)模型的精度与稳定性是可用光谱信息与噪声信息综合作用的结果,其中基于meyer小波基的D5 尺度构建的估测模型为最优模型,其建模精度的R2=0.625、RMSE=1.562,验证精度的R2 =0.767、RMSE=1.828.本研究的结论可为基于离散小波算法的光谱处理与分析提供指导,并为受噪声影响较重的光谱信息的处理与分析提供一定参考,同时也可为我国西南、南部等全年水汽含量较高区域内或北方夏季作物叶片含水量的检测提供基础支撑.
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苹果四臂采摘机器人系统设计与试验
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对鲜食苹果智能化高效采收需要,该研究设计了四臂并行采摘的"采-收-运"一体式机器人系统,以代替人工采收作业.以中国矮砧密植高纺锤果树为对象,根据树冠内果实空间分布特征,提出了四臂并行采摘执行部件的作业方式;建立了基于多任务深度卷积网络的果实可见区域识别模型,实现受遮挡果实离散区域语义分割及其归属关系的端到端判别;在此基础上,根据果实表面局部点云信息对其质心进行空间定位;提出了基于时间最优的四臂协同采摘任务规划方法,以实现机械臂对树冠内不同区域的高效遍历.最后在采摘机器人关键部件集成的基础上,在矮砧密植标准果园进行生产试验.试验结果表明,机器人对树冠内可见果实的识别率为 92.94%,被识别果实中定位精度满足机器人采摘操作要求的比例为 90.27%;机器人平均采摘效率为 7.12 s/果,其中四臂协同采摘效率约为单臂采摘效率的 1.96倍;对可见果实采摘成功率为 82.00%,对树冠内全部果实的采收率为 74.56%,枝叶遮挡干涉是造成采摘失败的主要原因.该研究可为鲜果智能化采摘模式的探索应用提供技术支撑.
关键词： 采摘 机器人 苹果 多任务网络 多臂协同 应用试验
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NO处理对黄金勾豆角采后贮藏品质的影响
《食品科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：黄金勾豆角在采后极易转紫衰老，影响贮藏品质，为明确一氧化氮（NO）对采后黄金勾豆角品质的影响，本研究采用0.2 mmol/L的外源NO供体硝普钠（sodium nitroprusside,SNP）溶液浸泡黄金勾豆角10 min,（8±1）℃贮藏条件下，测定贮藏过程中黄金勾豆角转紫率、锈斑率、外观品质、色泽、可溶性固形物质量分数、质量损失率、硬度及相关抗氧化物质含量和抗氧化酶活力。与对照组（去离子水浸泡）相比，SNP处理可有效延缓转紫和锈斑的发生，降低黄金勾豆角的质量损失率，维持可溶性固形物质量分数，抑制贮藏后期花青素含量的降低，减少丙二醛生成，提高总酚、类黄酮、类胡萝卜素等抗氧化物质的含量，整体上显著或极显著增加过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶活力（P＜0.05、P＜0.01），抑制多酚氧化酶、过氧化物酶活力（P＜0.05、P＜0.01）。结果表明，SNP处理可通过调节抗氧化酶活性和抗氧化物质含量变化延缓贮藏期间黄金勾豆角的转紫衰老，维持贮藏期间的品质，延长贮藏期。
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