基于改进的YOLOv5甘蔗茎节智能识别系统

甘蔗茎节的快速准确识别对实现甘蔗田间作业和糖料产业精细化管理等任务具有重要意义,是田间产量测量的前提。为此,针对当前甘蔗人工测量成本高、人工参与量大和工作效率低等问题,设计了一种基于边缘计算的便携式甘蔗茎节智能识别系统。YOLOv5网络模型具有架构小、运行速度快等优势,通过对网络模型的进一步改进,使用K均值聚类方法调整锚框尺寸至最优,增强网络模型鲁棒性的同时也提高了茎节识别准确性;在卷积层后添加了CBAM注意力机制模块,使网络模型更加关注甘蔗茎节特征;引入VarifocalNet,使网络模型对于密集遮挡区域的甘蔗茎节有更好的识别效果。将改进后的算法移植入Jetson TX2嵌入式开发平台。试验结果表明:系统平均准确率(AP值)为89.89%,相比于之前的88.23%,提升了1.66%,单幅图像检测时间约为1.87s,视频检测速度可达15fps。系统可有效实现对甘蔗茎节的实时准确识别,为甘蔗田间产量测量提供了新的解决思路。

柑橘叶片叶绿素含量高光谱无损检测模型

针对柑橘叶片叶绿素含量的传统化学检测,不仅耗时长且损伤柑橘叶片,还依赖检测者实操技术,无法集成于精细农业中变量喷施农机具的诸多弊端,该文探讨快速无损检测柑橘叶片叶绿素含量方法。以117棵园栽萝岗甜橙树为研究对象,选用ASD Field Spec 3光谱仪对萌芽期、稳果期、壮果促梢期、采果期共4个生长时期的柑橘叶片进行高光谱反射率采集,并同步采用分光光度法测得叶片的叶绿素含量;以原始光谱及其变换形式作为模型输入矢量,分别在主成分分析(principle component analysis,PCA)降维的基础上利用支持向量机回归(support vector regression,SVR)算法和在小波去噪的基础上利用偏最小二乘回归(partial least square regression,PLSR)算法对柑橘叶片叶绿素含量进行建模预测,全生长期整体建模的校正集和验证集最佳模型决定系数R2分别为0.8713和0.8670,均方根误差RMSE(root-mean-square error)分别为0.1517和0.1544,试验结果表明,高光谱可快速无损地对柑橘叶片叶绿素含量进行精确的定量检测,为柑橘不同生长期的营养监测提供理论依据。

不同生长期柑橘叶片磷含量的高光谱预测模型

针对传统柑橘叶片磷含量检测耗时费力、操作繁琐且损伤叶片等弊端,该研究引入高光谱信息探索柑橘叶片磷含量快速无损检测与预测模型,选ASD Field Spec 3光谱仪采集柑橘4个重要生长期的叶片反射光谱,同步采用硫酸-双氧水消煮-钼锑抗比色法测定叶片的磷含量;先用正交试验确定小波去噪的最佳去噪参数组合,再分别选拉普拉斯特征映射(laplacian eigenmaps,LE)、局部线性嵌入(locally-linear embedding,LLE)、局部切空间对齐(local tangent space alignment,LTSA)、等距映射(isometric mapping,Isomap)和最大方差展开(maximum variance unfolding,MVU)5种典型的流形学习算法对去噪后的光谱数据进行降维和特征提取,进而建立基于支持向量机回归(support vector regression,SVR)的柑橘叶片磷含量预测模型。结果表明,基于一阶导数谱的Isomap-SVR建模结果最佳,全生长期校正集和验证集模型决定系数分别为0.9430和0.8949。试验表明,5种流形学习算法皆适用于对柑橘叶片磷含量的预测,为高光谱检测技术用于柑橘树长势监测和营养诊断提供了参考。

基于ZigBee与地磁传感技术的停车诱导系统

针对汽车拥有量爆发式不断增长,停车位日益紧缺,而停车场管理落后导致其利用率低下的问题,设计出了一种基于ZigBee与地磁传感技术相结合的智能停车诱导系统。该系统采用地磁传感器技术检测停车场周围车辆分布,实时监测停车场周边交通信息;再结合ZigBee物联网技术,选用CC2530为主控芯片组网实现车位数据信息传输;在液晶显示屏(LCD)上实时发布停车场空闲车位数量与位置;再经四级诱导方式对车辆进行停车场外与场内引导,实现城市按需智能化停车。实验结果表明,系统可检车距精确度达到0.4 m,在150 m范围内采用增加路由器节点法实现0%掉包率的无线传输。该停车系统可提高车位利用率,减少车辆选择与停车时间,缓解城市车位紧缺,减少交通拥堵。

基于土壤墒情的自动灌溉控制系统设计与试验

针对传统山地果园灌溉中缺乏智能控制而费时、费力等缺点,为提高水资源利用率,设计了基于土壤墒情的自动灌溉控制系统,系统主要核心部件包括S3C2440芯片与CC2530射频芯片。该系统由太阳能充电锂电池后,再供电整个系统;结合ZigBee自行无线网络组网、自行愈合、低功耗和低成本特性;实时监测和记录土壤湿度信息,采集节点采集土壤湿度并经互联网上传服务器,自动控制系统依据土壤湿度自动调节灌溉量。试验结果表明,该系统运行稳定,丢包率低,能准确监测土壤墒情信息,并由自动灌溉系统将土壤湿度保持在适合植物生长最佳范围中,适用于山地果园。

基于信道测试的橘园WSN网络部署试验

为解决无线传感器网络(WSN)规划与快速部署问题,基于无线信道传播特性,研究橘园WSN射频信号衰减模型,指导WSN部署并进行了组网试验。选433 MHz与2.4 GHz载波频率,基于连续无线电波在通信码率、天线增益、调制扩频方式、数据包长度和通信距离等多因素作用下分析WSN射频信号在橘园的衰减,建立2频率射频信号接收强度与环境传播因子及通信距离间的模型,拟合R2最小值与最大值分别为0.957 031与0.971 218,0.954 6与0.986 3。通信码率低于1.2 kb/s且远距离通信时,433 MHz CC1110具有优势;发射功率与天线增益相同时,433 MHz平均信号强度高于2.4 GHz;通信码率相同时,CC2530丢包率低于CC1110。针对橘园选ZigBee设计星型WSN进行组网试验,结果表明,尽可能短数据包与较低通信码率的通信协议较好;WSN各节点平均通信成功率高于84%。

山地果园中低功耗无线滴灌控制装置设计与试验

针对山地果园布线困难,而大面积滴灌需要分区控制并集中管理的需求,构建了低成本、低功耗、能满足定时分区灌溉与集中管理需求的小型无线滴灌控制装置。装置采用无线通信方式,硬件选用低功耗微控制器与双稳态电磁阀,系统软件采用基于CC1100无线唤醒机制的低功耗间同步通信算法,具有避免信道拥塞的特点。试验表明,输入电压9 V时,控制系统静态电流为400 mA、无线唤醒工作电流为19 mA、工作周期内平均电流为439 mA;1节鹏辉450 mAh的AA电池可供系统至少可工作38 d;果园内RSSI信号衰减测试表明通信距离超过60 m,最高平均丢包率为23%;有遮挡的环境中数据丢包率将大于无遮挡环境,但接收信号强度相差不大;在果园环境中尝试使用电力线载波适配器、大功率WiFi无线网桥、GPRS DTU 3种远距离通信模块建立总控制器与远程监控端的数据链路,链路试验表明,GPRS DTU与大功率WiFi网桥均能成功建立通信链路。相比之下,GPRS有强的适应性;采用无线控制系统,系统准时开启电磁阀,开启时间误差小于5 min,土壤含水率变化呈现快速上升后缓慢下降的变化,灌溉区域的土壤含水率保持13%以上,可应用于岭南绝大部分山地果园。解决了控制装置的布线工程困难,实现可远程传输滴灌信息和监测滴灌状态,并可进一步实现分区控制与轮灌控制。

基于GPRS与ZigBee的果园环境监测系统

【目的】设计果园环境监测系统.【方法】该系统由远程ZigBee-GPRS网关与无线传感器网络(WSN)节点组合,果园参数在WSN、GPRS与Internet间进行采集与传输,实现远距离果园环境实时监测.节点采用CC2530作无线数据收发芯片,GPRS采用ComWay模块,由ZigBee进行组网采集环境信息,通过GPRS网络回传给上位机实现实时监测,再由决策支持系统进行分析发送指令控制节点电磁阀通断从而营造一个适合果树生长的环境.【结果和结论】试验表明:系统可完成传感网与移动通信网络之间的数据传送,实现不同类型感知网络之间的协议转换以及对传感器网络的部分管理控制功能.系统在果园中运行稳定并且丢包率低于10%,具有实践应用价值.

基于高光谱图像的龙眼叶片叶绿素含量分布模型

针对传统高光谱单点法检测叶绿素含量效率低、精度不足等问题,提出一种基于高光谱图像和卷积神经网络(CNN)多特征融合的深度学习龙眼叶片叶绿素含量分布预测模型。首先进行Savitzky-Golay光谱去噪,然后通过奇异值分解(SVD)和独立成分分析(ICA)提取特征光谱,再对特征光谱图像提取灰度共生矩阵(GLCM)和CNN纹理特征,最后建立粒子群优化(PSO)支持向量回归(SVR)、深度神经网络(DNNs)分布模型。结果表明,基于特征光谱建模的PSO-SVR预测效果最佳,全期的校正集和验证集模型决定系数R2为0.822 0和0.815 2。对比多种主流模型,基于特征光谱、GLCM纹理、CNN纹理特征的ICA-DNNs模型预测精度最高,校正集和验证集R2分别为0.835 8和0.821 0。试验结果表明,高光谱图像可快速无损地对龙眼叶片叶绿素含量分布进行检测,可为龙眼树实时营养监测和病害早期防治提供理论依据。

加强实践环节 提高本科生创新能力

总结了华南农业大学电信专业近年来开展的实践教学改革,抓好实践教学多个环节,提高本科生动手能力和创新能力所取得的成效。提出必须进一步完善与电信专业的教学内容及课程体系改革相配套的实践教学改革,才能进一步提高本科生的实际操作技能,培养出适应科学技术高速发展和我国经济建设需要的具有创新能力的电信技术人才。

测力延度试验以及韧性比评价指标的研究

通过采用测力延度试验(以下简称FDT试验),对多种SBR改性沥青进行低温性能研究,将韧性比RT/V同延度、拉伸柔度、屈服应变能、SBR当量劲度等沥青性能评价指标进行对比分析,同时对其拉伸机理采用断裂力学理论进行了深入的分析。结果表明,韧性比RT/V越大,沥青的低温抗裂性能越好,反之低温性能越差;而且RV/E与BBR试验的m值有良好的相关性。从而验证了测力延度试验方法的可行性,也说明采用韧性比作为低温性能的评价指标是合理的。

基于流形学习算法的柑橘叶片氮含量光谱估测模型'

提出了一种基于流形学习算法的柑橘叶片氮含量光谱快速检测方法。分别在萌芽期、稳果期、壮果促梢期和采果期,使用ASD Field Spec 3光谱仪采集了柑橘叶片的反射光谱,并同步采用凯式定氮法测定叶片的氮含量。首先采用正交试验确定各个生长期小波去噪的最佳参数组合,然后分别采用主成分分析、多维尺度变换、局部线性嵌入、等距映射和拉普拉斯特征映射5种流形学习算法对原始光谱和经小波去噪后的光谱数据进行特征提取,将特征数据导入支持向量机回归建立柑橘叶片氮含量预测模型,4个生长期的最佳验证集模型决定系数依次为0.901 4、0.934 4、0.895 4和0.877 9。试验结果表明,这5种流形学习算法都能有效地用于柑橘叶片氮含量预测,为柑橘叶片氮含量快速无损检测、生长态势监测和变量施肥提供了理论依据。

小型无人机振动特性对超声波传感器的影响

【目的】安全避障是目前无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)领域迫切需要解决的一个难题,利用超声波传感器是无人机避障的重要手段之一,针对无人机飞行过程中机械振动的特性以及对超声波测距传感器的影响进行了研究,以提高超声波测距传感器的精准度,改善无人机作业稳定性。【方法】通过采集无人机不同油门开度的振动数据,进行多信号分析,得到无人机振动强度的空间和频域分布,并根据振动强度的空间分布,测定无人机振动对于超声波测距传感器的误差影响。【结果】随着离无人机中心距离的增加,无人机机臂上振动强度的空间分布存在减弱和加强交替出现的现象,离无人机中心最远处出现最大振动强度;振动幅度随着频率的增加而降低;无人机在载桨运行过程中对于机载超声波测距传感器水平测距影响最大,最大误差达到0.69 m,垂直方向的误差最大为0.20 m。【结论】随着离无人机中心距离和油门的增大,振动强度增大;调整传感器的振动频率可以减少无人机振动对传感器的影响。本研究结果为超声波传感器在农业无人机安全避障方面的应用提供了参考。

果树喷雾机防风罩对喷雾射程的影响

在对果树施药中,为减少风力因素导致的雾滴漂移,经济而有效的方法是采用防风罩。该文对防风罩进行研究与设计,制作了6种防风罩。针对防护罩防风效果,在密闭实验室条件下进行喷雾试验,选用日本池内公司生产的两种喷头;喷头移动速度为:0.51、1.21、1.91、2.60、3.30、4.00 km/h;试验的内容包括喷雾射程和雾滴的沉积均匀度。试验结果表明:两种喷头在不同速度下采用防风罩#4时的喷雾射程比采用其他防风罩和无防风罩时分别平均提高了1.3%-13.2%和9.1%-17.3%。

基于单片机与串行通信的电子密码锁设计

基于AT89C52单片机,在异步串行通信总线上实现分组交换通信协议的电子密码锁的软硬件设计方法,经实验室小范围内测试,可实现按键输入、校验与报警等功能。该密码锁防嗅探,外围元件少,结构简洁,可单机或联网使用。

沥青混合料高温稳定性评价指标的试验研究

通过大量的室内试验,对沥青混合料高温性能的4种评价指标(动稳定度、车辙试验相对变形、单轴蠕变试验劲度模量、Superpave混合料最大次数下的残余空隙率)进行了比较分析。研究表明,采用不同评价指标来评价沥青混合料的高温性能,其基本规律是一致的;车辙试验的相对变形指标比较直观、准确;单轴蠕变试验与SHRP Superpave混合料高温性能的评价方法较为接近。车辙动稳定度指标有一定的局限性,建议采用其他3项指标来评价沥青混合料的高温性能。

基于总线技术嵌入式轮灌控制系统的设计

基于嵌入式系统与总线技术设计了轮灌控制系统。轮灌总控制器和分控制器用RS-485总线连接。总控制器由STM32F103VET6微处理器,LCD、按键、MAX3075总线驱动器、MC551 GPRS通讯模块组成;分控制器由STM8L151K4微控制器、L9110S电磁阀驱动芯片、模式配置跳线和EC-5土壤水分传感器接口组成。基于对象总控制器嵌入式完成人机界面设计,并据芯片出厂序列号为分控制器分配通信地址,采用低功耗设计降低系统整体功耗。人机界面、远程服监控与轮灌控制试验表明:轮灌控制系统人机界面响应迟滞时间小于50ms,GPRS通信误码率低于10%。灌溉试验表明,轮灌控制器能够满足定时、分区灌溉的要求。

防风罩对喷雾喷幅影响的试验

在密闭试验室条件下，对6种典型防风罩，进行喷雾试验，选用320和200喷头；喷头移动速度为1．21、1．91、2．60、3．30和4．00km／h，研究了喷雾平均喷幅中心和雾滴沉积均匀度．结果表明：320喷头在不同速度下采用防风罩#5时的喷雾平均喷幅中心比采用其他防风罩和无防风罩时平均提高了2．60％～22．29％；200喷头在不同速度下采用防风罩#5时的喷雾平均喷幅中心比采用其他防风罩和无防风罩时平均提高了2．16％～32．71％．

基于DCP和OCE的无人机航拍图像混合去雾算法

针对无人机在雨雾天气下的农田航拍图像退化问题,考虑无人机自身特性,提出了一种基于DCP和OCE的无人机航拍图像混合去雾算法。首先判断原始图像天空区域的存在,利用Canny边缘检测算法对带天空区域的原始图像进行分割并做高斯羽化处理,再采用膨胀和腐蚀等形态学操作进行二值化区域填充,去除非天空区域中对应亮度低的区域,提取天空区域和非天空区域。非天空区域图像采用基于导向滤波的暗通道先验算法去雾。天空区域图像采用基于代价函数的优化对比度算法去雾。本试验分别从主观视觉性和无参考量化评测两方面对100幅航拍图像去雾结果作出评价,试验结果表明,所提算法在对带雾图像去雾后,出现Halo现象的概率相较于DCP算法降低了95%,其综合评测均值指数提高了26%,去雾效果明显,色彩还原度高,没有明显的过渡区域和偏色现象,处理速度可达33帧/s,平均速度相较于DCP算法提高了32%,能满足实时性要求。

高校工程专业学生创新能力考核方式探索

创新力是一个国家科技发展的制高点。因此,在国民教育,尤其是高等教育中对学生创新能力的要求和培养显得至关重要。工程类核心课程是实践性强的课程,而我国广泛采用的"试卷考核"方式影响到了工程类专业学生的动手能力、实践能力和实际操作能力的提高,最终,也会误导学生产生"重理论轻实践"的思想,达不到培养学生创新思维和提高学生创新能力的目的。