羊场自动导航喷药机器人设计与实验

[目的/意义]大规模肉羊畜舍人工消毒存在费时费力、覆盖不全和消毒不彻底的问题,为保持畜舍卫生和肉羊健康,本研究提出一种羊场自动导航喷药机器人。[方法]从硬件、语义分割模型和控制算法3个方面设计了自动导航喷药机器人。硬件部分包括履带底盘、摄像头和折叠式喷药装置。语义分割模型部分通过引入压缩通道网络注意力(Squeeze-and-Excitation Network, SENet)和基于场景改进的十字交叉注意力(Criss-Cross Attention,CCA)模块,提出一种双注意力ENet语义分割模型(Double Attention ENet, DAENet)。在控制算法方面,针对机器人在面对岔路时无法控制行进方向的问题,利用模拟真实道路的方法,在羊舍外的道路上绘出车道线,提出了道路中心点识别和车道线中心点识别两种算法来计算机器人行进过程中的导航点。为了实现上述两种算法,使用了两台摄像头并设计了摄像头切换算法,依靠此算法实现两台摄像头的切换,并控制喷药装置的开关;提出了一种偏移量与速度计算算法控制机器人履带左右轮速度,实现对于机器人行走的控制。[结果和讨论] DAENet模型在图像分割任务中的平均交并比(Mean Intersection over Union, mIoU)达到了0.945 3;摄像头切换算法测试结果表明摄像头的切换时间在15 s以内,机器人能正确、快速地带动喷药装置的开关;中心点与偏移量计算算法测试的结果表明,在处理多帧视频流时,算法平均处理一帧图片所用的时间为0.04~0.055 s,帧率为20~24 f/s,满足实际工作的实时性要求;羊场实地的整体测试结果表明,机器人完成了两个羊舍的自动导航和消毒任务,并且未碰撞路边料槽,行进轨迹偏移量未超过0.3 m。在0.2 m/s的行进速度下,药箱里的药液能够满足两个羊舍的消毒任务。机器人处理图像的平均帧率为22.4 f/s,对于信息处理的准确性和实时性能够满足实验指标要求。喷药覆盖圈舍地面超过90%,满足实验指标要求。[结论]本研究提出的羊舍自动导航喷药机器人以语义分割模型DAENet为基础,中心点识别算法为核心,通过与硬件设计和控制算法的相互配合,能够在确保安全性和实时性的前提下,实现在羊舍内的自动导航和全覆盖喷药。

融合改进A^(*)算法与模糊PID的病死畜禽运输机器人路径规划与运动控制方法

[目的/意义]为了实现病死畜禽无害化处理中心将病死畜禽从存储冷库运输并上料至无害化处理设备的智能化装备过程无人化,对运输机器人的路径规划与自主行走的关键技术难题进行研究。[方法]目前室内环境路径规划算法主要采用的是A*算法,但该算法拐点大、平滑性差、算法计算时间长、遍历节点多,为此提出基于改进的A*算法的病死畜禽无害化处理运输机器人路径规划方法和基于模糊比例积分微分(Proportional Integral Deriv-ative,PID)的运动控制方法,利用曼哈顿距离算法并增设附加值和权值改进启发函数,引入贝塞尔曲线函数优化路径;在规划路径后结合模糊PID算法控制运输机器人底盘的线速度与角速度实现追踪行走。[结果和讨论]开展传统A*算法与改进A^(*)算法的对比实验以及PID追踪实验。结果显示,改进后的A*算法节平均遍历节点由3 067个降至1 968个,算法平均时间由20.34 s减少到7.26 s,开展现场试验验证了该算法的有效性和可靠性。[结论]本研究提出的方法有效的缩短了病死畜禽运输机器人的路径规划时间且减少了遍历节点,提高了路径规划效率和路径平滑性,结合模糊PID算法可以实现运输机器人的稳定寻迹控制,有效解决传统的A*算法在运输机器人路径规划过程中存在的路径规划拐点大、平滑性差、算法计算时间长、遍历节点多等问题,满足病死畜禽无人上料技术需求。

基于CS和BP的鸡舍环境与产蛋性能关系模型研究

为了分析层叠式密闭蛋鸡舍多环境因子对蛋鸡产蛋性能的影响,提出基于布谷鸟搜索算法和BP神经网络的鸡舍环境因子与产蛋性能关系回归模型。选取主要环境影响因子参数(温度、湿度、二氧化碳、风速、光照、氨气)作为输入量,鸡的产蛋量作为输出量,构建BP神经网络基本模型。针对BP神经网络容易陷入局部最小值的缺陷,对算法提出改进,采用布谷鸟搜索算法结合BP神经网络,建立鸡舍小气候环境因子与产蛋性能关系回归模型。通过具体试验对CS-BPNN性能进行测试。试验结果表明,相对于GA-BPNN、PSO-BPNN等对比模型,CS-BPNN提高了拟合精度,能够更加准确地反映鸡舍环境因子与产蛋性能的关系。

蛋鸡设施养殖环境质量评价预测模型构建方法及性能测试

蛋鸡设施养殖环境质量对蛋鸡的健康生长和生产性能的提升至关重要。蛋鸡养殖环境是多环境因子相互影响制约的复杂非线性系统,凭借单一的养殖环境参数难以对环境质量做出准确有效的评价。针对上述问题,本研究综合蛋鸡设施养殖环境的温度、湿度、光照强度、氨气浓度等多个环境影响因子,在布谷鸟搜索算法优化神经网络(CS-BP)预测模型的基础上,构建了改进的CS-BP的蛋鸡设施养殖环境质量评价预测模型。将构建的改进CS-BP预测模型与BP神经网络、遗传算法优化BP神经网络(GA-BP)、粒子群算法优化BP神经网络(PSO-BP)3种深度学习方法进行性能参数分析比对,结果表明:改进CS-BP评价预测模型的平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MAPE)和决定系数(R2)分别为0.0865、0.0159和0.8569,其各项指标性能均优于上述3种对比模型,该模型具有较强的模型泛化能力和较高的预测精度。对改进CS-BP的蛋鸡设施养殖环境质量评价模型进行测试,其分类准确率达0.9333以上。本研究构建的模型可以为蛋鸡设施养殖环境质量提供更加全面有效的科学评价,对实现蛋鸡生产环境的最优控制,促进蛋鸡生产性能的提升具有重要意义。

基于WSN的蜂群监测系统研制与性能测试

利用物联网技术可在不干扰蜜蜂活动情况下实现对蜂群状态有效监测。构建了一种基于WSN（wireless sensor network）技术的蜂群监测系统,可以监测蜂群巢内温湿度、声音,以及进、出巢门的蜜蜂数量。另外,监测系统采用了本地存储和利用无线传输方式实现数据云存储,并利用数据库技术实现数据的有效管理。测试结果表明,该监控系统的数据采集、传输、存储性能可靠,可用于蜂场实地监测,也为后续基于云平台的蜜蜂行为模式识别研究提供技术支撑。

基于实时农作物病害叶片语义分割模型的精准喷药智能小车

目的:随着农业现代化的发展,精准喷施农药等数字农业,需要精确的农作物病害信息以及位置信息。方法:为满足现代化农业的精准喷药需求,首先提出一种农作物病害叶片语义分割模型,该模型在提供病害类别的同时提供像素级别的位置;然后基于该模型,利用树莓派4B微型电脑开发精准喷药小车;利用语意分割模型对农作物病害进行识别。结果:在PlantVillage数据集上,本研究设计模型精确度和平均交并比分别高度达93.1%和86.6%。结论:基于该模型,以树莓派4B为工控办开发了精准喷药智能小车,为研究应用落地提供基础。

蜂群箱体关键参数在线监测系统与性能测试

随着信息技术的发展,利用大数据分析、物联网监控、传感器感知、无线通信等技术构建一种蜂箱蜂群实时在线监测系统,是减少因开箱检查造成蜂群应激反应的可行解决方案。本研究针对蜂箱封闭环境进行实时监测困难的现状,利用STM32F103VBT632位微控制器,同时融合了温湿度传感器、微麦克风以及激光对射传感器,开发了一套低功耗、可连续工作的蜂群箱体关键参数在线监测系统,实现了养蜂生产过程中多参数信息获取以及蜂箱内蜂群的环境参数和生活状态的实时在线监测。系统主要包括核心处理模块、数据采集模块、数据发送模块以及数据库服务器等。数据采集模块包括蜂箱内部温湿度采集单元、蜂群声音采集单元、蜜蜂进出巢数量计数单元等,通过接入移动通信网络进行数据传输。系统现场部署性能测试结果表明,研制的系统能够实时监测蜂箱内温湿度,有效区别进出蜂箱的蜜蜂并记录进出巢门的蜜蜂数量,且自动获取的蜂群声音与标准的蜂群声音分布相吻合。本系统符合设计要求,采集参数准确可靠,可以作为蜂群相关研究的数据采集方法。

山东汶上县：搭建养老服务平台提供优质服务

2015年12月23日，患有慢性哮喘病的王爱英老人外出散步回家后，突然感觉胸闷气短，站立不住，随手按下了一个月前装在家中的光彩居家养老信息平台的“一键通”电子保姆，平台服务人员不到十分钟就赶到老人家中，立即给老人进行人工呼吸并拨打120，老人得到了及时救助治疗。

山东汶上县:加快推进养老服务业发展

注重统筹发展。统筹城市和农村养老资源，促进基本养老服务均衡发展。统筹发展居家养老、机构养老和其他多种形式的养老，实行普遍性服务和个性化服务相结合。统筹利用各种资源，促进养老服务与医疗、家政、保险、教育、健身、旅游等相关领域的互动发展。

山东省汶上县：家庭经济困难先心病患儿可得到免费治疗

近日，山东省汶上县开展“神华爱心行动”项目申报工作。“神华爱心行动”是一项由神华公益基金会联合中国社工协会儿助会发起的公益项目，资助对象为家庭经济困难的0～14岁先天性心脏病患病儿童，经审核合格后，将免收患病儿童在项目指定合作医院产生的医疗费用。

山东汶上县:六项措施全面推进社会养老服务体系建设

完善政策，为推进养老服务体系建设提供有力保障 相继出台了《汶上县社会养老服务体系建设规划（2011-2015年）》等文件，为养老服务体系建设的规划和实施提供了有力保障。

对医养结合服务的两点建议

“医养结合”的方式既能满足医疗需求又能满足养老需求，让老年人不出大门就能享受专业的医疗、护理、康复相结合的贴心服务。这种新模式虽然很受欢迎，依然面临诸多瓶颈：

山东省汶上县：再次提高孤儿基本生活费

山东省汶上县自2013年1月1日起，再次提高孤儿基本生活费，由每人每月650元提高到720元。