荧光成像技术在植物病害检测的应用研究进展

植物病害阻碍植物正常生长,对蔬菜产品品质安全造成威胁,病害检测可以有效控制植物病害发展,是提高果蔬品质安全和可持续生产能力的一个重要途径。所有的绿色植物在受到紫外光或可见光激发时,都会发出可见光波段的荧光。基于植物荧光的成像技术,是利用计算机模拟人眼的视觉功能,在不破坏植株外观且不影响其生长的情况下,获取植物的荧光图像,并通过图像处理算法,对植物的健康状况做出判断。本文对荧光成像技术及其在植物病害检测中的研究进行了综述,介绍了荧光成像的原理,分别从叶绿素荧光和其他色素荧光两方面总结了国内外研究现状。与可见光成像、高光谱成像、多光谱成像以及热成像技术相比,该技术具有可获取植物内部信息、受温湿度影响小、不局限于晴天采集、价格合理等优点。

基于YOLOv5s-SPD的茶芽识别方法及识别系统光源设计与试验

实现茶芽的自动识别与定位是优质茶叶智能采摘设备研发的基础。针对茶芽细小,且采摘环境受光照影响较大等问题,本研究提出了一种基于深度学习网络模型的茶芽识别方法,开展识别系统的光源设计,能够为实现全天候和高效率的智能茶芽采摘设备提供技术支撑。首先,搭建铝合金框架的密闭遮光黑暗环境;然后,通过调节横杆高度和光源亮度创造出3种高度和3种光照强度组合;最后,采集不同组合情况下的茶芽图像数据集,利用改进YOLOv5模型对一芽一叶和一芽两叶开展识别测试。试验结果表明,YOLOv5s的总体准确率为77.13%,总体平均精度均值为86.14%,对于改进后的识别模型YOLOv5s-SPD的总体准确率为80.30%,总体平均精度均值为87.3%,单张图片的平均检测时间为5.7 ms,满足实时检测的要求,比原YOLOv5s总体准确率提升3.17%,总体平均精度均值提升1.16%,有效地提升了茶芽的识别性能。在高度90 cm和亮度L7(0.164~0.328μmol/m^(2))的条件下,一芽一叶和一芽两叶的检测准确率、召回率和AP平均值分别为86.70%、92.45%和95.00%。该方法可以有效快速地检测茶芽,光源设计方案为全天候优质茶叶智能采摘设备的研发提供了支持。

基于激光散斑的梨缺陷与果梗/花萼的识别

为了测试利用激光散斑技术区分梨的缺陷与果梗/花萼的可行性,建立了激光散斑图像采集系统,对皇冠梨缺陷(腐烂)部位以及完好部位(花萼/果梗,无缺陷部位)分别进行了激光散斑图像的采集。利用Fujii方法(Fujii’s method)和加权广义差分方法(weighted generalized differences,WGD)对512幅散斑图像进行分析,对得到的Fujii和WGD结果图进行灰度共生矩阵特征提取,分别提取了角二阶矩、熵、惯性矩和相关性相应的均值及标准差,共计16组特征量。利用ROC曲线(receiver operator characteristic curve,ROC)进行特征量选取,结合约登指数测试单一特征量的分类效果,并利用二元logistic回归方法对所选特征量两两组合进行分析,结果显示基于WGD方法得到的角二阶矩均值与相关性标准差相结合在区分缺陷时效果最好,建模和预测准确率均达到了97.5%。试验的结果表明利用激光散斑图像方法对梨缺陷与果梗/花萼进行识别是可行的。

基于Floyd和改进遗传算法的丘陵地区农田遍历路径规划

[目的/意义]本研究针对丘陵地区的农田环境下农业机器人遍历多个田块的遍历路径问题,提出了一种Floyd算法与改进遗传算法相结合的遍历路径规划方法。[方法]首先建立田块间的连通关系以及路网图;然后利用Floyd算法获得任意两个田块间覆盖路径端点距离,再将该距离代价作为变量带入改进遗传算法进行求解,最终得到优化后的田块遍历顺序以及每个田块的进出口分布。[结果和讨论]仿真结果表明,与传统遗传算法相比,本研究提出的改进遗传算法平均最短路径缩短13.8%,算法收敛迭代次数更少,并表现出较好的跳出局部最优解的能力。利用真实的农田数据和田间作业参数进行仿真试验,通过本研究方法得到的田块遍历顺序和进出口的排布能够有效地减少转移路径的长度和路径的重复率。[结论]本研究在农机多田块遍历路径规划上的优越性和可行性,算法输出的轨迹坐标能为农机驾驶员或无人农机在大面积作业时提供路径参考。本研究可为农业机器人遍历路径规划提供技术支持。

探究性教学在高校农业机械化专业课教学中的思考

西华大学自2014年恢复农业机械化专业,该专业课程学习涉及知识点覆盖面大、学科交叉多样等特点,结合工程学和农学知识,重点培养学生综合能力。本文选择西华大学农业机械化专业课——"农业工程概论"为例,以2014级农业机械化专业48人小班为实践对象,开展探究性教学模式的探索,课前开放课题,课中开放课堂,发掘学生探究潜能,训练学生课堂表达能力,课后布置创新作业,综合学生课堂表现和老师自身要求两个方面,阐述了探究性教学在高校农业机械专业课教学中的思考。

基于Fluent的气流式集粮箱数值流场的仿真

为了改善小区收割机上麦粒在集粮箱中流化堆积的状况,提高粮食输送能力,深入研究了集粮箱中气流场的分布规律。利用Adams动力学软件建立工作时的振动模型,得到振动响应,在Fluent 15.0软件中对集粮箱进行数值模拟仿真,并通过对其喉管高度、落粒出风管高度、落粒口管锥角及进风口壁面内半径4个参数的变化做正交试验,分析对比得出结果。试验表明:有效结构参数为喉管高度为25mm,落粒出风管高度为60mm,落粒口管锥角为30°,进风管壁面内半径为1 800mm,有利于集粮箱对粮食颗粒的有效风送运输。

机械伤根对玉米生长和产量的影响

针对玉米机械化中耕追肥作业过程中入土部件造成玉米根系损伤的问题,通过人为断根方式模拟开沟条施追肥造成玉米根系受损的情况,2015-2016年采用正交设计方法进行大田试验,研究断根时期(拔节期和大喇叭口期)、断根方式(单侧断根和双侧断根)、断根侧距(5 cm、10 cm和15 cm)和断根深度(5 cm、10 cm和15 cm)对玉米生长及产量的影响。试验结果表明:1)断根初期各处理玉米生长受抑制;2)拔节期断根后,玉米茎粗和株高均小于对照(CK),但20 d左右能赶上或超过CK;3)大喇叭口期断根后,玉米茎粗和株高始终小于CK;4)差异最大的处理是T8(大喇叭口期断根、双侧断根、断根侧距5 cm、断根深度15 cm),达到极显著水平(p<0.01)。不同断根处理影响玉米根系在土层中的垂直分布和总干重,拔节期断根后根系总干重增加,0-10 cm土层深度根系比例提高5%,总干重增量最大的处理为T2(拔节期断根、双侧断根、断根侧距10 cm、断根深度10 cm),增幅为11.6%;大喇叭口期断根后根系总干重减少,10-20 cm土层深度根系比例上升15%左右,根干重降低幅度最大的处理是T8,达到53%。断根对产量的影响主要通过影响穗粒数和百粒重实现,总体上降低了玉米产量,减产最大的处理是T8,减产19.1%,处理T3(拔节期断根、单侧断根、断根侧距15 cm、断根深度15 cm)的产量最大,与CK相比增产0.43%。结果表明,于大喇叭口期或之前断根,断根侧距越小、断根深度越大,对玉米生长及产量的影响越大,且双侧断根比单侧断根影响大。通过研究不同断根处理对玉米生长和产量的影响,为适宜机械化中耕追肥方式提供参考。