早期香蕉枯萎病Foc4双探针核酸纸基检测传感器研制

为实现对早期香蕉枯萎病4号生理小种(fusarium oxysporum f.sp.cubense 4, Foc4)的准确检测,该研究提出一种基于胶体金的双探针纸基传感器。该传感器将2种不同粒径的胶体金分别与检测探针和信号增强探针结合,利用DNA探针代替抗原和抗体,形成双探针体系,通过增加信号增强探针降低检测限。基于目标序列与双探针体系的碱基互补配对形成“金标探针-目标序列-T线探针”复合物并在传感器的测试区被捕获,10 min内形成肉眼可见的目标产物,通过分析测试条带得到光强度峰面积并代入标准曲线中,实现Foc4定量检测。试验结果表明,双探针纸基传感器的检测限达到0.001 nmol/L,是传统纸基传感器的100倍,提高了检测灵敏度;在0.001~1 000.000 nmol/L范围内,Foc4浓度与测试线光强度峰面积呈线性关系;使用高浓度非互补探针进行试验干扰,发现非互补序列对检测效果基本无影响,表明该传感器具有较好的特异性;香蕉叶片Foc4检测的平均回收率为77.6%~102.3%,相对标准偏差为7.4%~7.7%。与传统形态学观察等检测方法相比,该研究提出的双探针核酸纸基检测传感器可以及时、快速、准确地判断早期Foc4的存在,具有良好的推广性和实际应用价值。

基于高光谱成像技术的青香蕉碰撞损伤检测

针对青香蕉早期轻微碰撞损伤无法用肉眼和RGB图像识别的问题,该研究利用光谱数据与图像信息,实现青香蕉早期轻微碰伤的检测和碰伤程度区分。通过高光谱成像仪获取碰撞损伤试验样品的光谱数据和图像信息,对原始光谱数据进行预处理和异常样本的剔除。通过特征波长提取,获取特征波长下的低维图像中创面区域像素点的分布数据,同时结合全像素点下的光谱反射率数据,将其作为BP神经网络模型的训练集和测试集,建立青香蕉碰撞损伤程度界定的无损检测模型。试验结果表明,利用高光谱技术可以识别肉眼不可见的轻微碰撞损伤,形成的BP神经网络检测模型的总体识别准确率为95.06%,并且可输出碰伤等级的可视化图像。研究为开发青香蕉碰伤快速无损检测系统提供理论依据。

基于一维轻量化CNN的山地索道轴承故障诊断

为保证山地果园索道安全稳定运行,并在网络环境较差的山地果园实现对索道驱动系统轴承故障诊断,该研究提出了一种一维端对端轻量化CNN检测方法1D-MRL-CNN(one-dimensional mountain ropeways lightweight convolutional neural network),直接对采集到的一维振动信号进行检测。基于残差结构(residual structure)和深度可分离卷积(deep separable convolution),引入BN(batch normalization)层,在保证检测精度的同时大幅度降低模型的参数量和复杂度,并提升鲁棒性和泛化能力,适用于索道的变负荷工作状态;采用改进stem block模块、h_swish激活函数并在主体模块最后一层添加通道注意力机制(squeeze and excitation,SE),提高网络模型的特征提取能力。为了验证模型的综合性能、变负荷工况下的稳定性以及抗噪声干扰性能,利用帕德博恩大学(paderborn university,PU)和凯斯西储大学(case western reserve university,CWRU)数据集进行试验验证。PU数据集试验结果表明,该方法故障分类准确率达99.43%,相比同类最优网络分类准确率提高0.97个百分点;参数量为83.44 kB,分别是Resnet18、VGG16、MobileNetV3-large和ShuffleNetV1模型的2.19%、0.83%、2.84%和3.32%。CWRU数据集试验结果表明,该方法在变负荷工况下的平均准确率达96.70%,比Resnet18、WDCNN和MobileNetV3-large网络分别高9.1、4.7和10.5个百分点;在4种噪声工况下的平均识别准确率达99.14%,比Resnet18、WDCNN和MobileNetV3-large网络分别高4.74、1.24和5.51个百分点。最后通过自建数据集对模型的实际工况故障分类效果进行验证,1400个样本中仅有2个故障样本预测错误,准确率达99.86%。本研究的网络模型参数量小、准确率高,在变负荷和有噪声的工况下鲁棒性较高,适用于山地果园运输索道的轴承故障检测。

青香蕉多次敲击力学特性及易损性评估

香蕉通常在绿硬期(即青香蕉)进行采运,在此过程中果指与作业部件和果指与果指之间易发生反复碰撞。为探明果指的机械性质,减少香蕉采运过程中的碰撞损伤,该研究针对不同生长位置的果指进行了敲击试验。通过方差分析检验了敲击次数、敲击能量和生长位置对果指力学特性(加速度峰值和恢复系数)及易损性(损伤尺寸和敏感度)的影响。结果表明,敲击能量越高,加速度越大,恢复系数越小,损伤尺寸和敏感度越大,果指越易损伤;在果指塑性变形对应的敲击能量阈值内,加速度、恢复系数与损伤尺寸随次数以非线性方式增加,但增量主要集中在初始5次,而损伤敏感度则以非线性方式递减,随着敲击次数的增加,果指的易损性呈非线性降低。越靠近果轴底端且在内排生长的果指,越易损伤。该研究成果可为香蕉采运等过程中的防护措施与风险因素的管理提供依据。

香蕉叶表面特征及浸润性机理研究

【目的】研究香蕉树冠层不同时期蕉叶的正、反面润湿行为,以期为农药雾滴在蕉叶表面滞留调控机制提供依据。【方法】采用接触角测量仪表征蕉叶表面的静态润湿性能;利用高速摄像机记录液滴在蕉叶表面的动态润湿行为;使用场发射扫描电镜对蕉叶表面进行微观形貌观察获取表面结构信息,并借助傅立叶红外光谱仪分析其表面化学成分;基于Wenzel和Cassie润湿理论构建蕉叶表面微观结构模型,建立润湿方程阐述其润湿机理。【结果】扫描电镜发现蕉叶正面呈现微米-纳米级双层复合结构,在微米级突起结构上布满了纳米级乳突结构,分布为4.6个/μm2,条状突起宽度为(16.03±3.48)μm,乳突平均直径为(0.116±0.068)μm,蕉叶背面微米级条状突起结构尺寸大于正面,宽度为(74.25±9.80)μm,纳米级结构上呈现出网状突起,宽度为(2.35±0.49)μm,蕉叶背面的润湿性普遍大于正面的;在不同生长时期的蕉叶中,剑叶正面表现出亲水性,静态接触角(Contact angle,CA)为71.46°±6.02°,而其他时期的蕉叶正、反面均表现出弱疏水性,表明嫩叶正面具有更强的润湿和铺展能力;通过对成熟蕉叶正表面构建Wenzel和Cassie润湿模型,分析计算得出成熟蕉叶正表面本征CA为20.76°,具有超亲水性,表明其纳米级乳突结构为多糖。【结论】蕉叶表面疏水的微米-纳米级双层复合结构以及亲水的化学成分共同作用导致了其表面表现出弱疏水性的润湿状态,而纳米级乳突结构的多糖是导致其表面具有亲水效应及高黏附效应的原因。

山地果园无人机运送关键技术及其应用前景分析

无人机作为一种能快速穿越复杂地形的高灵活度空中飞行机器人在农业运送,尤其是山地果园运送领域拥有巨大潜力。早期无人机受技术、运载能力、运送成本等的限制,主要用于航拍和遥测,无法满足山地果园运送作业要求。近年来随着大载重无人机以及无人机农业作业技术的进步,山地果园无人机运送已具备初步实现条件。本文对我国山地果园运送现状进行了系统的归纳总结,探讨了无人机应用于山地果园运送的可能性,重点分析了山地果园无人机运送涉及的关键技术以及不同的应用前景;同时指出未来山地果园无人机运送的研究方向,并对后续相关工作的开展与改进提出了可行的建议,为我国现代农业无人机装备研发提供参考。

香蕉假茎、球茎和根系动态生长模型构建研究

通过香蕉假茎、球茎和根系的表型生长模型及相关分析可为香蕉变量施肥作业提供数据基础。为解决人工测量球茎、根系外接圆难以确定问题,采用基于图像处理方法测量相关表型参数。通过测量广西宝岛蕉全生长周期内的20个阶段,采用图像处理表型测量方法测量假茎直径、球茎直径与根系水平分布长度,分别建立表型特征的生长模型并进行相关性分析。结果表明:假茎直径、球茎直径和根系水平分布长度表型生长模型均呈现“S”形,遵循作物的生长规律;香蕉假茎和球茎极显著正相关,相关系数为0.99177(P<0.05);假茎和根系极显著正相关,相关系数为0.99406(P<0.05);球茎和根系极显著正相关,相关系数为0.99843(P<0.05),假茎、球茎和根系表型性状之间分别存在极显著正相关关系。由此表明,可通过测量香蕉假茎表型参数预测地下球茎和根系的表型参数,进而为变量施肥作业提供数据依据。

3D打印TPU材料的力学性能及模型参数研究

为了解决柔顺机构在优化设计过程中试验及性能验证困难的问题,采用3D打印技术对热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane,TPU)材料的力学性能进行了试验研究。分析了材料硬度和打印填充率对TPU材料力学性能的影响,获得了TPU材料较佳的3D打印参数。进行单因素和两因素试验并结合方差分析,确定了显著影响TPU试样柔性的主次因素分别为TPU材料硬度和打印填充率。结合TPU材料的力学性能试验数据,得到了Mooney-Rivlin、Yeoh、Ogden、Valanis-Landel等4种常用超弹性材料本构模型的材料参数与材料硬度、打印填充率之间的映射关系。研究表明:随着TPU材料硬度和打印填充率增大,试样的柔性减弱;在4种超弹性模型中,Ogden模型对于不同打印参数下的TPU试样都具有较好的力学性能预测效果;4种模型在相同TPU硬度、不同打印填充率下的预测效果没有明显差别。研究结果可以为TPU材料的3D打印和有限元仿真分析提供参考,为柔顺机构在设计过程中的试验、性能验证及样件制作提供可靠的技术支撑。

水果采收机械的现状与发展

介绍了水果机械化采收的重要意义,描述了国内外水果采收机械的类型和特点,综述了国内外水果机械式采摘和机器人采摘的研究进展,分析了水果机械式采摘和机器人采摘各自存在的问题,预测了水果采收机械的发展前景,为研发和推广机械化程度较高的采收机械提供参考。

荔枝果实通风预冷试验研究

利用通风预冷试验台,测定了不同条件下通风预冷过程中荔枝果实的温变特性,研究了冷风温度、通风速度及果实在包装箱中的位置对预冷速度的影响,明确了荔枝果实通风预冷的合理风速,为开发强制通风预冷设备提供了基础数据和理论依据。

仓储转轮除湿系统管道形式参数优化试验

为提高仓储除湿系统的工作性能,改善仓储环境中相对湿度的均匀性,设计了管道式转轮除湿系统,并对改造后系统的除湿效果进行了测试和分析。增加了管道式干空气通路,气流组织方式由原来的箱体中部送风、底部回风改为管道开孔送风、底部回风。研究了管道位置、管道直径、管道开孔数对除湿效果的影响。根据不同因素对除湿效果的整体影响效果,综合极差分析和方差分析,得出影响除湿效果因素的排序为管道开孔数、管道直径、管道位置。试验结果表明,最佳除湿效果组合为管道位于箱体中部0.65 m处、管道直径为40 mm、管道开孔数为20个时,除湿能力达71.74 g/(kg?h),除湿效率达0.090 6 g/(kg?h?k J),综合效果好。研究结果对仓储除湿系统的优化设计有一定的参考价值。

变量施肥机械研究现状与发展对策

随着农业的不断发展,变量施肥在农业生产中显得越来越重要。为此,概述了变量施肥的概念和意义。同时,介绍了国内外变量施肥机械的研究现状,分析了我国现有变量施肥理论技术存在的主要问题和发展方向,探讨了变量施肥机械化的发展对策。

采用改进YOLOv5的蕉穗识别及其底部果轴定位

为提高香蕉采摘机器人的作业效率和质量,实现机器人末端承接机构的精确定位,该研究提出一种基于YOLOv5算法的蕉穗识别,并对蕉穗底部果轴进行定位的方法。将CA(Coordinate Attention)注意力机制融合到主干网络中,同时将C3(Concentrated-Comprehensive Convolution Block)特征提取模块与CA注意力机制模块融合构成C3CA模块,以此增强蕉穗特征信息的提取。用EIoU(Efficient Intersection over Union)损失对原损失函数CIoU(Complete Intersection over Union)进行替换,加快模型收敛并降低损失值。通过改进预测目标框回归公式获取试验所需定位点,并对该点的相机坐标系进行转换求解出三维坐标。采用D435i深度相机对蕉穗底部果轴进行定位试验。识别试验表明,与YOLOv5、Faster R-CNN等模型相比,改进YOLOv5模型的平均精度值(mean Average Precision,mAP)分别提升了0.17和21.26个百分点;定位试验表明,采用改进YOLOv5模型对蕉穗底部果轴定位误差均值和误差比均值分别为0.063 m和2.992%,与YOLOv5和Faster R-CNN模型相比,定位误差均值和误差比均值分别降低了0.022 m和1.173个百分点,0.105 m和5.054个百分点。试验实时可视化结果表明,改进模型能对果园环境下蕉穗进行快速识别和定位,保证作业质量,为后续水果采摘机器人的研究奠定了基础。

教师课堂教学质量评价体系的研究

科学的课堂教学质量评估既可为合理选聘教师及教师晋职、晋升提供依据 ,又可为改进教学提供反馈信息。课堂教学质量评价体系的建立应遵循导向性、科学性、层次性、可行性和动态性原则 ,其内容一般应包括 :教学态度、内容、方法和效果 ,并从学生、同行教师、领导和督导员等多角度进行评价 。

香蕉串果夹持机构设计与试验

【目的】香蕉收获机械装备需要承担大质量蕉串,设计一种夹持机构在保证动作灵活有效的同时,具有较高的强度和可靠的夹持力。【方法】提出一种用于采摘香蕉的内掌带钉抱掌夹持机构,对影响抱掌夹持力的不同组合因素进行了夹持效果测试,搭建了夹持试验平台。选择影响夹持效果的气缸压力、钉子数量和钉子排列方式3个主要因素,采用单因素试验和响应曲面法进行夹持力效果测试。【结果】在气缸压力试验中,当气缸压强为0.4 MPa时,对应的拉力为500 N左右,最接近蕉柄和抱掌之间的最大静摩擦力,可以稳定夹持。在钉子排列方式的试验过程中,矩形可承受的摩擦力最大,为800N,大于蕉柄和抱掌之间的最大静摩擦力,可以获得稳定的夹持效果。在钉子数量的试验过程中,钉子数量分别为8和10个时获得的拉力比较接近,原因可能是香蕉柄不是规则的圆柱形,导致圆形抱掌上的钉子未必全部扎进蕉柄内,钉子数量为8或10个时,只有6个钉子扎进蕉柄进行有效的夹持;钉子数量超过10个时,拉力不升反降,出现该现象的原因可能是钉子越多,出现互相干扰的现象越严重,导致有效钉子的数量不升反降。【结论】影响夹持机构夹持力效果的因素:气缸压力〉钉子排列方式〉钉子数量,最佳参数组合:气缸压强0.4 MPa、钉子数量10个、矩形排列方式。本文为平地蕉园香蕉收获机械装备关键部件夹持机构的设计提供了理论参考。

雷州半岛蔗区土壤养分测定与研究

试验测定了雷州半岛蔗区土壤的养分含量,研究了土壤中的有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、pH值等指标,以便进行科学合理地施肥,从而达到提高蔗作土壤的整体肥力,提高甘蔗的产量,确保甘蔗生产的可持续发展的目的。

机械化在现代农业中的作用分析

农业机械化是农业现代化的重要组成部分,本文根据现代农业的基本特征对机械化在现代农业中的作用进行了分析论述。

农业院校工科专业分层递升式实践教学模式构建

随着新农科和新工科的发展,高等农业院校工科专业实践教学被提出新的要求,应当注重工科人才创新能力的培养。鉴于此,本文以提高工科人才实践能力和创新能力为目标,根据专业素质培养的"认知—理解—应用—创新"四个层次,构建农科特色的分层递升式实践教学模式,提出优化实践教学资源配置路径。

香蕉假茎自动对靶精准施肥装置的设计与试验

【目的】针对华南地区蕉园施肥模式不能满足农艺要求、施肥效率低以及施肥机械自动化程度低等问题,设计一种香蕉假茎自动对靶精准施肥装置。【方法】根据蕉园实际沟施过程和农艺要求,确定装置的控制原理和关键部件的安装位置,并基于此建立施肥时间滞后模型;对外槽轮排肥器结构进行创新设计,建立排肥机构单圈排肥量和周期排肥量的数学模型,并通过EDEM仿真对肥料运动特性进行验证。采用响应曲面优化方法对排肥机构的工作参数进行优化,满足香蕉在不同生长时期的需肥要求,并以施肥量变异系数、施肥长度变异系数和假茎中心偏移距离为评价指标,进行最优参数组合下的田间试验,进一步验证精准施肥装置的工作性能。【结果】确定排肥机构最优工作参数为:排肥轴转速85 r/min,槽轮内芯初始有效工作长度6 mm。田间试验结果表明,施肥量变异系数和施肥长度变异系数均小于4%,假茎中心偏移距离平均值最高为7.4 cm,满足农艺要求。【结论】该施肥装置工作性能可满足香蕉施肥要求,本研究可为蕉园精准施肥装置的设计提供参考。

对机制专业本科人才培养计划的思考与分析

本文从机械设计制造专业本科人才的需求状况出发 ,分析了机制专业的发展方向 ,比较了国内外同类专业的的人才培养计划 。