直接甲醇燃料电池中Pt基催化剂研究进展

在国家“双碳”目标的大背景下,直接甲醇燃料电池(DMFC)作为一种高利用率、低碳排放、低成本的新型能源电池获得了广泛关注。铂(Pt)由于能最高效地促进甲醇氧化,而成为了DMFC中最常见的阳极催化剂。但由于Pt易受中间体毒化,故制备一种高利用率、高稳定性且抗毒化的Pt基催化剂十分重要。本文主要对一元及多元Pt基催化剂的研究进程进行综述,重点阐述了催化剂的元素组成、形貌结构及载体的改变对催化剂性能的影响,并展望了直接甲醇燃料电池阳极催化剂的发展方向。

基于遥感的奶牛养殖场甲烷检测系统研发

【目的】为了解决奶牛养殖场甲烷检测过程中,定点式气体传感器检测点位有限、检测不全面等问题,本研究运用无人机遥感技术开发了一套甲烷遥感检测系统,旨在实现对奶牛养殖场甲烷分布快速、大范围的检测。【方法】首先,基于光谱吸收原理设计了甲烷遥感检测传感器,并通过试验验证了其检测精度。然后,在河南省洛阳市孟津县生生牧场进行了实地测试,绘制出了奶牛养殖场内的甲烷浓度分布图。并对奶牛活动区域的甲烷浓度值与该区域内奶牛数量之间的相关性进行了分析。【结果】根据试验结果分析,所设计的甲烷遥感检测模块的平均单位误差小于2.05 mg/m^(3)。某区域的甲烷质量浓度值与该区域内活动的奶牛数量之间存在显著的正相关性,两者的皮尔逊相关系数为0.934。【结论】所设计的甲烷遥感检测系统在实际应用中具有较高的准确性,可以满足奶牛养殖场对甲烷分布的检测需求。

基于改进DeepLabCut模型的奶牛滑蹄检测方法

[目的/意义]为解决奶牛在行走过程中出现滑蹄姿态无法自动识别检测的问题,基于深度学习的方法对奶牛身体关键点进行定位分析,实现对奶牛滑蹄姿态的自动检测。[方法]选取奶牛四蹄及头部作为奶牛身体关键点,基于DeepLabCut(DLC)对奶牛四蹄及头部关键点进行定位,首先选取ResNet系列、MobileNet-V2系列、EfficientNet系列等10个网络模型替换DLC的主干网络,最终选取准确率最高的ResNet-50作为DLC的主干网络,随后选择轻量级的卷积块注意力模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM)嵌入ResNet-50的网络结构中,完成对ResNet-50网络模型的改进。通过改进后的模型得到奶牛身体关键点坐标,绘制奶牛四蹄及头部运动曲线。利用奶牛身体关键点运动曲线进行分析,提取奶牛滑蹄姿态的特征参数Feature1、奶牛滑蹄距离的特征参数Feature2。基于决策树对提取的奶牛滑蹄姿态特征参数进行模型的训练和验证。利用提取的奶牛滑蹄特征参数对奶牛的滑蹄距离进行计算,同时人工对奶牛滑蹄距离进行标定,与预测的滑蹄距离进行比较。[结果和讨论]改进后的ResNet-50网络相较于ResNet-50在验证集的定位准确率提高了9.7%,相较于YOLOv8s-pose的定位精准度提高了1.06 pixels,与手动标识的身体关键点之间的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)仅为2.99 pixels。采用10折交叉验证对奶牛滑蹄检测模型的效果进行评估,结果表明,该模型的平均准确率、精确度、召回率和F1分数分别为90.42%,0.943,0.949和0.941。基于特征参数Feature2计算的奶牛滑蹄距离与人工标定奶牛滑蹄距离的RMSE仅为1.363 pixels。[结论]融合CBAM模块改进的ResNet-50网络模型对奶牛身体关键点定位的准确率较高,基于滑蹄判断特征参数Feature1和滑蹄距离检测特征参数Feature2建立的奶牛滑蹄判断模型和奶牛滑蹄距离预测模型与人工检测的结果相比,都有较小的误差,这表明该方法有较好的准确性,可以为奶牛滑蹄自动检测工作提供技术支持。

高层建筑施工剪力墙结构连梁节点受力数值模拟

为评估高层建筑施工中剪力墙结构连梁节点的受力性能,提出了一种基于有限元数值模拟的方法。试验结果表明:该方法能有效模拟连梁节点的实际受力状态,试件的承载能力与轴压比和暗支撑配筋率正相关,且随梁端位移增加,承载力退化系数先升后降,在配筋率为1%~2%时,试件稳定性表现优异,具备良好的变形能力和延性。

建筑纤维增强复合水泥耐老化性能试验研究

为了确定影响建筑纤维增强复合水泥耐老化性能的因素,进行了建筑纤维增强复合水泥耐老化性能试验研究。选择水泥和PVA纤维为实验材料,按照1∶1.5∶0.6的配合比,将水泥、水和纤维混合,制备了厚度分别为10、20、30 cm的建筑纤维增强复合水泥试件,通过模拟紫外光照和高温环境,测试了建筑纤维增强复合水泥试件经过紫外光老化和热老化之后的吸水率、氯离子扩散系数和耐磨度。结果显示,不同厚度水泥试件的吸水率和氯离子扩散系数随着老化时间的延长而增大,耐磨度随老化时间的延长而下降,而且紫外光老化对建筑纤维增强复合水泥耐老化性能的影响较大,水泥试件的耐老化性能在厚度上存在明显差异。

农业工程类研究生培养模式创新性研究

现有农业工程类研究生培养过程中科研产出率低、科研成果原创性较低等问题频频出现,对我国研究生教育培养质量产生了较大的影响。针对上述问题,以河南科技大学农业工程类研究生为研究对象,引入TRIZ创新理论进行教学改革与创新能力培养模式方面的研究与实践,从研究生选题前瞻性与创新性把握、科研深层次问题挖掘、科研课题研究方案方法创新模型及研究生科研激励创新机制4个方面进行分析与研究,旨在提升研究生科研创新能力,同时也为我国农业工程类研究生培养模式提供新思路。

基于Cow-DETR与深度图像的非接触式奶牛体质量评估

针对当前牧场奶牛体质量(体重)称量效率低,人工参与容易引发奶牛应激等问题,提出了一种基于改进DETR(Detection transformer)网络的端到端式奶牛体质量评估方法(Cow-DETR),实现利用奶牛背部深度图像进行非接触式奶牛体质量评估。首先设计并搭建实验数据采集装置,利用Intel RealSense D435深度相机和体重秤采集奶牛背部深度图像和体质量数据;然后,通过边缘平滑滤波器和孔洞填充滤波器对深度图像进行补全处理,减少深度数据缺失对体质量评估的影响;最后,以DETR网络为基础建立奶牛体质量评估模型,通过在预测模块中添加含有交替全连接层的体质量预测单元,提升奶牛体质量相关的特征信息提取能力,实现端到端式奶牛背部定位的同时进行奶牛体质量非接触式评估。结果表明,本文方法可以实现较高精度的奶牛体质量评估,通过5倍交叉验证,在含有139头奶牛数据的数据集中,平均绝对误差不超过17.21 kg,平均相对误差不超过3.71%,单幅图像平均识别时间为0.026 s。通过与现有体质量评估方法相对比,本文方法比其他6种方法在更多的奶牛头数的数据集中取得了更低的平均绝对误差和平均相对误差,同时本文方法对奶牛站立姿势要求较低,更符合牧场实际生产需要,为奶牛体质量评估提供了新的解决思路。

基于改进FlowNet 2.0光流算法的奶牛反刍行为分析方法

反刍行为与奶牛生产、繁殖性能及疾病等因素密切相关,针对非接触式奶牛反刍行为分析受牛只自身运动或背景干扰等不足,提出改进FlowNet 2.0光流算法,首先计算垂直光流分量替代光流速度构建光流图,消除水平运动对光流分析干扰;其次设置光流阈值避免垂直光流中头部运动光流干扰;同步计算反刍区域面积阈值提取区域内光流数据,避免目标对象头部运动对反刍光流的影响;最后滤波拟合计算反刍曲线,确定曲线周期,增大波峰波谷差值,提升奶牛反刍咀嚼频次计数的准确性。以不同场景下20头奶牛的30段反刍行为视频为数据集,验证本文方法的有效性、鲁棒性与准确性,试验结果表明,改进FlowNet 2.0光流算法计算奶牛反刍咀嚼频次准确率为99.39%,相较于FlowNet 2.0光流算法准确率提升5.75个百分点。

植物基蛋白肉产品的蛋白质平衡与营养优化设计

植物基蛋白肉作为新一代健康食品,近年来得到迅速发展。其主要是通过模拟动物肉制品的营养、质地、口感和风味等特性来迎合人们的饮食习惯,同时满足人们对健康营养食品的追求,以及降低饲养和宰杀动物时所导致的一系列负面影响。该文从蛋白质平衡和营养优化两方面进行考量,旨在为植物基蛋白肉产品配方提供理论基础和设计思路。首先,基于不同植物蛋白质的氨基酸水平和可消化吸收性,利用新近的蛋白质质量评估方法,进行植物基蛋白的复配以完全代替肉类,满足人体营养需求。然后,在达到基本蛋白质平衡的基础上,通过评估不同年龄和性别所需的宏量营养素、微量元素和维生素,可以使植物基蛋白肉从多方面满足人体营养需求。在对以上两方面的设计与评价中,穿插进行了营养健康的设计理念。该文有望为倡导人类饮食健康,制造出成分丰富,营养平衡的植物基蛋白肉提供理论基础与技术支持。

共挤香肠制备技术研究进展

共挤技术作为一类技术难度大,应用性强的香肠加工技术,避免了传统香肠加工预制肠衣的制备和储存阶段,显著提高了产品生产效率和安全性,同时降低了生产成本,市场潜力巨大。共挤香肠制备原理和加工要点是使敷在肉糜表面的液体能在原位迅速固化成不溶性的薄膜,从而达到包裹肉糜的目的。本文从共挤香肠工艺的历史发展入手,阐述适于共挤香肠表面成膜的生物聚合物种类及其理化性质,着重分析成膜原材料的复配以及交联技术的重要性,总结目前共挤香肠的不同加工工艺和优缺点,为未来共挤香肠的研发与生产应用提供理论依据与技术支持。

多因素下氯离子对粗粒硫酸盐渍土盐胀的影响

为了探明氯离子对粗粒硫酸盐渍土盐胀特性的影响,采用人工配制的粗粒硫酸盐渍土,以含盐量、压实度、含水率、上覆荷载等单因素试验为基础,对粗粒硫酸盐渍土进行多因素下单次降温试验,通过添加无水氯化钠研究氯盐的存在对粗粒硫酸盐渍土盐胀特性的影响。结果表明:提高氯离子含量和上覆荷载大小对砾类、砂类硫酸盐渍土盐胀均有显著的抑制作用;在89%~97%的范围内提高压实度对抑制砾类、砂类硫酸盐渍土的盐胀率增长无显著效果;在7%与7.85%含盐量下,增加含水率对砾类、砂类盐渍土的盐胀有显著促进作用;对于砂类盐渍土,在2%含盐量下增大含水率会降低其盐胀率,在5%含盐量下增大含水率盐胀率会先增大后下降,在13.7%含盐量下增大含水率会增大其盐胀率;对于砾类盐渍土,各因素对盐胀率的影响由大到小依次为含盐量、含水率、上覆荷载、压实度、含盐量与含水率交互作用;对于砂类盐渍土,各因素对盐胀率的影响由大到小依次为含盐量、含盐量与含水率交互作用、上覆荷载、压实度、含水率。

双孢菇柔性仿形采摘末端执行器设计与试验

为解决现有夹持式采摘机械手对双孢菇造成的机械损伤高、采摘损失大等问题,基于颗粒阻塞原理设计了一种双孢菇柔性仿形采摘末端执行器。首先根据双孢菇菇盖外形参数设计柔性仿形吸盘的结构,通过预试验分析末端执行器的关键参数;选定了吸盘材料和颗粒填充物的种类,通过有限元仿真验证柔性仿形吸盘的仿形能力和吸附效果,并得到柔性仿形吸盘最优的开口直径。为明确吸附负压、双孢菇直径、柔性膜厚度、颗粒直径等因素对吸附力的影响,对所试制的末端执行器进行了拉脱力试验,结果表明拉脱力与吸附负压、双孢菇直径、颗粒直径均呈线性关系,与柔性膜厚度呈非线性关系。当末端执行器中柔性膜厚度为9 mm、颗粒直径为20目的石英时仿形效果最好,并与标准真空吸盘开展了对比试验,试验结果表明同等吸附力柔性仿形吸盘所需负压更低。针对尺寸范围为25~50 mm的双孢菇进行了采摘试验,柔性仿形吸盘的采摘成功率为98.5%,并对采后双孢菇进行了损伤检测,柔性仿形吸盘的采摘损伤率为2.5%。结果表明,所设计的柔性仿形采摘末端执行器具备适应性强、抓取稳定、损伤率低等优点,能够满足双孢菇自动化采摘需求。

基于Saber 的电动汽车高压导线载流能力仿真试验

以高压导线为研究对象,对高压导线的载流能力以及启动工况进行仿真试验和验证。提出了一种基于Saber的电动汽车高压导线在不同温度场的载流量仿真试验方法,利用MAST语言库添加了导体层热阻率、绝缘层热阻率以及温度场的大小,建立了基于温度场的高压导线载流模型,引入Saber技术进行载流能力仿真和启动工况仿真。通过搭建LabVIEW试验平台进行验证试验,验证结果表明:导线载流能力的仿真结果的精准性为93.11%,相较于传统解析法,精度优化了28.85%。

考虑滑模抖振的永磁同步电机模糊超螺旋滑模观测器

针对永磁同步电机控制系统中的传统滑模观测器在估计转子位置与转速时出现的抖振问题,设计一种基于模糊规则的超螺旋滑模观测器。该观测器利用串联高阶滑模结构特点来保证输出的连续性,以此削弱滑模控制中高频切换带来的抖振。而模糊规则的引入以解决超螺旋控制算法中边界函数的上界在实际中很难获得的问题,然后利用反证法验证所提出的模糊超螺旋滑模控制率的收敛性。最后在Matlab中搭建模型,实验结果表明所设计控制方案在满足控制精度的同时,减弱了系统抖振。

基于最优二叉决策树分类模型的奶牛运动行为识别

针对奶牛行为分类过程中决策树算法构建主观性强、阈值选取无确定规则,易导致分类精度差的问题,该文提出一种基于最优二叉决策树分类模型的奶牛运动行为识别方法,首先选取描述奶牛腿部三轴加速度数值大小、对称性、陡峭程度、变异程度、不确定性及夹角的24个统计特征量,其次通过构建ROC(receiver operating characteristic,ROC)曲线获得各统计特征量的最佳行为类别分组方式及最优阈值,然后利用信息增益作为最优二叉决策树划分属性的选择标准,最终构建最优二叉决策树分类模型对奶牛运动行为进行分类识别。试验结果表明,该分类模型能够有效区分奶牛的站立、平躺、慢走、快走、站立动作、躺卧动作6种运动行为,平均准确率、平均精度、平均F1值分别为76.47%、76.83%、76.57%,相较传统的ID3(iterative dichotomiser 3,ID3)决策树算法分别高5.71、5.4和5.61个百分点,分别高于K-means聚类算法7.51、8.02和7.77个百分点,优于支持向量机算法6.77、6.72和6.57个百分点。该方法可为提高奶牛行为分类精度提供有效的理论支撑。

一种车载双目视觉系统的标定

为了在线感知汽车行驶前方道路,搭建车载双目视觉系统,从不同拍摄位置和角度获取多组标定板图像。利用传统标定方法,在MATLAB应用程序Stereo Camera Calibrator工具箱中对图像进行校准及合理性验证,最终得到左右两个相机需要标定的内参数和外参数。标定结果将为视觉系统在车辆环境感知方面的研究奠定基础。

知母种子质量检验方法研究

为确定知母种子千粒重、含水量、生活力和发芽率的测定方法,明确知母种子质量检验方法,从安国药博园采集2份知母种子,参照《中国农作物种子检验规程》对知母种子千粒重、含水量、生活力和发芽率4个指标的检验方法进行研究。结果表明,知母种子千粒重测定方法中,百粒法、五百粒法和千粒法差异不显著,可采用百粒法;含水量测定采用高温法,(133±2)℃下烘干5 h;生活力测定采用TTC染色法,TTC浓度0.2%,染色时间5 h,染色温度35℃;发芽温度为25℃。

某高方解石含量萤石矿选矿试验研究

新疆某萤石矿CaF_(2)质量分数为34.25%,CaCO_(3)质量分数为50.16%,属高方解石含量萤石矿。采用杨梅栲胶作为方解石选择性抑制剂,皂化油酸作为捕收剂对该矿进行浮选试验。结果表明,采用“磨矿-一次粗选-两次扫选-七次精选-部分中矿集中处理部分中矿顺序返回”的选矿工艺流程,可获得高品质萤石精矿产品,产率为27.41%,CaF_(2)品位为98.40%,回收率为78.98%,有害组分SiO_(2)和CaCO_(3)质量分数分别为0.28%和0.64%。

油橄榄传粉昆虫群落结构特征及多样性分析

油橄榄(Olea europaea)是一种木本油料作物,具有较高的药用价值和食用价值,昆虫授粉是其风媒授粉的一种有效补充。为了解我国油橄榄主要种植区花期传粉昆虫群落差异、结构组成及分布规律,对全国13个典型样地油橄榄花期传粉昆虫进行调查与采集,采用物种优势度及多样性等指数对传粉昆虫的群落结构及多样性进行分析,通过计算不同样地物种组成相似程度以量化传粉昆虫群落相似性。2020—2021年在全国油橄榄种植区共采集并鉴定出3目13科25属37种564只昆虫,优势度分析显示油橄榄优势传粉类群以蜜蜂科(Apidae)、食蚜蝇科(Syrphidae)或蜜蜂科、隧蜂科(Halictidae)两种组合常见;多样性分析显示重庆市万州区样地传粉昆虫多样性最高,西昌市海滨中路样地最低。群落相似性分析结果显示陇南市所属样地被聚为一簇;凉山州冕宁县样地、绵阳市松垭镇样地、重庆市奉节县样地、重庆市合川区样地的4个样地和西昌市南宁区样地、绵阳市三台县样地、重庆市万州区样地的3个样地分别被聚为一簇。因此,优势类群中的中华蜜蜂(Apis cerana cerana)、意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica)和灰带管蚜蝇(Eristalis cerealis)等传粉昆虫可应用于油橄榄传粉服务,同时为保证油橄榄传粉昆虫多样性及传粉效果,应避免不合理的人为干扰和生境破坏。基于传粉昆虫多样性和群落相似度调查,重庆市万州区样地的自然背景可为传粉昆虫适生生境改造提供参考,并建议将西昌市海滨中路样地列为重点保护对象。中华蜜蜂、意大利蜜蜂和灰带管蚜蝇等优势传粉昆虫将有效应对油橄榄花粉资源限制问题,后续油橄榄人工林的改造应着重考虑人为干扰和生境破坏对传粉昆虫的影响,而传粉昆虫对油橄榄座果率及产量提升的贡献可基于本研究展开进一步探索。综上所述,研究初步探明我国油橄榄传粉昆虫群落结构特征及多样性,为利用昆虫辅助授粉解决油橄榄坐果率低下的问题提供新的视角。

龙胆苦苷对肿瘤坏死因子-α诱导的HaCaT细胞增殖的抑制作用

目的通过观察龙胆苦苷对肿瘤坏死因子(TNF)-α诱导的人永生化角质形成细胞(HaCaT细胞)增殖、凋亡及血管内皮生长因子(VEGF)A、角蛋白(K)17表达的影响,探讨龙胆苦苷治疗角质形成细胞异常增生性疾病的可能机制。方法通过噻唑兰(MTT)实验和流式细胞术检测对照组、模型组、氨甲蝶呤(MTX)组及龙胆苦苷治疗组对TNF-α诱导的HaCaT细胞增殖和细胞凋亡的影响;此外通过荧光定量聚合酶链反应(RT-PCR)法检测VEGF A、K17的表达。结果与对照组比较,模型组HaCaT细胞存活率、VEGF A、K17 mRNA显著升高(P<0.01),细胞凋亡率明显下降(P<0.01);与模型组相比,MTX组、龙胆苦苷(100、200、400 ng/mL)治疗组细胞存活率、K17 mRNA表达量明显下降(P<0.01),细胞凋亡率明显上升(P<0.05);MTX组、龙胆苦苷(200、400 ng/mL)治疗组VEGF A mRNA表达量下降(P<0.01);与MTX组相比,龙胆苦苷(100、200 ng/mL)治疗组抑制TNF-α诱导的HaCaT细胞增殖作用比较差异无统计学意义(P>0.05),400 ng/mL治疗组抑制作用优于MTX组(P<0.05);龙胆苦苷治疗组促进细胞凋亡、抑制HaCaT细胞VEGF A、K17 mRNA的表达差异无统计学意义(P>0.05)。结论龙胆苦苷可以抑制TNF-α诱导的HaCaT细胞的增殖,促进HaCaT细胞凋亡,降低VEGF A、K17 mRNA的表达,可以作为治疗角质形成细胞异常增生性疾病的潜在药物。