数字孪生技术在现代化猪场生产应用的研究进展

数字孪生根据实物对象建立数值模型,通过增强现实、人工智能、机器视觉、大数据等技术,实现系统仿真、性能优化和预测分析。本文结合演变史分析了数字孪生实施方式;通过总结图像监控、声音监测和精准饲喂控制技术,对精准养猪进行了分析;总结了数字孪生在现代猪场能耗分析、三维可视化、预测模型、环境模拟上的应用;从物理模型成本、养猪数据库、开发资源3个角度分析了局限性;针对技术成熟度,结合多领域应用案例扩展分析;最后分析了现代化猪场生产中数字孪生技术的发展趋势,为智慧猪场建设提供参考。

鱼虾分级技术装备研究现状及展望

分级有利于实现水产品的优质优价。随着我国水产养殖业的快速发展,摆脱对人工手动分级的依赖、实现水产品精准高效分级,对我国水产养殖降本增效和高质量发展具有重要意义。本文围绕鱼虾的分级环节,重点综述了国内外机械分级、传感器检测分级和机器视觉分级3类技术装备的研究现状,从技术原理、工作方法、装备结构与性能方面进行对比分析,总结了不同分级技术装备的优缺点,指出了我国鱼虾分级技术装备发展中面临的瓶颈。结合国内水产养殖与加工业实际需求,提出了鱼虾分级技术装备重点研究方向:鱼苗自适应低损分级关键技术与装备研发、鱼虾单只有序上料装置开发、分级装备自动化水平提升及鱼虾机器视觉分级关键技术突破。通过分析鱼虾分级的共性问题和发展趋势,以期为我国水产品分级技术与装备的发展提供参考。

生猪养殖装备与信息技术融合发展现状与建议

我国生猪养殖装备经历了从设备引进、消化吸收到自主研发的发展历程,逐步实现具有自身特色的自动化水平。为加快推进生猪养殖装备的智能化水平,促进生猪养殖业的转型升级,针对生猪养殖在信息感知、精准饲喂、环境调控、粪污处理、饲养管理等环节的装备及信息技术实际应用情况进行阐述,分析了养殖装备与信息技术融合在网络环境、数据信息质量、技术人才等方面现存的问题,并据此提出针对性的发展建议,以加快推进我国生猪养殖装备与信息技术的深度融合发展,促进生猪养殖业可持续高质量发展。

南疆温室园艺设施与装备发展现状与建议

南疆地区的温室园艺是当地社会经济发展的重要基础之一。本文主要从温室类型及结构、温室作物种植方式、温室水肥一体化技术以及温室作业机械化程度4个方面对南疆地区的温室园艺设施与设施装备进行总结。针对该地区温室园艺作业机械化程度低、水肥一体自动化程度低、环境控制手段弱以及信息与智能化程度低等问题,提出了对温室结构进行宜机化改造以及选用或研制适用于南疆温室的小型化机械装备等的解决建议,以期促进南疆温室园艺设施与装备的发展。

生猪养殖机械装备发展与建议

为提高生猪养殖机械化水平,解决我国养殖装备在配套应用中存在的难题,本文就我国猪场常用的生猪养殖机械装备的现状和特点进行了分析,总结了在核心关键技术与部件仍需突破、智能产品应用对养殖人员的专业性要求高、养猪业复合人才缺乏3个方面存在的问题,提出了我国生猪养殖机械装备的未来发展趋势。同时,针对现状及问题,从联合攻克核心技术、装备与养殖工艺融合、人才培养培育等方向提出针对性的建议,以促进我国生猪养殖机械装备全程全面的发展。

农村有机垃圾处理技术及方案探讨

文章探讨了农村有机垃圾处理的不同模式和技术,针对农村地区人口分散和交通不便的问题,提出将有机垃圾就近集中处理并与好氧堆肥技术相结合,从而降低运输成本、提高资源回收率,实现农村有机垃圾有效处理。好氧堆肥技术具有低成本、资源化处理、可以改良土壤等优点,但也存在臭气难以控制等问题,文中提出了就近集中处理模式与好氧堆肥技术相结合的方案并介绍了相关的生态堆肥箱设备,为农村有机垃圾处理提供了切实可用的方案。

荔枝果肉低温冷冻去核试验研究

荔枝果肉采用-22℃速冻后,在-8~-2℃温度条件下进行去核试验,研究不同温度下荔枝果肉的硬度对去核效果的影响。试验结果表明:荔枝的硬度随着温度升高逐渐降低,-22℃速冻后荔枝硬度最大为1 557 g,-3℃时硬度最小为439 g;去核裂果率随着温度升高而降低,-8℃时裂果率为48%,-2℃时为4%;去核后的荔枝果肉感官评价分值随着温度升高而降低。综合分析可得,冷冻去核时荔枝果肉温度保持在-5~-4℃时去核效果最佳。

杆条升运链式花生条铺机关键部件设计与试验

我国南方丘陵山区土壤湿润黏重,机具作业阻力大、花生秧果清土困难,制约了花生收获机械在南方地区的推广应用。为了加快南方丘陵山区花生收获的机械化进程,本文设计了一款杆条升运链式花生条铺机,对整机中的挖掘铲、杆条升运链等关键部件进行了设计计算,并依托试验样机在粤北山区的连平县花生种植基地开展了花生收获试验,测得试验样机挖掘深度213.7 mm,收获花生的含土率19.3%,埋果率1.4%,总损失率1.9%,符合花生收获机作业质量要求。田间试验表明:杆条升运链式花生条铺机入土性能好,相对适应南方湿润黏重的土壤环境,收获效果良好。

不同育秧方式和播种量对水稻秧苗素质的影响

为探究不同育秧装备和播种量水平下水稻机插秧育秧秧苗素质各项指标的差异,以W型、S型循环立体苗床和温室地面育秧作为不同育秧方式,设置每盘芽种120、160、200 g共3个播种量水平,展开试验。结果表明,在阴雨天气时,3个播种量水平下,S型装备育出的秧苗素质优于W型,但不及地面育秧;不同育秧方式的最佳播种量也不尽相同,W型和S型育秧装备的最佳播种量范围为芽种160~200 g/盘,而地面育苗方式的最佳播种量范围为芽种120~160 g/盘。本文研究结果为W型和S型循环立体育秧装备技术的推广应用提供了理论指导和实践依据。

一种基于声光组合技术的人工鱼礁探测方法

针对早期投放的人工鱼礁在持续跟踪监测手段上不够完善、维护方式欠缺等问题,本文提出一种基于声光组合技术的人工鱼礁探测方法,可在满足礁区生态效益的基础上,对人工鱼礁进行快速的探测。首先,利用侧扫声呐系统进行大范围海域的人工鱼礁精准定位,再利用水下机器人搭载多波束成像声呐,对鱼礁目标进行精准索航;其次,提出一种适合水下图像增强的红色通道算法,实现对鱼礁表面摄像图像的清晰成像,同时结合声呐数据评估人工鱼礁区鱼群密度情况,为人工鱼礁探测以及增殖效果评估探索出一种科学高效、可操作、可复制的方法;最后,选择具有水域大、水层深、建设时间长、礁体投放位置不够精准,探测难度大等特点的国家级小星山海洋牧场人工鱼礁区为探测区域作为试验对象,通过本方法从周期监测策略、过度捕捞、养殖侵占、增殖放流等4个方面进行试验,旨在优化人工鱼礁区的生态环境、提升渔业资源增殖效果,形成安全、现代化、具备示范带动的海洋牧场。

一种仔猪智能饲喂器的研制与试验

为降低仔猪断奶应激,提高饲料适口性,设计了一款仔猪智能饲喂器,由下料下水装置、破拱装置、下水下料触碰及料位感应装置、监控装置等部分组成。设备操作简单,自动按比例下料下水,还可以感应料槽料量,避免料槽饲料过多导致浪费。破拱试验结果表明,破拱装置可以破坏粉状饲料结拱,饲料能够流畅地落入料槽,保证猪只稳定采食。下料和下水稳定性试验表明,饲喂器下料和下水稳定,下料和下水变异系数分别为3.7%和1.6%,表明饲喂器可以较好地控制每次的下料和下水量。该研究为仔猪智能饲喂器的研发提供了参考。

基于鱼体特征点检测的淡水鱼种类识别

针对传统机器视觉技术对淡水鱼种类进行检测时特征提取过程复杂的问题,该研究提出了基于特征点检测的淡水鱼种类识别方法。以鳊、鳙、草鱼、鲢、鲤5种大宗淡水鱼为对象,构建了淡水鱼特征点检测数据集;以AlexNet模型为基础,通过减小卷积核尺寸、去除局部响应归一化、引入批量归一化、更换损失函数,构建了改进AlexNet模型用于特征点检测;并以特征点为依据提取特征值、构造特征向量,使用Fisher判别分析方法实现了淡水鱼的种类识别。试验结果表明:改进AlexNet模型在测试集上的归一化平均误差的均值为0.0099,阈值δ为0.02和0.03时的失败率F0.02、F0.03分别为2.50%和0.83%,具有较好的精准度和误差分布情况;基于该模型和Fisher判别分析的淡水鱼种类识别方法对5种淡水鱼的识别准确率为98.0%,单幅图像的平均识别时间为0.368 s,保证了时效性。由此可知,提出的改进AlexNet模型能实现淡水鱼的特征点检测并具有较高的精度,可为淡水鱼种类识别、尺寸检测、鱼体分割等提供条件,该方法可为淡水鱼自动化分类装置的研发奠定基础。

基于机器视觉的鲐鱼鱼体定向排列输送装置设计与试验

针对传统鱼体头尾及腹背定向输送由人工操作完成,劳动强度大、生产效率低等问题,该研究探索了利用机器视觉技术结合输送装置实现鱼体头尾及腹背定向排列输送的方法。该研究以鲐鱼(Scomber japonicus)为研究对象,在对鱼体形态特征及物理特性检测的基础上,设计了由鱼体提升装置、鱼体分离输送装置、鱼体头尾及腹背定向输送装置、鱼体返回输送装置、定向控制系统等部件组成的鲐鱼鱼体定向排列输送装置;构建YOLOv5s目标检测模型对鲐鱼的头尾朝向和腹背朝向进行识别,并根据识别结果控制鱼体定向排列输送完成鲐鱼的头尾和腹背定向作业,检测模型在测试集上的精确率为99.76%,召回率为99.59%,平均检测精度值为99.5%;试制了鱼体定向排列输送装置样机,以单条鱼体提升成功率为评价指标,对不同输送速度下鱼体提升装置的输送效果进行试验;同时以鱼体的头尾定向成功率和腹背定向成功率作为评价指标,以鱼体提升装置输送速度、鱼体分离输送装置输送速度、鱼体头尾及腹背定向输送装置输送速度为试验因素,对鱼体定向排列输送装置的定向输送效果进行试验。试验结果表明:鱼体提升装置在不同输送速度下,都能有效实现鱼体单条分离并向上提升,且不存在鱼体重叠向上输送的情况;当鱼体提升装置输送速度为0.05 m/s、鱼体分离输送装置输送速度为0.45 m/s、鱼体头尾及腹背定向输送装置输送速度为0.60 m/s时,鲐鱼鱼体的头尾定向成功率平均为97.2%,腹背定向成功率平均为95.6%,鱼体定向输送速度可达15条/min。研究结果可为其他淡水鱼鱼体定向排列输送装置的研制提供参考。

二次冷凝除霜冷库制冷系统运行特性

针对冷库蒸发器除霜能耗大的问题,以二次冷凝除霜冷库为研究对象,建立了系统热力学模型,通过试验验证了二次冷凝除霜模型的有效性,并对比热气旁通除霜模型验证其节能性。为优化二次冷凝除霜冷库除霜性能,设计试验研究不同因素对系统运行能耗的影响,通过改变不同的蒸发器传热温差、蒸发温度和冷凝温度,获得系统除霜周期能耗并进行对比分析。结果表明:1)蒸发器传热温差宜取7~9℃;2)蒸发温度降低,二次冷凝除霜周期能耗增加,但相比热气旁通除霜节能性增加,当冷凝温度为34~38℃,蒸发温度为−20~−10℃时,单位冷库容积二次冷凝除霜周期能耗为0.055~0.080 kW·h/m^(3),相比热气旁通除霜节能12.7%~15.8%;3)冷凝温度增加,二次冷凝除霜周期能耗增加,同时相比热气旁通除霜节能性增加,当蒸发温度为−15℃,冷凝温度为34~38℃时,单位冷库容积二次冷凝除霜周期平均能耗为0.0675~0.0785 kW·h/m^(3),相比热气旁通除霜节能12.3%~16.5%。该研究可为制冷系统的节能运行提供参考。

二次冷凝融霜冷库预冷荔枝的降温特性研究

采用带二次冷凝融霜功能的冷库,研究不同冷库预冷工艺下的荔枝降温特性,建立荔枝预冷过程传热模型。结果表明:相对其他融霜方式的冷库,带二次冷凝融霜功能的冷库库温波动明显减小;不同品种的荔枝在同一条件下,降温速率从大到小分别为桂味、怀枝、糯米糍;预冷库温越低降温越快,但应避免荔枝平均温度降至5℃以下,以防冷害;其他预冷条件相同时,风速越大荔枝降温越快;冷库预冷荔枝的不均匀性在0℃预冷库温条件下较2℃大。通过标定荔枝对流换热系数,预测了单体荔枝的预冷降温过程,并通过试验结果验证了模型的可行性。

在线式水肥一体机设计及其EC值稳定性研究

在设施农业无土栽培系统中,营养液作为作物的主要营养源,其稳定性尤为重要,而EC值(The value of Electrical Conductivity)是衡量营养液中离子浓度的重要指标。本文设计了一款满足营养液配置和供给的在线式水肥一体机,并在生产环境下对其进行运行试验,持续跟踪水肥一体机在生产环境下的运行数据,分析水肥一体机EC值不稳定的原因,最终找到了影响EC值稳定性的3个因素:PID算法、管路系统设计以及供水水源的水压稳定性。

固定式天然橡胶自动割胶机设计与试验

为解决天然橡胶夜间割胶作业劳动强度大、割胶工短缺、割胶效率低等问题,设计一种固定式天然橡胶自动割胶机,采用行走电机与丝杆电机分别驱动割胶刀绕树转动以及沿竖直方向运动,2种运动复合形成割胶刀螺旋线作业轨迹,实现割胶机根据橡胶树生长状况调节螺旋线升角,保证排胶顺畅。采用丝杆电机与旋转编码盘配合,实现割胶机耗皮量的调整,通过仿形双弹簧实现割刀割深均匀稳定,适应不同割胶需求,降低橡胶树损伤。以螺旋线升角、割刀运行速度、耗皮量为试验因素,以割胶机能耗、耗皮量变异系数为试验指标,进行三因素三水平正交试验。试验结果表明:螺旋线升角为25°、割刀运行速度为0.6 m/min、耗皮量为0.8 mm时,试验结果最优,平均耗电量为0.48 W·h,耗皮量变异系数为7.61%,割深变异系数为4.78%,试验结果满足要求。

猪场多级饲料输送系统分析及回料现象探讨

规模猪场多级饲料输送系统存在布置设计不合理、送料机之间饲料输送能力不匹配或控制方式的缺陷,因此产生大量回料,造成饲料输送管路堵塞,使送料机电机负载过大,导致驱动电机发热停机甚至烧毁的问题。文章讨论规模猪场多级饲料输送系统的应用,提出猪场多级饲料输送系统的送料机选配及常用的布置方式,阐述单一和多种饲料输送系统的工作原理,深入分析了饲料输送过程中产生回料的原因,从主、副送料机的设计布置及控制方式的角度,提出解决严重的“回料”问题的技术措施,为各种猪舍饲料输送系统的设计与选型提供参考。

果园除草机器人研究现状与展望

智能果园除草机器人在智慧果园管理的现代化、智能化发展中举足轻重,对于解决果园中耕除草过程中出现的劳动力不足、效率低下、环境污染、食品安全等问题具有重大意义。为了明确果园除草机器人的关键技术与装备应用的研究现状,总结梳理了典型果园除草机器人在智能感知与识别技术、移动本体设计与控制、除草机构与机制研发等方面的研究进展。结合现有机器人在续航能力不足、自主导航能力不达标、移动底盘通用性不强、株间除草质量欠佳等共性问题,指出配备清洁绿色混合动力能源、优化组合导航和感知识别技术、研制复合移动本体以及多功能除草机具、完善多机群控与协同作业技术是智能果园除草机器人的未来发展趋势。

花生收获机械化研究现状与展望

花生收获机械化是制约我国丘陵山区花生生产的重要因素之一。我国南北地域的差异对花生收获机械的发展有较大影响,南方花生产区丘陵多、地块小、湿度大的种植条件导致南方丘陵山区存在花生收获机械化程度低、机具适应性不足的问题。因此,本文对国内外花生起挖机、捡拾收获机、联合收获机等主要收获机械的研发与应用现状进行综述,分析总结花生机械化收获模式,提出了花生机械化收获的发展建议,为南方丘陵山区花生收获机械化的发展提供参考。