基于作物蒸散量模型的智能化滴灌控制系统研究

为解决中小规模温室大棚的滴灌问题,设计出一套由作物蒸散量模型计算作物灌溉量的智能化滴灌控制系统。系统采用温湿度传感器测量不同高度上的温湿度差,利用波文比-能量平衡法计算出作物的蒸散量,并将蒸散量换算为灌溉量,通过单片机设定程序控制电磁阀的开关时间即控制灌溉量多少。对比试验证明,该方法方便、可靠,可应用于温室大棚的精确灌溉。

工程管理虚拟实验室应用现状综述

虚拟技术能够有效解决工程技术领域及相关行业由于资源紧张所带来的一系列问题,从单机虚拟仿真和网络虚拟建模两个方面综述国内外虚拟实验室在工程管理领域的应用。研究结果发现,工程管理虚拟实验室主要应用于工程管理专业教学和建筑施工两个领域,其对于革新工程管理教学理念,创新工程管理实践教学与人才培养方式,提升建筑行业管理水平具有重要的意义。然而,在工程管理虚拟实验室建设过程中也存在互动性不强、可扩展性弱、网络化层次低、平台搭建不够完善、工程管理教育领域应用不足等问题。

机器视觉在农业机械路径规划中的应用

近几年随着物联网、大数据、人工智能、自动控制技术的快速发展,农业现代化技术成为当下农业生产的主流。研究了农业机器人的自主导航系统,概述当今国内外主流导航方式,对目前视觉导航研究现状及存在的问题进行研究与讨论。融合视觉导航的关键技术,例如图像处理技术技术、传感器融合技术、导航控制技术等,旨在实现农业智能化,促进农业生产的现代化,提高农业生产效率。

滚筒式堆肥反应器通风搅拌系统设计与试验

针对有机废弃物堆肥过程中物料溶氧效率低导致的堆体起温速率慢、发酵不彻底等问题,设计了一种高效堆肥通风搅拌系统,该系统由分段式通风系统和组合式搅拌装置构成,通过对两个主要装置进行理论设计和DEM-FEM耦合仿真,实现堆肥通风和搅拌工艺优化。结果显示,通风系统中的最大应力出现在通风管上,为13.064 MPa,最大形变量为0.038126 mm,搅拌装置中最大应力出现在抄板上,为190.31 MPa,最大形变量为0.34417 mm,符合设计要求。在此基础上,以食物垃圾和梧桐叶为原料,进行为期14 d的堆肥试验,监测堆肥过程中关键参数变化并测定发酵产物相关指标,完成通风搅拌系统性能验证试验。试验结果表明:使用该通风搅拌系统的滚筒式堆肥反应器,其内部堆体温度在3 d时达到53.34℃,堆肥过程中堆体最高温度可达69.56℃,堆体高温期(大于50℃)可持续6 d以上;试验结束后其产物含水率降至27.21%、pH值升至8.4、种子发芽指数最高可达131.4%,符合有机肥料测定标准(NY/T 525—2021),滚筒反应器运行成本仅65.51元/t。

基于校正光谱序列融合的小麦腥黑穗病籽粒分类方法

针对小麦腥黑穗病轻度患病籽粒易与健康籽粒混淆,人工识别难度大的问题,将校正光谱序列融合技术与深度学习模型相结合,实现小麦腥黑穗病籽粒快速、精准分类。以健康、轻度患病、重度患病各300粒小麦籽粒的高光谱数据为样本,通过多元散射校正算法(MSC)和标准正态变换算法(SNV)对原始光谱进行预处理,并利用二维相关光谱法(2D-COS)分析SNV与MSC算法处理后的光谱之间的互补性。使用校正光谱序列融合技术将原始光谱、SNV预处理光谱与MSC预处理光谱三者进行融合得到序列融合光谱,以充分利用不同光谱预处理数据间的互补信息。最终,利用序列融合光谱数据建立基于ResNet 50算法的小麦腥黑病分类模型。试验结果表明,序列融合光谱ResNet 50模型总体准确率最高为93.89%,F1值为93.87%,分类性能优于单一预处理光谱建立的ResNet 50模型。为进一步评估模型分类效果,使用序列融合光谱分别建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、支持向量机(SVM)以及集成学习算法模型随机森林(RF)与极端梯度提升树(XGBoost)模型,并进行对比,结果显示:SVM、PLS-DA、RF与XGBoost总体准确率分别为81.67%、84.44%、89.44%与90.55%,F1值分别为81.59%、84.04%、89.49%与90.59%,ResNet 50总体准确率与F1值优于传统光谱分析模型。因此,本研究表明校正光谱序列融合技术结合深度学习模型,能够实现对不同患病程度腥黑穗病籽粒的有效分类。

畜牧信息智能监测研究进展

畜牧信息主要包括养殖环境信息、动物行为信息及健康指标信息。准确高效地采集养殖环境参数是反馈控制养殖环境的基础,是为动物构建良好生存环境的前提。动物行为是动物生理健康状况的外在表现,动物行为监测、分析有利于及早发现疑似发病牲畜个体,降低经济损失。目前国内主要依靠人工观察方式监测畜牧信息,主观性强且精度低。随着现代信息技术的不断发展,智能化畜牧信息监测技术也在快速发展和不断更新。阐述了音频分析技术、机器视觉技术、无线传感器网络技术及射频标识(RFID)技术在畜牧信息监测中的应用研究现状,展望了智能化畜牧信息监测的后续研究方向。

不对行大蒜联合收获机设计与试验

现有大蒜联合收获机主要采用振动挖掘、对行夹持输送、自动切茎方式,这种收获方式要求大蒜种植时要对行播种,同时在收获过程中机具要尽量对行直线行驶,否则极易因对行不准而发生漏收、堵塞等问题。针对这一情况,设计一款可不对行收获的大蒜联合收获机。首先,基于不对行收获的特点和大蒜收获的农艺要求,进行整机总体设计;其次,通过建立数学模型完成灭茬机构设计和选型,建立运动学模型确定蒜秧切割机构和振动挖掘机构的运动参数;最后,以前进速度、入土倾角和挖掘深度为试验因素,以损伤率和漏收率为主要评价指标,进行三因素三水平正交组合试验并利用SPSS软件进行方差分析。结果表明:当前进速度为0.35 m/s,入土倾角为20°,挖掘深度为100 mm时,不对行大蒜联合收获机性能最优,此时损伤率为2.91%、漏收率为3.93%。

预处理对麦秸/聚丙烯复合材料摩擦磨损性能影响实验

为提高麦秸秆纤维与聚丙烯(PP)基体的界面结合力,采用复合处理法对麦秸秆纤维进行表面处理:先分别用NaOH溶液浸泡、乙酸溶液浸泡、水热处理、蒸汽爆破和微波等方法对麦秸秆纤维进行预处理,再复合偶联剂法处理麦秸秆纤维;用熔融共混、模压成型方法制备麦秸秆/PP复合材料。用体视显微镜观察了不同处理后的麦秸秆纤维微观结构,采用红外光谱技术(FTIR)研究了不同表面处理麦秸秆纤维的红外光谱,用M-2000A型磨损实验机测试了麦秸秆不同表面处理方法制备PP复合材料摩擦磨损性能,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察分析复合材料磨损表面形貌。结果表明,NaOH、水热和蒸汽爆破处理对麦秸秆纤维表面化学成分有明显的影响;复合处理麦秸秆制备的复合材料摩擦磨损性能均优于单纯使用偶联剂处理麦秸秆制备的复合材料;复合材料的主要磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,水热处理和蒸汽爆破的复合材料耐磨性能较好。

基于改进YOLOX-S的苹果成熟度检测方法

准确检测果园中未成熟与成熟的苹果对果园早期作物的负荷管理至关重要,提出一种能够实时检测苹果成熟度,并估算出整棵果树果实数量的方法。为提高YOLOX-S网络在复杂场景下的检测能力,在FPN(特征金字塔)的残差连接处增加了CoordinateAttention(位置注意力);为更好地检测图像中生长密集、存在遮挡、尺寸较小的苹果,将位置损失函数IoU_Loss更换为CIoU_Loss。试验结果表明,所提出的改进YOLOX-S检测算法相较于原算法,mAP值提高约1.97%,苹果低成熟度、中等成熟度和高等成熟度的AP值分别为90.85%、95.10%和80.50%。

农业车辆电控液压转向系统的设计

以茂源250型拖拉机为试验平台,设计一种用于农业车辆自主导航的电控液压转向系统。该系统使用电控比例液压阀、换向阀和溢流阀,改造拖拉机的液压转向油路;采用STC12C5A60S2作为比例阀的控制器,同时加装角度传感器作为系统的反馈。将带有死区的PD控制算法在SimHydraulics建立的液压转向系统模型上进行仿真,并实车试验验证。在左、右极限转向和4种特定目标角度转向试验中,该系统比原有系统响应时间快0.2 s,超调量在5%以内。

农业机器人果蔬抓取中滑觉检测研究

利用压敏电阻作为敏感材料制作了一种灵敏的滑觉传感器,构建了滑觉信号观测系统。用短时傅里叶变换方法分析了滑觉信号的频谱特征,并运用离散小波变换结果来区分法向抓取力变化与实际发生的滑动信号,以使滑动信号检测结果不受法向抓取力变化的影响,试验结果表明滑觉检测的稳定性。运用二指平行手爪进行了实际的果蔬抓取试验,验证了基于滑觉检测的抓取力调节效果。

基于多维度指标的小麦种子田间分布质量评价方法研究

【目的】精确播种技术是创建作物合理群体、保障作物增产丰产的重要技术途径。针对精确播种质量的测试评价方法仍然十分缺乏,尤其缺少种子在田间分布质量评价以及精确播种质量与作物出苗率、产量及构成因素间响应关系的定量研究。【方法】以原位激光种子位测试仪、3D数字化和Python等信息技术构建一套基于多维度指标的精确播种质量评价方法,其指标包含一维评价指标(种子直线度)、二维评价指标(种子散布度)、三维评价指标(种-土均质营养利用率);后使用小区精密播种试验台架开展了为期2年的稻茬麦精确播种试验,采用播种行距20 cm,播种粒距×播种深度相组合的9种处理,即1.5 cm×2 cm(A_(1)B_(1))、1.5 cm×3 cm(A_(1)B_(2))、1.5 cm×6 cm(A_(1)B_(3))、3 cm×2 cm(A_(2)B_(1))、3 cm×3 cm(A_(2)B_(2))、3 cm×6 cm(A_(2)B_(3))、4.5 cm×2 cm(A_(3)B_(1))、4.5 cm×3 cm(A_(3)B_(2))、4.5 cm×6 cm(A_(3)B_(3)),用于该精确播种质量评价新方法的验证。【结果】2年度种子直线度在A2B3处理较优,其变异系数δ分别为28.63%、32.67%;2年度种子散布度在A_(2)B_(1)处理较优,其变异系数γ分别为28.17%、30.14%;种-土均质营养利用率在A2B1处理(2021—2022年)取得最大值,为91.33%。种-土均质营养利用率与作物出苗率、单株产量、单株总结实粒数、千粒质量之间均在0.01水平显著相关。【结论】基于种子直线度、种子散布度、种-土均质营养利用率等多维度指标构建的精确播种质量综合评价方法,可准确解析播后种子在田间的分布质量,同时种-土均质营养率与作物出苗率、单株产量及产量构成因素之间的响应关系分析方法,也有利于建立精确播种技术与作物生长之间的联系并促进农机-农艺融合发展。

高速齿轮箱传动效率理论计算与实验研究

为研究高速齿轮箱的传动效率与功率损失途径,针对压缩机增速齿轮箱,建立了齿轮箱传动效率的理论计算模型。通过MATLAB对各工况下的传动效率进行了理论计算,并与实验结果进行了对比,结果表明建立的计算模型正确、有效,可为高速齿轮箱传动效率的研究与提高提供理论基础。

基于元胞蚁群优化算法的农业无线传感器网络路由研究

无线传感器网络(WSNs)进行农业信息采集时,针对传感器节点数量多,能量消耗不均衡的特点,提出基于元胞蚁群优化(CACO)的WSNs路由算法。算法将网络中的节点映射成CACO算法中的元胞,通过改进蚂蚁信息素更新模型,引入睡眠唤醒机制,有效地减少了节点间的通信,从而改善能量消耗不均衡。仿真结果表明:该算法有效地减少了网络耗能、节点消亡数量,延长了网络生命期。

基于CCS的边缘检测算子实验

边缘检测是图像处理的第一个阶段,是机器视觉领域内经典的研究课题之一,本实验设计了基于CCS3.3的边缘检测实验,在Sobel算子实验的基础上,进一步采用小波变换提取边缘,实验结果可以发现改进的小波变换边缘检测比传统的Sobel算子等算法效果要好,该实验为进一步图像分析实验打下基础。

基于博弈论的农业无线传感器网络数据传输模型

针对农业应用中无线传感器网络电源续航能力不足的问题,提出一种基于博弈论的数据传输模型,该模型中,将参与博弈的节点和潜在中继节点的剩余能量、父子节点间通信链路损耗和此次博弈结果对上游通信链路造成的额外开销等因素纳入效益函数中,从而综合衡量博弈结果的优劣,建立一种多约束条件下的均衡点。结合NS—2仿真软件将本模型与AODV协议的端端延时、数据效率和能量损耗对比,并通过实验结果表明:该模型与AODV协议相比,可以在保证通信质量的前提下节约能量。

植被固坡实验设计及固坡效果分析

植被在不同的坡度上生长的情况都是不同的,在控制土壤含根量相同的情况下进行不同坡度土壤的直剪试验得出土壤的抗剪强度,通过对比得出不同坡度下植被固坡效果的优劣,再通过三轴实验得到土壤的应力应变曲线,得到土壤在饱和情况下的剪切破坏曲线,从而得出不同坡度下植被的固坡效果,得出植被固坡的最优坡度范围。结果发现其坡角在23°左右时,坡体稳定性最好,且具有最优承载性能,坡角在30°-40°区间时,植被固坡效果稳定。

农业机械液压油的污染与控制

农业机械设备液压油的污染是液压系统运行不稳定、出现故障的主要原因。本文对农业机械液压系统中液压油污染的原因及危害进行了详细的分析,提出了控制液压油污染的具体措施,对正确使用农业机械液压油,保证农业机械液压设备的稳定运行有一定的参考价值。

白背飞虱智能识别技术研究

[目的]为了实现水稻白背飞虱的自动监测,提出一种利用昆虫背部图像特征的白背飞虱自动识别方法。[方法]用自制的野外昆虫图像采集装置,在野外环境下,采集131张白背飞虱昆虫图像,通过颜色（蓝色分量B=130）阈值分割、滤波处理后,获取所采集昆虫图像二值化图,然后提取出单个昆虫背部区域二值化图和背部区域灰度图。通过对白背飞虱的大小统计分析的方法,剔去明显非白背飞虱的单个昆虫图像,再运用不变矩和二维傅里叶频谱数据提取昆虫几何形态、颜色和纹理共88个特征值,将7个不变矩和l×l（l=1,2,…,9）二维傅里叶频谱特征进行组合后作为输入变量,建立基于支持向量机的白背飞虱识别模型。[结果]自动采集装置在野外环境下采集的单个白背飞虱大小为1 000~2 600个像素点。当使用1~5不变矩特征值和5×5频谱特征值建立识别模型,训练集准确率达到95.71%,测试集准确率达到95.00%。[结论]使用不变矩和二维傅里叶频谱提取白背飞虱的几何形态、颜色和纹理特征,并建立支持向量机的识别模型,可以实现田间白背飞虱的自动识别。

基于BIM的虚拟校园漫游实验平台搭建及实现

为解决传统地形模型占存储量大而导致漫游系统运行阻塞的问题,提出利用可扩展标记语言编写地形数据建立地形模型技术。针对基于建筑信息模型(Building Information Modeling)虚拟校园漫游系统的开发和实现进行研究,以南京农业大学作为虚拟空间,利用3ds Max和UC-Win/Road作为系统建模和虚拟开发平台,基于样条插值法实现可选择路径的飞行漫游,最终建立了完整的室内外虚拟校园漫游系统。结果表明该系统甚至在低端配置的普通PC机上都能运行流畅。