基于机器视觉技术的猪只体重检测研究现状及展望

【目的】传统的猪只体重测量通常需要将猪只单独拖入称重设备中,费时费力,并且容易造成猪只的应激反应,影响其生长发育。而融入机器视觉技术,可以实现非接触式的猪只体重测量,大大提高测量效率和准确性。【方法】课题组以基于机器视觉技术的猪只体重测量为研究对象,运用文献调查法,总结了猪只体重检测的重要性及现有的检测方法,综述了基于机器视觉的猪只体重检测的技术原理及学者们现有的研究成果。最后,展望了未来基于机器视觉技术的研究趋势及挑战。【结果与结论】目前,研究者们主要采用两种方法进行基于机器视觉的猪只体重检测:第一种方法是基于体尺测量的机器视觉技术,另一种方法是基于行为识别的机器视觉技术。两种方法各有利弊,未来还需要进一步优化,可以从提高机器视觉技术的准确性和稳定性、拓展机器视觉技术的应用范围、解决数据隐私和信息安全等问题方面入手,不断克服技术和应用方面的挑战。

规模化生猪养殖设施环境控制技术应用研究现状与展望

良好的猪舍内环境质量是保证生猪健康生长的重要因素,也是良好的生猪福利和较高的养殖效益的重要保障。文章综述了猪舍内温度、湿度、有害气体浓度对生猪生长的影响,并从猪舍环境监测、环境模拟、环境预测、环境调控四个方面总结了国内外规模化生猪养殖环境控制技术应用研究现状,提出了生猪养殖环境控制技术存在的问题及未来发展趋势,以期为规模化生猪养殖设施环境控制提供参考。

畜禽养殖机器人研究现状与展望

畜禽养殖机器人是具有信息感知、信息传递、图像处理、自主导航、可重复编程等功能的自动化或半自动化设备。随着人工智能和机器人技术的迅速发展,畜禽养殖机器人不断优化升级,使畜禽养殖向着自动化、智能化、高效化、可持续化方向发展。课题组结合前人研究成果总结了国内外畜禽养殖机器人的研究和应用现状,主要有巡检机器人、清扫机器人、消毒机器人、饲喂机器人、分拣机器人等,在此基础上分析了现有畜禽养殖机器人的技术、功能特点及存在的问题,并对畜禽养殖机器人发展前景进行了展望,即多功能化、福利化、智能化、简约化。机器人的应用,不仅可以降低劳动强度、节约资源、提高效率,还可以减少疫病传播和动物应激反应,实现畜禽养殖智能化。机器人在畜禽养殖领域具有广阔的应用前景,本研究可为畜禽养殖智能化的进一步发展提供参考。

浅析联合水热炭化技术处理猪粪的应用前景

【目的】畜禽粪便若处理不当易危害生态环境,并对人体健康和生猪养殖业的健康发展产生严重威胁,然而目前我国畜禽粪便的传统无害化处理及资源化利用方法仍存在不足。【方法】课题组提出联合水热炭化技术处理猪粪,分析了水热炭化反应机理及其研究现状,并对水热炭化产物应用前景进行了展望。【结果】水热炭化技术操作简单,反应条件温和,反应原料无需干燥处理且转化效率高,固液两相产物分离简便,猪粪水热碳在作为无机肥、有机肥以及土壤改良剂方面的特性更佳,具有更好的高值化应用潜力。【结论】本研究可为畜禽粪便的无害化处理和资源化利用提供新的思路,但猪粪与其他原料的联合水热炭化反应机理、产物形成机制以及所得联合水热炭化产物高值化应用的具体方向还需深入探寻。

猪舍小气候环境模拟预测技术研究综述

对现有国内外相关学术文献进行分类,综述了猪舍小气候的特征(时滞性、时变性、不均匀性、耦合性)以及环境因子(温度、相对湿度、通风量、空气质量)对猪的影响,总结了当前猪舍小气候模拟预测技术的研究现状与不足,讨论了今后该领域的研究方向,旨在为猪舍小气候环境控制系统的研究提供参考。

基于LES方法的新型涡激振动风能采集器俘能特性分析

以所研制的涡激振动能量收集器(VIVPEHS)为研究对象,联合开源软件OpenFOAM和Matlab对大涡模拟(LES)方程、二阶范德波尔(Van der Pol’s)方程和高斯定律(Gauss’law)进行涡街振动俘能耦合计算,建立流机电耦合VIVPEHS数值模型,同时搭建并列双圆柱VIVPEHS俘能测试平台对数值模型开展实验验证。结果表明:升/阻力、压电梁位移、机电转换效率和尾流形态的预测值与实验数据符合良好。实验和计算结果表明,当圆柱直径(D)不变时,随着俘能距离(Sn)的增加,输出电压先增大后减小,在S_(n)=8D时输出电压最大;随着负载阻抗的增大,输出功率先增大后减小,存在最优负载阻抗(25000Ω),此时并列双圆柱VIVPEHS的输出功率可达72 mW,且直接点亮21只商用LED。

基于OBE理念的农机专业“画法几何及机械制图(上)”课程教学改革与实践

【目的】解决农业机械化及其自动化专业主干课程——“画法几何及机械制图(上)”中存在的教学目标不明晰、教学模式和教学方法滞后以及教学评价标准单一等问题,以适应新工科、新农科建设的发展要求。【方法】以成果导向教育理念(Outcome-Based Education,OBE)为核心思想对该课程进行教学改革,以学生为中心制定课程目标,优化教学方法与内容对应关系,构建课程目标达成情况评价框架。【结果】教学实践表明,总评高于90分的3人,80~89分的14人,70~79分的10人,平均分为75.8分,及格率达86.8%,符合课程预期目标。【结论】新的考核评价体系可有效反映学生的学习效率和状态,基于OBE理念的教学改革可增强师生互动效果,提高学生学习积极性,促进学生创新思维、工程素养及实践能力的提升。

卷积神经网络在机械故障诊断中的应用综述

卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)因在图像识别与分类方面的优越性,近年来在机械故障诊断领域得到广泛应用。由于CNN提取故障特征的优越性,极大促进了机械故障诊断技术的发展,但目前样本数据的不平衡、噪声干扰以及模型不可解释等问题,极大阻碍了CNN技术在故障诊断领域的发展。为进一步提升模型的性能,依据近年来基于CNN机械故障诊断模型的研究进展,对机械故障诊断CNN模型框架进行了分类归纳,然后讨论分析了解决样本不平衡和可解释性问题的进展,最后对CNN在机械故障诊断领域的发展方向进行了展望。

猪场贮料塔固态饲料料位测量技术的现状与发展趋势

饲料的供应是否及时和充足极大地影响着生猪的质量,而饲料的供应与料塔内固态饲料余量息息相关,因此,固态饲料料位测量显得尤其重要。为明确猪场贮料塔固态饲料料位测量技术所处的研究阶段、所面临的挑战和未来发展的方向,课题组介绍了生猪养殖过程中采用的阻旋式料位计、重锤式料位计、电容式料位计、雷达式料位计、超声波式料位计和称重式料位计等几种常见的固态饲料料位测量仪器及其测量原理,并对其进行分析比较,得出各种料位计测量的优缺点。在此基础上,基于现代智能养猪的大方向,结合传感器技术和液位测量采用的图像处理技术,指出猪场贮料塔固态饲料料位测量技术发展趋势将偏向图像处理技术和新型3D物位计测量技术,技术特点将是多用途、智能化、数字化和网络化,能实现饲料的精细化管理,以期为猪场贮料塔固态饲料料位测量技术研究提供参考,促进养殖业的现代化发展。

新型农用昆虫雷达的设计研究与仿真实验

根据雷达昆虫学中农业低空飞行昆虫监测的工程需要,研究了一种基于对数周期天线阵的超宽带昆虫雷达。首先,设计了对数周期天线环形阵,采用各阵元天线虚顶点共圆的空心环;然后,设计了兼具环形阵优点的伞形阵,通过调节控制杆的高低组成不同直径的立体阵,有利于在固定基座上变距变焦、更多维地监测目标;最后,利用相应的空间谱估计算法,形成了低空飞行昆虫监测的基本理论。计算机仿真分析表明,结果与理论要求相符。

涡街流量计的压电探头最优距离和新型测量方法研究

针对涡街式流速传感器中电信号微弱并且提取特征涡街信号困难,基于压电方程和湍流N-S方程,建立了流-固-电耦合仿真计算模型,构建了流速测量的新方法。通过理论分析和风洞实验,获得了圆柱绕流体直径(D)、空气流速(v)与压电传感距离(L)以及功率(P)之间的影响规律。仿真计算和实验结果表明:通过提取频域曲线中涡激频率下的功率作为涡街的传感强度,有助于感知微弱的空气流速信号,同时解决噪声等电路上的干扰影响。其次,D增加,最优传感距离(L_(osr))增加;D不变时,功率(Posr)随流速增大而提高,且L_(osr)不变;通过分析得出了采集信号在L_(osr)下最优的本质原因—在该处,涡街成熟且脱落稳定、升力系数(C_(L))稳定。最后,该压电装置测量的最低流速为0.3 m/s。

压电式变截面悬臂梁低频振动能量收集器的设计与优化

为了降低环境振动压电能量收集器(PVEH)的固有频率(ω_(n)),提高PVEH的输出性能,提出了一种压电式变截面悬臂梁低频振动能量收集器(VCL-PVEH)。基于压电方程建立了不同压电材料分布的VCL-PVEH数值模型,优化了压电材料分布位置。研制了PVCL-PVEH原理样机,搭建样机实验平台。结果表明:当压电材料靠近悬臂梁固支端时,器件输出电压(V)和功率(P)最大;随着压电材料与固支端距离(D)增大,器件ω_(n)降低。在相同压电材料面积下,三角形VCL-PVEH的ω_(n)最低(ω_(n)=25.7 Hz)、V最大(V=100 V)。实验和计算表明,随负载阻抗(R)增大,P先增大后减小,存在最优R为25000Ω,此时,P为240 mW,可直接点亮21只商用LED,满足低功耗农业物联网传感器供电的要求。

轴流风机导流罩及拢风筒的优化

为提升畜禽舍用轴流风机的风量与能效比,以某轴流风机为原模型,对拢风筒开合角、拢风筒斜长、叶顶间隙、导流罩安装位置这4个参数进行优化。利用FLUENT软件进行单因素试验并在每个参数中选出3个最优水平,再进行正交试验。分析结果后得出了最佳优化方案:当拢风筒开合角为8°,拢风筒斜长为1300 mm,叶顶间隙为5 mm且导流罩距叶轮平面30 mm时,该轴流风机风量增加了12.82%,能效比提升了18.74%,提升效果显著。通过风洞试验验证了原模型数值模拟结果的准确性,即证明优化结果真实准确。

猪舍静电除尘器细颗粒脱除效应数值模拟及试验

为提高猪舍内静电除尘器(EP)的细颗粒污染物的捕集效率,采用k-ε湍流模型、电晕模型(CM)、颗粒追踪模型(PTM),研究细颗粒在EP内的输运行为,分析猪舍线板型EP内电场、流场和细颗粒运动的特性。计算结果表明,电势、流场和捕集效率η的预测值与试验数据符合良好;在线板型EP内,电势和电荷密度以电晕线为中心呈对称分布;0.01~10μm粒径内,η随粒径d_(p)的增大,先减小,再保持不变,再增大,直至恒定不变。试验与计算结果表明,PM_(2.5)颗粒的η随流速u减小而增大,随电晕线电压V增大而增大;当u=1 m/s,V=50 kV时,η(d_(p)=2.0μm)可达100%。该细颗粒输运模型能有效预测细颗粒运动和捕集行为,为猪舍静电除尘器的优化设计提供科学方法。

超宽带生物雷达变顶角锥面阵的设计与仿真

针对畜牧业中牲畜生命体信息的监测问题,设计了一种可改变顶角和孔径的锥面阵。锥面阵采用半波长偶极子对数周期天线,通过滑槽结构调节可改变各阵元天线与中心的距离,形成二维平面上的不同半径的空心环;利用控制杆高低的调节来改变虚顶角的大小并实现顶角的连续可调,组成不同倾角的立体阵,从而总体上实现在固定基座上更多维地监测目标信息。利用HFSS软件对锥面阵模型进行了仿真建模分析,通过对比不同顶角的锥面阵的电压驻波比与方向增益图,统计分析了天线阵的性能。仿真结果表明,设计的天线具有良好的带宽和顶角可调性,能够满足基于牲畜生命信息监测的超宽带生物雷达系统的开发和设计要求。

声场增强猪舍细颗粒污染物脱除的数值模拟

基于静电除尘技术的猪舍内细颗粒污染物(PM;)的脱除难以满足高捕集效率(η)的要求。为了提高舍内静电除尘器的η,基于声辐射效应建立了猪舍颗粒污染物脱除数值模型。重点开展颗粒在除尘器内的传输行为研究,分析猪舍线板型声波-静电除尘器(AEP)内声场和细颗粒运动的特点。结果表明,在130~150dB范围内,声压级(SPL)越大,η越高;在1000~2000Hz范围内,η随声波频率(f)增大,先增大后减小;在1600Hz时,对1μm细颗粒的η可达97%。模型获得的SPL-η&f-η变化规律为构建猪舍内颗粒污染物的绿色高效脱除技术提供了科学控制方法。