农业传感器技术在我国的应用和市场:现状与未来展望

农业传感器技术是农业信息化的基础,是实现农业现代化的核心要素和关键支撑之一。首先,本文在总结农业传感器技术在智能农机装备、农用无人机遥感及农业物联网三方面的研究及应用现状的基础上,对我国农业传感器技术需求和市场发展进行了深入分析。其次,通过技术产业调研分析,对农业传感器产业化、市场化及未来的发展趋势进行了总结与展望。最后,凝练了农业传感器产业领域的16项关键技术,并在此基础上开展了德尔菲法专家问卷调查,阐明了农业传感器最重要的属性是通用性,明确了相关技术发展最大的制约因素是基础理论和研发投入,提出了农业传感器技术将朝着低成本化、高稳定性、高智能化、可移植性、可操作性方向发展。本文可为我国农业传感器技术研发和产业发展提供参考。

农业物联网技术现状与发展趋势

农业物联网技术是推动现代农业智能化发展的新兴技术,已广泛应用于农业生产的各个环节。随着新型感知技术、信息传输技术、人工智能、区块链等信息技术的快速发展,我国农业物联网应用面临新的机遇。光谱及光谱成像、机器视觉等新型传感技术,为实现快速实时无损感知提供了新思路。以5G为代表的新型通信技术,结合多源信息融合、人工智能、区块链、边缘计算等信息处理技术,使信息的传输与处理更加快速和安全可靠。本文从农业物联网的感知、传输、处理和应用4个核心层面,对农业物联网技术展开了较深入的分析,并结合新型信息技术体系,探索农业物联网的未来发展趋势,以期为我国未来农业物联网技术的创新和产业发展提供一些启示。

非平稳需求面向订单装配系统库存稳定性研究

为求解面向订单装配(ATO)系统的最优库存控制参数,需首先求出产品订单满足率、缺货期望等重要性能指标与库存控制参数之间的关系。以往的研究集中于需求服从齐次泊松过程或更新过程等平稳增量随机过程下面向订单装配系统的性质。现实中,需求的到来是有波动性的。将面向订单装配系统中产品需求到来推广到强度有波动性的情况下,求出了上述性能指标与库存控制参数之间关系的解析表达式,求解了在通用零部件的库存“稀缺”或“充足”的情形下,多产品需求强度波动下系统性能的变化模式。最后,通过算例验证了上述结论。

具有通用零部件的按订单装配系统库存位值平稳分布研究

为了对按订单装配系统进行库存优化,获得其库存位值的分布规律是第一步。对于一个多零部件—多产品的按订单装配系统,由于系统结构的复杂性,使得其在(r,nQ)策略下的库存位置分布规律比按库存生产系统要复杂得多。针对以上问题,研究了按订单装配系统库存位置分布规律的不同形式,证明了库存位置的平稳分布是全空间或某个子空间上的均匀分布,而不同平稳分布的形式取决于一组与物料清单及补货批量有关的线性同余方程组的解的个数。最后,通过算例初步揭示了按订单装配系统库存位置的不同分布规律对于订单满足率和单位时间库存总成本这两个关键系统性能指标的影响。

无人机遥感监测作物病虫害胁迫方法与最新研究进展

病虫害是作物生产面临的主要胁迫之一。近年来,随着无人机产业的快速发展,无人机农业遥感因其图像空间分辨率高、数据获取时效性强和成本低等特点,在作物病虫害胁迫监测应用中发挥了重要作用。本文首先介绍了利用无人机遥感监测作物病虫害胁迫的相关背景;其次对目前无人机遥感监测作物病虫害胁迫中的常用方法进行了概述,主要探讨无人机遥感监测作物病虫害胁迫的数据获取方式和数据处理方法;之后从可见光成像遥感、多光谱成像遥感、高光谱成像遥感、热红外成像遥感、激光雷达成像遥感和多遥感融合与对比六个方面重点综述了近期国内外无人机遥感监测作物病虫害胁迫的研究进展。最后提出了无人机遥感监测作物病虫害胁迫研究与应用中尚未解决的关键技术问题与未来的发展方向。本文为把握无人机遥感监测作物病虫害胁迫研究热点、应用瓶颈、发展趋势提供借鉴和参考,以期助力中国无人机遥感监测作物病虫害胁迫更加标准化、信息化、精准化和智能化。

不同有限元单元建模下的海上风电导管架基础支撑结构整体模态对比分析研究

针对东南沿海某海上风电项目,分别基于ANSYS有限元软件中的SOLID187实体单元和Shell181壳体单元,建立四桩导管架基础支撑结构ANSYS有限元模态分析模型,并进行模态分析对比,结果表明在项目所在海洋地质条件下,采用实体单元和壳体单元建立支撑结构模型,所得到的模态分析一阶固有频率频率分析结果相差在1%以内,说明在整机质量、刚度分布确定的情况下,采用实体单元和采用壳体单元对整机的一阶频率影响很小,对于海上风电支撑结构整体频率分析具有一定的参考意义。

超高压直流阀厅套管智能安装系统研究

超高压直流阀厅套管具有设备长度增长、重量增大、安装难度大、各项安装工艺控制以及试验要求细等特点。传统安装工艺需使用吊车,且经常凭借现场人员的经验与目测进行施工。文章提出了一种智能安装系统,该系统包括一个智能安装平台,以及对现场环境的感知与测量、机构的受力分析与设计、过程三维定位和移动机器人动态路径规划等四项技术的有机组合,能大幅度提高安装的程序化、规范化、精细化和智能化。

某海上风电场基础结构防冲刷物理模型试验

采用2种防冲刷方法对单桩基础进行防护物理模型试验,研究不同防冲刷方法在某海上风电场海况下的防冲刷效果,并进行不同防冲刷方法的成本分析。结果表明,混凝土联锁排防护比抛石防护具有更佳的防护效果。混凝土联锁排防护可通过柔性变形适应土体变形,达到有效防止沙土流失的效果。经综合考虑,抛石防护搭配混凝土联锁排防护为最适合该风电场水文环境的防护方法。

基于注意力机制和多尺度残差网络的农作物病害识别

针对传统农作物病害识别方法依靠人工提取特征,步骤复杂且低效,难以实现在田间环境下识别的问题,提出一种多尺度卷积结构与注意力机制结合的农作物病害识别模型。该研究在残差网络(ResNet18)的基础上进行改进,引入Inception模块,利用其多尺度卷积核结构对不同尺度的病害特征进行提取,提高了特征的丰富度。在残差结构的基础上加入注意力机制SENet(Squeeze-and-excitation networks),增强了有用特征的权重,减弱了噪声等无用特征的影响,进一步提高特征提取能力并且增强了模型的鲁棒性。实验结果表明,改进后的多尺度注意力残差网络模型(Multi-Scale-SE-ResNet18)在复杂田间环境收集的8种农作物病害数据集上的平均识别准确率达到95.62%,相较于原ResNet18模型准确率提高10.92个百分点,模型占用内存容量仅为44.2 MB。改进后的Multi-Scale-SE-ResNet18具有更好的特征提取能力,可以提取到更多的病害特征信息,并且较好地平衡了模型的识别精度与模型复杂度,可为田间环境下农作物病害识别提供参考。

可拆分ATO系统的最优、渐进最优和次优库存控制策略

求解面向订单装配(ATO)系统最优库存控制策略是库存控制领域内的重要问题,因为结构的复杂性,目前只在一些很特殊的情形下有明确的结论。针对一类范围广泛的ATO系统,求解其在不同条件下的最优和渐进最优库存控制策略,并将思路推广到具有一般物料清单结构的ATO系统中。以在ATO系统库存控制研究中比较常用的W型和M型系统为例进行仿真分析,证明上述库存控制策略的有效性。相比于经典控制策略和最新的基于随机规划的控制策略,采用上述库存控制策略的W型ATO系统最多减少近65%和23.5%的库存总成本,M型ATO系统则最多减少12.2%和4.3%的库存总成本。

体内外方法检测化妆品用防腐剂的致敏性

目的:采用豚鼠局部封闭涂皮试验和体外人细胞系活化试验检测两种常用化妆品防腐剂的皮肤致敏性,探讨两种方法组合用于检测皮肤致敏性的可行性。方法:豚鼠局部封闭涂皮试验参照化妆品安全技术规范(2015年版)的内容进行,试验设羟苯乙酯组、羟苯丁酯组,同时设甘油为阴性对照组、2,4-二硝基氯苯(DNCB)为阳性对照组,观察试验动物皮肤反应,通过积分评价皮肤致敏性。体外人细胞系活化试验参照经济合作与发展组织(OECD)毒理学测试中的442(E)方法,试验中设羟苯乙酯组、羟苯丁酯组,阴性对照组受试物为甘油、阳性对照组受试物为DNCB,采用CCK-8法测试细胞毒性,计算细胞存活率为75%时的暴露浓度(CV75)值,流式细胞术检测各试验组物质的CD86和CD54的相对荧光强度(RFI)值。结果:豚鼠局部封闭涂皮试验检测结果显示甘油为非致敏物,DNCB为强致敏物,羟苯乙酯为非致敏物,羟苯丁酯为中度致敏物。体外人细胞系活化试验检测结果显示羟苯乙酯的CV75值为126μg/mL,RFICD86为110%~140%,RFICD54为140%~260%;羟苯丁酯的CV75值为18μg/mL,RFICD86为75%~200%,RFICD54为90%~210%;甘油的CV75值大于5000μg/mL,RFICD86为75%~100%,RFICD54为60%~140%;阳性对照物质DNCB的CV75值为2.5μg/mL,RFICD86为185%~640%,RFICD54为100%~460%。由检测结果可见羟苯乙酯、羟苯丁酯在本试验中分别被判为弱致敏物和强致敏物,DNCB为极强致敏物,甘油为非致敏物。结论:在该对比试验中,体外人细胞系活化试验较局部封闭涂皮试验检测灵敏度更高,但也存在假阳性的可能,可以考虑用体外细胞方法作为筛选方法,结合动物体内试验方法或更多的体外组合试验进一步确定。

系泊长度及配重对浮式风机平台运动响应的影响研究

本文基于某漂浮式缩尺样机实际工程项目,采用时域分析方法对该半潜式浮式风机平台瞬态响应进行数值仿真计算,深入研究了系泊长度以及配重块重量对锚泊系统导缆孔预张力和浮式平台运动响应的影响规律。结果表明,浮式平台的纵摇、纵荡和垂荡的响应幅值随着系泊长度的增大先增大后减小;增加配重块的重量,会导致平台的纵荡和垂荡先增大后减小,纵摇先减小后增大;当同时改变系泊长度和系泊配重块重量时,配重块重量不影响系泊长度对浮式平台运动响应的变化规律的影响。

基于分组注意力模块的实时农作物病害叶片语义分割模型

针对传统农作物病害识别方法准确率低、鲁棒性差等问题,该研究首先提出一种基于分组激活策略的分组注意力模块,利用高阶特征指导加强低阶特征,通过分组计算组内加强系数,减少不同组之间的抑制作用,加强特征表达能力。对比试验表明,分组注意力模块特征强化效果优于传统注意力模块。基于分组注意力模块,该研究提出一种实时高效农作物病害叶片语义分割模型,该模型融合了编码-解码语义分割模型和多流语义分割模型的优点。采用ResNet18模型作为特征提取网络对农作物病害叶片的语义分割像素精度达到93.9%,平均交并比达到78.6%。在单张NVIDIA GTX1080Ti显卡的硬件环境下,输入分辨率为900×600像素的图片,该模型运行速度达到每秒130.1帧,满足实时农作物病害叶片语义分割需求,为现代农业病害识别、自动施肥和精准灌溉等应用提供参考。

基于无人机多源图谱融合的水稻稻穗表型监测

稻穗表型是表征水稻生长状况和产量品质的关键参数,稻穗表型的准确监测对于大田精准管理和水稻智慧育种具有重要意义。无人机图谱数据已被广泛用于水稻生长监测,然而大部分研究主要集中在水稻的营养生长阶段,针对抽穗期和成熟期稻穗表型监测方面的研究非常有限。因此,该研究利用无人机多源图谱数据进行水稻稻穗表型监测研究,分析了不同氮肥梯度和生长时期对稻穗表型的影响,构建了稻穗覆盖度、生物量以及倒伏等监测模型。结果表明,不同生长时期和氮肥梯度的稻穗表型呈现显著差异,稻穗覆盖度与图像特征高度相关。利用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)回归模型能够从可见光图像中准确识别稻穗,计算的穗覆盖度与实际标记值高度相关,决定系数(coefficient of determination,R^(2))为0.87,将此结果与多光谱图像反射率融合,利用随机森林(Random Forest,RF)回归模型可以提高稻穗覆盖度的评估精度,R^(2)为0.93,相对均方根误差(relative Root Mean Square Error,rRMSE)为9.47%。融合可见光图像的颜色和纹理以及多光谱图像的光谱反射率改善了穗生物量的评估精度,R^(2)高达0.84,rRMSE为8.68%,此模型能够在不同种植年间迁移,进一步利用模型更新添加10%新样本能够改善模型迁移能力。基于PSO-SVM分类模型,联合可见光图像的颜色和纹理以及多光谱图像的光谱反射率也准确地识别稻穗倒伏,准确率达99.87%。上述研究结果证明了无人机遥感用于水稻稻穗表型监测的可行性,可为作物精准管理和智慧育种提供决策支持。

多智能体系统安全性问题及防御机制综述

多智能体系统作为分布式人工智能的重要分支,已成为解决大型、复杂、分布式及难预测问题的重要手段。在开放网络中,多智能体系统仍面临许多安全问题,潜在的安全威胁很可能影响其实际应用的稳定性、快速性和准确性。基于目前已知的多智能体系统通用模型,介绍了多智能体系统通信协议、访问控制和协调机制中潜在的安全问题,规范了多智能体系统安全性问题的研究体系,总结了系统设计过程中可行的防御技术和隐私保护技术,最后展望了多智能体系统安全研究的发展方向。

超高压直流阀厅套管拆装平台与技术研究

超高压直流阀厅套管具有设备长度长、重量大、拆装难度大、各项拆装工艺控制以及试验要求细等特点。传统拆装工艺需使用吊车,且经常凭借现场人员的经验与目测进行施工。提出了一种智能拆装系统,该系统包括一个能在阀厅内部操作的智能拆装平台,以及基于模拟退火(Simulated Annealing,SA)算法改进的粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)的三维拆装定位算法和基于机器学习的拆装故障分析技术,能大幅度提高拆装过程的程序化、规范化、精细化和智能化。

应用in silico模型优化形成皮肤致敏性体外替代方法整合测试策略的研究

皮肤致敏又称过敏性接触性皮炎(allergic contact dermatitis,ACD),是皮肤反复接触致敏物质后引发的迟发型超敏反应。皮肤致敏性筛查是外用制剂和化妆品等皮肤接触类产品安全性评价的重要内容。目前我国皮肤致敏性检测中最普遍采用的仍是动物试验,如豚鼠局部封闭涂皮试验(Buehler test)、豚鼠最大值试验(GPMT test)和小鼠局部淋巴结试验(LLNA),需使用相当数量的动物。2013年,欧盟颁布了关于化妆品检测时使用实验动物的禁令。

试论天然中草药美白祛斑化妆品的开发

人脸能够反映出一个人的气质,可以呈现个体的精神风貌以及肌体状况等,并且也是表现个体的美感的重要部位。伴随民众对美的追求不断发酵,很多化妆品开始粉墨登场。笔者通过讲解色斑构成的原理,对天然中草药美白祛斑化妆品的配方创设与研发实施解析,为民众选择健康、优质的祛斑化妆品提供参考。

浅谈智能高分子材料在建筑工程中的应用

随着科技在不断进步,人类应用材料也在不断更新,智能高分子材料的问世是社会发展趋势,也给人民群众带来极大的利益。在建筑工程中智高分子的应用极其广泛,不仅提高了建筑外形的美观度,而且降低建筑工程中存在的安全隐患。本文针对智能高分子材料进行深入研究,并结合相关专业知识阐述智能高分子材料在建筑工程中的应用。

超高压直流阀厅套管智能维修系统

直流套管是直流输电工程中最重要的设备之一。直流阀厅内部高压套管使用时间通常较长,是故障高发部件。为实现对套管运行维修工程的全面、智能化管理,根据套管运维的实际工作特点和技术需求,采用包括深度神经网络、大数据分析技术、先进动态路径规划算法等在内的最新技术,提出了一种面向超高压直流阀厅的套管维修系统。