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高光谱成像的多种类柑橘病虫药害叶片检测方法研究

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光谱学与光谱分析 2022年第8期42卷 2397-2402页

作者：吴叶兰管慧宁廉小亲于重重廖禺高超北京工商大学中国轻工业工业互联网与大数据重点实验室北京100048 江西省农业科学院农业工程研究所江西南昌330200

影响柑橘生长的病虫药害种类繁多,目前的检测方法大多针对单一病症,开发基于高光谱成像和机器学习的多种类柑橘病虫药害叶片快速精准检测方法,对果园精准施药和柑橘产业健康发展具有重要意义。以果园自然发病的柑橘叶片为研究对象,包括... 详细信息

影响柑橘生长的病虫药害种类繁多,目前的检测方法大多针对单一病症,开发基于高光谱成像和机器学习的多种类柑橘病虫药害叶片快速精准检测方法,对果园精准施药和柑橘产业健康发展具有重要意义。以果园自然发病的柑橘叶片为研究对象,包括柑橘正常叶(50片)、溃疡病叶(50片)、煤烟病叶(103片)、缺素病叶(60片)、红蜘蛛叶(56片)和除草剂危害叶(85片),采集350~1050 nm波段内的高光谱数据。分别利用一阶求导(1Der)、多元散射校正(MSC)和中值滤波(MF)方法对原始(Origin)高光谱数据进行预处理,对预处理后的高光谱数据采用主成分分析(PCA)和竞争性自适应重加权(CARS)算法提取特征波长,CARS降维得到的特征波长分别为10个、5个、12个和10个,4组PCA提取的特征波长均为7个,两种方法所得特征波长范围都集中在700~760 nm波段内。对全波段(FS)使用极限梯度提升树(XGBoost)算法,特征波长使用支持向量机(SVM)建立柑橘病叶多分类模型。采用XGBoost建立的检测识别模型有Origin-FS-XGBoost,1Der-FS-XGBoost,MSC-FS-XGBoost和MF-FS-XGBoost,对6种病虫害叶片检测得到的整体分类准确率(OA)分别为94.32%,93.60%,95.98%和96.56%;SVM建立的检测识别模型为Origin-CARS-SVM,1Der-CARS-SVM,MSC-CARS-SVM,MF-CARS-SVM,Origin-PCA-SVM,1Der-PCA-SVM,MSC-PCA-SVM和MF-PCA-SVM,各模型OA依次为93.63%,90.26%,87.90%,91.95%,87.53%,90.82%,83.50%和90.98%。结果表明,以FS为输入的XGBoost模型识别率整体优于以特征波长为输入的SVM模型,MF-FS-XGBoost模型OA为96.56%,召回率(Recall)为95.91%,模型训练时间(Train-time)为63 s,综合性能最好;CARS-SVM建模效果优于PCA-SVM,在3种预处理方式下,CARS-SVM模型识别率均高于87%,PCA-SVM模型识别率均在83%以上。结果证实了,高光谱成像技术结合机器学习方法可实现多种类柑橘病虫药害分类识别,为柑橘病虫药害快速无损检测和防治提供科学依据。

关键词：高光谱成像柑橘病叶特征波长提取 XGBoost 支持向量机

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自动摆盘育秧播种一体机的设计与试验

农机化研究 2022年第7期44卷 100-104,111页

作者：王康军潘松廖禺吴罗发贺捷周明江西省农业科学院农业工程研究所南昌330200

针对目前工厂化育秧水稻播种流水线摆盘用工多、劳动强度大、工作效率低等问题,设计了一种自动摆盘育秧播种一体机,可一次性完成摆盘、铺土、播种、覆土及洒水等作业。该机采用了模仿人手的自动摆盘毛辊刷、凸点型的排土皮带和外槽轮式... 详细信息

针对目前工厂化育秧水稻播种流水线摆盘用工多、劳动强度大、工作效率低等问题,设计了一种自动摆盘育秧播种一体机,可一次性完成摆盘、铺土、播种、覆土及洒水等作业。该机采用了模仿人手的自动摆盘毛辊刷、凸点型的排土皮带和外槽轮式排种辊,满足了机插育秧连续自动摆盘整齐、底土铺土均匀和机插秧对秧盘播种量的要求。田间试验表明:自动摆盘育秧播种一体机作业效果好,播种均匀度合格率达到90.3%,种子破损率仅为0.6%,秧盘铺土厚度稳定性达到95.1%,生产率为954盘/h,播种秧盘含水率达到80.3%,各项性能指标能够达到设计要求,作业质量满足当地农业技术要求。

关键词：水稻育秧自动摆盘毛辊刷排种辊

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一种谷物均洒装置的设计与试验

农机化研究 2023年第7期45卷 53-57页

作者：潘松周运成王杰杨卫平吴罗发廖禺江西省农业科学院农业工程研究所南昌330200 浙江柳林农业机械股份有限公司浙江台州318000 江西省农业技术推广中心南昌330000

为了加快谷物输送到储粮仓内的速度,使谷物在储粮仓内均匀抛洒,通过集料筒来抵消作用于谷物上的外力,从而使谷物呈自由落体状态,并通过出料筒的大小调节使谷物均匀地落入到抛洒盘内,实现均匀抛洒,以大幅度提高作业效果及抛洒均匀,降低... 详细信息

为了加快谷物输送到储粮仓内的速度,使谷物在储粮仓内均匀抛洒,通过集料筒来抵消作用于谷物上的外力,从而使谷物呈自由落体状态,并通过出料筒的大小调节使谷物均匀地落入到抛洒盘内,实现均匀抛洒,以大幅度提高作业效果及抛洒均匀,降低劳动强度,提高生产效率。试验结果表明:装置作业性能稳定,抛洒均匀度、破损率、吨料电耗和生产率平均值分别为90.9%、0.14%、22855.7kg/h、0.040kW·h/t,适用于谷物运进粮仓的机械化作业。

关键词：谷物均洒装置粮仓均匀堆积

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高光谱成像的柑橘病虫害叶片识别方法

光谱学与光谱分析 2021年第12期41卷 3837-3843页

作者：吴叶兰陈怡宇廉小亲廖禺高超管慧宁于重重北京工商大学中国轻工业工业互联网与大数据重点实验室北京100048 江西省农业科学院农业工程研究所江西南昌330200

为监测柑橘生长状况,实现病虫害无损识别,利用高光谱成像技术和机器学习方法进行柑橘病叶分类研究。使用高光谱成像仪采集46片柑橘正常叶、46片溃疡病叶、80片除草剂危害叶、51片红蜘蛛叶和98片煤烟病叶的高光谱图像,在478~900 nm光谱... 详细信息

为监测柑橘生长状况,实现病虫害无损识别,利用高光谱成像技术和机器学习方法进行柑橘病叶分类研究。使用高光谱成像仪采集46片柑橘正常叶、46片溃疡病叶、80片除草剂危害叶、51片红蜘蛛叶和98片煤烟病叶的高光谱图像,在478~900 nm光谱范围内对每个叶片一个或多个发病区提取5×5的感兴趣区域(ROI),将ROI内每个像素的反射率值作为光谱信息,则一个ROI得到25个光谱信息样本,最终五类叶片共得到13250个光谱样本。利用随机法将全部样本划分为9938个训练集和3312个测试集。分别采用一阶求导(1^(st) Der)、多元散射校正(MSC)和标准正态变换(SNV)三种方法对原始光谱信息进行预处理,对不同预处理方法后的数据采用主成分分析法(PCA)提取特征波长。1^(st) Der预处理后得到7个特征波长,分别是520.2,689.0,704.8,715.4,731.2,741.8和757.6 nm;MSC和SNV预处理后得到7个相同的特征波长,分别是551.9,678.5,704.8,710.1,725.9,731.2和757.6 nm;原始光谱得到7个特征波长,分别是525.5,678.5,710.1,720.7,725.9,757.6和762.9 nm。分析PCA后的样本分布散点图可知,正常叶片、溃疡病叶片和红蜘蛛叶片样本有一定程度聚类,除草剂叶片和煤烟病叶片样本有大量重叠,仅依据PCA不能完成病虫害叶片的识别。对全波段(FS)和PCA特征波长数据在不同预处理方法下进行支持向量机(SVM)和随机森林(RF)建模,结果表明:数据在1^(st) Der预处理方法下识别效果最佳,1^(st) Der-FS-SVM模型总分类精度(OA)为95.98%,Kappa系数为0.9482,1^(st) Der-FS-RF模型OA为91.42%,Kappa系数为0.8892,1^(st) Der-PCA-SVM模型OA为90.82%,Kappa系数为0.8816,1^(st) Der-PCA-RF模型的OA为91.79%,Kappa系数为0.894;对PCA选择的特征波长数据建模,SVM和RF模型下识别率均达到84%,全波段下模型识别率在88%以上,FS数据建模效果优于PCA特征波长。研究结果表明,高光谱成像技术结合机器学习方法进行柑橘叶片分类是可行且有效的,为柑橘病虫害的无损准确识别提供理论根据。

关键词：高光谱成像主成分分析支持向量机随机森林

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小猪饮水嘴密封性自动检测设备设计与试验

中国农机化学报 2020年第9期41卷 68-75页

作者：潘松黎敏张凯胡会成廖禺吴罗发江西省农业科学院农业工程研究所南昌市330200 江西省智能农机装备工程研究中心南昌市330200 江西增鑫科技股份有限公司江西新余338000 江西省智能畜牧设备集成工程研究中心江西新余338000

为解决小猪饮水嘴密封性测试的问题,保证产品质量,提高工作效率,设计一种小猪饮水嘴密封性自动检测设备,实现自动检测小猪饮水嘴的密封性,该设备包括水箱供给装置、自动检测装置以及控制系统,能够适应各型号小猪饮水嘴规格,满足不同型... 详细信息

为解决小猪饮水嘴密封性测试的问题,保证产品质量,提高工作效率,设计一种小猪饮水嘴密封性自动检测设备,实现自动检测小猪饮水嘴的密封性,该设备包括水箱供给装置、自动检测装置以及控制系统,能够适应各型号小猪饮水嘴规格,满足不同型号的产品测试要求,同时水箱供给装置可实现测试水的循环利用,低耗环保。试验结果表明:该设备测试压力范围0~0.6 MPa、测试产品直径范围20~36 mm、压力测量精度±1%F.S、压力控制精度±2%F.S;响应时间5 s、测试工位5个。设备检测效率为4.74个/min,人工检测效率为0.79个/min,较人工提高600%的生产效率,大大降低人工成本。

关键词：小猪饮水嘴密封性自动检测装置低耗环保

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TRIZ理论在粮食收集机设计中的应用

机械设计与制造 2021年第1期 6-9,15页

作者：王欢孙涛吴周鑫廖禺江西省精密驱动与控制重点实验室江西南昌330099 南昌工程学院机械与电气工程学院江西南昌330099 江西省农业科学院农业工程研究所江西南昌330099

粮食摊晒和收集的机械化是农业发展的必然趋势,而想要实现收集与摊晒并存,效率与收净率兼顾的复杂功能,给机器的设计带来了很大的困难。采用TRIZ理论对粮食收集与晾晒过程中所存在的问题进行分析,通过转化通用参数寻找创新设计中存在的... 详细信息

粮食摊晒和收集的机械化是农业发展的必然趋势,而想要实现收集与摊晒并存,效率与收净率兼顾的复杂功能,给机器的设计带来了很大的困难。采用TRIZ理论对粮食收集与晾晒过程中所存在的问题进行分析,通过转化通用参数寻找创新设计中存在的技术矛盾。根据冲突解决原理分析,解决了系统中矛盾冲突,对收集模块、行走模块及存储晾晒模块进行创新设计,并研究了粮食收集晾晒过程的"物-场模型",确定了集粮毛刷与晾晒挡板的具体设计方式,使粮食收集机实现收集与晾晒一体,效率与收净率并存的强大功能。最后通过建模将机体创新设计转化为虚拟样机,从而加工实体样机,经实际操作表明:机器操作性能良好,功能要求基本达到,可为后续相关研究提供参考。

关键词： TRIZ理论粮食收集机创新设计矛盾矩阵物-场模型

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稻草无土基质育秧的现状及发展对策

南方农机 2016年第1期47卷 40-41页

作者：潘松舒时富周明廖禺江西省农业科学院农业工程研究所江西南昌330200

本文概述了无土育秧的发展现状,指出了稻草无土基质育秧的优点及存在的问题,提出了发展稻草无土基质育秧的对策。

关键词：稻草无土基质育秧现状对策

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江西省现代农业标准体系框架构建

质量探索 2017年第3期14卷 21-27页

作者：叶春潘松廖禺陈盾江西省农业科学院农业工程研究所南昌330200

文章总结了江西现代农业标准体系基本构成和发展态势,提出体系构建原则和方法,构建了体系的研究框架,重点阐述了研究方式、理论内容等。现代农业标准体系的构建使现代农业工程项目的决策和实施有据可依,推动实现重要作物、重点环节和主... 详细信息

文章总结了江西现代农业标准体系基本构成和发展态势,提出体系构建原则和方法,构建了体系的研究框架,重点阐述了研究方式、理论内容等。现代农业标准体系的构建使现代农业工程项目的决策和实施有据可依,推动实现重要作物、重点环节和主要技术的现代农业标准基本覆盖和成功配套。

关键词：江西现代农业标准体系构建

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农机具的使用维护保养与存放常识

南方农机 2012年第4期43卷 37-38页

作者：廖禺董希慧江西省农科院农业工程所

随着农机购置补贴政策和力度的加大及农民购买力的增强，各种各样的农机具进入寻常百姓家中。由于部分农机使用者，未经过正规的农机使用方面培训，缺乏正确使用常识和常规维护保养经验及存放不当，造成农机具零部件损坏和人为故障，不... 详细信息

随着农机购置补贴政策和力度的加大及农民购买力的增强，各种各样的农机具进入寻常百姓家中。由于部分农机使用者，未经过正规的农机使用方面培训，缺乏正确使用常识和常规维护保养经验及存放不当，造成农机具零部件损坏和人为故障，不但会缩短机具正常的使用寿命，而且贻误农时影响农业生产，造成不必要的经济损失。因此普及农机具的正确使用维护保养与存放知识，对提高机手操作使用保养农机具的水平非常必要。

关键词：维护保养农机具存放农机购置补贴政策零部件损坏农机使用人为故障使用寿命