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基于改进YOLO v8的牛只行为识别与跟踪方法

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农业机械学报 2024年第5期55卷 290-301页

作者：付辰伏任力生王芳河北农业大学信息科学与技术学院保定071001 河北省农业大数据重点实验室保定071001

随着我国畜牧业的快速发展,牛只养殖由分散性养殖逐渐向精准化养殖转变。针对分散养殖中农户无法对每头牛只健康状况给予足够关注的问题,通过分析牛只行为模式结合视觉方向特征,设计了综合管理方法来准确识别和跟踪牛只行为。首先,采用... 详细信息

随着我国畜牧业的快速发展,牛只养殖由分散性养殖逐渐向精准化养殖转变。针对分散养殖中农户无法对每头牛只健康状况给予足够关注的问题,通过分析牛只行为模式结合视觉方向特征,设计了综合管理方法来准确识别和跟踪牛只行为。首先,采用改进YOLO v8算法对牛只进行目标监测,其中,在Backbone和Neck端使用C2f-faster结构,增强模型特征提取能力;引入上采样算子CARAFE,拓宽感受视野进行数据特征融合;针对牛只幼仔检测加入BiFormer注意力机制,以识别牛只小面积特征;更换动态目标检测头DyHead,融合尺度、空间和任务感知;然后,使用Focal SIoU函数,解决正负样本分配不均衡和CIoU局限性的问题。最后,将YOLO v8检测到的行为类别信息引入BoTSORT算法中,实现在复杂场景下牛只多目标行为识别跟踪。实验结果表明,提出的FBCD-YOLO v8n(FasterNet、BiFormer、CARAFE、DyHead)模型在牛只行为数据集上,相比较YOLO v5n、YOLO v7tiny和原YOLO v8n模型的mAP@0.5分别提升3.4、3.1、2.4个百分点,尤其牛只回舔行为识别平均精度提高7.4个百分点。跟踪方面,BoTSORT算法的MOTA为96.1%,MOTP为78.6%,IDF1为98.0%,HOTA为78.9%;与ByteTrack、StrongSORT算法比,MOTA和IDF1显著提升,跟踪效果良好。研究表明,在牛舍养殖环境下,本研究构建的多目标牛只行为识别跟踪系统,可有效帮助农户监测牛只行为,为牛只的自动化精准养殖提供技术支持。

关键词：牛只目标监测行为识别多目标跟踪 YOLO v8 BoTSORT

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宽输入双有源桥变换器移相变频控制策略研究

太阳能学报 2024年第6期45卷 234-243页

作者：卓福生董纪清福建省新能源发电与电能变换重点实验室(福州大学) 福州350108

重点分析三重移相控制下宽输入工况对双有源桥DC-DC变换器特性的影响,分别推导宽范围输入电压情况下软开关范围、电流峰值和电流有效值随开关频率变化的理论表达式。在此基础上,提出一种移相变频混合控制策略,通过调节开关频率扩大双有... 详细信息

重点分析三重移相控制下宽输入工况对双有源桥DC-DC变换器特性的影响,分别推导宽范围输入电压情况下软开关范围、电流峰值和电流有效值随开关频率变化的理论表达式。在此基础上,提出一种移相变频混合控制策略,通过调节开关频率扩大双有源桥DC-DC变换器的软开关范围,并降低电流峰值和电流有效值,提高变换器的整体效率。最后,搭建一台基于SiC器件的1 kW双有源桥DC-DC变换器样机验证所提控制策略的有效性。

关键词：双向DC-DC变换器 DAB变换器电流峰值电流有效值移相变频

自动化场景区分下FABF-YOLOv8s轻量化肉牛行为识别方法

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农业工程学报 2024年第15期40卷 152-163页

作者：付辰伏任力生王芳河北农业大学信息科学与技术学院保定071001 河北省农业大数据重点试验室保定071001

针对现有目标检测模型在自然天气环境下肉牛行为识别易受复杂背景干扰及模型参数量、计算量、权重文件占用内存较大等问题,该研究提出基于自动化场景区分的轻量化肉牛多行为识别方法。首先,通过FasterNet模型自动区分天气场景。其次,对Y... 详细信息

针对现有目标检测模型在自然天气环境下肉牛行为识别易受复杂背景干扰及模型参数量、计算量、权重文件占用内存较大等问题,该研究提出基于自动化场景区分的轻量化肉牛多行为识别方法。首先,通过FasterNet模型自动区分天气场景。其次,对YOLOv8s网络进行轻量化设计改进,在Backbone端更换FasterNet轻量级模型主干,结合尺度内特征交互AIFI,捕获重要特征信息;利用加权双向特征金字塔BiFPN作为Neck端网络,选择特征提取网络C2f-Faster作为节点,缩减卷积过程中参数量和计算量的同时提高模型精度,使其更适用肉牛行为识别及后期的部署。然后,使用MPDIoU函数,解决肉牛交叉遮挡等局限性问题。最后,设计系统可视化界面,以图像和视频形式输入模型,借助可视化系统完成对肉牛行为识别效果展示。试验结果表明,FABF-YOLOv8s(FasterNet、AIFI、BiFPN、C2f-Faster,FABF)模型在肉牛行为数据集上,相较于YOLOv5s、YOLOv7和原YOLOv8s模型的mAP@0.5分别提升了1.1、4.7、0.4个百分点,参数量和浮点数计算量分别减少59.48%和43.66%,降低到4.51 M和16.0 GFLOPs。引入自然场景因素构建的FasterNet-FABF-YOLOv8s模型mAP@0.5达到了94.6%。研究表明,自动化场景区分下构建轻量化肉牛行为识别系统,可为农户监测肉牛健康状况以及自动化智慧养殖提供技术支持。

关键词：肉牛目标检测场景区分行为识别 YOLOv8

Al-Mg合金搅拌摩擦焊接头的组织演变及腐蚀性能

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焊接学报 2024年第10期45卷 8-18页

作者：刘金浩李家辰张亮亮吴宝生李鹏董红刚大连理工大学材料科学与工程学院大连116024

文中基于电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)和动电位极化等方法,探索了Al-Mg系合金AA5083-H112搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)接头的微观组织、腐蚀性能和力学性能,揭示了Al-Mg系合金搅拌摩擦焊接头微观... 详细信息

文中基于电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)和动电位极化等方法,探索了Al-Mg系合金AA5083-H112搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)接头的微观组织、腐蚀性能和力学性能,揭示了Al-Mg系合金搅拌摩擦焊接头微观组织的演变机理,明确了微观组织对其腐蚀性能和力学性能的影响规律.结果表明,5083-H112铝合金搅拌摩擦焊接头从母材区(base metal zone,BMZ)到焊核区(nugget zone,NZ)的组织演变规律符合连续动态再结晶机制.800 r/min下接头从BMZ到NZ的平均晶粒尺寸先增大后减小,大角度晶界(high angle grain boundaries,HAGBs)占比先减小后增加.随转速的升高,NZ的平均晶粒尺寸逐渐增大,HAGBs占比受焊接热输入及焊后冷却时间的影响先减小后增大.同转速下接头不同区域和不同转速下接头NZ的腐蚀倾向均呈现出与HAGBs占比正相关的规律,腐蚀部位主要在晶界,腐蚀形貌呈现出晶间腐蚀和剥落腐蚀的特征.接头各区域的硬度与微观组织相符,但对转速的变化不敏感.在600 r/min和1000 r/min转速范围内接头抗拉强度达母材的97%以上,同时断后伸长率与母材接近.

关键词： Al-Mg合金搅拌摩擦焊组织演变腐蚀性能力学性能

利用脉冲星计时阵列限制标量诱导的随机引力波背景

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科学通报 2024年第12期69卷 1517-1519页

作者：周柄辰宇宙线教育部重点实验室(西藏大学) 拉萨850000 西藏大学理学院物理系拉萨850000 中国科学技术大学天文与空间科学学院合肥230026 中国科学技术大学物理学院深空探测实验室/天文学系合肥230026

引力波是由爱因斯坦广义相对论预言的一种天文现象,已经在双脉冲星系统和黑洞合并事件中被观测到,也是我们研究早期宇宙的一种特殊探针.与受各种天体物理过程影响的电磁波不同,引力波可以捕捉到原初宇宙的纯净信息.在针对原初宇宙的研究... 详细信息

引力波是由爱因斯坦广义相对论预言的一种天文现象,已经在双脉冲星系统和黑洞合并事件中被观测到,也是我们研究早期宇宙的一种特殊探针.与受各种天体物理过程影响的电磁波不同,引力波可以捕捉到原初宇宙的纯净信息.在针对原初宇宙的研究中,暴胀宇宙学[1]是一种被广泛接受的理论,解释了宇宙微波背景辐射中观察到的各向异性.在暴胀期间,量子涨落通过时空的膨胀迅速延伸到宇宙尺度,随后缓慢演化,最终形成了我们今天看到的大尺度结构.这些扰动的统计性质可以提供关于宇宙膨胀早期阶段的信息,涵盖了大约e 7倍的开始阶段.然而,为了解释我们今天所看到的宇宙,需要大约e 60倍的膨胀过程,其中仍然有约e 50倍的阶段是不确定的.在暴胀后期阶段,退出哈勃半径的涨落对我们宇宙中的小尺度各向异性贡献至关重要,这些涨落会受到非线性天体物理过程的影响.另一方面,在热大爆炸阶段之前产生的引力波信号可以为我们提供关于小尺度的现象学信息.

关键词：大尺度结构天文现象暴胀宇宙宇宙膨胀引力波哈勃早期宇宙量子涨落

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自循环发酵过程周期性开关操控的设计和分析

高校化学工程学报 2024年第3期38卷 475-482页

作者：吴思辰翟持昆明理工大学化学工程学院云南昆明650500

针对乙醇间歇发酵生产速率低、劳动强度大,连续发酵会带来基质损失,甚至可能导致系统失稳的问题,探讨了一种能自动进行周期开关操控的自循环发酵(SCF)方案,并期望通过理论分析与设计来提高发酵过程的生产强度,同时消除产物抑制诱导系统... 详细信息

针对乙醇间歇发酵生产速率低、劳动强度大,连续发酵会带来基质损失,甚至可能导致系统失稳的问题,探讨了一种能自动进行周期开关操控的自循环发酵(SCF)方案,并期望通过理论分析与设计来提高发酵过程的生产强度,同时消除产物抑制诱导系统失稳。具体地,从连续发酵模型稳定性分析出发,借助最优周期控制(OPC)理论给出SCF强化生产速率的必要性判据;进一步研究发现乙醇产物抑制作用会导致连续发酵系统失稳,并可有效缓解产物抑制作用,消除产物诱导失稳问题。模拟结果表明,生物乙醇的SCF生产模式可以缩短批次发酵时间、避免系统失稳。

关键词：产物抑制失稳最优周期控制自循环发酵提质增效

簸箕柳×三蕊柳种特异性KASP标记开发及种间杂交子代鉴别

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林业科学 2024年第4期60卷 119-126页

作者：戴晓港魏铭辰林木遗传育种全国重点实验室、南方现代林业协同创新中心、林木遗传与生物技术教育部重点实验室、江苏省林木遗传和高效培育重点实验室、南京林业大学林学院南京210037

【目的】开发簸箕柳和三蕊柳种特异性KASP引物,为开展簸箕柳和三蕊柳杂交选育速生、抗虫新种质的真实性鉴定提供参考。【方法】利用簸箕柳和三蕊柳重测序数据,开展全基因组SNP位点分析,筛选出种特异性的SNP位点并设计KASP引物,利用SeqHu... 详细信息

【目的】开发簸箕柳和三蕊柳种特异性KASP引物,为开展簸箕柳和三蕊柳杂交选育速生、抗虫新种质的真实性鉴定提供参考。【方法】利用簸箕柳和三蕊柳重测序数据,开展全基因组SNP位点分析,筛选出种特异性的SNP位点并设计KASP引物,利用SeqHunter2检测设计引物在簸箕柳中的通用性,并利用簸箕柳和三蕊柳自然群体材料对合成的引物进行实验验证,筛选出簸箕柳和三蕊柳种特异性KASP引物,并对它们的杂交子代进行真实性鉴别。【结果】将三蕊柳和簸箕柳重测序的数据比对到三蕊柳基因组,共获得个6598144个SNPs。经过筛选,最终在簸箕柳中检测到674144个和三蕊柳相比为纯合突变的位点。从每条染色体上随机选取100个位点用于KASP引物设计,在1900个SNPs位点中,750个SNP位点可以成功设计出KASP引物。从每条染色体上选取2组,共选取38组引物,通过SeqHunter2检测得到11组引物在簸箕柳中是通用的。利用簸箕柳和三蕊柳自然群体DNA对合成的10组通用引物进行种内保守和种间差异性检测,获得4组在簸箕柳、三蕊柳和种间杂交子代中聚类明显的引物。引物Stri08_82809、Stri14_11602、Stri14_12274和Stri17_10731在簸箕柳自然群体中分别扩增出纯合G/G、T/T、A/A和T/T位点,在三蕊柳自然群体分别扩增出纯合A/A、C/C、G/G和C/C位点,而在真实杂交子代中分别扩增出G/A、T/C、A/G和T/C杂合位点。利用上述4组引物对簸箕柳×三蕊柳的杂交子代进行鉴定,发现在31个杂交子代中,29个个体扩增出杂合位点,说明同时遗传了2个亲本的特征位点,为真实的种间杂交子代。有2个个体扩增的位点为纯合且和母本相同,说明这2个子代为簸箕柳花粉污染的子代。【结论】本研究获得了簸箕柳和三蕊柳种间特异性KASP标记4组,可以准确快速的开展簸箕柳和三蕊柳种间杂交子代的真实性鉴别,为进一步簸箕柳和三蕊柳种间杂交及回交创制抗虫新品种提供了技术支持。

关键词：簸箕柳三蕊柳种间杂交物种特异性KASP引物种间杂交分子鉴别

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青海省地质特征及典型地质标本采集经验

地质论评 2024年第5期70卷 2031-2040页

作者：马启龙马生福雷延军青海省自然资源博物馆西宁810001

地质标本是地史演化和地学研究的见证物,同时也是地质宣传和教学的基础资源和核心材料。以习近平新时代生态文明建设思想为指导,对青海省地质特征及典型地质标本采集经验进行深入分析和讨论。研究结果表明青海省处于不同时期规模巨大的... 详细信息

地质标本是地史演化和地学研究的见证物,同时也是地质宣传和教学的基础资源和核心材料。以习近平新时代生态文明建设思想为指导,对青海省地质特征及典型地质标本采集经验进行深入分析和讨论。研究结果表明青海省处于不同时期规模巨大的造山系中,区域地质活动强烈,经过亿万年的地质演化,形成了丰富的具有典型性和代表性的地质标本。典型地质标本采集时可重点考虑北祁连蛇绿岩、中南祁连构造糜棱岩、柴北缘花岗伟晶岩、西秦岭矽卡岩、青南流纹岩和不同地质年代形成的化石等地质体。同时此次在采集地质标本时得出的宝贵经验,对于今后深入剖析省内地层时空接触关系和构造活动特征、揭示地层演化历史和矿藏分布规律、以及为吸引更多的国内外地学爱好者提供了具有高原特色的新场景和新生态。

关键词：地质标本地质特征采集经验地质科普

基于强化学习算法的两阶段无人船协同调度方法

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系统工程理论与实践 2024年

作者：郭兴海李紫萌计明军贾福生胡玉真中国青岛港务集团哈尔滨工程大学经济管理学院大连海事大学交通运输工程学院哈尔滨工程大学国家大学科技园

疫情过后可能会迎来新的经济增长，集装箱货运量会显著增加，现有的码头陆地侧设施对集装箱处理能力会越发不足。因此，为提高集装箱在码头间的转运效率，本文提出了两阶段调度方法，来驱动无人船在码头水域侧运输集装箱。在第一阶段中... 详细信息

疫情过后可能会迎来新的经济增长，集装箱货运量会显著增加，现有的码头陆地侧设施对集装箱处理能力会越发不足。因此，为提高集装箱在码头间的转运效率，本文提出了两阶段调度方法，来驱动无人船在码头水域侧运输集装箱。在第一阶段中，考虑到无人船再充电模式、时间窗、协调泊位等限制，建立以作业延误最小为目标的任务规划模型，减少无人船延误所带来的惩罚；再构建以执行成本最小为目标的任务规划模型，获得无路径冲突的运输方案。第二阶段中，提出了无人船路径跟踪控制方法。考虑到舵角饱和的约束限制，设计了模型预测控制器来平稳地实现无人船路径控制。最后，提出了MARL算法，该算法可结合历史训练数据快速获得求解问题最优解。仿真结果表明：提出的调度方法能够获得低成本的无人船运输方案，并且提出的算法对大规模问题仍具有较好求解表现。

关键词：无人船两阶段调度方法强化学习