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基于激光点云的树木特征信息提取研究进展

中国农机化学报 2024年第6期45卷 142-148页

作者：张煜恒周宏平南京林业大学机械与电子工程学院南京市210037

树木的特征信息是进行农林业生产研究的重要参数,快速化提取信息对于农林业研究具有重要意义。因此,基于激光点云技术,综述国内外在树木信息提取的研究进展,重点从二维激光雷达、车载激光雷达、地基激光雷达三个方面总结研究现状。指出... 详细信息

树木的特征信息是进行农林业生产研究的重要参数,快速化提取信息对于农林业研究具有重要意义。因此,基于激光点云技术,综述国内外在树木信息提取的研究进展,重点从二维激光雷达、车载激光雷达、地基激光雷达三个方面总结研究现状。指出二维激光雷达通用性较差,户外采集困难;车载激光雷达数据精度较低,算法依赖严重;地基激光雷达数据运算量大等问题。提出快速处理算法的研究、数据集中复杂特征的剔除与修复、精准探测集成系统的研发与产品化等展望。为后续的基于点云技术的树木特征信息提取研究提供参考。

关键词：树木特征提取无损测量激光雷达三维点云点云重建

基于改进COF-YOLO v8n的油茶果静态与动态检测计数方法

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农业机械学报 2024年第4期55卷 193-203页

作者：王金鹏何萌甄乾广周宏平南京林业大学机械电子工程学院南京210037

针对自然环境下油茶果存在严重遮挡、近景色、小目标等现象,使用YOLO网络存在检测精度低、漏检现象严重等问题,提出对YOLO v8n网络进行改进。首先使用MPDIOU作为YOLO v8n的损失函数,有效解决因为果实重叠导致的漏检问题;其次调整网络,... 详细信息

针对自然环境下油茶果存在严重遮挡、近景色、小目标等现象,使用YOLO网络存在检测精度低、漏检现象严重等问题,提出对YOLO v8n网络进行改进。首先使用MPDIOU作为YOLO v8n的损失函数,有效解决因为果实重叠导致的漏检问题;其次调整网络,向其中加入小目标检测层,使网络能够关注小目标油茶以及被树叶遮挡的油茶;最后使用SCConv作为特征提取网络,既能兼顾检测精度又能兼顾检测速度。改进COF-YOLO v8n网络精确率、召回率、平均精度均值分别达到97.7%、97%、99%,比未改进的YOLO v8n分别提高3.2、4.8、2.4个百分点,其中严重遮挡情况下油茶检测精确率、召回率、平均精度均值分别达到95.9%、95%、98.5%,分别比YOLO v8n提高4.0、9.1、4.6个百分点。因此改进后COF-YOLO v8n网络能够明显提高油茶在严重遮挡、近景色、小目标均存在情况下的识别精度,减小油茶的漏检。此外,模型能够实现动、静态输入条件下油茶果计数。动态计数借鉴DeepSORT算法的多目标跟踪思想,将改进后COF-YOLO v8n的识别输出作为DeepSORT的输入,实现油茶果实的追踪计数。所得改进模型具有很好的鲁棒性,且模型简单可以嵌入到边缘设备中,不仅可用于指导自动化采收,还可用于果园产量估计,为果园物流分配提供可靠借鉴。

关键词：油茶果机器视觉 COF-YOLO v8n 计数产量估计

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白纹肉与木质肉品质安全无损检测研究进展

食品与发酵工业 2024年第8期50卷 365-373页

作者：张聪袁伟东周禹周宏平姜洪喆娄彭予谢程南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037

随着我国居民生活水平日益提升,消费者对食品品质及食品安全问题日渐关注。鸡肉味美价廉,肉质鲜美,深受消费者喜爱。为了满足消费者的鸡肉供应需求,禽肉业一味追求快速出栏率,导致鸡肉已出现一系列肌肉缺陷问题,发生率最高的白纹肉(whit... 详细信息

随着我国居民生活水平日益提升,消费者对食品品质及食品安全问题日渐关注。鸡肉味美价廉,肉质鲜美,深受消费者喜爱。为了满足消费者的鸡肉供应需求,禽肉业一味追求快速出栏率,导致鸡肉已出现一系列肌肉缺陷问题,发生率最高的白纹肉(white striping,WS)和木质肉(woody/wooden breast,WB)目前对禽肉业及消费者影响最为严重。常用的判别白纹肉、木质肉的方法是对其进行视觉观察和感官触碰,这种方法存在着主观、效率低和繁琐等缺点,而化学实验法会对鸡肉样本带来污染,显然不适用于后续的快速、在线检测及分选。近年来,无损检测技术发展迅速,其凭借快速、准确和安全等特点已广泛应用于食品品质安全领域。该文综述了近年来国内外关于近红外光谱、机器视觉以及高光谱成像等无损检测技术在白纹肉、木质肉检测中的最新研究进展,对各项技术现阶段存在的问题及未来的发展前景进行了总结和展望,以期为我国肉类食品品质安全检测提供参考和借鉴。

关键词：白纹肉木质肉无损检测近红外光谱机器视觉高光谱成像

基于改进YOLOv7的苹果生长状态及姿态识别

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农业工程学报 2024年第6期40卷 258-266页

作者：陈青殷程凯郭自良吴玄博王金鹏周宏平南京林业大学林业资源高效加工利用协同创新中心南京210037 南京林业大学机械电子工程学院南京210037

针对目前苹果在复杂环境下难以进行生长状态分类识别、姿态信息同步获取等问题,该研究提出了一种基于改进YOLOv7的苹果生长状态分类和果实姿态融合识别方法。首先改进多尺度特征融合网络,在骨干网络中增加160×160的特征尺度层,用于增... 详细信息

针对目前苹果在复杂环境下难以进行生长状态分类识别、姿态信息同步获取等问题,该研究提出了一种基于改进YOLOv7的苹果生长状态分类和果实姿态融合识别方法。首先改进多尺度特征融合网络,在骨干网络中增加160×160的特征尺度层,用于增强模型对微小局部特征的识别敏感度;其次引入注意力机制CBAM(convolutional block attention module),改善网络对输入图片的感兴趣目标区域的关注度;最后采用Soft-NMS算法,能够有效避免高密度重叠目标被一次抑制从而发生漏检现象。此外,结合UNet分割网络和最小外接圆及矩形特征获取未遮挡苹果姿态。试验结果表明,改进YOLOv7的识别精确率、召回率和平均识别精度分别为86.9%、80.5%和87.1%,相比原始YOLOv7模型分别提高了4.2、2.2和3.7个百分点,另外苹果姿态检测方法的准确率为94%。该文模型能够实现苹果生长状态分类及果实姿态识别,可为末端执行器提供了抓取方向,以期为苹果无损高效的采摘奠定基础。

关键词：图像处理 YOLOv7 分类识别姿态识别深度学习苹果

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农药喷雾系统建模与仿真技术研究综述

中国农业科技导报 2024年第3期26卷 76-90页

作者：郑加强张慧春徐幼林周宏平南京林业大学机械电子工程学院南京210037 南京林业大学林业资源高效利用协同创新中心南京210037

农药使用效果与农药喷雾过程密切相关,农药喷雾过程的建模与仿真可弥补因植物生长周期差异、病虫害发生程度不同以及田间作业自然环境不可控等造成的试验研究困难。分析农药施用的抗性、再增猖獗、残留(resistance,resurgence,residue,3... 详细信息

农药使用效果与农药喷雾过程密切相关,农药喷雾过程的建模与仿真可弥补因植物生长周期差异、病虫害发生程度不同以及田间作业自然环境不可控等造成的试验研究困难。分析农药施用的抗性、再增猖獗、残留(resistance,resurgence,residue,3R)/效果、效率、生态(efficacy,efficiency,eco-environment,3E)/方法、模型、测试(method,model,measurement,3M),重点综述农药喷雾过程的雾化、输运、沉积等关键环节的模拟仿真研究状况。根据模拟仿真技术发展趋势,提出农药喷雾半实物仿真系统设计的建议,并提出雾化模型及新型喷头雾化机理、群体农药雾滴多相流场模拟、靶标定制与识别模型、综合农药雾滴飘移模型、植物生长模型与农药喷雾系统耦合等建议,以促进原创农药精确喷雾技术研究和高质量植保机械研发。

关键词：植保机械农药喷雾系统建模仿真发展建议

Investigating the Effectiveness of Road-related Mitigation Measures under Semi-controlled Conditions:A Case Study on Asian Amphibians

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Asian Herpetological Research 2019年第1期10卷 62-68页

作者： Yun WANG Jiayu LAN hongping zhou Lei GUAN Yudi WANG Yongshun HAN Jiapeng QU Syed Asifullah SHAH Yaping KONG China Academy of Transportation Sciences Jilin Agricultural University Hunan University of Science and Technology Key Laboratory of Adaptation and Evolution of Plateau Biota Northwest Institute of Plateau Biology Chinese Academy of Sciences Qinghai Provincial Key Laboratory of Animal Ecological Genomics Department of Ornamental Horticulture and Landscape Architecture College of Horticulture China Agricultural University

Road traffic is the main factor causing the decline in amphibian populations worldwide. The proper design of an amphibian tunnel is one of the most efficient measures to mitigate the negative impacts of road traffic on amphibians. However, no study has investigated the effectiveness of amphibian tunnels under semi-controlled conditions in Asian amphibians. Here, we selected two representative amphibian species, the Chinese brown frog, Rana chensinensis, and the Asiatic toad, Bufo gargarizans, which suffer the most severe road mortality along the roads in Northeast China. We placed experimental arrays of culverts of various sizes(diameters of 1.5, 1, and 0.5 m for circular culverts; side lengths of 1.5, 1, and 0.5 m for box culverts), and substrate type(soil, concrete, and metal) to examine the preferences of both species during the migratory season between May and September in 2016 and 2017. The results revealed that the Chinese brown frog preferred mid-and large-sized culverts as well as soil culverts. We concluded that culverts with a side length ≥ 1 m, lined with soil, and accompanied by a ≥ 0.4 m high guide drift fence and ≤ 45° gradient on the roadside ditch wall would best facilitate road crossings for both species and likely for other amphibian species in Northeast China.

关键词： amphibian tunnels crossing structure drift fence highway roadside ditch road ecology

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核桃振动采收研究现状与发展趋势

林业工程学报 2024年第1期9卷 21-31页

作者：茹煜范高鸣徐国鹏许林云周宏平陈吉朋南京林业大学机械电子工程学院南京210037

核桃作为一种高附加值的经济作物,具有广泛的市场需求和良好的经济效益。随着我国核桃种植面积的不断扩大和农业机械化的发展,核桃采收存在的采收率低下、采净率不高的问题日渐凸显,研制适合我国不同种植模式需求的核桃高效采收装备对... 详细信息

核桃作为一种高附加值的经济作物,具有广泛的市场需求和良好的经济效益。随着我国核桃种植面积的不断扩大和农业机械化的发展,核桃采收存在的采收率低下、采净率不高的问题日渐凸显,研制适合我国不同种植模式需求的核桃高效采收装备对于促进核桃生产规模化、推进农业科技创新具有重要意义。针对国内外核桃采收技术与装备的发展,综述了对于立地条件复杂的山核桃、小行距矮化密植种植模式下的核桃以及标准果园种植模式下的核桃适用的机械采收设备的研究现状,从树枝振动、树干振动和树冠振动3个角度对其振动机理进行了分析论证,并就国内外振动采收的激振夹持方式与激振参数进行了分析。分析了当前振动采收技术在实际应用过程中存在的主要问题,并指出了结构复杂、工作参数难确定、智能化程度不高是制约我国核桃采收机械发展的因素。提出了未来核桃振动采收智能化、多样化的发展趋势,通过在激振机理、能量传递、精准定位、柔性作业等方面开展深入研究,可为振动采收技术与装备的发展提供一种新思路。

关键词：核桃采收振动机理智能化研究现状

近红外光谱及成像检测影响因素与校正方法研究进展

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激光与光电子学进展 2024年第4期61卷 29-38页

作者：周禹张睿加袁伟东蒋雪松周宏平孙梦梦张聪姜洪喆南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037

近红外光谱及成像检测凭借其高效、无损、非接触等优点近年来被广泛应用于农林产品、食品检测等方面。该技术可快速获取样品光谱和图像信息,进而结合化学计量学、机器学习建模等对样品进行品质安全、掺杂掺假、理化指标和产地溯源等方... 详细信息

近红外光谱及成像检测凭借其高效、无损、非接触等优点近年来被广泛应用于农林产品、食品检测等方面。该技术可快速获取样品光谱和图像信息,进而结合化学计量学、机器学习建模等对样品进行品质安全、掺杂掺假、理化指标和产地溯源等方面检测,深受各行各业的认可。但光学仪器使用环境以及被测样品性质具有局限性,光学检测结果易受到各种因素干扰,从而影响检测精度,应当予以消除或削弱。简述了近红外光谱和高光谱成像的检测基本原理,并对国内外近红外光谱及成像技术在检测时受到的影响因素进行总结与归纳,结合国内外研究学者在相关方面的研究内容,重点在温度、光照、水分、曲率变化和湿度等5个方面及相关校正方法的应用进行阐述,对当前存在的部分问题提出总结与建议,以期为相关方向的研究人员提供参考及借鉴。

关键词：近红外光谱高光谱成像无损检测化学计量学影响因素校正方法

基于改进UNet模型的油茶果振动采摘点定位方法

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农业工程学报 2024年第8期40卷 171-178页

作者：王金鹏何萌甄乾广胡皓若袁飞陈苏楠方宸哲周宏平南京林业大学机械电子工程学院南京210000

针对非花果同期油茶果采收效率低这一问题,提出一种侧枝振动采摘点定位方法,通过振动侧枝降低树木损伤并实现高效采收。首先构建数据集,对侧枝分段标注,向UNet中添加CloFormer注意力机制并命名为Clo-UNet,实现侧枝的二维重构。其次,在Cl... 详细信息

针对非花果同期油茶果采收效率低这一问题,提出一种侧枝振动采摘点定位方法,通过振动侧枝降低树木损伤并实现高效采收。首先构建数据集,对侧枝分段标注,向UNet中添加CloFormer注意力机制并命名为Clo-UNet,实现侧枝的二维重构。其次,在Clo-UNet基础上进一步设计采摘点定位方法并命名为Clo-UNet-Point,该方法优先选择采收离果实最远且最粗的枝条。试验表明,Clo-UNet在验证集上表现优异,其中br_con(连果枝)、danger(危险区)和br_pro(优先采收区域)的平均交并比mIoU分别达到85.36%、86.37%和81.29%,平均像素精度mPA分别达到94.97%、96.17%和89.48%,Clo-UNet在整个数据集上的mIoU和mPA分别比UNet高5.14、6.85个百分点。通过观察验证集647幅图像,Clo-UNet-Point算法在不同光照条件下均能定位到采摘点,平均检测一张图像用时0.15 s。该研究可为未来非花果同期类油茶果的自动化振动采收奠定理论基础。

关键词：振动采收油茶果 UNet语义分割模型采摘点定位