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鱼菜共生技术及其系统装备的研究现状与展望

南京农业大学学报 2024年

作者：李天沛汪小旵施印炎丁为民南京农业大学工学院江苏省现代设施农业技术与装备工程实验室

中国淡水养殖产量稳居世界第一位，但过量投饲和养殖模式落后带来的水体富营养化、生产效率低下以及水产品质量无法得到保障等问题严重制约了水产养殖业的健康发展，因此发展鱼菜共生等生态种养模式是加快发展生态循环农业并最终实现农... 详细信息

中国淡水养殖产量稳居世界第一位，但过量投饲和养殖模式落后带来的水体富营养化、生产效率低下以及水产品质量无法得到保障等问题严重制约了水产养殖业的健康发展，因此发展鱼菜共生等生态种养模式是加快发展生态循环农业并最终实现农业绿色可持续发展的重要途径。鱼菜共生技术可实现氮素和水资源的高利用率，生产农产品的同时生态效益也很显著。鱼菜共生系统包含水产养殖、养殖尾水预处理、微生物降解转化、作物栽培等农艺环节，涉及多种农业生产过程和装备。本文总结了国内外现代鱼菜共生技术的发展现状，介绍了鱼菜共生系统的装备组成和模式特点，分析了鱼菜共生技术及其装备存在的问题和挑战，对鱼菜共生技术未来的发展作出展望与建议，以期为鱼菜共生技术的研究和我国生态种养模式可持续发展提供参考。

关键词：鱼菜共生种养装备水产养殖无土栽培尾水处理氮素循环

基于改进YOLOv8的草莓识别与果梗采摘关键点检测

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农业工程学报 2024年第18期40卷 167-175页

作者：杨震宇汪小旵祁子涵王得志南京农业大学工学院南京210031 江苏省现代农业设施农业技术与装备试验室南京210031

为解决草莓采摘机器人工作过程中果梗采摘点定位精度低和遮挡草莓识别困难等问题,该研究提出一种改进后YOLOv8算法与pose关键点检测算法相结合的草莓识别定位方法。通过对YOLOv8进行优化,引入BiFPN(bidirectional feature pyramid netwo... 详细信息

为解决草莓采摘机器人工作过程中果梗采摘点定位精度低和遮挡草莓识别困难等问题,该研究提出一种改进后YOLOv8算法与pose关键点检测算法相结合的草莓识别定位方法。通过对YOLOv8进行优化,引入BiFPN(bidirectional feature pyramid network)和GAM(generalized attention module)模块以强化模型的双向信息流,动态分配特征权重,并专注于小目标特征的提取和强化被遮挡区域特征,旨在提升模型复杂环境中采摘点定位准确率和遮挡识别的预测准确性。试验结果显示,相比于原始模型,经过改进的YOLOv8-pose模型在草莓识别准确率(precision,P)、召回率(recall,R)、平均精度(mean average precision,mAP)及关键点平均精度(mean average precision-key point,mAP_(kp))上分别提高6.01、1.98、6.67和7.85个百分点,基于关键点检测的果梗采摘点在X、Y、Z方向定位误差分别为1.4、1.4和2.2 mm。此外,根据草莓遮挡重叠区域面积对草莓遮挡程度分类,利用不同遮挡程度对模型性能验证,在遮挡情况下改进后YOLOv8-pose,mAP_(kp)比原模型提高9.78个百分点。基于该研究所提出的视觉模型,机器人在田间试验下的采摘成功率为95%,单个草莓的采摘耗时10 s,可为实现机器人精准采摘提供重要的技术支持。

关键词：图像识别草莓 YOLOv8 采摘遮挡

基于改进Mask R-CNN的笼养死鸭识别方法

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农业机械学报 2024年第7期55卷 305-314页

作者：柏宗春吕胤春朱一星马肄恒段恩泽江苏省农业科学院农业设施与装备研究所南京210014 农业农村部长江中下游设施农业工程重点实验室南京210014 江苏大学农业工程学院镇江212013

针对规模化笼养肉鸭舍内死鸭识别采用人工作业方式时,存在作业效率低、劳动强度大、养殖成本高等问题,以层叠式笼养肉鸭为研究对象,提出了一种基于深度学习的笼养死鸭识别方法。为了采集数据,首先面向立体层叠式养殖环境设计了一款适用... 详细信息

针对规模化笼养肉鸭舍内死鸭识别采用人工作业方式时,存在作业效率低、劳动强度大、养殖成本高等问题,以层叠式笼养肉鸭为研究对象,提出了一种基于深度学习的笼养死鸭识别方法。为了采集数据,首先面向立体层叠式养殖环境设计了一款适用于肉鸭舍的自主巡检装备。针对笼养肉鸭舍铁丝网遮挡严重的问题,基于机器视觉对笼网进行修复,基于OpenCV对图像进行增强处理。构建了一种基于Mask R-CNN的死鸭识别模型,采用Swin Transformer对模型进行优化,解决了Mask R-CNN网络缺乏整合全局信息能力的问题。对比分析了SOLO v2、Mask R-CNN和Mask R-CNN+Swin Transformer模型识别笼内死鸭准确率。实验结果表明,在平均精度均值为90%的条件下,Mask R-CNN+Swin Transformer模型对笼内死鸭总体识别准确率可达95.8%,在自主巡检装备上的检测效果优于其他主流的目标检测算法。

关键词：机器视觉笼养肉鸭死鸭识别 Mask R-CNN

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不对行大蒜联合收获机设计与试验

中国农机化学报 2024年第6期45卷 20-25页

作者：徐国栋李骅齐新丹傅杰一王永健孙新平南京工业大学机械与动力工程学院南京市211816 江苏省智能化农业装备重点实验室/南京农业大学南京市210031 南京农业大学工学院南京市210031

现有大蒜联合收获机主要采用振动挖掘、对行夹持输送、自动切茎方式,这种收获方式要求大蒜种植时要对行播种,同时在收获过程中机具要尽量对行直线行驶,否则极易因对行不准而发生漏收、堵塞等问题。针对这一情况,设计一款可不对行收获的... 详细信息

现有大蒜联合收获机主要采用振动挖掘、对行夹持输送、自动切茎方式,这种收获方式要求大蒜种植时要对行播种,同时在收获过程中机具要尽量对行直线行驶,否则极易因对行不准而发生漏收、堵塞等问题。针对这一情况,设计一款可不对行收获的大蒜联合收获机。首先,基于不对行收获的特点和大蒜收获的农艺要求,进行整机总体设计;其次,通过建立数学模型完成灭茬机构设计和选型,建立运动学模型确定蒜秧切割机构和振动挖掘机构的运动参数;最后,以前进速度、入土倾角和挖掘深度为试验因素,以损伤率和漏收率为主要评价指标,进行三因素三水平正交组合试验并利用SPSS软件进行方差分析。结果表明:当前进速度为0.35 m/s,入土倾角为20°,挖掘深度为100 mm时,不对行大蒜联合收获机性能最优,此时损伤率为2.91%、漏收率为3.93%。

关键词：大蒜联合收获机不对行切秧机构振动挖掘铲灭茬机构正交试验

饲养密度对肉鸭生长性能和保健生理功能的影响

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南京农业大学学报 2024年

作者：屠民航蔡根谭闫乐艳韩国峰施振旦马龙飞陈顺王恬陈哲王超南京农业大学动物科技学院江苏省农业科学院畜牧研究所/农业农村部种养结合重点实验室江苏省农业科学院农业设施与装备研究所/农业农村部长江中下游设施农业工程重点实验室

[目的]本试验旨在研究不同饲养密度对肉鸭生长性能、免疫力、肠屏障和抗氧化能力的影响。[方法]试验选取1日龄雄性樱桃谷鸭200只，随机分为4个不同饲养密度的试验组，分别为SD1(11只·m-2)、SD2(12只·m-2)、SD3(13只·m-2)、SD4(14只·... 详细信息

[目的]本试验旨在研究不同饲养密度对肉鸭生长性能、免疫力、肠屏障和抗氧化能力的影响。[方法]试验选取1日龄雄性樱桃谷鸭200只，随机分为4个不同饲养密度的试验组，分别为SD1(11只·m-2)、SD2(12只·m-2)、SD3(13只·m-2)、SD4(14只·m-2)，每组3个重复，试验期为42 d。[结果] 肉鸭42 d体重和1 ～ 42 d平均日增重在SD1与SD2组间无显著差异（P > 0.05），与SD1、SD2组相比，SD3、SD4组平均日采食量（ADFI）、平均日增重（ADG）和最终体重显著降低（P 0.05）。与SD1、SD2组相比，SD4组血清中D-乳酸（D-LA）、脂多糖（LPS）含量和二胺氧化酶（DAO）活性显著升高（P < 0.05）。与SD1、SD2组相比，SD3、SD4组空肠黏膜中闭锁蛋白（OCLN）、闭合小环蛋白-1（ZO-1）、血红素加氧酶-1（HO-1）、超氧化物歧化酶1（SOD1）和分泌型免疫球蛋白A（SlgA）mRNA的表达量显著下降（P < 0.05），核因子-κB（NF-κB）和白细胞介素-2（IL-2）mRNA的表达量显著升高（P < 0.05），且SD4组紧密连接蛋白2（CLDN2）、GSH-Px、核因子E2相关因子2（Nrf2）mRNA的表达显著降低（P < 0.05），肿瘤坏死因子-α（TNF-α）mRNA的表达量显著升高（P < 0.05）。[结论]综上，高饲养密度(13 ～ 14只·m-2)可导致肠屏障受损并抑制肉鸭生长、免疫及抗氧化功能，这可能与高密度可抑制Nrf2信号通路及激活NF-κB信号通路密切相关。在本试验条件下，肉鸭饲养密度为11 ～ 12只·m-2较适。

关键词：饲养密度肉鸭生长性能抗氧化肠道功能

微酸性电解水对采后香葱抑菌特性及贮藏品质的影响

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食品科学 2024年第9期45卷 197-203页

作者：焦贺孟敌韩颖王馨渝李鹏霞胡花丽李国锋刘玲沈阳农业大学食品学院辽宁沈阳110866 江苏省农业科学院农业设施与装备研究所江苏南京210014 农业农村部农产品冷链物流技术重点实验室江苏南京210014

为探究微酸性电解水(slightly acidic electrolyzed water,SAEW)对香葱采后贮藏品质的影响,本实验分析低温((4±1)℃)贮藏条件下不同质量浓度(0、100、200 mg/L和300 mg/L)SAEW浸泡处理5 min后香葱采后抑菌特性及贮藏品质的变化。结果显... 详细信息

为探究微酸性电解水(slightly acidic electrolyzed water,SAEW)对香葱采后贮藏品质的影响,本实验分析低温((4±1)℃)贮藏条件下不同质量浓度(0、100、200 mg/L和300 mg/L)SAEW浸泡处理5 min后香葱采后抑菌特性及贮藏品质的变化。结果显示,较对照和其他质量浓度(100 mg/L和300 mg/L)SAEW处理相比,200 mg/L SAEW浸泡处理更好地维持了采后香葱的外观品质并抑制了其菌落总数的增长。进一步的研究结果显示,200 mg/L SAEW浸泡处理可有效抑制香葱中质量损失率和腐烂率的增加,减缓叶绿素、VC、可溶性糖以及可溶性蛋白含量的下降,减少有害物质总游离氨基酸、丙二醛和亚硝酸盐的积累。综上,200 mg/L SAEW浸泡处理不仅能有效抑制低温贮藏期间香葱中菌落总数的增长,而且可有效延缓该过程中香葱营养品质的流失,从而提高香葱的保鲜效果。因此,SAEW可作为一种维持采后香葱贮藏品质,延缓其衰老进程的有效杀菌、保鲜措施。

关键词：微酸性电解水香葱杀菌贮藏品质

基于状态向量增强ByteTrack的新生羔羊活动量自动计算方法

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农业工程学报 2024年第13期40卷 146-155页

作者：林庆霞顾兴健陈新文熊迎军张国敏王锋张生福陆明洲南京农业大学人工智能学院南京210031 农业农村部养殖装备重点实验室南京210031 新疆畜牧科学院畜牧业质量标准研究所乌鲁木齐830000 南京农业大学动物医学院南京210095 南京农业大学动物科技学院南京210095 青海民族大学计算机学院西宁810007

为评价母羊繁殖性能并及时发现分娩栏中的弱活力羔羊,该研究提出一种基于状态向量增强ByteTrack的新生羔羊活动量自动计算方法。针对传统ByteTrack算法在跟踪目标被遮挡时易发生身份切换的问题,引入置信度信息增强的状态向量,提高跟踪... 详细信息

为评价母羊繁殖性能并及时发现分娩栏中的弱活力羔羊,该研究提出一种基于状态向量增强ByteTrack的新生羔羊活动量自动计算方法。针对传统ByteTrack算法在跟踪目标被遮挡时易发生身份切换的问题,引入置信度信息增强的状态向量,提高跟踪算法区分遮挡与被遮挡羔羊的能力。针对跟踪目标丢失导致轨迹预测不准确的问题,构建目标丢失期间的虚拟轨迹并重更新轨迹状态向量,以纠正轨迹误差。在获取各羔羊活动轨迹后,计算各羔羊帧间移动距离统计羔羊活动量。在江苏海门山羊研发中心采集的新生羔羊活动视频数据集上,测试状态向量增强的ByteTrack多目标跟踪算法性能。测试结果表明,研究提出的多目标跟踪方法在高阶跟踪精度、多目标跟踪精度、多目标跟踪准确度、IDF1得分上分别达到80.8%、86.1%、84.5%和92.2%,相较于现有算法的最高精度,分别提高2.7、0.2、2.3和3.9个百分点。该研究所提方法能够实现同窝多只新生羔羊的稳定跟踪,为新生羔羊活动量的自动计算、母羊繁殖性能的自动评估提供技术支撑。

关键词：动物目标检测多目标跟踪数据关联遮挡羔羊活动量

不同R/FR比值对双断根西瓜嫁接苗生理及光合荧光特性的影响

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中国农业大学学报 2024年第3期29卷 87-98页

作者：王芽芽张帆石玉鲍恩财曹凯吴雪张毅山西农业大学园艺学院山西太谷030801 江苏省农业科学院农业设施与装备研究所/农业农村部长江中下游设施农业工程重点实验室南京210014

为探究不同红光/远红光(R/FR)比值对双断根西瓜嫁接苗生理及光合荧光特性的影响,提高西瓜嫁接苗种苗品质,对双断根西瓜嫁接苗进行不同光质处理,共设置4种光质组合:黑暗(D)、白光(W)、高比值R/FR(R/FR=3,H)和低比值R/FR(R/FR=0.3,L),以... 详细信息

为探究不同红光/远红光(R/FR)比值对双断根西瓜嫁接苗生理及光合荧光特性的影响,提高西瓜嫁接苗种苗品质,对双断根西瓜嫁接苗进行不同光质处理,共设置4种光质组合:黑暗(D)、白光(W)、高比值R/FR(R/FR=3,H)和低比值R/FR(R/FR=0.3,L),以黑暗为对照,分析西瓜嫁接苗幼苗形态、渗透调节物质、抗氧化酶系统和光合荧光特性。结果表明:与对照相比,L处理显著提高了西瓜嫁接苗的成活率和生长指标,显著提高接穗叶片中的抗氧化酶活性(SOD和POD)、可溶性糖和可溶性蛋白质量分数,同时显著降低了O^(2-)、H_(2)O_(2)和MDA的积累。L处理对西瓜嫁接苗光合系统也有一定影响:处理8 d时,嫁接苗光合特性指标、Fv/Fm、Fv'/Fm'和ФPSⅡ显著升高,NPQ显著下降;而长时间处理(20 d)会导致叶绿素质量分数以及光合特性指标降低,Fv/Fm、Fv'/Fm'、ФPSⅡ和qP下降,NPQ显著升高。综上,低比值R/FR处理能够通过增强西瓜嫁接苗抗氧化能力并影响光合作用的过程,最终促进双断根西瓜嫁接苗的成活及生长。

关键词：双断根嫁接西瓜红光/远红光抗氧化系统光合系统

基于改进YOLOX-S的苹果成熟度检测方法

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中国农机化学报 2024年第3期45卷 226-232页

作者：黄威刘义亭李佩娟陈光明南京工程学院南京市211167 东南大学南京市210096 南京农业大学南京市210031 江苏省智能化农业装备重点实验室南京市210000

准确检测果园中未成熟与成熟的苹果对果园早期作物的负荷管理至关重要,提出一种能够实时检测苹果成熟度,并估算出整棵果树果实数量的方法。为提高YOLOX-S网络在复杂场景下的检测能力,在FPN(特征金字塔)的残差连接处增加了CoordinateAtte... 详细信息

准确检测果园中未成熟与成熟的苹果对果园早期作物的负荷管理至关重要,提出一种能够实时检测苹果成熟度,并估算出整棵果树果实数量的方法。为提高YOLOX-S网络在复杂场景下的检测能力,在FPN(特征金字塔)的残差连接处增加了CoordinateAttention(位置注意力);为更好地检测图像中生长密集、存在遮挡、尺寸较小的苹果,将位置损失函数IoU_Loss更换为CIoU_Loss。试验结果表明,所提出的改进YOLOX-S检测算法相较于原算法,mAP值提高约1.97%,苹果低成熟度、中等成熟度和高等成熟度的AP值分别为90.85%、95.10%和80.50%。

关键词：苹果 YOLOX-S 目标检测位置注意力成熟度检测