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番茄温室内移动喷药机器人的路径规划研究

计算机工程与应用 2024年第16期60卷 325-332页

作者：高兴旺任力生王芳河北农业大学信息科学与技术学院河北保定071001 河北省农业大数据重点实验室河北保定071001

移动喷药机器人在番茄温室内作业时,存在规划路径效率低、平滑性差以及路径存在安全隐患等问题。提出了一种优化A*算法融合DWA算法的番茄温室移动喷药机器人的路径规划算法。充分考虑番茄温室具体环境,定义作业安全距离及对种植区进行... 详细信息

移动喷药机器人在番茄温室内作业时,存在规划路径效率低、平滑性差以及路径存在安全隐患等问题。提出了一种优化A*算法融合DWA算法的番茄温室移动喷药机器人的路径规划算法。充分考虑番茄温室具体环境,定义作业安全距离及对种植区进行膨胀化处理,保证移动喷药机器人安全作业;通过为启发函数添加动态权重因子,采用关键节点提取技术提高全局路径规划效率,同时引入转弯点以及三次B样条曲线确保路径的全面覆盖及平滑性;最后融合DWA算法保证移动喷药机器人对突现障碍物的躲避。使用Matlab构建番茄温室环境进行仿真验证,实验结果表明,优化后的算法比传统算法规划出的路径更安全、平滑,覆盖喷药区域完整,规划效率明显提升,融合算法成功实现了对路径突现障碍物的躲避。该方案满足移动喷药机器人在复杂番茄温室中的作业需求。

关键词：番茄温室移动喷药机器人路径规划 A*算法动态窗口法(DWA)

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温室大棚吊秧绳打结装置设计与试验

农机化研究 2024年

作者：刘虎李久熙滕桂法刘智国河北农业大学机电工程学院河北农业大学信息科学与技术学院中电长城圣非凡信息系统有限公司

吊秧是温室大棚生产中必不可少的一项劳动密集型工作。针对目前温室大棚吊秧绳手工打结作业强度大、用工成本高的问题,设计了一种温室大棚吊秧绳打结装置。首先,确定了打结装置的双α环成结方式和工作原理,并对夹持机构、缠绕机构和勾... 详细信息

吊秧是温室大棚生产中必不可少的一项劳动密集型工作。针对目前温室大棚吊秧绳手工打结作业强度大、用工成本高的问题,设计了一种温室大棚吊秧绳打结装置。首先,确定了打结装置的双α环成结方式和工作原理,并对夹持机构、缠绕机构和勾绳机构等关键部件进行了设计;其次,利用拟定的打结运动时序图,建立打结装置虚拟样机模型,对打结过程进行了运动学仿真,得到了移动距离、转动速度和时间的关系;最后,制作了样机并进行绳结稳定性试验验证。结果表明:装置可在8 s内完成一次吊秧打结动作,能够有效地提高吊秧效率和安全性,可为温室大棚吊秧提供一种新的方案和配套装置。

关键词：温室大棚吊秧双α环成结打结装置运动时序

免耕技术对三大粮食作物的区域产量效应及其影响因素的Meta分析

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农业工程学报 2024年第16期40卷 133-142页

作者：王雪佟丙辛李长青孙志梅河北农业大学资源与环境科学学院保定071000 河北省农田生态环境重点实验室保定071000

免耕是保护性耕作的核心技术之一,了解免耕对中国粮食作物产量的影响对于保障国家粮食安全和推广应用免耕技术具有重要意义。该研究通过收集整理1995—2023年间国内外公开发表的文献数据,以传统耕作(翻耕、旋耕、耙耕,深度8)及一年一熟... 详细信息

免耕是保护性耕作的核心技术之一,了解免耕对中国粮食作物产量的影响对于保障国家粮食安全和推广应用免耕技术具有重要意义。该研究通过收集整理1995—2023年间国内外公开发表的文献数据,以传统耕作(翻耕、旋耕、耙耕,深度8)及一年一熟或两年三熟的玉米种植模式,均会导致免耕玉米产量的显著降低;东北区和东南区玉米产量的降低则又分别受低温(≤10℃)和高温(>15℃)的影响。较高的年均降水量(>800 mm)、土壤养分含量(有机碳含量>15 g/kg、全氮含量>1.5 g/kg)和氮、钾肥投入量综合影响东南区免耕水稻的产量效应。因此,免耕技术的应用需要综合考虑作物类型、区域气候、土壤肥力特征和种植制度等因素。研究结果可为免耕技术在不同农区粮食作物上的推广应用提供科学依据。

关键词：免耕作物产量产量构成 Meta分析

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基于YOLOv4的水下海参检测与计数算法

中国农机化学报 2024年第9期45卷 258-264页

作者：宋小鹿冯娟梁翔宇周玺兴河北农业大学信息科学与技术学院河北保定071001 河北省农业大数据重点实验室河北保定071001 河北农业大学机电工程学院河北保定071001

针对智慧水产养殖中海参自动采捕和高效计量应用需求,提出一种基于YOLOv4的水下海参检测与计数算法。该算法利用暗通道先验算法对数据集进行预处理,增强图像数据的可检测性;采用迁移学习方法训练YOLOv4网络,并用Swish函数替换骨干网络... 详细信息

针对智慧水产养殖中海参自动采捕和高效计量应用需求,提出一种基于YOLOv4的水下海参检测与计数算法。该算法利用暗通道先验算法对数据集进行预处理,增强图像数据的可检测性;采用迁移学习方法训练YOLOv4网络,并用Swish函数替换骨干网络中的激活函数,提升自建数据集的海参检测性能;提出基于相近帧目标质心定位偏移的降重计数方法,优化目标计数结果。试验结果表明:该检测算法识别水下海参目标的平均检测精度的平均值mAP达91.0%,分别比原始YOLOv4、YOLOv3、Faster R-CNN和SDD高4.5%、6.9%、5.0%、29.9%;降重计数算法获得海参数量与人工计数结果间的均方根误差RMSE为29.8、平均计数精度ACP为95.8%、决定系数R2为0.998。

关键词：海参暗通道先验 YOLOv4 迁移学习降重计数

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基于卡通-纹理模型的激光吸收光谱层析成像

中国激光 2024年第6期51卷 220-230页

作者：司菁菁吕东灿张瑞程银波刘畅燕山大学信息科学与工程学院河北秦皇岛066004 河北农业大学海洋学院河北秦皇岛066003 爱丁堡大学工程学院英国爱丁堡EH93JL 河北省信息传输与信号处理重点实验室河北秦皇岛066004

可调谐二极管激光吸收光谱层析成像(TDLAT)是一种重要的光学非侵入式燃烧检测技术。然而,TDLAT逆问题的欠定性本质使得现有迭代层析成像算法重建的燃烧场温度分布图像存在较大误差。针对该问题,笔者将图像处理领域的卡通-纹理模型引入TD... 详细信息

可调谐二极管激光吸收光谱层析成像(TDLAT)是一种重要的光学非侵入式燃烧检测技术。然而,TDLAT逆问题的欠定性本质使得现有迭代层析成像算法重建的燃烧场温度分布图像存在较大误差。针对该问题,笔者将图像处理领域的卡通-纹理模型引入TDLAT,提出了基于卡通-纹理模型的温度重建算法(TRACT)。该算法利用全变差约束下的Landweber算法重建气体吸收密度图像中的卡通成分,较好地恢复其中的平滑特征与边缘结构;构建改进的迭代收缩阈值算法深度展开网络,并用其重建气体吸收密度图像中的细节纹理成分;通过卡通成分重建与纹理成分重建的相互补充,提高气体吸收密度图像的整体重建质量,进而提高燃烧场温度分布图像的重建质量。利用火焰动力学模拟器生成的仿真数据与利用TDLAT实验系统实际测量数据进行的重建实验均表明,与现有的迭代层析成像算法相比,TRACT重建的燃烧场温度分布图像在客观评价指标与主观视觉质量方面均有较大提升。

关键词：光谱学可调谐二极管激光吸收光谱层析成像温度重建双线测温法卡通-纹理模型

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粮食安全：现状、问题及应对策略

中国农业科技导报 2024年

作者：陈立霞刘敬泽吴立柱沈银柱河北工业职业技术大学环境与化学工程系河北师范大学河北农业大学生命科学学院

人类作为生态系统中的重要功能单位，对地球环境产生了深远的影响。在社会和经济发展的过程中，随着人口数量的迅速增长，人们对自然资源不可持续的开发利用，使森林面积减少、土地退化、淡水资源紧缺、全球气温升高、严重破坏了生物多... 详细信息

人类作为生态系统中的重要功能单位，对地球环境产生了深远的影响。在社会和经济发展的过程中，随着人口数量的迅速增长，人们对自然资源不可持续的开发利用，使森林面积减少、土地退化、淡水资源紧缺、全球气温升高、严重破坏了生物多样性，使作物的产量明显下降，使粮食安全问题日益严峻。介绍了粮食安全问题现状及其产生的主要原因，同时提出了应对粮食安全问题的举措，诸如大力发展绿色能源、减少温室气体排放、调整研究目标和方法、推广多样化种植摸式、提高粮食生产率等多种可持续发展的对策，共同应对粮食安全的挑战，实观人类与地球的和谐共生，旨在为应对粮食安全问题提供借鉴。

关键词：人口爆炸土地退化气候变化粮食安全

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面向大规模农田的农机跨区作业紧急调配研究

中国农机化学报 2024年第8期45卷 196-203页

作者：于春辉常淑惠张璠姚竟发孟宇郭亚倩河北农业大学信息科学与技术学院河北保定071001 河北省农业大数据重点实验室河北保定071001 河北软件职业技术学院软件工程系河北保定071030 河北农业大学继续教育学院河北保定071001

针对大规模农田的粮食抢收工作,由于抢收约束时间的限制,导致可能无法在规定时间内完成所有粮食的收割任务,此时则会出现粮食损失值。构建以粮食损失值最小化为目标的农机跨区紧急调配模型,提出基于两阶段的农机紧急调配算法(Agricultur... 详细信息

针对大规模农田的粮食抢收工作,由于抢收约束时间的限制,导致可能无法在规定时间内完成所有粮食的收割任务,此时则会出现粮食损失值。构建以粮食损失值最小化为目标的农机跨区紧急调配模型,提出基于两阶段的农机紧急调配算法(Agricultural Machinery Emergency Algorithm based on Two Stages,TSEA)。首先按照基于距离的分区策略对大规模农田进行分区,接着采用改进的遗传算法分别对各农田分区进行农机紧急作业调配。为验证算法的有效性,主要从紧急任务的粮食损失值、算法运行时间等方面将TSEA算法与GA、SA算法进行比较,试验结果表明,TSEA算法得到的紧急调度方案优于其他两种算法。为验证本文分区策略的有效性,分别采用TSEA算法和不分区的紧急调配算法从粮食损失值、算法运行时间等方面进行比较,验证分区策略的有效性。多组试验结果表明该文提出的策略和算法对于解决大规模农田的农机跨区紧急调配问题更有效,可为农机管理部门提供解决方案。

关键词：农业机械大规模农田跨区作业聚类分区紧急调配

带时间窗的多目标农机跨区协同作业调度方法研究

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中国农机化学报 2024年第10期45卷 184-192页

作者：郭亚倩张璠姚竟发常淑惠孟宇于春辉河北农业大学信息科学与技术学院河北保定071000 河北省农业大数据重点实验室河北保定071000 河北软件职业技术学院软件工程系河北保定071000 河北农业大学继续教育学院河北保定071000

由于缺少科学合理的优化调度策略,在农收季节多机跨区作业常常出现作业成本高、作业效率低、无法在适宜作业的时间内完成农田任务等情况。针对此问题,在作业时间窗的约束下,以农机作业转移距离最短、调度总成本最低为目标,构建多机多目... 详细信息

由于缺少科学合理的优化调度策略,在农收季节多机跨区作业常常出现作业成本高、作业效率低、无法在适宜作业的时间内完成农田任务等情况。针对此问题,在作业时间窗的约束下,以农机作业转移距离最短、调度总成本最低为目标,构建多机多目标跨区协同作业调度模型,设计基于优先级策略的多目标自适应优化调度算法(APRMOGA)。采用双层编码方式对基因进行编码,按照时间窗优先级规则依次分配联合收割机进行作业,产生初始种群;设计基于双层编码的时间窗优先级顺序交叉方法,优先保留开始作业时间早的基因,结合自适应变异概率和精英策略对个体进行选择变换,得到全局最优的Pareto解集。选取河北省内某地区24块农田进行试验验证,结果表明:APRMOGA算法运行效率要高于NSGA-Ⅱ算法;通过APRMOGA算法计算得到的联合收割机作业转移距离和调度总成本比NSGA-Ⅱ算法分别下降23.60%、13.72%。

关键词：农机时间窗优先级策略多目标优化路径规划

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不同供磷水平下大白菜的生长和磷吸收策略研究

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作物杂志 2024年

作者：侯赛赛李畅李青云王鑫鑫河北农业大学资源与环境科学学院河北农业大学园艺学院国家北方山区农业工程技术研究中心河北省山区农业技术创新中心河北农业大学河北省山区研究所

磷（P）作为植物生长必需的营养元素，对植物生长代谢具有重要意义。供磷水平是影响土壤磷含量、植物磷吸收和生长的重要因素。本研究控制供磷水平（0、2.5、5、10、25、50、100、150、300、600、900、1200 P mg/kg，分别用P0、P2.5··... 详细信息

磷（P）作为植物生长必需的营养元素，对植物生长代谢具有重要意义。供磷水平是影响土壤磷含量、植物磷吸收和生长的重要因素。本研究控制供磷水平（0、2.5、5、10、25、50、100、150、300、600、900、1200 P mg/kg，分别用P0、P2.5···P1200表示），以大白菜（Brassica pekinensis Rupr.）为研究对象，探究供磷水平对大白菜生长及磷吸收策略的影响。结果表明，供磷水平显著影响了大白菜地上部、根系的生长、干物质的积累和磷吸收。大白菜株高和茎粗分别在P150和P900时达最大值；随供磷水平增加，地上部干重从0.47 g增加到2.24 g，根部干重从0.06 g增加到0.23 g；地上部、根部磷含量分别增加了197.9%和203.7%；随供磷水平增加，根长、根表面积和根直径等根系性状均先增加后降低，根长在P150时达最大值，根直径、根表面积和根体积在P300时达最大值。综上，本试验中，当施用150～300 P mg/kg浓度的磷时，大白菜整体生长性状最高，最有利于大白菜生长发育。低磷条件下，大白菜通过增强根系发育来增加磷吸收；而当土壤磷含量过高，植物将弱化根系生长，以减少对土壤中磷素的获取。

关键词：大白菜磷磷吸收生长策略根系性状