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基于轻量化U-Net网络的果园垄间路径识别方法

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农业机械学报 2024年第2期55卷 16-27页

作者：侯文慧周传起程炎王玉伟刘路秦宽安徽农业大学工学院合肥230036

针对目前果园垄间导航路径识别方法存在准确性与实时性难以同时兼顾、泛化能力弱等问题,本文在U-Net模型的基础上进行优化,采用MobileNet-v3 Large作为U-Net的主干特征提取网络,并在跳跃连接处引入坐标注意力机制(Coordinate attention,... 详细信息

针对目前果园垄间导航路径识别方法存在准确性与实时性难以同时兼顾、泛化能力弱等问题,本文在U-Net模型的基础上进行优化,采用MobileNet-v3 Large作为U-Net的主干特征提取网络,并在跳跃连接处引入坐标注意力机制(Coordinate attention,CA),构建轻量化路径识别模型。以该模型分割的垄间可行驶区域为基础,利用最小二乘法重塑可行驶区域边缘点,并进一步提取垄间导航线。首先采用数据增强的草莓垄间数据集进行模型训练,并进一步迁移到葡萄和蓝莓数据集上进行权重微调,以提高模型适应能力。最后在相应的验证集上进行导航路径识别,并通过可视化对比不同模型识别结果,以验证模型准确性。试验结果表明,网络模型在草莓、蓝莓和葡萄果园垄间路径识别的平均交并比分别为98.06%、97.36%和98.50%,平均像素准确度分别达到99.13%、98.75%和99.29%。模型处理RGB图像分割可行驶区域的理论推理速度可达19.23 f/s,满足导航实时性和准确性的要求。

关键词：垄间导航路径识别语义分割图像处理迁移学习 U-Net

超微粉碎/NaOH同步处理麦秸纤维素分离特性研究

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农业机械学报 2024年第2期55卷 346-352,371页

作者：高崇风韩鲁佳湖南农业大学机电工程学院长沙410128 中国农业大学工学院北京100083

为了探究超微粉碎/NaOH同步处理对小麦秸秆纤维素分离及其微观形貌结构和热稳定性的影响,将小麦秸秆与质量分数6%的NaOH溶液按照料液比0.1 g/mL混合,进行了不同时长的超微粉碎/NaOH同步处理,并使用1.4%酸性亚氯酸钠溶液漂白和水浴式超... 详细信息

为了探究超微粉碎/NaOH同步处理对小麦秸秆纤维素分离及其微观形貌结构和热稳定性的影响,将小麦秸秆与质量分数6%的NaOH溶液按照料液比0.1 g/mL混合,进行了不同时长的超微粉碎/NaOH同步处理,并使用1.4%酸性亚氯酸钠溶液漂白和水浴式超声处理,分离得到纤维素纤维。系统表征了不同处理时长对小麦秸秆木质纤维素分离以及小麦秸秆纤维素微观形貌、晶体结构和热稳定性影响。结果表明:在同步处理0~60 min范围内,机械力显著降低了麦秸样品的粒度,有效促进了秸秆木质纤维组分分离;经不同时长超微粉碎/NaOH同步处理后分离获得的小麦秸秆纤维素中,大量微米和纳米纤维素呈相互缠绕的网状分布;随处理时间延长,纤维素结晶度先降低后趋于稳定,处理30~60 min是纤维素结晶度降低的转折点;Person相关性分析结果表明,小麦秸秆纤维素热稳定性与其结晶度以及处理时长呈现显著相关性(P<0.05)。

关键词：小麦秸秆纤维素纤维机械化学同步处理超微粉碎 NaOH处理

冬麦播前耕作方式对麦玉轮作体系中玉米季土壤水分、籽粒灌浆特征及产量的影响

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中国农业科学 2024年第18期57卷 3568-3585页

作者：刘水苗关小康赵志恒王景辉刘世龙高培萌王艳丽吴鹏年高晨凯李煜铭邵京于昊琳王同朝温鹏飞河南农业大学农学院河南农业大学资源与环境学院

【目的】黄淮海平原是我国典型的冬小麦-夏玉米周年轮作区，研究小麦季播前耕作对夏玉米产量形成的影响，为麦玉轮作模式下优化耕作模式以促进夏玉米高产稳产提供理论依据。【方法】基于6年长期定位试验，设置3种冬小麦播前耕作模式，... 详细信息

【目的】黄淮海平原是我国典型的冬小麦-夏玉米周年轮作区，研究小麦季播前耕作对夏玉米产量形成的影响，为麦玉轮作模式下优化耕作模式以促进夏玉米高产稳产提供理论依据。【方法】基于6年长期定位试验，设置3种冬小麦播前耕作模式，连年深耕（deep tillage,DT）、连年免耕（no-tillage,NT）和一年深耕两年免耕的轮耕（rotation tillage,RT）。【结果】RT、DT处理较NT处理显著提高夏玉米灌浆期耕作扰动的0—40 cm土层贮水量，RT处理较DT处理高4.89%—11.02%(2022年)和4.43%—6.06%(2023年)，RT处理较NT处理高8.16%—16.69%(2022年)和6.78%—17.23%(2023年)。RT处理在玉米灌浆期仍能维持较高叶面积指数，灌浆期前中期RT处理叶面积指数较DT处理增加1.41%—14.28%(2022年)和9.03%—14.46%(2023年)，较NT处理增加14.80%—27.56%(2022年)和21.25%—29.39%(2023年)。RT处理花后干物质转移对籽粒贡献率较DT、NT处理提高3.77%、40.36%(2022年)和7.26%、19.91%(2023年)。Logistic方程模拟结果表明3个灌浆阶段的参数大体表现为速增期>渐增期>缓增期，其三粒位表现下部籽粒>中部籽粒>上部籽粒，3个处理各参数变化均表现为RT>DT>NT，其中RT处理提前达到最大灌浆速率，且平均灌浆速率较DT、NT分别增加6.35%、8.06%(2022年)和6.34%、9.84%(2023年)。RT、DT处理百粒重较NT处理显著提高2.71%、6.03%(2022年)和9.02%、12.56%(2023年)，RT处理产量较DT、NT处理显著提高8.92%、14.15%(2022年)和6.25%、19.45%(2023年)。分析产量形成结构方程模型可知，0—40 cm土层贮水量对产量的直接效应和间接效应分别为0.420和0.551,0—40 cm土层贮水量不仅能直接促进产量形成，还能通过地上部生物量以及平均灌浆速率影响产量。【结论】土壤贮水量是提高产量的重要驱动因子，RT能够提高夏玉米灌浆期土壤贮水量，从而增加叶面积指数，延缓叶片衰老时间，增加干物质积累，优化籽粒灌浆特性，促进干物质和籽粒灌浆速率的提高，最终提高夏玉米产量。

关键词：耕作方式夏玉米土壤贮水量干物质转运籽粒灌浆产量小麦

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复杂地形下仿生轮腿式机器人位姿控制研究

农业机械学报 2024年第6期55卷 380-391,403页

作者：张庆潘烤鑫王振宇黄韶炯尤泳王德成中国农业大学工学院北京100083 中国农业大学草业机械装备研究中心北京100083

丘陵山地地势复杂、地形多变,农机装备作业环境以倾斜角度较大的斜坡为主,传统农机装备在丘陵山区复杂地形下作业时效率低、稳定性差,甚至会出现侧倾、翻车等现象。本文从仿生机械设计角度出发,提出一种在丘陵山地复杂地形下能够自主实... 详细信息

丘陵山地地势复杂、地形多变,农机装备作业环境以倾斜角度较大的斜坡为主,传统农机装备在丘陵山区复杂地形下作业时效率低、稳定性差,甚至会出现侧倾、翻车等现象。本文从仿生机械设计角度出发,提出一种在丘陵山地复杂地形下能够自主实现位姿调平控制的轮腿式机器人平台,提升复杂地形下的作业稳定性和安全性。以昆虫后足为仿生机械设计对象,并结合多连杆机构原理,完成新型变行程轮腿机构及机器人平台的整体架构设计。采用D-H参数法分析了轮腿机构运动学特性,结果显示轮腿式机器人离地间隙最大调整量为574mm,具备较强的越障能力。在空间坐标系上定义轮腿式机器人空间姿态参数,推导得到机身姿态角与轮腿伸缩量之间的空间姿态模型,并设计了基于NSGA-Ⅱ的机身空间姿态逆解算法。基于空间姿态逆解算法构建了轮腿式机器人全向位姿调平位姿控制系统,包含机身调平控制器、“虚腿”补偿控制器和质心高度控制器,在复杂地形下行驶时能够控制轮腿式机器人俯仰角、侧倾角、接地力、质心高度等空间姿态参数,然后通过搭建的轮腿式机器人ADAMS-Matlab联合仿真模型完成了位姿控制系统算法仿真验证。在机器人样机上开展了离地间隙自动调整和机身全向位姿调平试验,试验结果表明,试验样机离地间隙最大调整量为574mm,同时在复杂地形下能够实现机身位姿全向自动调平,调平平均时间约为1.2s,调平平均误差为0.8°,位姿控制响应速度与调平精度能够满足实际工作要求。

关键词：轮腿式机器人复杂地形仿生位姿控制样机试验

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氮掺杂碳量子点荧光法检测猪肉中的四环素

中国食品学报 2024年第2期24卷 303-314页

作者：周彤毋晨赵文李明彭汝艳周茜河北农业大学食品科技学院河北保定071001 河北农业大学理学院河北保定071001

四环素(TC)作为一种广谱抗生素,用于预防和治疗细菌性疾病,以及作为饲料添加剂促进动物生长。本文旨在建立一种菠萝皮来源的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)荧光猝灭法快速检测TC。以菠萝皮和二乙烯三胺为原料,通过水热法制备高量子产率的蓝色荧... 详细信息

四环素(TC)作为一种广谱抗生素,用于预防和治疗细菌性疾病,以及作为饲料添加剂促进动物生长。本文旨在建立一种菠萝皮来源的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)荧光猝灭法快速检测TC。以菠萝皮和二乙烯三胺为原料,通过水热法制备高量子产率的蓝色荧光N-CQDs。通过透射电子显微镜、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱对N-CQDs进行结构表征。结果表明,N-CQDs的平均粒径为3.53 nm,主要由C、N、O 3种元素组成,表面具有含氧和含氮基团。主要猝灭机理为静态猝灭和内滤效应。在最优试验条件下,该方法在0.3~40μg/mL范围线性良好,检出限为89.26μg/L。该检测方法被用于猪肉中四环素的检测,回收率在98.40%~106.02%之间,相对标准偏差1.29%~3.88%。

关键词：菠萝皮氮掺杂碳量子点荧光检测四环素

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冬小麦水分利用效率相关驱动因子及其预测模型构建

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中国农业科学 2024年第7期57卷 1281-1294页

作者：高晨凯刘水苗李煜铭赵志恒邵京于昊琳吴鹏年王艳丽关小康王同朝温鹏飞河南农业大学农学院河南农业大学资源与环境学院

【目的】水分利用效率能够综合反映冬小麦生长适宜度和能量转化效率，筛选并探究冬小麦各生育时期响应标准化水分利用效率(WP*)的驱动因子，构建相关驱动因子的WP*预测模型，对黄淮海平原冬小麦水分利用效率监测及水资源高效利用具有重... 详细信息

【目的】水分利用效率能够综合反映冬小麦生长适宜度和能量转化效率，筛选并探究冬小麦各生育时期响应标准化水分利用效率(WP*)的驱动因子，构建相关驱动因子的WP*预测模型，对黄淮海平原冬小麦水分利用效率监测及水资源高效利用具有重要意义。【方法】以冬小麦为研究对象，设置3个水分处理，包括水分亏缺处理(W1):35 mm和(W2):48 mm，对照处理(W3):68 mm，获取冬小麦拔节期、孕穗期和灌浆期的冠层温度参数、生理指标和标准化水分利用效率(WP*)。通过逐步回归和通径分析筛选各生育时期响应WP*变化的主要驱动因子，探究WP*与相关驱动因子间关系，最后采用偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVM)方法构建各生育时期基于驱动因子的WP*预测模型。【结果】较对照处理(常规灌溉)，水分亏缺处理下冬小麦冠层温度参数、生理指标和WP*均表现出显著差异。基于逐步回归方法筛选出了各生育时期响应WP*的主要驱动因子，并采用通径分析得到各驱动因子响应WP*敏感程度排序，即拔节期依次为冠层温度极差(MTD)、气孔导度(Gs)、叶片含水量(LWC)和POD；孕穗期依次为冠层相对温差(CRTD)、等效水厚度(EWT)、可溶性糖含量(SSC)和作物水分胁迫指数(CWSI)；灌浆期依次为SSC、冠层温度标准差(CTSD)、LWC和Gs。最后，采用偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVM)基于筛选后的驱动因子构建了各生育时期WP*预测模型，其中以SVM构建的孕穗期WP*预测模型精度最优，R2cal(R2val)、RMSEcal(RMSEval)和n RMSEcal(n RMSEval)分别为0.945(0.926)、0.533 g·m-2(0.580 g·m-2)和2.844%(3.075%)。【结论】通过筛选冬小麦各生育时期响应WP*的相关驱动因子信息及构建冬小麦水分利用效率预测模型，为黄淮海平原冬小麦水分精准监测与管理提供了理论基础。

关键词：冬小麦标准化水分利用效率(WP*) 驱动因子通径分析支持向量机

基于SIRI和CNN的苹果隐性损伤检测方法

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农业机械学报 2024年第3期55卷 383-391页

作者：王玉伟杨玲玲朱浩杰饶元刘路侯文慧安徽农业大学工学院合肥230036 农业农村部农业传感器重点实验室合肥230036

苹果从采摘到销售过程中易发生机械损伤,需要及时剔除以避免腐烂变质。然而机械损伤早期苹果外观颜色变化不明显,通常表现为隐性损伤,检测比较困难。提出了一种基于结构光反射成像(SIRI)和卷积神经网络(CNN)的苹果隐性损伤检测方法。通... 详细信息

苹果从采摘到销售过程中易发生机械损伤,需要及时剔除以避免腐烂变质。然而机械损伤早期苹果外观颜色变化不明显,通常表现为隐性损伤,检测比较困难。提出了一种基于结构光反射成像(SIRI)和卷积神经网络(CNN)的苹果隐性损伤检测方法。通过搭建SIRI系统,采集待测苹果调制的结构光图像,再利用三相位解调法提取交流分量,增强苹果隐性损伤对比度;然后利用交流分量图像制作苹果隐性损伤数据集,并使用基于CNN的语义分割网络FCN、UNet、HRNet、PSPNet、DeepLabv3+、LRASPP和SegNet训练损伤检测模型,多组试验结果表明上述模型均能有效地检测出不同情况下的苹果隐性损伤。其中HRNet模型精确率、召回率、F1值和平均交并比较高,分别为97.96%、97.52%、97.74%和97.58%,但检测速度仅为60 f/s;PSPNet模型检测速度较快,可达到217 f/s,但其检测精度略低,精确率、召回率、F1值和平均交并比分别为97.10%、94.57%、95.82%和95.90%。

关键词：苹果隐性损伤检测结构光反射成像三相位解调法语义分割卷积神经网络

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益生菌对发酵乳品质影响的研究进展

食品工业科技 2024年第8期45卷 388-396页

作者：戴一佳赵亮中国农业大学食品科学与营养工程学院北京10083 中国农业大学益生菌研究中心中国农业大学营养与健康系北京100190

发酵乳营养丰富、风味独特,市场发展迅速,是益生菌在食品领域的重要产品应用形式。与嗜热链球菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种等发酵菌株相比,益生菌在主发酵过程中参与度较低,但通过协同发酵对发酵乳的质构、风味、后酸化程度等产生一定作... 详细信息

发酵乳营养丰富、风味独特,市场发展迅速,是益生菌在食品领域的重要产品应用形式。与嗜热链球菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种等发酵菌株相比,益生菌在主发酵过程中参与度较低,但通过协同发酵对发酵乳的质构、风味、后酸化程度等产生一定作用,影响发酵乳品质。本文综述了益生菌对发酵乳质构、风味品质、后酸化进程的影响;分析了益生菌利用代谢及产EPS维持发酵乳的质构,通过产生风味化合物改善发酵乳的风味品质,以及通过影响商业发酵剂的生长而影响发酵乳后酸化进程的相关机理;总结提出了提高益生菌在发酵乳中稳定性的相关技术,以期为功能性发酵乳的研发和品质提升提供参考。

关键词：益生菌发酵乳风味质构菌株活性

基于电导率的多指标联合技术在蛋液组分检测中的应用

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食品科学 2024年第5期45卷 94-101页

作者：窦文浩王海岭黄子龙杨福明迟媛迟玉杰东北农业大学食品学院黑龙江哈尔滨150030 东北农业大学工程学院黑龙江哈尔滨150030

建立一种以电导率为主,盐度、总溶解性固体(total dissolved solids,TDS)、pH值、色泽为辅的多指标联合技术,实现蛋液新鲜度和调配比的快速、高效检测。结果表明:4℃贮藏0~45 d期间,蛋黄液和蛋清液电导率、盐度、TDS呈逐渐上升趋势,二... 详细信息

建立一种以电导率为主,盐度、总溶解性固体(total dissolved solids,TDS)、pH值、色泽为辅的多指标联合技术,实现蛋液新鲜度和调配比的快速、高效检测。结果表明:4℃贮藏0~45 d期间,蛋黄液和蛋清液电导率、盐度、TDS呈逐渐上升趋势,二者色泽指标及蛋黄液pH值均显著降低,而蛋清液pH值逐渐升高。检测蛋液新鲜度,发现电导率法检测蛋黄液和蛋清液的准确率分别为91%和89%,电导率协同检测准确率为94%,据此,首次建立了AA、A、B、C级的液蛋新鲜度标准。选定AA级液蛋,以电导率为主要指标,盐度、TDS和p H值为协同指标,检测调配比,通过实验测得电导率、盐度、TDS、p H值与调配蛋液中的蛋黄质量分数的线性拟合回归方程均具有极显著相关性,可根据回归方程检测未知调配比例蛋液,Exp Assoc模型显示模型平均相对误差为8.87%,具有高度可靠性。以此,本实验为调配蛋液检测(新鲜度、调配比)提供了理论依据,为液蛋工业生产加工提供了实际应用的参考。

关键词：调配蛋液新鲜度电导率快速检测

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