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基于改进YOLOv5l的轻量化鸭蛋裂纹检测算法

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农业工程学报 2024年第5期40卷 216-223页

作者：殷建军康俊琪肖德琴华南农业大学数学与信息学院广州510642 农业农村部华南热带智慧农业技术重点实验室广州510642

鸭蛋裂纹检测技术对于禽蛋加工工厂实现智能化蛋品检测、分级具有重要意义。该研究针对鸭蛋裂纹检测流程复杂、计算量大、模型尺寸大等问题,提出了一种基于改进YOLOv5l(you only look once version5 large)的轻量裂纹检测算法,通过在黑... 详细信息

鸭蛋裂纹检测技术对于禽蛋加工工厂实现智能化蛋品检测、分级具有重要意义。该研究针对鸭蛋裂纹检测流程复杂、计算量大、模型尺寸大等问题,提出了一种基于改进YOLOv5l(you only look once version5 large)的轻量裂纹检测算法,通过在黑暗条件下使用LED灯照射鸭蛋,根据裂纹蛋壳与完好蛋壳透光性不同产生的图像差异进行检测。通过在YOLOv5中引入Ghost_conv模块,大大减少了模型的浮点计算量和参数量,并在模型的骨干网络中加入ECA(efficient channel attention)注意力机制以及使用多尺度特征融合方法 BIFPN(bi-directional feature pyramid network),增加模型对有效信息的关注度,以提高算法检测精度。同时使用CIoU与α-IoU损失函数融合后替代YOLOv5原始GIoU函数加速回归预测。利用自建的鸭蛋裂纹数据集验证改进后模型的性能,结果表明,本研究提出的改进YOLOv5l网络模型检测精准率为93.8%,与原始YOLOv5l模型相比,检测精度提高了6.3个百分点,参数量和浮点计算量分别减少了30.6%、39.4%。检测帧速率为28.954帧/s,较原始YOLOv5l模型仅下降3.824帧/s。与其他的目标检测常用网络SSD(single shot multibox detector)、YOLOv4、Faster-RCNN(faster region convolutional neural networks)相比,精度分别提高了13.1、12.5、8.2个百分点。本研究提出的方法能够在低硬件资源条件下进行高精度检测,可为实际场景应用提供解决方案和技术支持。

关键词：计算机视觉图像识别裂纹检测注意力机制鸭蛋

基于mRMR-XGBoost的水稻关键生育期识别

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农业工程学报 2024年第15期40卷 111-118页

作者：冯健昭潘永琪熊悦淞吴彻肖德琴华南农业大学数学与信息学院广州510642 华南农业大学农业农村部华南热带智慧农业技术重点实验室广州510642 广州华农大智慧农业科技有限公司广州510642

针对目前使用无人机识别水稻关键生育期时光谱数据特征维度高和冗余,导致模型准确率和泛化能力不足的问题,该研究提出一种基于最优特征组合的水稻关键生育期(分蘖期、拔节期、抽穗期、乳熟期、完熟期)识别方法。首先使用无人机采集田间... 详细信息

针对目前使用无人机识别水稻关键生育期时光谱数据特征维度高和冗余,导致模型准确率和泛化能力不足的问题,该研究提出一种基于最优特征组合的水稻关键生育期(分蘖期、拔节期、抽穗期、乳熟期、完熟期)识别方法。首先使用无人机采集田间光谱图像,基于相对植被指数和迭代自组织数据分析算法对光谱图像进行分割,以有效提取水稻冠层区域。然后对水稻生育期的关键特征进行表达,采用最小冗余特征选择算法对特征进行重要性排序,并通过增量分组法确定最优特征组合。最后基于极度梯度提升算法构建水稻生育期的识别模型。对比试验结果显示,本文模型对5个关键生育期的识别较好,混淆情况少,对水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、乳熟期和完熟期识别精确率分别为98.08%、100.00%、99.68%、97.50%和99.29%,整体识别精确率达到98.77%,F1值为0.9891,Kappa系数为0.984,相比于SVM(支持向量机)分别提高了1.59个百分点、0.0146和0.02,相比于RF(随机森林)分别提升了1.23个百分点、0.011和0.015。研究结果可为田间作物的精准管理和决策提供重要依据。

关键词：水稻机器学习生育期光谱图像识别

不同基因型大豆与玉米间作对土壤磷组分与作物磷吸收的影响

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应用生态学报 2024年第6期35卷 1583-1589页

作者：祝晓慧谭婧琳周慧颖王天琪张兵兵陆星田纪辉梁翠月田江华南农业大学资源环境学院广州510642 农业农村部华南热带农业环境重点实验室广州510642

合理的大豆-玉米间作模式可有效促进土壤磷周转与作物磷吸收,减少磷肥投入。为优化大豆与玉米间作系统对磷素的利用效率,本研究选用两种不同基因型大豆与玉米间作,探究其影响土壤磷组分及作物磷吸收的关键根际过程及机制。结果表明:间... 详细信息

合理的大豆-玉米间作模式可有效促进土壤磷周转与作物磷吸收,减少磷肥投入。为优化大豆与玉米间作系统对磷素的利用效率,本研究选用两种不同基因型大豆与玉米间作,探究其影响土壤磷组分及作物磷吸收的关键根际过程及机制。结果表明:间作显著消耗了大豆‘粤春03-3’根际可溶性无机磷(CaCl_(2)-P),而对大豆‘Essex’根际磷组分无显著影响。间作显著增加了大豆‘粤春03-3’的生物量和磷吸收量,比单作分别显著增加42.2%和46.9%,而对大豆‘Essex’和玉米磷吸收量和生物量无显著影响。间作显著增加了‘粤春03-3’总根长和根系分泌物总量,比单作分别增加了19.7%和138.1%,且粤春‘03-3’磷吸收量与总根长呈显著正相关,与可溶性无机磷含量呈显著负相关。综上,大豆-玉米间作对土壤磷组分与作物磷吸收的影响存在基因型差异,间作通过增加磷高效大豆根长与根系分泌物等促进磷吸收及根际土壤磷周转,从而提高其磷利用效率。本研究明确了大豆-玉米间作体系磷素利用的基因型差异及潜在机制,为优化大豆-玉米间作体系品种搭配、实现磷素高效利用与化肥减施增效提供了科学依据。

关键词：间作大豆基因型土壤磷组分磷酸酶磷利用效率

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农药液滴在水稻叶面的动态润湿铺展行为

中国农业科学 2024年第13期57卷 2583-2598页

作者：张建桃黄路生刘广彬兰玉彬文晟华南农业大学数学与信息学院农业农村部华南热带智慧农业技术重点实验室国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心华南农业大学工程学院

【目的】探究表面张力、液滴粒径和叶片倾角对农药液滴在水稻叶片近轴面、远轴面动态润湿铺展行为的影响，为通过调控农药液滴在水稻叶面的动态润湿铺展行为实现水稻施药的“减施增效”提供依据。【方法】通过调节Silwet-408的浓度配制... 详细信息

【目的】探究表面张力、液滴粒径和叶片倾角对农药液滴在水稻叶片近轴面、远轴面动态润湿铺展行为的影响，为通过调控农药液滴在水稻叶面的动态润湿铺展行为实现水稻施药的“减施增效”提供依据。【方法】通过调节Silwet-408的浓度配制出表面张力为21.4、33.2、43.7 mN·m-1的Silwet-408溶液代替农药药液，利用液滴发生器生成532、627、746、830、957μm的单液滴，对其在倾角为40°、65°、85°水稻叶片近轴面、远轴面的动态润湿铺展行为进行全因子试验。【结果】表面张力、液滴粒径、叶片倾角均显著影响（P<0.05）水稻叶面的液滴接触角变化率，且近轴面、远轴面所受影响的整体趋势基本相同，增大叶片倾角或减小液滴粒径或降低表面张力均能增大接触角变化率，促进液滴润湿铺展。其中，以降低表面张力的效果最显著，当表面张力从33.2 mN·m-1降至与水稻叶面临界表面张力接近的21.4 mN·m-1时，叶片近轴面的接触角（前进角和后退角）变化率分别增大7.49、6.22倍，远轴面的分别增大11.13、7.61倍，液滴的润湿性在75 s内从较差或差（80°≤接触角<100°或接触角≥100°）转变成中等或好（60°≤接触角<80°或接触角<60°）；当表面张力比水稻叶面临界表面张力大得多时，接触角变化率随叶片倾角的增大而增大，随液滴粒径的减小而增大，但叶片倾角的影响小于液滴粒径的影响，经过75 s后，几乎所有粒径的液滴仍保持较差或差的润湿性（80°≤接触角<100°或接触角≥100°）。液滴润湿滞后现象分析表明，水稻叶面的粗糙度相对较小，液滴润湿滞后现象并不严重。表面张力与水稻叶面临界表面张力接近的液滴在固-液-气三相体系动态表面张力的驱使下在叶面润湿铺展，接触角随时间的动态变化可使用模型θ=θe+Aexp（-Kt）进行拟合；表面张力比水稻叶面临界表面张力大得多的液滴虽能稳定地黏附在叶面上，没有出现滚落现象，但始终未突破叶面的钉扎效应和滞留阻力，无法实现润湿铺展。【结论】表面张力、液滴粒径、叶片倾角3个因素均显著影响农药液滴在水稻叶面的动态润湿铺展行为，在实际施药场景中，由于叶片倾角无法人为调节，因此可根据施药的目的调节药液的表面张力和液滴粒径进而调控液滴的动态润湿铺展行为。研究结果有助于理解农药液滴在水稻叶面动态润湿铺展的机理，并可为水稻施药场景中合理选择药液表面张力、液滴粒径提供理论支持与指导。

关键词：农药液滴水稻叶面动态润湿铺展接触角润湿滞后表面张力

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畜禽机器人技术研究进展与未来展望

华南农业大学学报 2024年第5期45卷 624-634,I0003页

作者：肖德琴黄一桂熊悦淞刘俊彬谭祖杰吕斯婷农业农村部华南热带智慧农业技术重点实验室/华南农业大学数学与信息学院广东广州510642

随着现代畜禽养殖业面临的挑战日益增加,包括提高生产效率、降低成本、确保动物福利以及应对环境变化等,机器人技术的应用成为推动该行业转型的关键。文章综述了畜禽养殖机器人技术的研究进展,涵盖了饲喂机器人、清洁机器人、巡检机器... 详细信息

随着现代畜禽养殖业面临的挑战日益增加,包括提高生产效率、降低成本、确保动物福利以及应对环境变化等,机器人技术的应用成为推动该行业转型的关键。文章综述了畜禽养殖机器人技术的研究进展,涵盖了饲喂机器人、清洁机器人、巡检机器人、挤奶机器人以及其他相关领域的研究现状和技术特点。机器人技术在提升畜禽养殖业自动化和智能化水平中具有重要作用。其中,饲喂机器人通过精准控制饲料投放,提高了饲喂效率和养殖动物健康水平;清洁机器人能有效地管理畜牧环境,提升养殖场卫生条件;巡检机器人通过实时监测环境和动物健康状况,优化了养殖管理;挤奶机器人则实现了奶牛养殖自动化,提高了生产效率。探讨了畜禽养殖机器人技术面临的挑战与机遇,并对未来的发展趋势进行了展望。

关键词：机器人畜禽养殖智能化发展前景

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基于模糊控制的设施菜心生产环境管控模型及系统

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华南农业大学学报 2024年第1期45卷 127-136页

作者：毛远洋陈芳玲卞智逸肖德琴周敏华南农业大学数学与信息学院/农业农村部华南热带智慧农业技术重点实验室广东广州510642

【目的】为实现设施菜心生产环境的实时监控和精准调控,设计一种基于模糊控制的设施菜心生产环境管控模型及系统。【方法】采用物联网设备实时监测菜心各生长阶段(种子发芽期、叶片生长期、菜薹形成期)的环境因子(空气温度、土壤温度、... 详细信息

【目的】为实现设施菜心生产环境的实时监控和精准调控,设计一种基于模糊控制的设施菜心生产环境管控模型及系统。【方法】采用物联网设备实时监测菜心各生长阶段(种子发芽期、叶片生长期、菜薹形成期)的环境因子(空气温度、土壤温度、土壤湿度和土壤电导率),将参数的监测值与适宜范围进行对比,获得各环境因子的偏差及变化率。管控模型利用模糊推理与定性分析结合的方法优化环境因子控制量,确定环境调控设备的调控决策,达到对环境因子的精准调控。【结果】管理模式对比试验表明:在菜心3个生长阶段,管控系统模式的平均调控实时性指标分别为0.10、0.17和0.18,平均准确性指标分别为0.78、0.68和0.74;人工管理模式的平均调控实时性指标分别为0.37、0.41和0.43,平均准确性指标分别为0.31、0.34和0.30。管控系统的平均实时性和准确性与人工管理模式相比分别有62.50%和1.34倍的提升。【结论】管控系统模式实现了菜心生产环境信息的实时获取与精准调控,能帮助用户更好地进行设施菜心的生产管理。

关键词：设施农业菜心管控模型模糊控制环境调控

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赤红壤和石灰土四种绿肥根际磷转化过程

生态学杂志 2024年

作者：彭松祝晓慧黄焯芹阮文亮陆星林东教邓兰生梁翠月田江田纪辉华南农业大学资源环境学院农业农村部华南热带农业环境重点实验室

明确典型退化土壤中不同绿肥根际磷转化特征，为充分利用绿肥生物学潜力活化土壤磷素提供科学依据。以赤红壤和石灰土为供试土壤，通过盆栽试验研究了种植肥田萝卜（LB）、紫花苕子（ZHS）、山蚂蝗（SMH）和柱花草（ZHC）对根际土壤pH... 详细信息

明确典型退化土壤中不同绿肥根际磷转化特征，为充分利用绿肥生物学潜力活化土壤磷素提供科学依据。以赤红壤和石灰土为供试土壤，通过盆栽试验研究了种植肥田萝卜（LB）、紫花苕子（ZHS）、山蚂蝗（SMH）和柱花草（ZHC）对根际土壤pH、酸性磷酸酶活性和土壤磷组分的影响。在两种供试土壤中，肥田萝卜的生物量、磷浓度和磷肥利用效率均显著高于其他绿肥。除柱花草外，种植绿肥均不同程度提高了两种土壤pH和酸性磷酸酶活性；赤红壤种植4种绿肥均显著消耗了总无机磷、活性无机磷、中等活性无机磷、稳定态无机磷和残留态磷；石灰土种植绿肥（山蚂蝗除外）显著消耗了土壤总有机磷。随机森林分析表明，赤红壤稳定态无机磷、活性无机磷、中等活性无机磷和活性有机磷对绿肥磷吸收有显著影响；石灰土中等活性无机磷、稳定态有机磷、稳定态无机磷和酸性磷酸酶对绿肥磷吸收有显著影响。在赤红壤中，不同绿肥倾向于利用土壤中各种形态的无机磷；在石灰土中，酸性磷酸酶促进了土壤有机磷的周转，从而促进了绿肥对磷的吸收。肥田萝卜和紫花苕子在两种土壤中均具有较高的磷活化潜力，可以作为华南地区典型退化土壤改良的优良绿肥品种。

关键词：绿肥植物土壤磷组分赤红壤石灰土磷利用效率

主体功能区视角下湖北省耕地利用转型时空分异特征

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农业工程学报 2024年第15期40卷 222-232页

作者：朱庆莹王玉琳陈坤陈银蓉华南农业大学公共管理学院广州510642 自然资源部华南热带亚热带自然资源监测重点实验室广州510700 华中农业大学公共管理学院武汉430070

明晰不同主体功能区耕地利用转型时空分异特征对耕地资源可持续管理与利用具有重要意义。该研究在基于要素诱致性替代理论阐述耕地利用转型机理的基础上,以湖北省所有区(县)为研究对象,采用社会经济、自然地理、农业生产等数据对1995—2... 详细信息

明晰不同主体功能区耕地利用转型时空分异特征对耕地资源可持续管理与利用具有重要意义。该研究在基于要素诱致性替代理论阐述耕地利用转型机理的基础上,以湖北省所有区(县)为研究对象,采用社会经济、自然地理、农业生产等数据对1995—2019年间不同主体功能区耕地利用转型时空分异特征进行研究。结果表明:1)湖北省耕地功能转型随时间主要呈倒“V”型变化特征,各主体功能区早中期主要发生负转型,后期主要发生正转型;空间上呈现鄂西山区及武汉城市圈少数地区转型程度较为剧烈,其余地区相对平缓;生态功能区转型最为剧烈,而重点发展区转型最缓和。2)湖北省耕地空间转型随时间呈“N”型变化特征,各主体功能区随时间正负转型交错;空间上呈现江汉平原及武汉城市圈的部分地区转型较剧烈而鄂西等山区转型较弱的特征,农产品主产区转型最剧烈,重点发展区次之,生态功能区最平缓;3)湖北省耕地利用总转型随时间呈M”型变化特征,各主体功能区早中期主要发生负转型,后期主要发生正转型;空间上表现为江汉平原及武汉城市圈的部分地区转型剧烈程度强于鄂西等地区,农产品主产区强于重点发展区和生态功能区。不同主体功能区在社会经济条件、耕地资源禀赋等方面异质性明显,应采取差异化的政策设计引导耕地利用转型,服务湖北省社会经济可持续发展需要。

关键词：土地利用耕地利用转型功能转型空间转型时空分异主体功能区

多尺度空间特征思考下的工业遗产差异化更新——以广州市两处食品加工类工业遗产为例

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南方建筑 2024年第1期 96-106页

作者：王凌郑俊禧叶昌东华南农业大学林学与风景园林学院华南农业大学自然资源部华南热带亚热带自然资源监测重点实验室

随着城市更新逐步进入高质量有机发展阶段,工业遗产如何通过差异化的更新手段实现未来可持续发展成为一个重要研究课题。通过引入空间句法的理论技术,结合POI数据、建筑功能及空间布局的分析等,从城市、片区、遗产本身的尺度对两处改造... 详细信息

随着城市更新逐步进入高质量有机发展阶段,工业遗产如何通过差异化的更新手段实现未来可持续发展成为一个重要研究课题。通过引入空间句法的理论技术,结合POI数据、建筑功能及空间布局的分析等,从城市、片区、遗产本身的尺度对两处改造背景相似的工业遗产更新项目的空间特征进行对比研究,并根据分析结果总结该类工业遗产差异化更新的一般路径。研究发现,遵循空间发展规律、制定适应空间特征更新策略的珠江琶醍,其遗产更新成效显著。因此,建议在进行工业遗产更新改造之前,应从多尺度探析所处区域的空间特征,研判区域可达性、区位价值等影响因素,宏观上确认园区发展方向,中观上判断准入业态类型及配置,微观上提升功能与空间的适应性,提高工业遗产更新的效率以及实施结果的可持续性。

关键词：工业遗产创意产业园差异化更新多尺度空间句法