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基于机器学习的田间除草机器人关键技术研究

基于机器学习的田间除草机器人关键技术研究

作者：陈德俭吉林大学

学位级别：硕士

粮食安全是国家安全的重要基础,我国历年的中央一号文件都把抓好粮食生产作为重点工作。田间的杂草控制是保证粮食生产过程中的一个重要环节,农田杂草不仅会抢占作物的生长空间,抢夺阳光、水分、养料等资源,还有可能为各种害虫病菌提供... 详细信息

粮食安全是国家安全的重要基础,我国历年的中央一号文件都把抓好粮食生产作为重点工作。田间的杂草控制是保证粮食生产过程中的一个重要环节,农田杂草不仅会抢占作物的生长空间,抢夺阳光、水分、养料等资源,还有可能为各种害虫病菌提供宿主,导致作物感染病变或者发生虫害,影响作物幼苗健康成长。因此除草控制对于保障粮食丰收具有重要意义。成熟的除草方式主要为人工除草,化学除草以及机械除草。由于人工除草有效率较低且人力成本较高等缺点,化学除草凭借廉价且高效的优势成为了现行的主流除草方式,但是化学除草也存在污染田间环境或者药剂残留危害人体健康等缺点。近年来,随着人们对于有机、环保等概念的日益重视,机械除草成为了进行田间杂草控制的更优选择,机器学习与人工智能领域相关技术的发展也促进了智能化机械除草的实现。本文针对田间除草的现实需求,以玉米垄田作为研究目标的作业场景,以玉米田间杂草作为除草对象开展了田间除草机器人的研究工作。目前,株间除草作业过程中主要存在漏除及伤苗等问题。针对这些问题,本文研究了基于机器学习的田间除草机器人的相关关键技术。通过机器学习方法检测田间作物幼苗和杂草,为进一步实现智能化除草操作打下了基础。本文的研究内容主要包含以下几个方面:(1)设计了基于机器学习的苗草目标检测算法。在研究了现有目标检测算法优缺点的基础上,根据除草作业中检测目标在空间上的分布特点,选择以YOLOv8目标检测算法为基础进行了改进。主要措施包括:更换了算法的Neck网络,用渐进式特征金字塔网络(AFPN)代替了原算法中的路径聚合金字塔网络(PAFPN),并在Backbone中添加了通道空间注意力机制(CBAM),减小了模型的参数量,增加了特征提取,进而提高了检测速度与检测精度。(2)研究了田间除草机器人的机械结构。首先结合玉米垄田的田间作业环境需求,对机器人的移动平台和除草机构进行了设计,完成了结构的运动学分析和设备选型;其次,对设计的车体进行了有限元仿真分析,校核了车体强度,确保所设计的结构能够满足工作需要;最后,实现了该除草机器人。(3)实现了除草机器人控制系统的硬件设计和软件设计。主要包括电源模块设计、以STM32F103VET6作为主控核心的控制模块设计、电机驱动模块设计、舵机驱动模块设计以及太阳能充电模块设计。完成了摄像头模块的选型。完成了除草机器人的软件系统设计,包括图像采集程序模块、速度控制程序模块、方向控制程序模块、机械臂控制程序模块及通讯模块。(4)实验测试了苗草识别算法的性能。对改进后的YOLOv8算法进行了性能对比实验,与YOLOv5等同类算法进行了比较,测试结果显示改进后的YOLOv8检测模型在苗草检测任务上准确率达到96.10%,召回率达到97.85%,检测速度达到68.97张/秒,具有良好的性能。进行了除草机械臂的仿真和控制实验,证明了机械臂可以平稳运动到达指定位置。进行了机器人的垄间行驶测试。实验显示,该机器人可以在垄间行驶,机械臂能够正常工作。

关键词：田间除草神经网络目标检测结构设计嵌入式系统

高压下PbSnX2（X=S,Se）的结构演化与物性调控研究

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高压下PbSnX2（X=S,Se）的结构演化与物性调控研究

作者：曹振辉吉林大学

学位级别：硕士

二维材料层间依靠较弱的范德瓦尔斯力结合,其独特的层间相互作用以及强烈的各向异性,使得其具有一系列不同于传统三维材料的力学、热学、光学、电学以及机械特性。无论是在基础物性研究领域还是在产业化应用领域,二维材料都得到了广泛... 详细信息

二维材料层间依靠较弱的范德瓦尔斯力结合,其独特的层间相互作用以及强烈的各向异性,使得其具有一系列不同于传统三维材料的力学、热学、光学、电学以及机械特性。无论是在基础物性研究领域还是在产业化应用领域,二维材料都得到了广泛关注和快速发展。二维材料这些优异、独特的性质还具有受外场敏感调制的特点,使其在电子、光电器件以及电致发光器件等领域极具潜力。通过调控二维材料的层间距可以调控其带隙、电阻率、热电性能、光学性能乃至超导电性,这对探究扩展二维材料新奇的物理、化学特性有着深远的意义。高压能够实现对二维层状材料层间距的高效压缩以及对层间相互作用的大幅调控,进而实现对其晶体结构、电子结构、物理性质等的敏感调制。因此,高压技术是构筑二维新功能材料的一种“清洁”有效的途径和方法。PbSnX2（X=S,Se）凭借自身带隙与太阳光相匹配,且具有较高的光吸收效率,被认为是太阳能电池的潜在候选材料。本文以三元二维层状化合物PbSnX2（X=S,Se）为研究对象,对其高压下结构演化行为以及压力对其电输运性质、光电性质的调控作用进行了系统研究,结果如下:1、通过同步辐射X射线衍射实验,明确了46 GPa内PbSnX2（X=S,Se）的压致结构相变行为。PbSnS2和PbSnSe2在高压下所经历的相变路径是一致的,PbSnS2分别在9.0 GPa和32.5 GPa发生由Pbnm结构到Cmcm结构再到Pm-3m结构的相变,而PbSnSe2的两次相变压力点为11.7 GPa和22.5 GPa。精修结果表明在第一次相变时,层内相邻的Pb/Sn原子与X原子之间不断靠拢,开始成键,配位数从3增加至5,层内结构从之前之字形变为网状结构,层内压缩轴a轴也表现得更难压缩。第二次相变时,层间距随压力增加不断靠近,最终层间成键,二维结构转变为三维结构,配位数增加至8,并伴随着体积的大幅减小,通过拟合状态方程分别获得了样品的三个结构的体弹模量。卸压后,其晶体结构恢复至初始相的结构,表明PbSnX2（X=S,Se）的压致结构相变是可逆的。2、通过高压下电阻率测试,发现压力作用下电阻率在结构相变点处有明显的不连续变化,并且样品电阻率在40 GPa范围内分别下降了8个数量级（PbSnS2）和7个数量级（PbSnSe2）,卸压后电阻率能够恢复到初始状态。变温电阻率测试结果表明,二者分别在9.9 GPa和12.6 GPa时发生压致金属化相变,即Pbnm结构到Cmcm结构的转变伴随着压致金属化相变,在45 GPa范围内样品都保持金属导电特性。3、通过高压光电流测试,发现压力可以大幅提升PbSnX2（X=S,Se）的光电性能。随压力增加,两种样品的光电流都快速增加,9.2 GPa时PbSnS2的光电流值增加了两个数量级,当压力超过19.1 GPa时,光电流值快速下降,在22.9GPa之后光电流消失。而PbSnSe2的光电流在9.6 GPa内快速增加,9.6 GPa后增加速率变缓,到19.2 GPa时光电流较初始值增加两个数量级。21.5 GPa以后光电流消失。4、通过计算三个相的能带结构,证实了PbSnX2（X=S,Se）的压致金属化与其结构相变有关。Pbnm结构的样品压下都为间接带隙半导体,计算的禁带宽度分别为1.31 e V（PbSnS2）和0.34 e V（PbSnSe2）,而Cmcm结构和Pm-3m结构的价带顶与导带底重叠,带隙闭合,样品呈金属特性。综上所述,我们通过高压下的同步辐射X射线衍射实验、电阻率测试、变温电阻率测试以及光电流测试,同时结合理论计算,获得了高压下PbSnX2（X=S,Se）样品的结构演化以及压力对其物性的调控作用,这些结果有助于深入理解其构效关系,加深了压力对其物性调控机制的理解,也为未来的性能优化提供了新的思路和依据。

关键词：高压二维材料结构相变电输运性质光电流第一性原理计算

Fe3O4@MoS2的制备及其活化过硫酸盐灭活抗生素耐药菌性能研究

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Fe3O4@MoS2的制备及其活化过硫酸盐灭活抗生素耐药菌性能研究

作者：容畅吉林大学

学位级别：硕士

水环境抗生素耐药性污染已成为全球关注的环境问题,严重威胁着人类健康及生态系统安全。抗生素耐药菌（ARB）显著促进抗生素耐药性的传播和扩散。然而,传统污水处理技术对ARB和抗生素耐药基因（ARGs）等新污染物的去除效果十分有限,并... 详细信息

水环境抗生素耐药性污染已成为全球关注的环境问题,严重威胁着人类健康及生态系统安全。抗生素耐药菌（ARB）显著促进抗生素耐药性的传播和扩散。然而,传统污水处理技术对ARB和抗生素耐药基因（ARGs）等新污染物的去除效果十分有限,并导致下游河流的持续污染。基于活化过硫酸盐（PS）的高级氧化技术凭借节能高效、绿色环保等优势,成为最具应用前景的方法之一,广泛应用于抗生素耐药性去除领域,备受研究者关注。然而,活化剂的回收利用困难、ARB灭活后自我修复等问题,限制着基于活化PS的高级氧化技术的实际应用。本研究成功制备Fe3O4@MoS2磁性纳米材料,将其应用于活化PS灭活ARB,结果表明Fe3O4@MoS2/PS体系具有优异的灭活效果,有效抑制了水体中抗生素耐药性的传播扩散。在此基础上,将体系置于模拟太阳光下,贴合原位处理的实际环境,结合太阳光活化PS灭活ARB,实现了多体系的高效协同灭菌。本文主要研究内容和结果如下:（1）首先,通过水热合成法制备MoS2,并采用共沉淀法成功制备Fe3O4@MoS2磁性纳米材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱（Raman）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、振动样品磁强计（VSM）、紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等方法对Fe3O4@MoS2复合材料进行了系统表征。结果表明,Fe3O4负载到多孔MoS2上,成功制得Fe3O4@MoS2纳米复合材料,其具有顺磁性,并有一定的光吸收能力。（2）基于制备的Fe3O4@MoS2纳米复合材料,以四环素耐药性大肠杆菌（TR ***）为目标ARB,在Fe3O4@MoS2/PS体系中,探究了不同实验因素对TR ***灭活效率的影响,并对灭活机理及灭活后抗生素耐药性传播风险进行探究。实验结果表明:优化条件下（20 mg Fe3O4@MoS2,4 m M PS及35℃）,可将初始浓度为7.5 log CFU/m L的TR ***在20 min内全部灭活。通过自由基捕获实验和电子顺磁共振波谱分析结果表明,在Fe3O4@MoS2/PS体系中,羟基自由基（·OH）和超氧自由基（·O2–）是导致TR ***失活的重要活性氧（ROS）类型;通过机理分析和抗生素耐药性风险探究,结果表明在灭活过程中,Fe3O4@MoS2/PS体系产生的ROS攻击并破坏了TR ***的外排泵蛋白,导致细胞膜破裂和细胞内物质外排。此外,在灭活处理和暗修复后,TR ***中残留的ARGs的水平转化能力得到降低,说明体系可以有效地去除水体中的TR ***及其耐药性。（3）为使Fe3O4@MoS2/PS体系更好的契合实际应用,本研究将Fe3O4@MoS2/PS体系置于模拟太阳光下,探究Fe3O4@MoS2/Light/PS体系内多种灭活路径间的协同作用,分析不同实验因素对灭活效率的影响,揭示灭活机理和处理后抗生素耐药性的传播风险。实验结果表明:优化条件下（30 mg Fe3O4@MoS2,2 m M PS及35℃）,在Fe3O4@MoS2/Light/PS体系中通过20 min的处理,初始浓度为7.5 log CFU/m L的TR ***全部失活。其中,Fe3O4@MoS2/PS体系、Fe3O4@MoS2/Light体系和Light/PS体系在Fe3O4@MoS2/Light/PS体系灭活TR ***的过程中具有协同作用。通过自由基捕获实验和电子顺磁共振波谱分析结果表明,在Fe3O4@MoS2/Light/PS体系中,·OH是导致TR ***失活的主要ROS;通过机理分析和抗生素耐药性风险探究,结果表明在灭活过程中,Fe3O4@MoS2/Light/PS体系产生的ROS攻击并破坏了ARB的外排泵蛋白,导致细胞膜破裂和细胞内物质外排。此外,在暗修复处理后,TR ***无法自我修复,体系中残留的ARGs的水平转化能力也得到降低。综上所述,本研究探究了Fe3O4@MoS2/PS体系和Fe3O4@MoS2/Light/PS体系对TR ***的灭活性能,阐明了影响因素及灭活原理,探究了灭活过程中以及暗修复后体系的抗生素耐药性变化。本研究不仅可为水环境中ARB的有效去除提供了可借鉴的方法,同时为抗生素耐药性传播风险的科学阻控提供了有效途径。

关键词：抗生素耐药菌 Fe3O4@MoS2 过硫酸盐模拟太阳光灭活机理传播风险

基于水印技术的深度神经网络模型知识产权保护

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计算机研究与发展 2024年第10期61卷 2587-2606页

作者：金彪林翔熊金波尤玮婧李璇姚志强福建师范大学计算机与网络空间安全学院福州350117 福建省网络安全与密码技术重点实验室(福建师范大学) 福州350117 阳光学院人工智能学院福州350015

构造一个优秀的深度神经网络(deep neural network,DNN)模型需要大量的训练数据、高性能设备以及专家智慧.DNN模型理应被视为模型所有者的知识产权(intellectual property,IP).保护DNN模型的知识产权也体现了对作为构建和训练该模型的... 详细信息

构造一个优秀的深度神经网络(deep neural network,DNN)模型需要大量的训练数据、高性能设备以及专家智慧.DNN模型理应被视为模型所有者的知识产权(intellectual property,IP).保护DNN模型的知识产权也体现了对作为构建和训练该模型的数据要素价值的珍视.然而,DNN模型容易受到恶意用户的盗取、篡改和非法传播等攻击,如何有效保护其知识产权已成为学术研究的前沿热点与产业亟需攻克的难题.不同于现有相关综述,聚焦DNN模型水印的应用场景,从用于模型版权声明的鲁棒模型水印和用于模型完整性验证的脆弱模型水印2个维度出发,着重评述基于水印技术的DNN模型知识产权保护方法,探讨不同方法的特点、优势及局限性.同时,详细阐述DNN模型水印技术的实际应用情况.最后,在提炼各类方法共性技术的基础上,展望DNN模型知识产权保护的未来研究方向.

关键词：深度神经网络知识产权数据要素鲁棒模型水印脆弱模型水印

岗位能力本位视角下的高校课程教学评价改革路径

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辽宁工程技术大学学报（社会科学版） 2024年第2期26卷 150-154页

作者：兰石财孙福权何锡梗阳光学院教务处福建福州350015 阳光学院人工智能学院福建福州350015 阳光学院跨境电商学院福建福州350015

课程教学评价是检验教师的教学效果和学生学习情况的重要手段之一。针对部分高校课程教学评价在评价主体、评价标准、评价形式等方面存在的问题,采用文献分析法、案例分析法,以阳光学院人工智能学院计算机类实训课程为例,借鉴岗位能力... 详细信息

课程教学评价是检验教师的教学效果和学生学习情况的重要手段之一。针对部分高校课程教学评价在评价主体、评价标准、评价形式等方面存在的问题,采用文献分析法、案例分析法,以阳光学院人工智能学院计算机类实训课程为例,借鉴岗位能力本位评价模式,引入多元评价主体,以岗位核心能力培养为目标,采用过程性评价模式,考查课程教学目标的达成情况。研究结论为进一步提升高校课程教学评价效果提供参考。

关键词：岗位能力本位教学评价改革

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加快劳动力转移培训实现农村稳定农民增收

吉林农业 2007年第12期 10-11页

作者：盛伟王丽文于海霞吉林省阳光办 130062

党的十七大报告中提出：“实施扩大就业的发展战略，促进以创业带动就业，就业是民生之本”。“健全面向劳动者的职业教育培训制度，加强农村富余劳动力转移就业培训”。党中央把农村劳动力转移就业提到了民生之本的高度。近年来，随着... 详细信息

党的十七大报告中提出：“实施扩大就业的发展战略，促进以创业带动就业，就业是民生之本”。“健全面向劳动者的职业教育培训制度，加强农村富余劳动力转移就业培训”。党中央把农村劳动力转移就业提到了民生之本的高度。近年来，随着城镇化进程的加快，大量土地被征用，失地农民日益增多。同时随着科学技术的进步，大大促进了机械化水平和劳动生产率的提高，推进了农业的规模化经营和产业化发展，也使大量农村劳动力逐渐从农业生产领域中游离出来。如何有序、有效推动农村富余劳动力的就业转移，是当前“三农”工作中亟待解决的一个重要课题。

关键词：农村富余劳动力转移培训制度农村稳定农民增收农村劳动力转移 “三农”工作农业生产城镇化进程

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术中输血相关性低血压报告1例并文献复习

医学检验与临床 2024年第5期35卷 79-82页

作者：张洪红王凯高雷孙福廷阳光融和医院输血科山东潍坊261041

目的:通过对术中发生的1例急性输血相关性低血压进行调查分析,探讨其病理生理学机制、临床特征,为今后快速鉴别和治疗提供参考。方法:参照国内卫生行业标准输血反应分类,回顾性分析患者的临床表现和实验室结果,逐一排除与动脉血压下降... 详细信息

目的:通过对术中发生的1例急性输血相关性低血压进行调查分析,探讨其病理生理学机制、临床特征,为今后快速鉴别和治疗提供参考。方法:参照国内卫生行业标准输血反应分类,回顾性分析患者的临床表现和实验室结果,逐一排除与动脉血压下降相关的其他输血反应。结果:患者符合输血相关性低血压反应特征。结论:掌握输血相关性低血压相关特征,将有助于提高输血工作者和临床医师对其结果判断的快速性和准确性,避免漏报、错报。

关键词：输血相关性低血压不良反应

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关于等腰三角形构造技巧的探究

数学教学通讯 2024年第11期 80-82页

作者：胡燕张恩荣甘肃省古浪县西靖阳光初级中学 733100 甘肃省古浪县城关第一小学 733100

通过构造等腰三角形来解题在中考中经常遇到.而等腰三角形的构造技巧有很多,常见的三种包括“平行线+角平分线”构造、过腰或底作平行线构造、倍角关系构造.文章开展引例探究,并结合实例探究等腰三角形的三大构造技巧,还提出几点教学建议.

关键词：等腰三角形构造技巧平行线倍角

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公路钢护栏防腐技术应用现状

吉林交通科技 2024年第1期 33-36页

作者：果晓君曾兆权赵昱程吉林省交通科学研究所长春130012 松原市公路服务中心松原138000 吉高集团长春分公司长春130000

前言。公路波形护栏是维护公路秩序和保障行车安全的重要设施,起到了良好的防护、装饰及导向作用,是各种道路上不可或缺的安全防护设施。但公路波形护栏作为一种户外防护设施,要长时间经受阳光暴晒、风雨侵蚀、四季变换,而北方季冻地区... 详细信息

前言。公路波形护栏是维护公路秩序和保障行车安全的重要设施,起到了良好的防护、装饰及导向作用,是各种道路上不可或缺的安全防护设施。但公路波形护栏作为一种户外防护设施,要长时间经受阳光暴晒、风雨侵蚀、四季变换,而北方季冻地区受冰冻性气候影响,冬季撒盐除雪已成为保证公路行车安全的必要手段,在盐水的腐蚀以及冻融循环的作用下,更加剧了对波形梁护栏构件的腐蚀和破坏,甚至造成护栏失效,带来了极大的安全隐患,同时也增加了公路养护成本和养护工作量,由此而产生的经济损失十分惊人,所以通过采取各类措施来减少和延缓腐蚀,提高钢护栏构件的安全可靠性、美观性、延长使用寿命日益重要。

关键词：养护工作量波形梁护栏防护设施波形护栏撒盐公路行车钢护栏阳光暴晒