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果蔬采摘机器人末端执行器研究现状

中国农机化学报 2024年第4期45卷 231-236页

作者：胡皓若张跃跃周佳良陈青王金鹏南京林业大学机械电子工程学院南京市210037

目前果蔬采摘大多以人工采摘为主,存在效率低、采摘成本大等缺点,同时随着人口老龄化问题的日益严重,劳动力紧缺,制约农业的快速发展。末端执行器作为果蔬采摘机器人的关键部件,在很大程度上影响着采摘机器人的采摘率和损伤率,对末端执... 详细信息

目前果蔬采摘大多以人工采摘为主,存在效率低、采摘成本大等缺点,同时随着人口老龄化问题的日益严重,劳动力紧缺,制约农业的快速发展。末端执行器作为果蔬采摘机器人的关键部件,在很大程度上影响着采摘机器人的采摘率和损伤率,对末端执行器的研究具有至关重要的意义。充分阐述当前国内外果蔬采摘机器人的研究现状。根据采摘方式和驱动方式的不同对采摘末端执行器进行归纳,总结出采摘过程中致损原因。通过列举典型采摘末端执行器,分析末端执行器在采摘过程中果实致损的原因;通过对现有采摘机器人末端执行器方案的具体参数对比梳理,提出存在识别定位不准、采摘效率低等问题,并从损伤率、采摘效率等方面对未来末端执行器进行展望。

关键词：果蔬采摘末端执行器机器人果实致损智能化机械化

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热泵驱动型加湿除湿废液处理系统的性能研究

工业水处理 2024年

作者：姜林林王道榆谈京京黄勇华袁霏南通职业大学电子信息工程学院

基于加湿除湿原理搭建了废液处理实验台，并利用热泵为系统同时提供热源和冷源。通过调节循环风机及溶液泵的频率（25～50 Hz），着重研究了循环风量和废液流量对填料传热传质特性及废液处理性能参数的影响，实验范围为循环风量0.297～0... 详细信息

基于加湿除湿原理搭建了废液处理实验台，并利用热泵为系统同时提供热源和冷源。通过调节循环风机及溶液泵的频率（25～50 Hz），着重研究了循环风量和废液流量对填料传热传质特性及废液处理性能参数的影响，实验范围为循环风量0.297～0.551 kg/s、废液流量0.291～0.873 kg/s，实验结果表明，废液的初始pH、SS、COD分别为13.51、166、2 117 mg/L，系统分离出的清液pH、SS、、COD、分别为8.2、4、53.2 mg/L，水质有了极大改善。填料传热传质系数随着循环风量和空气侧雷诺数的增加而升高，净水产量PWPA、净水回收率PWRR也随着循环风量的升高而升高，填料的增益输出比GOR随着循环风量的增加先升高后降低。填料传热传质系数随着废液流量和废液侧雷诺数的增大而增大，PWPA也随着废液流量的增大而增大，但PWRR随着废液流量的增大而降低，GOR随废液流量的提高先逐步增大，然后几乎保持不变。由于不同的性能参数受循环风量和废液流量的影响规律并不一致，因此需要根据优先考虑的性能参数选择合适的循环风量和废液流量。

关键词：加湿除湿热泵循环风量废液流量

面向果园车辆自主导航算法的仿真测试平台设计

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中国农机化学报 2024年第4期45卷 132-140页

作者：王诗瑶李秋洁朱泓逸南京林业大学机械电子工程学院南京市210037

为测试和评价果园车辆自主导航算法的性能,采用数学分析软件MATLAB搭建面向果园车辆自主导航算法的仿真测试平台。仿真测试平台通过构建果园种植模型、激光雷达(Light detection and ranging,LiDAR)测量模型、车辆运动学模型、车辆动力... 详细信息

为测试和评价果园车辆自主导航算法的性能,采用数学分析软件MATLAB搭建面向果园车辆自主导航算法的仿真测试平台。仿真测试平台通过构建果园种植模型、激光雷达(Light detection and ranging,LiDAR)测量模型、车辆运动学模型、车辆动力学模型和电机控制模型实现虚拟果园测量和车辆运动过程模拟,通过可视化测量数据、导航过程和导航偏差显示导航结果并评价导航算法性能。对单一模型和平台整体的性能测试结果表明,仿真测试平台可靠,针对基于2D LiDAR的导航路径生成和跟踪算法,仿真测试平台能够有效测试和评价不同果园种植参数及车辆初始状态下的算法性能,满足果园车辆自主导航算法的测试需求。

关键词：仿真测试平台自主导航果园车辆激光雷达

基于YOLOv7和分形几何特征的桥梁病害检测

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光电子·激光 2024年

作者：廖延娜李桂珍西安邮电大学电子工程学院

针对复杂环境背景和噪声情况下，桥梁病害图像中特征提取不充分的问题，提出将分形几何特征与YOLOv7网络融合的方法来提高病害检测的精度。首先设计分形特征模块，得到桥梁病害图像的分形特征图；其次，设计了自适应特征融合层，将提取... 详细信息

针对复杂环境背景和噪声情况下，桥梁病害图像中特征提取不充分的问题，提出将分形几何特征与YOLOv7网络融合的方法来提高病害检测的精度。首先设计分形特征模块，得到桥梁病害图像的分形特征图；其次，设计了自适应特征融合层，将提取的分形特征融入YOLOv7网络，让网络获得表达能力更强的特征图；最后引入坐标注意力机制，增强了网络对小病害的检测精度。实验对包含风化、裂缝、钢筋外露、腐蚀和剥落五种桥梁病害的复杂图像进行了检测，结果表明：在相同的数据集和迭代次数下，融入分形几何特征的YOLOv7网络相比于原始网络对上述五种病害检测的平均精度均值从82.94%提高到86.24%，其中，裂缝病害的检测平均精度提高最为显著，从75.92%提高到81.29%。

关键词：目标检测分形特征 YOLOv7 自适应融合

双光纤光栅级联Sagnac环多波长滤波系统研究

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光电子·激光 2024年

作者：王翀伊依吴嘉辉宋坤周梦婷李苗苗西安邮电大学电子工程学院

为了实现可调谐的高精度滤波并扩大通信容量，本文设计了一种创新的滤波器系统方案，采用了双光纤布拉格光栅级联和Sagnac环的结合。该方案经过Jones矩阵理论的深入分析和数值仿真验证。在波长范围为1554～1570 nm的频带范围内，通过调... 详细信息

为了实现可调谐的高精度滤波并扩大通信容量，本文设计了一种创新的滤波器系统方案，采用了双光纤布拉格光栅级联和Sagnac环的结合。该方案经过Jones矩阵理论的深入分析和数值仿真验证。在波长范围为1554～1570 nm的频带范围内，通过调整光纤臂长差来引入Sagnac相移，从而实现了可调谐性。此设计不仅增加了滤波通道数目，而且减小了半高全宽。值得注意的是，在相同的臂长差条件下，此系统相较于单个光纤光栅和Sagnac环的滤波器，精度有了显著提高。在功率损耗为8dB的情况下，此滤波器系统允许高达196nm的臂长误差容限，同时提供更为精确的透射谱，实现调谐更加简便。此滤波器系统具备易实现性，广泛适用于密集波分复用系统以及光通信等领域。

关键词：双光纤布拉格光栅级联 Sagnac环臂长误差可调谐

基于级联光纤光栅的DCF后补偿优化方案研究

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光电子·激光 2024年

作者：王翀周梦婷伊依李苗苗宋坤吴嘉辉西安邮电大学电子工程学院

为了减小光信号在光纤中的色散，提高系统的输出性能，本文提出了一种级联光纤光栅(fiber Bragg grating ，FBG)结构。首先分析了色散补偿光纤(dispersion compensating fiber ，DCF)的三种补偿方案（前补偿、后补偿、对称补偿），得出... 详细信息

为了减小光信号在光纤中的色散，提高系统的输出性能，本文提出了一种级联光纤光栅(fiber Bragg grating ，FBG)结构。首先分析了色散补偿光纤(dispersion compensating fiber ，DCF)的三种补偿方案（前补偿、后补偿、对称补偿），得出系统性能最佳的是后补偿，接着分析了后补偿在不同色散补偿方式下对系统的影响。然后针对后补偿方案，在其发射机后级联光纤光栅，以获得光信号的窄线宽和最小化反射率旁瓣，减少传播延迟提高系统性能。在有无级联光纤光栅两种情况下，分析了输入功率和传输距离对系统的影响。结果表明，DCF后补偿方案级联光纤光栅之后传输距离240km，最佳输入功率为21dBm时，Q值从37.15275提高到了60.5521，系统的性能提高了63%，证实了在系统中级联光纤光栅可以提高系统的整体输出性能。可见该结构为未来大容量、长距离的光纤传输提供了坚实的基础，具备良好的发展前景。

关键词：光纤光栅色散补偿光纤色散 Q值系统性能

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改进时空图卷积网络的视频异常检测方法

光电工程 2024年第5期51卷 42-53页

作者：张红民颜鼎鼎田钱前重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054

为了对异常事件中对象的时空相互作用进行精准捕捉,提出一种改进时空图卷积网络的视频异常检测方法。在图卷积网络中引入条件随机场,利用其对帧间特征关联性的影响,对跨帧时空特征之间的相互作用进行建模,以捕捉其上下文关系。在此基础... 详细信息

为了对异常事件中对象的时空相互作用进行精准捕捉,提出一种改进时空图卷积网络的视频异常检测方法。在图卷积网络中引入条件随机场,利用其对帧间特征关联性的影响,对跨帧时空特征之间的相互作用进行建模,以捕捉其上下文关系。在此基础上,以视频段为节点构建空间相似图和时间依赖图,通过二者自适应融合学习视频时空特征,从而提高检测准确性。在UCSD Ped2、ShanghaiTech和IITB-Corridor三个视频异常事件数据集上进行了实验,帧级别AUC值分别达到97.7%、90.4%和86.0%,准确率分别达到96.5%、88.6%和88.0%。

关键词：视频异常检测图卷积网络条件随机场

一种YOLOv5-DK的柠檬初期病虫害检测算法研究

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中国农机化学报 2024年第7期45卷 249-254页

作者：熊志刚陈为真武汉轻工大学电气与电子工程学院武汉市430048

为解决柠檬初期病虫害特征部位小难以检测和可以利用数据集较少的问题,提出一种YOLOv5-DK检测算法。该算法是以YOLOv5为基础,采用K-Means++重新聚类柠檬初期虫害部位锚框,缓解柠檬初期虫害特征小的问题;同时提出一种新的轻量化Densenec... 详细信息

为解决柠檬初期病虫害特征部位小难以检测和可以利用数据集较少的问题,提出一种YOLOv5-DK检测算法。该算法是以YOLOv5为基础,采用K-Means++重新聚类柠檬初期虫害部位锚框,缓解柠檬初期虫害特征小的问题;同时提出一种新的轻量化Denseneck-2模块,该模块是利用DenseNet网络中复用的思想,让检测算法每一层输入都有前面每一层的特征信息,使得YOLOv5-DK对柠檬初期病虫害样本量的需求下降。与原始的YOLOv5检测算法相比较,新的YOLOv5-DK检测算法在检测的平均精度上面提高3.4%,漏检率下降2.1%,算法模型的参数量减轻6.3%,表明该算法在小样本和小目标的应用场景下性能更优。

关键词：柠檬初期病虫害轻量化小样本小目标

基于VMD-CNN-LSTM的农业大棚园区用电负荷短期预测

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信息与控制 2024年第2期53卷 238-249页

作者：张培霄尹晓红李少远王新立青岛科技大学自动化与电子工程学院山东大学控制科学与工程学院

针对农业大棚用电负荷受农村供电能力、气象因素等的影响，具有强波动性和高非线性的问题，综合大棚短期负荷的气象特征和时序特征，提出了一种基于变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)的长短期记忆(long short-term mem... 详细信息

针对农业大棚用电负荷受农村供电能力、气象因素等的影响，具有强波动性和高非线性的问题，综合大棚短期负荷的气象特征和时序特征，提出了一种基于变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)的长短期记忆(long short-term memory, LSTM)网络与卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)相融合的VMD-CNN-LSTM的短期负荷预测模型架构。首先，基于VMD方法分解负荷序列，降低负荷波动性；其次，采用CNN方法提取负荷的气象特征，采用LSTM方法提取负荷时序特征，进行负荷分量预测，并将模态分量的预测结果重构；最后，以山东省寿光市农业大棚负荷数据为基础开展仿真实验。结果表明，VMD-CNN-LSTM模型与传统神经网络模型相比，可有效提高农业大棚短期负荷预测的精度。

关键词：农业大棚园区负荷变分模态分解短期负荷预测卷积神经网络长短期记忆网络