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基于不同维度低场核磁共振技术的大豆含油率检测与判别

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农业工程学报 2024年第4期40卷 337-344页

作者：张宇赵亚楠赵健翔宋平沈阳农业大学信息与电气工程学院沈阳110866

大豆含油率的高低直接影响榨油与育种结果。为探究大豆含油率的最佳检测方法与构建含油率高低判别模型,该研究基于不同维度低场核磁共振(low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)技术,以国标法为对照,利用LF-NMR波谱和LF-NMR含油... 详细信息

大豆含油率的高低直接影响榨油与育种结果。为探究大豆含油率的最佳检测方法与构建含油率高低判别模型,该研究基于不同维度低场核磁共振(low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)技术,以国标法为对照,利用LF-NMR波谱和LF-NMR含油含水率软件检测大豆含油率;核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)结合深度学习,建立大豆含油率高低判别模型。引入低场二维核磁共振(low field two-dimensional nuclear magnetic resonance,LF-2D-NMR)技术,定性分析一维波谱中信号重叠无法区分组分的问题。试验结果表明,LF-NMR含油含水率软件能快速准确检测大豆含油率,T1-T2二维核磁图谱成功解决了自由水和油信号重叠问题。利用U-net++深度学习模型对MRI成像的矢状面、冠状面、横截面以及三面混合数据集进行训练,其中横截面评价指标与其他数据集相比更优,语义分割部分中平均交并比(mean intersection over union,mIoU)约0.9058,全局准确率0.9980,训练后的模型能够将MRI图像识别并分割,快速判别大豆含油率高低。试验证明,LF-NMR及MRI能够快速无损掌握大豆含油率信息,为大豆的高油育种提供了新思路和技术支持。

关键词：低场核磁共振低场二维核磁共振磁共振成像大豆含油率深度学习

基于YOLO v5+DeepSORT算法的羊群游走同步群体决策行为研究

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农业机械学报 2024年第6期55卷 229-236页

作者：刘成岳训山东农业大学信息科学与工程学院泰安271018

随着畜牧养殖智能化监控技术的产业化应用,进一步提升畜禽养殖的分类施策精细化管理,成为现代畜牧业精细高效养殖管理的新需求。采用固定机位、多角度视频采集技术,实时记录羊群牧食过程中的游走行为;针对羊群游走视频中易出现遮挡的复... 详细信息

随着畜牧养殖智能化监控技术的产业化应用,进一步提升畜禽养殖的分类施策精细化管理,成为现代畜牧业精细高效养殖管理的新需求。采用固定机位、多角度视频采集技术,实时记录羊群牧食过程中的游走行为;针对羊群游走视频中易出现遮挡的复杂情况,设计了基于YOLO v5模型的羊群多目标检测模型,羊群游走过程中的多目标实时跟踪识别率可达90.63%;采用羊群游走多目标轨迹跟踪DeepSORT算法,通过提取羊目标的深度表观特征,计算出羊群游走轨迹和变化节拍规律。结果表明,羊的游走过程通常为慢走、快走和疾走3种方式,单只羊的游走过程通常是不固定的随机组合。在中大规模羊群中,由于亲缘关系结构的复杂性,羊群往往分化为多个小群体,这使得从整体上观察和分析羊群行为变得异常困难。为此,聚焦于小规模羊群进行研究,通过羊群散列、聚集和同步3个游走过程分析,初步验证了羊群游走节拍周期上的同步现象。

关键词：羊群群体决策同步智慧畜牧目标跟踪 YOLO v5 DeepSORT

高接低栽式差速变姿态行星轮系栽植机构设计与试验

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农业机械学报 2024年第8期55卷 161-169,265页

作者：辛亮孙铭翼李泽泽朱轩卫冯宇琛李嘉诚东北农业大学工程学院哈尔滨150030

针对目前旱地蔬菜钵苗移栽机大多适用于大株距(大于260 mm)移栽且投接苗与栽植位置作业高度差大、移栽性能不佳等问题,本文提出一种高接低栽式差速变姿态行星轮系栽植机构。根据中小株距蔬菜钵苗移栽农艺指导与机构设计要求,解析双行星... 详细信息

针对目前旱地蔬菜钵苗移栽机大多适用于大株距(大于260 mm)移栽且投接苗与栽植位置作业高度差大、移栽性能不佳等问题,本文提出一种高接低栽式差速变姿态行星轮系栽植机构。根据中小株距蔬菜钵苗移栽农艺指导与机构设计要求,解析双行星架差速行星轮系栽植机构工作原理并建立其运动学理论模型;结合所提出优化目标构建目标函数,开发了基于Matlab GUI的栽植机构计算机辅助分析优化设计软件,通过人机交互方式获得1组较优的机构设计参数组合。通过三维建模与装配以及ADAMS软件虚拟仿真,初步验证了机构正确性与合理性。开展栽植机构物理样机试制与试验台架系统开发研究,通过空转试验测试,验证了栽植机构实际作业轨迹、姿态与虚拟仿真及理论设计的一致性;开展栽植机构接苗与栽植性能试验,试验结果表明,栽植机构在接苗与栽植各项试验指标均较为优秀,能够满足栽植机构预期设计要求与旱地移栽机械标准,验证了该机构的可行性与实用性。

关键词：蔬菜钵苗移栽栽植机构双行星架差速行星轮系非圆齿轮优化设计

非圆齿轮-连杆组合式水稻钵苗膜上移栽机构优化设计与试验

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农业机械学报 2024年第8期55卷 63-70页

作者：辛亮王明成张浩孙国玉王航庄智圆东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为实现机械化一体式水稻钵苗膜上移栽要求,提出非圆齿轮-连杆组合式行星轮系移栽机构,用一套机构实现取苗、送苗、破膜挖穴和栽植4个工序协同配合作业,满足水稻钵苗膜上移栽所需的轨迹与姿态要求。对移栽机构进行理论分析并建立运动学模... 详细信息

为实现机械化一体式水稻钵苗膜上移栽要求,提出非圆齿轮-连杆组合式行星轮系移栽机构,用一套机构实现取苗、送苗、破膜挖穴和栽植4个工序协同配合作业,满足水稻钵苗膜上移栽所需的轨迹与姿态要求。对移栽机构进行理论分析并建立运动学模型,结合优化目标,基于Matlab GUI平台开发了数字可视化优化设计软件,通过人机交互获得1组满足移栽要求的机构参数。根据优化参数对机构开展结构设计与三维建模,通过ADAMS软件完成了虚拟样机仿真验证。研制了水稻钵苗膜上移栽机构物理样机与多功能试验测试台架,开展了移栽机构在空转和带苗状态下运动学特性和工作性能试验,结果表明,理论轨迹、虚拟样机仿真轨迹和物理样机台架试验轨迹在误差允许范围内保持一致,验证了移栽机构设计的一致性与正确性,性能试验结果:取苗成功率为94%,移栽成功率为92.36%,栽植株距变异系数为2.67%,满足移栽作业要求,验证了水稻钵苗膜上移栽机构设计的合理性与可行性。

关键词：水稻钵苗膜上移栽齿轮-连杆组合机构非圆行星轮系优化设计

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基于大跨度拱棚湍流结构演化的棚型优化

农业工程学报 2024年第16期40卷 220-228,F0003页

作者：王少杰宋皓然林博刘贵元魏珉齐子皓管仁辉山东农业大学水利土木工程学院泰安271018 山东农业大学园艺科学与工程学院泰安271018

大跨度拱棚在园艺设施中应用日益广泛,跨度、高度增加会加大棚内空间,但风温性能与时空演化更为复杂。为探明大跨度拱棚湍流结构演化规律并进行棚型优化,该研究以生产中常用的20 m跨度宜机化拱棚为主要对象,建立融合设施结构与番茄植株... 详细信息

大跨度拱棚在园艺设施中应用日益广泛,跨度、高度增加会加大棚内空间,但风温性能与时空演化更为复杂。为探明大跨度拱棚湍流结构演化规律并进行棚型优化,该研究以生产中常用的20 m跨度宜机化拱棚为主要对象,建立融合设施结构与番茄植株气动特征的多场耦合仿真分析模型,并开展示范工程应用。结果表明:大跨度拱棚存在湍流现象,断面涡流多呈双旋涡特征;棚的脊高越低,温度、气流分布均匀性越差,通风效率虽较高但换气率较低;风温分布均匀性会伴随拱棚高度增加变优,但太高时因热压通风演化为主通风方式,风压通风效能会明显下降;针对20 m大跨度拱棚,脊高6.0~6.5 m时构型较优,兼顾经济性、安全性等因素脊高取6.0 m更优。通过示范工程验证了模型的可靠性,为同类园艺设施结构构型优化提供了高效可靠手段。

关键词：设施结构通风大跨度拱棚湍流棚型优化多场耦合

基于FPGA加速的Mask R-CNN稻瘟病高通量自适应识别模型研究

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农业机械学报 2024年第7期55卷 298-304,314页

作者：杨宁程巍张钊源方啸毛罕平江苏大学电气信息工程学院镇江212013 江苏大学农业工程学院镇江212013

针对基于图像的稻瘟病现场检测技术依赖先验知识且受制于算力与田间网络状况,无法实现自适应实时检测的问题,提出一种可利用现场可编程门阵列(Field programmable gate array,FPGA)加速的Mask R-CNN(Mask region-based convolutional ne... 详细信息

针对基于图像的稻瘟病现场检测技术依赖先验知识且受制于算力与田间网络状况,无法实现自适应实时检测的问题,提出一种可利用现场可编程门阵列(Field programmable gate array,FPGA)加速的Mask R-CNN(Mask region-based convolutional neural network)稻瘟病高通量自适应快速识别模型。首先将骨干网络改进为MobileNetV2,利用其倒残差模块降低计算量,提高模型并行处理能力;随后增加用于稻瘟病多尺度特征融合的特征金字塔网络模块,使模型具备多尺度自适应处理能力;最后由全卷积网络(Fully convolutional network,FCN)分支输出稻瘟病病斑的实例分割,同时使用交叉熵损失函数完成稻瘟病的定位与分类。稻瘟病实测数据集对模型的验证结果表明:当输入为全高清图像时,模型平均推理时间减少至85 ms,相较GPU服务器、同级别GPU边缘计算平台,速度分别提高86.2%、63.0%。在交并比为0.6时,准确率可达98.0%,病斑捕获能力平均提升21.2%。提出的Mask R-CNN自适应快速识别模型能够在田间恶劣网络状况下实现稻瘟病的快速现场检测,具有更好的抗噪能力和鲁棒性能,为水稻病害实时检测、察打一体提供了高效实时的片上系统方案。

关键词：稻瘟病检测目标检测 Mask R-CNN 现场可编程门阵列

单侧并联储能变流器并网谐振机理分析及抑制方法

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高电压技术 2024年第6期50卷 2490-2501页

作者：王承祥杜海江王爽宋希琛彭浪中国农业大学信息与电气工程学院北京100083

为解决单侧并联储能变流器并网谐振问题,对谐振机理进行分析,设计抑制方法。通过研究系统待机与运行工况下的幅相参数,获取谐振特性。将谐振成因分为内因与外因,内因为并联系统输出电流随并机叠加,在并网阻抗上产生谐波压降,导致的电压... 详细信息

为解决单侧并联储能变流器并网谐振问题,对谐振机理进行分析,设计抑制方法。通过研究系统待机与运行工况下的幅相参数,获取谐振特性。将谐振成因分为内因与外因,内因为并联系统输出电流随并机叠加,在并网阻抗上产生谐波压降,导致的电压谐波放大。外因为网侧所含背景电压谐波与并联系统阻抗频率在某些频段重叠。随并机数量增加,系统谐振点频率将降低。采用设计的电压谐波补偿单元进行功率解耦及动态多比例谐振控制器进行控制解耦两种方法,实现谐振抑制。通过仿真验证了谐振成因机理及抑制方法有效性。

关键词：储能变流器谐振分析阻抗分析电压谐波补偿单元动态多比例谐振控制器

开沟器铲尖表面等离子熔覆Mo_(2)FeB_(2)涂层制备及其磨损性能

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农业工程学报 2024年第9期40卷 39-48页

作者：刘敬春田铁柱赵建国王会强郝建军河北农业大学机电工程学院保定071001

为了解决开沟器铲尖耕作过程中耐磨性差、易失效的问题,利用等离子熔覆技术在开沟器铲尖表面制备Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷涂层,并对其微观组织结构、物相组成、显微硬度以及耐磨性能进行研究。通过正交试验得到熔覆层制备的最优工艺参数... 详细信息

为了解决开沟器铲尖耕作过程中耐磨性差、易失效的问题,利用等离子熔覆技术在开沟器铲尖表面制备Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷涂层,并对其微观组织结构、物相组成、显微硬度以及耐磨性能进行研究。通过正交试验得到熔覆层制备的最优工艺参数组合为:熔覆电流80 A,熔覆距离10 mm,熔覆速度20 cm/min,并以此来制备耐磨熔覆层。结果表明,熔覆层与基体呈现良好冶金结合,其组织主要由方形、蝶状、十字镖形、树形以及不规则长条状的硬质相、网状共晶组织和铁基粘结相组成,其主要物相组成为Mo_(2)FeB_(2)、M_(3)B_(2)(M:Mo,Fe,Cr)、(Cr,Fe)7C3、MoB、CrB、Fe2B以及Fe-Cr固溶体。熔覆层的平均显微硬度为9618 MPa,为开沟器铲尖基体的2.79倍。相同工况下的磨损试验表明熔覆层的平均磨损量(19.20 mg)和平均摩擦系数(0.294)与基体相比分别降低了52.9%和42.4%;不同载荷下的磨损试验表明,随着载荷的增加,熔覆层与基体的摩擦系数呈现逐渐减小的趋势,但熔覆层的整体摩擦系数均低于基体,且其磨损形貌较基体轻微。土槽试验结果表明,熔覆层开沟器铲尖的平均磨损量(4.60 g)比常规开沟器铲尖(15.54 g)降低了70.4%;田间试验结果表明,在实际土壤环境中,开沟器铲尖熔覆层的平均磨损量(34.34 g)仅为常规开沟器铲尖(79.06 g)的43.4%,通过对比磨损形貌发现,熔覆层的存在可以有效抵御土壤磨损,使开沟器铲尖在经过长时间的磨损后能最大程度的保持原貌,从而使其表现出优异的耐磨性能。该研究结果可为提高农机触土部件的耐磨性提供理论参考和可行技术方案。

关键词：农业机械显微结构硬度开沟器铲尖等离子熔覆 Mo2FeB2 磨损

小型搅拌热解气回燃式生物质炭化炉设计与试验

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农业机械学报 2024年第9期55卷 411-419页

作者：张宝峰司香辛明金邬立岩孟军宋玉秋沈阳农业大学工程学院沈阳110866 扬州大学机械工程学院扬州225127 沈阳农业大学农学院沈阳110866 沈阳农业大学国家生物炭研究院沈阳110866

针对传统炭化工艺温度不均、尾气净化难、能量消耗大的问题,设计了一种小型搅拌热解气回燃式生物质炭化设备。采用双螺旋带搅拌,使生物质横向对流,受热均匀;设计热解气引流装置使其回流至燃烧室引燃,减少热解气排放的同时,为生物质炭化... 详细信息

针对传统炭化工艺温度不均、尾气净化难、能量消耗大的问题,设计了一种小型搅拌热解气回燃式生物质炭化设备。采用双螺旋带搅拌,使生物质横向对流,受热均匀;设计热解气引流装置使其回流至燃烧室引燃,减少热解气排放的同时,为生物质炭化提供能量,降低了炭化能量投入。基于计算机仿真技术建立了样机模型,并对炭化炉温度场及热流场进行了矢量分析,计算结果表明炉内温度分布均匀。设计了炭化炉样机,以稻壳为原料进行生物质炭化试验。结果表明,热解气引燃后炭化室温度能够保证生物质炭化所需条件。正交试验结果表明,最佳炭化率因素水平组合为:螺旋搅拌器转速为43 r/min、炭化室物料充满系数为88.68%、炭化时间为15 min,此时,炭化率最高为50.86%。

关键词：生物质炭化设备热解气回燃式双螺旋带温度场炭化率