科研产出
农业装备自动驾驶技术研究现状与展望
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：农业装备自动驾驶技术可以显著提升作业质量，提高作业效率，降低作业成本，减轻劳动强度，已成为智能农业装备发展的重要方向。在政策和市场的共同推动下，我国农业装备自动驾驶技术发展迅速，并通过多场景、多层次的示范和应用推动技术熟化，逐步建立了完整的技术体系。农业装备自动驾驶技术系统主要包括环境感知、工况感知、决策规划、横向控制、纵向控制等关键技术。本文首先阐述了农业装备自动驾驶关键技术研究的现状，分析归纳了各技术领域有待解决的关键科学技术问题；结合农业装备自动导航技术产品和自动驾驶技术集成应用两方面，介绍了国内外农业装备自动驾驶技术研发和应用情况；从自动驾驶技术分级研究和建立标准规范角度，对比分析了农业装备自动驾驶与智能网联汽车行业的差距，指出了农业装备自动驾驶等级划分的迫切需求。为应对智慧农业生产非结构环境、高精度农艺和强农时约束三大挑战，建议突出农业生产应用中作业精准化和驾驶自动化双重需求的特点，有针对性地开展农业装备自动驾驶技术研发、应用示范和技术分级等方面工作。
关键词： 农机自动驾驶 环境感知 决策规划 自动导航 自动驾驶分级
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基于改进的WOA-LSSVM樱桃番茄内部品质检测方法研究
《光谱学与光谱分析 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：基于近红外光谱技术与统计方法，提出了一种樱桃番茄内部品质快速、无损检测方法。首先采集样品的近红外光谱，采用多元散射校正（MSC）、 Savitzky-Golay卷积平滑（SG）、 Savitzky-Golay卷积一阶导数(SG 1st)、去趋势化（De-trending）、变量标准化（SNV）5种预处理方法消除光谱干扰，筛选出最佳预处理方法；然后采用连续投影算法（SPA）、稳定性竞争性自适应重加权算法（SCARS）、遗传算法（GA）,以及引入自动有序预测因子选择算法进行改进的遗传算法（IGA）4种特征波长提取方法减少变量冗余，选择最优特征波长提取方法；最后结合回归方法——将冯诺依曼拓扑结构、轮盘赌选择、锦标赛选择和自适应权重与鲸鱼算法相结合来对算法进行改进，采用改进的鲸鱼算法优化最小二乘支持向量机方法（IWOA-LSSVM）,与基于粒子群算法优化的BP神经网络方法（PSO-BPNN）和基于鲸鱼算法优化的最小二乘支持向量机方法（WOA-LSSVM）进行对比，分别建立樱桃番茄内部品质含量的预测模型。结果表明：樱桃番茄内部品质中的可溶性固形物（SSC）含量使用De-trending-IGA-IWOA-LSSVM模型效果最佳，其中校正集决定系数和预测集决定系数分别是0.917 2和0.866 7,校正均方根误差和预测均方根误差为0.542 3和0.768 2,预测相对误差达到2.592 9;维生素C（VC）含量使用SG-IGA-IWOA-LSSVM模型预测效果最准确，其中校正集决定系数和预测集决定系数分别为0.857 6和0.821 6,校正均方根误差和预测均方根误差分别是0.661 4和0.634 2,预测相对误差达到2.078 5。以上结果表明，采用近红外光谱技术与统计方法结合可实现对樱桃番茄内部品质的快速无损预测分析。
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拉曼高光谱系统中线激光对不同筋度面粉的穿透深度研究
《光谱学与光谱分析 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：激光对面粉的穿透深度是利用拉曼高光谱技术有效检测面粉中添加剂的基础。在偶氮甲酰胺(ADA)顶部放置不同筋度且不同厚度的面粉制备双层样品，采集不同筋度面粉、 ADA、双层样品的拉曼高光谱图像。ADA拉曼特征峰对应的单波段图像结合阈值分割创建检测图像以识别ADA像素，根据识别结果计算线激光对不同厚度面粉层的穿透率。结果显示，ADA拉曼特征峰位于1 335 cm~(-1)处，以此波段灰度图像创建的双层样品检测图像中，线激光对2 mm不同筋度面粉层的穿透率均在99%以上，因此选择该厚度作为线激光对面粉的有效穿透深度。
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生菜生产到消费全程金黄色葡萄球菌的定量风险评估
《食品科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：目的:评估即食生菜金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)引起食物中毒的风险,为风险管理措施的选择提供理论支持.方法:排查生菜在大棚和露地两种种植方式下各环境样本的污染率及污染水平,结合居民消费习惯和生菜中金黄色葡萄球菌的生长模型,描述生菜从农田到餐桌过程中金黄色葡萄球菌的变化,从危害识别、危害特征描述、暴露评估和风险特征描述4方面评估我国即食生菜导致金黄色葡萄球菌中毒的风险.结果:大棚生菜的土壤中有金黄色葡萄球菌检出,检出率为0.04%,污染水平为-8.72~3.01(lg(CFU/g)),经过灌溉、采收、运输、销售、购买、贮藏及清洗等过程,生菜中金黄色葡萄球菌在食用前的污染平均值为-1.95(lg(CFU/g)),90%置信区间为-8.98~4.40(lg(CFU/g)).评估结果表明,我国因即食生菜导致金黄色葡萄球菌中毒的概率为2.72×10-4,每年因此引发的食物中毒病例约为77万人.敏感性分析结果显示,土壤中金黄色葡萄球菌的初始污染水平对生菜中金黄色葡萄球菌的污染水平影响最大,其次为家庭贮藏温度及食用前清洗过程;控制生菜种植卫生环境、合理使用冰箱及清洗生菜可有效降低即食生菜引起金黄色葡萄球菌中毒的风险.
关键词： 金黄色葡萄球菌 生菜 种植 市场 消费 定量风险评估
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在线式玉米单粒种子检测分选装置设计与试验
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对农业生产中种子精选的需求，设计了在线式单粒种子检测分选装置，实现流水线式种子上料、检测和分选。该装置由上料装置、检测单元、分选单元和控制系统组成。上料装置通过两级振动实现籽粒的平铺，配合传输带完成籽粒的单粒化。检测单元由高速工业相机实时获取种子图像，并传送至上位机检测分析。控制系统根据检测结果和种子在图像中的位置，控制分选单元完成分选。利用搭建的装置采集了1 200粒正常种子、1 200粒霉变种子和1 200粒破损种子的图像，使用HALCON软件提取了单粒种子的18个颜色和12个形态特征，通过偏最小二乘判别分析法进行判别分析，分别构建了种子霉变和破损的检测模型，并利用搭建的装置和模型进行了验证试验。试验结果表明：在线式单粒种子检测分选装置分选速率大于300粒/min;其中霉变种子的分选准确率高于95%,破损种子分选的准确率高于89%。
关键词： 玉米种子 种子霉变检测 种子破损检测 种子分选 机器视觉
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基于区块链的农产品质量安全可信溯源系统研究
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为解决现有农产品质量溯源系统存在的数据中心化存储、数据易篡改和数据信任等问题，以及保障农产品质量安全、维护消费者权益和提高生产企业品牌竞争力，在分析农产品产业链业务流程和区块链关键技术的基础上，设计了农产品可信溯源区块结构，确保农产品溯源数据不可伪造和安全可信；提出了“On-Chain+Off-Chain”农产品质量安全溯源信息协同管理存储策略，解决农产品溯源区块链网络中各节点数据存储压力大、查询效率低和数据爆炸等问题；采用Kafka共识机制实现多主体参与的共识操作，提供实时数据高吞吐量和低延时的处理能力；制定了农产品溯源智能合约规则集和合约触发条件，确保农产品数据的可靠性和溯源平台的公信力；基于Hyperledger Fabric区块链平台研制了农产品质量安全可信溯源系统，并对红茶产品质量安全溯源进行验证分析。结果表明，本文研制的农产品质量安全可信溯源系统，解决了农产品产业链生产、加工和流通多节点之间数据安全和溯源信息真实可信等问题，取得了较好的应用效果。
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基于马利奥特装置的无土栽培营养液管理控制系统研究
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：营养液配置及灌溉控制技术已成为无土栽培中的关键技术，然而目前营养液管理控制中存在配置流程繁琐、营养液配比不精准及灌溉策略单一等问题，阻碍了无土栽培技术的大面积推广应用。针对上述问题，设计了一种基于马利奥特装置的营养液管理控制系统，该系统主要由营养液配制系统与营养液灌溉控制系统两部分组成。通过EC（电导率）和pH值传感器实时获取营养液成分，建立配液系统，依据不同作物营养需求自动、快速配置目标营养液。根据不同用户的需求，结合作物栽培区的气象参数和应用环境，制定了3种不同的灌溉策略：参比蒸散灌溉模式、光照辐射灌溉模式、定时灌溉模式。实验表明，该系统可以快速、准确地实现营养液的管理控制，为作物的无土栽培技术的大面积推广应用奠定了基础。
关键词： 无土栽培 马利奥特装置 营养液 配液系统 灌溉策略
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基于优化植被指数的多生育期茶叶游离氨基酸含量估算
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：不同季节的茶叶外形和品质均具有较大差异,针对运用植被指数检测不同季节茶鲜叶游离氨基酸含量存在难度,选取了10个茶树品种3个季节(春茶、夏茶和秋茶)茶鲜叶中游离氨基酸含量数据和高光谱数据进行分析.首先,对原始光谱数据进行5种光谱变换:倒数T1/R对数T1gR、一阶微分TR、倒数的一阶微分T(1/R)和对数的一阶微分T(1gR),并进一步利用不同光谱变换优化了经典植被指数,最终比较了经典植被指数和优化植被指数对不同季节茶鲜叶游离氨基酸模型的影响.结果 表明:茶鲜叶建模集和验证集游离氨基酸含量的变化趋势从大到小均为春茶游离氨基酸含量、秋茶游离氨基酸含量、夏茶游离氨基酸含量;光谱变换优化后的植被指数与茶鲜叶游离氨基酸含量的相关性均高于经典植被指数与茶鲜叶游离氨基酸含量相关性,相关系数绝对值范围为0.10 ~ 0.30;基于TlgR-VI构建的多元线性回归(MLR)模型在不同季节的建模集和验证集中均得到了较好的精度,且适用于多生育时期茶鲜叶氨基酸含量的估测.基于TlgR-VI构建的全生育时期MLR具有较高的精度,建模集决定系数R2和均方根误差(RMSE)分别为0.38和0.72%,验证模型精度R2和RMSE分别为0.20和0.84%.光谱预处理在不同品种、不同生长季的茶鲜叶游离氨基酸检测中具有正效应,优化植被指数为茶叶品质估算提供了有益的技术支持.
关键词： 茶叶;游离氨基酸;光谱变换;优化植被指数;多元线性回归
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基于THz-TDS技术的培氟沙星和氟罗沙星抗生素定性定量检测研究
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：作为两种常用的喹诺酮类抗生素,培氟沙星和氟罗沙星残留问题引起人们的高度关注,研发快速、高效的检测手段成为一种需求.采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对鱼粉基质中的培氟沙星、氟罗沙星进行了研究.制备培氟沙星、氟罗沙星、聚乙烯和鱼粉纯净物质以及培氟沙星-鱼粉和氟罗沙星-鱼粉17种不同浓度二元混合物的压片样品,共106个;对所有压片样品进行太赫兹光谱测量和分析;利用连续投影算法(SPA)结合支持向量机(SVM)和反向传播神经网络(BPNN)建立定性判别模型,对培氟沙星-鱼粉和氟罗沙星-鱼粉这两种混合物进行分类判别;利用特征频率处吸收系数建立偏最小二乘回归(PLSR)、BPNN、多元线性回归(M L R)定量预测模型,分别对两种混合物进行定量预测.结果表明:纯净培氟沙星在0.775和0.988 T Hz存在明显吸收峰,纯净氟罗沙星在0.919和1.088 T Hz存在明显吸收峰,聚乙烯对太赫兹波基本没有吸收,鱼粉无吸收峰,两种抗生素与鱼粉混合后的峰值出现在纯净抗生素的吸收峰附近;在定性判别中,S V M判别结果最佳,预测集判别准确率、精确率、召回率、F1得分分别为97.06%,97.22%,97.06%和97.06%;定量回归中,SPA-BPNN模型用于预测培氟沙星-鱼粉结果最佳,预测集相关系数(Rp)、预测集均方根误差(RMSEP)分别为0.9849和0.0095,SPA-MLR模型用于预测氟罗沙星-鱼粉结果最佳,Rp和RMSEP分别为0.9827和0.0406.研究表明THz-TDS技术对鱼粉基质中培氟沙星、氟罗沙星进行定性定量检测是可行的,为畜禽行业中培氟沙星和氟罗沙星实际检测提供理论和技术参考.
关键词： 太赫兹时域光谱 培氟沙星 氟罗沙星 定性判别 定量检测
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基于ELM神经网络的果品冷链乙烯监测校准模型与验证
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：冷链环境监测对于维持易腐果品品质安全至关重要,乙烯是关键监测要素之一.然而,现有果品冷链乙烯监测设备较少考虑与温湿度之间互作作用,影响监测精度和应用效果.该研究提出了一种基于ELM神经网络的乙烯监测校准模型并在多要素监测设备中验证.首先,以乙烯电化学传感器固有电压信号为基础,综合考虑温湿度变化影响,构建ELM神经网络乙烯监测校准模型,实现乙烯监测自适应校准;其次,以乙烯校准模型为核心,集成相关传感器、微控制器等模块,引入LoRa技术,开发果品冷链环境多要素监测设备;最后,以监测设备为载体,进行ELM模型离线测试和实际场景多要素监测性能验证.结果表明,该模型乙烯校准均方根误差达0.30μL/L,平均训练耗时0.0625 s,有效提高了动态环境下乙烯自适应监测性能;同时,该设备在冷链实际多要素环境中温度、相对湿度、乙烯浓度监测均方根误差达0.46℃,1.65%,1.11μL/L,可以满足果品冷链环境多要素监测精度需求.研究成果对于精准控制冷链环境、准确预测果品品质有指导意义.
关键词： 果品;模型;冷链;乙烯监测校准;ELM神经网络;LoRa技术
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