科研产出
基于级联视觉检测的樱桃番茄自动采收系统设计与试验
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：樱桃番茄串生长姿态多样、果实成熟度不一，采摘机器人进行“粒收”作业时，常面临果梗干涉末端执行器、成熟度判断错误等问题，导致采摘效率低下、难以有效实现分级采收。针对上述问题，该研究提出一种级联视觉检测流程，包括采收目标检测、目标果实特性判别、果实与果梗位置关系判断3个关键环节。首先根据农艺要求按成熟度将番茄果实分为4个等级，引入YOLOv5目标检测模型对番茄串和番茄果实进行检测并输出成熟度等级，实现分期采收。然后对果实与果梗的相对位置进行判断，利用MobileNetv3网络模型对膨胀包围盒进行果实与果梗相对位置关系判断，实现末端执行器采摘位姿控制。日光温室实际测试结果表明，本文提出的级联检测系统平均推理用时22ms，在IOU（intersectionoverunion）阈值为0.5的情况下，樱桃番茄串与果实的平均检测精度达到89.9%，满足采摘机器人的视觉检测精度和实时性要求，相比末端执行器以固定角度靠近待采目标的方法，本文方法采收效率提升28.7个百分点。研究结果可为各类果蔬采摘机器人研究提供参考。
关键词： 机器人 目标检测 日光温室 樱桃番茄 YOLOv5
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美国白蛾飞行能力的测定
《应用昆虫学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：【目的】明确性别、日龄及温度等因素对美国白蛾Hyphantriacunea（Drury）飞行能力的影响，为预测种群扩散趋势以及监测预警提供科学依据。【方法】利用昆虫飞行磨吊飞方法，测定了不同日龄、性别及温度对美国白蛾成虫飞行能力的影响。【结果】美国白蛾雄虫的飞行能力显著高于雌虫。不同日龄美国白蛾飞行能力也存在显著差异。雄虫的飞行能力随日龄的增加呈下降趋势。1日龄雄虫最大累计飞行距离17.87 km，最大累计飞行时间17.38 h。雌虫飞行能力随着日龄的增加呈现先增强后减弱的趋势，其中，3日龄雌虫最大累计飞行距离8.21 km，最大累计飞行时间7.4 h。对平均累计飞行距离、平均累计飞行时间以及平均飞行速度进行双因素方差分析，未发现明显的性别日龄交互作用。处于低温（16℃）环境条件下，雄虫飞行速度明显减缓。【结论】美国白蛾雄虫飞行能力高于雌虫，随着日龄的增加，雄虫飞行能力逐渐降低，雌虫呈现出先升高后降低的变化趋势。低温对美国白蛾雄虫飞行能力具有一定影响。
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基于KASP平台的转基因玉米高通量特异性检测方法
《生物技术通报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：为了促进转基因玉米产业化发展,加快优良性状转化体与骨干自交系的转育工作,适用于回交群体的高通量前景选择方法亟待开发.本研究以转基因玉米DBN9936 为材料,根据其外源插入片段及其侧翼序列,采用primer5 软件设计了 6 对特异性引物,与内标准基因zSSⅡb引物进行组合用于评估,获得最优引物组合后,进一步开展特异性验证、检出限测试和多样品验证.结果显示,最优引物组合为DBN9936-LB1*zSSⅡb-k1;10 份DBN9936 BC1 代种子的 KASP基因分型结果与琼脂糖凝胶电泳结果完全一致;10 份转化体DBN9858、DBN9501、C0010.1.3、C0010.3.1、C0010.3.7、C0030.2.5、BT11、GA21、MIR162 和 2A-7 的转基因玉米样品在双平台上检测结果均表现为阴性;转基因玉米DBN9936 的检出限为 10%;48 份不同DBN9936 杂交种材料的KASP基因分型结果均表现为阳性.综上,本研究方法可用于转基因玉米DBN9936 回交转育过程中的前景选择,且样品通量高,为其他农作物在转基因育种过程中的目标基因检测提供了技术参考.
关键词： 转基因玉米 回交转育 前景选择 KASP平台 高通量
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典型土壤中微塑料的测定方法研究
《生态与农村环境学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：土壤微塑料污染问题引起广泛关注，由于土壤基质的复杂性，目前尚没有提取土壤中微塑料的标准方法。为探究土壤微塑料提取标准方法，评估前消解、后消解和前后消解3种不同处理方法对红壤、褐土和黑土3种土壤中聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚酰胺树脂（PA）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）和聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT）9种类型微塑料的提取效果。结果表明，3种土壤中不同消解处理微塑料总回收率范围在96%～102%之间。综合考虑去除基质效应及对目标物微塑料的破坏程度，最优消解方案为对土壤进行后消解处理；最优土壤微塑料提取方法为基于微塑料分离装置用饱和ZnCl2溶液进行3次密度浮选，再用5μm孔径硝酸纤维素滤膜真空抽滤后，用w为30%的H2O2在70℃条件下消解去除土壤有机质，在消解完成后再次进行真空抽滤，这样可在有效去除土壤有机质的同时提取微塑料。
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基于DeepLabCut算法的猪只体尺快速测量方法研究
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为解决基于计算机视觉猪只体尺测量过程中存在的对猪只姿态依赖度高、测定效率低等问题，提出了一种基于DeepLabCut算法的非接触式猪只体尺快速测量方法。本研究以长白猪为研究对象，使用RealSense L515深感相机作为图像数据采集单元获取猪只背部RGB-D数据，通过分析对比ResNet、MobileNet-V2、EfficientNet系列的10个主干网络训练效果，选取EfficientNet-b6模型作为DeepLabCut算法最优主干网络进行猪只体尺特征点检测；为实现猪只体尺数据的精准计算，本文采用SVM模型识别猪只站立姿态，筛选猪只自然站立状态；在此基础上，采用深度数据临近区域替换算法对离群特征点进行优化，并计算猪只体长、体宽、体高、臀宽和臀高5项体尺指标。经对140组猪只图像进行测试发现，本研究提出的算法可实现猪只自然站立姿态下体尺的实时、精准测量，体尺最大均方根误差为1.79 cm,计算耗时为每帧0.27 s。
关键词： 猪只 DeepLabCut 非接触式 特征点 体尺测量
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面向番茄自动整枝的茎秆夹持力学特性测量与分析
《农机化研究 》 2023 北大核心
摘要：获取番茄植株的茎秆外观形态和组织力学特性是设计自动化整枝执行机构的重要依据。为此，以“佳丽14”番茄品种作为研究对象，通过实地测量获取番茄植株茎秆自然形态参数，基于MTS E43型电子万能试验机对茎秆力学特性进行测量，获得番茄茎秆挤压、剪切及离层断裂等力学特性参数。根据对茎秆施加不同正压力时产生的最大静摩擦力，采用最小二乘法分别估算了其与不锈钢、PVC、硬质橡胶及硅胶等4种典型工程材料的最大静摩擦因数；同时，为了实现对番茄植株侧枝安全夹持与可靠分离，结合对茎秆离层断裂与夹持压溃时临界力约束，确定了番茄植株侧枝夹持柔性材料的硬度与弹性模量。研究结果可以为设施农业番茄自动化整枝及整枝机器人关键执行部件的设计提供理论依据。
关键词： 番茄茎秆 蔬菜整枝 柔性夹持 力学特性 末端执行器
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生态浮床池塘水体核心微生物种类及氮循环功能研究
《农业资源与环境学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：为探索生态浮床池塘水体微生物对氮循环的贡献及其潜在驱动机制，本研究采用16S rRNA基因扩增子测序和宏基因组测序技术联合解析有无生态浮床水体中微生物群落结构及氮循环功能差异。群落结构分析结果表明，与无浮床水体相比，浮床水体中变形菌门（Proteobacteria）微生物占主要优势。微生物群落结构发生明显改变，浮床水体中C39、甲基杆菌属（Methylobacter）、栖湖菌属（Limnohabitans）、多核杆菌属（Polynucleobacter）和黄杆菌属（Flavobacterium）的相对丰度显著增加（P＜0.05）。试验期间，浮床水体微生物Shannon多样性指数显著降低（P＜0.05），而Chao丰富度指数显著升高（P＜0.05）。甲基杆菌、热单胞菌（Caldimonas）和伯克氏菌（Bulkholderia）是浮床水体脱氮过程中关键核心微生物组。氮循环功能研究结果表明，铺设生态浮床后，浮床水体氮代谢活动能力显著增强（P＜0.05），以固氮（nifH、nifD、nifK）、反硝化（narG、napA、nirS、norB和nosZ）和异化硝酸盐还原过程（nrfA、nrfH）为主的氮循环功能基因丰度显著提高（P＜0.05）。核心微生物组促进了水体生物固氮、反硝化和异化硝酸盐还原过程，提升了养殖池塘水体氮循环的能力，显著降低了池塘水体中总氮、硝态氮和亚硝态氮含量（P＜0.05）。研究表明，生态浮床核心微生物组介导的固氮和反硝化作用是实现池塘水体氮素转化和迁移的重要途径，促进了养殖池塘水体氮循环，有利于养殖池塘生态环境保护和含氮污染物的去除。
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基于轻量型 S3D 算法的鱼类摄食强度识别系统设计与试验
《渔业现代化 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：实际生产中，对鱼类的投喂控制仍是以人工经验判断和时序控制为主，易造成饲料浪费和环境污染。实时检测鱼群摄食强度，可用于指导投喂，进而提高饲料利用率，并降低残饲污染。基于此，本研究提出一种基于机器视觉和轻量型S3D算法的鱼群摄食强度实时识别算法，可精确定位视频流中“强、中、弱、无” 4种鱼群摄食强度状态。首先将I3D网络作为基准，使用Inception模块和深度可分离卷积构建3D时空Sep-Inc模块；其次，利用3D时空Sep-Inc模块、池化层和3D卷积层交替搭建轻量型S3D网络；最后，开发了基于PyQt5的金鳟鱼摄食强度识别系统。结果显示：S3D算法对4类摄食强度的识别准确率可达92.68%,比C3D和R2+1D算法分别提高9.75%和14.15%,同时Parameters参数和GFLOPs参数也大幅下降，识别摄食强度标签的速率达到17 f/s。研究表明，本算法不仅适用于金鳟，也有望适用于其他游泳型鱼类，并可提供投喂决策建议。
关键词： 水产养殖 轻量型S3D算法 摄食强度识别 鱼类投喂
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现代农业产业园农产品加工建设现状与对策分析
《中国农业资源与区划 》 2023 北大核心 CSCD CSSCI
摘要：[目的]现代农业产业园是打造农村产业融合发展的平台载体，按照“生产+加工+科技”一体化发展要求，农产品加工是现代农业产业园建设不可或缺的关键环节。[方法]文章围绕农产品加工与现代农业产业园关系，利用理论分析和统计分析方法，对2021年底前批准创建的200家国家现代农业产业园的农产品加工现状进行分析。[结果]截止2021年底，200个国家产业园，农产品加工总产值约1万亿元左右，平均每个产业园农产品加工产值约50亿元左右。农产品加工业产值与农业总产值平均比值为3.5∶1，远高于全国2.4∶1的平均水平。园内企业全年纳税总额约300亿元左右，平均每个产业园纳税总额约1.5亿元左右。但产业园农产品加工建设仍存在企业竞争力不强、技术装备水平不足、政策支持力度不够、专业人才短缺等问题。[结论]提出应挖掘市场需求、培育壮大加工企业、强化科技支撑、提高副产物综合利用、强化政策支持、加强人才培养等有关对策与建议，以期为现代农业产业园的建设和一二三产业融合发展提供参考。
关键词： 农产品加工 现代农业产业园 建设现状 产业融合 对策
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动力换挡拖拉机行驶速度自动控制系统设计及试验
《农机化研究 》 2023 北大核心
摘要：针对现有机械换挡拖拉机的行驶速度控制系统调节精度差、调节速度慢的问题，以动力换挡纽荷兰T1404拖拉机为实验平台，研发了行驶速度自动控制系统，包括拖拉机工况信息采集、通讯、变速箱挡位控制、油门控制等模块。提出了拖拉机挡位计算和油门调节的控制方法，可对发动机和变速箱进行自动调节，实现了对动力换挡拖拉机作业速度的精准控制。为了检验控制系统的作业效果，在水泥地面和田间地面的空载工况下进行了试验验证，结果表明：两种工况下，控制系统的速度调控误差最大值为0.15km/h,相对误差最大值为3.0%,调节时间最大值为4.4s,能够满足拖拉机的速度自动控制过程的生产需求。
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