检索结果-内蒙古大学图书馆

农业机械学报 2021年第S01期52卷 344-350页

作者：阳清亮李浩榛刘刚张淼中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部信息获取技术重点实验室北京100083

镁离子(Mg^(2+))是植物光合、呼吸及遗传物质合成等重要生理过程的必需营养元素,准确检测无土栽培营养液中Mg^(2+)含量对作物生产调控具有重要意义。Mg^(2+)荧光探针材料合成复杂且易受钙离子(Ca^(2+))、锌离子(Zn^(2+))干扰。本研究采... 详细信息

镁离子(Mg^(2+))是植物光合、呼吸及遗传物质合成等重要生理过程的必需营养元素,准确检测无土栽培营养液中Mg^(2+)含量对作物生产调控具有重要意义。Mg^(2+)荧光探针材料合成复杂且易受钙离子(Ca^(2+))、锌离子(Zn^(2+))干扰。本研究采用水杨醛荧光探针开展了营养液Mg^(2+)检测,系统测定了该分子探针的灵敏性、选择性、抗干扰性,并通过加标回收率结果证明了水杨醛荧光探针测定的重复性。试验结果表明:在Mg^(2+)浓度0~800μmol/L范围内,水杨醛探针荧光响应强度线性良好,决定系数达到0.999,响应时间约为2 min,可实现对溶液中Mg^(2+)的快速测定;探针对Mg^(2+)的选择性良好,等浓度Ca^(2+)、Zn^(2+)荧光响应强度同比增长系数仅为Mg^(2+)强度的2.5%、9.1%。同时,探针具有较好的抗干扰性,Ca^(2+)、Zn^(2+)与Mg^(2+)等量共存,较单一Mg^(2+)溶液水杨醛荧光探针测定荧光强度同比增长系数在-0.004~0.009之间,上下波动小于0.01。Ba^(2+)、Cu^(2+)、Mn^(2+)、Fe ^(2+ )、Fe ^(3+)对水杨醛探针存在荧光猝灭影响;实际样本的加标回收率为99%~104.9%,较离子色谱法测定结果的相对误差不大于1.33%,RMSE为5.78 mol/L。本研究初步验证了水杨醛荧光探针用于营养液Mg^(2+)检测的可行性。

关键词：无土栽培营养液水杨醛荧光探针镁离子回收率

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基于无人机LiDAR的农田平整地势测量方法

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 51-57,117页

作者：金志坤景云鹏刘刚中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083

为了提高农田平整作业中地势测量速度与精度,本文提出一种基于无人机LiDAR的农田平整地势测量方法。通过无人机搭载LiDAR测量系统,获取高精度农田地势点云数据。对采集的点云数据进行预处理,通过直通滤波方法去除z轴方向上的大量噪点。... 详细信息

为了提高农田平整作业中地势测量速度与精度,本文提出一种基于无人机LiDAR的农田平整地势测量方法。通过无人机搭载LiDAR测量系统,获取高精度农田地势点云数据。对采集的点云数据进行预处理,通过直通滤波方法去除z轴方向上的大量噪点。使用渐进式形态学滤波算法,分割农田地面点与非地面点。在保留主要农田地势信息特征的基础上,使用基于VoxelGrid滤波器的农田地势点云精简方法对农田地势点云数据进行精简。在4块不同面积的农田中,分别使用无人机LiDAR测量方式与全球导航卫星系统(GNSS)测量方式进行地势测量试验,试验结果表明,与GNSS测量真值的平整度相比,其准确度分别为94.681%、91.364%、90.588%和90.287%,与GNSS测量真值的最大高程差相比,其准确度分别为99.391%、98.167%、97.025%和98.776%,与GNSS测量真值的高差分布列相比,其准确度分别为99.307%、97.914%、98.673%和95.110%。本文提出的基于无人机LiDAR的农田地势测量方法可快速精准测量农田地势信息,可为下一步农田平整作业提供数据支持。

关键词：农田平整无人机LiDAR 点云地势测量

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基于SOM-K-means算法的番茄果实识别与定位方法

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农业机械学报 2021年第1期52卷 23-29页

作者：李寒陶涵虓崔立昊刘大为孙建桐张漫中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083

为解决多个番茄重叠黏连时难以识别与定位的问题,提出一种基于RGBD图像和K-means优化的自组织映射(Self-organizing map,SOM)神经网络相结合的番茄果实识别与定位方法。首先,利用RGBD相机拍摄番茄图像,对图像进行预处理,获取果实的轮廓... 详细信息

为解决多个番茄重叠黏连时难以识别与定位的问题,提出一种基于RGBD图像和K-means优化的自组织映射(Self-organizing map,SOM)神经网络相结合的番茄果实识别与定位方法。首先,利用RGBD相机拍摄番茄图像,对图像进行预处理,获取果实的轮廓信息;其次,提取果实轮廓点的平面和深度信息,筛选后进行处理;再次,将处理后的数据输入到采用K-means算法优化的SOM神经网络中,得到点云聚类结果;最后,根据聚类点,通过坐标转换得到世界坐标信息,拟合得到各个番茄的位置和轮廓形状。以果实识别的正确率和定位结果的均方根误差(RMSE)为指标对该算法进行验证和分析,采集80幅图像共366个番茄样本,正确识别率为87.2%,定位结果均方根误差(RMSE)为1.66 mm。与在二维图像上利用Hough变换进行果实识别的试验进行对比分析,进一步验证了本文方法具有较高的准确性和较强的鲁棒性。

关键词：番茄果实深度点云图像分割神经网络识别与定位 SOM-K-means算法

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基于机器视觉的玉米定位施肥控制系统设计与试验

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 66-73页

作者：宗泽刘刚中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083

为了实现农田环境下的苗期玉米定位定量施肥作业,提高肥料利用率,本文设计了基于机器视觉的苗期玉米定位施肥控制系统,控制自驱动履带式田间玉米定位施肥机,使用切片式排肥器结构实现间歇式施肥。采集苗期玉米冠层图像后,利用颜色特征... 详细信息

为了实现农田环境下的苗期玉米定位定量施肥作业,提高肥料利用率,本文设计了基于机器视觉的苗期玉米定位施肥控制系统,控制自驱动履带式田间玉米定位施肥机,使用切片式排肥器结构实现间歇式施肥。采集苗期玉米冠层图像后,利用颜色特征区分连续拍摄过程中的大量背景图像和识别错误的株心,改进了株心识别定位方法;建立施肥滞后误差补偿模型,实时计算施肥相对距离,准确计算排肥器的落肥时刻,实现了按株间歇式自动定位施肥。经过试验与验证分析,改进的株心定位识别方法明显缩减了图像处理时间,提高了算法鲁棒性;3个挡位施肥量(7.25、14.5、21.75 g)的施肥稳定性变异系数分别为1.93%、1.87%、1.93%,施肥量控制精度大于95%,施肥位置准确性平均误差为3.2 cm,可以实现精准定位施肥。本文设计的施肥控制系统可以实现苗期玉米按株定位定量施肥,达到了减施提质、科学施肥的目的。

关键词：施肥控制系统机器视觉苗期玉米按株间歇式施肥株心识别定位

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纳米银柔性农用温度传感芯片设计与试验

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农业工程学报 2021年第10期37卷 198-205页

作者：路逍李浩榛刘刚张淼中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083

柔性传感技术可拓展生态无人农场“机-物”感知与信息交互的应用场景。该研究利用喷墨打印技术制备了基于导电纳米银材料的柔性温度传感芯片,解析了聚二甲基硅烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)保护层对传感芯片灵敏度、重复性、稳定性及... 详细信息

柔性传感技术可拓展生态无人农场“机-物”感知与信息交互的应用场景。该研究利用喷墨打印技术制备了基于导电纳米银材料的柔性温度传感芯片,解析了聚二甲基硅烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)保护层对传感芯片灵敏度、重复性、稳定性及寿命的改进作用,并通过动植物体表、根际及极端温度动态监测验证了该传感器农用测温可行性。结果表明:PDMS保护层实现了对纳米银温敏层的防水保护,提升了传感器环境适应性及寿命;在零下18~100℃范围内的自制柔性温度传感芯片的测温灵敏度为0.330℃-1,测定误差小于0.6℃,稳定性达到0.02℃/min;典型农用测温场景下,柔性温敏芯片与高精度铂电阻测温结果的一致性较好,测温误差明显小于商用红外测温仪,均方根误差仅为0.108℃。纳米银柔性温度传感芯片可快速准确地获取待测对象的温度变化,具有良好的农业应用前景。

关键词：温度传感器纳米银柔性传感芯片农业环境监测

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基于地基激光雷达的玉米株高与茎粗自动测量研究

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 43-50页

作者：苗艳龙彭程高阳仇瑞承李寒张漫中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083

株高和茎粗是玉米株型中重要的表型参数,可以反映玉米的生长状况和活力,地基激光雷达可实现表型参数的快速自动测量。首先,使用地基激光雷达获取田间2个玉米品种在4个生长期的三维点云数据;其次,使用点云处理软件对采集的玉米点云数据... 详细信息

株高和茎粗是玉米株型中重要的表型参数,可以反映玉米的生长状况和活力,地基激光雷达可实现表型参数的快速自动测量。首先,使用地基激光雷达获取田间2个玉米品种在4个生长期的三维点云数据;其次,使用点云处理软件对采集的玉米点云数据进行匹配、分割,人工点云测量玉米表型;之后,对玉米点云进行下采样、直通滤波、基于随机采样一致性平面分割、统计滤波和圆柱分割等处理,分割单株玉米、去除地面点云、滤除离群点、植株点云分层和提取待测量茎秆点云;运用最高点提取和地面点分割,测量玉米株高,椭圆拟合测量茎横截面长轴和短轴长度。结果表明,与田间测量值相比,京农科728人工点云测量株高、茎横截面长轴和短轴长度的均方根误差分别为21.5、1.24、1.86 mm,农大84分别为23.6、1.56、1.23 mm。与人工点云测量值相比,京农科728自动点云测量值的均方根误差分别为10.2、6.65、3.45 mm,农大84分别为7.1、4.95、3.26 mm。研究表明,地基激光雷达点云数据测量株高、茎粗的方法,适用于不同生长期、不同品种的玉米,与人工田间测量方法具有高度的一致性,可以替代人工测量。

关键词：玉米株高茎粗地基激光雷达点云

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融合里程计信息的农业机器人定位与地图构建方法

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农业工程学报 2021年第21期37卷 16-23页

作者：李晨阳彭程张振乾苗艳龙张漫李寒中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083

目前主流的农业机器人以低成本、低帧率的激光雷达作为即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)的主要传感器,存在运动畸变和误匹配的问题。该研究针对这一问题提出了融合里程计信息的Gmapping建图算法,利用高... 详细信息

目前主流的农业机器人以低成本、低帧率的激光雷达作为即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)的主要传感器,存在运动畸变和误匹配的问题。该研究针对这一问题提出了融合里程计信息的Gmapping建图算法,利用高频率里程计信息为每一个激光束匹配到近似的机器人位姿,获取机器人当前位姿下更为精确的激光数据,以减少激光雷达运动畸变对地图构建产生的影响。利用机器人搭载扫描频率为5 Hz的RPLIDAR A1激光雷达在玉米田及香蕉园中进行了SLAM建图精度测试试验。试验结果表明,在长度为12 m左右的玉米田区域,Gmapping建图算法的平均绝对误差为0.06 m,该研究算法建图平均绝对误差为0.01 m,相比于Gmapping建图算法降低了0.05 m,建图精度为99.5%;在长度为24.43 m的香蕉园区域,Gmapping建图算法的平均绝对误差为0.46 m,该研究算法建图平均绝对误差为0.07 m,相比于Gmapping建图算法降低了0.39 m,建图精度为99.1%。该研究算法有效地降低了低帧率激光雷达运动畸变对Gmapping建图的影响,可以基本满足农业环境下的高精度环境建图需求。

关键词：机器人传感器建图运动估计信息融合

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基于改进A^*与DWA算法融合的温室机器人路径规划

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农业机械学报 2021年第1期52卷 14-22页

作者：劳彩莲李鹏冯宇中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083

根据温室环境下移动机器人作业的实时路径规划要求,提出一种基于改进A^*算法与动态窗口法相结合的温室机器人路径规划算法。针对传统A^*算法搜索算法拐点过多的问题,对关键点选取策略进行改进,融合动态窗口法,构建全局最优路径评价函数... 详细信息

根据温室环境下移动机器人作业的实时路径规划要求,提出一种基于改进A^*算法与动态窗口法相结合的温室机器人路径规划算法。针对传统A^*算法搜索算法拐点过多的问题,对关键点选取策略进行改进,融合动态窗口法,构建全局最优路径评价函数,采用超声传感器进行局部避障,实现实时最优的路径规划。仿真实验结果证明,与传统A^*、Dijkstra、RRT算法相比,基于改进A^*算法的路径更为平滑和高效。真实环境下实验表明,移动机器人能够实现自主导航,跟踪误差保持在0.22 m以内、定位误差不大于0.28 m,能够满足实际需求。

关键词：温室机器人路径规划改进A^*算法动态窗口法算法融合

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基于改进A^(*)算法和Bezier曲线的多机协同全局路径规划

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 548-554页

作者：曹如月张振乾李世超张漫李寒李民赞中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083

为了实现农田作业环境下的多机协同导航作业的远程调度管理,开展了基于改进A^(*)算法和Bezier曲线的全局路径规划研究。阐述了农田作业环境下的多机协同路径规划,多机协同路径规划分为全局路径规划和局部动态避障;利用改进A^(*)算法实... 详细信息

为了实现农田作业环境下的多机协同导航作业的远程调度管理,开展了基于改进A^(*)算法和Bezier曲线的全局路径规划研究。阐述了农田作业环境下的多机协同路径规划,多机协同路径规划分为全局路径规划和局部动态避障;利用改进A^(*)算法实现了全局路径寻优和拐角优化,并基于Bezier曲线对全局路径进行了平滑处理;根据随机生成的障碍物环境地图和涿州试验农场环境地图,利用Matlab平台分别对全局路径规划算法进行了仿真试验。仿真结果表明,通过调节改进A^(*)算法中的权重w(n),搜索效率得到了明显提高,基于涿州试验农场的仿真试验中,优化后算法运行时间为0.832 s;通过对全局路径进行拐角优化,在路径长度相近的情况下,有效降低了转弯次数;同样,利用Bezier曲线进行路径平滑后,拐角处的尖峰得到了优化,确保农机在实际农田作业中平稳行进,初步满足了实时性和平滑性需求,为实现农田作业环境下的多机协同路径规划提供了基础。

关键词：多机协同全局路径规划改进A^(*)算法 Bezier曲线拐角优化路径平滑

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变量施肥滞后时间检测与位置修正方法研究

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 74-80页

作者：刘刚胡号黄家运张季琴中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083

针对变量施肥位置滞后问题,在已有研究的基础上,以提高变量施肥机作业精度为目标,利用压力传感器、ArduinoUNO等设备搭建了滞后时间检测系统,并建立了落肥时间及其影响因素之间的关系模型,以该模型为数据基础提出了基于滞后距离的施肥... 详细信息

针对变量施肥位置滞后问题,在已有研究的基础上,以提高变量施肥机作业精度为目标,利用压力传感器、ArduinoUNO等设备搭建了滞后时间检测系统,并建立了落肥时间及其影响因素之间的关系模型,以该模型为数据基础提出了基于滞后距离的施肥位置修正方法。该方法利用滞后时间和作业速度计算滞后距离,当机具与网格边界距离与滞后距离相等时改变施肥状态,实现施肥位置的修正。田间试验结果表明:本文提出的滞后时间检测方法的检测精度为84.1%;建立的转速-滞后时间模型能够准确计算滞后时间,基于滞后距离的施肥位置修正方法能够有效提高施肥位置精度,施肥位置滞后距离减小了61.8%。

关键词：变量施肥滞后时间位置滞后滞后修正

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