检索结果-内蒙古大学图书馆

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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基于改进YOLO v3-tiny的奶牛乳房炎自动检测方法

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 276-283页

作者：王彦超康熙李孟飞张旭东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

针对利用热红外技术检测奶牛乳房炎精度低的问题,提出了一种改进YOLO v3-tiny的奶牛乳房炎自动检测方法,构建了自动检测奶牛关键部位模型。改进YOLO v3-tiny算法以YOLO v3-tiny为基础,首先在卷积层与池化层之间加入残差网络,增加网络深... 详细信息

针对利用热红外技术检测奶牛乳房炎精度低的问题,提出了一种改进YOLO v3-tiny的奶牛乳房炎自动检测方法,构建了自动检测奶牛关键部位模型。改进YOLO v3-tiny算法以YOLO v3-tiny为基础,首先在卷积层与池化层之间加入残差网络,增加网络深度,进行深层次地特征提取、高精度地检测分类;其次在网络的关键位置加入了压缩激励(Squeeze and excitation,SE)注意力模块,强化有效特征,增强特征图的表现能力;最后比较了激活函数ReLU、Leaky ReLU与Swish的性能,发现激活函数Swish优于激活函数ReLU和Leaky ReLU,故将网络模型主干部分卷积层中的激活函数更改为Swish激活函数。改进后的奶牛关键部位检测模型检测结果准确率为94.8%,召回率为97.5%,平均检测精度为97.9%,F1值为96.1%,与传统模型相比,准确率提高了9.9个百分点,召回率提高了1.7个百分点,平均检测精度提高了2.2个百分点,F1值提高了6.2个百分点,性能指标均优于YOLO v3-tiny模型,满足实时检测的要求。使用该目标检测算法进行奶牛乳房炎检测试验,将获得的温差与温度阈值比较,判定奶牛乳房炎的发病情况,并以体细胞计数法进行验证。结果表明,奶牛乳房炎检测精度可达77.3%。证明该方法能够实现奶牛关键部位的精准定位并应用于奶牛乳房炎检测。

关键词：奶牛乳房炎检测深度学习改进YOLO v3-tiny 热红外技术目标识别

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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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基于热红外视频的生猪耳根温度检测方法

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 284-290页

作者：冯彦坤康熙王彦超李孟飞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

基于热红外视频的生猪体温实时检测过程中,针对生猪头部姿态多变不能准确检测耳根温度的问题,提出了一种生猪耳根温度精准检测方法。首先,根据生猪头部运动轨迹数据,对饲喂栏通道进行最佳耳根测温区域划分;然后,提出了一种位置偏移算法... 详细信息

基于热红外视频的生猪体温实时检测过程中,针对生猪头部姿态多变不能准确检测耳根温度的问题,提出了一种生猪耳根温度精准检测方法。首先,根据生猪头部运动轨迹数据,对饲喂栏通道进行最佳耳根测温区域划分;然后,提出了一种位置偏移算法,检测最佳耳根测温区域中的头部姿态端正帧(Head posture correct frame,HPCF);最后,构建了基于YOLO v4的生猪头部和耳根检测模型,对生猪头部和耳根区域进行精准定位,实现了HPCF的自动检测,分别提取HPCF的左、右耳根检测框内的最高温度作为各自的耳根温度。试验结果表明,基于YOLO v4模型的平均检测精度(mAP)达到93.15%,头部和耳根定位精准;HPCF检测准确率为91.33%;将算法提取的耳根温度和手动提取的耳根温度进行比较,分析结果表明,对于测试的HPCF中的左右耳根温度,误差在0.3℃以内的测试图像分别占97%和98%。上述研究结果可为生猪体温异常实时监测与预警提供技术手段。

关键词：热红外视频生猪耳根温度目标检测

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基于ISE的土壤硝态氮原位检测模型比较

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 297-303页

作者：路逍潘林沛李雁华陈铭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

针对离子选择电极预测土壤硝态氮浓度易受土壤悬液组分影响的问题,以提高离子选择电极预测土壤硝态氮浓度精准度为目标,探讨了Nernst、SAM、BP-ANN 3种模型的浓度预测性能。开展标准溶液检测实验,预判3个模型的预测性能,结合田间玉米监... 详细信息

针对离子选择电极预测土壤硝态氮浓度易受土壤悬液组分影响的问题,以提高离子选择电极预测土壤硝态氮浓度精准度为目标,探讨了Nernst、SAM、BP-ANN 3种模型的浓度预测性能。开展标准溶液检测实验,预判3个模型的预测性能,结合田间玉米监测实验和盆栽粉冠番茄监测实验验证样本实验结果。实验结果表明,3个模型的预测结果与样本真值均具有较好的一致性。其中,SAM模型的浓度预测结果最为精确,其决定系数均不小于0.9,且MAE、MRE、RMSE分别为2.03~5.08 mg/L、0.64%~8.79%、2.21~5.49 mg/L。SAM浓度预测模型具有精度较高、抗干扰性好的特点,对基于ISE的土壤硝态氮原位检测具有一定的参考价值。

关键词：原位土壤硝态氮离子选择电极标准加入法误差反向神经网络 Nernst

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基于加权随机森林的番茄氮元素缺乏分级模型研究

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农业机械学报 2021年第11期52卷 219-225,262页

作者：李莉蓝天赵奇慧孟繁佳中国农业大学农业信息获取技术农业农村部重点实验室北京100083 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

基于叶面颜色特征建立番茄氮元素缺乏分级模型判别准确率可达0.8以上。夏季定植的番茄叶片表面会覆盖粘质腺毛,粘质腺毛利于番茄吸收水分和营养元素,相同营养液氮离子浓度下叶片黄化过程异于未覆盖粘质腺毛的叶片。故仅基于叶面颜色特... 详细信息

基于叶面颜色特征建立番茄氮元素缺乏分级模型判别准确率可达0.8以上。夏季定植的番茄叶片表面会覆盖粘质腺毛,粘质腺毛利于番茄吸收水分和营养元素,相同营养液氮离子浓度下叶片黄化过程异于未覆盖粘质腺毛的叶片。故仅基于叶面颜色特征建立分级模型,其准确率降至0.65。覆盖粘质腺毛番茄其叶片周长和叶面积两个形状特征均小于未覆盖粘质腺毛的番茄叶片,本文将番茄叶片两个形状特征结合原有叶面颜色特征共同作为模型输入,建立新的番茄氮元素缺乏分级模型。搭建图像采集系统,该图像采集单元由树莓派和其相机模块构建,使用WiFi或4G网络完成智能手机、图像采集单元、本地计算机之间无线数据传输。智能手机通过Web界面可远程控制采集图像并将图像传输到云平台存储。本地计算机对图像进行预处理提取叶片形状、颜色特征后输入模型进行预测,并输出预测结果。试验结果表明,图像采集系统春季和夏季平均温度在19.7~28.3℃范围内,光照在1125~9543 lx范围内均可正常使用,采集的图像经预处理分割后降低了环境光线的影响。使用优化后的加权随机森林模型,基于形状特征和颜色特征相结合的叶片氮元素缺乏分级判别准确率可达0.83。

关键词：番茄氮元素形状特征颜色特征判别分级加权随机森林

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基于近红外相机成像和阈值分割的苹果早期损伤检测

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 134-139页

作者：邵志明王怀彬董志城原育慧李军会赵龙莲中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 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

为了解决苹果表面早期损伤难以检测的问题,提出了一种基于近红外相机成像技术和图像阈值分割方法的苹果表面早期损伤检测方法。使用T2SL近红外相机采集苹果样本近红外图像,通过最大类间方差法对近红外图像进行背景分割,基于图像的灰度... 详细信息

为了解决苹果表面早期损伤难以检测的问题,提出了一种基于近红外相机成像技术和图像阈值分割方法的苹果表面早期损伤检测方法。使用T2SL近红外相机采集苹果样本近红外图像,通过最大类间方差法对近红外图像进行背景分割,基于图像的灰度直方图进行无损和有损区域分割阈值的设定,并结合形态学处理提取苹果样本的损伤区域。该方法对无表面损伤苹果样本的判别准确率是88%,对即时损伤后样本的判别准确率是90%,对损伤后30 min样本的判别准确率达到96%。基于近红外相机成像和阈值分割的苹果早期损伤检测不需要建模学习,类似一种无监督判别分析方法,研究结果表明,利用该方法进行苹果表面早期损伤检测是可行的。

关键词：苹果近红外相机成像阈值分割早期损伤

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基于IGWO算法的冬小麦作物-土壤全氮含量一体化监测

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 304-309,359页

作者：田泽众张瑶张海洋孙红李民赞中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 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

为对冬小麦作物-土壤全氮含量进行一体化监测,提出一种基于改进灰狼优化算法(Improved grey wolf optimization algorithm,IGWO)的冬小麦作物-土壤全氮含量共同冠层高光谱特征波长选择方法。以河南省漯河市郾城区的40块拔节期冬小麦农... 详细信息

为对冬小麦作物-土壤全氮含量进行一体化监测,提出一种基于改进灰狼优化算法(Improved grey wolf optimization algorithm,IGWO)的冬小麦作物-土壤全氮含量共同冠层高光谱特征波长选择方法。以河南省漯河市郾城区的40块拔节期冬小麦农田为研究区,通过采集冬小麦冠层反射光谱,结合实验室测定精确全氮含量,利用IGWO算法选择冬小麦作物-土壤共同特征波长。结果表明,相较于遗传算法(Genetic algorithm,GA)等其他仿生学优化算法,改进灰狼优化算法可以选择冬小麦作物-土壤共同冠层反射光谱特征波长。在随机森林(Random forest,RF)回归模型下,冬小麦作物和土壤全氮含量测试集的决定系数(Coefficient of determination,R^(2))分别为0.7888和0.7534。与其他仿生学算法相比,IGWO选择的特征波长405、495、582、731、808 nm预测性能最佳,能够有效利用全谱信息且符合冬小麦生理特征。改进灰狼优化算法能够选择冬小麦作物-土壤共同的冠层反射光谱特征波长,实现对冬小麦作物-土壤全氮含量的较高精度估计,可作为估测田间冬小麦作物-土壤全氮含量的有效途径。

关键词：冬小麦高光谱作物-土壤一体化监测全氮灰狼优化算法特征选择

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基于近红外稳态空间的苹果病变检测系统设计与试验

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 140-147页

作者：赵龙莲邵志明薛金丹原育慧董志城李军会中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 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

为了实现苹果内部病变的无损检测,设计了基于近红外稳态空间分辨技术的苹果病变检测系统。系统选用波长830 nm的半导体激光器作为光源,选择感光面积大、感光系数灵敏的FDS1010光电探测器实现苹果内部病变无损检测。搭建试验平台对检测... 详细信息

为了实现苹果内部病变的无损检测,设计了基于近红外稳态空间分辨技术的苹果病变检测系统。系统选用波长830 nm的半导体激光器作为光源,选择感光面积大、感光系数灵敏的FDS1010光电探测器实现苹果内部病变无损检测。搭建试验平台对检测系统的性能进行了分析,包括电流稳定性、温度稳定性和光强稳定性,系统稳定性满足试验需求。选择Evans Blue固体配制不同质量分数的纯吸收溶液,对检测装置的准确性和灵敏度进行验证,发现随着溶液浓度的升高,吸光度呈现线性变化的趋势,在纯吸收溶液中系统表现出了稳定的检测性能,且对不同质量分数也表现出良好的分辨性能。根据稳态空间分辨检测技术原理,设计苹果病变替换试验,通过改变光源的位置,并记录"源-探"之间的距离,依据漫射传输方程求出苹果病变位置的光学参数,与目前已知的苹果内部组织光学参数一致。研究结果表明该系统可以实现苹果内部病变无损检测。

关键词：苹果内部病变近红外稳态空间分辨技术无损检测

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