检索结果-内蒙古大学图书馆

农业机械学报 2023年第4期54卷 386-393页

作者：张淼王丽茹李浩榛路逍汪瑾刘刚中国农业大学智慧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

设计并制备了一种基于喷墨打印的纳米银/单壁碳纳米管柔性电导率传感芯片。通过交流阻抗法对传感芯片进行建模标定,系统测试了该传感芯片的响应时间、稳定性、重复性、弯折及封装影响等性能,并与商用EC电极进行了性能对比,验证了该柔性... 详细信息

设计并制备了一种基于喷墨打印的纳米银/单壁碳纳米管柔性电导率传感芯片。通过交流阻抗法对传感芯片进行建模标定,系统测试了该传感芯片的响应时间、稳定性、重复性、弯折及封装影响等性能,并与商用EC电极进行了性能对比,验证了该柔性芯片在无土栽培生菜营养液EC在线监测中的可行性。试验结果表明,叉指柔性EC芯片的电导率测定范围为25.8~3098μS/cm,标准电导率溶液的测定相对误差小于8.02%,芯片响应时间为10 s,12 h测定数据漂移小于3.91μS/(cm·h),稳定性和重复性与商用EC电极相当,0°~90°范围内弯折、PDMS封装对其性能无影响。水培生菜EC监测中,柔性EC传感芯片可准确获取营养液EC波动,检测结果与商用EC电极的最大绝对误差小于46μS/cm,最大相对误差小于3.2%,两种传感器测量结果均方根误差为28.29μS/cm。自制柔性电导率传感芯片与商用EC电极的性能相近,具有微小且可弯折等独特农业应用优势。

关键词：无土栽培电导率检测柔性芯片单壁碳纳米管

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奶牛乳房炎自动检测技术研究进展

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农业工程学报 2023年第11期39卷 1-12页

作者：初梦苑刘晓文曾雪婷王彦超刘刚中国农业大学智慧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

奶牛乳房炎是影响奶牛健康的主要疾病之一,发病率高、发病范围广、经济损失严重。目前奶牛乳房炎的检测大多是采集奶牛乳汁进行理化性质检测,该方法对检测环境有着较高要求,且检测周期长。随着信息技术的迅速发展,奶牛乳房炎的自动检测... 详细信息

奶牛乳房炎是影响奶牛健康的主要疾病之一,发病率高、发病范围广、经济损失严重。目前奶牛乳房炎的检测大多是采集奶牛乳汁进行理化性质检测,该方法对检测环境有着较高要求,且检测周期长。随着信息技术的迅速发展,奶牛乳房炎的自动检测技术取得了较好的研究成果。该研究根据数据的传感器类型,从视觉传感器、自动挤奶系统与其他传感器3个方面阐述了奶牛乳房炎自动检测的研究进展。基于视觉传感器的奶牛乳房炎自动检测方法包括基于乳房热红外图像和基于乳汁图像的检测方法,该方法较大程度上保障了动物福利,但检测精度有待提升;基于自动挤奶系统(automatic milking systems,AMS)的奶牛乳房炎自动检测方法利用AMS获取乳汁信息,然后构建乳房炎检测模型,该方法检测误差较小,但成本较高;基于其他传感器的奶牛乳房炎检测方法采用独立研发的传感器获取乳汁数据,预测乳房炎发病情况,该方法操作简便,但使用不同传感器构建的检测模型精度差异较大。该文还探讨了目前奶牛乳房炎自动检测领域存在的精度低、实时性差、自动化不足等问题,并展望了该领域未来的发展趋势,以期为开展奶牛乳房炎自动检测技术与方法研究提供参考。

关键词：传感器机器视觉智慧养殖奶牛乳房炎

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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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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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基于车载三维激光雷达的玉米叶面积指数测量

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农业机械学报 2019年第6期50卷 12-21页

作者：张漫苗艳龙仇瑞承季宇寒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

为使用车载三维激光雷达快速获取作物的株高、叶面积指数(LAI)等作物形态参数,以玉米为研究对象,采用车载三维激光雷达点云数据,提出了一种基于玉米分层点云数量或分层点云数量与地面点云数量比值计算LAI的方法。使用车载平台获取京农科... 详细信息

为使用车载三维激光雷达快速获取作物的株高、叶面积指数(LAI)等作物形态参数,以玉米为研究对象,采用车载三维激光雷达点云数据,提出了一种基于玉米分层点云数量或分层点云数量与地面点云数量比值计算LAI的方法。使用车载平台获取京农科728和农大84玉米的三维点云数据;对点云数据进行预处理,获得已测量LAI真值区域的点云数据;进行玉米植株点云与地面点云分割,根据地面起伏程度,基于随机一致性平面分割算法,将距离阈值设置为0.06m;依据玉米垂直结构分布,将玉米植株划分为上、中、下3层,计算每层点云数量并分别标记为H、M和L,同时,将上、中、下每层的点云数量与地面点云数量的比值标记为Hr、Mr和Lr,分别建立H、M、L和Hr、Mr、Lr与LAI真值的线性回归模型。试验结果表明:采用Hr、Mr变量建立的LAI二元线性回归测量模型最优,京农科728玉米训练集R2为0.931,验证集R^2为0.949;农大84玉米训练集R^2为0.979,验证集R2为0.984,本文方法可为田间快速测量LAI提供解决方案。

关键词：玉米叶面积指数激光雷达分层

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作物叶片叶绿素动态监测系统设计与试验

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农业机械学报 2019年第B07期50卷 115-121,166页

作者：张智勇马旭颖龙耀威李松孙红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

为了实现作物生长过程中叶绿素的动态在线监测,设计开发了一款叶绿素在线检测传感器系统。应用可见-近红外(660、880nm)波段光谱检测植物叶绿素含量的体积小、功耗低的模块,通过AD转换电路、数字滤波电路得到叶片反射光数字信号,利用灰... 详细信息

为了实现作物生长过程中叶绿素的动态在线监测,设计开发了一款叶绿素在线检测传感器系统。应用可见-近红外(660、880nm)波段光谱检测植物叶绿素含量的体积小、功耗低的模块,通过AD转换电路、数字滤波电路得到叶片反射光数字信号,利用灰度板对反射光信号进行反射率校准,660nm和880nm波段的反射率校正模型的R2分别为0.9996和0.9995;取10个不同等级叶绿素溶液样本共80个,使用国标法检测叶绿素含量后将溶液倒入无纺布开展叶绿素梯度仿真测量。叶绿素检测模块测量双波长反射率后,分别计算归一化差值植被指数(NDVI)和叶绿素指标SPAD指数值。建立相应的叶绿素含量检测数学模型,其决定系数R2分别为0.9557、0.9587。开展活体植株叶绿素检测验证试验,叶片原位光谱测量后,再将叶片剪碎,使用国标法测量叶绿素真实值,检测样本与真实值的相关系数分别为0.8887、0.8745。进而开展在线动态监测试验,实时监测水肥胁迫组和正常水肥管理对照组玉米幼苗植株,监测90h内的叶绿素含量变化,可知,相同管理条件下植株叶绿素含量变化规律大致相同,受水肥胁迫的影响,水肥胁迫组的叶绿素浓度呈下降趋势。证明了传感器系统在线监测作物叶绿素动态的可行性,可为农作物生长与胁迫动态监测提供技术支持。

关键词：叶绿素含量动态监测光谱分析物联网

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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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果实采摘机器人设计与导航系统性能分析

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农业机械学报 2019年第B07期50卷 8-14页

作者：孙意凡孙建桐赵然李世超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

设计了一种果实自动采摘机器人,主要包括自动导航系统、采摘系统、运动系统、控制系统及动力系统。自动导航系统主要包括激光雷达导航和GNSS定位导航,可用于建立地图和规划工作路径;采摘系统通过双目立体视觉相机进行果实识别,再通过由... 详细信息

设计了一种果实自动采摘机器人,主要包括自动导航系统、采摘系统、运动系统、控制系统及动力系统。自动导航系统主要包括激光雷达导航和GNSS定位导航,可用于建立地图和规划工作路径;采摘系统通过双目立体视觉相机进行果实识别,再通过由六自由度机械臂和两指末端执行器(机械手)组成的执行机构抓紧果梗并剪断,完成果实采摘。试验结果表明,设计开发的机器人可以通过激光雷达导航完成室内工作,剪断并抓取果梗的两指末端执行器可适用于多种果实,上位机软件可以完成图像采集、机械臂控制和机器人工作路线图建立等操作。激光雷达导航试验结果表明,在1m/s的行驶速度下,导航绝对误差小于3.5cm,可满足温室果实采摘的需求。

关键词：果实采摘机器人自动导航机械手立体视觉

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