基于自适应注意力机制的复杂场景下牛脸检测算法

牛面部检测与识别是牛场智能化养殖的关键,但由于牧场养殖环境的复杂性,牛脸检测会受到模糊、逆光和遮挡3种常见环境因素的严重干扰。针对此问题,该研究提出一种复杂场景下基于自适应注意力机制的牛脸检测算法,该算法首先针对3种干扰因素分别设计了评价指标,并将3种不同类型的评价指标通过模糊隶属度函数进行归一化,并确定自适应权重系数,真实反映目标所处场景的复杂性;之后,基于YOLOV7-tiny在主干特征提取网络引入一种新型注意力机制CDAA(composite dual-branch adaptive attention),设计通道和空间注意力并行结构,并融合自适应权重系数,有效加强相应注意力分支的权重,提高网络在复杂场景下的特征提取能力,解决复杂场景下网络检测精度差的问题;最后,将图像场景评价指标引入损失函数,对大尺度网格损失函数的权重进行自适应调整,使网络在训练过程中更专注于数量较多的小型目标,从而提升网络整体的检测精度。为检测算法的有效性和实时性,在特定数据集上进行消融试验,并与多种经典检测算法进行对比,并移植至Jetson Xavier NX平台测试。测试结果表明,该算法检测精度达到89.58%,相较于原YOLOV7-tiny网络,牛脸检测精度提高了7.34个百分点。检测速度达到62帧/s,在检测速度几乎不损失的条件下,检测效果优于原网络与对比网络。 研究结果可为复杂场景下的牛脸高效检测提供参考。     

再生水灌溉不同滴头布置方式下PPCPs在土壤和番茄中的累积

随着药品和个人护理品(Pharmaceuticals and Personal Care Products,PPCPs)生产和使用量的增加,PPCPs及其代谢产物在再生水中的检出种类、检出量不断增多,再生水灌溉可影响PPCPs在土壤-作物(蔬菜)系统中的分布及累积,但其规律及驱动机制尚不明确。为探明再生水滴灌条件下滴头布置方式对PPCPs在土壤-作物(蔬菜)系统累积的影响,该研究采用盆栽试验比较2种滴头布置方式(在番茄根部、在两番茄中间)对土壤剖面及番茄各器官中PPCPs累积量的影响,并进一步分析PPCPs在土壤-作物(蔬菜)系统累积的驱动机制。结果表明,再生水灌溉条件下不同滴头布置方式造成了PPCPs在土壤、作物(蔬菜)中累积规律的差异性,滴头布置在两番茄中间处理较其他处理而言增加了0～5cm土层吉非罗齐累积量(P0.05),降低了番茄叶部卡马西平和根部吉非罗齐的累积量(P0.05),较滴头布置在番茄根部处理降低了番茄叶部吉非罗齐和根部三氯生的累积量(P0.05);不同再生水灌溉方式通过影响土壤微环境指标导致了土壤中PPCPs分布规律的差异性,滴头布置在植株中间处理较其他处理增加了0～5 cm土层pH值,导致该土层下吉非罗齐的累积量高于其他处理(P0.05)。研究可为基于新兴污染物PPCPs防控的再生水农业安全利用提供理论依据。     

性别和温度对中华秋沙鸭越冬行为的影响

2011年11月至2012年3月,在江西婺源采用瞬时扫描法探讨性别和温度对中华秋沙鸭行为的影响.中华秋沙鸭越冬期的主要行为是取食、休息、游泳和修整.时间分配方面,雌雄中华秋沙鸭仅社会行为[雌:(2.13±1.40)％和雄:(3.24±1.55)％]存在显著性差异(t＝-2.258,df＝34,P＜0.05),其他行为差异不显著(P＞0.05).原因有:(1)非繁殖期雌雄中华秋沙鸭主要任务均为生存;(2)雌雄个体大小差异不大,对能量的需求量相似.日活动节律方面,雌雄的取食和休息行为均存在显著的节律性变化,分别为雌:取食(F(10,165)＝5.19,P＜0.05)、休息(F(10,165)＝ 2.56,P＜0.05)和雄:取食(F(10,165)＝ 7.55,P＜0.05)、休息(F(10,165)＝ 3.48,P＜0.05),其他行为节律均不显著(P＞0.05).温度对中华秋沙鸭越冬行为的影响较大,时间分配方面,在＜10℃月份环境下,取食(t＝-2.166,df＝ 16,P＜0.05)行为显著高于＞10℃月份,而游泳(t＝5.096,df＝ 16,P＜0.05)行为则相反,其他行为差异不显著(P＞0.05).这一结果表明,平均温度降低时,中华秋沙鸭需要摄取更多的食物以补充寒冷天气能量的消耗,并减少游泳行为降低耗能.日活动节律方面,＞10℃月份中华秋沙鸭日活动节律,仅警戒(F(10,77)＝1.96,P＜0.05)行为存在显著的节律性变化,其他行为的节律性变化不显著(P＞0.05).＜10℃月份中华秋沙鸭取食(F(10,86)＝ 5.93,P＜0.05)和休息( F(10,86)＝ 3.42,P＜0.05)行为存在显著的节律性变化,其他行为的节律性变化不显著(P＞0.05).研究结果表明,温度可以改变中华秋沙鸭的日活动节律,低温使中华秋沙鸭在夜间消耗较多能量,因此中华秋沙鸭在上午花更多的时间取食来补充能量.休息行为在＞10℃月份,中午和傍晚均有一个小的高峰,而在＜10℃月份从11:00开始(除13:00-13:59)均保持较高的水平.中华秋沙鸭采取这种对策,可能是＜10℃月份,晚上和下午温度较低,为了减少消耗,从下午就开始增加休息行为.低温条件下,中华秋沙鸭增加修整和休息行为,这一结果支持“鸟类在低温环境下通过减少行为活动以降低能量消耗和热量损失”这一观点.     

基于图像光谱信息融合的鱼不同冻藏时间及冻融次数鉴别

应用高光谱成像技术(380~1023 nm),基于信息融合实现鱼不同冻藏时间后冻融次数鉴别。首先,提取鱼样品感兴趣区域(region of interest,ROI)光谱并结合竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)得到57个变量作为光谱信息,同时对鱼样品做主成分分析(principal component analysis,PCA),提取第一主成分图像信息如中值、协方差、同质性、能量、对比度、相关、熵、逆差距、反差、差异性、二阶距和自相关12个灰度共生矩阵(gray level co-occurrence matrix,GLCM)纹理特征参量,结合灰度共生矩阵纹理特征与光谱特征,作为模型偏小最二乘支持向量机(least squares support vector machines,LS-SVM)的输入建立区分模型,预测集识别率达到98%。结果表明,高光谱成像技术可以用于鱼不同冷冻时间以及冻融次数的鉴别。     

水产养殖参数无线测量网络的长生命周期研究

在水产养殖参数的无线测控网络中,测量节点能耗不均匀,个别节点由于能耗大过早失效,降低了网络的有效生命周期。该文对采用平面路由协议和低能量自适应分群分层路由协议(LEACH)的测控网络进行对比试验,发现采用LEACH协议网络的有效生命周期延长19%以上。在LEACH协议的水质参数测量网络中存在2个缺陷:一方面无线测控网络中每个簇的簇首功耗远远大于普通节点,LEACH协议通过等概率随机选择簇首部分改善了节点能耗的均衡性,但水产养殖参数监控中每个簇首功耗不同,为此在LEACH优化协议中依据节点剩余能量的多少选择簇首,使节点的剩余能量更趋均衡;另一方面水产养殖池中距离基站较远的节点容易提前失效,主要是因为监控面积大,簇首节点与基站采用单跳通信,远距离节点被选为簇首后向基站发送数据通信距离远,路径损耗采用多路径衰落信道模型,衰减指数为4。在优化协议中,对远距离簇首与基站通信采用双跳通信,使路径损耗采用自由空间信道模型,衰减指数为2。试验表明,无线传感网络有效生命周期延长了8%,各节点失效时间更趋接近。     

基于发射功率自适应的稻田无线传感器网络节点设计

针对水稻生长过程环境因素变化较大以及传感器节点的能量大部分被无线射频阶段所消耗,设计了发射功率自适应的无线传感器节点,建立了长时间、稳定、高可靠性的稻田无线传感器网络。试验测试了水稻的株高、叶面积与生长天数的关系以及对无线信道的影响,结果表明水稻株高和叶面积的增加会降低无线信号强度和通信成功率;通过增大发射功率可以提高通信质量克服由于水稻生长因数对无线信道的影响。在软件设计方面,传感器节点采用睡眠、苏醒工作机制来降低功耗。同时为了延长工作时间、提高通信质量,提出了根据水稻生长周期、通信距离、接收信号强度、平均丢包率等因素自动调整节点发射功率的能量自适应功耗调整机制。田间试验结果表明,水稻田节点发射功率越大,有效通信距离越远,且水稻的密度和高度等对通信有重要的影响;节点发射功率在5 dBm以下时,发射功率的改变对节点工作电流影响较小,节点工作电流均小于40 mA;采用该机制对发射功率进行调整,增大节点发射功率可使通信成功率有大幅的提升;降低节点发射功率仍然保持良好的通信效果。水稻分蘖和抽穗2个生长时期的田间试验结果表明,采用发射功率自适应策略,提高了通信质量,平均丢包率在5%以下,通信成功率大于97%,达到了预期设计目的。     

自适应滤波器在水果声学特性研究中的应用

水果声学特性测试系统由一个电磁铁、外包橡胶的冲击钢球、两个相距0.06 m的微音器组成的传感器、信号调理电路及带数据采集卡的计算机组成.信号调理电路的通频带为3～3000 Hz.数据采集卡采用PCL-1800 (Advantech Co., Ltd.).检测过程中,采样频率为10 kHz.声波信号的处理采用一个20阶自适应滤波器,利用LMS算法,通过MATLAB编程完成.经自适应滤波器处理后的信号能量更加集中,水果声学特性试验数据采用MATLAB的3阶polyfit函数处理,相关系数由滤波前的0.54943提高到滤波后的0.94684.水果试验声波的能量主要集中在0～230 Hz,而外界噪声的能量主要集中90～350 Hz.     

基于规则自校正模糊控制器的交流伺服系统

提出了一种规则自校正模糊控制器，并将其用于交流伺服系统的控制中，设计了一种在线的模糊推是算法，使得模糊控制规则可以得到实时在线的调整。仿真结果表明基于规则自校正模糊控制器的交流伺服系统的性能较一般模糊控制交流伺服系统有了较大的改善。     

应用红外传感器进行母猪的发情及最佳配种时间鉴定

应用红外行为传感器监测系统对38头母猪的发情行为及最佳配种时间进行鉴定.结果表明,该系统鉴定的准确率(84.2%)较人工观察法鉴定有明显提高,同时可大大降低生产成本,具有较大的推广应用价值.