采用改进CNN对生猪异常状态声音识别

猪只声音能够体现出其生长状态,该研究针对人工监测猪只声音造成的猪只疾病误判以及耗时耗力等问题,研究基于卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）的生猪异常状态声音识别方法。该研究首先设计猪只声音实时采集系统,并利用4G通讯技术将声音信息上传至云服务器,基于专业人员指导制作猪只异常声音（生病、打架、饥饿等）数据集,提取猪只异常声音的梅尔谱图特征信息;其次引入多种注意力机制对CNN进行改进,并对CBAM（Convolutional Block Attention Module）注意力机制进行优化,提出_CBAM-CNN网络模型;最后将_CBAM-CNN网络模型分别与引入SE_NET（Squeeze and Excitation Network）、ECA_NET（Efficient Channel Attention Networks）和CBAM注意力机制的CNN神经网络进行对比,试验结果表明该文提出的_CBAM-CNN网络模型在最优参数为128维梅尔频率、2 048点FFT（Fast Fourier Transform）点数、512点窗移下的梅尔谱图特征下相较于其他模型对猪只异常声音识别效果最佳,识别率达到94.46%,验证了算法的有效性。该研究有助于生猪养殖过程中对猪只异常行为的监测,并对智能化、现代化猪场的建设具有重要意义。     

基于点云语义分割的猪只体尺测量方法研究

生猪的体尺参数是生猪生长状态的重要评判标准,而人工测量体尺耗时耗力且容易造成猪只的应激反应,本文研究了无接触式猪只体尺参数测量方法,借鉴人工测量经验法,提出基于点云语义分割的猪只体尺测量方法。本文以大约克夏猪为研究对象,搭建无接触式猪只点云采集平台,采集3 510组猪只双侧点云数据;利用直通滤波器与随机采样一致性分割处理方法去除背景点云,基于统计滤波器去除离群点,采用体素下采样方法稀疏点云,完成猪只点云的预处理;基于PointNet网络,结合注意力模块构建语义分割模型,针对不同分割部位设计猪只体尺测量方法。试验结果表明,在自制数据集上,改进的语义分割模型准确率为86.3%,相较于PointNet、PointNet++和3D-RCNN分别高8、5.7、2.6个百分点;体尺的测量值与实测值最大绝对误差为6.8 cm,平均绝对误差均在5 cm以内,具有较高的估算准确性,此方法能够用于猪只体尺测量。本文将语义分割与体尺测量相结合,可为后续非接触测量提供思路。     

基于双扩张层和旋转框定位的群猪目标检测算法研究

目前猪群图像检测均为基于水平框的目标检测算法,对于图像中猪体粘连和相互遮挡情况检测率较低,针对图像中的猪只长宽比例较大和可能发生任意角度旋转的特点,提出了一种基于双扩张层和旋转框定位的群猪目标检测算法(Dual dilated layer and rotary box location network, DR-Net)。采集3个猪场的群猪图像,利用数据增强保留9 600幅图像制作数据集;基于膨胀卷积搭建提取图像全局信息的双扩张层,借鉴Res2Net模块改进CSP层融合多尺度特征,猪只目标以旋转框定位并采用五参数表示法在模型训练中利用Gaussian Wasserstein distance计算旋转框的回归损失。试验结果表明,DR-Net对猪只目标识别的精确率、召回率、平均精确率、MAE、RMSE分别为98.57%、97.27%、96.94%、0.21、0.54,其检测效果优于YOLO v5,提高了遮挡与粘连场景下的识别精度和计数精度。利用可视化特征图分析算法在遮挡和粘连场景下能够利用猪只头颈部、背部或尾部特征准确定位目标。该研究有助于智能化猪场建设,可为后续猪只行为识别研究提供参考。     

基于PLC的玉米机械播种量控制系统设计

针对玉米播种机效率低下及播种量自动调节的问题,研制了基于PLC的玉米机械播种量控制系统。系统主要由传感器模块、无线传输模块、PLC控制模块、电机驱动单元和排种器组成。通过建立玉米播种台运行速度和步进电机转速之间的函数模型,利用播种台运行速度控制步进电机的转速,进而控制玉米播种量的控制。实验室和田间试验结果表明:玉米播种量控制系统运行稳定,机械性能良好,播种质量达到国家标准,能够满足用户的使用需求。     

基于Transformer与自适应空间特征融合的群猪目标检测算法研究

针对深度学习群猪目标检测算法精确度低和模型占用内存大等问题，提出基于Transformer与自适应空间特征融合的群猪目标检测算法。搭建群猪图像采集设备，以视频帧作为数据源，提取关键帧并剔除模糊图像，采用Labelme标注图像中猪只，建立群猪图像数据集；将Swin Transformer网络作为主干网络，在FPN后引入自适应空间特征融合方法作为特征融合网络；提出RIoU作为预测框回归损失计算方法。结果表明，该算法在精确率、召回率、F1值和平均精确率指标方面分别达到93.6%、97.2%、0.953、96.5%，检测速度为34.9 Hz且模型大小仅为20.6 MB，与YOLOv4相比上述指标分别提高1.5%、1.7%、1.6%、2.4%，模型占用内存量缩小12.5倍，检测速度提高13 Hz。研究有助于智能化猪场建设，为养殖场动物计数和行为识别等方面提供技术支持。