可见/近红外光谱结合遗传算法无损检测牛肉pH值

为了实现牛肉在整个货架期内(4℃环境)pH值的无损快速检测,该文采用可见/近红外光谱技术并结合遗传算法(GA,genetic algorithm),搭建了可见/近红外光谱检测系统,采集储藏在4℃下1～18d的120个牛肉样品400～1700nm范围的光谱,用不同预处理方法处理,并分别建立全波段光谱和经过遗传算法提取有效光谱的预测牛肉pH值的多元线性回归(MLR,multiple linear regression)模型、偏最小二乘回归(PLSR,partial least-squares regression)模型和最小二乘支持向量机(LS-SVM,least square-support vector machine)模型。结果表明,多元散射校正(MSC,multiplicatives catter correction)结合Savitzky-Golay(SG)平滑为最佳预处理方法,遗传算法提取光谱后所建模型的预测精度均高于全波段光谱所建模型,其中LS-SVM为最佳预测模型,其预测相关系数和标准差分别为0.935和0.111,相比全波段LS-SVM模型预测,精度得到了提高。研究表明可见/近红外光谱技术结合遗传算法所建LS-SVM预测模型能够实现4℃下牛肉整个货架期内pH值的无损快速检测。该研究为进一步开发实用的牛肉pH值无损快速检测设备提供依据。     

用基于遗传算法的BP神经网络识别牛肉肌肉与脂肪

利用遗传算法的全局搜索能力,改进标准BP算法随机选取初始权重的不足,并构建了3-12-1的三层遗传BP神经网络,进行了3次牛肉肌肉与脂肪像素的分类试验,研究用BP网络对牛肉肌肉与脂肪两类像素点进行识别的可行性。以像素点的RGB值作为BP网络输入向量,每次训练集样本数62,测试集样本数43。测试的最终结果为：训练集的样本识别率分别为100%、100%、98.3871%;对应测试集的样本识别率分别为97.6744%、97.6744%、100%。试验结果表明,尽管基于遗传算法的BP神经网络对训练样本集以及测试样本集的肌肉和脂肪的识别率均在97%以上,但由于牛肉图像像素值在颜色空间中比较分散,有利于聚类的规律性不明显,因而是否可用BP网络来完成肌肉与脂肪的识别,还需要在网络拓扑结构、训练样本集等方面进一步研究。     

基于气流与多点激光技术的牛肉新鲜度检测装置研发

为了提高气流-激光技术在冷鲜肉品质检测方面的预测性能,该研究根据牛肉黏弹性与其品质的相关性,基于气流与多点激光技术研发了牛肉新鲜度检测装置。该装置硬件系统主要包括气流控制模块、位移信息采集模块、载物台升降模块和气室。基于该检测装置获取不同新鲜度牛肉样本的黏弹性信息,采用S-G卷积平滑（Savitzky-Golay smooth, S-G）、一阶导数处理（First derivative, FD）、一阶导数处理结合S-G卷积平滑（Savitzky-Golay smoothing after the first derivative pre-processing, FD+S-G）对样品黏弹性信息进行预处理,并测定牛肉新鲜度指标挥发性盐基总氮（Total Volatile Basic Nitrogen, TVB-N）含量, 建立了牛肉TVB-N含量的较佳预测模型。模型验证集的相关系数与均方根误差分别为0.859和1.337 mg/100 g。基于QT应用程序开发框架设计完成了检测装置控制软件,并将预测模型植入软件内部,实现了该检测装置的一键式操作。为验证检测装置稳定性进行了外部验证试验,结果表明该检测装置预测值与国标测量参考值间相关系数为0.887,均方根误差为1.385 mg/100 g。该检测装置基于黏弹性原理实现了牛肉新鲜度的无损检测,预测性能较好,可以为肉品新鲜度检测提供参考。     

基于遗传算法的土壤墒情传感器优化布局策略

针对用于节水灌溉的土壤墒情传感器布局问题,该文提出一种结合了基于全局优化遗传算法和改进的加权圆集布局理论的人机交互优化布局策略。该策略综合考虑了传感器覆盖精度、重叠限制等约束条件。通过在人机交互中引入专家知识和在遗传算法中采用十进制编码,策略易于与其它算法和附加参数协作以进行升级或移植于其它的应用场合。在给定传感器成本的仿真实验中,该文算法比四边形方案节约成本17.5%,比六边形方案节约成本34.0%。     

用于农药残留快速检测的压电免疫生物传感器的研究

该文建立了一种压电免疫生物传感器结合流动注射的方法检测样品中的农药残留.为了有效地捕获有机磷农药抗原,比较了三种在石英晶体金电极表面上固定有机磷单克隆抗体的方法.在0.005～10μg/mL范围内,有机磷浓度与晶体频率的变化之间呈较好的相关关系.回归方程:y=5.9111Ln(x) 51.979,决定系数为:0.93.该传感器的最低检测限为2.16×103μg/mL,选择性好,可以重复使用.     

四端法土壤电导率原位快速检测传感器设计与试验

实现土壤电导率的快速获取可为农业生产精准管理提供有效的数据支撑。目前,田间电导率采集在农业生产前进行,需要专门的电导率检测设备对种植田块开展大范围数据采集并生成电导率空间分布图,该方式操作繁琐、费时费力,同时检测的电导率值由于时间滞后原因,难以准确反映农业生产各环节(如播种)实施过程中的真实电导率情况。针对上述问题,基于交流"电流-电压"四端法原理,该研究设计了一种土壤电导率原位快速检测传感器,用于搭载在不同的农业生产机具上,实现土壤电导率的实时检测与作业参数的在线调整。该传感器以STM32处理器为核心,配合电源电路、交流信号源电路、有效值检测电路及其他外围电路搭建了硬件及软件架构,同时集成了信息的实时检测与显示、定时存储与无线传输等功能,实现了土壤电导率的原位高精度获取。传感器标定试验及工作稳定性试验结果表明,传感器输出值与DDB-303A电导率仪测得的电导率值呈明显线性关系,线性拟合R2为0.995,且在不同电导率水平下,连续测量的标准偏差均小于0.76μS/cm,具有较高的准确性及工作稳定性。与JXBS-3001传感器在实验室条件下(温度25℃),对配置的不同电导率浓度土样(含水率15%)检测的对比试验结果表明,所设计的电导率传感器的测量误差及响应时间更低,绝对误差为-5.9～19.4μS/cm,相对误差为-1.05%～2.39%,响应时间小于2.01s。利用电导率传感器在现场(温度20.6℃)对地块不同位置测量的绝对误差为-11.36～25.30μS/cm,相对误差为-7.91%～7.88%。综合而言,该研究所设计的土壤电导率传感器能快速准确的检测土壤电导率信息,可为无人农场的土壤信息采集提供一种高精度的检测工具。     

用于农药残留快速检测的生物传感器灵敏度筛选试验(简报)

为了提高乙酰胆碱酯酶生物传感器的灵敏度,使其更有效地应用于有机磷农药的快速检测。以商品乙酰胆碱酯酶（家蝇）和自制的鸡肝酶、鸡脑酶、鲤鱼脑酶为研究对象,比较了这4种乙酰胆碱酯酶的活性;检测了不同浓度的氧乐果、敌百虫和敌敌畏对4种酶的酶活抑制率。结果表明,鸡脑乙酰胆碱酯酶活性抑制率最高,3种农药对其的抑制率分别为：敌敌畏100 μg/L的抑制率为54.1%,敌百虫100 μg/L的抑制率为50.56%,氧化乐果100 μg/L的抑制率为24.16%。鸡脑酶廉价易得,且易于纯化,与自制的鸡肝酶和鲤鱼脑酶相比,乙酰胆碱酯酶的活性抑制率显著较高。因此鸡脑酶可以作为农产品农药残留快速检测用酶。     

基于生物散斑图像和惯性矩谱分析的牛肉掺腐检测

牛肉掺假严重危害消费者的健康与经济利益,因此对牛肉掺假进行无损检测具有重要意义。该文基于生物散斑技术对牛肉掺假进行定量检测。试验将新鲜牛肉和非新鲜牛肉按不同比例(0、1%、3%、5%~60%(5%梯度)和100%)混合制备掺假样本,并采集样本的生物散斑图像。针对单列惯性矩(inertia moment,IM)表征样本生物活性存在稳定性差的问题,首次提出惯性矩谱(IM谱)分析的方法并用于建立基于支持向量回归机(support vector regression machine,SVR)的牛肉掺假检测模型。结果表明基于IM谱建立的SVR模型能较为准确预测牛肉中掺假物含量,校正集和测试集的决定系数分别为0.85和0.81,均方根误差分别为0.12和0.11。该研究证明了利用生物散斑技术和惯性矩谱分析方法对新鲜牛肉中掺杂腐败牛肉进行定量检测是可行的。     

基于生物技术的农产品质量安全快速检测方法研究进展

农产品质量安全快速检测技术样品前处理简单,对设备要求不高,简便快速,是当前农产品质量安全监管工作的重要技术支撑。本文综述了基于生物技术的农产品质量安全快速检测方法的研究进展,包括酶抑制技术、免疫学技术（酶联免疫吸附测定、免疫层析、生物芯片）、生物传感器技术和聚合酶链式反应技术,并展望了其发展方向,以期为后续研究提供参考和借鉴。     

基于真有效值检测的高频电容式土壤水分传感器

土壤水分的测量是精细农业中实施节水灌溉的基础。基于真有效值检测技术,利用土壤的介电特性,设计了一个高频电容式土壤水分传感器,主要由电源滤波电路、100 MHz有源晶振、XC74UL14AA、探针电极和AD8361组成。其中,探针电极由印刷电路板制成并与主印刷电路板一体化成型。传感器以直流电压输出,分别在空气和去离子水中测得其输出范围为工作电压的20%～70%。通过2-异丙氧基乙醇、二氧六环和去离子水3种溶液配制了一系列不同等效土壤体积含水率的待测溶液,在不同工作电压下,对传感器进行了标定以及在5～40℃范围内以24.8℃基准进行了温度变异性试验。试验结果表明：传感器对工作电压有明显的依赖性,在特定含水率下传感器的输出电压随工作电压的升高而增加;特定工作电压下传感器的输出电压与土壤体积含水率呈线性负相关,其决定系数R2＞0.987;温差越大则传感器的测量偏差也越大,最大偏差为4.44%。并配制土样对传感器进行了验证,最大误差为4.95%。     

常规冷冻冻藏对猪肉保水性和组织结构的影响

调查了在生产中常规冷冻工艺条件下冻结的肉块,经-18℃冷库冻藏一定时间之后,在固定解冻条件下解冻后,肉的保水性、蛋白溶解度和组织结构的变化规律。结果表明:随着冻藏时间的延长,冷冻猪肉的保水性逐渐降低,主要表现为:解冻汁液流失率、蒸煮损失率和加压失水率等逐渐升高。肉样的蛋白溶解度逐渐降低,主要是全蛋白和肌原纤维蛋白的溶解度降低。随着冻藏时间的延长,冰晶在冻结肉样中逐渐长大,导致肌束受压聚集。这可能是肉的保水性降低的一个重要原因。冻藏1个月对于肉样的各种品质特性影响不大,2个月后指标的变化比较明显,5个月后指标的变化非常明显。     

基于遗传算法的土壤水分运动参数识别

土壤水分运动参数的识别是研究土壤水分运动的基础。该文以反映土壤含水率实测值和计算值吻合程度的均方差最小为优化目标,以土壤导水率和扩散率经验参数上下限为约束条件,建立了土壤水分运动参数识别的优化计算模型。采用遗传算法和田间均质土壤一维非饱和运动数值计算相结合的方法,获得土壤导水率和扩散率经验参数最优值。经验证计算,土壤含水率实测值和计算值吻合程度较高,表明这一方法是可行的。     

岷江上游主要森林群落枯落物量及其持水特性

在四川卧龙森林生态定位研究站,通过野外收集与室内浸泡法,研究岷江冷杉林、川滇高山栎林及灌竹林3种典型亚高山森林群落类型的枯落物量及其持水特性的动态变化,目的在于为岷江地区天然林保护与林分经营管理提供理论依据。结果表明：1）一年中,3种森林群落类型枯落物蓄积量在不同生长时期差异明显,变化范围为10.00-25.20t／hm^2,在生长初期（5月份）和生长盛期（7月份）,其顺序为岷江冷杉林〉川滇高山栎林〉灌竹林,在生长末期（9月份）,其顺序为川滇高山栎林〉岷江冷杉林〉灌竹林。2）3种森林群落类型不同时期枯落物最大持水量均表现出分解层〉半分解层〉未分解层;3种森林群落类型枯落物最大饱和持水能力均较强,表现为岷江冷杉林〉川滇高山栎林〉灌竹林。3）3种森林群落类型枯落物持水量、吸水速率与浸水时间之间分别呈对数和幂函数关系,浸水前期的枯落物吸水速度变化最快,在0-5min达最大值,随时间推移逐渐降低,24h后吸水基本停止。     

基于遗传BP算法的温室无线传感器网络定位方法

针对温室移动节点定位的需求,提出了一种基于遗传BP算法的温室无线传感器网络定位方法。该方法主要包括路径损耗指数确定、定位模型训练、未知节点定位3个阶段。首先,锚节点间相互通信,通过高斯校正模型增强定位信息的准确性后,利用最小均方误差估计法确定路径损耗参数;然后,应用遗传BP算法建立未知节点坐标和未知节点至锚节点的距离向量之间的映射关系模型;最后将未知节点接收各锚节点的RSSI值转换为距离向量,输入定位模型中,估算未知节点的位置。试验表明,该方法充分考虑环境对信号传输模型的影响,定位误差≤2m的比例达24%,定位误差≤3.5m的比例达86%,相对定位误差低于4.8%,具有较高的稳定性和定位精度,能够满足实际温室环境的定位需求。     

吊顶对湿帘风机纵向通风牛舍环境及牛生理的影响研究

为了改善湿帘风机纵向通风系统应用于肉牛舍的降温效果和气流分布的均匀性,同时提高肉牛活动区的风速,该试验在实测的基础上,采用流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的方法对安装吊顶的湿帘风机纵向通风肉牛舍的气流场进行模拟。模拟时将牛只按与实物原型等比例引入到模型中,经吻合性验证,风速的平均相对误差,Y=0.7m截面为27%,Y=1.2 m截面为14%,Y=1.7 m截面为13%,认为模型有效。结果表明:安装吊顶后,舍内的气流分布均匀,肉牛活动区域风速适宜,可为肉牛提供更为适宜的饲养环境。舍内Y=0.7 m截面的平均风速为0.75 m/s,Y=1.2 m截面的平均风速为0.88 m/s,Y=1.7 m截面的平均风速为1.00 m/s。未安装吊顶的牛舍,舍外平均温度(35.0±2.7)℃条件下,0.7 m高度处平均温度(30.0±0.7)℃,1.2 m高度处平均温度(30.1±0.8)℃,较舍外平均降温14%;安装吊顶的牛舍,舍外平均温度(37.2±2.1℃)℃条件下,0.7 m高度处平均温度(31.1±0.7)℃,1.2 m高度处平均温度(31.1±0.7)℃,较舍外平均降温16%,说明安装吊顶后降温效果显著。安装吊顶后,舍内平均相对湿度80.9%,有害气体浓度均在饲养标准范围内;呼吸频率为36次/min,平均等温指数(equivalent temperature index,ETI)为23.96,均未达到热应激水平。     

采用改进的遗传算法求解高速犁体曲面的优化模型

针对高速犁体曲面的最优化问题，提出用一种新的鲁棒全局优化算法——改进的遗传算法，并采用该算法求解犁体曲面。通过6400个数值试验优选出遗传算子，用Turbo C语言编制了相应的软件进行了仿真试验。试验结果表明，该方法能较成功地解决犁体曲面优化设计时高度非线性函数优化求解难的问题，求解时间是复合形法的1/360。     

采用显微图像识别技术快速检测食品细菌总数

提出利用显微图像技术与BP神经网络技术检测食品细菌总数的方法,以适应快速准确检测的要求.设计了一套基于计算机视觉技术的食品细菌总数检测系统.该系统运用显微图像技术和BP神经网络技术对试验样本的细菌总数进行分析和计数.该系统由Visual C 6.0平台开发,对细菌图像的分析快速、准确,一帧图像可采集的细菌数量小于500个,对1组图像(10帧图像)的分析时间不大于30 s.比较平板计数法,该方法在牛奶、果汁和牛肉的细菌总数检测试验中,两种方法结果无显著差异(t检验结果p＞0.05).