基于3D激光雷达的鸡舍通道中心线检测方法

针对笼养鸡舍环境下光照强度弱、作业通道内狭小导致机器人巡检时通道中心线检测困难的问题,该研究利用3D激光雷达对鸡舍通道中心线进行获取。首先通过机器人搭载的3D激光雷达对鸡舍作业通道信息进行采集,利用直通滤波、地面点滤波、体素滤波、统计滤波和平面投影对获取的3D激光雷达点云数据进行预处理,获取XOY平面上的点云数据。通过改变K-means聚类初始点选择方式和聚类函数对预处理后的点云数据进行数据分类。利用改进RANSAC算法对分类后的数据进行处理,提取通道中心线。试验结果表明该研究提出的改进K-means聚类算法平均耗时6.98 ms,相较于传统的K-means聚类算法平均耗时减少了29.40 ms,准确率提高了82.41%。该研究提出的改进RANSAC算法中心线提取准确率为93.66%、平均误差角为0.89°、平均耗时为3.94 ms,比LSM算法得到的平均误差角高0.14°,平均耗时减少6.15 ms。表明该研究提出的鸡舍通道中心线检测方法基本满足笼养鸡舍环境实时自主导航的需求,为巡检机器人在鸡舍作业通道内进行激光雷达导航提供了技术支撑。     

基于彩色模型和近邻法聚类的水田秧苗列中心线检测方法

水田秧苗列中心线的检测是实现水田除草机器人自主导航的重要保证。在秧苗的不同生长时期,秧苗形态各不相同;并且在南方地区的水田中经常会出现的绿色浮萍、蓝藻,它们的颜色与目标秧苗非常接近,这给秧苗的分割以及列中心线的检测带来很大的困难。针对这些问题,提出一种基于彩色模型和近邻法聚类实现秧苗列中心线的检测方法。首先,基于彩色模型即2G-R-B模型(2Green-Red-Blue)和HSI(Hue,Saturation and Intensity)彩色空间中提取S分量提取秧苗灰度特征;然后,在保持秧苗原有形状的前提下提取秧苗特征点,获得秧苗特征点图像;最后,基于近邻法利用特征点间的邻近关系对特征点进行聚类,采用基于已知点的Hough变换(known point Hough transform)提取秧苗列中心线。试验表明:提出的方法能够在图像中存有绿色浮萍、蓝藻等噪声情况下准确提取秧苗灰度特征,平均每幅真彩色图像(分辨率:1280×960)整个流程所需时间小于350ms,并能够适应自然光线变化。提出的方法能够适应环境的变化,满足机器人实时性要求。     

基于K-means聚类的柑橘红蜘蛛图像目标识别

为快速检测红蜘蛛虫害,该研究采用基于Lab颜色模型中a(红/绿)、b(黄/蓝)层信息的K-means聚类法识别彩色图像中的红蜘蛛。试验选取8幅具有不同清晰度的柑橘红蜘蛛图像,采用基于Sobel边缘检测算子的评价函数计算图像清晰度评价值以评价图像清晰度,对比采用灰度法和包含2、3、4或5个聚类中心的K-means聚类法的目标识别效果和识别效率。结果表明,灰度法对8幅图像中红蜘蛛目标识别率平均值为29%,误判率平均值为201%,无法应用于复杂背景图像中的红蜘蛛目标识别。包含5个聚类中心的K-means聚类法对清晰度较高的图像识别率为100%,误判率为0,对清晰度较低的图像识别率为88%,误判率为0;当图像尺寸较小时,包含4个聚类中心的K-means聚类法识别效率与灰度法相当;当图像尺寸较大时,重复计算聚类中心导致识别耗时较长;基于Lab颜色空间的识别算法无法有效识别其他颜色的红蜘蛛,继续研究的方向为引入红蜘蛛形态信息以提高识别准确率和优化聚类中心的选取以降低识别耗时。     

基于自适应密度峰值聚类的野外紫色土彩色图像分割

野外自然环境下采集的紫色土图像背景复杂,将紫色土区域从背景中分割出来是应用机器视觉对紫色土进一步分析处理的首要工作。该文提出基于自适应密度峰值聚类的野外紫色土彩色图像分割算法。该方法首先构造基于熵的相似度矩阵,从而建立基于类间方差最大化类内方差最小化准则的灰度变换优化模型,求解优化模型获得一个提升了紫色土与背景间分离特性的灰度图像。然后,构建无参的密度公式和一个中心决策度量来自动获取聚类中心,实现在密度峰值聚类算法框架下紫色土图像的自适应分割。最后,设计边界提取与区域填充的后处理算法获得完整的紫色土土壤区域图像。通过使用常规样本集、鲁棒样本集试验测试,结果显示:该文分割算法的初分割平均分割精度分别为93.45%和87.40%,比采用原始密度峰值聚类算法的平均分割精度分别提高3.16和12.47个百分点。经该文算法初分割、后处理,平均分割精度分别提高到96.30%和91.63%,平均耗时分别为0.36和0.35 s。研究结果为野外紫色土彩色图像的自适应分割提供参考。     

基于区域生长均值漂移聚类的苗期作物行提取方法

为解决传统机器视觉方法检测苗期作物行时不同作物种类、不同生长背景和不同作物行数导致的作物行提取精度低的问题,该研究提出一种基于区域生长和均值漂移聚类的苗期作物行提取方法。首先,通过Lab颜色空间中a、b双颜色分量最大熵法选取最优阈值进行图像分割;其次,通过垂直投影获取均值漂移的聚类窗口带宽,均值漂移时以聚类窗口边缘为种子点进行区域生长来归类和标记每一行作物,之后遍历所有作物行获取聚类中心点;最后,通过最小二乘法拟合聚类中心点得到作物行直线。试验结果表明,该方法对大蒜、玉米、油菜、水稻和小麦5种作物的苗期作物行提取精度较高,5种作物的平均行识别率为98.18%,平均误差角度为1.21°,每张图片的平均处理时间为0.48 s。该方法的作物行提取性能明显优于Hough变换方法,为田间环境多因素影响下的苗期作物行提取提供了一种更具鲁棒性的方法。     

基于视觉显著性改进的水果图像模糊聚类分割算法

准确分割水果图像是采摘机器人实现视觉定位的关键技术。该文针对传统模糊聚类对初始聚类中心敏感、计算量大和易出现图像过分割等问题,结合机器人的视觉特性,提出了一种基于多尺度视觉显著性改进的水果图像模糊聚类分割算法。首先,选择适当的颜色模型把彩色水果图像转换为灰度图像;然后对灰度图像做不同尺度的高斯滤波处理,基于视觉显著性的特点,融合了多个不同尺度的高斯滤波图像,形成图像聚类空间;最后,用直方图和模拟退火粒子群算法对图像的传统模糊聚类分割算法进行了改进,用改进的算法分别对采集到的100张成熟荔枝和柑橘图像,各随机选取50张,进行图像分割试验。试验结果表明:该方法对成熟荔枝和柑橘的图像平均果实分割率分别为95.56%和93.68%,平均运行时间分别为0.724和0.790s,解决了水果图像过分割等问题,满足实际作业中采摘机器人对果实图像分割率和实时性的要求,为图像分割及其实时获取提供了一种新的基础算法,为视觉精确定位提供了有效的试验数据。     

基于K-means聚类和椭圆拟合方法的白粉虱计数算法

为了能够对害虫的准确计数,该文以白粉虱为例,提出了一种基于K-means聚类和椭圆拟合方法的白粉虱计数算法。该方法首先利用K-means聚类算法对白粉虱图像进行分割,使白粉虱从背景图像中分离,然后利用基于最小二乘法的椭圆拟合方法对分割结果进行椭圆拟合,统计椭圆的个数,提取椭圆中心点的颜色特征值,将其作为新的分类中心,重新对白粉虱图像进行分割和椭圆个数的统计,最后将算法收敛时的椭圆个数作为当前白粉虱的个数。对辣椒、黄瓜、番茄和茄子4种作物叶片上附着的白粉虱进行了计数试验,该算法在这4种作物上的平均计数错误率依次为2.80%,8.51%,5.00%,1.56%,并且分别比阈值化方法和K-means聚类方法的平均计数错误率降低了11.65%和70.18%。试验结果表明:所提方法能够实现对不同作物上白粉虱的准确计数,且算法具有很好的泛化性。该研究结果可为虫害的检测以及采取正确的防治措施提供重要依据。     

基于彩色和深度信息结合K-means聚类算法快速拼接植株图像

图像拼接可以建立宽视角的高分辨率图像,对实现农业智能化有重要作用。基于Kinect传感器的图像拼接方法利用彩色和深度双源信息,能够有效避免图像缺失、亮暗差异、重影等拼接错误,但是存在拼接时间较长和目标植株不明显等情况。针对这一问题,该文提出一种基于Kinect传感器彩色和深度信息的目标植株图像快速拼接方法。首先用K-means聚类算法和植株深度信息提取彩色图像中有效植株区域,再采用SURF(speeded up robust features)算法进行特征点提取,利用相似性度量进行特征点匹配并根据植株深度数据去除误匹配,由RANSAC(randomsampleconsensus)算法寻找投影变换矩阵,最后采用基于缝合线算法的多分辨率图像融合方法进行拼接。室内外试验结果表明:该文图像拼接方法更能突显出目标植株且极大缩短了拼接时间,该方法图像拼接时间只需3.52 s(室内)和7.11 s(室外),较基于深度和彩色双信息特征源的Kinect植物图像拼接方法时间缩短了8.62 s(室内)和38.56 s(室外),且平均匹配准确率达96.8%。该文拼接后图像信息熵、清晰度、互信息、空间频率平均分别为6.34、50.36、11.70、11.28,图像质量较传统方法均有提高。该研究可为监测农业植株生长状态、精确喷洒药物提供参考。     

基于空间特征谱聚类算法的含噪苹果图像优化分割

为了减少噪声对苹果采摘机器人的目标识别所带来的影响,对含噪苹果图像的分割方法进行了研究。该研究设计一种针对噪声具有鲁棒性的苹果图像分割方法,首先计算苹果图像的三维空间特征点的紧致性函数,用以构造邻近点的相似矩阵实现苹果图像的去噪效果;再利用离群点矩阵拆分并由其他剩余列向量线性表示,对相似矩阵进行离群点调优实现聚类优化,进而提出基于空间特征的谱聚类含噪苹果图像分割的优化算法,旨在提高分割算法的效率和识别准确率。通过对两幅苹果图像添加不同程度的高斯和椒盐噪声（方差分别为0.01、0.05和0.1的高斯噪声和概率为0.01、0.05和0.1的椒盐噪声）进行试验,分别求出谱聚类方法、基于空间特征的谱聚类方法和该文优化方法的苹果目标图像的分割图,并计算三类方法的分割准确率。该文优化方法对于单个苹果受不同噪声影响下的分割准确率均在99%以上,对于重叠苹果的分割准确率均在98%以上,对于所选取的30幅苹果图在方差为0.05的高斯噪声和概率为0.01的椒盐噪声影响下的平均分割准确率为99.014%。结果表明：谱聚类方法受噪声的影响较大;基于空间特征的谱聚类方法的分割效果受噪声的影响较小,但在边界区域仍然有很多错分的像素;优化方法在边界区域的分割要优于基于空间特征的谱聚类方法;在设定的试验条件下,其分割结果准确率相对于基于空间特征的谱聚类方法和传统的谱聚类方法可分别提高5%～6%和9%～25%。在分割效率方面,该文优化方法的分割时间低于传统的谱聚类算法,且与基于空间特征谱聚类方法接近。研究结果为苹果采摘机器人的快速目标识别提供参考。     

基于聚类分析法的山东省城镇化进程中土地财政分区

[目的]探讨山东省城镇化进程中的地域差异造成的土地财政分区,为地方政府制定切实可行的土地政策,选择有针对性的城镇化道路提供参考。[方法]采用聚类分析法对土地进行分区。[结果]山东省17地市被划分为4类土地财政区:济南、青岛、济宁、枣庄属于第一类高地价区;淄博、烟台、泰安、菏泽属于第二类高土地税收规模区;东营、滨州、莱芜、聊城属于第三类低土地财政规模区;威海、潍坊、日照、临沂、德州属于第四类高土地财政规模区。[结论]每一类土地财政区有各自的特征,应因地制宜集约利用土地,发展实体经济,避免盲目跟风依赖土地财政。     

铬Cr^6＋对水稻种子萌发及幼苗生长的影响

采用水培和土培试验方法,研究了不同浓度的铬(Cr6 )对水稻种子萌发、幼苗生长的影响,结果表明,六价铬对水稻种子的萌发及出苗都有不良影响;幼苗随着铬(Cr6 )浓度的增加,植株的生长明显受到抑制,株高、根长、鲜重和干重均下降,但水培较土培所引起铬的危害起始浓度更小,失绿症状更严重。     

氮肥与多效唑配合对稻麦两熟区机插水稻秧苗生长的影响

采用常规方法测定秧苗素质和产量,弹簧秤法测定秧块盘结力,参照GB/T 6243-2003 评价栽插质量等,研究了氮肥与多效唑配合对稻麦两熟区机插水稻秧苗生长的影响,并评价其栽插质量和产量。结果表明,在机插秧苗的超秧龄特别是严重超秧龄阶段,秧苗素质迅速变劣,表现为株高急剧增加,百株干重和根系活力迅速下降,叶片丙二醛含量呈线性上升。一叶一心期追施适宜的氮肥并配以二次化控措施,可使超秧龄机插秧苗保持较好的移栽状态和栽插质量,保证其高产。在一叶一心期追施氮肥N 6 g/m2并配以100 mg/L多效唑浸种,并在二叶一心期喷施250 mg/L多效唑能保持相对较好的秧苗素质;关键栽插质量指标—漏插率可降低至8.5%,并能获得9.95 t/hm2的较高产量。     

PGPR对水稻塑盘旱育秧苗素质的影响

采用水稻抛秧塑盘(434孔)旱育秧方法,研究3株PGPR(Bacillus sp.RBB1、Bacillus sp.WP8和Pseudomonassp.RBP1)对水稻旱育秧苗素质的作用,比较PGPR不同接种方式及施用壮秧剂对促生效果的差异,以及PGPR对土壤细菌群落结构的影响。结果表明:①RBP1和WP8可不同程度地促进秧苗生长,主要表现在促使秧苗矮壮、增加干物质积累;②PGPR拌土普遍优于浸种方式;③PGPR的有效性受是否与壮秧剂混用的影响,其次是接种方式;④地上部干物重对PGPR不同处理方式较为敏感,是评价促生效果的理想指标;⑤PGPR对土壤细菌群落结构有一定的影响,但不十分明显。通过研究,明确WP8和RBP1具有开发成水稻育秧专用微生物肥料的潜力。     

振动式排秧器秧苗的运动分析及参数确定

通过对排秧器秧苗的运动分析及秧苗推送速度的影响因素分析,给出实际的秧苗平均推送速度、秧苗抛起高度的解析式及排秧器系统各参数的实用关系曲线,且试验结果表明,按实用关系曲线选取系统参数,能很好地满足秧苗推送速度的要求。     

育秧方式与播种量对水稻机插长龄秧苗的影响（简报）

为探讨适宜机插的大苗培育新技术,该文以川香9838为材料,采用田间试验方法,研究了4种育秧方式及3个播种量水平对机插大苗素质和栽插质量的影响。结果表明,秧苗成苗率随播种量增加而下降;不同育秧方式的秧苗素质有极显著差异;不同播种量间,除百株干质量为显著性差异外,株高、茎粗、根数、根长、根活力、丙二醛及质量高比均为极显著差异;无纺布旱育秧的秧块盘结力较小,为6.48 kg/m2,双膜旱育秧的秧块盘结力较大,为18.70 kg/m2。依据GB/T 6243－86评价栽插质量,报纸旱育秧较好,其次为无底旱育秧。播种量为277.78 g/m2时,伤秧率、勾秧率和漏插率较低;播种量为416.67 g/m2时,漂秧率、全漂率和翻倒率较低。因此,水稻机插长龄秧苗应选择报纸旱育秧或无底旱育秧,且播种量在277.78～416.67 g/m2之间。     

抛(摆)秧钵苗入土深度影响因素的试验研究

研究了抛（摆）秧体苗入土深度与其影响因素之间的关系。结果分析表明,摆秧机排秧器的高度为９０ｃｍ左右最佳,机摆秧作业时,土壤沉淀８ｈ￣２ｄ,人工抛秧作业时,土壤沉淀时间６ｈ￣１ｄ较好。同时通过回归分析,给出了钵苗入土深度和苯苗下落高度、土壤硬度之间的关系式,该式的预测和实测的结果高度一致。     

稻草切碎全量还田抛秧栽培双季稻立苗和生长的影响因素

为实现机械化稻草切碎全量还田条件下抛栽水稻的快速立苗,在大田条件下研究了稻草还田(设稻草全量还田和稻草不还田)以及在稻草全量还田条件下秧龄(早稻设25、30 d,晚稻设20、25、30 d)、抛栽方式(设点抛和人工撒抛)、耕作方式(设机械深耕和机械旋耕)对早、晚稻抛栽立苗及水稻生长的影响。结果表明,相同条件下,稻草全量还田不利于晚稻立苗及根系生长,但对早稻影响较小;晚稻稻草全量还田的秧苗立苗时间比稻草不还田至少延长2 d;抛栽2 d后单株根质量大于稻草不还田;抛栽4 d后稻草全量还田处理水稻叶面积、黄叶比低于稻草不还田处理。相同耕作与抛栽方式下,秧龄越短水稻立苗和根系生长越快,早稻30 d秧龄秧苗立苗时间比25 d至少长2 d;晚稻30 d秧苗立苗时间比20 d秧苗至少长3 d,比25 d秧苗至少长1 d。相同耕作方式及秧龄条件下,早、晚稻点抛后的立苗角度、立苗比例均大于撒抛,且早稻点抛立苗时间比撒抛至少缩短2 d,晚稻至少缩短1 d。相同抛栽方式及秧龄条件下,晚稻深耕立苗时间比旋耕短、根系数量比旋耕多;早、晚稻深耕秧苗的叶面积指数大于旋耕。生产上,在稻草全量还田时,早稻秧龄宜为25 d,晚稻秧龄宜为20～25 d,采用点抛及深耕的方式有利于抛栽稻立苗及生长。     

育秧播种密度与取秧面积耦合对杂交稻机插质量和产量的影响

为探索杂交稻机械化种植方法,根据杂交稻少本稀植的农艺要求,该文对不同育秧播种密度与插秧机取秧面积耦合栽插的质量和产量进行研究,于2017年和2018年在广东省江门市、肇庆市和汕头市进行不同育秧播种密度(30～90 g/盘)和取秧面积耦合栽插对比试验,分析了耦合栽插对栽插质量、根系损伤率和发根力的影响;以钵体苗人工手插为对照,开展不同育秧播种密度与取秧面积耦合栽插的大田生产试验,分析了杂交稻毯状苗不同育秧播种密度耦合栽插方式的产量表现及其特征。结果表明:1)现有技术条件下,基于育秧播种密度与取秧面积耦合栽插方法可实现不同育秧播种密度下较高质量的栽插,1～3株/穴的比例介于80.67%～95.33%之间,1～4株/穴的比例超过90.67%;育秧床土对栽插质量有较大影响,采用基质育秧或"基质+旱地土"育秧,当育秧播种密度超过50 g/盘时,漏插率为3.50%～6.38%,平均为5.11%,基本满足杂交稻机插农艺要求。2)不同育秧播种密度耦合栽插方式的根系损伤率为15.37%～31.16%;当育秧播种密度大于40 g/盘时,根系损伤率随育秧播种密度的增加而增大;发根力与根系损伤率之间呈负相关关系,相关系数为-0.949 3;当育秧播种密度差异不超过10 g/盘时,发根力没有显著差异,当育秧播种密度差异超过20 g/盘,发根力的差异达到显著水平。3)不同耦合栽插方式中,50 g/盘机插的单产最高;从产量角度看,不同耦合栽插方式及对照的产量规律为:50 g/盘机插钵苗手插60 g/盘机插70 g/盘机插或90 g/盘机插;与各品种的区试产量表现比较发现,不同耦合栽插方式的实际产量都未达到区试产量,其原因是单位面积有效穗数和结实率都不及区试中的表现,但穗长达到或略超过区试中的表现。研究结果对攻克杂交稻机械化种植难题具有参考价值。     

水冷式苗床根际降温效果及其对番茄幼苗生长的影响

作为水分和养分吸收运输的主要器官,根系及其代谢直接影响着植株的生长与发育,相对于地上部温度植株对地温更为敏感。根际高温是影响夏季蔬菜集约化育苗主要障碍因子之一,适宜、稳定的根际温度是幼苗根系生长和培育壮苗的重要保证。为了降低夏季集约化育苗时幼苗的根际高温环境,设计了一种低能耗的根际降温方式,该研究利用地下水作为降温媒介,采用梯形排管作为冷却管道,设计了一套水冷式苗床用于集约化育苗根际局部降温。试验结果表明,在番茄育苗期间,水冷式苗床番茄幼苗根际积温、日均温和平均最高温分别比对照苗床降低了154.1、4.5和6.5℃。水冷式苗床平均一天中番茄幼苗根际温度高于25℃历时比对照苗床减少了7.6 h,高于28℃历时比对照苗床减少了7.2 h。水冷式苗床番茄幼苗叶片的蒸腾速率比对照提高了36.3%,提高了叶-气温差。水冷式苗床番茄幼苗根系活力和光合作用显著高于对照苗床,壮苗指数比对照苗床提高了34.9%。因此,水冷式降温苗床能够较好的降低根际温度,缓解夏季高温对番茄幼苗生长的胁迫。     

密闭式立体育秧系统水稻育苗基质配方研究

针对水稻育苗用土资源日益减少、适用于密闭式水稻立体育秧基质缺乏等制约水稻工厂化育苗技术发展的问题,该文以粉碎稻壳、粉碎玉米秸秆、珍珠岩、大田土为基质材料,设计3种单一基质CK1(100%大田土)、CK2(100%盼碎玉米秸秆)、CK3(100%粉碎稻壳)和按体积比配制的6种复合基质S1(80%粉碎稻壳+10%大田土+10%珍珠岩)、S2(60%粉碎稻壳+20%大田土+20%珍珠岩)、S3(40%粉碎稻壳+40%大田土+20%珍珠岩)、T1(80%粉碎玉米秸秆+10%大田土+10%珍珠岩)、T2(60%粉碎玉米秸秆+20%大田土+20%珍珠岩)、T3(40%粉碎玉米秸秆+40%大田土+20%珍珠岩)进行育苗试验,并分析9种基质的理化指标,结果表明,各处理的理化指标含量差异显著;添加粉碎稻壳、粉碎玉米秸秆复合基质的秧苗品质要优于单一基质;添加玉米秸秆的复合基质(T1、T2、T3)秧苗品质要优于添加稻壳的复合基质(S1、S2、S3);粉碎稻壳、粉碎玉米秸秆的添加量对秧苗生长影响较大,其添加量在60%(S2和T2)时,秧苗的各性状表现最优,其他2个处理差异不显著。以秧苗的农艺、生物量、力学性能作为评价指标,最佳的复合基质配方为处理T2。田间栽培结果表明,与常规育苗模式(普通平面大棚+自然光+大田土)对比,经T处理(密闭式立体+LED日光灯+T2基质)的秧苗在穴数上没有差异,株高平均值117.9 cm,低于对照的常规育苗平均值121.8 cm;千粒质量平均值25.35 g;其他各项指标平均值均高于常规育苗,实测增产5.9%。该研究结果可为密闭式水稻立体育秧系统高效稳定生产提供参考。