转盘式对虾开背工艺分析与参数优化

针对目前对虾开背环节工艺不完善、实际应用装备缺乏等问题,以中型南美白对虾为研究对象,探究了对虾开背关键工艺方法,建立了对虾开背过程力学模型,获得影响开背效果主要因素为刀具角度、加工中心盘转速和刀具安置距离;采用单因素试验研究和分析了各因素对开背成功率、虾仁损伤率、虾线裸露成功率和感官评分值的影响,确定影响因素最佳区间为：刀具角度20°~60°、加工中心盘转速10~40r/min和刀具安置距离9~11mm;利用Design-Expert软件进行多因素响应面试验研究分析,并采用多目标优化方法,得到最优参数组合为：刀具角度43.838°、加工中心盘转速28.391r/min、刀具安置距离9.801mm时,开背成功率为99.161%、虾仁损伤率为2.825%、虾线裸露成功率为90.727%、感官评分值为86.944。验证试验结果表明：针对中型南美白对虾,当刀具角度45°、加工中心盘转速28r/min、刀具安置距离9.8mm时,开背成功率为98.89%、虾仁损伤率为3.33%、虾线裸露成功率为87.78%、感官评分值为85.33,与理论优化值的绝对误差均较小,优化后的对虾开背装置性能满足作业要求。研究可为对虾开背工序装置设计和参数选择提供理论基础和科学依据。     

弧形鸭嘴式大蒜正芽播种机设计与试验

为解决大蒜正芽播种问题,设计了弧形鸭嘴式型大蒜正芽播种机,主要由单粒取种装置、鳞芽方向控制装置、直立下栽装置、传动系统以及机架、地轮等部分组成,可一次完成取种、换向、直立栽种和镇压作业。根据大蒜鳞芽外形尺寸参数,对播种机关键零部件进行了优化设计,设计了符合大蒜鳞芽外形尺寸分布的大、中、小3级取种勺;设计了弧形开口换向器,使芽尖弯曲大蒜鳞芽芽尖尽可能露出换向器;设计了中间轴随驱动圆盘同时旋转的直立下栽机构,实现11行下栽鸭嘴同时稳定作业,与弧形换向器配合实现芽尖不小于6mm大蒜鳞芽的正芽。以苍山四六瓣蒜和金乡杂交蒜为试验对象,进行田间播种性能试验,结果表明：行走速度在0.14~0.19m/s范围内,金乡杂交蒜的正芽率达到85%左右,苍山四六瓣蒜的正芽率达到90%左右,单粒率均达到93%以上,整体满足大蒜播种农艺要求。     

基于时序高光谱和多任务学习的水稻病害早期预测研究

水稻病害是影响水稻产量的重要因素之一,水稻病害的早期预测对水稻病害防治至关重要。为了实现水稻白叶枯病害的预测,连续采集了从接种病菌到早期发病共7d的白叶枯病害胁迫下的叶片高光谱图像。利用Savitzky-Golay算法对高光谱图像进行预处理,并利用主成分分析（Principal component analysis, PCA）和随机森林（Random forest, RF）算法提取光谱特征,构建多任务学习(Multi-task learning, MTL)与长短期记忆（Long short-term memory, LSTM）网络融合的预测模型,对水稻病害发病率和潜伏期进行预测,并利用鲸鱼优化算法（Whale optimization algorithm, WOA）对MTL-LSTM模型进行优化。实验结果表明：PCA和RF可以有效地从高光谱图像中提取光谱特征,降低高光谱数据维度,且基于光谱特征构建的预测模型性能优于全波段光谱构建的预测模型性能,建模时间降低约98%。基于时序高光谱构建的预测模型对发病率和潜伏期的预测取得了预期效果,基于前10个特征波长构建的WOA-MTL-LSTM模型取得了最优的预测性能,对发病率和潜伏期预测测试集的R2分别为0.93和0.85,RMSE分别为0.34和2.12,RE分别为0.33%和1.21%。通过WOA算法可以提升MTL-LSTM的预测性能,对发病率和潜伏期预测的R2均提升0.05。研究结果表明RF提取高光谱特征能有效表征全波段光谱,基于时序高光谱的WOA-MTL-LSTM模型可以准确预测白叶枯病害发病率和潜伏期,为水稻白叶枯病害的预防提供了技术支持。     

基于改进YOLOv5s和TensorRT部署的鱼道过鱼监测

为实现在复杂水体下对鱼道过鱼进行监测,提出了一种基于YOLOv5s的改进模型,并用TensorRT部署应用于某水电站鱼道现场。首先,针对水下图像模糊、目标检测困难的问题,提出了将Swin Transformer（STR）作为检测层,提升了模型对目标的检测能力;其次,针对鱼群密集、图像信息少的问题,将Efficient channel attention（ECA）注意力机制作为主干特征提取网络C3结构的Bottleneck,减少了计算参数并提升了检测精度;然后,针对检测目标定位差、回归不收敛的问题,将Focal and efficient IOU loss（FIOU）作为模型损失函数,优化了模型整体性能;最后将模型部署在TensorRT框架进行优化,处理速度得到了大幅度提升。基于实际采集的复杂水体数据集进行实验,结果表明,本文算法mAP为91.9%,单幅图像处理时间为10.4ms,在相同条件下,精度比YOLOv5s提升4.8个百分点,处理时间减少0.4ms。模型使用TensorRT部署后单幅图像推理时间达到2.3ms,在不影响检测精度的前提下,推理速度提高4.5倍。综上,本文算法模型在保证快速检测的基础上,具有较高的准确性,更适用于复杂水体下鱼道过鱼监测。     

基于改进ResNet18模型的饲料原料种类识别方法

为了解决饲料生产过程中入仓原料种类采用人工取样感官识别所存在的问题,实现原料种类自动识别,以玉米、麸皮、小麦、豆粕、鱼粉等大宗饲料原料为研究对象,自主设计搭建了多通道入仓原料种类自动识别装置,采集饲料原料图像数据集,并使用数据增强的方法增加样本多样性。基于ResNet18网络模型加入通道注意力机制、增加Dropout函数,并嵌入余弦退火法的Adam优化器,引入迁移学习机制训练模型,构建适用于饲料原料种类识别的CAM-ResNet18网络模型。CAM-ResNet18网络模型的原料种类验证准确率达99.1%,识别时间为2.58ms。与ResNet18、ResNet34、AlexNet、VGG16等网络模型相比,模型验证集准确率分别提升0.6、0.2、3.7、1.1个百分点。针对混淆矩阵结果分析,测试集识别平均准确率达99.4%,具有较高的精确度和召回率。结果表明,构建的CAM-ResNet18网络模型在饲料原料种类识别方面具有较高的识别精度和较快检测速度,自主研发的多通道入仓原料种类自动识别装置具有实际应用价值。     

小区育种播种装备与技术研究现状与展望

小区育种播种机是培育新品种、繁殖良种和对比品种等田间试验所用的专用播种机。本文简述了我国小区育种业发展现状与小区育种机械化发展水平,综述了小区育种播种技术及装备的研发历程,从小区育种的播种特点出发,结合不同作物品种和不同播种农艺要求,阐述现有条播、精播模式下小区育种的播种核心技术和工作原理,归纳了小区育种条播排种和精密排种装备的主要结构形式和作业模式,阐述了国内外供种、排种、开沟、覆土、镇压等装置,以及自动控制、小区定位模式、实时监测与记录等方面的实际应用及前沿先进技术研究进展,分析目前国内外小区育种播种机械的研发现状,列举我国小区育种播种技术及装备有代表性的研发成果,从播种技术优化创新完善、机械加工质量提升、高新技术融合和服务模式创新等方面,结合我国国情提出了我国小区育种播种机械化研究方向。     

履带式林间草带收割机设计与试验

林下种草是近年来人工林普遍采用的林下经济模式。针对林草种植模式中因林木间距小、植被茂盛、地表不平、视野受限而带来的牧草收获困难等问题,设计了一款履带式林间草带收割机,该机主要特点是幅宽小、转弯灵活,适合林间牧草收获作业和硬杂草、稀疏灌木的切割作业。根据实地调研提出基于林间作业环境的割草机设计要求,通过对割草机行走系统、切割系统进行分析计算,确定了履带、圆盘式切割器的主要结构参数,分析了圆盘式切割器的运动轨迹和牧草被割断后的运动状态,并采用力学计算和仿真模拟的方式计算了机架的受力情况。试制样机,并进行了林间牧草收获试验,结果表明,收割机的平均作业速度为0.42m/s,割茬高度7.6cm,割幅利用系数为0.94。说明所设计的履带式林间草带收割机能够适应人工林作业环境,满足林间牧草收获作业要求。     

精密光机系统多敏感轴装配精度分析与装配工艺优化

精密光机系统是对地、空、海探测与制导装备中的核心部件,其光轴、惯导轴、机械轴等多敏感轴的精密装配是影响系统最终性能的关键环节之一。以某型装备为研究对象,通过分析该类精密光机系统的装配特点,将多敏感轴的精密装配问题转换为舱体对接时的角偏问题,并进行了阐述和定义;在此基础上,建立了多敏感轴装配过程的角偏误差累积模型,并推导了加工误差与角偏分布之间的关系;基于该模型对当前的直接对接法进行建模,分析了该方法导致装配一次性合格率较低的原因,并提出了一种基于装配方向调整的逐工序优化装配方法,该方法优化了现有的多敏感轴精密装配工艺。仿真结果表明,与直接对接法相比,所提方法能够有效保证各敏感轴线之间的装配精度。     

茶园切抛组合式开沟刀设计与试验

针对茶园机械化开沟抛土性能不理想、无专用刀具的问题,设计了适用于茶园开沟的切抛组合式开沟刀。对抛土刀抛土片的抛土过程进行动力学分析,确定其关键参数抛土片宽度为8cm、倾斜角为30°时,可保证抛土刀横向抛土幅宽满足农艺要求。性能试验表明：切抛组合式开沟刀单侧抛土幅宽为22.7cm、抛土均匀性系数为90.3%、覆土厚度为2.1cm、开沟深度稳定性系数为87.8%、沟底浮土厚度为1.2cm,对照组单一开沟刀为13.4cm、84.3%、2.4cm、82.3%、2.5cm,说明切抛组合式开沟刀更符合茶园开沟实际需求,抛土均匀性与开沟稳定性更好,所抛土壤不易落入沟内。功耗分析试验表明,与单一切土刀相比,切抛组合式开沟刀抛土的正后侧区域冲击力减小,抛土上方区域冲击力减小,从而导致其抛土总冲击力减小,因此,该组合式开沟刀提高了开沟抛土质量,同时未明显增大开沟功耗。     

不同降水年型下免耕对冬小麦氮素积累与产量的影响

基于河南省2011—2017年长期定位耕作试验数据对RZWQM2模型进行了率定和验证,利用RZWQM2模型分析了不同降水年型免耕对0~100cm土层贮水量、冬小麦地上部氮素积累量和根部氮素积累量、冬小麦产量及氮素利用率的影响。模拟结果表明,不同降水年型冬小麦地上部氮素积累量和根部氮素积累量、冬小麦产量由大到小均表现为丰水年、平水年、枯水年。与传统耕作相比,免耕使枯水年、平水年和丰水年冬小麦不同生育期0~100cm土层平均贮水量分别提高11.3%、12.9%和16.9%。与传统耕作相比,免耕使枯水年冬小麦地上部氮素积累量和平水年抽雄期-收获期根部氮素积累量分别提高2.5%和3.1%,分别提高枯水年、平水年和丰水年氮素利用率26.7%、8.7%和6.0%,免耕较传统耕作氮肥利用效率在枯水年提高11.7%,而在丰水年降低1.7%。