基于超参数优化算法下的随机森林模型预测奶牛呼吸频率

奶牛呼吸频率是评估环境造成的奶牛热应激程度的重要指标之一。该研究基于随机森林（random forest,RF）算法提出了适用于生产条件下的奶牛个体呼吸频率准确预测模型,为了平衡模型精度与计算效率问题,利用遗传算法（genetic algorithm,GA）、差分进化（differential evolution,DE）算法、粒子群优化（particle swarm optimization,PSO）算法、贝叶斯优化（Bayesian optimization,BO）算法对模型超参数进行优化,并与网格搜索（grid search,GS）下的人工神经网络（artificial neural network,ANN）和极限梯度提升机（extreme gradient boosting,XGBoost）模型进行了对比分析。研究结果表明,使用融合环境参数的修正温湿指数（adjusted temperature-humidity index,ATHI）、时间区域、奶牛产奶量、泌乳天数、身体姿势以及胎次作为输入特征时,基准RF模型的预测性能最佳。在此基础上,4种智能优化算法下的RF模型性能优于GS-ANN和GS-XGBoost,其中BO-RF的综合性能最优,其决定系数、平均绝对误差、平均绝对百分比误差以及均方根误差分别为0.614、7.723、14.4%、9.737,超参数优化耗时约为DE-RF的1/220。特征重要性分析表明,输入因子对奶牛呼吸频率的影响程度不同,ATHI是影响力最高的因子,相对重要性（relative importance,RI）为0.71,其次是时间区域（RI=0.09）和奶牛产奶量（RI=0.07）。研究为奶牛生产、健康评价及牛舍环境精准调控提供了有效方法和基础。     

Effects of heat stress on the endometrial epidermal growth factor profile and fertility in dairy cows

The endometrial epidermal growth factor (EGF) profile is an indicator of uterine function and fertility in cattle. The present study aimed to investigate the effects of heat stress on the endometrial EGF profile and fertility in lactating Holstein cows. The endometrial EGF profiles of 365 cows in the Hokkaido and Kyushu regions were examined between June and September (heat stress period, n = 211) and between October and January (control period, n = 154). EGF profiles were investigated using uterine endometrial tissues obtained by biopsy 3 days after estrus (Day 3). The proportion of cows with an altered EGF profile was higher between June and September than between October and January (41.2 vs. 16.2%, P < 0.05). The effects of rectal temperature on Days 0 and 3 on the endometrial EGF profile were also assessed in cows (n = 79) between June and September in the Kyushu region. A single embryo was transferred to cow on Day 7 to evaluate fertility (n = 67). Regardless of the rectal temperature on Day 3, the proportion of cows with an altered EGF profile was higher (64.1 vs. 30.0%, P < 0.05) and the pregnancy rate after embryo transfer (ET) was lower (26.7 vs. 51.4%, P < 0.05) in cows with a rectal temperature ≥ 39.5°C on Day 0 than in cows with a rectal temperature < 39.5°C on Day 0. The present results indicate that alterations in the endometrial EGF profile induced by an elevated body temperature on Day 0 contributed to reductions in fertility in lactating dairy cows during the heat stress period.     

基于融合坐标信息的改进YOLO V4模型识别奶牛面部

为实现奶牛个体的准确识别,基于YOLO V4目标检测网络,提出了一种融合坐标信息的奶牛面部识别模型。首先,采集71头奶牛面部图像数据集,并通过数据增强扩充提高模型的泛化性能。其次,在YOLO V4网络的特征提取层和检测头部分分别引入坐标注意力机制和包含坐标通道的坐标卷积模块,以增强模型对目标位置的敏感性,提高识别精度。试验结果表明,改进的YOLO V4模型能够有效提取奶牛个体面部特征,平均精度均值（mAP）为93.68%,平均帧率为18帧/s,虽然检测速度低于无锚框的CenterNet,但mAP提高了10.92%;与Faster R-CNN和SSD模型相比,在检测速度提高的同时,精度分别提高了1.51%和16.32%;与原始YOLO V4相比,mAP提高0.89%,同时检测速度基本不变。该研究为奶牛精准养殖中的牛脸图像识别提供了一种有效的技术支持。     

影响静态箱检测开放式气体排放源N2O排放通量的关键因子

为研究影响静态箱检测开放式气体排放源氧化亚氮(N2O)排放通量的关键因子,以提高静态箱检测气体排放通量的准确性,该文在实验室条件下,探究了箱体配置(有无通气孔、有无风扇)和检测条件(不同密闭时间:30、40、50和60 min;不同排放源表面风速:0、0.5、1.0、1.5和2.0 m/s)对300 mm(直径)×300 mm(高度)(D300 mm×H300 mm)的静态箱检测N2O排放通量准确性的影响规律。结果表明,不同配置的静态箱测量结果偏差率随时间的变化趋势均相同,其中有通气孔和风扇的箱体在不同风速下的检测稳定性较好,检测准确性最高。当排放源表面风速为0~2 m/s时,风扇对静态箱检测准确性无显著性影响,排放源表面的风主要通过通气孔影响静态箱的检测准确性。静态箱检测的气体排放通量与实际排放通量的偏差率随排放源表面风速和箱体密闭时间的增加而显著降低。该试验推荐在排放源表面风速小于2 m/s的无粪便堆积的奶牛运动场以及排放源介质相似的开放式气体排放系统中使用有通气孔和风扇的静态箱对N2O排放通量进行检测,密闭50 min。     

不同处理方式对奶牛粪细菌群落多样性及群落结构的影响

以腐熟牛粪、新鲜牛粪以及蚯蚓粪为材料,提取其微生物总DNA,利用细菌16SrDNAV3区扩增及变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）法,分析了3种材料中细菌的多样性以及细菌群落结构的相似性。结果表明,蚯蚓粪的细菌多样性最丰富,腐熟牛粪次之,新鲜牛粪的细菌多样性最小。蚯蚓粪和腐熟牛粪的细菌群落结构有40%的相似性;蚯蚓粪和新鲜牛粪的细菌群落结构的相似性为25%;新鲜牛粪和腐熟牛粪的细菌群落结构的相似性则为35%。     

规模化奶牛场粪污处理及循环利用模式研究

为探索现阶段规模化奶牛场粪污处理与利用切实可行的模式,通过对大同四方高科农牧公司应用的粪污处理与循环利用模式从节约用水、环境污染、劳动力投入和运行资本等方面与常规模式进行对比分析。结果表明,与常规粪污处理模式相比,大同四方高科农牧公司粪污处理与循环利用模式年可处理粪便4.75万t,尿液2.70万t,污水0.91万t;通过污水循环利用,年节约用水2.63万t,节约开支302.7万元。因此,规模化奶牛场粪污通过固液分离后,尿液和污水通过循环利用,粪便发酵杀菌干燥后作为垫圈材料,对节约用水、改善环境污染、减少劳动力和能耗投入、降低运行成本、提高粪污资源利用效率等具有重要意义。     

以活性炭纤维为载体厌氧处理牛粪的实验研究

以活性炭纤维为载体,在10%、7.5%和5%等3个载体填充率水平下,对反应器的容积产气率、COD去除率以及所能达到的最佳效果做了比较试验,并用扫描电镜观察了载体挂膜前后的微观结构.实验结果显示:添加载体的反应器内的物料,经过一段时间的启动运行以后,其内容积产气率逐渐增大,并超过了不加载体的反应器.当进料量为3.2L/d时,7.5%填充率的反应器达到最高产气率1.15m3/m3·d,比空白对照提高了20%,vs产气率为1.5L/g[vs],COD去除率达到70%以上,效果最佳.     

不同阶段沼液作发酵接种物对牛粪产气的影响

在牛粪厌氧发酵中,不同阶段沼液的物理、化学性质及微生物种群有较大差异,利用不同发酵阶的沼液作接种物必然会影响到系统的产气特性。实验结果表明:以发酵20天的发酵沼液作接种物可以加快反应速度,增加产气量,提高COD去除率;用60天的发酵沼液作接种物不利于产气的进行。     

奶牛体型评定三维图像同步采集系统

设计奶牛体型评定三维图像同步采集系统,采用集散控制结构协调奶牛定位设备、图像采集装置按预定时序工作,应用3个CCD彩色摄像机与具有多通道、多独立图像芯片的DHQP300型图像采集卡,实现了奶牛三维图像同步采集;采用LabVIEW软件作为采集主程序,通过调用动态链接库控制通用图像采集卡,选用场方式采集模式提高图像质量.试验证明,每头奶牛的图像采集与线性评定时间在3min左右,小于5min(标准).图像噪声较少,边缘信息清晰,完全满足后续特征提取算法对图像质量的要求.     

大豆水溶性多糖的黏度性质及其应用研究

研究了不同条件下大豆水溶性多糖溶液的黏度变化情况，同时和其他常用的稳定剂如果胶等也做了比较。试验结果表明。本实验室生产的大豆水溶性多糖的水溶液的黏度随着温度的升高、浓度的降低、外加盐量的增加而降低；随着外加蔗糖量、pH值的增加而增加；相比较于其他稳定剂大豆水溶性多糖的黏度很低，使酸乳饮料具有清爽的口味。