基于改进U-Net与RGB-D图像的青花椒枝条“下桩”剪切点定位

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作者 蒲应俊 张文州 +3 位作者 李金广 赵立军 陈子文 杨明金 《农业工程学报》 北大核心 2026年第1期160-170,共11页

青花椒枝条“下桩”是通过剪下带鲜果的枝条并保留一定长度短桩的采摘收获方法。为实现青花椒采摘机器人精准识别枝条并确定最佳剪切点以达到高效“下桩”作业,该研究提出了一种基于U-Net深度学习网络和RGB-D相机相结合的青花椒主枝“... 青花椒枝条“下桩”是通过剪下带鲜果的枝条并保留一定长度短桩的采摘收获方法。为实现青花椒采摘机器人精准识别枝条并确定最佳剪切点以达到高效“下桩”作业,该研究提出了一种基于U-Net深度学习网络和RGB-D相机相结合的青花椒主枝“下桩”剪切点定位方法。首先,通过改进传统U-Net模型,将其主干网络替换为嵌入CA注意力机制的ResNet50网络,同时在U-Net模型的特征拼接阶段中增加SE注意力机制,从而构建针对青花椒主枝和树干的分割模型。然后,将分割后的图像利用二值化与骨架线提取方法得到主枝中心线,结合RGB-D相机的深度信息与OpenCV图像处理算法,完成世界坐标系与像素坐标系间长度的映射。随后,将短桩预设的40 mm长度从世界坐标系映射至RGB图像中的像素长度,最终确定每根主枝的“下桩”剪切点位置。试验结果表明,改进后的U-Net模型在分割性能上优于DeeplabV3+和PSPNet,平均交并比(MIoU)、平均像素准确率(mPA)和召回率(recall)分别达到87.58%、93.76%和96.24%。在晴天顺光、逆光及阴天条件下,“下桩”剪切点识别定位的成功率分别达到90.81%、84.88%、80.52%。采摘点定位试验中,定位成功率为90%,单根花椒枝平均识别过程耗时1.93 s。该研究结果可为青花椒采摘机器人“下桩”采收提供技术支撑。 展开更多

关键词 图像处理 青花椒 采摘 U-Net网络模型 下桩采摘法 剪切点定位

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分层剪切式青花椒采摘装置设计与试验

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作者 何志远 杨仕 +5 位作者 杨明金 白得成 陈子文 蒲应俊 李守太 杨玲 《西南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第3期258-272,共15页

针对青花椒“下桩”采摘技术不成熟、劳动强度大、采摘效率低、适应性差等问题,设计了一种分层剪切式青花椒采摘装置。根据花椒枝和花椒果的几何特征与力学特性,采用了分层剪切脱果、带齿联合输运、双齿啮合拉拽等技术方案。对分层剪切... 针对青花椒“下桩”采摘技术不成熟、劳动强度大、采摘效率低、适应性差等问题,设计了一种分层剪切式青花椒采摘装置。根据花椒枝和花椒果的几何特征与力学特性,采用了分层剪切脱果、带齿联合输运、双齿啮合拉拽等技术方案。对分层剪切脱果装置、带齿联合输运装置等核心部件进行参数设计,通过单因素试验确定了往复式切割器平均切割速度、花椒枝喂入速度、拨齿下降速度3种工作参数的取值范围分别为:600~1000 mm/s、10~50 mm/s、20~100 mm/s。根据Box-Behnken设计法,进行3因素3水平正交试验,通过Design-Expert 13软件对试验结果进行优化求解,得到最优工作参数为:往复式切割器平均切割速度700 mm/s、花椒枝喂入速度28.19 mm/s、拨齿下降速度48.62 mm/s。针对单采摘通道工况,在最优工作参数下,进行“下桩”后花椒枝的采摘试验,试验结果为:采摘效率16.28 kg/h、采净率90.69%、伤果率7.37%,可以满足青花椒“下桩”采摘的要求。 展开更多

关键词 采摘机械 优化 青花椒 正交试验 分层剪切脱果 带齿联合输运

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采用改进YOLOv8-Seg推理复杂堆叠场景青花椒枝抓取次序

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作者 杨仕 唐举 +5 位作者 白得成 杨明金 何江东 蒲应俊 陈子文 杨玲 《农业工程学报》 北大核心 2025年第24期210-219,共10页

南方青花椒普遍采用“下桩”采摘方案,枝剪后的花椒枝(含枝、果、叶等)形成复杂的堆叠场景。针对该堆叠场景,“下桩”采摘的花椒采摘机存在花椒枝识别、定位困难以及抓取效率低所导致的自动化程度不高等问题,该研究提出一种花椒枝抓取... 南方青花椒普遍采用“下桩”采摘方案,枝剪后的花椒枝(含枝、果、叶等)形成复杂的堆叠场景。针对该堆叠场景,“下桩”采摘的花椒采摘机存在花椒枝识别、定位困难以及抓取效率低所导致的自动化程度不高等问题,该研究提出一种花椒枝抓取次序推理方法。对YOLOv8-Seg模型进行改进,在主干网络中P4和P5特征层对应的C2f模块特征拼接前,引入CBAM(convolutional block attention module)模块。通过自适应调整特征图的关注权重,增强模型对多尺度信息的感知能力,以提高模型对不同空间位置目标的特征整合能力。其次,用ASPP(atrous spatial pyramid pooling)模块替换了主干网络中的SPPF(spatial pyramid pooling-fast)模块,以提升模型在局部与全局尺度上的特征表达能力。最后,基于花椒枝复杂的堆叠场景,该研究提出一种抓取评分函数,并基于贝叶斯优化方法获得优化后的距离权重系数、掩膜完整性权重系数和牵连风险性权重系数分别为0.797、0.183和0.020,然后结合深度信息计算抓取分数,推理出最优抓取次序。试验结果表明,改进模型平均交并比和平均像素准确率指标分别达到了86.68%和91.04%。精确率、召回率和综合F1分数分别达到了95.70%、91.04%和92.82%。相较于原模型,分别提升了9.74、9.75和4.99个百分点。该研究提出的抓取次序推理方法可应用于智能花椒采摘机的抓取次序推理,为自动化花椒采摘设备的设计和优化提供重要参考。 展开更多

关键词 图像处理 花椒枝 深度学习 抓取策略 函数优化 YOLOv8-Seg 青花椒

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基于航拍图像与改进U-net语义分割的复杂果园路径规划

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作者 蒲应俊 任安华 +4 位作者 方智恒 李姣姣 赵立军 陈子文 杨明金 《农业工程学报》 北大核心 2025年第13期243-253,共11页

为解决丘陵山区复杂果园作业机器人导航需求,提高果园管理的自动化和智能化水平,该研究提出了一种基于航拍图像与改进U-net语义分割网络的果园作业机器人路径规划方法。首先,利用无人机采集果园不同作业时期的航拍图像,利用改进U-net网... 为解决丘陵山区复杂果园作业机器人导航需求,提高果园管理的自动化和智能化水平,该研究提出了一种基于航拍图像与改进U-net语义分割网络的果园作业机器人路径规划方法。首先,利用无人机采集果园不同作业时期的航拍图像,利用改进U-net网络模型识别果园内果树、石板路、排水沟等关键信息。通过将模型编码器中激活函数替换为Swish、最大池化替换为最大模糊池化提高编码器特征提取能力,在编码器后插入RFB模块、在解码器的每个卷积块后插入SE注意力机制以扩大模型感受野,提升模型对果园不同作业期关键信息的分割能力。然后,利用识别的果树、石板路、排水沟等信息划分果园不可通行区域并构建果园地图。最后,采用改进A^(*)算法对果园地图进行路径规划,将原单向A^(*)算法改为双向A^(*)算法以提升路径规划速度,采用动态启发式函数提高算法规划路径的精度,并采用果园转向端点搜索算法获取路径的转向端点,使规划路径经过果园所有果树。结果显示,改进U-net模型的平均交并比mIoU达到92.25%,与原U-net、Res_U-net、DeeplabV3+、PSPnet相比分别提高了2.34、17.00、7.83、19.11个百分点,且在果园各个作业时期数据集的表现均为最佳。另外,改进A^(*)算法规划路径与果园机器人理想行驶路径的均方根误差在0.278~0.710 m,路径规划平均用时36.87 s,比原A^(*)算法、D^(*)算法以及Dijkstra算法平均用时少3.87、6.21、6.41 s。该研究方法可为实际复杂果园路径规划提供有效参考。 展开更多

关键词 导航 机器人 复杂果园 U-net 航拍图像 路径规划 A*算法

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仿手指拨动切割式柑橘采摘末端执行器设计与试验

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作者 蒲应俊 罗锦艳 +3 位作者 张贵贤 邓铭君 冉思语 谢守勇 《农业工程学报》 北大核心 2025年第24期63-73,共11页

针对柑橘枝叶遮挡严重、果柄难以准确定位且倾角差异大而导致传统末端执行器采摘成功率低、留柄长度过长、效率不高等问题,该研究以脐橙为研究对象,提出了一种仿手指拨动柑橘果实并被动切割果柄的末端执行器。首先对脐橙尺寸及果柄的直... 针对柑橘枝叶遮挡严重、果柄难以准确定位且倾角差异大而导致传统末端执行器采摘成功率低、留柄长度过长、效率不高等问题,该研究以脐橙为研究对象,提出了一种仿手指拨动柑橘果实并被动切割果柄的末端执行器。首先对脐橙尺寸及果柄的直径、倾角及剪切力等物理力学特性参数进行测定,基于此设计了三指构型末端执行器整机结构。该结构采用两并排组合的V型切割装置,并由曲柄-滑块-摇杆机构驱动其往复运动。进而对V型切割装置进行理论计算,确定了切割刀片的安装倾角、开口夹角及对应的剪切力峰值等参数,并对不同夹角条件下的切割力峰值进行仿真验证,结果表明,当夹角为10°、倾角为6°时切割力峰值最小。然后对曲柄-滑块-摇杆机构进行结构参数设计并建立运动学模型,仿真分析表明,该机构在多指构型拨动果实并完成切断果柄的过程中具有急回特性。最后搭建末端执行器样机并开展果园采摘试验,采摘成功率达95.38%,脐橙损伤率为0,采摘效率为6.50 s/个,同时对电机转速及采后留柄长度开展两因素三水平正交试验,结果表明,当电机转速为30 r/min时,柑橘采后留柄长度最短,仅为19.8 mm。该末端执行器能够实现复杂果园枝叶遮挡工况下的果实高效无损采摘,提高采摘成功率及效率,研究成果可为采摘机器人末端执行器的研发提供技术参考。 展开更多

关键词 柑橘 采摘机器人 末端执行器 V型切割装置 多指构型 曲柄-滑块-摇杆机构

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田间土壤自动采样与参数实时检测装置设计与试验 被引量：4

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作者 陈子文 姚宇熙 +3 位作者 张海腾 杨明金 蒲应俊 李守太 《农业工程学报》 北大核心 2025年第6期20-30,共11页

针对田间信息化管理中传统土壤样本采集与土壤参数检测劳动强度大、操作复杂、效率低等问题,该研究设计了一种土壤自动采样与土壤参数实时检测装置,并提出基于BP神经网络(back propagation neural network,BPNN)的土壤坚实度和质量含水... 针对田间信息化管理中传统土壤样本采集与土壤参数检测劳动强度大、操作复杂、效率低等问题,该研究设计了一种土壤自动采样与土壤参数实时检测装置,并提出基于BP神经网络(back propagation neural network,BPNN)的土壤坚实度和质量含水率预测方法。首先,基于土样自动采集与参数测量需求,设计双级分步式土样采检机构、卸土机构及分度式土样收集机构,对机构进行分析与校核确定400 mm运动行程和800N最大入土推力,并搭建基于Jetson TX2嵌入式计算机与STM32F3系单片机的双层构架控制系统,结合全球导航定位系统(global navigation satellite system,GNSS),实现土壤自动采样、自主导航、信息记录与传输、取土自保护以及土壤坚实度与质量含水率动态预测的功能。其次,构建了3层BP神经网络预测模型,将易检测的土壤体积含水率、土壤取样电流、取样速度、取样深度4个参数与土壤坚实度及质量含水率建立回归关系,通过275个试验样本对模型进行训练与测试,得到最佳隐藏层节点数为10,土壤坚实度与质量含水率预测结果平均百分比误差分别为7.74%和1.53%。最后,为验证机器综合性能,以机器采样时间、温湿度传感器探针入土深度、土样质量绝对误差、土壤坚实度与质量含水率预测值相对误差作为评价指标,对柑橘园巡检路径中10个采样点进行实地试验,结果表明,该机器单次土壤采样平均耗时为60.5 s,传感器探针平均入土深度为64.7 mm,土样质量平均绝对误差为1.53 g,10个采样点的土壤坚实度与质量含水率预测的相对误差平均值分别为6.37%和5.00%,满足土壤采样和参数检测需求,同时结合地理位置信息给出土壤坚实度与质量含水率田间分布图。该研究结果可为土壤智能采集、参数实时检测及田间土壤信息分布可视化管理提供参考。 展开更多

关键词 土壤坚实度 实时检测 自动采样 土壤质量含水率 BP神经网络

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旋转剪切式青花椒采摘装置设计与试验 被引量：13

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作者 杨玲 张原 +5 位作者 何志远 李守太 蒲应俊 陈维汉 杨仕 杨明金 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期72-83,共12页

针对基于“下桩”采摘方法的青花椒采摘设备存在喂入困难、易堵塞而造成采摘效率低的问题,该研究设计了一种旋转剪切式青花椒采摘装置。首先基于花椒枝物理、力学特性确定旋转剪切式青花椒采摘过程包括花椒枝旋转驱动、花椒枝导向喂入... 针对基于“下桩”采摘方法的青花椒采摘设备存在喂入困难、易堵塞而造成采摘效率低的问题,该研究设计了一种旋转剪切式青花椒采摘装置。首先基于花椒枝物理、力学特性确定旋转剪切式青花椒采摘过程包括花椒枝旋转驱动、花椒枝导向喂入和剪切采摘,剪切采摘功能由往复式切割器实现。并设计双动刀往复式切割器及其传动机构,确定了剪切采摘装置的结构和运动参数。进一步地,运用ANSYS/LS-DYNA构建花椒枝剪切仿真模型,确定最优齿形参数为:刀齿切割角20°,刀齿刃角50°,刀齿厚度2.5 mm,该条件下峰值切割力为3.739 N。最后通过单因素试验确定了花椒枝喂入角度、花椒枝喂入速度、花椒枝旋转速度的取值范围分别为40°~60°、20~40 mm/s、20~40 r/min;并采用BoxBehnken设计法制定三因素二次回归正交组合试验方案,运用Design-Expert 12对试验结果进行方差分析和响应面分析,得到旋转剪切式青花椒采摘装置的最优工作参数为:花椒枝喂入角度55°,花椒枝喂入速度33.21 mm/s,花椒枝旋转速度30 r/min;通过试验验证得出在最优工作参数下,单人单枝喂入时青花椒平均采摘效率为10.95 kg/h,平均采净率为95.57%,平均伤果率为12.87%。研究结果可为青花椒采摘机的研发提供技术参考。 展开更多

关键词 农业机械 优化 有限元分析 青花椒采摘 下桩采摘法 剪切采摘装置

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基于机器学习的空气源热泵干燥能耗回归预测 被引量：11

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作者 杨仕 陈维汉 +5 位作者 杨明金 张原 李守太 蒲应俊 杨玲 宋卫东 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期41-51,共11页

为了降低空气源热泵干燥过程能耗,研究了空气源热泵干燥能耗特性,采用多元线性回归模型(multivariate linear regression model, MLRM)和BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)模型来预测干燥工艺能耗。在分析干燥能耗影... 为了降低空气源热泵干燥过程能耗,研究了空气源热泵干燥能耗特性,采用多元线性回归模型(multivariate linear regression model, MLRM)和BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)模型来预测干燥工艺能耗。在分析干燥能耗影响特征参数的基础上,提出将干燥工艺过程进行切分处理的方法以降低数据获取难度。选取烘房设定温度、烘房设定湿度、烘房初始温度、烘房初始湿度、环境平均温度、环境平均湿度、物料质量和初始含水率8个特征参数作为模型输入,能耗和物料结束含水率作为模型输出。使用MLRM模型、BPNN模型和其他机器学习模型进行能耗预测,MLRM模型对能耗拟合的决定系数为0.739,对物料结束含水率拟合的决定系数为0.931;BPNN模型使用Sigmoid函数作为激活函数时对能耗拟合的决定系数最高,为0.828,使用Identity函数作为激活函数时对物料结束含水率拟合的决定系数最高,为0.942,拟合效果优于其他机器学习模型,能够满足实际生产需求。以复水豌豆为干燥对象设计加载物料65 kg、持续时间4 h的完整变温变湿干燥工艺进行验证试验,结果表明:试验总能耗为15.066 kW·h,MLRM模型和BPNN模型的预测总能耗分别为14.476 kW·h、15.183 kW·h,预测精度分别为96.08%、99.23%;试验结束含水率为8.541%,MLRM模型和BPNN模型的预测结束含水率分别为9.560%、8.889%,预测精度分别为88.07%、95.93%。该研究提出了一种使用MLRM模型和BPNN模型对空气源热泵干燥能耗进行分段精准预测的有效手段,对于优化干燥工艺和降低干燥能耗具有实际意义。 展开更多

关键词 热泵干燥 能耗模型 回归预测 机器学习 工艺切分

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自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机设计与参数优化 被引量：5

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作者 蒲应俊 柳艺 +4 位作者 杨明金 杨仕 沈成 吕江南 杨玲 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期44-54,共11页

针对目前普遍使用且依靠人力喂入及反拉的苎麻剥麻机劳动强度大、安全性差、剥麻质量不稳定等问题,该研究以“川苎11号”苎麻为研究对象,设计了一种自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机。首先对苎麻茎秆物理尺寸和力学性能参数进行测量,确定... 针对目前普遍使用且依靠人力喂入及反拉的苎麻剥麻机劳动强度大、安全性差、剥麻质量不稳定等问题,该研究以“川苎11号”苎麻为研究对象,设计了一种自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机。首先对苎麻茎秆物理尺寸和力学性能参数进行测量,确定采用双夹持机构与同步带夹持输送、电机驱动夹持机构翻转换位、双滚筒反向剥麻的技术方案。进而对剥麻装置、夹持机构等主要部件进行结构设计和理论分析,确定苎麻剥麻机结构和剥麻滚筒转速、反拉速度、喂入角度等工作参数。然后分析苎麻茎秆剥打过程并建立仿真模型,运用ANSYS/LS-DYNA模块对剥麻过程进行单因素仿真试验,分析了木质部去除量、韧皮部损失量等,仿真结果表明,剥麻滚筒转速、反拉速度、喂入角度分别在350~650 r/min、0.2~0.4 m/s、5°~15°范围内时的剥麻效果较好。根据Box-Behnken试验设计方法,开展三因素三水平正交试验,通过方差分析和响应面分析,得出反拉式换位夹持苎麻剥麻机的最优工作参数为:剥麻滚筒转速451.047 r/min,反拉速度0.319 m/s,喂入角度10.728°;样机试验表明最优工作参数下的平均鲜茎出麻率为5.03%,平均原麻含杂率为1.14%,满足苎麻剥麻机技术标准。该换位夹持装置能够实现苎麻夹持喂入与自动反拉,简化剥麻机结构,提高剥麻机作业性能和剥麻质量,研究结果可为轻简型苎麻自动剥麻机的研发提供技术参考。 展开更多

关键词 农业机械 设计 苎麻 自动剥麻机 换位夹持装置 正交试验

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脐橙挤压损伤力学特性及其参数辨识方法 被引量：3

10

作者 蒲应俊 李澳 +4 位作者 王淑明 淳长品 陈子文 杨明金 杨玲 《农业工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第22期273-282,共10页

针对脐橙在采收及运输过程中受到外部载荷挤压所造成的损伤问题,该研究对脐橙受压形变过程展开试验,分析不同压缩尺度对脐橙损伤程度的影响,探究脐橙挤压损伤大小的参数辨识方法。通过对脐橙在横向、纵向和斜向的抗压强度试验,获得脐橙... 针对脐橙在采收及运输过程中受到外部载荷挤压所造成的损伤问题,该研究对脐橙受压形变过程展开试验,分析不同压缩尺度对脐橙损伤程度的影响,探究脐橙挤压损伤大小的参数辨识方法。通过对脐橙在横向、纵向和斜向的抗压强度试验,获得脐橙3个方向的载荷-位移曲线,确定准静态压缩试验的前置条件。在此基础上,研究脐橙在不同压缩位移条件下的损伤规律,通过测量脐橙在横向压缩前后受压方向上的尺寸变化得出脐橙挤压恢复系数;然后采用石蜡切片观察脐橙受压处果皮组织微观结构变化;并将压缩试验后的脐橙样品置于室温条件下避光贮藏,定期测量其质量损失率。结果表明:脐橙的横向压缩极限载荷均值小于纵向和斜向的载荷均值,当对脐橙施加横向压缩载荷时,果实挤压恢复系数在压缩位移达到12.5 mm时,脐橙挤压恢复系数显著降低,果皮油胞破裂,贮藏期内质量损失显著增大;而当压缩位移不超过10 mm时,果实挤压恢复系数接近于0.75,且果皮油胞完好无损,即脐橙果实几乎无损伤。通过试验和有限元仿真相结合的方法,分析了脐橙在不同压缩尺度下果皮及果肉的应力分布,仿真结果表明:脐橙果肉组织在12.5 mm压缩尺度下的应力已非常接近极限屈服应力,外部载荷对果肉组织先造成不可逆的塑性变形,验证了脐橙准静态压缩试验的准确性。因此,为确保脐橙在采运过程中不造成损伤,则脐橙受挤压形变范围应控制在10 mm以内,所受外载荷不超过63.24 N。该研究结果可为脐橙采运过程中的减损设计及采后储藏方式提供参考。 展开更多

关键词 脐橙 挤压 力学特性 机械损伤 参数辨识 抗压极限载荷

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薄层热风干燥过程含水率在线测量装置研制与试验 被引量：1

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作者 杨明金 刘恩谷 +5 位作者 武逸凡 杨仕 杨玲 蒲应俊 赵立军 宋卫东 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期47-56,共10页

针对薄层热风干燥过程自动称量精度受温度波动、气流扰动及机械振动等因素影响的问题,该研究研制了薄层热风干燥装置及其控制系统,以实现干燥过程物料质量及含水率的自动获取、及时查看和数据存储。系统改进了传统称量结构,采用悬吊称... 针对薄层热风干燥过程自动称量精度受温度波动、气流扰动及机械振动等因素影响的问题,该研究研制了薄层热风干燥装置及其控制系统,以实现干燥过程物料质量及含水率的自动获取、及时查看和数据存储。系统改进了传统称量结构,采用悬吊称量的方式,将称量传感器置于干燥装置外,与干燥环境相隔离以提高称量传感器使用寿命;采用变频器输出频率表征风速的方式,有效避免了热式风速传感器在变温环境中的测量误差;通过称量传感器温度-质量的归一化偏差校正方法及“停风-稳定-称量-恢复”准静态的自动称量流程,开展了温度波动、气流扰动误差特性及装置验证试验,保证了干燥过程中物料含水率的准确获取。试验表明:恒载标定时,采用温度-质量归一化偏差校正方法校正后的质量与恒载质量最大偏差值为0.368 g,与实测质量相比,平均绝对百分比误差降低了84.4%,测量不确定度降低了72.2%;采用停风检测方案后,实测质量与恒载质量的最大偏差值由37.1 g降至0.31 g;物料加载时,在干燥温度35、45及55℃条件下,以手动称量方式下获取的质量及含水率为标准值,自动称量方式下的质量绝对误差分别为0.337、0.415和0.472 g,含水率解析最大偏差分别为0.141%、0.304%和0.252%,均方根误差小于0.0065 g。系统称量量程为0~2000 g,干燥参数控制范围为进风风速0~5 m/s,干燥温度30~80℃,相对湿度10%~80%,含水率解析偏差不超过0.5%。该装置满足干燥过程中物料质量及含水率在线检测需要,能为农业物料干燥进程判断及产品质量保证提供自动化监控平台。 展开更多

关键词 干燥 含水率 质量控制 数值校正方法 自动称量 风速标定

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青花椒热泵干燥特性及工艺参数优化 被引量：12

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作者 王子轩 蒲应俊 +3 位作者 杨明金 谭均 杨玲 宋卫东 《食品工业科技》 CAS 北大核心 2023年第4期261-270,共10页

为了探究青花椒热泵干燥特性并优化干燥工艺参数以提高干制花椒品质,本文以温度、风速和铺放厚度为试验因子,以有效水分扩散系数、光合色素单位质量含量和色差为评价指标,对青花椒热泵干燥过程进行单因素试验和正交试验,并采用6种常用... 为了探究青花椒热泵干燥特性并优化干燥工艺参数以提高干制花椒品质,本文以温度、风速和铺放厚度为试验因子,以有效水分扩散系数、光合色素单位质量含量和色差为评价指标,对青花椒热泵干燥过程进行单因素试验和正交试验,并采用6种常用干燥数学模型分别对正交试验数据进行非线性拟合。结果表明,Page模型对试验数据的拟合度最好,是描述青花椒热泵干燥的最佳模型;在恒温干燥条件下,温度对有效水分扩散系数和色差的影响极显著(P<0.01),温度越高,有效水分扩散系数和色差变化越大;风速对色差的影响显著(P<0.05),风速越大,色差变化越大;铺放厚度对色差的影响极显著(P<0.01),铺放厚度越大,色差变化越小;而光合色素单位质量含量在不同温度条件下均具有先略下降再上升后又迅速下降至稳定的趋势,温度越高,光合色素单位质量含量变化越快,不利于干制青花椒品质的提高。综合考虑温度、风速、铺放厚度对青花椒色差、光合色素单位质量含量和有效水分扩散系数的影响,确定最优干燥工艺参数为温度40℃、风速0.3 m/s、铺放厚度11.9 mm,在此条件下,干制青花椒色泽品质最佳,色差为20.01,光合色素单位质量含量为2.9601×10^(-4) mg/g。研究结果可为青花椒热泵干燥工艺应用提供参考。 展开更多

关键词 青花椒 干燥特性 光合色素 色泽 热泵干燥 工艺优化 正交试验

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鱼尾型搅拌桨设计及在羧甲基纤维素钠溶液中的应用 被引量：4

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作者 商新月 韩定强 +4 位作者 舒雷 杨明金 邹祥 杨玲 蒲应俊 《西南大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期147-158,共12页

搅拌桨是生物反应器的核心部件,直接影响反应釜内流体的搅拌混合和气液分散性能.基于双色刺尻鱼(Centropyge Bicolor)尾鳍轮廓特征和仿生学原理,设计了一种鱼尾型搅拌桨—FT桨(Fishtail Turbine),应用于羧甲基纤维素钠(CMC)溶液的搅拌... 搅拌桨是生物反应器的核心部件,直接影响反应釜内流体的搅拌混合和气液分散性能.基于双色刺尻鱼(Centropyge Bicolor)尾鳍轮廓特征和仿生学原理,设计了一种鱼尾型搅拌桨—FT桨(Fishtail Turbine),应用于羧甲基纤维素钠(CMC)溶液的搅拌混合操作.结合计算流体动力学(CFD)和粒子图像测速(PIV)技术,研究了FT桨在纯水、 CMC溶液中的搅拌混合和气液分散性能,并与传统RT桨(Rushton Turbine)进行了对比.结果表明:(1)对于单相流,与RT桨相比,FT桨能增大流场速度、湍动能作用区域;搅拌纯水、 0.25%CMC溶液、 0.5%CMC溶液时,湍动能最大值分别增加39.47%、 23.33%、 18.31%,平均增加31.03%.(2)对于气液两相流,与RT桨相比,FT桨能增大高气含率区域,促进气液分散;搅拌气液两相纯水、 0.25%CMC溶液、 0.5%CMC溶液时,总体气含率分别相对增加8.62%、 9.19%、 2.58%,平均相对增加5.94%,搅拌功耗分别降低4.58%、 4.54%、 4.98%,平均降低4.70%.与RT桨相比,FT桨搅拌CMC溶液具有更优的搅拌混合和气液分散性能,应用前景广阔. 展开更多

关键词 鱼尾型搅拌桨 羧甲基纤维素钠 搅拌混合 气液分散 仿生 计算流体动力学

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导流板对青花椒堆积式烘干烘房内流场均匀性的影响 被引量：1

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作者 谭均 王教领 +5 位作者 王子轩 刘恩谷 黄园园 杨明金 杨玲 蒲应俊 《西南大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期186-200,共15页

烘房内流场均匀性对青花椒烘干品质和能效提升具有重要影响.该文基于Realizable k-ε湍流模型和匀风板多孔跃升边界条件构建青花椒堆积式烘干烘房三维模型,并对三维模型网格无关性和模型可靠性进行验证.以导流板角度、导流板位置和导流... 烘房内流场均匀性对青花椒烘干品质和能效提升具有重要影响.该文基于Realizable k-ε湍流模型和匀风板多孔跃升边界条件构建青花椒堆积式烘干烘房三维模型,并对三维模型网格无关性和模型可靠性进行验证.以导流板角度、导流板位置和导流板长度为试验因子,通过单因素试验确定BBD(Box-Behnken Design)试验因子水平,并通过方差分析得到各试验因子的影响程度,通过回归分析得到导流板最优参数.以原始烘房为对照,通过空载和加载试验得到导流板对青花椒堆积式烘干烘房内流场均匀性的定量评价.结果表明:建立的烘房三维模型具有较高的可靠性,空载和加载时监测截面基于模拟风速和实测风速的速度不均匀系数平均相对误差分别为3.65%和2.09%;导流板参数对烘房内速度不均匀系数影响显著性由大到小依次为导流板角度(极显著)、导流板长度(显著)、导流板位置(显著),导流板最优参数为导流板角度86.01°、导流板位置924.75 mm、导流板长度855.51 mm;导流板使烘房上部烘干区域形成2个子区间,有利于烘干区域流场均匀性提高;与原始烘房相比,优化烘房在空载和加载时的速度不均匀系数分别降低39.2%,20.1%,烘房内流场均匀性得到较大提升. 展开更多

关键词 堆积式烘干 流场均匀性 导流板 BBD试验 优化 青花椒

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青花椒田间场景分割与导航线提取方法 被引量：4

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作者 陈子文 杨宇帆 +3 位作者 张海腾 李聪 蒲应俊 杨明金 《农业工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第23期217-226,共10页

精准分割青花椒田场景并提取导航路径,使农机能够自主行进,是青花椒机械化智能作业的重要环节。该研究对重庆市江津区3个青花椒种植示范基地青花椒不同生长阶段进行田间图像采集,并进行数据增强,构建青花椒田间场景数据集。针对青花椒... 精准分割青花椒田场景并提取导航路径,使农机能够自主行进,是青花椒机械化智能作业的重要环节。该研究对重庆市江津区3个青花椒种植示范基地青花椒不同生长阶段进行田间图像采集,并进行数据增强,构建青花椒田间场景数据集。针对青花椒田间场景复杂的问题,提出一种对道路、树干、树冠、天空及背景5类场景进行语义分割的轻量化网络——Mobile-Unet,该网络以U-Net为基础语义分割网络,采用MobileNetV2对U-Net特征提取网络进行替换,并将改进的MobileNetV28层5次下采样结构与U-Net网络结构相匹配,使用LeakyReLU激活函数避免训练过程中神经元死亡的问题。基于青花椒田场景分割结果,提出基于道路和树干双重特征的导航线提取方法。试验表明,使用数据增强和Dice Loss损失函数可以明显提升模型预测精度;相比Fast-Unet和BiseNet轻量网络Mobile-Unet在测试集上可获得更高的分割精度,像素准确率、类别平均像素准确率和平均交并比分别为91.15%、83.34%和70.51%,相较于U-Net,识别精度略有下降,但模型复杂度得到明显改善,内存占用量下降92.17%,推理速度提升近9倍。对100张测试集图片进行导航线提取试验,与仅基于道路特征导航线提取方法相比,道路和树干双重特征提取成功率由76%上升至91%,基于道路和树干特征提取导航线的平均航偏角偏差分别为2.6°和6.7°,满足田间导航的精度要求。研究结果可为青花椒田间视觉导航算法的研究提供有效参考。 展开更多

关键词 深度学习 语义分割 青花椒田 自动导航 机械化

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基于Comsol和BBD的折流板太阳能空气集热器结构优化 被引量：1

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作者 乐嘉俊 陈子文 +3 位作者 杨明金 杨玲 蒲应俊 王教领 《中国农机化学报》 北大核心 2023年第2期132-141,共10页

太阳能空气集热器是太阳能干燥系统的重要部件,集热器结构设计对集热性能具有重要影响。设计一款基础折流板集热器,通过太阳能模拟器测试集热器在一定边界和材料参数条件下的出口温度。基于Solidworks和Comsol构建集热器三维实体模型,采... 太阳能空气集热器是太阳能干燥系统的重要部件,集热器结构设计对集热性能具有重要影响。设计一款基础折流板集热器,通过太阳能模拟器测试集热器在一定边界和材料参数条件下的出口温度。基于Solidworks和Comsol构建集热器三维实体模型,采用reliable-k-ε湍流模型数值研究集热器的集热性能。结果表明,出口温度试验值和模拟值相对误差小于0.70%,数值模拟有效,可靠性高。基于BBD(Box-Behnken Design)试验和响应面法,研究折流板不同倾斜角度组合对集热性能的影响,分析试验结果得到最佳参数组合:折流板1倾斜角度为-10°,折流板2倾斜角度为10°,折流板3倾斜角度为-10°,折流板4倾斜角度为10°,并以此优化集热器折流板布置,得到一款倾斜折流板集热器。与基础折流板集热器相比,倾斜折流板集热器出口温度升高1.63 K,集热效率提升4.01%,入口、出口压力损失降低44.80%。基于流体旁通效应,对折流板进行开孔,进一步优化吸热板的积热和流场分布,得到一款开孔型倾斜折流板集热器。与基础折流板集热器相比,开孔型倾斜折流板集热器出口温度升高2.03 K,集热效率提升4.99%,入口、出口压力损失降低43.13%。对开孔型倾斜折流板集热器入口风速条件进行单因素试验,得到较优的入口风速条件,即0.5~1.0 m/s,可以满足农产品太阳能干燥需求。 展开更多

关键词 太阳能空气集热器 折流板 结构优化 Comsol BBD

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道岔转辙机自供能传感器设计与能量俘获特性试验

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作者 李守太 高鸣源 +5 位作者 杨明金 王平 张丽 陈子文 李云伍 蒲应俊 《西南大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期194-208,共15页

铁路道岔系统是高速铁路轨道结构的薄弱环节,其中道岔转辙机拉杆部分的拉力不稳定、不足或超限均会导致道岔锁闭系统出现故障,引发脱轨等安全事故.目前采用外置电源为传感器供电和定期巡检测试拉力,但存在维护成本高和不能实时获取拉力... 铁路道岔系统是高速铁路轨道结构的薄弱环节,其中道岔转辙机拉杆部分的拉力不稳定、不足或超限均会导致道岔锁闭系统出现故障,引发脱轨等安全事故.目前采用外置电源为传感器供电和定期巡检测试拉力,但存在维护成本高和不能实时获取拉力数据等问题.本研究创新性地提出一种基于振动能量俘获技术的轨道道岔转辙机自供能传感器系统,利用轨道振动能量为拉杆插销附置应变传感器和无线数据传输系统供电.基于振动速度控制策略,实测了轮轨交互作用下的钢轨振动数据,与实验室测试吻合,验证了所设计自供能传感器系统的可行性. 展开更多

关键词 高速道岔 自供能传感器 振动俘能 转辙机

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基于树干特征的林果园道路重构方法研究

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作者 张海腾 陈子文 +3 位作者 杨明金 杨玲 蒲应俊 杨仕 《西南大学学报(自然科学版)》 2026年第5期235-245,共11页

在丘陵山地林果园复杂环境中,针对基于视觉提取路面导航的传统方法常受邻行路面噪声、地面自然起伏、杂草覆盖等多重因素干扰导致行间道路提取精度低、导航误差大的问题,提出了一种基于树干特征的林果园道路重构方法。首先,运用BiSeNetv... 在丘陵山地林果园复杂环境中,针对基于视觉提取路面导航的传统方法常受邻行路面噪声、地面自然起伏、杂草覆盖等多重因素干扰导致行间道路提取精度低、导航误差大的问题,提出了一种基于树干特征的林果园道路重构方法。首先,运用BiSeNetv2模型对树干进行精细语义分割,将树干与地面的交点视为道路边界的关键特征点,从而有效削弱直接提取路面过程中的诸多干扰因素。然后,采用K-Means聚类算法对左、右两侧道路边界特征点进行分组,并引入改进的RANSAC算法对道路边界线进行拟合,该算法增强了模型拟合直线斜率的偏好控制,优化了样本点的选择策略。最后,将两边界线之间的区域定义为重构后的道路,并以青花椒园为试验对象,构建了包含400张青花椒园行间道路图像的样本集,用于语义分割模型训练与路面重构试验。语义分割结果表明:BiSeNetv2模型相对于经典的UNet和DeepLabv3+模型具有更好的综合性能,其分割准确性为92.04%,推理速度为231 f/s,能够准确快速地分割树干。路面重构试验结果表明:提出的K-Means与改进RANSAC组合算法的道路重构准确性相较于传统基于路面识别方法、基于K-Means与最小二乘法组合算法以及基于K-Means与RANSAC组合算法分别提高了59.03、 19.98、 11.31个百分点,道路中心线的平均航向偏差和横向偏差分别为4.28°和24.61像素,该算法能够满足林果园中农机导航作业的需求。 展开更多

关键词 林果园 道路重构 语义分割 BiSeNtv2e模型 K-Means聚类 RANSAC算法

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