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农业机器人障碍物检测与避障技术研究进展 被引量：1
1
作者 肖坚星 王天海 +3 位作者 王宁 李顺达 李寒 张漫 《农业工程学报》 北大核心 2025年第13期35-49,共15页
障碍物检测与避障技术是农业机器人自动导航的关键技术。准确感知和规避障碍物,能够保证农业机器人在复杂环境中安全作业,降低人力成本,提高生产效率。该文从不同角度概述了不同类型的单一传感器技术和多传感器融合技术在农业机器人障... 障碍物检测与避障技术是农业机器人自动导航的关键技术。准确感知和规避障碍物,能够保证农业机器人在复杂环境中安全作业,降低人力成本,提高生产效率。该文从不同角度概述了不同类型的单一传感器技术和多传感器融合技术在农业机器人障碍物检测方面的应用。首先,综述了采用RGB相机、全景相机、双目相机、深度相机、激光雷达、超声波雷达、毫米波雷达等单一传感器进行障碍物检测的研究进展,详细阐述了各传感器的优势与局限性。其次,概述了采用视觉传感器与激光雷达融合、视觉传感器与毫米波雷达融合等多传感器融合技术在障碍物检测方面的研究进展,并详细分析了不同传感器融合技术的特点与优势。农业机器人主要分为大型农业机械、小型农业机器人与农业无人机3种类型。针对不同类型的农业机器人,系统性地综述了近年来农业机器人避障技术的研究进展,重点分析了各类技术在复杂农业场景中的应用特点、关键挑战及发展趋势。最后,对农业机器人障碍物检测与避障技术的研究现状与面临的挑战进行总结与展望,以期为农业机器人自动导航的快速发展提供相关理论依据和技术参考。 展开更多
关键词 机器人 障碍物检测 避障 多传感器融合 局部路径规划
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农业信息成像感知与深度学习应用研究进展 被引量：85
2
作者 孙红 李松 +3 位作者 李民赞 刘豪杰 乔浪 张瑶 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1-17,共17页
农业信息感知与准确的数据分析是智慧农业定量决策与管理服务的基础。现代农业中彩色、可见光近红外光谱、3D与热红外等多源和多维度的成像感知手段提供了丰富的数据源,传统研究中围绕颜色、形态、纹理、反射光谱等特征展开分析,由于样... 农业信息感知与准确的数据分析是智慧农业定量决策与管理服务的基础。现代农业中彩色、可见光近红外光谱、3D与热红外等多源和多维度的成像感知手段提供了丰富的数据源,传统研究中围绕颜色、形态、纹理、反射光谱等特征展开分析,由于样本量和特征抽象层级的局限性,对复杂背景变化及未知样本检测时,还存在噪声抑制鲁棒性不足、识别与检测模型精度不高等问题。深度学习(Deep learning,DL)是机器学习的分支之一,结合神经网络通过组合底层特征形成抽象的高层表示属性类别或特征,以发现数据的分布式特征与属性,在图像目标识别与检测中其模型检测精度与泛化能力比传统方法均有所提升。因而,DL技术在农业信息检测中的应用日益增多。为了深入分析应用DL技术驱动智慧农业继续发展的潜力和方向,本文从农业信息成像感知的数据源与DL技术应用相结合的角度出发,分别以植物识别与检测、病虫害诊断与识别、遥感区域分类与监测、果实在体检测与产品分级、动物识别与姿态检测5个研究方向总结概括DL在农业信息检测中最新的应用研究成果,展望需要加强的方面,以提升对应用DL开展农业信息检测过程的理解,促进农业信息感知技术的发展。 展开更多
关键词 成像感知 深度学习 农业数据集 卷积神经网络 农业检测
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融合里程计信息的农业机器人定位与地图构建方法 被引量：25
3
作者 李晨阳 彭程 +3 位作者 张振乾 苗艳龙 张漫 李寒 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第21期16-23,共8页
目前主流的农业机器人以低成本、低帧率的激光雷达作为即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)的主要传感器,存在运动畸变和误匹配的问题。该研究针对这一问题提出了融合里程计信息的Gmapping建图算法,利用高... 目前主流的农业机器人以低成本、低帧率的激光雷达作为即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)的主要传感器,存在运动畸变和误匹配的问题。该研究针对这一问题提出了融合里程计信息的Gmapping建图算法,利用高频率里程计信息为每一个激光束匹配到近似的机器人位姿,获取机器人当前位姿下更为精确的激光数据,以减少激光雷达运动畸变对地图构建产生的影响。利用机器人搭载扫描频率为5 Hz的RPLIDAR A1激光雷达在玉米田及香蕉园中进行了SLAM建图精度测试试验。试验结果表明,在长度为12 m左右的玉米田区域,Gmapping建图算法的平均绝对误差为0.06 m,该研究算法建图平均绝对误差为0.01 m,相比于Gmapping建图算法降低了0.05 m,建图精度为99.5%;在长度为24.43 m的香蕉园区域,Gmapping建图算法的平均绝对误差为0.46 m,该研究算法建图平均绝对误差为0.07 m,相比于Gmapping建图算法降低了0.39 m,建图精度为99.1%。该研究算法有效地降低了低帧率激光雷达运动畸变对Gmapping建图的影响,可以基本满足农业环境下的高精度环境建图需求。 展开更多
关键词 机器人 传感器 建图 运动估计 信息融合
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农业机器人全覆盖作业规划研究进展 被引量：34
4
作者 王宁 韩雨晓 +3 位作者 王雅萱 王天海 张漫 李寒 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S01期1-19,共19页
随着自动导航技术的发展,农业机器人已经应用到农业生产的各个方面。农业机器人可以代替人类从事喷药、施肥、收获等活动,减轻了劳动强度,提高了作业效率。全覆盖作业是智能机器人研究的核心内容之一,涉及农业、军事、生产制造和民用等... 随着自动导航技术的发展,农业机器人已经应用到农业生产的各个方面。农业机器人可以代替人类从事喷药、施肥、收获等活动,减轻了劳动强度,提高了作业效率。全覆盖作业是智能机器人研究的核心内容之一,涉及农业、军事、生产制造和民用等多个应用领域。全覆盖作业规划作为农业生产作业的关键技术,有助于提高作业质量和资源利用率。但在全覆盖作业中,仍然存在障碍物识别不准确,阻碍农机工作路径;工作区域面积遗漏,路径重复问题,造成资源浪费;单机器人工作效率较低,无法处理复杂的全覆盖作业问题。本文从全覆盖作业规划中存在的问题入手,从环境模型构建、机器人路径规划、多机器人协作任务分配3方面进行综述。其中,准确可靠的环境地图信息有助于规避静态障碍物、提高作业可靠性;高效优化路径信息有助于减少遗漏面积,提高作业效率;最佳的任务分配方案有助于减少作业时间和资源浪费。首先对环境建模方法进行了分析和对比,揭示其局限性并提出优化方法;在环境建模方法的基础之上,对国内外全覆盖路径规划算法现状进行综述,指出相关算法的特点;然后,针对多机器人协作全覆盖任务规划的研究,探讨了相关任务分配算法的研究进展;最后对移动机器人全覆盖作业规划未来的发展方向进行了展望。该研究将有助于进一步提高农业生产中全覆盖环节的工作效率和农业作业质量,减少资源浪费,为我国实现农业规模化生产提供重要依据。 展开更多
关键词 农业机器人 全覆盖 环境建模 路径规划 任务分配
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拉曼光谱在精细农业土壤成分快速检测中的研究进展 被引量：6
5
作者 李奇辰 李民赞 +2 位作者 杨玮 孙红 张瑶 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1-9,共9页
拉曼光谱分析技术利用分子运动对入射光产生非弹性散射的原理对分子成分进行检测,具有受水分干扰小、样本预处理小、与红外光谱信息互补等特点,在土壤成分快速分析方面展现了很大的优势。但是拉曼光谱信号弱,受荧光干扰强,为土壤拉曼信... 拉曼光谱分析技术利用分子运动对入射光产生非弹性散射的原理对分子成分进行检测,具有受水分干扰小、样本预处理小、与红外光谱信息互补等特点,在土壤成分快速分析方面展现了很大的优势。但是拉曼光谱信号弱,受荧光干扰强,为土壤拉曼信号的有效获取带来困难。为了分析拉曼光谱在土壤成分检测中的应用潜力,该研究综述了移频激发差分拉曼光谱技术、共焦显微拉曼技术以及表面增强技术等基于拉曼光谱的土壤成分检测技术,分析了土壤成分拉曼光谱检测的研究进展,并提出进一步研究建议。结果表明:1)脂肪族化合物以及芳香族化合物都具有拉曼活性,为基于拉曼光谱的土壤有机质含量的定性、定量分析提供了理论依据。为了弥补拉曼光谱对有机质整体定量预测精度的不足,采用红外-拉曼光谱融合方式补偿单独拉曼光谱数据中缺失的土壤有机质信息,可显著改善预测精度。2)利用表面增强技术可以增强土壤溶液中可溶性氮与土壤有效氮拉曼特征波峰的强度,获得了良好的定量预测效果,回归模型决定系数R^(2)达到0.91~0.99。3)土壤中很多含磷的化合物都具有拉曼活性,拉曼光谱是识别土壤中不同磷酸盐形态的极其有效的工具,在土壤磷素含量的分析中,应用小波包分解的拉曼光谱对滤除有机质的磷酸盐参杂土壤中磷素浓度进行预测,回归模型精度R^(2)达到0.94。拉曼光谱检测的样本范围取决于激发光照射在样本上的光点尺寸,而土壤样本的空间变异性为聚焦目标物质带来困难。因此,实现现场高分辨率检测的关键是获取有效拉曼信号、同时降低背景信号的干扰。移频激发技术与显微拉曼技术为农田土壤养分的原位测量提供了技术保障。建议:1)采用光谱融合方法提升回归模型的预测精度。2)降低冗余变量,提升模型的可解读性与重现性。3)充分考虑土壤对拉曼光谱的影响,为开发农田现场土壤成分快速检测技术提供参考。 展开更多
关键词 土壤 拉曼光谱 红外光谱 移频激发 共焦显微拉曼 表面增强拉曼光谱 精细农业
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中国大田作物智慧种植目标、关键技术与区域模式 被引量：12
6
作者 李莉 李民赞 +2 位作者 刘刚 张漫 汪懋华 《智慧农业（中英文）》 2022年第4期26-34,共9页
大田作物智慧种植业是智慧农业的重要内容。本文通过分析智慧农业发展历程,明确了大田作物智慧种植业发展战略总体目标和重点任务,凝练出关键技术,有针对性地提出适宜中国区域特征的发展模式。大田作物智慧种植的关键技术面临的主要挑战... 大田作物智慧种植业是智慧农业的重要内容。本文通过分析智慧农业发展历程,明确了大田作物智慧种植业发展战略总体目标和重点任务,凝练出关键技术,有针对性地提出适宜中国区域特征的发展模式。大田作物智慧种植的关键技术面临的主要挑战有:缺乏原位精准测量技术与农业专用传感器,作物模拟模型与实际生产有较大差别,信息传输技术的实时性、可靠性、通用性和稳定性有待改进,智能农业装备还需要进一步解决好农机/农艺相结合问题。在以上分析基础上,提出了大田作物智慧种植关键技术的5个一级技术以及相应的18个二级技术。5个一级技术包括环境与生物信息感知技术、信息移动互联与农业物联网技术、云计算与云服务技术、大数据分析与决策技术、智能农机装备与农业机器人技术。根据中国种植业区域特色提出了相应的6种智慧农业发展区,即东北与内蒙古规模化智慧生产发展区,京津冀鲁智慧都市农业与节水农业发展区,西北旱区棉花规模化智慧种植和旱作智慧农业绿色发展综合试验区,东南沿海循环型水稻智慧种植业综合发展试验区,长江中下游平原智慧粮油优化发展区,以及西南山区智慧特色农业发展区。最后从基础设施建设、技术、人才和政策角度给出了发展建议。 展开更多
关键词 智慧种植 感知技术 物联网 智能农机装备 无人农场 大数据 移动互联 智慧农业
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基于SSA-LSTM-Attention的日光温室环境预测模型 被引量：1
7
作者 孟繁佳 许瑞峰 +3 位作者 赵维娟 宋文臻 高艺璇 李莉 《农业工程学报》 北大核心 2025年第11期256-263,共8页
建立准确的温室环境预测模型有助于精准调控温室环境促进作物的生长发育,针对温室小气候具有时序性、非线性和强耦合等特点,该研究提出了一种基于SSA-LSTM-Attention(sparrow search algorithm-long short-term memoryattention mechani... 建立准确的温室环境预测模型有助于精准调控温室环境促进作物的生长发育,针对温室小气候具有时序性、非线性和强耦合等特点,该研究提出了一种基于SSA-LSTM-Attention(sparrow search algorithm-long short-term memoryattention mechanism)的日光温室环境预测模型。首先,通过温室物联网数据采集系统获取温室内外环境数据;其次,使用皮尔逊相关性分析法筛选出强相关性因子;最后,构建环境特征时间序列矩阵输入模型进行温室环境预测。对日光温室的室内温度、室内湿度、光照强度和土壤湿度4种环境因子的预测,SSA-LSTM-Attention模型的平均拟合指数达到了97.9%。相较于反向传播神经网络(back propagation neural network,BP)、门控循环单元(gate recurrent unit,GRU)、长短期记忆神经网络(long short term memory,LSTM)和LSTM-Attention(long short-term memory-attention mechanism)模型,分别提高8.1、4.1、3.5、3.0个百分点;平均绝对百分比误差为2.6%,分别降低6.5、3.2、2.8、2.5个百分点。试验结果表明,通过利用SSA自动优化LSTM-Attention模型的超参数,提高了模型预测精度,为日光温室环境超前调控提供了有效的数据支持。 展开更多
关键词 日光温室 麻雀搜索算法 长短期记忆网络 注意力机制 环境预测模型
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基于改进YOLO v5-pose的群养生猪体尺自动测量方法
8
作者 刘刚 曾雪婷 +3 位作者 刘晓文 李涛 丁向东 米阳 《农业机械学报》 北大核心 2025年第5期455-465,共11页
针对群养生猪体尺自动测量中体尺测点难以高效和精确提取的问题,提出一种基于改进YOLO v5-pose的群养生猪体尺自动测量方法。在YOLO v5-pose主干网络中融合卷积块注意力模块(Convolutional block attention module,CBAM),更好地捕捉到... 针对群养生猪体尺自动测量中体尺测点难以高效和精确提取的问题,提出一种基于改进YOLO v5-pose的群养生猪体尺自动测量方法。在YOLO v5-pose主干网络中融合卷积块注意力模块(Convolutional block attention module,CBAM),更好地捕捉到测点相关特征;将Neck层的C3传统模块替换为C3Ghost轻量模块,降低模型参数量和内存占用量;在模型Head层引入DyHead(Dynamic head)目标检测头,提升模型对测点位置的表征能力。结果表明,改进模型的测点检测平均精度均值为92.6%,参数量为6.890×10^(6),内存占用量为14.1 MB,与原始YOLO v5-pose模型相比,平均精度均值增加2.1个百分点,参数量和内存占用量分别减少2.380×10^(5)、0.4 MB。与当前经典模型YOLO v7-pose、YOLO v8-pose、RTMPose(Real-time multi-person pose estimation based on mmpose)和CenterNet相比,该模型的召回率和平均精度均值更优且更轻量化。在2400幅群养生猪图像数据集上进行试验,结果表明,该方法测得体长、体宽、臀宽、体高和臀高的平均绝对误差分别为4.61、5.87、6.03、0.49、0.46 cm,平均相对误差分别为2.69%、11.53%、12.29%、0.90%和0.76%。综上所述,本文方法提高了体尺测点检测精度,降低了模型复杂度,取得了更精确的体尺测量结果,为群养环境下生猪体尺自动测量提供了一种有效的技术手段。 展开更多
关键词 群养生猪 体尺测量 改进YOLO v5-pose 关键点检测 坐标变换
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基于计算机视觉的奶牛跛行识别技术研究进展 被引量：12
9
作者 李前 初梦苑 +1 位作者 康熙 刘刚 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第15期159-169,共11页
奶牛跛行严重降低奶牛福利及潜在产奶量,影响养殖场经济效益。准确高效识别奶牛跛行,有助于奶牛肢蹄病的及早发现与治疗,促进奶业的健康和可持续发展。人工观察法识别奶牛跛行存在识别效率低、成本高、主观性强等问题。计算机视觉技术... 奶牛跛行严重降低奶牛福利及潜在产奶量,影响养殖场经济效益。准确高效识别奶牛跛行,有助于奶牛肢蹄病的及早发现与治疗,促进奶业的健康和可持续发展。人工观察法识别奶牛跛行存在识别效率低、成本高、主观性强等问题。计算机视觉技术可以通过无应激、无接触地采集奶牛行走视频数据,准确高效识别奶牛跛行。该研究从可见光相机、深度相机以及热红外相机3种视频采集手段出发,概述了当前奶牛跛行自动识别的主要研究方法、关键技术以及未来发展方向等,对比分析了各研究方法的优势和不足,指出个体差异性、跛行特征的优选以及早期跛行识别等需要重点关注的技术问题。同时,该研究从数据获取、技术研发和试验验证等方面,分析了奶牛跛行识别技术研究领域存在的主要问题及挑战,展望了未来奶牛跛行识别技术的研究重点和发展方向,为奶牛跛行的精准高效识别提供相关理论依据和技术参考。 展开更多
关键词 计算机视觉 图像处理 深度学习 奶牛跛行识别 可见光相机 深度相机 热红外相机
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基于注意力机制的BiGRU土壤光谱全氮预测模型研究
10
作者 剧伟良 杨玮 +3 位作者 宋亚美 刘楠 李浩 李民赞 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第7期2017-2025,共9页
土壤全氮含量是评估土壤肥力的关键指标,其精确测定对于提升农作物产量和品质具有重要意义。运用近红外光谱分析技术预测土壤全氮含量已被证明是一种有效的解决方案。由于土壤光谱数据具有高维性和复杂的时间序列性,传统模型往往难以捕... 土壤全氮含量是评估土壤肥力的关键指标,其精确测定对于提升农作物产量和品质具有重要意义。运用近红外光谱分析技术预测土壤全氮含量已被证明是一种有效的解决方案。由于土壤光谱数据具有高维性和复杂的时间序列性,传统模型往往难以捕捉其中的关键信息,从而影响预测结果的准确性。为此基于600份土壤样本的近红外光谱(900~1700 nm),开展了土壤全氮(STN)含量光谱预测方法研究,提出了一种基于注意力机制的双向门控循环单元模型(BiGRU-Attention)。首先通过SG滤波和SNV预处理方法优化了光谱数据,随后通过CARS特征筛选算法将光谱的波长数由198精简为30个关键特征波长,剔除冗余信息,降低了建模的复杂度。BiGRU-Attention模型利用更新门和重置门有效控制信息流动,使得模型忽略不重要的光谱数据,并保留影响预测精度的关键信息。通过结合双向GRU的双时序处理优势,模型能够同时处理光谱序列的正向与反向输入,从而增强模型对边缘数据的关注能力,更全面地捕捉土壤光谱数据中的前后依赖关系。此外,模型通过注意力层的QKV矩阵计算每个部分的重要性,并根据序列中的前后关联信息动态决定关注哪些特征,通过计算注意力权重矩阵,为每个输入数据分配权重,生成更相关的上下文矩阵,进而增强模型的预测精度。实验结果表明,与其他模型相比,BiGRU-Attention模型能更好地理解波段之间的相互关联,在预测结果上表现更佳,光谱数据在经过特征筛选后,模型在测试数据集上的决定系数R^(2)达到了0.87,均方根误差RMSE为0.20 g·kg^(-1),表现出良好的预测性能。该研究为土壤养分快速检测提供了技术支持,为建立高精度的土壤全氮含量预测模型提供了方法与参考。 展开更多
关键词 近红外光谱 双向门控循环单元 注意力机制 土壤全氮
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基于注意力机制和跨模态层级特征融合的群养肉牛个体质量估测
11
作者 宋平 杨颖 +3 位作者 刘刚 姚冲 李子若 毛天赐 《农业工程学报》 北大核心 2025年第10期221-231,共11页
为解决群养场景下肉牛个体质量称量复杂、精度低的问题,该研究提出了基于注意力机制和跨模态层级特征融合模型CMHFF-ResNet(cross-modal hierarchical feature fusion resnet)。首先,无接触式地采集俯视视角下日常活动的肉牛的RGB(red-g... 为解决群养场景下肉牛个体质量称量复杂、精度低的问题,该研究提出了基于注意力机制和跨模态层级特征融合模型CMHFF-ResNet(cross-modal hierarchical feature fusion resnet)。首先,无接触式地采集俯视视角下日常活动的肉牛的RGB(red-green-blue)图像与深度图像,使用引入定向边界框OBB(oriented bounding box)的YOLOv8网络对肉牛进行旋转目标检测和识别,精准定位群养场景中的个体目标;其次,以ResNet50为骨干网络构建双流估重模型,分别提取RGB和深度模态特征,并引入CBAM(convolutional block attention module)注意力机制以增强关键特征表达能力。设计跨模态的层级特征融合,有效结合RGB流和深度流的特征并充分利用浅层特征;第三,引入肉牛的身份信息便于网络学习肉牛身份与其体质量之间的对应关系,为优化模型效率,将全连接层替换为KAN(kolmogorov-arnold networks),显著减少参数量;最后,将双流的输出结果融合,回归肉牛体质量值。在试验中,构建了包含2546对RGB-D图像的数据集,包括2373对训练数据和173对验证数据。结果表明,CMHFF-ResNet在验证集上的平均绝对误差为14.19 kg。与基于RGB和深度的单流模型相比,双流模型在平均绝对误差上分别降低16.943%和26.133%。同时,该方法优于其他现有肉牛体质量估测方法:与多元线性回归、改进MobileNetv2模型、改进DenseNet201模型和改进跨模态特征融合模型CFF-ResNet相比,在平均绝对误差上分别减少57.233%、34.699%、24.761%和20.991%,提升了群养环境下肉牛个体质量估测的精度与泛化性,能够有效地学习跨模态的层级特征表示。该研究为大规模群养环境中肉牛个体质量的高精度估测提供了参考。 展开更多
关键词 模型 计算机视觉 目标检测 体质量估测 注意力机制 跨模态层级特征融合 双流网络
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基于微型光谱仪和Transformer模型的便携式土壤全氮含量检测仪研究
12
作者 剧伟良 杨玮 +2 位作者 宋亚美 刘楠 李民赞 《农业机械学报》 北大核心 2025年第6期268-276,共9页
便携式土壤全氮含量近红外光谱检测仪具有快速、非破坏性和高效性等优点,但已开发的仪器多采用滤光片式设计,光谱通道数量有限会导致部分关键信息丢失,且无法采用基于深度学习的预测模型。随着微型光谱仪的商业化,本文开发了基于连续光... 便携式土壤全氮含量近红外光谱检测仪具有快速、非破坏性和高效性等优点,但已开发的仪器多采用滤光片式设计,光谱通道数量有限会导致部分关键信息丢失,且无法采用基于深度学习的预测模型。随着微型光谱仪的商业化,本文开发了基于连续光谱的高精度土壤全氮含量检测仪。检测仪主要由NIR-R210型微型光谱仪、树莓派、触控屏、移动电源构成,利用微型光谱仪获取土壤光谱反射率,利用树莓派中嵌入的深度学习模型进行土壤全氮含量预测,然后在显示屏中输出预测结果。在中国农业大学上庄实验站采集了600份土壤样本,分别对偏最小二乘法、门控循环单元和Transformer 3种模型的预测性能进行了对比分析。结果表明,基于全光谱数据的Transformer深度学习模型表现最好,模型决定系数R^(2)为0.89,均方根误差(RMSE)为0.19 g/kg,预测偏差(RPD)为2.96。进一步对检测仪进行田间实时原位测试,田间环境下预测结果R^(2)可达0.83,精度较高,可为智慧农业中土壤养分实时检测与精准管理提供新的解决方案。 展开更多
关键词 土壤全氮 近红外 Transformer 深度学习 树莓派
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基于移动机器人平台的玉米植株三维信息采集系统 被引量：8
13
作者 李鹏 劳彩莲 +1 位作者 杨瀚 冯宇 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第B07期15-21,共7页
为了快速、无损、自动获取玉米植株的三维信息,设计了一种基于移动机器人平台的玉米植株三维信息采集系统。首先,通过四轮驱动移动机器人与升降平台配合,精准控制Xtion深度相机多视角采集盆栽玉米植株的三维点云数据;然后,对获取的点云... 为了快速、无损、自动获取玉米植株的三维信息,设计了一种基于移动机器人平台的玉米植株三维信息采集系统。首先,通过四轮驱动移动机器人与升降平台配合,精准控制Xtion深度相机多视角采集盆栽玉米植株的三维点云数据;然后,对获取的点云进行配准拼接与滤波,实现玉米植株的三维重建;最后,对重建后的玉米模型进行叶片的分割与参数测量。该系统的移动机器人运动误差可以控制在1cm之内,玉米植株叶片参数测量误差在1%~5%之间,证明了该系统进行玉米植株三维信息采集的可行性。 展开更多
关键词 玉米植株 移动机器人 三维信息 信息采集
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家畜体尺自动测量技术研究进展 被引量：21
14
作者 初梦苑 司永胜 +1 位作者 李前 刘刚 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第13期228-240,共13页
家畜体尺参数是评价家畜生产性能的关键指标之一,可为选取优良品种提供重要参考依据。人工测量家畜体尺费时费力、主观性强、有损动物福利。随着计算机技术的应用普及,家畜体尺自动测量技术发展较快,取得了较好的研究成果。该研究从家... 家畜体尺参数是评价家畜生产性能的关键指标之一,可为选取优良品种提供重要参考依据。人工测量家畜体尺费时费力、主观性强、有损动物福利。随着计算机技术的应用普及,家畜体尺自动测量技术发展较快,取得了较好的研究成果。该研究从家畜数据采集与预处理、家畜直线体尺测量、家畜围度体尺测量3个方面,阐述了家畜体尺自动测量技术的一般流程、常见技术、研究现状及方法优劣。首先,数据采集与预处理是家畜体尺自动测量的重要步骤,包括家畜图像数据的采集、分析与处理,输出便于体尺测点定位的数据,为家畜直线与围度体尺测量奠定基础;其次,家畜直线体尺测量技术基于数字图像处理和计算机视觉等方法,提取直线体尺测点并计算体尺测量值,是目前家畜体尺自动测量领域的主要研究内容;最后,因家畜围度体尺测量难度较大,其测量方法也是近年来相关领域研究的难点,胸围、腹围等体尺参数是家畜体质量和肉产量的重要参考指标,围度体尺测量主要包括体尺测点定位、围度体尺曲线拟合与尺寸计算。该研究还探讨了目前家畜体尺自动测量领域存在的成本高、自动化程度低、实时性与普适性差等问题,展望了未来该领域发展趋势,以期为开展家畜体尺自动测量技术与方法研究提供参考。 展开更多
关键词 机器视觉 图像处理 家畜养殖 体尺测量 目标分割 无损监测
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基于云服务架构的田间信息采集与分析系统设计 被引量：9
15
作者 马旭颖 张智勇 +3 位作者 高德华 李民赞 孙红 李松 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第B07期122-127,共6页
为了满足农田作物信息采集和分析服务的需求,将智能手机终端硬件、微信小程序软件与云服务平台相结合,设计了一款基于云服务架构的田间信息采集与分析系统。系统主要包括腾讯云服务器模块和手机微信小程序模块,其中,云服务器端使用MySQ... 为了满足农田作物信息采集和分析服务的需求,将智能手机终端硬件、微信小程序软件与云服务平台相结合,设计了一款基于云服务架构的田间信息采集与分析系统。系统主要包括腾讯云服务器模块和手机微信小程序模块,其中,云服务器端使用MySQL搭建数据库,用于存储、处理和下载数据;使用CSS和JavaScript语言及小程序封装的组件开发微信小程序,用于交互实现数据的采集、上传与信息反馈。以田间小麦作物生物量指征参数调查为例,针对冠层覆盖度和植株行间距计算进行了系统应用测试。采集100幅出苗期的小麦冠层图像,由小程序端上传样本图像到后台处理。使用霍夫变换、图像掩膜和图像腐蚀获取定位图像后,利用HSV彩色空间突出样本像素点,计算冠层覆盖度;采用投影法和滤波法提取峰值,获取株行中心线,从而计算植株行间距。建立了图像识别像素株行间距与实测株间行距间的一元线性回归模型,建模精度R2达到0.911,可为田间作物信息检测和调查提供技术支持。 展开更多
关键词 作物信息 云服务 服务管理系统 微信小程序 图像处理
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基于三维点云的田间香蕉吸芽形态参数获取 被引量：6
16
作者 彭程 苗艳龙 +3 位作者 汪刘洋 李寒 李修华 张漫 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S01期193-200,共8页
针对传统的香蕉吸芽形态参数手工测量方法效率低下、人为主观性强等问题,提出了基于三维点云的田间香蕉吸芽形态参数信息提取方法,并针对吸芽茎秆直径小,普通测量算法误差大的问题,使用曲面平滑和圆柱拟合算法提高了茎粗测量精度和准确... 针对传统的香蕉吸芽形态参数手工测量方法效率低下、人为主观性强等问题,提出了基于三维点云的田间香蕉吸芽形态参数信息提取方法,并针对吸芽茎秆直径小,普通测量算法误差大的问题,使用曲面平滑和圆柱拟合算法提高了茎粗测量精度和准确性。使用Kinect V2、PMD CamBoard pico flexx、ZED双目视觉相机和Velodyne 16线激光雷达4种深度传感器采集不同尺寸的香蕉吸芽点云,对比了不同深度传感器对于香蕉吸芽点云采集的效果和提取表型参数的精度。基于点云库开发了香蕉点云处理和表型参数提取算法,对从两侧获取的香蕉点云进行配准,提取了香蕉吸芽的株高、茎粗和叶面积参数。Kinect V2取得了最优的点云重建效果和表型参数获取精度,与人工测量值相比,测得株高、茎粗和叶面积的平均绝对百分比误差分别为4.79%、9.20%、16.59%,均方根误差分别为5.46 cm、4.44 mm、197.8 cm2,决定系数分别为0.96、0.87、0.92。研究表明,Kinect V2和该文的形态参数提取方法适用于香蕉吸芽的形态参数获取,可以为果园管理提供一种快速、准确的香蕉吸芽株高、茎粗和叶面积形态参数测量方案。 展开更多
关键词 三维 农业 香蕉 点云处理 作物形态参数 株高 茎粗 叶面积
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奶牛乳房炎自动检测技术研究进展 被引量：7
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作者 初梦苑 刘晓文 +2 位作者 曾雪婷 王彦超 刘刚 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1-12,共12页
奶牛乳房炎是影响奶牛健康的主要疾病之一,发病率高、发病范围广、经济损失严重。目前奶牛乳房炎的检测大多是采集奶牛乳汁进行理化性质检测,该方法对检测环境有着较高要求,且检测周期长。随着信息技术的迅速发展,奶牛乳房炎的自动检测... 奶牛乳房炎是影响奶牛健康的主要疾病之一,发病率高、发病范围广、经济损失严重。目前奶牛乳房炎的检测大多是采集奶牛乳汁进行理化性质检测,该方法对检测环境有着较高要求,且检测周期长。随着信息技术的迅速发展,奶牛乳房炎的自动检测技术取得了较好的研究成果。该研究根据数据的传感器类型,从视觉传感器、自动挤奶系统与其他传感器3个方面阐述了奶牛乳房炎自动检测的研究进展。基于视觉传感器的奶牛乳房炎自动检测方法包括基于乳房热红外图像和基于乳汁图像的检测方法,该方法较大程度上保障了动物福利,但检测精度有待提升;基于自动挤奶系统(automatic milking systems,AMS)的奶牛乳房炎自动检测方法利用AMS获取乳汁信息,然后构建乳房炎检测模型,该方法检测误差较小,但成本较高;基于其他传感器的奶牛乳房炎检测方法采用独立研发的传感器获取乳汁数据,预测乳房炎发病情况,该方法操作简便,但使用不同传感器构建的检测模型精度差异较大。该文还探讨了目前奶牛乳房炎自动检测领域存在的精度低、实时性差、自动化不足等问题,并展望了该领域未来的发展趋势,以期为开展奶牛乳房炎自动检测技术与方法研究提供参考。 展开更多
关键词 传感器 机器视觉 智慧养殖 奶牛 乳房炎
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基于GWO-MPC的联合收获机喂入量控制方法与仿真实验 被引量：3
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作者 孙意凡 刘仁杰 +2 位作者 李世超 张漫 李寒 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期83-91,共9页
收获机作为农业生产的重要生产工具,其喂入量控制一直是自动控制领域研究的热点问题。本文通过分析收获机工作方式,建立收获时收获机喂入量变化模型。设计开发收获机作业参数监测系统,以小麦作为实验对象,在我国华北地区开展田间实验,... 收获机作为农业生产的重要生产工具,其喂入量控制一直是自动控制领域研究的热点问题。本文通过分析收获机工作方式,建立收获时收获机喂入量变化模型。设计开发收获机作业参数监测系统,以小麦作为实验对象,在我国华北地区开展田间实验,验证系统喂入量监测精度并同步采集产量、含水率和作业速度等参数,系统喂入量监测平均相对误差为8.55%。以收获机在割台高度不变条件下保持额定喂入量为控制目标状态,收获机作业速度作为控制量,采用模型预测的方法对收获机喂入量进行仿真控制。采用灰狼优化算法优化二次规划的权值矩阵,仿真结果表明,权值矩阵优化后,喂入量控制平均绝对误差小于0.1 kg/s,平均降低38.1%。喂入量控制误差与收获区域的产量成反比,与含水率成正比。在相邻时域内产量、含水率变化较小的收获区域效果更好。 展开更多
关键词 联合收获机 喂入量 模型预测控制 作业速度 灰狼优化算法
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利用CARS-CNN模型的土壤有机质含量高光谱预测 被引量：3
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作者 李浩 于滈 +3 位作者 曹永研 郝子源 杨玮 李民赞 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2303-2309,共7页
卷积神经网络(CNN)在数据特征提取方面具有巨大优势,能充分获取数据特征,相较于传统模型具有更好的泛化性。基于CNN开展了土壤有机质(SOM)含量高光谱预测方法及模型研究。以北京市昌平区上庄实验站的320个土壤样本为研究对象,提取可见光... 卷积神经网络(CNN)在数据特征提取方面具有巨大优势,能充分获取数据特征,相较于传统模型具有更好的泛化性。基于CNN开展了土壤有机质(SOM)含量高光谱预测方法及模型研究。以北京市昌平区上庄实验站的320个土壤样本为研究对象,提取可见光-近红外(VIS-NIR)350~1700 nm内的807个光谱波段,通过多元散射校正(MSC)和一阶微分变换进行光谱数据去噪和变换。分别使用连续投影算法(SPA)、竞争性自适应重加权算法(CARS)筛选敏感波长实现光谱数据降维。为解决传统手段泛化性差以及深层CNN网络复杂且负载过大的问题,基于CARS与SPA算法,提出一种基于6层卷积层的浅层CNN模型预测,并对比具有不同卷积尺寸和卷积数量的1D-CNN1、1D-CNN2以寻找最优网络参数。通过对比VGG16、支持向量回归(SVR)、最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)建立预测模型在特征波长以及全波段的表现确定最佳模型。结果表明,相比于全谱波段和SPA筛选算法,基于CARS筛选特征波长建立的模型整体表现更好,波段数量被压缩至全波段的8%,有效实现了光谱数据的降维。对比全波段数据,基于CARS筛选波长的1D-CNN1、1D-CNN2的表现更好,模型预测R2分别提升了0.028,0.018;RMSE分别降低了0.150和0.107 g·kg^(-1)。整体上,基于CARS的1D-CNN1模型表现最好,预测R2=0.846,RMSE=3.145 g·kg^(-1),降低了网络负载的同时提高了模型精度,同时也证明了小尺寸卷积的表现优于更多数量的大尺寸卷积,能够更好的获取数据特征。通过CARS筛选特征波长结合浅层CNN建立SOM含量预测模型,为建立高精度的SOM含量预测模型提供了方法与参考。 展开更多
关键词 土壤有机质 卷积神经网络 高光谱 精细农业
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基于3D激光雷达的鸡舍通道中心线检测方法 被引量：3
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作者 韩雨晓 李帅 +3 位作者 王宁 安娅军 张漫 李寒 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期173-181,共9页
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... 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3.97 ms,比LSM算法得到的平均绝对误差角高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。 展开更多
关键词 导航 机器人 激光雷达 鸡舍 K-MEANS聚类 随机抽样一致性算法 中心线拟合
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