摘要:针对条形名优绿茶依赖人工采摘、无专用采摘器的问题，该研究设计了适用于名优茶采摘的捏切组合式采摘器。首先分析人工采摘嫩梢的运动过程及茶叶嫩梢物理特性，设计了基于盘形凸轮的捏切、送、甩、抛循环式采摘机构和柔性捏切一体采摘爪。通过算法控制采摘臂旋转速度，采摘器实现了低振动、准确采摘。样机试验表明：采摘器单次作业最大时间小于0.6 s，实际采摘成功率稳定在100%，说明捏切组合式采摘器符合茶园嫩梢采摘连续、快速的需求。喂入深度和采摘高度越大采摘成功率越高，根据茶叶生长环境和农艺要求确定较优采摘高度和喂入深度均为10 mm、采摘角度为0°。试验结果表明采摘器采摘的茶叶嫩梢与人工采摘品质相同。该研究可为茶叶嫩梢低损、快速采摘提供参考。

摘要:针对荸荠芽和根切除工序复杂、效果差、切削力较大等问题，该研究设计了一种旋刀式荸荠芽根同步切除装置，借助荸荠自身重力和装置结构形式进行限位，由回转刀片组同时切除芽和根。首先对荸荠运行及切削过程展开理论分析，确定关键部件结构形式与参数范围。进一步在EDEM离散元软件中以荸荠芽和根的切削力为评价指标，以锯齿旋切刀几何参数和切削速度为影响因素开展仿真优化试验，得到最佳参数组合为：锯齿底长5 mm，齿高15 mm，切削速度0.103 m/s。搭建测力平台对仿真结果进行验证，并与平刃旋切刀进行性能对比。结果表明，优化后的锯齿旋切刀可减小23.29 %的切削力。基于Box-Behnken原理设计定位孔内壁优化试验，得到最佳参数条件下荸荠的斜切高度差为4.5 mm。研究结果可为荸荠芽根切除装置设计提供参考。

摘要:针对目前蔬菜机械化播种精度低的问题，该研究设计了一种点胶-纸带式小粒径种子蔬菜精密播种机。通过对蠕动泵胶装置、棘轮点胶装置、排种装置的机构分析，确定了各机构的结构参数，并以导种管长度、导种管截面角度以及窝眼轮转速为试验因素，结合Box-Behnken试验方案进行导种管优化试验。结果表明，当导种管长度为56 mm，截面角度为35°、排种轮转速为30 r/min时，纸带上有效区种子占比达57.23%。以泵胶装置辊子转角和预胶化淀粉与水混合物质量比为试验因素，对直径为1.5～2.0 mm的上海青605种子进行粘附试验。结果表明，当辊子转角为10°，预胶化淀粉与水混合物质量比为1:6时，单粒种子粘附率达97.4%。开展整机对不同品种小粒径蔬菜种子的适应性试验，结果表明，在0.5～1.5 m/s作业速度下，上海青605和四季小白菜的播种单粒率均大于95%，株距变异系数均小于10%。与现有电控锥盘式蔬菜播种机相比，单粒率提高了3.53%，工作效率提高了50%，满足NY/T1143-2006规定的精密播种性能指标要求，该研究可为小粒径种子蔬菜精密播种机的结构设计和优化提供参考。

摘要:茎部含水率是评价果树干旱胁迫响应和指导灌溉的重要参数。该研究针对目前果树茎部细小枝条含水率活体原位无损测量传感器缺乏的现状，设计了一种基于频域介电法的改进型平行板电极传感器。为检验该传感器的性能参数，以苹果树为观测对象，首先开展了高频结构仿真分析、逐步移除小木条、直径影响校正、性能测试、传感器标定等实验室环境下的理论分析与试验验证，然后在温室苹果树上开展活体原位无损监测试验和干旱胁迫试验。结果表明：该传感器的最大观测枝条直径约为10 mm，直径变化引起的传感器误差为4.23 mV/mm，传感器输出与电容值之间具有良好的线性关系（R2=0.985），当负载稳定时，传感器的误差在0.5～0.8 mV之间，重复性测试结果显示传感器输出的最大差值不超过8 mV，传感器标定曲线的决定系数为0.998；温室环境下盆栽苹果树枝条含水率监测试验结果表明：该传感器可以检测到直径5～8 mm范围内枝条的含水率变化；干旱胁迫辨识试验结果表明：该传感器可以观测到苹果树在灌溉之前经历的干旱胁迫过程。研究结果可为诊断植物干旱胁迫、果树抽条和指导节水灌溉提供重要依据与技术支撑。

摘要:为解决现有小群妊娠母猪饲喂系统存在猪只攀爬等导致采食通道门异常关闭从而使母猪不能采食的问题，该研究设计了一种自锁式小群妊娠母猪智能饲喂系统。系统由自锁式全机械结构的采食通道与精准下料装置组成。采食通道前门、后门、前门连接件、中间连杆与框架共同构成空间RRRSR（R为转动副，S为球面副）五杆单闭链机构，利用空间连杆机构自锁特性与定轴转动实现采食通道前后门的自锁与互锁。运动学仿真结果表明，前门最大开合角度为92°，后门最大开合角度为63.32°，前、后门完全开启时，母猪可在采食通道内通行。精准下料装置的控制基于FreeRTOS实现，将饲喂过程分为下料、下水、身份识别、数据显示与存储等。样机试验结果表明，系统的采食通道能够稳定自锁，可防止猪只攀爬导致采食通道门异常关闭；精准下料装置可精确识别母猪并精准下料，距离射频识别模块识别板20 cm左右即可识别到耳标，耳标识别后在1 s内开始自动下料下水，单圈下料最大误差不超过2.02%，单次下水最大误差不超过1.80%，研究结果可为研制具有自锁功能的小群妊娠母猪精准饲喂系统提供技术参考。

摘要:触土部件是农机的主要组成部分，高精度的土壤-触土部件互作模型对农业耕作触土部件的节能优化设计具有重大意义。为提高土壤切削过程数值模拟的精确度，该研究基于光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）框架，从土壤亚塑性本构模型出发，结合土壤-触土部件接触模型，提出一种土壤-触土部件互作模型。通过砂土坍塌试验和土壤切削试验，对比分析了模拟仿真和物理试验中砂土自由表面演变、内部应力变化、土壤静止和运动分界面形态以及粒子位移。在此基础上对4种不同形状刀具的土壤切削过程进行模拟，以土壤切应力、位移分布表征刀具在切削过程中对土壤的破坏情况，讨论了大半径抛物线型刀具切削过程中的土壤粒子速度场，并得出不同形状刀具切削阻力的变化规律。结果表明，刀具水平切削阻力的模拟值和试验值平均相对误差为9.885%，说明所提模型对刀具水平切削阻力的预测精度较高。研究结果可为土壤-触土部件互作模型的建立提供新的思路，为触土部件的优化设计提供参考。

摘要:为探究控释掺混肥结合增密对水稻产量、氮素吸收、施肥经济效益和氨挥发损失的影响，该研究以扬籼优418为供试材料，设不施氮对照（CK）、常规施氮（Farmer’s Fertilization Practice，FFP）、优化施氮（Optimized Nitrogen Application，OPT）、控释掺混肥（Controlled Release Blended Fertilizer，CRBF）和控释掺混肥结合增密（Controlled Release Blended Fertilizer Combined with Dense Planting，CRFDP）共5个处理，对比分析了不同处理的水稻产量及构成因子、氮素吸收和氮肥利用效率、经济效益和氨挥发损失的差异。结果发现，CRFDP处理的水稻有效穗数和每穗实粒数显著高于其他处理（P<0.05），较FFP分别增加26.1%和18.7%。CRFDP处理较FFP处理水稻增产33.3%。与FFP相比，CRFDP的氮肥吸收利用率、氮肥偏生产力、氮肥农学利用率分别提高160%、22.8 kg/kg、16.27 kg/kg。CRFDP较CRBF处理的氮肥吸收利用率显著提高10.0个百分点，氮肥偏生产力、氮肥农学利用率和氮素生理利用率则没有显著差异（P>0.05）；与FFP处理相比，3个优化施氮处理（OPT、CRBF和CRFDP）在氮肥用量降低20%的情况下，水稻每公顷净收益增加3 328～8 968元，其中CRFDP处理的水稻产值和净收益最高。施氮显著提高了水稻生长季的田面水铵态氮浓度和土壤脲酶活性，与FFP处理相比，CRFDP处理的氨挥发强度和累积氨挥发损失分别降低62.5%和46.3%。综上，控释掺混肥与增密结合可兼顾水稻高产、氮肥高效利用和氨减排。研究结果可为水稻高产及环境友好和资源高效的水稻种植新模式提供数据支持和理论支撑。

摘要:土壤入渗特性的变异特征具有明显空间依赖性和尺度效应，其多尺度上的参数估值是农田灌溉设计和管理的重要基础。该研究以在关中平原进行的52组双环入渗试验为基础，通过比较不同方法计算的标定因子对Kostiakov公式的标定效果，结合小波分析和通径分析方法识别并量化分析标定因子和土壤特性参数（土壤机械组成、容重、初始含水率和有机质含量）在多尺度的相关性，在此基础上分别利用多元线性回归（Multiple Linear Regression, MLR）、BP神经网络（BP Artificial Neural Network, BP-ANN）和支持向量机（Support Vector Machine, SVM）3种方法构建估算标定因子的土壤传递函数。结果表明，采用最小二乘法计算标定因子对Kostiakov公式的标定效果最优，所有测点标定后累积入渗量与实测值的均方根误差（Root Mean Square Error, RMSE）、平均偏差（Mean Bias Error, MBE）、相对误差绝对值均值（Mean Absolute Value of Relative Error, MARE）分别为1.83 cm、0.24 cm、21.2%；多尺度条件下，土壤容重、砂粒、黏粒和有机质含量组合是引起研究区域标定因子空间变化的主要变异源，其中标定因子与砂粒和有机质含量呈显著正相关关系（P<0.05），总通径系数分别为0.78和0.65，与黏粒和土壤容重呈显著负相关关系（P<0.05），总通径系数分别为−0.74和−0.68；采用SVM法构建估算标定因子的土壤传递函数精度最高，其验证集所得入渗量估算值与实测值具有较高的一致性，两者间的RMSE、MBE和MARE分别为1.92 cm、0.05 cm和27.6%，说明SVM法可用于构建估算标定因子的土壤传递函数。研究结果有助于揭示多尺度上土壤入渗特性的变异特征和解决入渗参数难以快速获取的问题。

摘要:黄土高原水土流失严重，自然灾害频发，而植被可有效减少浅层滑坡，其中根系加固是对环境有利的土壤稳定措施。为定量研究植物根系对土体的增强效果以及根土复合体在力的作用下的变形发展规律，该研究将根土复合体视为天然纤维增强复合材料，基于均匀化理论，构建根土复合体的数值计算模型。利用有限元软件的二次开发功能，建立周期性边界条件，对根土复合体单胞的等效弹性模量和强度参数进行计算；通过根土复合体的三轴压缩试验和数值模拟，验证单胞计算理论的准确性；最后对单胞进行细观力学分析。研究表明：1）该研究建立的根土复合体单胞模型，可有效预测其等效弹性参数，与试验相比，轴向弹性模量相对误差为2.2%。2）单胞模型可以预测根土复合体的粘聚力c和内摩擦角φ，与试验相比，c和φ仅相差4.41 kPa和0.93°；在保证精度的同时大大提高了计算效率（与标准尺寸试件模型相比减少了90%的单元数）。3）根系的存在允许土体产生更大的变形和承受更大的应力。研究成果从周期复合材料的角度为黄土高原根系固土机理研究提供了新思路。

摘要:为探求微孔陶瓷灌水器与迷宫流道灌水器在不同水质灌溉条件下抗堵塞性能的差异及堵塞机理，该研究选择了微咸水(A1)、肥水(A2)、微咸水加肥(A3)3种不同水质，分析管间式微孔陶瓷灌水器和6种常用的迷宫流道灌水器在不同水质灌溉条件下的平均相对流量变化规律，并用X射线衍射仪测定堵塞物质组成成分，用场发射扫描电镜观测堵塞物质表面微观形貌及动态生长过程。结果表明：各灌水器的流量随着灌溉运行时间的推移均发生不同程度的下降，其中A1处理下陶瓷灌水器的流量下降最慢，表现出优于迷宫流道灌水器的抗堵塞性能，A2、A3处理下陶瓷灌水器的平均相对流量下降速度先慢后快，试验结束时平均相对流量降幅最大，抗堵塞性能较差；A1处理下堵塞物质的主要成分是CaCO3，A2、A3处理下堵塞物质的主要成分是(NH4)2SO4；A1处理下各灌水器堵塞物表面微观形貌的生长过程为晶体颗粒不断团聚，A2、A3处理下堵塞物的动态生长过程为絮状物不断黏合成板块状或膜状。陶瓷灌水器堵塞发生在内壁上，堵塞物未进入到灌水器内部微孔中，随着堵塞物质增多且变得紧密复杂逐渐覆盖了内壁上的孔隙导致堵塞；迷宫流道灌水器是由于堵塞物质在流道内沉积导致过水断面减小，从而造成堵塞。研究结果可为陶瓷灌水器的应用及改进提供参考

摘要:气候变化是当前人类社会面临最为严峻的全球环境问题之一。中国作为当前全球温室气体排放的第一大国家，实现碳中和是应对气候变化的最根本举措。该研究以河北省晋州市周家庄乡为研究区域，以冬小麦-夏玉米轮作体系为例，通过对不同灌溉技术、灌溉方法和灌溉制度下的冬小麦-夏玉米农田开展耕作试验，结合作物产量和土壤CO2、N2O排放通量的测定，分析在保证作物不减产的情况下不同耕作方式和水肥组合下土壤CO2、N2O排放通量变化特征及其规律。结果表明：1）在当地传统灌水量和施肥量的基础上适当增大或减小，都会显著影响作物产量、水分利用效率；2）耕作方式与灌水量、施肥量三者间存在显著的交互作用（P<0.05），共同影响土壤二氧化碳当量的排放。与深耕相比，旋耕方式下的冬小麦-夏玉米土壤N2O排放通量依次降低21.19%、16.29%（P<0.05）；土壤CO2排放通量依次降低15.33%、8.29%（P<0.05）；3）优化水肥模式，适当减少灌水量和施肥量，可以在保证作物产量不低于当地传统产量的情况下兼顾节水与减排，从而降低农业温室气体排放，为碳中和做出贡献。

摘要:为更准确计算灌区净灌溉需水量，促进灌区水资源高效利用，针对降水过剩可能产生深层渗漏和地表径流，以及采用经验公式计算不同作物有效降水量可能错误估算净灌溉需水量的问题，该研究建立了基于根系层水分状态的净灌溉需水量模型。以景电灌区为例，计算了2000－2020年平均净灌溉需水量和有效降水量，并分析了各驱动因子对净灌溉需水量的影响，结果表明：不同作物年净灌溉需水量在319.4～732.3 mm之间，降水利用效率在39.2%～56.1%之间，夏秋作物的降水利用效率高于春夏作物。夏秋作物的年净灌溉需水量与年降水量相关性更强，春夏作物的年净灌溉需水量与作物需水量的相关性更强，所有作物的月净灌溉需水量仅与月作物需水量呈显著正相关（P<0.05）。敏感性分析表明，净灌溉需水量与作物需水量呈正相关关系，与降水量和根系深度呈负相关关系。夏秋作物比春夏作物对降水量和作物需水量的敏感性更强。对净灌溉需水量贡献程度由大到小分别为作物需水量、降水量和根系深度，其中作物需水量贡献率占86.0%发挥主导作用，特定年份根系深度贡献率为12.0%，根系深度对净灌溉需水量的影响不容忽视。与传统净灌溉需水量模型相比，该研究所计算的净灌溉需水量充分考虑了不同作物降水利用效率的差异，计算结果可为灌区水资源管理提供参考。

摘要:为避免叠片过滤器在工程应用中出现水头损失激增导致过滤器频繁冲洗造成水量和能量损耗现象，该研究对5种流速（0.37、0.40、0.43、0.46和0.49 m/s）、5种沙粒浓度（0.10、0.15、0.20、0.25和0.30 g/L）与5种沙粒级配的中值粒径（49、66、82、100和127 μm）条件下叠片过滤器的水力性能和过滤性能开展全试验。根据不同工况下过滤器的水头损失、拦沙量、拦截沙粒粒径以及拦截沙粒位置分布情况，利用回归分析法确定了清水和含沙水条件下水头损失的计算方法，探究不同沙粒粒径范围引起水头损失显著增加的敏感流速和水头损失变化原因，并分析叠片流道拦截沙粒粒径及拦截沙粒位置分布。结果表明：1）清水条件下过滤器局部水头损失系数为一定值，水头损失仅与有效过水面积有关，含沙水条件下水头损失与流速和沙粒浓度相关，并得出三者之间的关系，决定系数达到0.90以上；2）0～50、>50～75、>75～100、>100～125和>125～150 μm的沙粒粒径引起水头损失显著增加的敏感流速分别为0.37、0.40、0.43、0.46和0.49 m/s；3）水头损失和拦沙量的相关性较强，二者在沙粒粒径越大的含沙水下受流速的影响程度越小；4）0～65 μm的沙粒可穿出流道，>65～100 μm的沙粒能够被流道截留，叠片拦截最小沙粒粒径与流道最小截面内切圆直径关系为1∶1.8，>100～125 μm的沙粒易堆积流道进口处，>125～150 μm的沙粒无法进入叠片。研究可为不同灌溉参数设置下合理配置和使用叠片过滤器提供参考。

摘要:探究不同秸秆还田量对黄土旱塬麦田土壤团聚体稳定性及碳库变化特征的影响，可为旱作农田土壤培肥提供理论依据。在晋南旱地冬小麦种植区，设置S0（不还田）、S1/2（1/2倍还田）、S1（1倍还田）、S2（2倍还田）4个处理，通过连续3 a试验研究了不同秸秆还田量下土壤团聚体组成及稳定性变化情况，土壤及各粒级团聚体中总有机碳（Total Organic Carbon，TOC）、轻组有机碳（Light Fraction Organic Carbon，LFOC）、重组有机碳（Heavy Fraction Organic Carbon，HFOC）与胡敏素碳（Humin Carbon，HM-C）、胡敏酸碳（Humic Acid Carbon，HA-C）和富里酸碳（Fulvic Acid Carbon，FA-C）含量的变化特征，以及各粒级团聚体中有机碳组分与团聚体稳定性之间的关系。结果表明：黄土旱塬麦田土壤，随着秸秆还田量的增加，>0.25 mm大团聚体含量逐渐增加，<0.25 mm微团聚体及粉黏粒含量逐渐减少；S2处理下，平均重量直径、几何平均直径、>0.25mm团聚体质量百分数较S0处理分别增加了14.7%（P<0.05）、22.2%（P<0.05）、13.9%（P<0.05），提高了团聚体的稳定性。秸秆还田提高了全土TOC含量，以S2处理下土壤TOC含量最高，较S0处理增加了28.1%（P<0.05）。另外，秸秆还田提升了>0.25～2 mm团聚体中HM-C、HA-C和FA-C含量，其中S2处理较S0处理分别提高了19.0%（P<0.05）、25.5%（P<0.05）、14.9%（P<0.05），并且胡敏酸碳和富里酸碳的比值（HA-C/FA-C）也随着秸秆还田量的增加而提高。<0.053 mm粉黏粒的FA-C含量变化是引起水稳性团聚体稳定性变化的主要原因，能解释其变化的64.1%。总体表明，秸秆还田促进了黄土旱塬麦区土壤水稳性微团聚体向水稳性大团聚体的转化，提高了团聚体稳定性。秸秆还田增加了土壤及各团聚体中有机碳及其组分含量，并进一步提高土壤腐殖化程度，且秸秆还田量越高，提升幅度越大。2倍秸秆还田量对当地土壤有机碳含量提升、土壤结构改善的效果最好。研究结果对旱地土壤肥力和碳汇能力提升具有重要意义。

摘要:为实现采前猕猴桃果实干物质含量的实时、连续、大量预测，该研究就利用高光谱技术在室外开放环境下进行采前猕猴桃干物质含量预测试验。研究以种植于贵州省息烽县、修文县的贵长猕猴桃为试验对象，利用高光谱相机获取采前猕猴桃样本果实的高光谱数据；对原始数据进行白板校正、ROI（Region of Interest）裁剪、多元散射校正等处理,获得样本果实光谱反射率曲线；根据光谱曲线特征，选取特征波段，构建多光谱指数；将样本果实划分为训练集、测试集；利用多光谱指数将训练集样本果实特征波段光谱反射率换算为指数值，分析指数值与干物质含量的相关性，确定最优指数，将其拟合公式作为干物质含量预测模型，利用测试集计算误差情况并验证模型预测效果。结果表明，果实干物质含量高，光谱反射率低，反之则光谱反射率高；根据特征波段构建的拟合效果最佳的多光谱指数，所对应的干物质含量预测模型决定系数为0.88，预测值最大绝对误差为1.31%，最大相对误差为8.23%，相对误差均值为3.13%，均方根误差为0.65%，具有较好的预测效果。试验证明，利用高光谱技术进行采前猕猴桃果实干物质含量预测是可行的。

摘要:水果内部品质是水果分类的重要依据之一，利用近红外光谱技术对苹果内部品质进行快速无损检测研究有着非常重要的意义。为提高近红外技术分类模型的预测精度，针对单一预测模型适用性差以及硬分割导致分类不确定性等问题，该研究以烟台红富士苹果为研究对象，利用自行研发的水果在线无损检测系统采集苹果近红外光谱以及可溶性固形物含量 (Soluble Solids Content, SSC)，分别采用偏最小二乘（Partial Least Squares, PLS）和极限学习机（Extreme Learning Machine, ELM）法建立苹果预测分类模型，根据SSC的预测值与分类边界的距离提出三角形质量函数生成方法，通过证据理论的Dempster组合规则融合质量函数从而实现2种模型的融合，并探讨基于三角形质量函数的证据理论融合模型对预测精度的影响。研究结果表明：PLS分类模型的准确率为92.25%，ELM分类模型的准确率为 93.80%，而提出多模型融合方法的分类准确率达到了95.35%。而且，该研究提出的三角形质量函数生成法与硬分割生成的质量函数相比方法更符合实际，通过PLS、ELM模型和DS融合模型的混淆矩阵可以看出，融合模型实现了苹果SSC处于分类边界值时的准确分类，三类苹果被错误分类的个数均有减小。该研究提出的多模型证据融合方法不仅提高了模型的预测精度，而且更好地表达了关于类标预测的不确定性，为苹果的在线无损检测分类提供研究基础。

摘要:大豆旗叶的量子产量（Quantum Yield，QY）对于评估光合效率非常重要，利用无人机多光谱数据对QY值进行高通量反演，能够无损、高效的监测光合作用过程中的生理化学变化。该研究的目的是探究植被指数与QY值相关性，并基于高相关性的植被指数反演QY值，同时分析了多植被指数与单植被指数构建反演模型的准确性。结果表明，与传统反演算法支持向量回归（Support Vector Regression，SVR）相比，基于集成学习的自适应提升（Adaptive Boost，AdaBoost）算法提高了模型的准确性，测试集决定系数（coefficient of determination，R2）为0.982，均方根误差（Root Mean Square Error, RMSE）为0.089，相对分析误差（Residual Predictive Deviation，RPD）为7.29。研究表明基于多植被指数、利用AdaBoost算法可以构建更为有效的无人机多光谱大豆光合有效量子产量反演模型，为评估高通量光合效率提供了一种先进的方法。

摘要:自然环境下自动准确地检测油橄榄果实的成熟度是实现油橄榄果实自动化采摘的基础。该研究根据成熟期油橄榄果实表型特征的变化以及参考国际油橄榄理事会和中国林业行业标准的建议制定了油橄榄果实成熟度标准，并针对油橄榄果实相邻成熟度特征差异不明显以及果实之间相互遮挡问题，提出一种改进EfficientDet的油橄榄果实成熟度检测方法。首先改进特征提取网络，在特征提取网络中引入卷积注意力模块（Convolution Block Attention Module，CBAM）细化不同成熟度之间的特征映射；其次改进特征融合网络，在加权双向特征金字塔网络（Bidirectional Feature Pyramid Network，Bi-FPN）中增加跨级的数据流加强果实的相对位置信息，最后通过623幅油橄榄测试图像对改进的EfficientDet模型进行测试。改进EfficientDet模型在测试集下的精确率P、召回率R和平均精度均值mAP分别为92.89%、93.59%和94.60%，平均检测时间为0.337 s，模型大小为32.4 M。对比SSD、EfficientDet、YOLOv3、YOLOv5s和Faster R-CNN模型，平均精度均值mAP分别提升7.85、4.77、3.73、1.15和1.04个百分点。改进EfficientDet模型能够为油橄榄果实的自动化采摘提供有效探索。

摘要:利用目标检测获取水下鱼类图像中的生物信息，对于实现水产养殖信息化、智能化有重要意义。受到成像设备与水下拍摄环境等因素的影响，重叠鱼群尾数检测仍为水下目标检测领域的难点之一。该研究以水下重叠鱼群图像为研究对象，提出了一种基于图像增强与改进Faster-RCNN网络的重叠鱼群尾数检测模型。在图像预处理部分，该研究利用MSRCR算法结合自适应中值滤波算法进行水下图像增强；在Faster-RCNN网络的改进部分，该研究采用ResNeXt101网络作为模型主干网络、增加带有CBAM（Convolution Block Attention Module）注意力机制的Bi-PANet（Bilinear-Path Aggregation Network）路径聚合网络、使用PAM（Partitioning Around Medoids）聚类算法优化网络初始预测框的尺度和数量、以Soft-NMS（Soft Non-Maximum Suppression）算法替代NMS（Non-Maximum Suppression）算法。通过以上措施提高模型对于重叠鱼群尾数的检测精度。通过消融试验可得，改进后的模型对水下重叠鱼群图像的平均检测精度和平均召回率分别为76.8%和85.4%，两项指标较Faster-RCNN模型分别提高了8.4个百分点和13.2个百分点。通过对多种模型的实际试验结果进行对比可知，改进后的模型的平均准确率相较于YOLOv3-spp、SSD300和YOLOv5x6分别高出32.9个百分点、12.3个百分点和6.7个百分点。改进后的模型对重叠数量为2～5尾的鱼群进行数量检测时，成功率分别为80.4%、75.6%、65.1%和55.6%，明显高于其他目标检测算法，可为重叠鱼群尾数检测提供参考。

摘要:针对玉米根茎图像信息，提出一种在拔节期后玉米大田环境下快速、精准提取导航基准线的新方法。首先利用2G-B-R和最大类间方差法分割图像，并利用形态学处理提高图像质量，对去噪图像像素按列累加获取垂直投影。传统峰值点法在寻找特征点时需要设定阈值，耗时长且伪特征点多，因此提出一种基于梯度下降的特征点寻找方法，利用某点沿梯度下降的方向求解极小值从而求得特征点。根据角点检测原理，利用特征点像素各个方向梯度变化不同剔除伪特征点，解决了传统算法异常点过多、错误剔除玉米根茎定位点等问题，最终采用随机采样一致算法拟合导航线。试验结果表明，与传统算法相比该算法能够很好的适应复杂环境，实时性强，即使在缺苗、杂草等情况下仍具有很强的鲁棒性，平均处理准确率为92.2%，处理一帧分辨率为1 280像素×720像素的图像平均耗时为215.7 ms，该算法为智能农业化机械在玉米田间行走提供了可靠的、实时的导航路径。

摘要:实现繁育期精准个体检测是提高集约养殖环境下肉鸽繁育效率和精准管控效果的有效手段，其中小目标鸽蛋及粘连乳鸽的精准检测是关键。该研究提出了一种基于改进RetinaNet的目标检测模型，以RetinaNet网络为基础框架，将ResNet50特征提取网络与特征金字塔网络（Feature Pyramid Networks，FPN）结合，增加特征金字塔网络中特征检测尺度，提升对图像中遮挡鸽蛋与粘连乳鸽的检测精度；在分类和回归子网络前引入卷积注意力模块（Convolutional Block Attention Module，CBAM），提升对小目标检测的精度。试验结果表明，该研究提出的模型对于笼养肉鸽个体检测的平均精度均值（mean Average Precision，mAP）达到80.89%，相对SSD等传统模型有明显提升；对成鸽、乳鸽与鸽蛋检测的平均精度（Average Precision，AP）分别为95.88%，79.51%和67.29%，相对原始RetinaNet模型提高了2.16、21.74和22.48个百分点，在保证成鸽精准检测的基础上，提升了对复杂环境下存在局部遮挡的小目标鸽蛋以及粘连乳鸽的检测精度，为实现集约化养殖环境下肉鸽繁育周期个体检测和精准管控提供有效支持。

摘要:针对香蕉果串识别系统中传统的UNet网络存在实时性差、参数量多、下采样后丢失空间信息等问题，该研究提出基于UNet模型的轻量化分割网络，构造一个轻量级的主干特征提取模块，在降低模型参数量和计算量的同时增强网络提取特征的能力，使用膨胀率为[2,1,2]锯齿波形的多尺度串联空洞卷积组合在增大感受野的同时保持对细节的敏感度。该研究算法在自建香蕉果串数据集上的试验结果表明，网络参数量为0.45 M时，香蕉果串识别分割速度可达41.0帧/s，平均像素分类准确率为97.32%、交并比为92.57%。相比于其他模型具有准确率高、参数量小等优点，能够较好地实现精度和速度的均衡。该算法对自然种植环境下的香蕉果串具有良好的识别效果，可为智能化香蕉采摘等应用提供视觉识别技术支持。

摘要:稻穗精准分割是准确估测水稻产量的关键。为实现大田环境下不同品种与生育期稻穗的准确分割，该研究提出了基于注意力机制的稻穗分割网络（Double Branch Squeeze-and-Excitation Network，DBSE-Net）。首先，提出一个双分支压缩与激励（Double Branch Squeeze-and-Excitation，DBSE）注意力模块，通过同时使用全局平均池化（Global Average Pooling，GAP）和全局最大池化（Global Max Pooling，GMP）编码输入特征的通道信息，以实现更精准的通道注意力推断。然后，为了强化稻穗特征并抑制背景区域特征，将DBSE模块添加到编码-解码分割框架中构建DBSE-Net分割网络。最后，在自采集的稻穗图像数据集上进行分割性能测试，DBSE-Net对稻穗分割的像素准确率、平均交并比和F1分数分别达到了94.32%、87.59%和91.86%，比次优模型DeepLabv3+的结果分别高出1.61、2.56和1.20个百分点，在单张256×256（像素）图像上耗时0.03 s，是DeepLabv3+分割速度的5.3倍。在公开的稻穗图像数据集上进行泛化性能测试，DBSE-Net能够有效分割出稻穗区域。该研究结果表明，DBSE-Net能够对不同品种与生育期稻穗实现高效精准分割，具有良好的泛化性，可以为水稻产量评估提供参考。

摘要:为探究电场作用下微细通道内纳米流体流动沸腾传热特性，该研究在微细通道几何中心布置线状电极来产生0～800 V不均匀电场，采用两步法配置出不同质量分数的SiO2-R141b纳米流体，在截面为2 mm×2 mm微细通道内开展流动沸腾试验，研究不同质量分数纳米流体在不同电压电场作用下微细通道内平均饱和沸腾传热系数以及有效强化传热热流密度范围。通过可视化研究不同电压电场作用下微细通道中汽泡的脱离速率、受限汽泡运动速度以及长径比的变化，分析电场作用下纳米流体流动沸腾强化传热机理。利用传热综合性能评价方法研究不同强化技术对微细通道的强化传热综合性能的提升。研究结果表明，相较于纯制冷剂，单独电场强化、单独添加纳米颗粒强化、电场与添加纳米颗粒复合强化作用最大饱和沸腾传热系数分别提升44.9%、20.9%、58.0%。电场作用下纳米流体强化传热综合性能最高，平均传热综合性能评价因子为1.34。该研究结果可为微细通道内复合强化传热技术的应用提供参考。

摘要:为研究电刺激对肉牛行为和生理指标的影响，确定约束肉牛放牧边界的作用电压。以内蒙古鄂尔多斯"草原红"肉牛为研究对象，佩戴电击项圈遥控释电作用于肉牛脖颈下部进行电刺激，分别设计466、1 723、2 050、2 865、4 204 V等5个梯度电压，利用无线脑电监测系统对肉牛在不同电刺激前后的体温、心率和脑电波进行监测分析；在试验舍内设计虚拟围栏饲养肉牛，运用摄像系统记录试验过程中肉牛活动行为，基于动物行为观察分析软件对肉牛典型行为（转身、停止、停下慢慢转回去、立即停止向后移动、跳跃）进行统计。结果表明，不同电刺激下，肉牛受到电击前后的体温变化不显著（P>0.05）；肉牛受到2 865和4 204 V电刺激时，心率变化具有显著性差异（P<0.05），与电刺激前相比分别提高了26.3%和35.3%，达到104.32、108.83 bpm；脑电信号的β波在466 和1 723 V电刺激前后的变化较小，自2 865 V开始出现剧烈变化。在试验舍内设计区域虚拟围栏，2 865 V电刺激时肉牛触发虚拟边界的次数是93次，出现转身、停止、停下慢慢转回去、立即停止向后移动行为分别占被统计行为总数的33.33%、12.02%、9.29%、31.69%，可有效阻止肉牛继续迈出边界。根据肉牛行为和生理指标的变化，作用电压适宜值在2 865 V左右，研究结果为进一步精准确定约束肉牛放牧边界的作用电压适宜范围提供科学依据。

摘要: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。

摘要:能源供给潜力的准确预测对秸秆生物质资源开发具有重要意义，数据的时空尺度对预测精度有重要的影响。在不同的时间尺度（7、10、12和15a）下研究了灰色系统理论Grey Model（1,1）模型及其拓展形式对全国、京津冀、河北三个空间尺度上秸秆折标煤量的预测精度，确定各空间尺度上的最优模型和数据时间尺度，分析影响可收集秸秆折标煤量的主要因素，并得到2021-2030年的预测结果。结果表明，灰色Verhulst模型的预测效果整体最好，10a时间尺度下的预测精度要明显高于7a、12a和15a，全国地区的预测精度为99.69%和99.72%，高于京津冀和河北省地区的预测精度；全国主要农作物和粮食农作物可收集秸秆折标煤量主要受到播种面积和单位面积产量双因素的影响，而京津冀和河北地区的主要农作物和粮食农作物可收集秸秆折标煤量则主要受单位面积产量的影响；2021-2030年的预测结果表明，全国主要农作物和主要粮食作物的可收集秸秆折标煤量基本稳定，而京津冀和河北地区的秸秆可收集折标煤量呈增加趋势，且主要粮食农作物的秸秆折标煤量的增速高于主要农作物秸秆折标煤量的增速。研究结果反映了京津冀协同发展对京津冀地区尤其是河北现代化农业格局发展和秸秆生物质资源量的影响，得到了不同空间尺度上影响秸秆折标煤量的关键因子，对灰色系统理论预测秸秆生物质资源潜力、推动能源格局转变有理论意义。

摘要:明晰高标准生态农田建设选址及提升方向是发挥高标准农田投资效益，提升高标准农田抗灾减灾能力的技术关键。该研究基于多维超体积生态位的理论方法，从土壤条件、立地条件、空间稳定性、景观格局、生态约束等5个维度构建了高标准生态农田建设适宜性评价体系，通过比较各因素的现实生态位与理想生态位，建立障碍度与生态位耦合的障碍因子诊断模型，结合适宜性-障碍度-改造难度的组合结果，按照“由优到劣，先易后难”的顺序进行高标准生态农田建设优先度分区，并对河北省保定市326 460万个耕地斑块进行了定量化评估。结果表明：1）保定市高标准生态农田建设适宜性整体中等偏低，中等适宜的耕地面积最多，勉强适宜的耕地面积最少。2）保定市耕地的土壤条件与生态约束对其建设发展的障碍度较高。土壤条件维度下的主要障碍因子为有机质含量、土壤pH值及土层厚度；地下水埋深与地下水补给量是生态约束维度的主要障碍因子。3）将保定市高标准生态农田建设划分为生产优先建设区、生产次优先建设区、“生产-生态”协同建设区、后备建设区及生态保育区。其中生产优先建设区所占比例最大，面积约为20.99万hm2，建设适宜性高，主要障碍因子改造难度小，提升潜力大，稍加改造即可达到区域最优水平。上述方法能够有效用于区域高标准生态农田建设适宜性评价，研究结果可为国家实施的高标准生态农田建设选址工作提供科学的决策依据。

摘要:乡村多功能是乡村地域系统发展的重要特征，有效识别其时空格局特征与驱动机制，是促进乡村振兴发展的重要依据。该研究以长三角作为典型研究案例区，在界定乡村多功能内涵特征基础上，构建出乡村多功能评价指标体系，运用熵权TOPSIS法定量测度2000－2020年长三角乡村多功能水平；综合GIS空间分析、空间自相关模型及地理探测器模型等对研究期间长三角乡村多功能时空演化及驱动机制进行初探。结果表明：1）2000年以来长三角乡村多功能水平呈现提升态势，并表现出“南高北低”区域差异特征；分项功能水平差异表现为乡村生产功能>乡村生活功能>乡村生态功能。2）研究期间长三角乡村多功能全局上表现出显著的正自相关；局部上，长三角乡村生产功能H(High)-H(High)型主要集聚在皖北地区，乡村生活功能H-H型主要集聚在苏南地区，而乡村生态功能H-H型主要分布在浙西南地区。3）长三角乡村多功能形成和演化受到自然地理环境和经济社会发展因素综合影响，其中地区经济实力、城镇化水平及固定资产投资是影响长三角乡村多功能演化的主导因子，且与其他因子交互驱动力强于单因子作用，交互作用能够增强对长三角乡村多功能时空演化的解释。4）从乡村地域主导功能视角出发，结合各地域类型功能现状、资源环境特征及区域发展背景，因地制宜采取差异化的长三角乡村地域功能优化策略。研究结果可为长三角乡村地域功能定位和发展方向提供科学依据。

摘要:三峡库区是以山地和丘陵为主而组成的独特的移民与生态敏感地理单元，库区农村居民点因受自然条件影响及人类活动的双重扰动，具有利用形态特殊性和驱动机制复杂性等特征。该研究基于人地关系视角，构建分析框架，采用核密度、Tapio脱钩模型和对数平均迪式指数分解法（LMDI，Logarithmic Mean Divisia Index），分析三峡库区1980-2019年农村人口与农村居民点用地演变脱钩及驱动因素，揭示了库区人口变动与农村居民点演变的作用关系，为协调库区人地关系，完善库区国土空间治理提供依据。结果表明：1）近40 a来，库区农村人口与农村居民点用地变化趋势相反。1980－2019年间，三峡库区农村人口持续减少，近40 a净减少714.75万人，同期库区农村居民点用地净增加11 992.88 hm2，农村居民点用地面积增加主要来源于耕地占用。2）研究区衰退负脱钩和强负脱钩是农村居民点和农村人口动态变化的主要状态，1990－2000年及2000－2010年农村人口和农村居民点的强负脱钩区县数比2010-2019年和1980-1990年多，农村居民点用地规模伴随着农村人口的减少，不减反增趋势明显，农村人口与农村居民点规模严重失衡。3）城镇化效应和利用集约度效应为增量效应，正向促进了农村居民点规模的扩张，而城乡人口结构效应是抑制农村居民点规模扩张的主导因素，区域总人口效应在1980－1985年间与2000－2019年间促进了农村居民点扩张，1985－2000年间抑制了农村居民点扩张，农村居民点规模扩张主要受居民点集约利用粗放的影响，区域总人口效应为减量效应的区县主要位于中部及东部区县，明显受库区移民使人口流出的影响。

摘要:探究区域“三生空间”时空演化规律和未来发展态势是进行国土空间规划和治理的重要基础，可为区域国土空间有序利用和整治修复指明方向。该研究运用转移矩阵、动态度模型分析1990－2020年三峡库区重庆市石柱县“三生空间”规模、结构及格局的动态演变特征，基于FLUS模型模拟在自然发展、耕地保护和生态保护3种情景下石柱县2035年的国土空间格局。结果表明：1）石柱县国土空间以生态空间为主，生产空间次之，生活空间占比最小，总体呈现出西部以生产空间为主，东部以生态空间为主的空间特征。2）研究期内，石柱县生产空间小幅减少，生态空间略有增加，生活空间增幅显著。“三生空间”转移呈现出“整体分散、局部集中”的空间特征。3）3种情景模拟下，石柱县“三生空间”变化显著。自然发展情景下，农业生产空间向其他空间均有转出，但转出转入面积基本平衡，其他空间均呈现出不同程度的扩张，而绿被生态空间呈现大幅度萎缩趋势。耕地保护情景下，农业生产空间的转出得到严格控制，耕地得到有效保护，但绿被生态空间成为最大的转出空间。生态保护情景下，生态空间格局得到有效保护，其面积有所增加，但农业生产空间萎缩明显，其他类型空间面积均有所增加。总体而言，研究结果与研究区社会经济发展趋势和区域发展格局形成较好的对应关系，可为研究区国土空间治理和优化提供理论支撑。

摘要:为探讨6-苄氨基嘌呤（6-Benzylaminopurine，6-BA）处理对鲜切西兰花中硫代葡萄糖苷（简称硫苷）代谢的作用机理，该研究首先鉴定得出西兰花花球中分别以萝卜硫苷和萝卜硫素为主的12种硫苷和6种水解产物，然后以30 mg/L的6-BA溶液对鲜切西兰花进行处理，研究外源6-BA处理对其硫苷含量、黑芥子酶活性、硫苷水解产物及其代谢途径关键基因表达水平等的影响。结果表明，6-BA处理通过延缓西兰花花球叶绿素含量下降从而延迟其黄化进程；同时，显著提高了脂肪族硫苷合成相关基因MYB28、CYP79F1、CYP83A1、ST5b、FMOGS-OX1，和吲哚族硫苷合成关键基因MYB51、CYP79B2及CYP83B1的表达水平（P<0.05），其中6-BA处理组FMOGS-OX1的表达量在贮藏第6天时为对照组的1.93倍，MYB51的表达量为对照组1.41～1.91倍，CYP79B2的表达量在4 d后高出对照组41.90%～93.75%；由此，6-BA处理保持了其组织较高的萝卜硫苷、3-甲基亚磺酰丙基硫苷、吲哚甲基硫苷和4-甲氧基吲哚甲基硫苷的含量，总硫苷含量为对照组的2.46～4.79倍；此外，6-BA处理的西兰花花球组织黑芥子酶活性和其基因MYR的表达水平在4～8 d期间分别高出对照组15.32%～90.22%和25.86%～33.73%，并显著提高了其组织萝卜硫素等异硫氰酸酯水解产物的含量（P<0.05），其中萝卜硫素含量高于对照组17.58%～25.39%，但对硫苷水解关键基因ESP的表达量并无显著影响（P>0.05）。因此，6-BA处理可通过提高硫苷合成相关基因和水解关键基因来保持鲜切西兰花花球中硫苷的含量和异硫氰酸酯的水平，为西兰花功能活性成分的保持提供理论和技术支持。

摘要:为了实现香梨脆度更符合感官评价的检测，该研究采用质构仪与麦克风同步采集香梨果肉破裂时的力声响应信号，然后采用峰值法、傅里叶功率谱法和表观分形维数法对力声响应曲线的锯齿化特征进行度量，分别提取了29个力学锯齿度参数和14个声学锯齿度参数用于香梨果肉感官脆度预测。研究结果表明，在43个锯齿度特征参数中，35个特征参数与香梨果肉感官脆度存在显著相关性（P<0.05），可反映香梨脆度变化。通过主成分分析提取了前8个主成分解释原变量85.58%的信息，以这8个主成分构建预测感官脆度的多元线性回归模型，模型校正集决定系数为0.862，均方根误差为0.588，表明该模型具有较高的预测精度和稳定性，可为香梨脆度的仪器准确检测提供研究基础。

摘要:环氧大豆油丙烯酸酯（Acrylated Epoxidized Soybean Oil, AESO）具有原料来源丰富、环境友好、耐水性好等优点，以AESO为原料制备新型无醛木材胶黏剂是降低当前甲醛系胶黏剂用量的重要途径。针对AESO同时含双键、羟基和环氧基的结构特点，以六亚甲基二异氰酸酯（Hexamethylene Diisocyanate, HDI）为改性剂、过氧化苯甲酸叔丁酯为自由基引发剂，制备了改性大豆油基木材胶黏剂及其杨木胶合板材，分析了胶黏剂的化学结构、流变性、固化行为、胶合机理及其对胶合板物理力学性能的影响。结果表明：HDI改性后的胶黏剂具有更高的交联密度、内聚力和胶接力，其杨木胶合板的耐水胶合强度可达1.18 MPa；HDI可与AESO的羟基、环氧基反应生成氨基甲酸酯结构，同时HDI的加入降低了AESO树脂的黏度和最大固化温度，提高了胶黏剂的加工性能；HDI改性显著提高胶合板的物理力学性能（P<0.05），当HDI与AESO的质量比为1∶9时，胶合板的横向静曲强度和弹性模量分别为57.6和5 920 MPa，且板材在120°C下2 h不开裂。该研究为以生物质大豆油为原料制备无醛胶黏剂提供了一种可行路径，有利于木材工业的绿色与可持续发展。

摘要:西北地区具有独特的风土条件，适宜酿酒葡萄的种植，已形成"大产区大品牌"的产业规划。但西北地区葡萄酒的地域风格尚不明晰，导致产业的规范性不足，可持续发展存在隐患。该研究分析西北地区干红葡萄酒的23项重要的色泽-味感理化指标，旨在开发一种基于机器学习技术的葡萄酒判别方法，实现西北地区干红葡萄酒产地和酒龄的精准判别。首先，以西北地区200款干红葡萄酒为研究对象，通过理化试验测定了总酚、总花色苷、滴定酸等23项色泽-味感理化指标；然后，采用Pearson相关系数分析了西北产区葡萄酒质量特征的一致性，并耦合随机森林（Random Forest, RF）分析理化指标对干红葡萄酒产地和酒龄表征的贡献度；最后，基于人工神经网络（Artificial Neural Networks, ANN）构建了西北地区干红葡萄酒产地和酒龄的精准判别模型。结果表明，色泽相关指标的模型贡献率合计31%，花色苷相关指标的模型贡献率合计26%，酚类物质相关指标的模型贡献率合计21.1%。模型对宁夏产区酒样判别的灵敏度（Sensitivity, SEN）为98.72%，准确率（Accuracy, CCR）98.72%；对新疆产区酒样判别的SEN为95.45%，CCR为100%；对甘肃产区酒样判别的SEN为100%，CCR为95.45%。该方法可以实现西北产区干红葡萄酒产地和酒龄的精准判别，可为中国西北地区优质葡萄酒的生产和产品的市场监管提供科学依据。