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期刊信息/Journal information
农业工程学报
中国农业工程学会
农业工程学报

中国农业工程学会

朱明

半月刊

1002-6819

tcsae@tcsae.org

010-65929451，65910066转2503、3503

100125

北京朝阳区麦子店街41号

农业工程学报/Journal Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《农业工程学报》是由中国农业工程学会主办的全国性学术期刊,自2005年始为单月刊。编委会名誉主任:汪憨华院士,编委会主任兼主编:杨邦杰教授《农业工程学报》为全国中文核心期刊,在最新版的《中文核心期刊要目总揽》中位居"农业工程类"期刊榜首；2001年入选中国期刊方阵"双效"期刊；被中国科协主办的《中国学术期刊文摘》选为首批收录期刊；先后被美国工程索引(EI Page one)、英国国际农业与生物中心(CAB International)、检索系统、数据库收录。
正式出版
收录年代

    基于改进YOLOv8-Seg的苹果单枝条花序疏除方法

    司永胜孔德浩王克俭刘丽星...
    100-108页
    查看更多>>摘要：针对苹果疏花作业中无法自动识别枝干以及缺乏花序疏除方法,该研究提出了一种适用于现代果园的苹果树单枝条花序疏除方法.首先,对YOLOv8-Seg模型进行改进:在Backbone部分添加GCT(Gaussian context transformer)模块,通过引入全局上下文信息和调整通道的重要性,提高模型对遮挡目标的分割性能;在对应3个检测头的Neck部分的C2f模块内部增加EMA(efficient multi-scale attention)机制,通过并行子网结构和跨空间信息聚合更好地关注多尺度特征.其次,使用改进YOLOv8-Seg模型对单枝条中的花苞、花序、开放花朵和花枝四类目标进行实例分割.最后,基于分割结果应用多项式拟合曲线表征花枝,并计算花序间距离实现花序疏除.结果表明,改进的YOLOv8s-Seg模型在自建数据集mask水平的精确率、召回率和mAP分别达到了 89.9％、89.5％和91％,比原模型分别提升了 6.5、4.1和5.8个百分点.与主流分割模型Mask R-CNN,YOLACT,SOLOv2进行对比,mask水平的mAP分别高出10.8、12.3和9.1个百分点.花序疏除决策结果与人工决策结果对比误差不超过10％.该方法可应用于单枝条水平上的花序疏除任务,为苹果智能疏花提供技术支持.

    图像处理模型苹果疏花深度学习实例分割YOLOv8-Seg花序疏除

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    改进YOLOv5su模型检测桃树缩叶病

    姚凌云周俊峰李丽
    109-117页
    查看更多>>摘要：为实现自然环境下桃树缩叶病的检测,该研究提出了一种基于YOLOv5su的桃树缩叶病识别改进模型DLL-YOLOv5su.首先,针对桃树缩叶病目标特征变化较大的问题,在骨干网络最后一层C3模块中加入可变形自注意力模块(deformable attention,DA),使模型更加关注目标区域,降低背景对模型的影响,提高模型在复杂背景下的拟合能力.其次在 SPPF(fast spatial pyramid pooling)模块中引入 LSKA(large separable kernel attention)结构,大核卷积增大了模型的感受野,使模型能够关注更多信息.最后,提出了 LAWD(lightweight adaptive weighted downsampling)模块,使用轻量化的下采样结构替换卷积模块,减少计算开销.在桃树缩叶病数据集上进行试验,结果显示,DLL-YOLOv5su模型权重大小为17.6 MB,检测速度为83帧/s.识别准确率P、召回率R和平均精度均值mAP50分别达到了 80.7％、73.1％和 80.4％,相较于原始 YOLOv5su 分别提高了 4.2、2.4 和 4.3 个百分点.与 YOLOv3-tiny、Faster R-CNN、YOLOv7和YOLOv8相比mAP50分别高出了 28.5、11.8、2.1和4.1个百分点.改进模型识别精度高,误检、漏检率低,检测速度满足实时检测的要求,可以为桃树缩叶病的实时监测和预警提供参考.

    图像处理病害缩叶病目标检测YOLOv5su可变形自注意力大核卷积轻量化

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    基于改进YOLOv5s的复杂环境下新梅检测方法

    董耿耿陈小康樊湘鹏周建平...
    118-125页
    查看更多>>摘要：为解决新梅在树干树叶遮挡、果实重叠情况下难以准确检测的问题,该研究建立了新梅目标检测模型SFF-YOLOv5s.在真实果园环境下构建新梅数据集,以YOLOv5s模型作为基础网络,首先在Backbone骨干网络C3模块中引入CA(coordinate attention)注意力机制以增强模型对新梅关键特征信息的提取能力并减少模型的参数量;其次在Neck层中引入加权双向特征金字塔网络,增强模型不同特征层之间的融合能力,从而提高模型的平均精度均值;最后使用SIoU损失函数替换原模型中的CIoU损失函数提高模型的检测准确率.试验结果表明,SSF-YOLOv5s模型对新梅检测准确率为93.4％,召回率为92.9％,平均精度均值为97.7％,模型权重仅为13.6MB,单幅图像平均检测时间12.1ms,与 Faster R-CNN、YOLOv3、YOLOv4、YOLOv5s、YOLOv7、YOLOv8s 检测模型相比平均精度均值分别提升了 3.6、6.8、13.1、0.6、0.4、0.5个百分点,能够满足果园复杂环境下对新梅进行实时检测的需求,为后续新梅采摘机器人的视觉感知环节提供了技术支持.

    图像处理模型新梅检测YOLOv5s注意力机制双向特征金字塔深度学习

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    基于YOLOv5的马铃薯种薯芽眼轻量化检测算法

    顾洪宇李志合李涛李天豪...
    126-136页
    查看更多>>摘要：为了实现种薯芽眼的精准检测,方便后续实现马铃薯种薯的智能化切块,该研究提出一种基于深度学习一阶段目标检测算法YOLO的种薯芽眼检测改进模型.改进后的模型在YOLOv5检测模型基础上引入C3 Faster,降低参数量的同时加强了芽眼特征的提取能力;引入GOLD-YOLO中信息聚集-分发结构,提高模型检测芽眼的准确性;使用WIoU Loss代替CIoU Loss作为边界框损失函数,加快网络模型收敛的同时提高检测精度;使用遗传算法对超参数进行优化;最后使用剪枝与蒸馏技术,降低模型运行参数量与运行内存.优化后的模型大小为8.7 MB,仅为原始模型的61.3％,模型参数量约为原始模型的57.1％,最终的检测平均精确度在自制的种薯数据集中的测试集与验证集上分别为90.5％以及90.1％,该改进模型于自制种薯数据集的测试集上相较同类型的轻量级网络YOLOv7-tiny、YOLOv8n、YOLOv5n、YOLOv5s,平均精度均值分别高出0.5、1.3、2.8、1.1个百分点,在验证集上平均精度均值分别高出2.9、1.9、3.2、1.6个百分点,在本地计算机上检测速度达到了 27.5帧/s,该研究结果可为后续种薯芽眼识别及实时切块技术提供参考.

    机器视觉YOLO马铃薯小目标检测芽眼轻量化

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    基于混合空洞卷积和注意力多尺度网络的残饵密度估计

    张丽珍李延天李志坚孟雄栋...
    137-145页
    查看更多>>摘要：及时、准确地估算饵料盘中残留饲料量是提高养殖效益的重要措施.针对虾类养殖场景下残饵检测模型复杂度高、计数精度低的问题,提出了一种基于混合空洞卷积和注意力多尺度网络(hybrid dilated convolution and attention multi-scale network,HAMNet)的残饵密度估计方法.首先,借鉴 MCNN(multi-column convolutional neural network)多列架构的思想设计并行卷积块(parallel convolution block,PCB),使网络在单列架构中提取多种尺度的残饵特征,简化了网络结构并减轻了计算量;同时为了弥补网络结构简化造成残饵特征表示能力略有不足的问题,引入混合空洞卷积块(hybrid dilated convolution block,HDCB)避免信息丢失并增大感受野,增强模型深入挖掘多尺度残饵信息的能力.其次,在网络中嵌入通道注意力机制(channel attention mechanism,CAM),利用通道之间的相互依赖性重新校准有用特征信息的权重,凸显目标与背景的差异性.最后,针对下采样导致密度图质量差的问题,应用可学习的转置卷积恢复特征图细节信息,进而提升模型计数性能.利用饵料盘条件下采集的残饵图像进行了验证,试验结果表明,与基准模型MCNN相比,HAMNet模型的平均绝对误差、均方根误差和计算量分别降低了 44.4％、40.8％和13.7％,参数量仅为0.52 MB.与经典密度估计模型 CMTL(cascaded multi-task learning)、SANet(scale aggregation network)、CSRNet(congested scene recognition network)相比,该模型在各项性能指标上保持了最佳平衡,明显处于优势.该研究可为人工智能在水产养殖中快速量化残饵提供参考.

    水产养殖模型残饵密度估计并行卷积块混合空洞卷积通道注意力机制转置卷积

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    松木屑发酵过程中松节油含量及堆体理化性质变化

    康超王万坤郑旋曾维军...
    146-154页
    查看更多>>摘要：为利用生物发酵技术改善松木屑作为食用菌培养基质的性质,尤其是在降低松节油含量及组成的研究,试验采用哈茨木霉(Trichoderma harzianum)RM80和苏云芽孢金杆菌(Bacillus thuringiensis)FJ26组成的复合微生物菌剂处理松木屑,系统评估发酵前后松木屑中松节油含量、理化性质、营养成分、酶活性及种子发芽指数的变化情况.结果表明,添加复合菌剂后松木屑中松节油含量明显降低,其中α-蒎烯减少至(1.67±0.09)μg/g,降低80％,β-蒎烯未检出,降低100％,种子发芽指数提高至94.52％,木屑腐熟程度高,植物毒性低,食用菌菌丝萌发正常,生长速率快,说明发酵后的松杉木屑可作为食用菌的栽培基质.发酵初期微生物分解有机物产生有机酸,pH值降低,随着有机酸挥发,含氮有机物产生,促使氨的形成,堆料pH值升高,基质中铵态氮含量上升.此外,整个发酵过程中半纤维素酶、中性木聚糖酶、甘露聚糖酶与松节油变化呈正相关性,以中性木聚糖酶贡献度最大,揭示松木屑发酵过程中微生物菌群对半纤维素的利用较多,中性木聚糖酶活性对整个发酵进程起到关键性作用,为发酵工艺优化提供了理论依据.该研究为松木屑的有效利用和食用菌产业的可持续发展提供了重要的科学依据和技术支持,促进了废弃生物质资源的循环利用和食用菌产业的绿色发展.

    食用菌松节油发酵工艺理化性质酶活性

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    辣椒秆与LDPE共热解特性及其炭化产物还田适宜性评价

    宋威孟海波陈明松王泽阳...
    155-161页
    查看更多>>摘要：针对中国部分地区农作物秸秆与农膜处理难的问题,利用外加热热解工艺,开展了辣椒秸秆(CS,chili straw)与低密度聚乙烯(LDPE,low density polyethylene)的共热解试验,研究了不同掺混比和热解温度对共热解产物产率、特性及共热解炭还田指标的影响.结果表明,混合样品的分解主要有脱水、挥发分析出、聚合物降解和焦炭形成4个阶段.随着热解温度的升高,共热解炭的产率呈下降趋势,共热解气和共热解油的产率增加;共热解气的LHV(low heat value)处于8.6～14.5 MJ/m3之间,共热解炭的LHV处于19.6～28.5 MJ/kg之间.此外,随着温度升高,共热解炭的挥发分逐渐减少,固定碳和灰分逐渐增加;共热解炭的比表面积处于0.4～2.2 m2/g之间,与温度呈正相关,与掺混比呈负相关,共热解炭的pH值与温度呈正相关,整体处于10.1～12.5之间,掺混比对pH值的影响不明显;共热解炭的PAHs(polycyclic aromatic hydrocarbon)含量及 TEQ(toxic equivalent quantity)毒性低于其他研究平均值,只有 15％-500 ℃(LDPE质量分数为15％,在500 ℃热解)中PAHs总量超过EBC设定的优质级阈值(4mg/kg).高温条件下利于PAHs的分解,共热解炭用于还田应适当提高热解温度,为农村秸秆和农膜处理提供参考.

    热解膜辣椒秸秆低密度聚乙烯共热解特性共热解炭还田适宜性

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    洗涤预处理对玉米秸秆在二氧化碳气氛下水热转化的影响

    易为刘慧慧王贤华
    162-170页
    查看更多>>摘要：为实现生物质水热高值转化,阐明洗涤预处理对生物质在二氧化碳气氛下水热转化的影响,该研究利用不同溶剂(去离子水、乙酸以及盐酸)对玉米秆进行了洗涤预处理,并在二氧化碳气氛下对处理前后的样品进行了水热试验(水热条件:3.7 MPa、270 ℃).研究表明:洗涤预处理可以有效脱除生物质中的无机质元素,从而可以提升二氧化碳在水热液相中的溶解度,最终促进了半纤维素及纤维素在水热过程中的水解并同时抑制了其水解产物的进一步裂解.在各洗涤溶剂中,乙酸不仅可以很好地实现无机质的脱除,而且可以较好地保留生物质中的有机组分,因此,乙酸洗涤后的水热生物油显现出了对纤维素及半纤维素水解产物最佳的富集效果,生物油中以纤维素及半纤维素水解产物(糠醛及5-羟甲基糠醛)为代表的醛类物质的质量分数由玉米秆原样中的14.31％上升至了乙酸洗玉米秆中的39.45％.该研究对深入揭示二氧化碳气氛下的生物质水热转化机理具有重要意义.

    生物质水热二氧化碳洗涤预处理原生无机质

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    分频北墙结构对日光温室内光热环境的影响

    刘志康伍纲梁浩许超...
    171-179页
    查看更多>>摘要：日光温室为中国特有的一种栽培设施结构,非对称的结构形式造成温室内南北光环境分布不均匀,一般墙体结构冬季夜间保温不能满足多数作物的生长需求.为构建具有保温蓄热能力、反射补光能力的多功能墙体结构,该研究设计了一种直接吸收太阳能的红外分频补光板(infrared frequency divided and supplementary light panel,IFDSLP),可对室内光热环境进行调节.合成了基于氧化锡锑(antimony tin oxide,ATO).三氧化钨(tungsten trioxide,WO3)的水基纳米流体,将该纳米流体补充进IFDSLP内腔,作为传热分光工质.当IFDSLP集热面积为7.2 m2,光程为10 mm、体积分数为0.005％时,该流体工质在300～800 nm的植物光合有效波段中的平均反射率为79.6％,在近红外光波段中的平均吸收率为85.4％.该结构在增加温室北侧作物光照的同时,兼具温室夜间升温能力.IFDSLP系统的太阳能总利用率为71.9％,光热转换效率为36.4％,相比传统砖墙光辐射增加25％～28％,夜间空气温度平均提高1.5～2.0 ℃.该系统依托于现有日光温室结构,进一步改善了温室内的光热环境,是提高温室北墙全光谱利用率的有效途径.

    日光温室温度太阳能分频补光北墙结构

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    纵向肋强化波纹螺旋通道流动与传热性能

    武祥罗桢啸宋克伟张强...
    180-189页
    查看更多>>摘要：螺旋通道换热器广泛应用于农业工程领域,为了进一步提升螺旋通道的传热性能,该研究提出了一种带纵向肋的矩形截面波纹螺旋通道,数值研究了波纹数和纵向肋几何参数对通道内流体流动与传热性能的影响.结果表明:增加波纹螺旋通道的波纹数,使得通道在层流状态下产生了多涡结构,增加了通道的综合换热性能.在雷诺数Re=750,波纹数n=18时,相比于光滑螺旋通道,波纹螺旋通道内综合换热评价指标最高增加了 27.66％.在此基础上,在通道内增加纵向肋,通过数值模拟观察到纵向肋诱导产生了纵向涡.在纵向肋高度不变的情况下,随着纵向肋宽度的增加,通道的综合换热评价指标存在最大值.当Re=250,肋宽为1/3通道宽度,肋高为1/16通道高度时,相比于波纹螺旋通道,纵向肋波纹螺旋通道的综合换热评价指标最高为1.157.在纵向肋宽度一定的情况下,增加纵向肋高度使通道的综合换热评价指标呈现先增大后减小的趋势.研究结果可为纵向肋波纹螺旋通道的设计及优化提供参考.

    传热层流数值模拟计算流体力学螺旋通道波纹纵向肋

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