马铃薯自动捡拾装置研发
这是一篇关于马铃薯,分段收获,捡拾作业,机器视觉,机械臂的论文, 主要内容为马铃薯是世界第四大粮食作物,我国生产规模居世界首位。其中西北地区作为马铃薯种植的主要产区之一,目前主要收获方式为分段收获,在捡拾过程中存在人工成本高、劳动强度大、捡拾机械化水平低和机械适应性差等问题。为了提高西北地区马铃薯分段收获中的捡拾作业机械化水平,本文进行了马铃薯自动捡拾装置研发并对其开展了功能验证试验,具体研究内容和结果如下:(1)马铃薯自动捡拾装置整体方案设计。通过实地调研了宁夏固原市分段收获中马铃薯捡拾作业环境,分析了马铃薯自动捡拾装置在结构和功能等方面的技术要求,设计并确定了马铃薯自动捡拾装置的整体方案。通过Solid Works对装置整体方案进行三维建模,完成了行走装置、马铃薯捡拾机械臂、末端执行器和输送装置等部件的结构设计与参数优化,确保了各部件之间不发生干涉且可以实现对马铃薯的捡拾功能。结合捡拾作业环境与马铃薯自动捡拾装置的工作原理,设计了单目相机与光电传感器信息融合的识别与定位方法,采用单目相机对马铃薯进行识别并获取马铃薯的水平位置信息,结合光电传感器获取马铃薯的深度信息。(2)马铃薯自动捡拾装置行走系统与机械臂控制系统设计。根据马铃薯自动捡拾装置四轮独立驱动的结构,建立了行走系统的差速运动控制模型,使用PWM波驱动轮毂电机实现了对行走装置的控制。设计了基于笛卡尔坐标系的马铃薯捡拾机械臂,结合机械臂关节构型,建立了机械臂的正逆运动学模型。根据机械臂的逆运动学模型,实现了对机械臂的运动控制;通过对光电传感器状态信息变化的判断,实现了对末端执行器抓取马铃薯的控制,完成了机械臂控制系统的设计。(3)基于YOLO v3的马铃薯识别与定位系统设计。采用YOLO v3对获取的马铃薯图像进行训练实现了马铃薯的识别,其Loss值为0.0819,平均准确率为92.58%,召回率为82.99%,F1值为0.86。通过张正友标定法,对单目相机进行内参标定,获取单目相机的内参矩阵、横向畸变和纵向畸变等参数并对比分析了MATLAB与ROS(Robot Operating System)标定参数的结果。基于ROS系统,使用Aruco标定板采用眼在手外的方式进行手眼标定,求解变换矩阵。由于单目相机对深度信息判断存在误差,通过光电传感器辅助判断深度信息。结合坐标转换,实现了马铃薯的识别与定位。(4)马铃薯自动捡拾装置功能验证试验。分别在实验室和田间环境对马铃薯自动捡拾装置功能进行了验证。田间环境相对于实验室更加复杂,在识别过程中存在一定误判,造成误捡,实验室和田间环境马铃薯识别成功率分别为91.67%和82.50%,马铃薯捡拾成功率分别为85.00%和77.50%;在捡拾作业过程中,机械臂运动到水平指定位置平均时间约为4.4 s,竖直方向伸缩平均时间约为1.3 s,捡拾动作时间为2.0 s,返回放置点平均时间约为4.5 s,完成一套捡拾动作平均时间约为12.2 s。
乐陵市马铃薯主粮产业化发展研究
这是一篇关于马铃薯,马铃薯产业化,粮食生产,主粮化的论文, 主要内容为粮食安全是影响现代经济社会稳定的压舱石,更是保证国家安全的基石,尤其是在日益复杂的国际环境和新型冠状病毒疫情蔓延、经济发展受挫的影响下,提高粮食供给能力、增加粮食产量是当务之急。在当前保障国家粮食安全、巩固脱贫攻坚成果、实施乡村振兴战略的大背景下,马铃薯作为全球第四大主粮,在种植产量、营养成分、深加工价值、保存时间等方面优势突出,是公认的具有良好发展前景的高产经济作物之一。我国发展马铃薯主粮化时间较短,还存在着优质种薯覆盖率低、高品质种薯少、产品深加工技术低、产品少、不适合人民群众饮食习惯等诸多问题,影响了马铃薯主粮化的推广进程。本文以山东省乐陵市马铃薯主粮产业化发展为研究对象,采用实地调查法、问卷调查法、文献研究法等方法开展研究。首先,乐陵市虽不属我国马铃薯主产区,但当地政府把马铃薯产业作为转方式、调结构的特色主导产业重点培育,不断加大政策支持和科技研发力度,建立了马铃薯良种繁育、规模化种植、产品深加工、衍生食品开发推广等相对完整的特色产业链条。其次,在乐陵市发展马铃薯产业主粮化过程中,存在着种植规模小、生产水平低、加工能力弱、销售链条不完善、主食化产品成本较高、高营养价值品种较少等诸多问题,影响和制约着马铃薯主粮化发展。最后,建议在政策支持、生产环节、企业参与、宣传引导四方面进一步发展推动马铃薯主粮化。在政策支持上,进一步完善政策支持和产业引导的针对性,不局限于种薯繁育和规模化种植进行补贴支持,而是在制定规划、加强监管、全产业链财政金融支持、机械化推广、引进高科技人才方面进行支持;在生产环节,推广有机生态和绿色种植,强化种植和储存技术指导,加大产品深加工研发力度,打造地域特色优势品牌;在企业参与上,建立“企业+合作社+农户”为中心的三方利益联结机制,搭建集收购、批发、贮藏、电商为一体的马铃薯销售网络;在宣传引导上,按照“营养引导消费,消费引导生产”的理念,大力促进主粮化产品开发,转变饮食结构和观念,驱动马铃薯主食消费,营造良好的马铃薯主食产品消费市场。建议乐陵市始终以农民增收为目标,以市场需求为导向,以育种研发、精深加工、市场营销为突破口,发挥马铃薯产业的科技、品牌、销售优势,实现马铃薯主粮化新突破和马铃薯产业跨越发展。鉴于现阶段马铃薯主粮化尚处于起步阶段,在政策落实上还存在“真空期”和“制度差”,亟需进一步完善政策支持和科技研发。本文创新性地以农业产业化理论为基础,将经济理论应用于马铃薯主粮化的具体实践中,综合化、系统性地分析了马铃薯主粮化的现状、存在的问题,在良种繁育、推广种植、生产存储、产品开发及多样性等方面系统地提出了发展马铃薯主粮化具体措施及政策支持的关键环节和领域,以期为推进马铃薯主粮化提供参考和借鉴。
开花期与块茎膨大期干旱胁迫及旱后复水对马铃薯的影响研究
这是一篇关于马铃薯,干旱胁迫,旱后复水,生理特性,光合特性,生长及产量的论文, 主要内容为全球气候变化,导致干旱等农业气象灾害频繁发生。干旱严重影响作物的生长发育过程,制约着农业的生产与发展。研究干旱胁迫及干旱后复水对作物生理以及生长发育等方面的影响规律,对于揭示作物在干旱环境下的适应能力和抗旱机理有着重要的作用。本试验以马铃薯“尤金”为研究对象,在沈阳农业大学试验场进行马铃薯的控水试验。在马铃薯开花期和块茎膨大期,分别设置轻度干旱(开花期土壤相对湿度50%、块茎膨大期土壤相对湿度60%)、中度干旱(开花期土壤相对湿度40%、块茎膨大期土壤相对湿度50%)和重度干旱(开花期土壤相对湿度30%、块茎膨大期土壤相对湿度40%)以及对照(开花期土壤相对湿度70%、块茎膨大期土壤相对湿度80%)处理,并在干旱处理5d后进行复水,将土壤相对湿度控制到对照处理水平,利用田间试验所获得的数据,采用统计分析方法,研究干旱胁迫及旱后复水对马铃薯生理特性、光合特性、生长及产量的影响。研究主要结果如下:(1)在轻中度干旱胁迫下,开花期和块茎膨大期叶片的SOD和POD活性较对照显著升高;叶片渗透调节物质含量急剧上升,开花期中重度干旱胁迫下脯氨酸含量为CK的2.7倍,块茎膨大期重度干旱胁迫下脯氨酸含量为CK的2倍,开花期和块茎膨大期叶片的可溶性糖含量分别较对照升高33.9%-44.4%和17.8%-35.1%;干旱胁迫下,开花期叶绿素a和总叶绿素含量分别较对照降低12.8%-33.0%和14.0%-36.9%,块茎膨大期叶绿素a和总叶绿素含量分别较对照降低10.4%-15.2%和12.0%-14.7%。干旱持续5d后复水,两关键期叶片抗氧化酶活性、脯氨酸含量均显著降低,叶片可溶性糖含量变化不明显,叶绿素a含量和总叶绿素含量较干旱处理升高10%以上,旱后及时复水在一定程度上能够缓解干旱胁迫造成的伤害。(2)开花期遭遇干旱胁迫会使马铃薯叶片气孔导度和净光合速率较对照分别降低58.8%-82.5%和29.8%-64.9%,块茎膨大期叶片气孔导度和净光合速率较对照分别降低51.8%-82.5%和30.3%-67.1%,轻中度干旱胁迫下净光合速率下降由气孔因素主导,重度干旱胁迫下非气孔因素是造成马铃薯净光合速率下降的主要因素。叶片光系统II的光化学淬灭系数、光能转换率分别较对照降低26.8%-40.8%、15.7%-21.2%,非光化学淬灭系数呈现先升高后下降的趋势。开花期轻度干旱持续5d后复水,叶片净光合速率比干旱处理提高20%,但块茎膨大期中、重度干旱处理下净光合速率恢复的程度很小。(3)随着干旱胁迫程度加剧,各干旱处理下叶面积指数较对照降低了17.6%-50.3%,对各级干旱处理的马铃薯进行复水,开花期轻旱和中旱处理的叶面积指数在复水后能恢复17.7%-26.0%,块茎膨大期复水后各处理间叶面积指数差异不显著。叶面积指数降低导致植株截获光辐射能力显著下降,干物质积累量减少,干旱胁迫下,开花期和块茎膨大期马铃薯总干物质重较对照分别降低29.6%-49.6%和23.4%-51.4%,开花期各级干旱处理下的马铃薯产量,分别较对照处理减少1.0%-19.6%,而块茎膨大期各级干旱处理下的马铃薯产量,分别较对照减产8.6%-30.5%,说明块茎膨大期干旱造成的减产大于开花期。在重度干旱胁迫后复水,抗氧化酶活性仍低于对照水平,可溶性糖含量复水前后差异不显著,抗氧化系统和渗透调节物质均不足以弥补重旱带来的产量损失,导致马铃薯在块茎膨大期减产最为严重。
马铃薯自动捡拾装置研发
这是一篇关于马铃薯,分段收获,捡拾作业,机器视觉,机械臂的论文, 主要内容为马铃薯是世界第四大粮食作物,我国生产规模居世界首位。其中西北地区作为马铃薯种植的主要产区之一,目前主要收获方式为分段收获,在捡拾过程中存在人工成本高、劳动强度大、捡拾机械化水平低和机械适应性差等问题。为了提高西北地区马铃薯分段收获中的捡拾作业机械化水平,本文进行了马铃薯自动捡拾装置研发并对其开展了功能验证试验,具体研究内容和结果如下:(1)马铃薯自动捡拾装置整体方案设计。通过实地调研了宁夏固原市分段收获中马铃薯捡拾作业环境,分析了马铃薯自动捡拾装置在结构和功能等方面的技术要求,设计并确定了马铃薯自动捡拾装置的整体方案。通过Solid Works对装置整体方案进行三维建模,完成了行走装置、马铃薯捡拾机械臂、末端执行器和输送装置等部件的结构设计与参数优化,确保了各部件之间不发生干涉且可以实现对马铃薯的捡拾功能。结合捡拾作业环境与马铃薯自动捡拾装置的工作原理,设计了单目相机与光电传感器信息融合的识别与定位方法,采用单目相机对马铃薯进行识别并获取马铃薯的水平位置信息,结合光电传感器获取马铃薯的深度信息。(2)马铃薯自动捡拾装置行走系统与机械臂控制系统设计。根据马铃薯自动捡拾装置四轮独立驱动的结构,建立了行走系统的差速运动控制模型,使用PWM波驱动轮毂电机实现了对行走装置的控制。设计了基于笛卡尔坐标系的马铃薯捡拾机械臂,结合机械臂关节构型,建立了机械臂的正逆运动学模型。根据机械臂的逆运动学模型,实现了对机械臂的运动控制;通过对光电传感器状态信息变化的判断,实现了对末端执行器抓取马铃薯的控制,完成了机械臂控制系统的设计。(3)基于YOLO v3的马铃薯识别与定位系统设计。采用YOLO v3对获取的马铃薯图像进行训练实现了马铃薯的识别,其Loss值为0.0819,平均准确率为92.58%,召回率为82.99%,F1值为0.86。通过张正友标定法,对单目相机进行内参标定,获取单目相机的内参矩阵、横向畸变和纵向畸变等参数并对比分析了MATLAB与ROS(Robot Operating System)标定参数的结果。基于ROS系统,使用Aruco标定板采用眼在手外的方式进行手眼标定,求解变换矩阵。由于单目相机对深度信息判断存在误差,通过光电传感器辅助判断深度信息。结合坐标转换,实现了马铃薯的识别与定位。(4)马铃薯自动捡拾装置功能验证试验。分别在实验室和田间环境对马铃薯自动捡拾装置功能进行了验证。田间环境相对于实验室更加复杂,在识别过程中存在一定误判,造成误捡,实验室和田间环境马铃薯识别成功率分别为91.67%和82.50%,马铃薯捡拾成功率分别为85.00%和77.50%;在捡拾作业过程中,机械臂运动到水平指定位置平均时间约为4.4 s,竖直方向伸缩平均时间约为1.3 s,捡拾动作时间为2.0 s,返回放置点平均时间约为4.5 s,完成一套捡拾动作平均时间约为12.2 s。
马铃薯育种管理平台中服务端的设计与实现
这是一篇关于马铃薯,育种试验,信息管理系统,REST,Spring的论文, 主要内容为马铃薯是世界上最重要的农作物之一,它是除小麦、稻谷、玉米之外全球第四大重要的粮食作物。发展马铃薯生产,有助于改善民众膳食结构、促进相关产业链经济发展。通过信息技术辅助马铃薯育种试验的进行,可以解放试验研究员的生产力,提高育种试验的效率。这对于我国推行的马铃薯主粮化战略有着极为重要的推动意义。因此本文开发了一个马铃薯育种信息管理平台,并对其中服务器端的功能进行了设计与实现。本文首先介绍了马铃薯产业的发展概况及其重要性,并点出了相关研究工作所面临的一些困难,阐明了本课题的研究意义。随后,结合对马铃薯育种试验生产一线真实状况的调研,对该系统的用户角色、功能性需求以及非功能性需求做了分析。然后基于系统各个模块的需求,本文对该试验信息管理系统的进行了概要设计。包括网络结构设计、软件层次结构设计、关系型数据库设计以及系统RESTFUL风格接口的设计等。并在此基础上对系统中的验类型信息管理模块、试验信息管理模块、工作计划管理模块以及认证与鉴权管理模块等进行了详细设计与实现。本系统的后台服务采用的是J2EE架构,使用了 Spring、Mybatis等技术。而系统数据的持久化主要使用了 MySQL关系型数据库,而对于图片等资源的存储使用了第三方提供的对象存储服务。另外使用Spring Security框架与JWT辅助实现系统的认证与鉴权功能。该系统目前已应用于某马铃薯育种科研机构的日常工作中,为马铃薯育种工作提供了信息化支持。
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