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哈尔滨工程大学技术成果专场推介——其他领域(二)

发布时间:2025-01-16

、成果介绍

1.透明冰的制作及其设备开发

【项目概述】透明冰是人造冰的一种,冰体内部无气泡和杂质,因其具有融化缓慢,视觉上高度透明,密度均匀等优点,所以具有较高的商业应用价值。本项目依据结冰的相关理论,建立结冰的理论模型。并以此针对商业用冰需求,开发透明冰的制作设备。项目内容包括:户外自然冷媒下透明冰的制作设备、酒吧用透明冰块、蒸发器直冷环境下的透明冰块生产设备、透明冰模具、透明冰的产品样式开发。

技术水平:

原理:已建立有效的制冰模型,并在相关的设备开发中表现出良好的适用性;

原理机:已经实现小批量透明冰的生产,在产品质量与工作效率上已达到国外现有透明冰的制作水平。

主要技术指标:

1200mm×700mm×700mm体积透明冰块制作时间为7296小时;气泡含量<5/cm³;气泡大小<0.02mm;冰体内部温度[-9,-4];冰块溶解后水质TDS100PPM

技术特点:

1)本项目发明中设计的制冰理论模型不受冷媒的限制,可根据具体应用环境,开发相关的生产设备,解决了冷媒对透明冰在使用范围方面的限制(例如:盐水冷媒限制了透明冰在食品行业的应用);

2)本项目发明中设计的制冰理论模型不受制冰体积的限制,不仅合适于冷饮中小型冰块的制作,同样适合于户外大型冰雕用冰块的制作。

【项目成熟情况】用于透明冰块(1200mm×700mm×700mm)制作的原理机已经制作完毕,并实现小批量生产;自然冷媒下的结冰试验已经完成测试;酒吧用小型冰球制作设备在调试中,相关专利报告正在撰写中。

【应用范围】透明冰及其制作设备主要应用于西餐、酒吧、婚庆礼仪、产品的商业展示、文化娱乐活动,透明冰是商业用冰的同时,也是冰雪文化活动的必须品。

2.高光谱遥感的地物分析与显示技术

【项目概述】面向龙江智慧农业、精准农业建设,实现大宗农作物种植区域的快速识别、作物类型的精细识别,满足大尺度农作物面积的制图与显示需求,在该方向已完成高光谱遥感方面的国家自然科学基金8项,省部级基金7项,涵盖地物分类与显示,目标检测识别,超分辨率重建等相关技术,可为我省的农林业建设服务。

该方向针对现有高光谱遥感技术存在的端元选择及波段选择计算量大速度慢、分类精度低、解混速度慢精度低且仅限于线性解混、制图技术空间相关性原理贯彻不充分等瓶颈问题,研究了端元选择及波段选择的超快速算法、SVM分类的全面加权方法、高精度高效率软分类即解混方法、基于修正引力模型和混合空间引力模型的亚像元制图方法、自适应空谱信息稀疏表示的目标检测方法,取得了良好效果。所提出的快速端元选择算法将传统方法效率提升了两个数量级,软分类方法大大提高了解混精度,全面的空间相关性理论被成功地应用于亚像元定位之中,获得了更好的制图效果。相关算法为高光谱数据实时、高精度处理提供了有力保障,并得到国际学术同行广泛好评,算法的进一步落地将对我省农林业遥感监测有重要意义。

【项目成熟情况】如上所述,高光谱遥感技术在农林业有着广泛的应用前景,有助于更加有效地进行农作物分类、农业估产等工作。高光谱遥感的地物分析目前已发展比较成熟,团队在机载的高分辨率高光谱数据上,分类精度可达90%以上,在精度/效率方面达到国际先进水平,可为决策人员提供科学指导和直观判据。

【应用范围】在农业领域获取农作物种类分布、耕种面积,精细评估农作物产量,也可进一步提取农作物长势、水含量参数等相关信息,可对我省的农作物区域实现从粗到精的监测与预防,提升我省对农业的调研效率。

3.智能养殖系统

【项目概述】养猪过程中关键指标的测量尤为重要,依据母猪的背膘及体重可以制定科学的饲喂方案,提升母猪产仔率,依据育肥猪的体重可以科学地对猪只进行分栏,减少弱仔猪死亡率,精确预测猪只出栏时间,提升经济效益,但频繁地测量猪只体重、背膘不仅需要投入大量人力而且会对猪只造成严重的应激反应,智能养殖系统采用基于人工智能技术的视频、图像分析技术,测量过程与猪只完全无接触,不会产生应激反应,在准确测量猪只关键指标的基础上,利用大数据分析技术,自动制定科学饲喂方案,为猪场管理提供决策支持,在不知不觉的过程中减少人员投入、提升猪场经济效益。同时智能养殖产品还提供智能生物资产盘点系统,自动化盘点猪只数量,使猪场管理者清晰掌握猪场生物资产,减少跑冒滴漏现象的发生。智能养殖产品还提供声音监测系统,减少仔猪被压死亡率。提供猪只行为、疾病分析系统,及时发现猪只争斗及时发现猪只主要疾病并及时治疗,避免因上述原因造成的减产。还提供猪场智能环境监控系统,智能查情系统、智能空怀检测系统等一些列产品,降低人员投入、综合提高猪场经济效益。

智能养殖系统以深度学习等最先进的人工智能技术为支撑,深度结合实际应用场景,同时充分考虑中国养猪行业现状,产品实施对猪场改造要求少、环境要求低。同时智能养殖产品为猪场安装一个智能大脑,不仅为养殖产业提供服务,还为饲料、屠宰、物流、销售等产业链提供高质量的数据服务,从而带动养猪行业整个产业链技术升级,带动整个产业链的效益提升。

主要技术指标:

1)研发出基于人工智能技术的智能养殖系统,能够自动记录获取的综合数据,并以合理的形式展示给用户,系统可根据综合数据分析自动做出决策,并对风机、水帘等设备进行驱动,对未来的养殖管理效率提升,逐步少人化、无人化做出贡献;

2)建立猪场针对商品猪及母猪的限位栏、群养、分栏等不同饲养模式的系统实施方案;

3)使猪场的商品猪料肉比下降0.1以上,母猪PSY平均上升10%以上,每头猪节省养殖成本30元以上。

技术特点:

1)创新性

算法创新:第一,以卷积神经网络为基础,结合对抗神经网络、胶囊网络等最新的算法,对其中网络结构进行优化,使之能够适应三维图像作为数据的输入,并能够进行连续输出,准确映射至猪只体重及背膘等数据。第二,以循环神经网络为基础,结合传统声音识别技术,对猪只异常声音进行准确地判断。第三,以通用深度学习算法为基础,对猪只自身温度、环境参数进行估计。第四,以综合获取数据为基础,做出预测模型,对进一步优化养殖端生产性能提供参考,为产业链提供数据支持。

硬件创新:设计两款硬件产品,该两款产品集成深度摄像头、可视广角摄像头,一款带有动力系统,可在猪场上方设置的轨道上进行滑动,另一款可用于手持巡栏。两款设备符合猪场现场使用条件,防水防尘,并能防止苍蝇粪便、饲料等对数据采集设备的干扰。

非接触零应激:系统采用物联网技术,将传感器设备架设在猪舍上方,采集到的视频、图像通过无线网络自动传递到云端,云端服务器对图像进行分析并给出结果,整个过程与猪只完全无接触,对猪只完全不会产生应激。

全自动超智能:养殖数据的获取完全自动化,全程不需要人工干预。系统采用最先进的人工智能技术,对采集到的视频、图像、声音等进行大数据分析,同时,系统会自动根据猪场产生的数据进行不断的分析与学习,自动提出优化管理建议,“越使用越准确、越使用越智能”。

2)先进性

技术先进性:项目核心算法模型以现有最先进的深度学习模型为基础,站在巨人肩膀上进行集成创新的同时,研发具有原始创新的深度学习网络提升系统性能。使用最先进的物联网设备进行视频、图像、声音的智能化采集,运用大数据技术对采集数据进行智能分析为企业提供科学的决策支持。项目涉及所有的核心算法模型、硬件设备、软件系统均为自主研发。

场景适用性:充分考虑中国猪场的现实情况,对现有猪场及新建猪场均有合理实施方案,系统实施过程中不改动猪场地面设施,只需在猪场栏位上方合适位置架设硬件设备即可,改造费用少,猪场负担小。系统适应性高,可在高湿度、高粉尘、多蚊虫等环境下使用,对猪场环境要求低,对于大部分舍内光线较暗的环境同样使用,系统安装后不需要校准等操作,使用简单。

应用广泛性:提供定制化系统及便携式设备两套方案,定制化系统主要在规模猪场实施,便携式设备则适用于散户、规模猪场及饲料、动保等企业,综合的系统方案适用于中国绝大多数猪场。

3)知识产权

该项目已累计申请专利16项,其中发明专利7项,实用新型专利7项,外观专利2项。

3.智能养殖系统.png

【项目成熟情况】该项目目前已开始进行小批量生产。

【应用范围】(1)应用领域

1)该项目可应用在生猪养殖集团、企业等,为提升猪场生产效率做出重大贡献;

2)该项目可为生猪产业链及金融保险行业提供大量的数据服务,产业链更健康地发展就能更有效地对抗猪周期,消除行业波动。金融保险就能为生猪养殖行业提供更精准的、更有针对性的、更有力度地的服务,从而将整个产业链节点之间的关系由弱链接变为强链接;

3)该项目也可为政府职能部门提供更好的数据服务,以数据服务协助制定产业政策,促进决策的及时性与准确性。

2)产业前景化

1)中国养猪市场空间巨大。中国生猪存栏占全球57%,而中国生猪养殖占比主要肉禽养殖达到56%。如图1所示,中国2017GDP82.71万亿人民币,仅猪产业链就达到3万亿元人民币,是绝对的民生产业。但总体利润水平却与发达国家存在巨大的差异,继续通过减低成本、提高溢价、降低行业波动来提升总体利润,通过实施、精准、系统的数据供应,精准、高效的智能管理与决策及产业链各环节的高效互动能够有效加速行业发展。

图1  生猪产业容量巨大.png

2)中国养猪水平提升空间巨大。如图2所示,中国母猪PSY平均指标为18,而美国PSY平均指标达到27,即比我国每头母猪每年多产9头仔猪,同时中国育肥猪每增重1公斤,要比美国多消耗0.3公斤饲料,按100公斤出栏计算,每只猪多消耗饲料价格近100元。如图3所示,中国猪只每增重1公斤,成本较美国多出7.22元。综合计算,通过生猪智能养殖系统的推广实现弯道超车,年增加效益超过1万亿元人民币。

图2、3.png

3)中国生猪产业数据供应市场容量大。如图4所示,生猪智能养殖系统在全国范围内推广,以每头母猪产生10元数据价值计算,每年将产生3.6亿元数据价值,以每头育肥猪产生5元数据价值计算,每年将产生25亿元数据价值,因此仅数据供应产生的价值将达到近30亿元。再加上为猪场提供决策支持数据服务,乃至为整个产业链提供数据服务,我们面临的市场容量将达到数百亿元。

图4  生猪产业数据供应市场容量.png

4)生猪智能养殖系统商业价值巨大。称重、测膘、生物资产盘点等是养猪企业的痛点需求,有规模猪场3.5亿头的生猪需要通过重量监测实现精准饲喂,有1750万头母猪需要通过背膘、重量监测提升生产性能,大部分猪场需要通过生物资产盘点提升管理水平。以一个年出栏200万头生猪养殖企业为例,每头猪晚出栏一天增加成本8元,通过体重监测做到精准饲喂精准出栏,每年可增收1600万,存栏母猪10万头母猪养殖企业,通过背膘、重量监测,PSY值增加2,每年多产仔猪20万头,通过生物资产盘点,可以有效减少灰色环节,减少跑冒滴漏,减少人力投入,提升经济效益。

如图5所示,对于一个年出栏5000头的育肥猪场,实施生猪智能养殖系统一次性投入20万元,5年内可节省成本67.5万元。

图5  中型育肥猪场效益分析.png

如图6所示,对于一个年出栏300万头的集团性育肥猪场,实施生猪智能养殖系统一次性投入1020万元,当年即可节省成本8100万元。

图6  大型育肥猪场效益分析.png

如图7所示,对于一个基础母猪10000头的猪场,实施生猪智能养殖系统一次性投入1020万元,当年即可增效570万元。

图7  大型母猪场效益分析.png

合作方式:股权投资、风险投资、合作开发。

4.表面缺陷检测

【项目概述】本项目利用双目立体视觉方法对金属,道路,陶瓷等表面缺陷进行定位以及长度等参数精确测量。定位精度95%,裂纹长度测量精度95%。本项目设计了一种用于沥青路面三维图像中像素级裂缝自动检测的有效深度网络——裂缝网络。对500幅测试图像的实验结果表明,本项目所提出的网络性能较高,准确率为84.31%,查全率为90.12%。结果表明,具有更好的综合性能,特别是在细裂纹检测方面,进一步揭示了深度学习技术在像素级路面裂缝自动检测中的优势。

重复荷载作用下产生的疲劳裂纹是影响钢桥结构完整性的主要因素之一。人工检测是疲劳裂纹检测中应用最广泛的方法,但费时、劳动强度大、可靠性差。本项目提出了一种基于计算机视觉的疲劳裂纹检测方法。将特征跟踪技术应用于监控结构在重复荷载作用下的表面运动跟踪视频。然后,建立了一种裂纹检测和定位算法,可以很好地识别疲劳裂纹,甚至在周围光照条件下,裂纹被其他类似裂纹的边缘包围,表面纹理复杂,或者由于裂纹闭合而人眼看不到裂纹。此外,我们提出的方法能够在亚毫米精度下精确量化疲劳载荷下的裂纹开口。然而,由于相机分辨率的能力,准确检测裂纹尖端仍然具有挑战性。

专利:CN105136108B

【项目成熟情况】样品阶段。

【应用范围】应用领域:交通领域,工业领域。

产业前景:提高10%左右的生产力。

合作方式:技术转让,合作开发。

5.生物农药原药及系列制剂产品

【项目概述】生物农药是指“利用生物活体或其代谢产物对害虫、病菌、杂草、线虫、鼠类等有害生物进行防治的一类农药制剂,或者是通过生物技术或仿生合成具有农药功能作用的生物制品”。广义上说,生物农药包括昆虫天敌、植物源农药、微生物农药、转基因生物、生物化学农药和抗生素农药六大类。农用抗生素包括春雷霉素(kusagamycin)、井冈霉素(Validamycin)、阿维菌素(Avermctin)、多抗霉素(Polyoxin)、中生菌素(Zhongshengmycin)、武夷菌素(Wuyimycin)、农抗120(Agricutural antibiotic 120)、尼可霉素(Nikomycin)和宁南霉素(Ningnanmycin)。党的十九大报告明确提出,要坚持生态优先、绿色发展。十九大报告将生态文明建设提升到前所未有的高度。明确“美丽”这个目标,体现了对生态的重视。我国生物农药在中国农药市场份额从现有的20%力争到2020年市场占有率为40%以上。众所周知,尽管生物农药对人畜低毒、无残留、无污染,符合现代环保要求。

【项目成熟情况】春雷霉素原药、多抗霉素原药、农抗120、苦皮藤素原药及系列制剂50多个产品登记证。

【应用范围】主要应用在水稻细菌性疾病的防治,如纹枯病、稻瘟病等,人参、烟草、水果、蔬菜和花卉等多种细菌性疾病、有害昆虫的防治。

6.科技馆系列展品

【项目概述】黑龙江省是科普大省,省内科普教育行业规模高达3.8亿元。随着“十四五”规划推动全国科技发展,科普教育、青少年科技教育马上将成为全国投资新的风口,全国将逐渐兴起注重科普、热爱科普的浪潮。因此,我们将构建展开多点式服务平台,从基础上渗透全省科技馆科普展品、中小学科普教育,成为龙江青少年科普行业的中坚推动力量,未来发展空间巨大。项目顺应国家政策推动,通过给科技馆系统、中小学提供多样化、模块化的定制科普展品,搭建个性化科普实验室,建立多层次式教育体系,推行科普教育,助力传统中小学转型。为增进全省中小学科普教育的积极性,还将开展全套教师培训体系,将黑龙江省科普创新教育事业推进至新的高度。

项目集科普仪器研发与线下线上教育为一体,搭配教师培训与后续仪器使用培训等同体服务,快速占据黑龙江省市场,实现全省科技馆系统、中小学科普教育覆盖,大范围提升青少年科学创新水平。

【项目成熟情况】该项目依托黑龙江省唯一的物理国家级实验教学示范中心等多个高质量科研平台,团队具备丰富的省内科普教育活动开展经验。本成果作为黑龙江省内唯一一家推动科普产业化、建立科普体系的奠定者,目前已成立黑龙江省青少年科技教育协会,与中国科协青少年科技辅导员协会定期开展交流合作计划,处于黑龙江省科普的领尖地位。

目前,该成果已经走出实验阶段,完成技术、外观、包装等多方面的成品转化,经前期的测试实验表明,学生对该系列展品兴趣浓厚、积极性高,受到测试者的一致好评。

该成果依托于物理国家级实验教学示范中心、纤维集成光学教育部重点实验室等多个高质量平台,具备丰富的省内教育活动开展经验。黑龙江省是科普大省,省内相关行业规模高达3.8亿元,省内注重科普、热爱科普,本成果作为黑龙江省内唯一一家推动科普产业化、建立科普体系的奠定者,与中国科协青少年科技辅导员协会定期开展交流合作计划,处于黑龙江省科普的领尖地位。

【应用范围】科技馆系列科普展品、青少年科普教育、中小学学生兴趣科技馆、少年宫等。

7.三维光谱成像装置

【项目概述】利用光纤重排定位技术将二维的空间目标像转成三维的光谱像(xyl),可以对目标的光谱特征进行快速识别,可以应用于军事、天文、对地遥测、高温监控等领域。工作波段为可见光、近红外等光纤导光波段,如果其它波段有需求,需要进行特征导光介质研究。

【项目成熟情况】项目组已经制成多个光谱成像器具,正在制作世界上最大的一对光谱成像器具(64×64×2)。

【应用范围】军事、天文、对地遥测、高温监控等领域。

二、联系方式

如您对以上成果有进一步合作交流意向,请与我们工作人员联系对接。

房经理 0531-86196383

亓经理 0531-86196382