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农业机械学报 2023年第S01期54卷 230-238页

作者：左昊轩黄祺成杨佳昊孙泉李思恩李莉中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083 中国农业大学智慧农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

作物病害的初期快速准确识别是减小作物经济损失的重要保障。针对实际生产环境中,作物叶片黄化曲叶病毒病(Yellow leaf curl virus,YLCV)患病初期无法应用传统图像处理算法通过颜色或纹理特征进行准确和快速识别,并且YOLO v5s通用模型... 详细信息

作物病害的初期快速准确识别是减小作物经济损失的重要保障。针对实际生产环境中,作物叶片黄化曲叶病毒病(Yellow leaf curl virus,YLCV)患病初期无法应用传统图像处理算法通过颜色或纹理特征进行准确和快速识别,并且YOLO v5s通用模型在复杂环境下识别效果差和效率低的问题,本文提出一种集成改进的叶片病害检测识别方法。该方法通过对Plant Village公开数据集中单一患病叶片图像以及实际生产中手机拍摄获取的患病作物冠层图像两种来源制作数据集,并对图像中的患病叶片进行手动标注等操作,以实现在复杂地物背景和叶片遮挡等情况下正确识别目标,即在健康叶片、患病叶片、枯萎叶片、杂草和土壤中准确识别出所有的患病叶片。此外,用智能手机在生产现场拍摄图像,会存在手机分辨率、光线、拍摄角度等多种因素,会导致识别正确率降低等问题,需要对采集到的图像进行预处理和数据增强以提高模型识别率,通过对YOLO v5s原始模型骨干网络重复多次增加CA注意力机制模块(Coordinate attention),增强YOLO算法对关键信息的提取能力,利用加权双向特征金字塔网络(Bidirectional feature pyramid network,BiFPN),增强模型不同特征层的融合能力,从而提高模型的泛化能力,替换损失函数EIoU(Efficient IoU loss),进一步优化算法模型,实现多方法叠加优化后系统对目标识别性能的综合提升。在相同试验条件下,对比YOLO v5原模型、YOLO v8、Faster R-CNN、SSD等模型,本方法的精确率P、召回率R、平均识别准确率mAP_(0.5)、mAP_(0.5:0.95)分别达到97.40%、94.20%、97.20%、79.10%,本文所提出的算法在提高了精确率与平均精度的同时,保持了较高的运算速度,满足对作物黄化曲叶病毒病检测的准确性与时效性的要求,并为移动端智能识别作物叶片病害提供了理论基础。

关键词：病害识别 YOLO v5s 注意力机制 BiFPN EIoU

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作物根系生长监测微根管装置设计与试验

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农业机械学报 2023年第S02期54卷 286-293页

作者：黄祺成杨佳昊左昊轩孟繁佳李思恩李莉中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083 中国农业大学智慧农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

为实现不同深度下作物根系的实时监测与图像采集,设计开发了作物根系生长监测微根管装置,图像采集后可以通过上位机软件进行实时显示与存储。装置由监测管与控制箱组成,监测管使用亚克力材料制作透明外壳,同时在管内通过丝杠和导杆架设... 详细信息

为实现不同深度下作物根系的实时监测与图像采集,设计开发了作物根系生长监测微根管装置,图像采集后可以通过上位机软件进行实时显示与存储。装置由监测管与控制箱组成,监测管使用亚克力材料制作透明外壳,同时在管内通过丝杠和导杆架设滑动轨道,利用步进电机实现摄像头在导轨上的运动控制;控制箱以STM32单片机为核心控制板,并根据实际需求选取了相应外设模块。以番茄根系为研究对象进行持续98 d的图像采集,借助软件RhizoVision Explore对根系图像进行分析,试验结果表明,前70 d番茄根系整体生长速度较快,后28 d逐渐趋于稳定,在深度6~10 cm处分布较为密集,根长密度在深度10 cm处于第91天达到最大值(1.22 cm/cm^(3)),分析结果与番茄根系生长规律一致,表明本根系生长监测微根管装置能在不影响根系持续生长的情况下完成对作物根系的长期在线监测,满足作物根系监测要求。

关键词：根系微根管实时监测嵌入式系统

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基于YOLO v5s的作物叶片病害检测模型轻量化方法

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农业机械学报 2023年第S01期54卷 222-229页

作者：杨佳昊左昊轩黄祺成孙泉李思恩李莉中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083 中国农业大学智慧农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

为在保证识别性能前提下,对叶片病害检测模型进行有效轻量化,基于主干替换、模型剪枝以及知识蒸馏技术构建了一种模型轻量化方法,对以YOLO v5s为基础的叶片黄化曲叶病检测模型开展轻量化试验。首先,通过常见的性能优异的轻量级主干特征... 详细信息

为在保证识别性能前提下,对叶片病害检测模型进行有效轻量化,基于主干替换、模型剪枝以及知识蒸馏技术构建了一种模型轻量化方法,对以YOLO v5s为基础的叶片黄化曲叶病检测模型开展轻量化试验。首先,通过常见的性能优异的轻量级主干特征提取神经网络结构(Lightweight convolutional neural networks,LCNN)替换YOLO v5s主干对模型主体进行缩减;然后利用模型稀疏化训练和批归一化层(Batch normalization layer)的缩放因子分布状况,筛选并删减不重要的通道;最后,通过微调重新训练以及知识蒸馏,将模型精度调整到接近剪枝前的水平。试验结果表明,经轻量化处理的模型精确率、召回率和平均精度分别为91.3%、87.4%和92.7%,模型内存占用量为1.4 MB,台式机检测帧率81.0 f/s,移动端检测帧率1.2 f/s,相比原始YOLO v5s叶片病害检测模型,精确率、召回率和平均精度下降3.7、4.6、2.7个百分点,内存占用量仅为处理前的10%,台式机和移动端检测的帧率分别提升近27%和33%。本文所提出的方法在保持模型性能的前提下对模型有效轻量化,为移动端叶片病害检测部署提供了理论基础。

关键词：病害检测 YOLO v5s 轻量化模型网络剪枝知识蒸馏

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基于改进YOLOv5s的番茄黄化曲叶病检测方法

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农业机械学报 2023年

作者：左昊轩黄祺成杨佳昊孙泉李思恩李莉中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室中国农业大学智慧农业系统集成研究教育部重点实验室中国农业大学水利与土木工程学院

作物病害的初期快速准确识别是减小作物经济损失的重要保障。针对实际生产环境，中设施番茄叶片黄化曲叶病毒病(Tomato yellow leaf curl virus，TYLCV)患病初期无法应用传统图像处理算法通过颜色或纹理特征进行准确和快速识别，并且YOL... 详细信息

作物病害的初期快速准确识别是减小作物经济损失的重要保障。针对实际生产环境，中设施番茄叶片黄化曲叶病毒病(Tomato yellow leaf curl virus，TYLCV)患病初期无法应用传统图像处理算法通过颜色或纹理特征进行准确和快速识别，并且YOLOv5s通用模型在复杂环境下识别效果差和效率低的问题，本文提出一种集成改进的叶片病害检测识别方法。该方法通过对Plant Village公开数据集中单一患病叶片图像以及实际生产温室中手机拍摄获取的患病番茄植株冠层图像两种来源制作数据集，并对图像中的患病叶片进行手动标注等操作，以实现在复杂地物背景和叶片遮挡等情况下正确识别目标，即在健康叶片、患病叶片、枯萎叶片、杂草和土壤中准确识别出所有的患病叶片。此外，用智能手机在日光温室生产现场拍摄图像，会存在手机分辨率、光线、拍摄角度等多种因素，会导致识别正确率降低等问题，需要对采集到的图像进行预处理和数据增强以提高模型识别率，通过对YOLOv5s原始模型骨干网络重复多次增加CA注意力机制模块(Coordinate attention)，增强YOLO算法对关键信息的提取能力，利用加权双向特征金字塔网络(Bidirectional feature pyramid network，BiFPN)，增强模型不同特征层的融合能力，从而提高模型的泛化能力，替换损失函数Eiou(Efficient IoU loss)，进一步优化算法模型，实现多方法叠加优化后系统对目标识别性能的综合提升。在相同试验条件下，对比YOLOv5原模型、YOLOv8、Faster RCNN、SSD等模型，本方法的查准率P，查全率R，平均识别准确率mAP0.5，mAP0.5:0.95分别达到了97.40%、94.20%、97.20%、79.10%，所提出的算法在提高了准确率与平均精度的同时，保持了较高的运算速度，满足对作物黄化曲叶病毒病检测的准确性与时效性的要求，并为移动端智能识别作物叶片病害提供了理论基础。

关键词：番茄病害识别 YOLOv5s 注意力机制 BiFPN Eiou

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基于双目视觉和改进YOLOv8的玉米茎秆宽度原位识别方法

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智慧农业（中英文） 2023年第3期5卷 86-95页

作者：左昊轩黄祺成杨佳昊孟繁佳李思恩李莉中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083 中国农业大学智慧农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

[目的/意义]玉米茎秆宽度是影响玉米抗倒伏能力的重要指标。玉米茎秆宽度测量存在人工采集过程繁琐、设备自动采集识别精度误差较大等问题,研究一种玉米茎秆宽度原位检测与高精度识别方法具有重要应用价值。[方法]采用ZED2i双目相机并... 详细信息

[目的/意义]玉米茎秆宽度是影响玉米抗倒伏能力的重要指标。玉米茎秆宽度测量存在人工采集过程繁琐、设备自动采集识别精度误差较大等问题,研究一种玉米茎秆宽度原位检测与高精度识别方法具有重要应用价值。[方法]采用ZED2i双目相机并将其固定在田间获取实时的玉米茎秆左目和右目图片,对原始图片进行数据增强,使用YOLOv8对玉米茎秆进行识别,再通过多次增加注意力机制(Coordinate Attention,CA)模块,和替换损失函数(Efficient IoU Loss,EIoU)的方法,进一步提高玉米茎秆的识别精度,然后通过对玉米茎秆的三维重建,获取识别框边界点在世界坐标系下的三维数据,通过距离公式计算出茎秆宽度。最后对改进后的YOLOv8模型与YOLOv8原模型、YOLOv7、YOLOv5、Faster RCNN、SSD进行对比,验证模型的识别准确性和识别精度。[结果和讨论]改进后的YOLOv8模型的查准率P、查全率R、平均精确率mAP_(0.5)、平均精确率mAP_(0.5∶0.95)分别达到了96.8%、94.1%、96.6%、77.0%,玉米茎秆宽度原位检测宽度计算的线性回归决定系数R~2,均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE分别为0.373、0.265和0.244 cm,可满足实际生产对玉米茎秆宽度测量精度的要求。[结论]本研究提出的基于改进YOLOv8模型的玉米茎秆宽度原位识别方法可以实现对玉米茎秆的原位准确识别,很好地解决了目前人工测量耗时费力和机器视觉识别精度较差的问题,为实际生产应用提供了理论依据。

关键词： YOLOv8 注意力机制双目视觉玉米茎宽检测三维重建

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深松对干旱牧区天然牧场牧草生长的影响

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灌溉排水学报 2011年第3期30卷 129-131页

作者：李鑫王岭徐忠辉江培福武阳北京市昌平区水务局北京102200 江苏省徐州市新沂水利局江苏徐州221400 水利部综合事业局北京100053 中国农业大学水利与土木工程学院现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083

为了解决干旱牧区天然牧场的雨水利用效率低的问题,通过对天然牧场进行全方位深松来增加雨水的利用效率。结果表明,深松后牧场的土壤密度平均下降0.14 g/cm3,牧场牧草的株高和产量增长量都比对照组有明显增加,平均增长率分别比对照组高4... 详细信息

为了解决干旱牧区天然牧场的雨水利用效率低的问题,通过对天然牧场进行全方位深松来增加雨水的利用效率。结果表明,深松后牧场的土壤密度平均下降0.14 g/cm3,牧场牧草的株高和产量增长量都比对照组有明显增加,平均增长率分别比对照组高42.98%和215.6%;水利用效率也相应提高,株高和产量的水利用效率增长幅度分别为130.3%和210.1%。深松后不仅增加牧草的生长高度,而且增加了牧草的生长密度。

关键词：天然牧场牧草深松水利用效率

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深松截流对干旱牧区柠条生长的影响

深松截流对干旱牧区柠条生长的影响

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民生水利——理念与行动：中国水利学会2010学术年会

作者：李鑫江培福武阳北京市昌平区水务局水利部综合事业局中国农业大学水利与土木工程学院现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室

为了解决干旱牧区柠条地雨水利用效率低的问题,通过对柠条地进行深松形成线状后截流措施和在旱季进行剪枝减少柠条腾发量措施来增加雨水的利用效率。研究表明,深松后的柠条地土壤密度降低,平均下降0.21 g/cm,柠条的株高和冠幅增长量都... 详细信息

为了解决干旱牧区柠条地雨水利用效率低的问题,通过对柠条地进行深松形成线状后截流措施和在旱季进行剪枝减少柠条腾发量措施来增加雨水的利用效率。研究表明,深松后的柠条地土壤密度降低,平均下降0.21 g/cm,柠条的株高和冠幅增长量都比对照组有明显增加,平均增长率分别比对照组高45.54%和30.71%;水利用效率也相应提高。剪枝后的柠条株高和冠幅比对照组增长速度快,株高和冠幅的平均增长速率分别提高31.15%和32.32%;剪枝柠条和对照组柠条的株高与冠幅在试验结束时两者无显著差异。研究结果可为改善牧区生态环境提供理论依据。

关键词：柠条深松剪枝水利用效率

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深松截流对干旱牧区柠条生长的影响

深松截流对干旱牧区柠条生长的影响

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中国水利学会2010学术年会

作者：李鑫江培福武阳北京市昌平区水务局北京 102200 水利部综合事业局北京 100053 中国农业大学水利与土木工程学院现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京 100083

为了解决干旱牧区柠条地雨水利用效率低的问题,通过对柠条地进行深松形成线状后截流措施和在旱季进行剪枝减少柠条腾发量措施来增加雨水的利用效率.研究表明,深松后的柠条地土壤密度降低,平均下降0.21g/cm3,柠条的株高和冠幅增长量都比... 详细信息

为了解决干旱牧区柠条地雨水利用效率低的问题,通过对柠条地进行深松形成线状后截流措施和在旱季进行剪枝减少柠条腾发量措施来增加雨水的利用效率.研究表明,深松后的柠条地土壤密度降低,平均下降0.21g/cm3,柠条的株高和冠幅增长量都比对照组有明显增加,平均增长率分别比对照组高45.54％和30.71％;水利用效率也相应提高.剪枝后的柠条株高和冠幅比对照组增长速度快,株高和冠幅的平均增长速率分别提高31.15％和32.32％;剪枝柠条和对照组柠条的株高与冠幅在试验结束时两者无显著差异.研究结果可为改善牧区生态环境提供理论依据.

关键词：柠条地深松截流模式雨水利用效率干旱牧区

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深松截流对干旱牧区柠条生长的影响

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中国水土保持科学 2008年第2期6卷 90-94页

作者：李鑫江培福武阳孙淑云雷廷武袁建平张孝中国农业大学水利与土木工程学院现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室水利部综合事业局北京100053 内蒙古四子王旗水务局内蒙古四子王旗011800

为了解决干旱牧区柠条地雨水利用效率低的问题,采用柠条地深松形成线状沟截流和在旱季剪枝减少柠条腾发量措施来增加雨水的利用效率。研究表明:深松后的柠条地土壤密度降低,平均下降0.21 g/cm3,柠条的株高和冠幅增长量都比对照组有明显... 详细信息

为了解决干旱牧区柠条地雨水利用效率低的问题,采用柠条地深松形成线状沟截流和在旱季剪枝减少柠条腾发量措施来增加雨水的利用效率。研究表明:深松后的柠条地土壤密度降低,平均下降0.21 g/cm3,柠条的株高和冠幅增长量都比对照组有明显增加,平均增长率分别比对照组高45.54%和30.71%,水利用效率也相应提高;剪枝后的柠条株高和冠幅比对照组增长速度快,株高和冠幅的平均增长速率分别提高31.15%和32.32%;剪枝柠条和对照组柠条的株高与冠幅在试验结束时二者无显著差异。研究结果可为改善牧区生态环境提供理论依据。

关键词：柠条深松剪枝水利用效率

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基于PDA的草坪节水灌溉决策支持系统

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农机化研究 2007年第11期29卷 105-108页

作者：孙伟林剑辉黄冠华孙宇瑞中国农业大学.现代精细农业系统集成教育部重点实验室北京100083 中国农业大学现代精细农业系统集成教育部重点实验室北京100083 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

为了将草坪灌溉理论应用于实践指导灌溉,结合专家知识对草坪灌溉研究成果进行了系统集成,设计了基于PDA和移动数据库的草坪节水灌溉决策支持系统。同时,阐述了系统的组成内容以及各功能模块的实现方法。本系统实现了草坪灌溉研究理论向... 详细信息

为了将草坪灌溉理论应用于实践指导灌溉,结合专家知识对草坪灌溉研究成果进行了系统集成,设计了基于PDA和移动数据库的草坪节水灌溉决策支持系统。同时,阐述了系统的组成内容以及各功能模块的实现方法。本系统实现了草坪灌溉研究理论向草坪灌溉生产实践的转化,在合理制定草坪灌溉制度,实现节水灌溉方面能够发挥重要作用。

关键词：自动控制技术决策支持系统设计节水灌溉 PDA

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