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2018中国作物学会学术年会

作者：高阳苗艳龙李寒张漫中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室中国农业大学农业部农业信息获取技术重点实验室

【研究背景】马铃薯是仅次于小麦,稻谷,玉米的世界第四大粮食作物,中国的马铃薯种植面积和产量均居世界第一。马铃薯种植多数采用喷灌的方式,该种方式对地下水消耗严重,且水分利用率低,灌溉不均匀。马铃薯生长对水分胁迫更为敏感,水分... 详细信息

【研究背景】马铃薯是仅次于小麦,稻谷,玉米的世界第四大粮食作物,中国的马铃薯种植面积和产量均居世界第一。马铃薯种植多数采用喷灌的方式,该种方式对地下水消耗严重,且水分利用率低,灌溉不均匀。马铃薯生长对水分胁迫更为敏感,水分亏缺对于马铃薯的结薯数,大小以及品质有很大影响。滴灌模式下马铃薯作物水分胁迫状态的及时与准确监测是提升马铃薯产量和品质,有效避免水资源浪费的有效途径。作物冠层温度具有检测作物水分胁迫状态,辅助精细灌溉决策制定的应用潜力,红外技术的问世使得非物理接触,快速在线的作物冠层温度连续监测成为了可能。热红外成像具有较高的空间分辨率,可以实现作物干旱情况的大面积、快速、在线,连续监测。【材料与方法】本文使用自主集成开发的热红外-可见光双通道相机采集马铃薯的两种图像,利用热红外和可见光图像对马铃薯水分测定的可行性,探究热红外与可见光图像自动快速匹配的算法,完成图像融合,以方便地获取植株温度,同时使用TRIME-PICO 64 TDR便携式土壤水分测量仪对作物根部土壤水分含量进行测定,再利用干湿参考面计算马铃薯植株的CWSI(Crop Water Stress Index),计算CWSI与土壤水分含量的相关性,进而对马铃薯作物进行水分胁迫诊断研究。【结果与分析】通过热红外-可见光双通道相机采集到的热红外图像能够实时获取马铃薯作物冠层的温度,计算后得到的CWSI与土壤水分具有较好的相关性,证明此方法能够快速准确地判断作物缺水情况并由此制定灌溉决策。【结论】本研究以培育的马铃薯植株为基础,通过红外与可见光图像双路视频监测模块获取其红外与可见光图像,并结合所探究出的红外与可见光的配准得到作物冠层温度及干、湿参考面温度。并与基于温度计算出的CWSI做出相关性分析,为快速、无损地进行灌溉决策的制定奠定基础。同时在实验中对几种常见干参考面进行了数据分析,分析了其合理性。

关键词：热红外图像可见光图像水分胁迫指数CWSI

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基于WSN与自制同化箱的单叶、群体光合速率分析研究

基于WSN与自制同化箱的单叶、群体光合速率分析研究

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2018中国作物学会学术年会

作者：殷鉴刘新英张漫李寒中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室中国农业大学农业部农业信息获取技术重点实验室

【研究背景】无线传感器网络（Wireless Sensor Network.,WSN）具有节点部署更密集,数据稳定性更高,功率转换更节能等优点,在农业领域中受到广泛应用。光合作用是植物生长代谢的基础,其优劣直接影响其果实的品质和质量,而群体光合不是... 详细信息

【研究背景】无线传感器网络（Wireless Sensor Network.,WSN）具有节点部署更密集,数据稳定性更高,功率转换更节能等优点,在农业领域中受到广泛应用。光合作用是植物生长代谢的基础,其优劣直接影响其果实的品质和质量,而群体光合不是单叶光合的简单叠加,单叶相比,植物的生产力与群体光合的关系更为密切,对农林生态相关研究具有重要意义。在群体光合测量方面,由于受到技术条件和研究方法的欠缺,开发的产品少且测量缓慢,精度不高,且采用肉眼人工读数方式记录数据,造成误差很大。在群体光合速率分析方面,只是单一比较了不同外界环境下的群体光合速率差异,并没有比较空气温湿度、光照和CO2浓度交互影响下的群体光合;在单叶光合与群体光合的差异方面也较少研究;【材料与方法】因此,本研究将无线传感器网络、同化箱和LI-6400XT相结合,开展日光温室番茄单叶,群体光合速率对比分析研究。在测量方面为获得更多的数据,选取易于改变测量环境的半封闭式同化箱测量方法,采用侧面开口,同时内部放置无线传感器网络节点,测量同化箱内的气体温湿度、土壤温湿度、CO浓度、光强。将同化箱与LI-6400XT相结合,控制整个测量系统的循环流速以及获取整株番茄CO同化量。为获取整株番茄叶面积,采用网格与像素转换法,编程平台采用MATLAB。最后,将获取的数据代入半封闭式动态气室法计算公式,得到群体光合速率。为比较单叶、群体在日动态上的差别,同时采用LI-6400XT测量单叶光合速率;【结果与分析】由于群体光合测量过程繁琐,耗费时间长,精度不高,因此,本研究将温室环境因子与单叶光合速率相结合,建立了群体光合速率预测模型。在日动态上,群体光合午休现象持续时间更长,下降幅度更大,因此在高温条件下,群体光合比单叶受到的影响更为严重。设计的群体光合速率测量系统气密性良好,通入2190μmol/mol的CO时,CO的浓度变化小于1μmol/mol。利用设计的系统得到了夏季群体光合速率,整套系统结构紧凑,易于操作,适合于长时间测量;测定方法合理、简单,适于植物群体光合速率的研究;【结论】数据分析结果表明,利用WSN测得的环境因子信息加单叶光合速率建立的群体光合速率预测模型相关系数为0.9196,表明此模型预测精度较高,能为群体光合研究提供理论指导。

关键词： WSN 群体光合速率单叶净光合速率同化箱

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应用近红外光谱和多算法融合方法分析烤烟的香型风格特征

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光谱学与光谱分析 2017年第7期37卷 2046-2049页

作者：栾丽丽王宇恒胡文雁杨凯束茹欣李军会赵龙莲张晔晖中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 中国农业大学教育部现代精细农业系统集成研究重点实验室北京100083 上海烟草集团有限责任公司上海200082

以全国17个主要烤烟产地省份中收集的3 914个烟叶样品的近红外光谱为实验对象,其中浓香型、中间香型、清香型烟叶光谱分别865条、1 403条、1 646条,应用近红外光谱和多算法融合方法分析其香型风格特征。在以产地进行初步划分烟叶香型以... 详细信息

以全国17个主要烤烟产地省份中收集的3 914个烟叶样品的近红外光谱为实验对象,其中浓香型、中间香型、清香型烟叶光谱分别865条、1 403条、1 646条,应用近红外光谱和多算法融合方法分析其香型风格特征。在以产地进行初步划分烟叶香型以及认可过渡型和非典型香型类型的基础上,选取基于主成分及Fisher准则的投影法(PPF)、偏最小二乘判别(DPLS)、支持向量机(SVM)作为单分类器,得到各个算法第1和2判别分析结果;应用PPF-DPLS-SVM融合和各算法第1和2判别分析结果,将预测验证样品的分析结果详细划分为典型、过渡型、非典型香型样品(分别为493,392,115个);其中典型香型烟叶样品的判别准确率达到92.7%,较未进行典型样品划分时PPF,DPLS,SVM单算法的识别准确率分别提高了30.2%,15.4%,16.6%。样品数据来源于全国主要烤烟产地,数据量大,代表性较好,分析结果具有一定普遍性;提出的多算法融合分析方法大幅度提高了通过客观数据判别烤烟香型的准确率;同时,将烤烟香型细划分为典型、过渡型和非典型香型的方式,对烤烟烟叶原料的科学合理利用以及烟叶原料的模块化工业加工等有指导作用。

关键词：近红外光谱多算法融合烤烟香型

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基于车载三维激光雷达的玉米点云滤波研究

基于车载三维激光雷达的玉米点云滤波研究

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2018中国作物学会学术年会

作者：苗艳龙仇瑞承高阳张漫李寒中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室中国农业大学农业部农业信息获取技术重点实验室

【研究背景】作物表型是作物表型是特定的基因在一定环境条件下的外在表现,是内在基因和外部环境共同作用的结果。作物表型与基因信息之间的关系是作物育种的重要研究问题。尤其是现代作物基因技术飞速发展,传统的作物表型测量技术已经... 详细信息

【研究背景】作物表型是作物表型是特定的基因在一定环境条件下的外在表现,是内在基因和外部环境共同作用的结果。作物表型与基因信息之间的关系是作物育种的重要研究问题。尤其是现代作物基因技术飞速发展,传统的作物表型测量技术已经严重制约了育种技术的发展。因此使用激光雷达、深度相机和立体相机等传感器测量作物表型参数研究得到高度重视。数字植物可以实现农业生产的数字化和信息化,在株型设计和种植规划等方面具有广泛的应用前景。【材料与方法】车载多层三维激光雷达可以避免光照的影响,获得作物的结构细节,同时设备价格适中。以大喇叭口时期的玉米为研究对象,使用车载16层三维激光雷达采集三维点云数据,并对点云数据进行滤波算法的研究。VLP-16三维激光雷达安装在车载测量平台顶端。垂直采集玉米三维点云数据,其与玉米冠层顶端的距离约为60cm使用VeloView软件采集三维点云数据,存储为.pcap格式,将数据转化为.pcd格式数据,使用直通滤波方法去除非试验行玉米植株和地面的点云数据。【结果与分析】在对三维点云数据进行预处理的基础上,针对不同的离群点,提出一种基于统计分析去除离群点的三维点云数据的二次滤波算法。对非冠层残缺的叶片点云和冠层叶片边缘的噪声进行分布去除。第一次滤波去除非冠层残缺的叶片点云数据,非冠层残缺叶片点云数据点数较多,统计分析去除离群点算法中的参数搜索临近点的个数k取值范围应该设置大一些,实验中k的取值范围为50-500,间隔为50;参数α的取值范围设置为0.1-2,间隔为0.1;经过对比滤波效果发现k为200,α为0.8,能在较短的时间内,取得良好的滤波效果,去除离群点的正确率为92%。第二次滤波去除叶片边缘噪声,叶片边缘噪声是设备在采集对象边缘出现的几个测量错误的几个点,因此,设置参数搜索临近点的个数k取值范围为1-25,间隔为5;参数α的取值范围设置为0.1-2,经过对比滤波效果发现,k为5,α为0.8,可以在短时间内,去除掉叶片边缘噪声,去除离群点的正确率为90%。【结论】结果表明,所提方法能够使用一种算法通过设置不同的参数,方便快速的去除不同的离群点,同时保存完整的玉米植株的三维点云数据,为后续处理提供支持。

关键词：玉米三维点云车载激光雷达滤波

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基于改进级联神经网络的大豆叶部病害诊断模型

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农业机械学报 2017年第1期48卷 163-168页

作者：马晓丹关海鸥祁广云刘刚谭峰黑龙江八一农垦大学信息技术学院大庆163319 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083

针对大豆叶部病害性状特征与病种之间的模糊性和不确定性,将数字图像处理技术与神经网络智能推理技术相结合,充分挖掘大豆受病害胁迫后表现性状与病种之间的潜在规律,提出了基于改进级联神经网络的大豆病害诊断模型。首先利用自制载物... 详细信息

针对大豆叶部病害性状特征与病种之间的模糊性和不确定性,将数字图像处理技术与神经网络智能推理技术相结合,充分挖掘大豆受病害胁迫后表现性状与病种之间的潜在规律,提出了基于改进级联神经网络的大豆病害诊断模型。首先利用自制载物模板无损采集大田大豆叶部病害数字图像,计算病斑区域的形状特征、颜色特征及纹理特征14维度特征参数;为突显各方面特征对于不同病害种类决定作用的差异性,构建各子神经网络并联的第1级网络,第2级网络的输入为第1级网络的输出,利用多维特征各自优势来自动取得病种模式推理规则,建立了用于大豆叶部病害自动诊断的两级级联神经网络模型,仿真实验准确率为97.67%;同时应用量子遗传计算优化级联神经网络参数,平均迭代次数为743,平均网络误差为0.000 995 445,提高了学习效率,实现了大豆叶部病害的高效自动诊断和精确测报,为大田农作物全面系统地开展作物病害监测、智能施药及自动防治提供了理论依据。

关键词：大豆病害特征提取级联神经网络量子遗传算法诊断模型

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基于GNSS的农田平整定位精度优化与试验

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农业机械学报 2017年第S1期48卷 40-44页

作者：夏友祥刘刚康熙景云鹏中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083

基于全球卫星导航系统(Global navigation satellite system,GNSS)农田平整作业中,GNSS定位数据不仅是地形测量和基准面设计的基础,而且在平地作业中实时影响农田平整的精度。针对当前GNSS定位数据误差分析较少,提出一种基于联合滤波算... 详细信息

基于全球卫星导航系统(Global navigation satellite system,GNSS)农田平整作业中,GNSS定位数据不仅是地形测量和基准面设计的基础,而且在平地作业中实时影响农田平整的精度。针对当前GNSS定位数据误差分析较少,提出一种基于联合滤波算法的GNSS定位数据分析处理方法。分析平地作业过程中GNSS定位数据的误差源,结合多路径效应和随机噪声,提出因地形起伏引起的振动误差校正方法,利用卡尔曼、小波变换联合滤波算法,校正数据误差提高定位精度,农田定位对比试验分析表明,高程定位精度明显提高,平地工作中,GNSS定位实际高度波动范围缩小20%,能够更好的指导农田平整工作。

关键词：农田平整全球卫星导航系统误差分析卡尔曼滤波小波变换

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基于移动终端的谷物产量实时监测平台设计

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农业机械学报 2017年第S1期48卷 35-39页

作者：张振乾刘仁杰张漫杨玮李寒中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083

作物产量的空间变异性反映了农田环境和管理等因素对产量的影响,获取准确的产量空间分布信息是实施资源按需最优化投入的前提。为了获取谷物产量空间信息,设计了基于移动终端的农田谷物产量空间分布信息实时监测平台,可实现对联合收获... 详细信息

作物产量的空间变异性反映了农田环境和管理等因素对产量的影响,获取准确的产量空间分布信息是实施资源按需最优化投入的前提。为了获取谷物产量空间信息,设计了基于移动终端的农田谷物产量空间分布信息实时监测平台,可实现对联合收获机实时位置、作业状况和产量数据的远程监测,进而对产量数据的空间分布状况进行分析。平台主要由数据接收及存储、数据传输、数据显示和数据分析4个模块构成。其中,数据接收及存储模块接收由收获机传来的位置、谷物流量、升运器转速、谷仓温湿度和割幅宽度等作业状况信息数据包,将数据解析并存入数据库。数据传输模块为移动终端提供Web service服务,提取数据库中相应数据供前端调用。数据显示模块在移动终端上实时显示联合收获机作业位置和作业状况等信息。数据分析模块通过调用Arc GIS Server GP服务,将谷物产量信息的空间分布进行插值分析,分析结果以产量空间分布图的形式显示。经过测试,该监测平台运行稳定,能够实时显示和分析农田谷物产量信息,为农田精细管理提供技术支持。

关键词：联合收获机产量远程监测产量空间分布图移动终端

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肉品品质变化的蒙特卡罗方法仿真

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食品安全质量检测学报 2018年第10期9卷 2433-2439页

作者：王建旭范利锋王忠义黄岚中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 教育部现代精细农业系统集成研究重点实验室北京100083 农业部农业信息获取技术重点实验室北京100083

目的采用蒙特卡罗方法仿真研究检测间距对检测深度的影响以及光子在不同肉品组织中的迁移规律。方法使用Windows界面的蒙特卡罗仿真软件对肉品的不同品质、不同检测间距的光子迁移分布进行仿真。结果随着检测器与光源之间间距的增加,检... 详细信息

目的采用蒙特卡罗方法仿真研究检测间距对检测深度的影响以及光子在不同肉品组织中的迁移规律。方法使用Windows界面的蒙特卡罗仿真软件对肉品的不同品质、不同检测间距的光子迁移分布进行仿真。结果随着检测器与光源之间间距的增加,检测深度逐渐增加;对于不同新鲜度的样品,散射系数在0.4~1.5 mm^(-1)范围内,随着散射系数的增大,光子在组织中的迁移路径长度逐渐减小,检测器可以捕获更多的光子包。结论对不同检测间距下检测深度的蒙特卡罗仿真实验结果与实际测定结果基本相同,因此蒙特卡罗仿真可以为光学在肉品无损检测方案的研究提供有效理论支撑。

关键词：蒙特卡罗仿真生物组织光子迁移品质变化无损检测

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基于剪切波变换和无人机麦田图像的区域杂草识别方法

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农业工程学报 2017年第S1期33卷 99-106页

作者：王海华朱梦婷李莉王丽燕赵海英梅树立中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 北京邮电大学世纪学院移动媒体与文化计算北京市重点实验室北京102613

区域杂草的识别有利于植保作业中的除草剂精准喷施。现有图像处理技术主要针对行间和株间杂草,而传统的图像采集与分析设备对苗期麦田杂草的识别存在一定局限性,难以满足非人工的区域性喷洒农药等作业需求。由于麦田区域中的麦苗和杂草... 详细信息

区域杂草的识别有利于植保作业中的除草剂精准喷施。现有图像处理技术主要针对行间和株间杂草,而传统的图像采集与分析设备对苗期麦田杂草的识别存在一定局限性,难以满足非人工的区域性喷洒农药等作业需求。由于麦田区域中的麦苗和杂草具有形态和颜色区分度差的特点,传统的图像识别方法难以有效识别。针对此问题,该文提出利用剪切波变换对无人机麦田区域图像中杂草进行识别。该方法利用其自身的方向敏感性以及在纹理识别中的方向无关性,根据麦田区域图像在杂草较多的部分叶片纹理杂乱,反之则纹理相对规则的特点,处理得到不同尺度和不同方向下小麦与杂草的剪切波系数。然后针对小麦和杂草剪切波系数的不同特征,对剪切波系数矩阵进行归一化处理,同时对其均值和方差进行了统计分析,得到麦苗和杂草剪切波系数图中竖直锥第二尺度所有系数均值的区分值约为0.07,第二尺度各个方向的均方差均值的区分值约为0.08。通过对含杂草麦苗区域图像以及麦苗区域图像的验证,准确率为69.2%,效果优于传统的灰度共生矩阵方法。此外,该文对无人机拍摄区域图采用分块的方法,实现了对非麦苗区域的有效标识。由此可见,剪切波变换方法能够为基于低空植保无人机喷洒农药中的区域杂草识别提供参考。

关键词：无人机图像识别农作物区域图像麦苗杂草识别剪切波变换灰度共生矩阵

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基于Web-GIS的多机协同作业远程监控平台设计

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农业机械学报 2017年第S1期48卷 52-57,14页

作者：曹如月李世超魏爽季宇寒张漫李寒中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业部农业信息获取技术重点实验室北京100083

为了实现对多机协同导航作业的实时远程监控,设计了基于Web-GIS的多机协同作业远程监控平台。该平台主要包括数据收发、数据存储、数据查询、数据显示和数据分析模块。其中,数据收发模块采用Socket技术实时接收多机位置和航姿等作业信息... 详细信息

为了实现对多机协同导航作业的实时远程监控,设计了基于Web-GIS的多机协同作业远程监控平台。该平台主要包括数据收发、数据存储、数据查询、数据显示和数据分析模块。其中,数据收发模块采用Socket技术实时接收多机位置和航姿等作业信息,并可以向车载终端发送远程控制命令。数据存储模块负责将接收到的作业信息存储到相应的SQL Server数据表中。数据查询模块用于多机作业历史信息的查询,并以表格的形式将查询结果呈现在网页中。数据显示模块结合Web-GIS技术,通过与百度地图服务器进行实时交互,实现多机作业轨迹的可视化显示。数据分析模块实时分析处理多机位置和航姿信息,对各农机进行决策分析和任务调度,从而实现多机协同作业。试验结果表明:平台具有良好的稳定性,能够实时显示多机作业轨迹和作业信息,并可以实现多机任务调度,从而满足多机协同作业需求。

关键词：多机协同远程监控 Web-GIS

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