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中国工程科学 2020年第4期22卷 50-57页

作者：李瑾马晨赵春江冯献北京农业信息技术研究中心北京100097 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 农业农村部农业信息技术重点实验室北京100097 北京市农业物联网工程技术研究中心北京100097

“互联网+”现代农业是互联网理念、技术和方法在农业领域的实践,是新一代信息技术革命下互联网与现代农业产业融合的新业态和新模式。本文基于现代农业发展需求分析,提出发展“互联网+”现代农业的必要性,结合对“互联网+”现代农业内... 详细信息

“互联网+”现代农业是互联网理念、技术和方法在农业领域的实践,是新一代信息技术革命下互联网与现代农业产业融合的新业态和新模式。本文基于现代农业发展需求分析,提出发展“互联网+”现代农业的必要性,结合对“互联网+”现代农业内涵的科学界定,分别从信息感知数字化、农机装备智能化、农业生产精准化、产后管理在线化、农技服务个性化5个方面分析了“互联网+”现代农业的新特征,从技术、产业、应用3个层面分析了我国“互联网+”现代农业发展瓶颈,据此提出了发展“互联网+”现代农业的发展思路和战略目标。研究认为,突破“互联网+”现代农业应用的理论、方法和共性关键技术,培育形成“互联网+”现代农业产业集群,开展“互联网+”在农业生产、农业供应链、农业生产性服务等方面的集成应用示范是我国现阶段的发展重点;应进一步加快实现农业农村互联网信息互通共享,持续推进“互联网+”现代农业技术标准体系建设,加强“互联网+”现代农业学科发展与人才培养,驱动现代农业产业变革和转型升级。

关键词： “互联网+”现代农业现代农业产业体系农产品供应链农业生产性服务业

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基于赤池信息量准则的冬小麦叶面积指数高光谱估测

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农业工程学报 2016年第3期32卷 163-168页

作者：杨福芹冯海宽李振海高林杨贵军戴华阳中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 农业部农业信息技术重点实验室北京100097 北京市农业物联网工程技术研究中心北京100097 河南工程学院土木工程学院郑州451191

冬小麦叶面积指数(leaf area index,LAI)是描述冠层结构的重要参数之一,对评价其长势和预测产量具有重要意义。该文利用灰色关联分析(grey relational analysis,GRA)对植被指数进行排序,用偏最小二乘法(partial least squares regressio... 详细信息

冬小麦叶面积指数(leaf area index,LAI)是描述冠层结构的重要参数之一,对评价其长势和预测产量具有重要意义。该文利用灰色关联分析(grey relational analysis,GRA)对植被指数进行排序,用偏最小二乘法(partial least squares regression,PLS)选择不同的植被指数个数作为自变量进行回归建模,通过赤池信息量准则(Akaike’s information criterion,AIC)选择AIC值最小的模型作为冬小麦LAI最优估算模型,即GRA、PLS和AIC 3种方法整合建立冬小麦LAI最优估算模型。使用2008-2009年在中国北京通州区和顺义区获取的整个生育期冬小麦LAI和配套的光谱数据进行建模,利用2009-2010相关数据进行验证。研究表明:采用GRA评价标准与冬小麦LAI关联度最大的植被指数是VOG1,关联度最小的植被指数是SR;通过AIC建立的以8个植被指数作为自变量的冬小麦LAI模型效果最优,建模集的决定系数R2和标准误SE分别为0.76和0.009,验证集的R2和相对均方根误差RRMSE分别为0.63和0.004,预测模型和验证模型均具有较高的精度和可靠性。结果表明采用GRA-PLS-AIC方法进行冬小麦LAI反演是可行的,为提高冬小麦LAI遥感预测精度提供了一种有效的方法。

关键词：植被遥感模型叶面积指数赤池信息量准则灰色关联分析偏最小二乘法

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倒伏胁迫下的玉米冠层结构特征变化与光谱响应解析

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光谱学与光谱分析 2019年第11期39卷 3553-3559页

作者：束美艳顾晓鹤孙林朱金山杨贵军王延仓孙乾周龙飞农业部农业遥感机理与定量遥感重点实验室北京农业信息技术研究中心北京100097 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 北京市农业物联网工程技术研究中心北京100097 山东科技大学测绘科学与技术学院山东青岛266590 北华航天工业学院计算机与遥感信息技术学院河北廊坊065000

倒伏胁迫是玉米生产中的主要灾害之一,严重影响玉米的产量、品质和机械收获能力。解析不同倒伏胁迫强度下玉米冠层结构变化规律及其光谱响应机理,是玉米倒伏灾情大范围遥感监测的基础。分别在玉米抽雄期、灌浆中期设置茎倒、茎折、根倒... 详细信息

倒伏胁迫是玉米生产中的主要灾害之一,严重影响玉米的产量、品质和机械收获能力。解析不同倒伏胁迫强度下玉米冠层结构变化规律及其光谱响应机理,是玉米倒伏灾情大范围遥感监测的基础。分别在玉米抽雄期、灌浆中期设置茎倒、茎折、根倒3种强度的倒伏处理,基于田间多频次持续观测实验,分析生育期、倒伏类型对玉米冠层结构动态变化及其自我恢复能力的影响;采用传统光谱变换与连续小波变换方法对倒伏玉米冠层高光谱进行处理,选取叶面积密度(LAD)为玉米倒伏冠层结构特征指标,筛选叶面积密度最佳敏感波段和小波系数,基于随机森林法构建叶面积密度高光谱响应模型,利用未参与建模的实测样本验证模型精度,重点探讨小波分解尺度和光谱分辨率对LAD光谱响应能力的影响规律。研究结果表明:叶面积密度作为单位体积内叶面积总量的冠层结构表征指标,与倒伏胁迫强度具有较好的响应关系,灌浆期的倒伏玉米LAD普遍高于抽雄期,抽雄期LAD整体表现为茎折>根倒>茎倒>未倒伏,灌浆期LAD整体表现为根倒>茎折>茎倒>未倒伏;经连续小波变换后,玉米倒伏冠层光谱对玉米倒伏LAD的响应能力普遍优于传统光谱变换,随着小波分解尺度的增加,LAD与敏感波段的相关性越强,其中10尺度相关系数最高,达0.74;连续小波变换所构建的模型精度普遍优于传统光谱变换,其中由原始光谱小波变换后构建的LAD响应模型精度最高,检验样本的R2为0.811,RMSE为1.763,表明连续小波变换技术可凸显和利用冠层光谱中的细微信息。因此,叶面积密度可有效定量表征不同倒伏胁迫程度的玉米冠层结构变化特征,连续小波变换能有效提升冠层光谱对倒伏玉米结构变化的响应能力,基于随机森林法构建的倒伏玉米叶面积密度诊断模型具有较高的精度和稳定性,可为区域尺度的夏玉米倒伏灾情遥感监测提供先验知识。

关键词：玉米倒伏叶面积密度高光谱连续小波变换随机森林

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表征冬小麦倒伏强度敏感冠层结构参数筛选及光谱诊断模型

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农业工程学报 2019年第4期35卷 168-174页

作者：束美艳顾晓鹤孙林朱金山杨贵军王延仓农业部农业遥感机理与定量遥感重点实验室北京农业信息技术研究中心北京100097 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 北京市农业物联网工程技术研究中心北京100097 山东科技大学测绘科学与工程学院青岛266590 北华航天工业学院计算机与遥感信息技术学院廊坊065000

针对倒伏胁迫下冬小麦冠层结构变化规律不清、冠层光谱响应机理不明的问题,以灌浆期倒伏冬小麦为研究对象,分析不同倒伏强度下冬小麦冠层结构参数变化规律,通过光谱探测视场内的茎、叶、穗面积比率与倒伏角度的相关性分析,筛选出表征倒... 详细信息

针对倒伏胁迫下冬小麦冠层结构变化规律不清、冠层光谱响应机理不明的问题,以灌浆期倒伏冬小麦为研究对象,分析不同倒伏强度下冬小麦冠层结构参数变化规律,通过光谱探测视场内的茎、叶、穗面积比率与倒伏角度的相关性分析,筛选出表征倒伏强度的敏感冠层结构参数,采用传统光谱变换方法与连续小波变换方法对倒伏冬小麦冠层高光谱数据进行处理分析,筛选冠层结构参数的敏感波段和小波系数,采用偏最小二乘法构建冠层结构参数与高光谱特征参量的响应模型,并利用野外实测样本验证模型精度(建模集样本28个,验证集样本13个)。研究结果表明:倒伏后的冬小麦茎叶比与倒伏角度的相关性最高(-0.687,P<0.01),能较好地表征冬小麦倒伏强度,且茎叶比随着倒伏角度的减小而增加;基于连续小波变换的冬小麦倒伏灾情诊断模型优于常规光谱变换方法,检验样本的决定系数为0.632(P<0.01);以冠层茎叶比预测结果进行倒伏灾情等级划分的精度可达84.6%。因此,不同倒伏强度的冠层茎叶比与冬小麦冠层光谱之间的响应规律可以有效区分倒伏灾情等级,有助于为区域尺度的冬小麦倒伏灾情遥感监测提供先验知识。

关键词：作物灾害预测倒伏冬小麦高光谱茎叶比连续小波变换

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信息化对城乡一体化影响的作用机理与实践路径

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江苏农业科学 2017年第4期45卷 251-254页

作者：李瑾马晨冯献北京农业信息技术研究中心/国家农业信息化工程技术研究中心/农业部农业信息技术重点实验室/北京市农业物联网工程技术研究中心北京100097

随着信息化手段在社会各个领域的广泛使用,其在统筹城乡发展中的作用日益凸显。在梳理相关概念、理论的基础上,具体分析了信息化在设施协同、资源流动和技术扩散等方面对城乡一体化的推动力,并深入剖析了信息化促进城乡一体化的作用机制... 详细信息

随着信息化手段在社会各个领域的广泛使用,其在统筹城乡发展中的作用日益凸显。在梳理相关概念、理论的基础上,具体分析了信息化在设施协同、资源流动和技术扩散等方面对城乡一体化的推动力,并深入剖析了信息化促进城乡一体化的作用机制,并在此基础上结合我国实际情况提出了基于信息化的城乡一体化发展路径。

关键词：信息化城乡一体化机理路径

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北京设施农业节水技术应用现状及需求分析

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江苏农业科学 2016年第12期44卷 596-600页

作者：李瑾郭美荣冯献北京农业信息技术研究中心/国家农业信息化工程技术研究中心/农业部农业信息技术重点实验室/北京市农业物联网工程技术研究中心北京100097

采用问卷调研和实地访谈相结合的方法,对北京市设施农业种植基地节水技术和设备应用情况展开调研,旨在了解目前北京市设施农业节水现状和经营主体对节水灌溉技术的了解、使用和需求情况,调研发现政府在节水技术推广过程中起主导作用、... 详细信息

采用问卷调研和实地访谈相结合的方法,对北京市设施农业种植基地节水技术和设备应用情况展开调研,旨在了解目前北京市设施农业节水现状和经营主体对节水灌溉技术的了解、使用和需求情况,调研发现政府在节水技术推广过程中起主导作用、用户的使用意愿较高、节水技术和设备的应用范围和效果较好,农户对节水技术和设备的获取及培训需求较高,但投入成本、认知程度、产品成熟度及维护管理和专业化服务队伍等问题制约了设施节水技术和设备的应用推广,从节水技术的标准化与规范化、水肥一体化和宣传普及方面提出促进设施节水技术和设备推广应用的对策建议。

关键词：设施农业节水技术需求问题对策

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农田土壤重金属空间变异多尺度分析——以北京顺义土壤Cd为例

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农业环境科学学报 2019年第1期38卷 87-94页

作者：刘伟郜允兵周艳兵潘瑜春戴华阳高秉博阎跃观北京农业信息技术研究中心北京100097 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 农业部农业信息技术重点实验室北京100097 北京市农业物联网工程技术研究中心北京100097

为了揭示土壤重金属的空间分异性及其空间结构特征,对2007年北京市顺义区农田土壤采样数据中Cd含量进行多尺度分析,采用半方差分析法和尺度方差分析法定量刻画了土壤Cd空间变异的空间等级结构和特征尺度。结果表明:顺义区土壤Cd含量的... 详细信息

为了揭示土壤重金属的空间分异性及其空间结构特征,对2007年北京市顺义区农田土壤采样数据中Cd含量进行多尺度分析,采用半方差分析法和尺度方差分析法定量刻画了土壤Cd空间变异的空间等级结构和特征尺度。结果表明:顺义区土壤Cd含量的变异系数为44.9%,达到中等强度变异,土壤Cd含量具有较强的空间自相关性,且存在空间多尺度结构,3.5、9.6 km左右为土壤Cd的两个特征尺度,其在小尺度上受土地利用强度的影响,大尺度上主要受土壤类型的影响。多尺度分析方法可定量化解析农田土壤重金属空间变异,有效识别不同尺度上的主导因素。

关键词：土壤重金属 Cd含量空间异质性多尺度特征尺度

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融合无人机光谱信息与纹理信息的冬小麦生物量估测

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中国农业科学 2018年第16期51卷 3060-3073页

作者：刘畅杨贵军李振海汤伏全王建雯张春兰张丽妍西安科技大学测绘科学与技术学院国家农业信息化工程技术研究中心农业部农业遥感机理与定量遥感重点实验室北京市农业物联网工程技术研究中心

【目的】生物量是表征植被生命活动的重要参数,对植被长势监测、产量预测有重要意义。以无人机为平台的高光谱遥感技术,具有机动灵活、成本低、空间覆盖广的优势,能够及时准确地估测植被生物量,已成为遥感估算研究的热点之一。由于光谱... 详细信息

【目的】生物量是表征植被生命活动的重要参数,对植被长势监测、产量预测有重要意义。以无人机为平台的高光谱遥感技术,具有机动灵活、成本低、空间覆盖广的优势,能够及时准确地估测植被生物量,已成为遥感估算研究的热点之一。由于光谱特征反演生物量存在饱和问题,因此,本研究尝试结合纹理特征与植被指数构建一种"图-谱"融合指标,探究"图-谱"融合指标的抗饱和能力及生物量估测能力。【方法】首先,利用无人机高光谱影像,提取其光谱信息和纹理信息,分别基于植被指数和纹理特征构建生物量模型。其次,针对光谱特征存在的饱和问题,将植被指数与对生物量敏感的纹理指标相乘或相除两种形式构建"图-谱"融合指标,分析"图-谱"融合指标的饱和性,并基于"图-谱"融合指标构建生物量估算模型。最后,对比不同指标构建的生物量模型的估测效果,来分析"图-谱"融合指标估测生物量的能力。【结果】(1)植被指数多在LAI=5时出现饱和现象,而"图-谱"融合指标VI×sm658,VI/ent658,VI/dis658,VI/con658,VI/dis514,VI/con514,VI/var514,VI×con802,VI×dis802均在LAI>5时才出现饱和现象,相比之下,这些"图-谱"融合指标一定程度上改善了饱和问题;(2)与植被指数相比(除了GNDVI、NDVI之外),抗饱和能力提高的"图-谱"融合指标VI×sm658、VI/ent658、VI/dis658、VI/con658、VI/dis514、VI/con514、VI/var514、VI×con802、VI×dis802,其与生物量的相关性也相对提高,所构建的生物量模型精度较高(R2=0.81,RMSE=826.02 kg·hm-2)。(3)对比单一植被指数、纹理特征,将纹理特征与光谱特征相结合的"图-谱"融合指标估算小麦生物量的能力相对最强,模型精度明显高于单一植被指数(R2=0.69)和单一纹理特征(R2=0.71)构建的生物量模型。【结论】"图-谱"融合指标的抗饱和能力明显提高,其构建的生物量模型精度也有效提高,实现了结合光谱信息和纹理信息的冬小麦生物量遥感估测,为生物量定量反演提供一种新思路。

关键词：生物量 “图-谱”融合指标纹理特征饱和性冬小麦

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基于无人机数码影像的冬小麦株高和生物量估算

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农业工程学报 2019年第19期35卷 107-116页

作者：陶惠林徐良骥冯海宽杨贵军杨小冬苗梦珂代阳安徽理工大学测绘学院淮南232001 农业部农业遥感机理与定量遥感重点实验室北京农业信息技术研究中心北京100097 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 北京市农业物联网工程技术研究中心北京100097 河南理工大学测绘与国土信息工程学院焦作454000

高效、快速地获取作物的株高和生物量信息,对农业生产有重要意义。该文利用2015年4月-6月获得了冬小麦拔节期、挑旗期和开花期的高清数码影像。首先基于无人机高清数码影像生成冬小麦的作物表面模型(crop surface model,CSM),利用CSM提... 详细信息

高效、快速地获取作物的株高和生物量信息,对农业生产有重要意义。该文利用2015年4月-6月获得了冬小麦拔节期、挑旗期和开花期的高清数码影像。首先基于无人机高清数码影像生成冬小麦的作物表面模型(crop surface model,CSM),利用CSM提取出冬小麦的株高(Hcsm),然后利用提取的21种数码影像图像指数,构建了拔节期、挑旗期和开花期混合的多生育期生物量估算模型,并进行单生育期和多生育期模型对比分析;最后选择逐步回归(stepwise regression,SWR)、偏最小二乘(partial least square,PLSR)、随机森林(random forest,RF)3种建模方法对多生育期估算模型进行对比,挑选出冬小麦生物量估算的最优模型。结果表明,提取的Hcsm和实测株高(H)具有高度拟合性(R^2=0.87,RMSE=6.45 cm,NRMSE=11.48%);与仅用数码影像图像指数构建的生物量估算模型相比(R^2=0.7212,RMSE=0.1372 kg/m^2,NRMSE=26.25%),数码影像图像指数融入H和Hcsm所得模型效果更佳,其中融入Hcsm的模型精度和稳定性(R^2=0.8191,RMSE=0.1106 kg/m^2,NRMSE=21.15%)要优于加入株高H所构建的估算模型(R^2=0.7941,RMSE=0.1179 kg/m^2,NRMSE=22.56%);SWR生物量估算模型(R^2=0.7212)效果优于PLSR(R^2=0.6774)和RF(R^2=0.6571)生物量估算模型。该研究为冬小麦生长状况高效、快速监测提供参考。

关键词：无人机数码影像作物表面模型冬小麦株高生物量逐步回归

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分布式空间数据服务两级检索方法研究

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地理与地理信息科学 2017年第2期33卷 7-11,18页

作者：梁其洋吴保国赵春江郝星耀潘瑜春北京林业大学信息学院北京100083 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 农业部农业信息技术重点实验室北京100097 北京市农业物联网工程技术研究中心北京100097

针对当前分布式多尺度空间数据服务检索效率较低,无法满足集成应用需求的问题,该文提出一种基于两级空间索引结构的分布式多尺度空间数据索引方法,即以空间网格索引为基础,结合空间数据服务元数据管理,实现了空间数据服务及其空间对象... 详细信息

针对当前分布式多尺度空间数据服务检索效率较低,无法满足集成应用需求的问题,该文提出一种基于两级空间索引结构的分布式多尺度空间数据索引方法,即以空间网格索引为基础,结合空间数据服务元数据管理,实现了空间数据服务及其空间对象的索引。在检索过程中,先通过一级索引检索出目标空间数据服务,再使用二级索引在目标服务内检索出目标数据对象。对二级索引结构和基于服务注册的检索效率的对比测试表明,该方法的效率优于服务注册方法,且随服务数量的增加,效率优势更显著;对单个服务的数据量对二级索引性能的影响进行测试,发现单个数据服务随着数据对象的增加,二级索引的检索时间逐渐增加,但总体检索时间基本可以满足多数应用需求。

关键词：分布式空间数据服务空间索引多尺度空间数据网格索引

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