检索结果-内蒙古大学图书馆

光谱学与光谱分析 2021年第1期41卷 216-222页

作者：马晓丹刘梦关海鸥温冯睿刘刚黑龙江八一农垦大学信息与电气工程学院黑龙江大庆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

为解决农作物冠层热红外图像边缘灰度级分布不均且噪声较大,而传统图像分割方法难以实现其目标区域有效识别的难题,以苗期红小豆冠层热红外图像为研究对象,将模糊神经网络和仿射变换有机结合,提出了基于热红外图像处理技术的农作物冠层... 详细信息

为解决农作物冠层热红外图像边缘灰度级分布不均且噪声较大,而传统图像分割方法难以实现其目标区域有效识别的难题,以苗期红小豆冠层热红外图像为研究对象,将模糊神经网络和仿射变换有机结合,提出了基于热红外图像处理技术的农作物冠层识别模型。首先利用五层线性归一化模糊神经网络的自适应特性,选取高斯隶属度函数,自动计算冠层可见光图像识别的推理规则,有效地分割了可见光图像中的冠层区域。通过分析3种分割指标和熵,定量评价可见光图像冠层分割质量。网络迭代38次时,误差精度为0.000952,该算法平均有效识别率为96.13%,获取可见光冠层图像的像元信息熵值范围为2.4544~5.1987,与标准算法所得冠层图像的像元信息熵仅相差0.2459。然后以取得可见光图像的冠层有效区域为参考图像,采用仿射变换算法,调整优选平移、旋转、缩放等图像变换因子,配准原始热红外图像,提出了基于仿射变换的冠层热红外图像识别方法。对于初始温度范围值在16.35~19.92℃的农作物热红外图像,计算选取旋转幅度为1.0和缩放因子为0.9时,作为异源图像的最优配准参数,获取目标图像的最大温差为3.17℃,相对于原图像的平均温度值由18.711℃下降至17.790℃,进而实现了基于热红外图像处理技术的农作物冠层识别。最后以熵的互信息作为监督指标,对农作物冠层热红外图像识别方法进行评价。提出的冠层热红外图像识别方法,所获取的目标图像与初始热红外图像的平均互信息为4.3687,标准目标图像和初始热红外图像的平均互信息为3.9818,二者仅相差0.4869。同时,两种冠层热红外图像的平均温度差值为0.25℃,高效消除了原始热红外图像的背景噪声。结果表明本研究方法的有效性和实用性,能够为应用热红外图像反映农作物生理生态信息特征指标参数提供技术借鉴。

关键词：热红外成像图像处理神经网络仿射变换冠层识别

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基于冠层光谱特征和株高的马铃薯植株氮含量估算

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农业机械学报 2022年第6期53卷 202-208,294页

作者：樊意广冯海宽刘杨边明博孟炀杨贵军北京市农林科学院信息技术研究中心农业农村部农业遥感机理与定量遥感重点实验室北京100097 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 南京农业大学国家信息农业工程技术中心南京210095 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

为及时准确地掌握作物的植株氮含量(PNC)信息,监测作物生长状况,实现农田氮素施肥的科学管理,以马铃薯为研究对象,首先获取了现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期和成熟期的数码影像,并实测了各生育期的PNC、株高(H)和地面控制... 详细信息

为及时准确地掌握作物的植株氮含量(PNC)信息,监测作物生长状况,实现农田氮素施肥的科学管理,以马铃薯为研究对象,首先获取了现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期和成熟期的数码影像,并实测了各生育期的PNC、株高(H)和地面控制点(GCP)的三维坐标。其次利用各生育期的无人机数码影像与GCP结合生成试验区域的数字正射影像(DOM)和数字表面模型(DSM),并从中提取冠层光谱特征和株高(H_(dsm))。然后将各生育期提取的H_(dsm)和数码影像变量与地面实测的PNC进行相关性分析,从中筛选出相关性较好的影像变量和H_(dsm)作为马铃薯PNC估算模型的输入参数。最后分别基于影像变量和影像变量结合H_(dsm)利用多元线性回归(MLR)、误差反向传播(BP)神经网络和Lasso回归3种方法构建马铃薯PNC估算模型。结果表明:基于DSM提取的H_(dsm)与实测H具有较高的拟合度(R^(2)为0.860,RMSE为2.663 cm,NRMSE为10.234%);各生育期加入H_(dsm),均能提高马铃薯PNC的估算精度和稳定性;各生育期利用MLR方法构建的PNC估算模型优于BP神经网络和Lasso回归。该研究可为马铃薯PNC状况的高效、无损监测提供技术支撑。

关键词：马铃薯植株氮含量株高无人机数码影像冠层光谱特征

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基于LightGBM的温室番茄冠层CWSI预测模型研究

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农业机械学报 2022年第S01期53卷 270-276,308页

作者：孙泉耿磊赵奇慧杨佳昊吕平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 浙江施朗龙山工程设计有限公司杭州310000

为研究温室内番茄冠层作物水分胁迫指数(CWSI)问题,通过布设多参数传感器,实时获取温室内外各环境参数。利用灰度关联分析,计算各环境参数与番茄冠层CWSI的关联度,根据关联度对环境参数进行排序,同时考虑对模型精度的影响,最终从9个环... 详细信息

为研究温室内番茄冠层作物水分胁迫指数(CWSI)问题,通过布设多参数传感器,实时获取温室内外各环境参数。利用灰度关联分析,计算各环境参数与番茄冠层CWSI的关联度,根据关联度对环境参数进行排序,同时考虑对模型精度的影响,最终从9个环境参数中选取7个作为模型输入,建立基于LightGBM的温室番茄冠层CWSI预测模型。结合贝叶斯算法优化其中的关键参数,将模型预测结果与通过Jones经验公式计算出的CWSI做相关性分析,在相同的运算环境下,分别与GBRT和SVR模型对比。试验结果表明,基于贝叶斯优化LightGBM模型的决定系数(R^(2))、平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和运算时间分别为0.9601、0.0218、0.0314和0.0518 s,与GBRT和SVR模型相比,其R^(2)分别提高2.14%和14.05%,MAE分别降低0.0093和0.0612,RMSE分别降低0.0097和0.0591,时间分别缩短0.0459 s和0.0612 s。表明本研究提出的LightGBM模型性能更有效地提高了温室番茄冠层CWSI的预测精度,为实现温室番茄按需灌溉提供了参考。

关键词：温室番茄作物水分胁迫指数预测模型 LightGBM 热红外

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基于数字示波器的车载式土壤电导率检测系统研究

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农业机械学报 2020年第S02期51卷 395-401页

作者：杨玮韩雨李民赞孟超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

在电流电压四端法原理基础上,采用信号发生器替代恒流源作为激励源来提供振幅更大、稳定性更高的正弦信号,以数字示波器替代电压源进行反馈信号检测从而解决电压有效值转换和AD转换频率较慢的问题,改进设计开发了一款基于数字示波器的... 详细信息

在电流电压四端法原理基础上,采用信号发生器替代恒流源作为激励源来提供振幅更大、稳定性更高的正弦信号,以数字示波器替代电压源进行反馈信号检测从而解决电压有效值转换和AD转换频率较慢的问题,改进设计开发了一款基于数字示波器的土壤电导率检测系统。农田现场车载式测量实验分为稳定性检测和定点测量两部分。稳定性实验测试下该检测系统能够稳定读取相关数据。农田定点测量实验结合土壤样本采集和实验室实验,得出每个定点测量点土壤电导率测量值和土壤电导率实验室真值(R2=0.7531)。根据实验中拖拉机牵引犁盘抖动导致电极与待测土壤之间形成的两种测量接触面的情况,分析并消除了实验中拖拉机抖动现象对数据结果的影响后,土壤电导率实测数据与实验数据之间的决定系数R2提高到0.8552~0.9066,表明设备能够在排除测量方式等外界因素影响下,测量精度达到较高水平。实验数据对比结果显示,基于数字示波器的车载式土壤电导率仪能够在农田现场进行稳定测量,并且具有较好的性能和准确度。

关键词：土壤电导率电流电压四端法信号发生器数字示波器

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固体颗粒肥变量撒施控制技术研究现状与展望

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江苏农业科学 2022年第20期50卷 69-77页

作者：张季琴刘刚张东峰姜碧琼仁重义宁夏大学机械工程学院宁夏银川750021 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

变量施肥技术能够按需精准投入肥料,在降低肥料使用量的同时提高作物产量,是实现现代绿色农业发展的重要手段。固体颗粒肥变量撒施控制技术作为变量施肥技术的重要组成部分,能够为实现化肥“减量增效”提供技术支撑。系统分析固体颗粒... 详细信息

变量施肥技术能够按需精准投入肥料,在降低肥料使用量的同时提高作物产量,是实现现代绿色农业发展的重要手段。固体颗粒肥变量撒施控制技术作为变量施肥技术的重要组成部分,能够为实现化肥“减量增效”提供技术支撑。系统分析固体颗粒肥变量撒施控制技术,重点阐述国内外变量撒施、条施控制、工况监测和颗粒肥排肥流量检测技术的研究现状。目前,国内外变量撒施控制技术已基本成熟,近年来的研究主要集中在撒肥盘结构参数优化方面;对于变量条施控制技术的研究主要集中在排肥轴转速控制算法方面,近年来对于排肥轴转速、排肥口开度双变量控制系统的研究已成为热点;工况信息的监测技术已经相对较成熟,但颗粒肥流量的在线检测仍是难点。我国固体颗粒肥变量撒施控制技术研究主要存在控制技术发展不均衡、系统通用性、智能化水平有待提高、市场化程度低等问题。最后为我国变量撒施控制技术的研究与发展提出建议。

关键词：固体颗粒肥变量施肥控制技术工况监测流量检测

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基于图像处理和GBRT模型的表土层土壤容重预测

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农业机械学报 2020年第9期51卷 193-200页

作者：杨玮兰红李民赞孟超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

针对传统的表土层土壤容重测量方法费时、耗力的问题,利用易获得的土壤物理参数实现农田大范围表土层土壤容重的快速、准确预测。通过分析表土层土壤容重与土壤表面粗糙度、土壤阻力的关系,构建了以土壤表面粗糙度和土壤阻力为输入的GBR... 详细信息

针对传统的表土层土壤容重测量方法费时、耗力的问题,利用易获得的土壤物理参数实现农田大范围表土层土壤容重的快速、准确预测。通过分析表土层土壤容重与土壤表面粗糙度、土壤阻力的关系,构建了以土壤表面粗糙度和土壤阻力为输入的GBRT模型,土壤表面粗糙度利用图像处理技术获得,土壤阻力使用实验室车载式阻力测量系统获得。使用同态滤波技术对土壤表面图像进行预处理,提取图像灰度直方图的熵、平均值、方差、偏度和峰度表征图像的纹理特征参数,提取图像灰度共生矩阵的能量、熵、对比度和逆方差表征图像的区域特征参数。利用灰度关联分析,从9个表征土壤表面粗糙度的特征参数和土壤阻力中选取与表土层土壤容重关联度大于0.65的变量作为模型输入,将得到的GBRT模型预测结果与环刀法得到的结果进行相关性分析,R2达到0.8782,平均绝对误差达到0.021 g/cm^3。同时在相同的输入参数和运算环境下,与BPNN和SVR模型的预测精度和运算速度进行了对比,验证得到GBRT模型具有更高的预测精度和更短的运算时间。本文研究结果为科学指导农田表土层土壤容重的获取提供了思路。

关键词：土壤容重图像处理梯度提升决策回归树模型预测土壤表面粗糙度土壤阻力

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农业机械导航技术研究进展

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农业机械学报 2020年第4期51卷 1-18页

作者：张漫季宇寒李世超曹如月徐弘祯张振乾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

农业机械自动导航技术是实施精细农业的基础,可有效减轻农机操作人员的劳动强度,提高作业精度与作业效率。经典的农机自动导航关键技术包括定位测姿、路径规划和运动控制,针对这3项关键技术,分别阐述了基于全球导航卫星系统、惯性导航... 详细信息

农业机械自动导航技术是实施精细农业的基础,可有效减轻农机操作人员的劳动强度,提高作业精度与作业效率。经典的农机自动导航关键技术包括定位测姿、路径规划和运动控制,针对这3项关键技术,分别阐述了基于全球导航卫星系统、惯性导航系统、机器视觉导航系统及多传感器信息融合的农机定位测姿方法,总结归纳了农机自动导航系统中的全局路径与局部路径规划算法,以及农机的运动学模型、导航决策控制方法、转向制动控制系统。随着信息技术的发展,农机智能导航技术受到越来越多的关注,保证作业安全与提高作业效率成为农机智能导航不同于传统自动导航的关键技术。以激光雷达和RGB相机为例综述了农机自主避障技术,并从协同导航模式、通信技术、协同控制、远程监控平台等角度阐明了多农机协同作业的关键技术。最后,结合无人农场和智慧农业对农机智能导航技术未来的发展方向进行了展望。

关键词：农机导航定位测姿路径规划运动控制自主避障多机协同

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基于植物电信号的小麦苗期等渗干旱胁迫与盐胁迫辨识

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农业机械学报 2021年第7期52卷 231-236页

作者：李进海李洋 RICARDO Ferraz de Oliveira 姚杰鹏黄岚王忠义中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 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 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083 圣保罗大学路易斯·德奎罗兹农业学院皮拉西卡巴3538709

针对早期干旱胁迫与盐胁迫在植物处于逆境时难以区分的问题,提出一种基于光诱导植物电信号的干旱胁迫与盐胁迫辨识方法。使用光/暗循环刺激获取了小麦幼苗在正常状态以及等渗干旱胁迫与盐胁迫下的植物叶表面电位,并利用一对一分类策略... 详细信息

针对早期干旱胁迫与盐胁迫在植物处于逆境时难以区分的问题,提出一种基于光诱导植物电信号的干旱胁迫与盐胁迫辨识方法。使用光/暗循环刺激获取了小麦幼苗在正常状态以及等渗干旱胁迫与盐胁迫下的植物叶表面电位,并利用一对一分类策略的支持向量机(One-versus-one support vector machine,OVOSVM)对获取的植物电信号样本进行分类。三折交叉验证结果显示:对正常状态与干旱胁迫下小麦幼苗叶表面电位进行二分类,分类准确率达到100%;对正常状态与盐胁迫下小麦幼苗叶表面电位进行二分类,准确率为94.44%;进行三分类时准确率达到96.30%;对等渗干旱胁迫与盐胁迫下获取的小麦叶表面电位进行二分类,分类准确率为100%。研究表明,植物电信号作为一种辨识逆境胁迫的方法,可对等渗条件下早期干旱胁迫与盐胁迫进行准确区分。

关键词：小麦幼苗叶表面电位光诱导植物电信号等渗干旱胁迫与盐胁迫支持向量机

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四端法土壤电导率传感器恒流源设计与试验

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农业机械学报 2020年第S02期51卷 415-420页

作者：陶毅孟繁佳盛文溢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

土壤信息对于指导农业生产有着极为重要的作用,土壤电导率反映了土壤含水量、盐分、粘粒含量和类型等土壤信息,准确获取土壤电导率对于实现农业精细化生产意义重大。在各种土壤电导率测量方法中,四端法因其成本低、精度高、测量快速和... 详细信息

土壤信息对于指导农业生产有着极为重要的作用,土壤电导率反映了土壤含水量、盐分、粘粒含量和类型等土壤信息,准确获取土壤电导率对于实现农业精细化生产意义重大。在各种土壤电导率测量方法中,四端法因其成本低、精度高、测量快速和操作简便而大量应用于实际测量;恒流源是四端法测量仪器的重要组成部分,其性能直接决定着测量仪器的精度以及测量范围。本文对比了3种恒流源对测量仪器测量性能的影响,发现采用Howland恒流源的四端法测量仪器高电导率测量能力强而低电导率测量范围较小,测量精度最高;采用改进型Howland恒流源的四端法测量仪器低电导率测量范围有所扩大,测量精度良好;采用基于差动放大器的恒流源的电导率仪低电导率测量范围最大,高电导率测量范围较优,测量精度良好。

关键词：土壤电导率恒流源四端法传感器

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利用无人机多源传感器估算马铃薯植株氮含量

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光谱学与光谱分析 2022年第10期42卷 3217-3225页

作者：樊意广冯海宽刘杨边明博赵钰杨贵军钱建国农业农村部农业遥感机理与定量遥感重点实验室北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097 南京农业大学国家信息农业工程技术中心江苏南京210095 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 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 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院辽宁阜新123000

快速准确地获取作物的植株氮含量(PNC)信息,是农业精细化管理的关键和数字农业发展的研究热点。近年来,随着无人机和传感器技术的发展,利用多种传感器信息监测作物理化参数逐渐引起国内外学者的关注。以马铃薯为研究对象,首先,基于无人... 详细信息

快速准确地获取作物的植株氮含量(PNC)信息,是农业精细化管理的关键和数字农业发展的研究热点。近年来,随着无人机和传感器技术的发展,利用多种传感器信息监测作物理化参数逐渐引起国内外学者的关注。以马铃薯为研究对象,首先,基于无人机获取了马铃薯现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期和成熟期的高光谱影像和数码影像,同时采集各生育期的地面数码影像,并实测了株高(H)、PNC和11个地面控制点(GCPs)的三维空间坐标。其次,利用无人机数码影像结合GCPs生成试验区域的数字表面模型(DSM),分别从无人机数码影像和DSM中提取马铃薯的地面覆盖度(VC)和株高(H),并利用地面数码影像计算的覆盖度(VC)和实测H验证提取的VC和H的精度。然后,根据高光谱反射率数据计算绿边参数(GEPs),构造GEPs×H×VC,GEPs/(1+VC),(GEPs+VC)×H和GEPs/(1+H)4种融合特征参数(FFPs),对高光谱影像信息和数码影像信息进行融合。最后,将各生育期提取的GEPs和构造的FFPs分别与PNC作相关性分析,筛选最优绿边参数(OGEP)和最优融合特征参数(OFFP)构建5个生育期的PNC线性估算模型,并根据相关性较高的GEPs和FFPs利用偏最小二乘(PLSR)和人工神经网络(ANN)2种回归方法构建PNC的多参数估算模型,结果表明:(1)基于无人机数码影像提取的H和VC具有较高的精度,可以代替实测H和VC估算作物理化参数。(2)与GEPs相比,前4个生育期,构造的大部分FFPs与PNC的相关性更高,能更好地反映马铃薯的氮营养状况。(3)马铃薯5个生育期,OFFP估算PNC的效果优于OGEP。(4)与单参数模型相比,基于GEPs和FFPs利用PLSR和ANN 2种方法构建的模型精度和稳定性均明显提高,其中,以FFPs为模型因子利用ANN方法构建的模型效果最好。该研究表明融合高光谱绿边参数和高清数码相机传感器提取的株高和覆盖度信息能显著提升PNC的估算精度,可为马铃薯氮营养状况的动态无损监测和多源传感器信息的应用提供参考。

关键词：植株氮含量无人机多源传感器绿边株高覆盖度

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