科研产出
基于拉曼成像技术的面粉中抗坏血酸添加剂定量检测研究
《光谱学与光谱分析 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：抗坏血酸是一种常见的面粉品质改良剂,用于改善面团的流变学特性及面包的烘焙品质。本研究以面粉中含不同浓度抗坏血酸的混合样品为研究对象,通过拉曼成像技术实现面粉中抗坏血酸的检测、识别和定量分析。分别采集面粉、抗坏血酸和面粉-抗坏血酸混合样品的拉曼图像,确定感兴趣区域及光谱范围,以抗坏血酸拉曼光谱中强度较高且区别于面粉的3处拉曼峰(631, 1 128和1 658 cm-1)为依据对混合样品的平均拉曼光谱进行分析,结果显示其不能有效评估面粉中抗坏血酸含量,研究探索对图像中各像素点对应的拉曼光谱进行分析以实现面粉中抗坏血酸的有效检测。以混合样品图像中各像素点拉曼光谱作为校正集、面粉平均拉曼光谱和抗坏血酸平均拉曼光谱的线性组合光谱作为验证集建立偏最小二乘模型,模型的回归系数用于将混合样品的三维拉曼图像重建为二维灰度图像,通过阈值分割实现面粉中抗坏血酸的检测和识别,根据识别结果建立定量分析模型。结果显示,偏最小二乘模型的最高和最低回归系数分别对应于抗坏血酸和面粉的最强拉曼峰,所有回归系数应用于混合样品拉曼图像将其转换为灰度图像后面粉和抗坏血酸的像素点仍难以识别,阈值分割方法将灰度图像转换为用于分类面粉像素和抗坏血酸像素的二值图像实现了面粉中抗坏血酸的有效检测。通过分析各浓度混合样品对应子样品中识别到的抗坏血酸像素点数确定本研究对面粉中抗坏血酸的最低检测浓度为0.01%(100 mg·kg-1),混合样品中抗坏血酸浓度同图像中识别到的抗坏血酸像素点在0.01%～0.20%范围内具有良好的线性关系,决定系数为0.996 0。研究结果可为面粉中抗坏血酸添加剂的定量检测提供方法支持,为大规模快速筛查提供了技术参考。
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基于改进分离阈值特征优选的秋季作物遥感分类
《农业机械学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了提高秋季作物分类精度,以多时相的Sentinel-2为数据源,以生育进程相近的秋季作物为分类对象,提出一种基于Relief F算法和信息熵改进分离阈值算法（Modified ISEa TH-based entropy,EMISE）的多评价准则融合特征优选算法——改进分离阈值组合式特征优选算法（Modified EMISE-based Relief F,Re EMISE）,并分析了不同特征对秋季作物分类的重要性。首先,利用Relief F算法对特征进行初选,结合EMISE算法对2种评价准则进行融合,再优化初选特征集,进而利用随机森林（Random forest,RF）方法提取农作物种植面积,并与单评价准则的Relief F算法和EMISE算法的随机森林分类精度进行比较。同时,利用多时相光谱特征、传统指数特征、红边指数特征、纹理特征、不同时相波段差值特征、不同时相波段比值特征及优选特征,通过7组不同的特征组合提取秋季作物种植面积,分析不同特征组合对秋季作物分类精度的影响。结果表明:Re EMISE特征优选的随机森林法在特征变量为9个时精度最高,总体精度和Kappa系数分别为95.391 8%和0.939 7;综合多特征是提高农作物分类精度的关键,在多时相光谱特征基础上分别加入传统指数特征和红边特征,总体精度分别提高1.502 1、1.571 5个百分点,Kappa系数分别提高0.019 8、0.020 7。因此综合多特征的Re EMISE特征优选的随机森林法可以有效提高秋作物分类精度和效率。
关键词： 秋季作物 遥感分类 特征优选 改进分离阈值组合式特征优选算法 随机森林
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农业4.0时代的农业物联网技术应用及创新发展趋势
《农业工程技术 》 2021
摘要：农业4.0时代是融合智能互联网、物联网、大数据等新技术,实现农业生产高度智能化、生态化生产管理的时代。文章围绕当前农业发展需求,分析了农业物联网信息感知、信息传输、信息处理等关键技术,结合农业物联网技术特点及农业物联网创新发展趋势提出建议,包括优化创新农业物联网信息感知技术,深入发展农业智能信息处理技术,规范农业物联网标准,降低物联网设备成本,加强建设相关平台设施,加强配套专业人才队伍建设等,在此基础上,以农业物联网在设施农业中的应用为案例,分析了物联网技术在设施农业生产效能提升中发挥的作用,说明物联网技术可以为智慧农业发展提供有力支撑。
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基于无人机高光谱特征参数和株高估算马铃薯地上生物量
《光谱学与光谱分析 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：地上生物量(above-ground biomass,AGB)是评价作物长势及其产量估测的重要指标,对指导农业管理具有重要的作用.因此,快速准确地获取生物量信息,对于监测马铃薯生长状况,提高产量具有重要的意义.于马铃薯现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期、成熟期获取成像高光谱影像、实测株高(heigh,H)、地上生物量和地面控制点(ground control point,GCP)的三维空间坐标.首先基于无人机高光谱灰度影像结合GCP生成试验田的DSM(digital surface model,DSM),利用DSM提取马铃薯的株高(Hdsm);然后利用无人机高光谱影像计算一阶微分光谱、植被指数和绿边参数,进而分析高光谱特征参数(hyperspectral characteristic parameters,HCPs)和绿边参数(green edge parameters,GEPs)与马铃薯AGB的相关性,每个生育期筛选出相关性较高的前7个高光谱特征参数和最优绿边参数(optimal green edge param-eters,OGEPs);最后基于HCPs,HCPs加入OGEPs,HCPs加入OGEPs和Hdsm的组合利用偏最小二乘回归(partial least square regression,PLSR)和随机森林(random forest,RF)估算不同生育期的AGB.结果表明:(1)提取的Hdsm与实测株高H高度拟合(R2=0.84,RMSE=6.85 cm,NRMSE=15.67%);(2)每个生育期得到的最优绿边参数不完全相同,现蕾期、块茎增长期和淀粉积累期OGEPs为Rsum,块茎形成期和成熟期OGEPs分别为Drmin和SDr;(3)与仅使用HCPs估算AGB相比,使用HCPs加入OGEPs,HCPs加入OGEPs和Hdsm在马铃薯不同生育期可以提高AGB估算精度,且以后者为自变量提高精度的幅度更大;(4)每个生育期利用PLSR和RF估算AGB的建模和验证R2从现蕾期到块茎增长期呈上升趋势,随后开始降低,整体上R2呈先上升后下降的趋势,通过PLSR方法构建的估算AGB模型效果优于RF方法,其中块茎增长期表现效果最好.因此,高光谱特征参数中结合最优绿边参数和株高,并使用PLSR方法可以改善马铃薯AGB的估算效果.
关键词： 马铃薯 地上生物量 高光谱特征参数 绿边参数 株高
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农业绿色发展背景下的小麦化肥减量化研究
《农业经济 》 2021 北大核心
摘要：目前中国小麦生产中,普遍存在着化肥过量施用问题.本研究参照中国小麦区域大配方施肥标准,测算了小麦主产区的化肥减量目标,并结合小麦主产区的化肥施用总量、播种面积、单位面积化肥施用强度及吨粮化肥施用量综合分析了小麦的化肥施用现状,精准识别了化肥急需减量的关键地区,并进一步探索了种植小麦的化肥减量路径.
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辽河流域土壤中微(中)塑料的丰度、特征及潜在来源
《环境科学 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：以辽河流域为研究对象,基于密度浮选原理,结合体视显微镜及显微红外光谱（μ-FTIR）,对辽河流域土壤中微（中）塑料的形貌、丰度及分布特征进行了系统地研究,并合理推测了影响微（中）塑料分布的主要因素及潜在来源.结果表明,土壤微（中）塑料平均丰度为（145.83±211.46） n·kg-1.微（中）塑料以碎片（46.00%）、<1 000μm （39.57%）、聚丙烯（PP）（41.71%）和白色（46.86%）为主.其中,聚乙烯（PE）主要形状是薄膜和碎片（96.91%）,PP主要形状是碎片（85.62%）,聚苯乙烯（PS）主要形状是泡沫,人造丝（Rayon）、聚酯纤维（PES）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）微（中）塑料以纤维状为主（> 85%）.工业活动（快递公司、塑料厂、服装厂）、农业活动（地膜覆盖、污水灌溉、污泥堆肥）、人口密度和污水处理厂等都可能会导致土壤中微（中）塑料丰度的较高水平.污水排放及其灌溉、塑料制品（农药瓶、化肥包装袋、塑料农膜、编织袋等）和用于装饰、包装、运输的泡沫材料等是辽河流域土壤中微（中）塑料的潜在来源.
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