科研产出
基于Sentinel-2时序数据的广东省英德市茶园分类研究
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：茶叶是一种高附加值的经济作物,是我国南方山区乡村振兴的主要抓手.由于毁林种茶等破坏行为,导致森林资源破坏并引发水土流失等生态环境问题.快速准确获取茶园的空间分布对于政府监管和茶叶产业的规划发展至关重要.由于研究区天气多阴雨,茶园分布较为分散,与森林等植被光谱较为接近等原因,导致基于卫星影像提取茶园挑战性较大.为了摸清英德市的茶园空间分布,系统分析了中高分辨率的多光谱Sentinel-2影像数据,结合多时序多特征信息在茶园提取中的应用潜力.以英德市全境为研究区,选用2019年—2021年的9期Sentinel-2影像数据,详细分析了茶树生长的物候特征,进一步探究了茶园和其他地类在多时序中的特征变化,采用Relief算法对所有特征进行重要性排序.根据特征排序结果,选取特征权重值加权90%的特征因子,即7个植被指数特征和2个纹理特征,通过不同的组合排序构建了 9种茶园分类场景,采用RF算法对所有分类场景进行精度评价,选取最佳分类场景,进一步探讨了 RF分类算法和SVM分类算法对茶园提取的可行性.结果表明:(1)在进行英德市茶园提取时,2月和10月是采用多时相构造茶园多特征的最佳组合,可能因2月茶树处于萌芽期长出部分嫩绿的新叶易于和森林植被区分且在10月前后由于茶园进行了修剪其特征也较明显,因此两时相特征融合易于区分茶园.(2)RF分类方法与SVM分类方法相比,后者的精度较高,其总体精度达到91.56%,Kappa系数为0.89,生产者精度和用户精度分别为80.22%和84.56%.该研究为快速高效获取英德市茶园空间分布信息提供了一种高效的方法,同时为政府在进行茶叶产业规划、管理提供了数据支持.
关键词： 茶园 Sentinel-2 时序特征 机器学习 分类
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制种玉米去雄无人机旋切装置设计与试验
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对制种玉米母本植株由地面去雄机械去雄后存在遗漏雄穗及机械化补漏去雄装备缺乏等问题，提出了一种适配四旋翼无人机的旋切装置。基于去雄无人机作业特点与稳定性影响因素，分析了刀具切割雄穗时的受力及其对无人机反扭力矩的影响，并轻量化设计了旋切装置总体结构，确定了旋切装置的旋切范围为44～150 mm,可展范围为541～1 318 mm,总质量为4.03 kg。通过旋切部件切割建模与仿真，选取了竖直进给切割的旋切方式，并由台架试验得到了旋切装置切割反扭力矩最小时的最优参数组合。在上述基础上将旋切装置与无人机集成开展田间试验。研究表明，当旋切转速3 954 r/min、竖直进给速度5.9 mm/s、刀具刃角32°时，旋切装置单位切割力为10.54 MPa,能完全切除雄穗，去雄无人机田间叶片损伤率为14.58%,高度波动率为1.88%,满足制种玉米去雄要求。
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控释掺混肥对麦玉轮作体系农田温室气体排放和硝态氮残留的影响
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为阐明控释肥对冬小麦-夏玉米轮作体系作物产量、温室气体排放和硝态氮残留的影响，该研究以郑单958（夏玉米）和济麦22（冬小麦）为供试材料，设不施氮对照（CK）、常规施氮（FFP）、优化施氮（OPT）、含30%控释尿素的控释掺混肥（夏玉米）和含50%控释尿素的控释掺混肥（冬小麦）（CRBF1）、含50%控释尿素的控释掺混肥（夏玉米）和含70%控释尿素的控释掺混肥（冬小麦）（CRBF2）共5个处理，对比分析了不同处理的冬小麦、夏玉米及周年产量、温室气体排放和土壤硝态氮残留的差异。结果表明，施氮可显著提高麦玉轮作系统单季和周年作物产量（P＜0.05）。与FFP相比，CRBF1和CRBF2处理的夏玉米、冬小麦和周年产量分别提高了1.4%～3.0%、1.9%～3.4%和1.6%～3.1%（P＞0.05）。施氮显著增加了麦玉轮作体系的土壤N2O和CO2的周年排放（P＜0.05）。CRBF1和CRBF2处理的土壤N2O周年排放总量较FFP处理显著降低了27.7%～34.6%（P ＜0.05）。施氮显著增加了麦玉轮作体系的周年全球增温潜势（GWP）（P＜0.05）。CRBF1和CRBF2处理的周年GWP较FFP处理降低了4.2%和5.7%，其中CRBF2处理差异显著（P＜0.05）。施氮降低了麦玉轮作体系的周年温室气体排放强度（GHGI）。CRBF1和CRBF2处理的周年GHGI较FFP处理降低了5.6%～8.6%（P＞0.05）。与FFP相比，CRBF1和CRBF2处理的100～200 cm土层硝态氮残留降低30.6%～34.3%（P＜0.05），减少了硝态氮淋失风险。综上所述，控释掺混肥在稳定作物产量、减少温室气体排放和土壤硝态氮残留方面具有积极作用，研究结果可为麦玉轮作体系的轻简高效氮肥管理提供数据支持和理论支撑。
关键词： 产量 温室气体 排放 冬小麦-夏玉米轮作 控释掺混肥 硝态氮残留
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聚乙烯醇/3-巯基丙酸-InP/ZnS量子点荧光薄膜测定水中铜离子
《食品科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：以3-巯基丙酸（3-mercaptopropionic acid,MPA）修饰的In P/Zn S量子点（MPA-In P/Zn S QDs）作为荧光敏感材料，以聚乙烯醇(poly（vinyl alcohol）,PVA)作为基质材料，开发一种PVA/MPA-In P/Zn S QDs荧光薄膜，用于水中痕量Cu2+的快速检测。对荧光薄膜的微观结构、光学特性及机械性能等进行表征，结果表明：PVA与MPA-In P/Zn S QDs之间通过氢键相互作用；PVA/MPA-In P/Zn S QDs荧光薄膜的荧光强度与Cu2+浓度（0～1 000 nmol/L）呈高度线性相关（R2=0.95），检测限为23 nmol/L，响应时间为6 min；最后，将PVA/MPA-In P/Zn S QDs荧光薄膜应用于饮用水、饮料和酒中Cu2+的检测，结果表明，本研究所构建的PVA/MPA-In P/Zn S QDs荧光薄膜能够用于实际样品中痕量Cu2+检测，具有选择性高、响应快速及便携性强的优点，应用前景广泛。
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基于立体错位栽培架的工厂化水培生菜搬运装置设计与试验
《江苏大学学报(自然科学版) 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：工厂化水培生菜立体错位栽培系统是在不影响生菜光照的基础上，兼顾提高单位面积栽培株数而发展起来的一种生菜栽培方法.为提高该系统机械化率、降低劳动强度，针对立体错位栽培架特点，提出了在定植盘推入前将定植杯抬起一定高度，使定植杯跨过栽培槽堵头，再将定植盘推上栽培槽的方法，并开发出一套定植盘搬运装置.以生菜定植盘为试验对象，采用Box-Behnken试验设计方法探究影响搬运装置上盘成功率的因素，并寻求最优参数组合，试验结果表明：当栽培槽水平安装误差为0～5 mm、导向板角度为60°、推进速度为0.22 m/s时，上盘成功率达到99.33%,满足工厂化水培生菜立体错位生产需求.
关键词： 生菜 立体错位栽培 搬运装置 响应面分析 参数优化
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土壤重金属含量变化的影响因素多目标识别方法
《环境科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：识别土壤重金属含量变化影响因素是减少或防治土壤重金属污染的基础.以北京市昌平区农业试验田为例,首先分析2012和2022年重金属As、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量变化;其次基于地理探测器分别从单目标和多目标水平探测重金属含量变化的影响因素;最后设置与相关性分析方法和已有研究的对比试验,评估影响因素识别方法的有效性.结果表明人类活动因素加剧了研究区域内土壤重金属含量的变化:(1)在单目标水平探测上,土地利用类型是Cr、Cu和Zn含量变化的主要影响因素,而年沉降通量影响As的含量变化;交互探测结果显示各个因子间均具有增强效应,人类活动因素的交互作用占主导;(2)多目标水平探测结果涵盖单目标水平探测结果且能够识别出更多的影响因素,土地利用类型影响Cu、Zn、Cr、Ni和As的含量变化,As和Zn含量变化受到年沉降通量影响;(3)耦合地理探测器和主成分分析的多目标识别方法可以更加有效地识别出土壤重金属含量变化的影响因素,比单个土壤重金属相关性分析方法更为有效.研发的重金属含量变化影响因素多目标识别方法可为区域土壤重金属污染监测与宏观管理提供技术支撑.
关键词： 重金属 空间分析 影响因素 地理探测器 主成分分析(PCA) 地块尺度
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联合收获机轻量级数字孪生系统构建方法研究
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对现有农机装备数字孪生系统开发难度大、配置要求高以及资源占用过高的问题，提出基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统构建方法，包含物理、虚拟、数据交互、模型计算以及人机交互等多个子系统的实现方法。基于数字孪生的技术特点和联合收获机的作业特性，设计了一种基于JavaScript语言的轻量级数字孪生系统框架。通过采用Solidworks和CMdevelopment kit工具进行数字孪生系统的模型轻量化处理及坐标系整合，实现了在不影响模型精度和功能的前提下，显著降低系统对硬件要求和内存占用量。以雷沃GM100型联合收获机为对象，开发基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统，为联合收获机孪生系统性能分析、实时监控、瞬时计算以及远程操纵提供联合仿真、分析以及验证平台。为验证数字孪生系统性能和功能，开展了孪生系统性能测试及油耗预测实验。实验结果表明，在数据更新频率20 Hz下，响应时间在78 ms以内，内存占用量在331 MB以内；性能测试中，系统在运行状态下CPU和GPU的平均占用率分别为17%和30%;即使在高强度操作下，系统帧率仍可保持在75.6 f/s;在正常作业下油耗预测模型平均误差为0.34 L/h,平均相对误差仅为2.51%。本系统提供了一种低成本、高效率的数字孪生轻量化构建方案。
关键词： 联合收获机 数字孪生 轻量级 运动逻辑建模 齐次矩阵
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基于TOPSIS和耦合协调度的高标准农田改造提升项目遴选
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：科学确定高标准农田改造提升的重点区域是切实发挥高标准农田建设成效、提升粮食生产能力的关键.该研究以山东省乐陵市为研究区,运用层次分析法和优劣解距离法(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)构建考虑农田基础设施、耕地地力质量和水资源利用状况的高标准农田改造提升迫切性评价体系,并基于维度间的耦合协调度及其空间特征划定改造提升项目区.结果表明:1)乐陵市已建高标准农田占耕地面积的87.93%,西南和东部地区建设基础较好,南部和中部薄弱;高等地力农田面积较少,分布于中南地区和东北地区;水资源利用状况总体呈现"中部高、北部和南部低"的特征.2)农田基础设施、耕地地力质量和水资源利用状况3个维度间的耦合协调度指数为0.41~0.85,高值聚集分布于西南部、东部和东北部,低值聚集分布于南部和西北部,中值交叉分布于中西部和中南部地区.3)基于耦合协调度指数及其空间特征遴选出12个高标准农田改造提升项目区,根据指数分级结果从低到高确立为近期(8633.23 hm2)、中期(11004.64 hm2)、远期(9102.62 hm2)建设项目.结合各项目区立地条件和高障碍度、高频率障碍因子,建议围绕资金整合、水源保障、设施配套、地力提升、结构改良等方面分类推进.该方法对于高标准农田改造提升区域选择以及重点建设方向确定具有一定借鉴价值.
关键词： 高标准农田 改造提升 迫切性评价 耦合协调度 选址
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不同光质对黄伞菌菇光谱特性及矿质元素的影响
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：食用菌子实体发育阶段对光较为敏感，目前尚无黄伞菌菇生长及营养品质对不同光谱照射响应的相关研究。在人工光型植物工厂中种植黄伞菌菇(Pholiota adiposa),以纯白光为对照(CK),设置纯绿(G)、纯蓝(B)、纯红(R)、红蓝(RB)4个处理，光照周期为12 h光照/12 h黑暗。通过分析不同光质对黄伞子实体性状、光谱特性和矿质元素的影响，探究适宜黄伞菌菇生长发育的最佳光配方。结果表明：与其他处理相比，红光显著提高了黄伞菌柄长度及子实体重量，分别比对照提高78.4%和90.0%(p<0.05);蓝光显著促进黄伞菌柄直径和菌盖直径的增加，分别比对照增加22.8%和19.1%(p<0.05);各处理菌盖厚度无显著性差异，说明光质对菌盖厚度的影响不大。与对照相比，各处理黄伞菌盖光谱参量Hue(色相)值均有所提高(增幅5.3%～28.9%),而菌柄Hue值均有所降低(降幅26.3%～46.7%);绿光处理下黄伞菌盖和菌柄色泽饱和度C值、 MACRI值和PRI值等色度光谱参量均有所提高。与对照相比，各光质处理均提高了菌盖中P、 K元素含量，但不同程度地降低了菌柄中K、 Ca、 Mg、 Na、 Mn元素含量；绿光提高了除Ca、 Na元素外其他所有矿质元素的积累量，且均为处理间最高。红光有利于黄伞菌柄增长及子实体重量增加，蓝光有利于促进黄伞菌柄和菌盖直径的增加，而绿光有利于黄伞的着色及其矿质元素的积累。该研究为特色菌菇黄伞工厂化生产中光环境的调控提供一定的理论依据。
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控释掺混肥对麦玉轮作体系作物产量和温室气体排放的影响
《环境科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究控释掺混肥一次性施肥对华北平原麦玉（冬小麦和夏玉米）轮作体系作物产量和温室气体排放的影响，于2020～2022年在德州市现代农业科技园区开展田间试验.冬小麦和夏玉米均设不施氮对照（CK）、农户习惯施氮（FFP）、优化施氮（OPT）、CRU1（包膜尿素与普通尿素在冬小麦和夏玉米上的掺混比例分别为5∶5和3∶7）、CRU2（包膜尿素与普通尿素在冬小麦和夏玉米上的掺混比例分别为7∶3和5∶5）共5个处理.对比分析了不同处理的作物产量、氮肥利用效率、施肥经济效益和温室气体排放的差异.结果表明，施氮可显著提高麦玉轮作系统单季和周年作物产量（P＜0.05）.与FFP相比，CRU1和CRU2处理的夏玉米、冬小麦和周年产量分别提高了0.4%～5.6%、-5.4%～4.1%和-1.1%～3.9%（P＞0.05）；氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力分别提高了-8.6%～43.4%、2.05～6.24 kg·kg-1和4.24～10.13 kg·kg-1；周年净收益提高了0.2%～6.3%.施氮显著增加了麦玉轮作体系的土壤N2O和CO2的周年排放（P＜0.05），但对CH4周年排放没有影响（第1年FFP处理除外）.CRU1和CRU2处理的土壤N2O周年排放总量较FFP处理显著降低了23.4%～30.2%（P＜0.05）.施氮显著增加了麦玉轮作体系的周年全球增温潜势（GWP）（P＜0.05），但各施氮处理通过提高作物产量降低了温室气体排放强度.与FFP相比，CRU1和CRU2处理的周年GWP降低了9.6%～11.5%（P＜0.05），周年温室气体排放强度（GHGI）降低了11.2%～13.8%（P＞0.05）.综上所述，一次性减量施用控释掺混肥在减少氮肥和人工投入、提高作物产量、经济效益和降低温室气体排放方面具有积极作用，是促进华北平原粮食作物清洁生产的有效氮肥管理措施.
关键词： 麦玉轮作体系 产量 控释掺混肥 氮肥利用效率 温室气体排放 全球增温潜势
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