科研产出
小波分析的茶鲜叶全氮含量高光谱监测
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：茶是世界上最受欢迎的饮料之一,而氮素(N)是影响茶叶品质的主要成分之一,因此快速准确地估算N素含量至关重要.由于测定N含量的化学方法繁琐耗时,利用高光谱对茶鲜叶中N含量进行预测,利用连续小波转换(CWT)提取的小波系数,探究CWT不同分解层数对于N素含量的估测能力,并讨论了不同波长选择算法所建模型的预测效果.首先,采集广东省英德市茶园的151个茶鲜叶样品高光谱数据,将获得的原始光谱通过卷积平滑(SG)、去趋势(Detrending)、一阶导数(1st)、多元散射校正(MSC)和标准正态变量变换(SNV)五种预处理方法进行预处理并作为参考.其次,采用连续小波对原始光谱进行初步处理生成多尺度小波系数,并进行相关性分析,分别利用连续投影算法(SPA)、竞争性自适应加权采样法(CARS)和变量组合集群分析(VCPA)方法进一步优化CWT变换后光谱数据的变量空间,最后,以特征变量为输入使用PLSR建立了N素定量监测模型,并对比不同尺度不同方法估算N素的效果.结果表明,连续小波分析方法可有效提升茶鲜叶光谱对N素含量的估测能力,明显优于常规光谱处理方法.经连续小波分解后,对茶鲜叶N素的预测能力随分解尺度的增加整体呈逐步降低的趋势,其中在1~6尺度连续小波变换后的光谱与茶鲜叶N素存在良好的相关性,表明小尺度的连续小波分解可有效应用于茶鲜叶N含量的监测.基于CWT(1)-VCPA方法建立的模型精度最高,且变量数相比于全波段减少了99.34%,其建模与预测R2达到0.95和0.90,相比于传统光谱处理方法,精度提升了11%,证明CWT-VCPA可以有效降低光谱维度并大幅提升模型精度.实现了茶叶N素含量的高效量化预测,为评估茶叶的其他成分提供了可靠技术参考.
关键词： 茶鲜叶 氮素 连续小波变换 高光谱 变量组合集群分析
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基于高光谱与集成学习的单粒玉米种子水分检测模型
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为建立单粒玉米种子水分含量的高精度检测模型，制备了80份不同水分含量的玉米种子样本。针对玉米种胚朝上和种胚朝下分别进行高光谱反射图像采集，每份样本取样100粒，波长范围为968.05～2 575.05 nm。采用PCA快速提取单粒种子光谱，经多元散射校正预处理后，分别采用随机森林(RF)和AdaBoost算法建立单粒种子水分检测模型，并集成两种算法特征提出基于加权策略的改进RF用于单粒种子水分含量建模。利用单粒玉米种子胚朝上的光谱信息建立的改进RF模型训练集相关系数R为0.969,训练集均方根误差(RMSEC)为0.094%,测试集R为0.881,测试集均方根误差(RMSEP)为0.404%;利用单粒玉米种子胚朝下的光谱信息建立的改进RF模型训练集R为0.966,RMSEC为0.100%,测试集R为0.793,RMSEP为0.544%。实验结果表明：改进RF的泛化能力和预测精度明显优于RF和AdaBoost算法；种胚朝上的单粒玉米种子水分含量检测模型优于种胚朝下的模型。高光谱检测技术结合集成学习算法建立的玉米种子水分检测模型预测精度高，稳健性好。
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基于多语义特征的农业短文本匹配技术
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：“中国农技推广APP”农业问答社区存在提问数据量大、规范性差、涉及面广、噪声多、特征稀疏等影响文本语义匹配的问题，为了改善农业提问数据相似性判断的性能，提出了融合多语义特征的文本匹配模型Co＿BiLSTM＿CNN,从深度语义、词语共现、最大匹配度3个层面提取短文本特征，并利用共享参数的孪生网络结构，分别运用双向长短期记忆网络、卷积神经网络和密集连接网络构建文本匹配模型。试验结果表明，该模型可以更全面提取文本特征，文本相似性判断的正确率达94.15%,与其他6种模型相比，文本匹配效果优势明显。
关键词： 农业短文本匹配 多语义特征 词语共现 双向长短期记忆网络 卷积神经网络
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基于改进YOLOV5s网络的奶牛多尺度行为识别方法
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：奶牛站立、喝水、行走、躺卧等日常行为与其生理健康密切相关,高效准确识别奶牛行为对及时掌握奶牛健康状况,提高养殖场经济效益具有重要意义.针对群体养殖环境下奶牛行为数据中,场景复杂、目标尺度变化大、奶牛行为多样等对行为识别造成的干扰,该研究提出一种改进YOLOV5s奶牛多尺度行为识别方法.该方法在骨干网络顶层引入基于通道的Transformer注意力机制使模型关注奶牛目标区域,同时增加路径聚合结构的支路与检测器获取奶牛行为图像的底层细节特征,并引入SE(Squeeze-and-Excitation Networks)注意力机制优化检测器,构建SEPH(SE Prediction Head)识别重要特征,提高奶牛多尺度行为识别能力.试验验证改进后的奶牛行为识别模型在无权重激增的同时,多尺度目标识别结果的平均精度均值较YOLOV5s提高1.2个百分点,尤其是对奶牛行走识别结果的平均精度4.9个百分点,研究结果为群体养殖环境下,全天实时监测奶牛行为提供参考.
关键词： 机器视觉 图像识别 奶牛行为识别 YOLOV5s Transformer 多尺度 注意力机制
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香蕉单宁的提取、结构及功能研究进展
《食品科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：单宁作为植物多酚家族的一员，具有抗氧化、抗肿瘤和抗炎症等生理活性，被广泛应用于食品、医药和制革等行业中。香蕉是“世界四大水果”之一，被证明含有丰富的单宁，但鲜有关于香蕉单宁近年来研究进展的总结。因此，本文对香蕉单宁的提取、结构及功能研究进展进行系统性综述。目前，关于香蕉单宁提取工艺的研究主要围绕溶剂提取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法和酶辅助提取法展开，化学结构研究包括对其分子质量分布、聚合度范围、主要化学组成、结构单元及其连接方式的阐明，而功能活性研究则集中在评价香蕉单宁的抗氧化、抗菌、降血脂、降血糖、降低农药对机体毒性、结合金属离子和吸收紫外线等方面的作用。最后，对香蕉单宁今后的研究方向趋势提出展望，以期为扩大其在食品行业中的应用提供一定的理论指导。
关键词： 香蕉单宁 提取工艺 化学结构 功能活性 水解单宁 缩合单宁
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生菜生产到消费全程金黄色葡萄球菌的定量风险评估
《食品科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：目的:评估即食生菜金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)引起食物中毒的风险,为风险管理措施的选择提供理论支持.方法:排查生菜在大棚和露地两种种植方式下各环境样本的污染率及污染水平,结合居民消费习惯和生菜中金黄色葡萄球菌的生长模型,描述生菜从农田到餐桌过程中金黄色葡萄球菌的变化,从危害识别、危害特征描述、暴露评估和风险特征描述4方面评估我国即食生菜导致金黄色葡萄球菌中毒的风险.结果:大棚生菜的土壤中有金黄色葡萄球菌检出,检出率为0.04%,污染水平为-8.72~3.01(lg(CFU/g)),经过灌溉、采收、运输、销售、购买、贮藏及清洗等过程,生菜中金黄色葡萄球菌在食用前的污染平均值为-1.95(lg(CFU/g)),90%置信区间为-8.98~4.40(lg(CFU/g)).评估结果表明,我国因即食生菜导致金黄色葡萄球菌中毒的概率为2.72×10-4,每年因此引发的食物中毒病例约为77万人.敏感性分析结果显示,土壤中金黄色葡萄球菌的初始污染水平对生菜中金黄色葡萄球菌的污染水平影响最大,其次为家庭贮藏温度及食用前清洗过程;控制生菜种植卫生环境、合理使用冰箱及清洗生菜可有效降低即食生菜引起金黄色葡萄球菌中毒的风险.
关键词： 金黄色葡萄球菌 生菜 种植 市场 消费 定量风险评估
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考虑喷雾高度的大田蔬菜对靶喷雾系统设计与试验
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对喷雾高度影响大田对靶喷雾准确性问题,该研究设计了融合喷雾高度的大田蔬菜对靶喷雾系统,适用于株间距大、冠层尺寸小的作物.介绍了大田蔬菜对靶喷雾系统的结构组成及工作原理,根据对靶喷雾作业环节的滞后特性,建立对靶喷雾滞后模型,提出融合靶标位置、靶标大小、喷雾机作业速度和喷雾高度的对靶喷雾控制方法,基于C37控制器设计了稳压喷雾系统和对靶喷雾控制系统,并进行试验验证.不同喷雾高度对靶试验结果表明,在作业速度为0.52 m/s的情况下,融合喷雾高度的对靶喷雾平均绝对误差和均方根误差分别不高于3.63和4.26 cm,比未融合喷雾高度的平均绝对误差平均减小4.30 cm,均方根误差平均减小4.57 cm,有效喷施率不低于92.6%,验证了融合喷雾高度对靶喷雾的可行性.田间试验结果表明,随着作业速度的增加,对靶喷雾有效喷施率和平均有效覆盖率下降.在作业速度不大于0.49 m/s时,对靶喷雾有效喷施率为93.5%,平均有效覆盖率为80.2%.较于连续喷雾方式,对靶喷雾节药率可达33.8%,可满足大田株间距大、冠层尺寸小的作物对靶植保作业需求.
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基于智能合约的果蔬区块链溯源数据存储方法研究
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：随着区块链农产品溯源技术的发展，果蔬产品质量安全得到保障。由于我国果蔬产品溯源跨度大、追溯周期长、涉及面广，并且区块链网络数据账本由全网节点共同记账备份，海量溯源数据存储压力大，同时所有数据透明共享，造成供应链溯源数据无法全部上链，引起产品数据上下游溯源企业共享不及时、追溯数据安全性难以得到保障、监管部门无法实时监管全部溯源数据，出现农产品质量安全问题时，责任无法定位、产品难以找到问题源头。基于上述问题，设计基于区块链多链架构的果蔬产品溯源框架，设计溯源数据存储模型，并通过智能合约实现溯源数据分类链上加密存储、链间授权访问、基于授权凭证解密查询，保证果蔬全供应链溯源隐私数据密文上链，减缓区块链存储压力、实现上下游溯源企业隐私数据无孤岛授权共享。基于联盟链Hyperledger Fabric通道技术实现多链溯源系统，经过扩散性测试，由对称加密与椭圆曲线混合加密的“链上加密存证、链间基于授权凭证共享、链上解密查询”智能合约方案，隐私数据密文变化率达95%以上，密钥密文变化率达94%以上，具备较高的安全性和混淆性；经过性能测试，所设计并实现的多链架构溯源系统公开溯源数据查询平均时延为56.9 ms,基于授权凭证的隐私溯源数据平均解密查询时延为62.87 ms,处理企业节点发起数据上链请求的平均时延为2.16s,能够满足果蔬产品追溯实际的应用需求。
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2000～2018年我国大气重金属沉降通量时空变化特征
《环境科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：大气沉降物中的重金属对土壤环境的影响不容忽视.为研究我国大气重金属(As、 Cd、 Cr、 Cu、 Hg、 Ni、 Pb和Zn)沉降通量现状及时空变化特征，基于中国知网和Web of Science数据库收集了2001～2021年公开发表的大气重金属沉降通量文献99篇，各重金属元素监测点718～1 672个.采用Meta-analysis方法计算中国大气重金属沉降通量加权均值，运用亚组分析法研究了2000～2018年不同时期大气沉降通量时空变化，对比分析了农业农村区、城市区和工业区等不同类型区的组间差异.结果表明，我国大气重金属年沉降通量[mg·(m~2·a)~(-1)]为：Zn(96.75)>Pb(23.37)>Cu(12.77)>Cr(11.04)>Ni(6.61)>As(2.97)>Cd(0.48)>Hg(0.05), 2000～2018年沉降通量总体估计值高于1995～1998年英国乡村地区；工业区和城市区的沉降通量显著高于农业农村区，工业区大气重金属污染较为严重；长株潭地区As和Cd的沉降通量较高，东北地区、珠三角和华北平原大气重金属沉降通量较其它区域严重；近20年来Cd的年沉降通量均值在总体均值附近波动，无明显下降趋势；其中，城市区和农业农村区的Cd沉降通量呈增加趋势.本文建议结合区域产业结构特征建立分级分类分区的大气排放精准治理和风险管控措施，针对当前大气Cd沉降通量较大的问题实行更加严格的限制性措施.
关键词： 重金属 大气沉降 Meta-analysis方法 时空变化 沉降通量
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改进YOLOv5测量田间小麦单位面积穗数
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：单位面积穗数是决定小麦产量的主要因素之一。针对人工清点小麦穗数的方法容易受主观因素影响、效率低和图像处理方法鲜有进行系统部署等问题，提出一种注意力模块（Convolutional Block Attention Module,CBAM）与YOLOv5相结合的CBAM-YOLOv5网络结构，通过对特征图进行自适应特征细化，实现更准确的单位面积穗数测量。该研究以本地采集小麦图像数据和网络公开小麦图像数据为数据集，设置输入图像分辨率为1 280，得到CBAM-YOLOv5模型，可以达到0.904的F1分数和0.902的平均精度，测试集计数的平均相对误差为2.56%，平均每幅图像耗时0.045 s，综合对比，CBAM-YOLOv5模型具有显著优势。模型放置于服务器，结合手机端软件和辅助装置，形成单位面积穗数测量系统，实现育种小区麦穗图像实时采集、处理和计数，计数的平均相对误差为2.80%，抗环境干扰性强。该研究方法与装置可以实现田间小麦单位面积穗数的实时在线检测，降低主观误差，具有较高的准确率及较强的鲁棒性，为小麦单位面积穗数快速、准确估测提供一种新的技术和装备支撑。
关键词： 模型 小麦 单位面积麦穗数 深度学习 YOLOv5 CBAM
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