科研产出
基于实例分割的柑橘花朵识别及花量统计
《农业工程学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：柑橘隔年结果现象严重,花量统计有助于果园的规划管理,并对产量预测有重要意义,但是柑橘单一植株花量巨大,花朵紧凑密集,花期树叶遮挡覆盖,对花量计算造成很大的阻碍.对此该研究提出基于实例分割的柑橘花朵识别与花量统计方法,以花期的柑橘树冠图像为样本进行花朵实例的识别及分割,通过对MaskR-CNN主体卷积部分和掩膜分支部分的优化,实现对复杂结构图像中密集小尺度柑橘花朵目标的高效检测、获取图像中可见花数量.结果显示,该方法花量识别神经网络的平均精度为36.3,花量计算误差为11.9%,对比未优化MaskR-CNN网络在训练和识别的时间效率上均有显著提升.该研究解决了柑橘花量统计难度高的问题,有助于柑橘早期测产和落花监测,并为花量控制提供决策依据.
关键词： 图像处理 目标检测 算法 花朵识别 花量计算 实例分割 残差神经网络
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基于适宜性与发展水平评价的村庄用地类型划分
《农业工程学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：科学划分村庄用地类型并提出差异化的整治策略,是编制村庄发展规划和建设用地减量规划的基础。该文以北京市密云区为例,基于土地利用、兴趣点和社会统计等数据,从自然条件和用地形态2方面构建村庄用地适宜性评价模型,从区位条件、基础设施、生态条件和资源产业4方面构建村庄发展状况评价模型,系统分析村庄用地适宜性与村庄发展状况及其二者的组合状态,进而划分村庄用地类型。结果表明:1)密云区村庄用地适宜性呈现明显的从西南到东北降低的分布趋势;2)村庄发展指数较高的村庄主要分布在西南区域的环密云城区一带,其次是中部围绕密云水库区域,北部区域村庄发展水平较低;3)基于二者的评价结果将全区村庄用地划分为9种组合,进而合并为4种村庄用地类型。该研究可为村庄用地的高效、有序整治利用提供依据。
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无人机机载激光雷达提取果树单木树冠信息
《农业工程学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：定株管理是未来果园精准生产管理的趋势,果树单木树冠信息的提取是定株管理的关键.该研究利用无人机采集的苹果园激光探测与测量数据(Light Detection and Ranging,LiDAR)检测和测量每棵果树的树冠面积和树冠直径,并评价空间分辨率对果树单木树冠检测与提取结果的影响.该方法主要使用反距离权重插值法间接生成冠层高度模型(Canopy Height Model,CHM);使用局部极大值滤波算法和标记控制分水岭分割算法(Marked-Controlled Watered Segmentation,MCWS)对果树进行单木树冠检测与提取.通过与参考数据的比较,评估了该方法的精度,并定量分析了空间分辨率对于单木树冠检测与信息提取结果的敏感性.结果表明,该方法可有效实现果树单木树冠检测与信息提取,代表果树检测精度的F1得分为95.03%,树冠轮廓提取准确率为86.39%,树冠面积的提取数据集和参考数据集的线性拟合结果决定系数和归一化均方根误差分别为0.81和20.56%,树冠直径的提取数据集和参考数据集的线性拟合结果决定系数和归一化均方根误差分别为0.85和14.79%,树冠面积和直径不同程度地被高估.此外,冠层高度模型的空间分辨率接近果树平均树冠直径的1/10时精度最高,可以有效检测果树单木树冠及提取树冠轮廓,从而准确提取果树单木树冠信息.
关键词： 无人机 图像处理 模型 激光雷达 树冠信息 空间分辨率
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水车式增氧机驱动下方形圆切角养殖池集污水动力试验
《农业工程学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究水车式增氧机驱动下方形圆切角养殖池内污物汇集规律与流场分布特性,该研究通过物理模型试验研究了水车式增氧机在不同布设角度 θ(θ 为叶轮轴线与养殖池中线组成的锐角)、布设距离比d/a(d为叶轮轴线中点与最近池壁之间的距离,a为池壁边长)以及驱动流速v对方形圆切角养殖池内污物汇集与流场特性的影响.试验通过相机采集池底污物分布图像、声学多普勒流速仪测量养殖池内流场分布,利用MATLAB软件处理分析污物图像以及流速数据.结果表明:在池内形成有效水平环流是污物向池心汇集的首要条件,但水车式增氧机布设角度、布设距离比和驱动流速都影响池内有效环流的形成;在水车式增氧机靠近池壁布设工况下,其与池壁的夹角设置为70°时,集污效果最优;在水车式增氧机远离池壁布设工况下,其与池壁的夹角设置为45°时,集污效果最优,随着布设距离比的增加,中心集污效果增强,但是圆切角周边出现集污死角;水车式增氧机驱动流速影响养殖池内污物汇集,而且只有在水车式增氧机布设距离比和布设角度都合适的工况下,增加驱动流速,才能增强污物汇集效果.研究结果可为方形圆切角养殖池内水车式增氧机的布设方式提供参考与依据.
关键词： 水产养殖 水质 水动力学 物理模型 水车式增氧机 布设方式 集污效果
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基于EDEM的玉米精播高位投种着床位置影响因素研究
《农业机械学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：玉米精量播种机多采用高位投种,种子着床过程弹跳移位,粒距一致性变差的问题突出。为了探明高位投种着床位置影响因素,利用三维激光绝对臂测量机,扫描真实种沟外形,通过逆向建模方法构建种沟三维数字模型,采用正向测量和逆向验证组合标定种子与土壤接触参数:滚动摩擦因数0.22,滑动摩擦因数0.727,碰撞恢复系数0.16。基于标定参数的仿真试验与真实试验相比,着床种子与导种管出口距离误差为4.7%,仿真种子着床过程与真实过程接近。以播种作业速度、粒距和投种角为因素,以种子着床点与第1落点的纵向偏移量为指标,基于种沟三维数字模型,开展单因素仿真试验和两因素四水平仿真试验,单因素试验结果表明:高位投种过程中,粒距对种子纵向偏移量影响不显著（P> 0.05）,投种角和作业速度对种子纵向偏移量有显著影响（P <0.01）;两因素四水平试验表明:相同投种角条件下,纵向偏移量随着作业速度的增大而增大;相同作业速度条件下,纵向偏移量随投种角的增大而增大;着床时种子与种床的纵向速度（种子速度沿作业方向的分量）与纵向偏移量呈线性相关关系,作业速度和投种角通过影响种子与种床的纵向速度影响种子着床分布。田间试验表明:随纵向速度增加,粒距合格指数先增大后减小,变异系数先减小后增加;粒距合格指数最大值出现在纵向速度为0.14 m/s时,粒距变异系数最小值出现在纵向速度-0.18 m/s时,说明纵向速度越接近零,播种效果越好,进一步验证了仿真试验结论。
关键词： 玉米精量播种 高位投种 着床分布 种沟数字模型 EDEM仿真
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集排风送式玉米分层追肥机设计与试验
《农业机械学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对玉米追肥机械化程度低、追肥作业效率和肥料利用率不高等问题,根据玉米分层施肥农艺要求,设计了一种多行集中排肥、气流输肥以及分层深施肥方式的玉米追肥机.对追肥机关键部件进行了理论分析与参数确定,并对各行之间排肥量一致性、施肥精度以及施肥深度进行了试验研究.试验结果表明:排肥转速对各行之间排肥量一致性影响较小,在相同转速下,深、浅层之间排肥量一致性差异较小,排肥量比较均匀;随着转速的增加,各行之间排肥量变异系数有所减小,最大变异系数为2.64%.在试验速度范围内,随着工作速度的增加,追肥机械施肥精度呈减小趋势,施肥精度最小值为95.42%;深层施肥深度变化量不大,施肥深度均值最小为11.04 cm,变异系数不超过5.35%;浅层施肥深度稳定性有所降低,施肥深度均值最小为6.9cm,变异系数不超过9.36%;追肥机性能达到设计目标,能够较好地满足玉米追肥机械作业标准要求.
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基于磷指数模型的海河流域农田磷流失环境风险评价
《农业工程学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：农田面源磷流失是导致水体富营养化的主要原因,识别农田磷流失的关键源区、影响因子是农田面源污染防治的重要环节.该研究以海河流域为研究区,采用磷指数模型,选取土壤有效磷含量、磷肥施用量作为源因子,以土壤侵蚀模数、年径流深、农田和水体间归一化距离指数作为迁移因子,结合GIS技术评估海河流域农田磷流失风险,并利用结构方程模型研究农田磷流失风险指数与各影响因子间关系.结果表明:1)海河流域农田土壤有效磷、磷肥施用量、土壤侵蚀模数、年径流深及归一化距离指数处于中-低、中-高、极低、中-高和高级别风险等级的区域面积占比最高,分别占农田总面积的66.5%、61.1%、99.0%、54.2%和64.8%;2)影响农田磷流失的关键因子为迁移因子,其中关键的迁移因子为年径流深及归一化距离指数;3)源因子与迁移因子间呈极显著负相关(P<0.01),土壤性质(包括土壤质地及有机碳含量等)与源因子呈极显著负相关(P<0.01),与迁移因子呈极显著正相关(P<0.01);4)海河流域农田磷流失关键源区位于黄河北岸的山东省和河北省东南部的平原农耕区、海河流域西北部的山区地带.该研究结果对流域尺度上农田磷流失研究的方法创新有所裨益,可为海河流域农田面源污染防治提供科学参考.
关键词： 农田 模型 面源污染 磷流失 磷指数模型 关键源区 结构方程模型 海河流域
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基于无人机高光谱遥感的冬小麦株高和叶面积指数估算
《农业机械学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了快速、准确地估算叶面积指数（LAI）通过无人机搭载成像高光谱相机获取了冬小麦3个生育期的影像数据从中提取出株高（Hcsm）。首先,分析了植被指数、Hcsm与LAI的相关性,挑选出最优植被指数;然后,分别构建了单个参数的LAI线性估算模型;最后,以植被指数、植被指数结合Hcsm为模型输入因子采用偏最小二乘回归方法构建LAI估算模型。结果表明:通过无人机高光谱遥感影像提取的Hcsm精度较高（R2=0.95）;在不同生育期,大部分植被指数和Hcsm均与LAI呈0.01显著相关水平;基于最优植被指数结合Hcsm估算LAI的精度优于仅基于最优植被指数或Hcsm的估算精度;以植被指数、植被指数结合Hcsm为输入变量,通过偏最小二乘回归构建的LAI估算模型在开花期估算精度达到最高,并且以植被指数结合Hcsm为自变量估算LAI的能力更佳（建模R2=0.73,RMSE为0.64）。本研究方法可以提高LAI估算精度,为农业管理者提供参考。
关键词： 冬小麦 叶面积指数 株高 高光谱 植被指数 偏最小二乘
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小麦粉中偶氮甲酰胺添加剂的拉曼高光谱检测方法研究
《光谱学与光谱分析 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：采用拉曼高光谱成像技术研究了小麦粉中偶氮甲酰胺添加剂的定量检测方法.将小麦粉和偶氮甲酰胺图像中各像素点对应的拉曼光谱组合形成新拉曼光谱,同小麦粉偶氮甲酰胺混合样品的拉曼光谱建立偏最小二乘模型,模型回归系数应用于混合样品图像后将其重建为灰度图像,使用阈值分割法转换为二值图像实现小麦粉中的偶氮甲酰胺的检测.偶氮甲酰胺实际浓度同检测到的偶氮甲酰胺像素点之间具有良好的线性关系,决定系数r~2=0.987 6,表明该研究所建立的方法可用于小麦粉中偶氮甲酰胺添加剂的无损定量检测.
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基于模拟退火算法的无人机山地作业能耗最优路径规划
《农业机械学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：为提高无人机在丘陵山地区域的作业效率,以四旋翼无人机为试验对象,通过对无人机三维运动的受力分析提出无人机三维运动的能效系数;对无人机自身性能进行测试,完成无人机功率与升力模型的拟合,拟合决定系数为0.9894,并在此基础上不同负载下完成能效系数的计算;最终,通过设计相应的模拟退火算法完成无人机在山地作业情况下的能耗最优作业路径规划.试验表明,当飞行速度为2 m/s时,在不同恒定负载情况下,无人机能耗最优路径比常规路径最多可节约能耗30.16%,比最短路径最多可节约能耗5.47%;在负载实时变化情况下,能耗最优路径比常规路径可节约能耗32.04%,比最短路径可节约能耗11.72%.说明模拟退火算法可在能耗约束条件下对无人机进行作业路径规划,且具有较好的路径规划效果.
关键词： 山地作业 航空植保 无人机 路径规划 模拟退火算法
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