科研产出
基于Swin Transformer与GRU的低温贮藏番茄成熟度识别与时序预测研究
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：面向绿熟番茄采后持续转熟特征，适时调温是满足不同成熟度番茄适宜贮运温度需求的关键，而果实成熟度自动识别与动态预测则是实现温度适时调控的基础条件。本文基于Swin Transformer与改进GRU提出了一种番茄成熟度识别与时序动态预测模型，首先通过融合番茄两侧图像获取番茄表观全局红色总占比，构建不同成熟番茄图像数据集，并基于迁移学习优化Swin Transformer模型初始权重配置，实现番茄成熟度分类识别；其次，周期性采集不同储藏温度（4、9、14℃）下番茄图像数据，结合番茄初始颜色特征与贮藏环境信息，构建基于Swin Transformer与GRU的番茄成熟度时序预测模型，并融合时间注意力模块优化模型预测精度；最后，对比分析不同模型预测结果，验证本研究所提模型的准确性与优越性。结果表明，番茄成熟度正确识别率为95.783%,相比VGG16、AlexNet、ResNet50模型，模型正确识别率分别提升2.83%、3.35%、12.34%。番茄成熟度时序预测均方误差（MSE）为0.225,相比原始GRU、LSTM、BiGRU模型MSE最高降低29.46%。本研究为兼顾番茄成熟度实现贮藏温度柔性适时调控提供了关键理论基础。
关键词： 番茄 低温贮藏 成熟度识别 时序预测模型 Swin Transformer GRU
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农业灌溉水资源优化配置研究进展
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：水资源短缺是制约农业可持续发展的关键因素,因此农业灌溉水资源的优化配置对于保障粮食安全和水安全具有重要意义.该研究基于农业灌溉水资源优化配置的主要类型,对单一作物灌溉优化决策、多作物水土资源优化配置和灌溉渠系水资源优化调度 3个方面的研究进展进行了系统综述.同时指出了当前农业灌溉水资源优化配置中存在的主要问题和未来研究方向,研究认为当前的农业灌溉水资源优化配置应在如下 4个方面进行完善:1)建立更具生理意义的作物水分-产量-品质模型;2)在气候变化和人类活动的情景下实现农业灌溉水资源的优化配置;3)构建全面考虑水源、渠系、灌区面积、作物配置以及生育阶段的系统性农业灌溉水资源优化配置模型;4)建立以棵间蒸发最小为目标的动态灌溉优化决策模型.研究可为中国的粮食安全和水安全提供理论指导.
关键词： 模型 作物 水资源 灌溉优化决策 非充分灌溉 节水调质 渠系
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基于CRITIC-TOPSIS模型的耕地质量评价与提升分区研究
《江苏农业科学 》 2024 北大核心
摘要：通过揭示四川省会理市耕地质量空间分布特征及其障碍因素，划定耕地质量提升类型区，并提出耕地质量提升措施，为区域耕地质量提升和农业资源可持续利用提供参考。构建会理市耕地质量评价指标体系，采用赋值法量化评价指标，利用CRITIC赋权法确定指标权重，基于TOPSIS模型计算耕地质量指数贴近度，并引入障碍度模型识别耕地质量障碍因素。结果表明，会理市耕地质量指数平均贴近度为0.527,平均等级为5.52等，耕地质量呈现“南高北低”的态势。总体以中等地为主，仍有大量低等地，耕地质量分布差异明显；高等地主要分布在市域中南部，中等地分布在市域中部以及北部，低等地分布在市域北部和南部。低等地与中等地均存在重度障碍因素，总体以土壤有机质为主，土壤酸碱度、道路通达度为辅的障碍因素影响面积最大。结合耕地质量评价结果与中低等地障碍因素诊断结果，以提升耕地质量为目标，将会理市分为重点提升区、优先提升区、一般提升区、综合提升区、保护提升区共5个类型区，并提出相应耕地质量提升措施，进而为会理市耕地质量提升方案编制提供参考。
关键词： 耕地质量评价 CRITIC-TOPSIS模型 提升分区 会理市
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壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗硫代葡萄糖苷及抗氧化活性的影响
《华北农学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：为探究壳寡糖(COS)对羽衣甘蓝芽苗生长的影响,为芽苗生产上壳寡糖的合理施用提供参考,以京羽一号为试验材料,在种子发芽后施用不同质量浓度COS(25,50,75,100 mg/L)溶液,观察壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗生长指标、硫代葡萄糖苷(简称硫苷)含量及抗氧化能力的影响.结果表明,施用75 mg/L COS处理的羽衣甘蓝芽苗总酚、总黄酮、总硫苷质量以及黑芥子酶活性和DPPH自由基清除率呈现上升趋势,且与对照差异显著,较对照分别增加25.99%,17.99%,29.68%,141.88%和2.51%;100 mg/L COS处理的羽衣甘蓝芽苗的产量及总酚、总黄酮、钠和硼含量及黑芥子酶活性也得到了相应提升,且与对照差异显著,较对照分别增加了15.21%,21.29%,22.47%,15.97%,32.63%,97.71%.经相关性分析,可以得出芽苗的产量与类胡萝卜素、总酚、总黄酮含量及DPPH自由基清除率均呈显著正相关关系.综上可得,经壳寡糖处理后可提高羽衣甘蓝芽苗的产量,提升芽苗的营养品质和抗氧化能力,增加芽苗的食用价值.
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高光谱成像的黄瓜病虫害识别和特征波长提取方法
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：黄瓜霜霉病和斑潜蝇是制约黄瓜产业发展的严重病虫害。为实现黄瓜病虫害快速在线识别，采用高光谱成像和机器学习研究快速识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的方法，为开发实用的基于多光谱成像的黄瓜病虫害快速识别设备奠定基础。使用高光谱成像系统采集黄瓜无症状叶片、霜霉病叶片、斑潜蝇虫害叶片的高光谱图像，在病斑区域选择若干个感兴趣区域（ROI）,计算每个ROI的平均反射率数据作为叶片原始光谱数据。使用Kennard-Stone算法将光谱数据按照3∶1的比例划分为训练集和测试集。使用直接正交信号校正（DOSC）、多元散射校正（MSC）、移动窗口平均平滑（MA）3种方法对原始光谱数据进行预处理。采用空间迭代收缩法（VISSA）、竞争性自适应重加权算法（CARS）、迭代保留信息变量法（IRIV）、随机蛙跳算法（SFLA）对MA预处理后的光谱数据进行特征波长提取，分别提取出53、 20、 26、 10个特征波长。然后使用连续投影算法（SPA）分别对特征波长光谱数据进行二次降维，最终VISSA-SPA提取的特征波长为455、 536、 615和726 nm; CARS-SPA提取的特征波长为452、 501、 548和578 nm; IRIV-SPA提取的特征波长为452、 513、 543和553 nm; SFLA-SPA提取的特征波长为462、 484、 500和550 nm。分别对全波段光谱数据、一次降维光谱数据、二次降维光谱数据进行支持向量机（SVM）、 Elman神经网络、随机森林（RF）建模，结果表明，MA预处理后的全波段光谱数据所建模型识别效果最好，其中MA-RF模型测试集总分类精度（OA）达到97.89%, Kappa系数为0.97。采用一次降维光谱数据所建模型中，MA-VISSA-RF模型效果最好，测试集OA为98.19%, Kappa系数为0.97。采用二次降维光谱数据所建模型中，MA-IRIV-SPA-SVM模型效果最好，测试集OA为96.23%, Kappa系数为0.95。研究结果表明，使用高光谱成像技术识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害具有良好的效果，452、 513、 543和553 nm可以作为识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的特征波长，为开发黄瓜病虫害快速识别设备提供了理论依据。
关键词： 高光谱成像 机器学习 特征波长 霜霉病 斑潜蝇虫害
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基于称量反馈的设施番茄灌溉系统的构建与应用
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为提高设施番茄灌溉的精准性，该研究设计了一种基于称量反馈的灌溉系统，该系统包括称量反馈模块、多源信息采集传输模块、灌溉决策模块与水肥执行模块。称量反馈灌溉决策首先利用卫星定位模组获取灌溉地经纬度信息自动计算当天的日出时刻、日落时刻、日中时刻，结合椰糠条吸水特性与番茄植株日需水量变化规律，把1 d自动划分为4个不同的动态灌溉阶段；根据温室内温湿度信息及排液电导率（electrical conductivity,EC）值反馈的番茄植株根部信息，制定了一般模式灌溉肥液或洗盐模式灌溉清水（或低浓度营养液）。设计试验以基于辐射累积控制灌溉、定时灌溉作为对照，分别从栽培效果、灌溉效果、应用效益方面验证该灌溉系统的应用效果。结果显示使用该称量反馈灌溉系统比基于辐射累积控制灌溉系统灌溉量增加1.8%，用肥量减少7.3%，排液比降低7.9%，排液EC值降低9.3%；与定时灌溉方式相比灌溉量减少11.3%，用肥量减少20.0%，排液比降低17.9%，排液EC值降低4.9%。栽培效果显示，使用该称量反馈灌溉系统的椰糠条栽培番茄在茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量和基于辐射累积的控制灌溉相比无显著性差异（P>0.05），但株高增加4.8%；与定时灌溉相比在株高、茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量均无显著性差异（P>0.05）。预计使用该称量反馈灌溉系统，园区15栋日光温室（1.22 hm2）相比基于辐射累积控制灌溉，应用效益月节约0.276万元，与定时灌溉方式相比，园区月节约2.247万元。该系统简化了番茄植株需水量的计算过程，实现了番茄栽培水分的精准感知与按需精量灌溉。
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果园智能化作业装备自主导航技术研究进展
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：果园生产管理主要包括喷药、施肥、割草、修剪、授粉、疏花和采收分级等作业环节，需要大量的人力投入，随着我国人口老龄化程度加剧，亟需果园生产管理由机械化向智能化转型升级。自主导航技术是果园机械化装备实现智能化的关键技术。本文围绕果园智能化作业装备导航控制需求，结合国内外研究现状，分别阐述了包含导航定位信息和障碍物信息的果园作业场景感知技术，导航地图构建、导航路径提取和路径规划技术，行走底盘运动学模型构建、运动控制技术，多机协同控制、远程交互控制技术等。随着智慧农业发展，智慧果园已成为果园未来发展方向，果园智能化作业装备是智慧果园建设必不可少的关键环节，在此基础上，归纳了我国果园智能化作业装备自主导航技术发展面临的问题为：环境感知能力不足、路径提取不稳定、局部路径规划不灵活、导航系统环境适应性欠缺、多机协同和远程控制不成熟等，提出了多传感器融合的环境感知与路径提取、完整路径规划、强通用性果园导航、大型果园多作业环节的多机协同与远程操作等未来发展方向。
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限根处理对空心菜营养生长与品质的影响
《北方园艺 》 2023 北大核心
摘要：以“京狐竹叶”空心菜为试材，采用限制容器体积的方法，设置T1 （90 cm~3）、T2 （250 cm~3）和CK （700 cm~3）3个处理，研究了不同体积栽培对空心菜生长、光合特性、基质理化性质和品质的影响，以期为我国高品质设施蔬菜栽培提供参考依据。结果表明：与CK相比，T1和T2的株高、茎粗、叶面积减小；根表面积、体积、根长和根尖数、干物质量相应减少，而单位根域体积内T2根系活力较高，是T1和CK的2.40、1.64倍。与CK相比，限根降低了植物的净光合速率，T1、T2分别降低17.46%和13.65%;对于叶绿素荧光而言，T1、T2处理后Fv/Fm降低至0.78和0.80,NPQ表现为CK＞T2＞T1。T2限根处理后速效磷、铵态氮和硝态氮含量较CK显著提高了21.27%、32.18%和53.95%。限根后pH增加缓解了基质酸性化问题，EC值增加但也在植物正常生长的范围内。此外，与CK相比，T2限根处理后可溶性糖和维生素C含量分别提高了2.06、1.43倍；可滴定酸含量之间无显著性差异。综合T1和T2处理，尤其是T2处理（250 cm~3）根区矿质营养积累较多，空心菜维生素C和可溶性含糖量较高。
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不同氮效率小麦品种苗期相关指标的杂种优势
《麦类作物学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：为探究不同氮效率小麦品种氮代谢相关指标的遗传差异，选用了5个不同氮效率的小麦品种及其组配的6个杂交F1,设置低氮(LN,0.4 mmol·L-1)和正常供氮(CK,4.0 mmol·L-1)两个氮水平，研究不同氮处理下小麦苗期形态、抗氧化酶和氮代谢相关酶活性的差异，并对其杂种优势进行了分析。结果表明，5个品种的根鲜重在低氮水平下明显高于正常氮水平，6个F1的杂种优势表现为超中亲或偏低亲优势；苗鲜重在低氮水平下低于正常供氮水平，其F1杂种优势表现为中亲优势。两种氮水平下，氮高效品种的硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸脱氢酶（GDH）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性均高于氮低效品种，6个杂交F1的上述6种酶活性大多表现出正向杂种优势。正常氮水平下，小麦叶片MDA含量低于低氮水平；低氮水平下，6个F1的MDA含量杂种优势表现为超中亲或偏低亲优势。两种氮水平下，6个F1叶片可溶性蛋白含量表现为正向杂种优势，其中低氮水平下，表现为超亲优势。综上所述，低氮条件下，氮高效品种较氮低效品种表现出较好的生长潜力；利用氮高效品种作为亲本能提高杂交F1的氮利用效率，可用于小麦氮高效育种。
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