科研产出
基于高光谱成像的3D-WPCA-CNN模型评估花生仁含油率
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：花生种子含油率的快速、无损和精准预测对于加速育种过程以及满足食品工业需求具有重要意义。该研究提出了一种结合自定义加权平均池化和通道注意力机制的三维卷积神经网络（3D weighted pooling and channel attention convolutional neural network,3D-WPCA-CNN）模型。为了提高单粒花生种子含油率的预测精度，提出了一种加权平均池化层，该层通过引入可学习的权重参数优化池化过程。集成了通道注意力机制，能够自适应地调整每个通道的特征响应，进一步提升了对高光谱图像中重要信息的提取能力。为了验证模型的优越性，将所提方法与基于平均光谱的卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）模型进行比较。结果表明：所提3D-WPCA-CNN模型在预测含油率方面表现优异，具有较高的决定系数（R2=0.809 2）和较低的均方根误差（RMSE=1.713 1%），显著优于基于平均光谱模型（R2=0.698 3,RMSE=2.183 7%）、无注意力机制的平均池化3D-CNN模型（R2=0.721 7,RMSE=2.069 3%）以及未添加通道注意力机制的加权平均池化3D-CNN模型（R 2=0.738 4,RMSE=2.005 9%）。此外，该3D-WPCA-CNN模型的相对预测偏差（RPD=2.338 9）较好，进一步证实了其可准确预测花生含油率。该研究可为基于高光谱图像的作物籽粒组分预测提供高维度建模思路，对精确预测花生等农作物的品质特性具有重要的实践价值。
关键词： 花生仁 高光谱图像 含油率 通道注意力机制 3D卷积神经网络
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低温等离子体对静压损伤金冠苹果的贮藏品质和愈伤的影响
《食品科学 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：本实验以金冠苹果为材料，进行静压损伤处理（60 N,24 h），以不受压果实作为对照，然后用不同强度的低温等离子体（10 min（低强度）或20 min（高强度））分别处理果实，研究低温等离子体对静压损伤金冠苹果的贮藏品质和愈伤的影响。结果表明，利用介质阻挡放电方式产生的低温等离子体能生成O3并清除C2H4，抑制损伤果实的呼吸作用和C2H4释放，延缓损伤果实的可溶性固形物含量、硬度和质量损失率的下降。其中以低温等离子体处理10 min具有更好的作用效果，并且能够延缓果实的褐变。进一步研究低温等离子体处理10 min对静压损伤金冠苹果愈伤的影响，结果表明，低强度的低温等离子体处理使损伤果实的压痕明显减小，损伤部位表层细胞降解死亡，细胞壁碎片化，从而抑制果实的进一步损伤。低强度的低温等离子体处理还使损伤果实总酚含量升高，多酚氧化酶活性先下降后升高，过氧化物酶活性下降，过氧化氢酶活性升高，从而延缓果实衰老，体现出较好的愈伤效果。综上，低强度的低温等离子体处理能够抑制采后金冠苹果因机械伤所致的品质劣变，提高果实商品性，可作为一种绿色环保的技术运用于果蔬采后贮藏保鲜。
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基于地理过程的土壤侵蚀分区模型构建与应用
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：土壤侵蚀分区对指导侵蚀治理具有重要作用,传统基于区域多元变量单时间截面特征的土壤侵蚀分区仅刻画某个时间截面状态,不能揭示其变化过程,难以指导土壤侵蚀分区治理.为揭示土壤侵蚀过程与演变规律,提升分区结果的准确性,该研究构建了一种基于地理过程相似性和异质性的土壤侵蚀分区模型(geographical process regionalization of soil erosion,GPR-SE),用于地理过程特征提取与聚类分区.首先,基于卷积自编码器(convolutional auto-encode,CAE)提取空间特征、长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)捕捉时序特征,融合生成空间时序特征表征地理过程.然后,采用轮廓系数(silhouette index,SiL)和戴维森堡丁指数(davies-bouldin index,DBI)优选K-means、模糊C均值(fuzzy c-means,FCM)和自组织特征映射网络(self-organizing feature map,SOFM)最佳聚类分区方法.最后,以中国东北典型黑土区海伦市为研究区,基于优选的聚类算法,开展了基于GPR-SE的土壤侵蚀过程分区,并利用随机森林(random forest,RF)识别各分区差异的主导因素,量化要素与特征重要性.结果表明:1)当聚类数为5时,K-means算法表现最优,实现了分区结果组间差异最大化与组内差异最小化.2)土壤侵蚀过程因子(降水、温度)是影响GPR-SE分区分异的主导因素,贡献率分别为 25.08%、21.65%,地貌类型(贡献率 14.05%)和土壤侵蚀模数(贡献率 11.95%)次之.3)按照土壤侵蚀过程因子,研究区可分为低降水-中温-中侵蚀区、低降水-低温-轻侵蚀区、低降水-高温-重侵蚀区和低降水-低温-中侵蚀区 4种土壤侵蚀类型区.提出的基于地理过程的土壤侵蚀分区方法,为土壤侵蚀分区治理提供一种可靠思路,具有一定的应用潜力.
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马铃薯捡拾机薯土分离输送测控系统设计与试验
《农业机械学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对传统升运链式马铃薯捡拾机作业参数难以实时监测、薯土分离转速无法无级变速调节的作业现状，在已有马铃薯捡拾机上设计了一种分离输送测控系统。基于马铃薯捡拾机工作原理，对监测单元、传动系统、液压系统及电控系统进行了设计改造，实现了作业速度的实时监测，以及分离输送带转速、振动轮振频和振幅的监测和控制。对所设计的测控系统开展了控制精度验证试验，设置分离输送带转速100 r/min,振动轮振频4.67 Hz,振幅30 mm,在作业速度为0.6～1.2 m/s的范围内开展了4个作业水平试验。试验结果表明，分离输送带转速、振动轮振频和振幅最大标准差分别为2.25 r/min、0.33 Hz和0.06 mm,最大平均绝对误差分别为1.93 r/min、0.28 Hz和0.04 mm;系统平均响应时间为1 s;说明系统具有较好的准确性和稳定性。基于设计的分离输送测控系统，以伤薯率为评价指标，以分离输送带转速、振动轮振频和振幅为试验因素，开展了田间试验。试验结果表明：各因素对伤薯的影响程度由高到低依次为分离输送带转速、振频、振幅，得到的最优控制参数为：分离输送带转速84.7 r/min,振频3.1 Hz,振幅11.2 mm,最大伤薯率为1.12%,满足马铃薯捡拾收获作业要求。
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基于多特征选择的鲜食玉米需水量预测及可解释性分析
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：鲜食玉米是一种高附加值农产品，精确的需水量预测对于科学灌溉保障其产量和品质至关重要。该研究基于大型称重式蒸渗仪与气象采集设备在线获取连续2茬次的鲜食玉米需水量及气象数据，联合布尔塔算法（boruta algorithm,Boruta）与最小绝对收缩和选择算法（least absolute shrinkage and selection operator,LASSO）筛选了影响鲜食玉米需水量变化的主要气象特征，并建立梯度提升决策树（categorical boosting,CatBoost）、长短期记忆网络（long short-term memory,LSTM）、随机森林（random forest,RF)3种鲜食玉米需水量预测模型，最后采用shapley additive explanations(SHAP）方法对预测模型进行全局和局部的事后可解释性分析。结果表明：通过Boruta与LASSO联合的特征选择方法，明确了日平均温度、日最高温度、日最低温度、日平均相对湿度、日平均风速、日平均气压、日累计日照时数是影响鲜食玉米需水量的潜在因子，CatBoost模型对鲜食玉米需水量的预测效果最佳，其平均绝对误差（0.018 9）、均方误差（0.000 6）和均方根误差（0.055 2）均最小，并且用时最短（23.93 s）。进一步根据可解释性分析发现，日最低温度、日平均温度、日累计日照时数是影响鲜食玉米需水量的关键因子，随着空气温度和日照时数的增加，鲜食玉米的需水量也随之升高。研究成果可为北京地区鲜食玉米的精确水分管理提供参考。
关键词： 特征选择 机器学习 模型 鲜食玉米 需水量预测 SHAP
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基于蛇形航线法与多光谱技术的土地FLUS模型演变及预测
《光谱学与光谱分析 》 2025 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：以北京市昌平区2010年、 2015年、 2020年，5年等间隔监测共3次的多光谱MS300数据为例，同时利用无人机蛇形航线航测法对重点区域进行补测，利用数据嵌入技术实现可见光与多光谱数据的紧密结合，避免了部分区域由于天气等因素影响土地的分类精度问题。引入土地利用动态度和转移矩阵的研究方法，利用FLUS模型对2035年昌平区土地利用情况进行综合模拟预测，得出2010年—2020年昌平区土地利用变化规律；利用Kappa系数通过精度检验，同时结合利用Python进行多重共线性检验得到的地形、地貌、交通等8个驱动力因子，在FLUS模型中进行马尔可夫链预测，得到2035年昌平区的土地利用变化情况，具体如下：(1)2010年—2020年的昌平区土地利用变化中，草地的转移变化较大，动态变化度为23.88%,主要由北部区域向中部及东部一些区域转换；水域，林地增长平稳，主要与耕地之间进行转换；建设用地和耕地面积有小部分减少，动态变化度分别为-1.64%与-0.36%,变化相对平稳。与实际的土地利用相比较，本研究与2010年至2020年间“严格控制耕地转为林地、园地等其他类型农用地”的“退耕还林还草”土地利用政策相吻合，也证实了资源三号卫星多光谱MS300数据和FLUS模型的可靠性。(2)在2010年—2020年间的土地利用类型转换研究与分析的基础上，利用FLUS模型对2035年的土地利用类型进行自然预测，同时在绿色低碳，耕地保护，生态保护三种不同情景下进行模拟，得出了该区域在2035年草地的退化程度相对较大，其他土地利用类型如建设用地、耕地、水域等的变化相对平稳的结论。即2020年—2035年绿色低碳情景下的昌平区土地利用变化趋势与2010年—2020年土地利用变化情况接近，这也与政策中的减量发展相符合。预示着在未来10年间，北京市昌平区的城镇化进度相对缓慢，经济的进一步发展不会短时间破坏基本的土地利用情况，但草地的退化时刻提醒着环境保护的重要性。通过该研究，可以进一步对不同省市地区土地利用类型的转化进行合理预测，为后期城市规划与城镇发展建设奠定理论与实践基础。
关键词： 多光谱 蛇形航线 FLUS模型 动态变化度 多重共线性检验
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"三生"功能供需匹配视角下的国土综合整治与生态修复模式优化
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：国土综合整治与生态修复模式划分对优化国土空间格局、推动生态文明建设具有积极的促进作用。该研究以新疆维吾尔自治区阿克苏地区温宿县为例，构建“三生”功能供需与国土综合整治与生态修复的理论关系框架，基于土地利用、土壤、气象和社会经济等多源数据，评估“三生”功能供需状况，引入比较优势指数识别“三生”功能供需优势功能，搭建“三生”功能供需耦合模型解析“三生”功能供需匹配关系，提炼区域国土综合整治与生态修复模式。结果表明：1)温宿县“三生”功能供需表现出显著空间异质性，供需优势功能呈现“单核主导-双核协同”的空间分布特点。2)温宿县“三生”功能供需匹配类型空间上分布不均衡，北部山地以供需完全匹配型为主，面积为8 908.48 km2，占研究区总面积的62.25%；南部地区多为供需低度匹配型或供需错配型，面积分别为1 911.81、2 878.80 km2，占研究区总面积的13.36%和20.12%。3)温宿县可以划分为生产功能巩固与现代化发展、生态本底优化与监测管护、生产-生活资源集约增效、生产-生态资源协同开发、生活-生态功能韧性提升、“三生”功能融合发展6种整治修复模式，各模式的整治修复要点不同。该研究可以丰富国土综合整治与生态修复模式识别方法，并为县域尺度国土综合整治与生态修复工作及相关规划的制定与工程实施提供技术支持。
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二系杂交小麦研究进展
《科学通报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：小麦是全球重要的主粮作物之一,随着全球人口的不断增长,提高小麦产量以确保粮食安全已成为紧迫任务.杂种优势利用被认为是提升小麦单产的关键途径.近年来,基于光温敏雄性不育系的小麦二系杂交技术取得了显著进展,并成功推动了杂交小麦的产业化应用.本文综述了光温敏雄性不育(photo-thermosensitive genic male sterility,PTGMS)种质的发现、光温转化特征、遗传机制,以及其在不育系选育、恢复系创制、强优势杂交种创新、规模化制种技术和示范推广等方面的科研进展.此外,本文还提出了二系杂交小麦未来发展的科技创新与产业化建议,指出传统育种、生物技术、智能农机等多技术手段的融合将是推动二系杂交小麦创新与产业化发展的重要方向.
关键词： 二系杂交小麦 光温敏雄性不育 杂种优势 产业化应用 科技创新
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具身智能农业机器人关键技术与发展趋势
《农业机械学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：全球农业智能化转型背景下，传统农业机器人面临非结构化环境、作业对象不确定性及控制参数时变等技术瓶颈，导致农业机器人实用效果差，产业化落地困难。具身智能作为实现通用人工智能的关键路径，为突破上述瓶颈提供了新范式。本文系统阐述具身智能理论驱动的农业机器人技术体系与发展路径，创新性构建“感知-决策-模拟-进化-诊断”五位一体研究框架。具体而言：具身感知聚焦开放环境场景理解、作业目标主动感知及多模态融合感知；具身决策涵盖端到端导航、大模型驱动的机械臂操作及多机协同算法；具身模拟着力于高保真场景重建、生成及虚实迁移技术；具身进化整合无监督学习、强化学习及模仿学习机制；具身诊断构建作业状态监测与质量评估体系。最后，展望未来发展方向，为农业4.0时代的农业机器人智能化升级提供理论支撑与技术路线。
关键词： 农业机器人 具身智能 基础模型 大语言模型 多模态感知 强化学习
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基于UPLC-MS/MS技术的黄瓜中吡噻菌胺和氟菌唑残留特征解析与风险评估
《食品科学 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：采用QuEChERS前处理方法结合超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱技术，建立黄瓜中吡噻菌胺及其代谢物PAM、氟菌唑及其代谢物FM-6-1的多残留检测方法。该方法在0.1～100 ng/mL质量浓度范围内线性关系良好（R2>0.999），各目标物的最小检出含量均达0.01 mg/kg。在0.01、0.2 mg/kg和1.0 mg/kg 3个添加水平下，吡噻菌胺、氟菌唑及其代谢物的平均回收率和相对标准偏差完全满足农药残留分析要求。2023—2024年在全国12个黄瓜主产区（6个设施栽培区、6个露地栽培区）开展了规范的残留田间试验。试验选用28%吡噻菌胺·氟菌唑水乳剂，于黄瓜白粉病发生始盛期按有效成分84 g/hm2的剂量施药3次（施药间隔7 d）。施药后采集黄瓜样品检测，结果显示安全间隔期2～3 d后，吡噻菌胺和氟菌唑在设施和露地黄瓜中的残留含量分别为0.03～0.04、0.02～0.03 mg/kg；消解动力学分析表明，两种农药在黄瓜中的降解均符合一级动力学特征，其中吡噻菌胺的半衰期为1.1～1.5 d，氟菌唑为1.1～1.9 d。膳食风险评估采用风险商法，结合我国居民膳食消费数据和农药登记使用情况，计算结果表明：普通人群对吡噻菌胺和氟菌唑的国家估算每日摄入量分别为0.228 7 mg和0.109 7 mg，其风险商分别为3.6%和4.4%，均远低于100%的安全阈值。黄瓜中吡噻菌胺和氟菌唑的残留水平对消费者健康风险完全可控。本研究为吡噻菌胺和氟菌唑的科学使用和膳食安全评价提供了科学依据。
关键词： 黄瓜 吡噻菌胺 氟菌唑 代谢物 农药残留 膳食风险
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