科研产出
基于无人机载高光谱空间尺度优化的大豆育种产量估算
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探讨无人机载高光谱空间尺度对大豆产量预测精度的影响,该文以山东嘉祥圣丰大豆为研究对象,设计以多旋翼无人机为平台搭载Cubert UHD185成像高光谱传感器的无人机遥感农情监测系统,获取了大豆多个生育期的无人机高光谱数据。首先,该研究利用盛荚期-始粒期(R4-R5期)的高光谱影像,由21个不同光谱空间尺度提取的高光谱数据构建植被指数,通过植被指数方差分析结果可知所选冠层植被指数与不同品种大豆植株的生长状况密切相关,但是不同空间尺度下的F值仍存在较为明显的差异;其次,采用偏最小二乘回归建立产量与不同空间尺度的植被指数之间的回归模型,通过模型方程估算精度的曲线变化趋势进一步将最优空间尺度面积确认至9.03~10.13 m2,即当采样空间尺度区域长、宽与小区总长、宽比例介于4.25:5和4.5:5时,所得到的冠层光谱能够尽可能准确地估测大豆产量,此时估算产量和实测产量呈极显著相关(相关系数r=0.811 7,参与建模的样本个数270)。该研究可为使用高、低空高光谱影像进行作物表型信息解析和估产提供参考。
关键词： 无人机 遥感 传感器 无人机成像光谱仪 采样范围 大豆育种
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基于玉米冠层原位监测的全生育期叶色建模及其应用
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对田间玉米冠层叶色变化难以定量描述问题,该文利用田间原位冠层监测系统,在摄像机自动曝光模式下连续采集多个玉米品种的冠层图像,揭示了复杂天气条件对图像和玉米冠层颜色的影响。利用概率密度统计分析方法分别计算玉米6个关键生育期的冠层亮度-色度分布,并针对冠层色度具有明确变化趋势且分离度较高的冠层亮度区间,建立了全生育期玉米冠层叶色模型。进而,基于该模型建立了适合不同玉米生育期的冠层图像自动分割方法,将玉米全生育期的冠层图像分割精度提升到82.6%,并揭示了不同品种玉米在叶片发育过程中冠层叶色与叶龄的相关性,利用登海605和农大108的冠层叶色预测出的生育期叶龄均方根误差RMSE(root mean squared error,RMSE)分别为1.14和1.41叶。试验结果表明,该文建立的玉米冠层叶色模型能够较好描述玉米关键生育期的冠层叶色变化规律,对玉米冠层图像分割、生育期估计、玉米品种表型鉴定具有重要意义。
关键词： 图像分割 图像分析 颜色 模型 玉米冠层 表型性状 特征提取 机器视觉
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基于动态集成的黄瓜叶部病害识别方法
《农业机械学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：对作物病害类型的准确识别是病害防治的前提。为提高病害识别的准确度,以黄瓜叶部病害识别为例,提出一种基于动态集成的作物叶部病害种类的识别方法。首先利用图像分块策略提取病害图像的75维颜色统计特征,然后采用不一致度量方法对构建的10个BP神经网络单分类器进行差异性度量,并按照差异性大小进行排序,最后根据分类器的可信度,动态选择差异性大的分类器子集对病害图像进行集成识别。在由512幅白粉病、霜霉病、灰霉病和正常叶片4类黄瓜叶片组织图像构成的测试集上,所提方法的识别错误率为3.32%,分别比BP神经网络、SVM、Bagging、Ada Boost算法降低了1.37个百分点、1.56个百分点、1.76个百分点、0.78个百分点。试验结果表明:所提方法能够实现黄瓜叶部病害种类的准确识别,可为其它作物病害的识别提供借鉴。
关键词： 黄瓜 叶部病害 图像识别 集成学习 差异性度量 动态选择
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干燥介质对脱水胡萝卜特性的影响
《食品科学 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：以空气、O_2、N_2、O_3以及CO_2作为干燥介质,比较干燥介质对脱水胡萝卜品质的影响。结果显示,以N_2作为干燥介质可以显著缩短干燥时间,比以空气作为干燥介质节能16.10%;同时,以N_2作为干燥介质可以提高脱水胡萝卜复水性;提高胡萝卜中类胡萝卜素保留率(70.2%)和VC保留率(42.1%),比分别以空气作为干燥介质提高了8.9%和13.7%;而且,复水后的脱水胡萝卜最接近于新鲜胡萝卜状态,整体感官品质优于其他干燥介质。因此,使用N_2作为干燥介质可以获得比其他4种干燥介质品质更好的脱水胡萝卜。
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河北省县域农田畜禽承载量与畜禽养殖量时空耦合
《农业机械学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：通过农作物种植面积计算农田畜禽承载量,并利用各类畜禽产排污系数估算区域畜禽理论养殖量,分析1994、2003、2013年河北省县域农田畜禽承载量与畜禽实际养殖量的变化态势及其耦合关系。研究表明:农作物播种面积呈现小幅波动态势,总量增加了83 663 hm2,以氮元素计的畜禽承载能力提高了108.7万头(猪当量);畜禽实际养殖量先增后减,总量增加了1 102万头(猪当量)。在仅考虑农作物种植面积消纳畜禽粪便的情境下,1994—2003年河北省有69个县市属于畜禽超载状态,有94.24%的县市生态持续衰退;2003—2013年农作物畜禽承载状况改善明显,超载的县市有26个,只占全省的18.7%。基于Ward聚类分析方法,将1994—2013年畜禽养殖量与农作物播种面积变化的耦合类型特征划分为9大区,提出了不同调控对策。
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县域永久基本农田划定方法研究
《农业机械学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：基于永久基本农田概念、内涵和划定要求,提出了县域永久基本农田的定量评价模型与划定方法,并以河北省定州市为例进行示范验证。定量评价模型包括自然禀赋条件、基础设施条件、社会经济条件和区位条件4方面12个指标,并在改进连片度和田间道路密度计算方法的基础上进行综合评价。根据综合评价结果,将定州市耕地划分为优先保护型(≥76.00)、重点保护型(68.91~76.00)、适宜调控型(60.00~68.91)和后备整治型(0~60.00)4种类型,其中:优先保护型(28 389.22 hm~2)集中分布在城区及镇政府周边,是定州市重要的粮食生产基地;重点保护型(39 084.13 hm~2)主要分布在庞村镇、大鹿庄乡、杨家庄乡等,是永久基本农田的重点建设区域;适宜调控型(16 831.95 hm~2)分布较为分散,主要分布在砖路镇、赵村镇、西城区等,未来通过差别化土地整治再适当调为永久基本农田;后备整治型(5 126.82 hm~2)零散分布在西城区、北城区、息冢镇等,目前不适宜划作永久基本农田。研究结果可为定州市永久基本农田划定与相关规划提供依据。
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土壤金属元素近红外光谱定量校正模型适应性初步研究
《光谱学与光谱分析 》 2017 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：为研究土壤金属元素近红外光谱定量校正模型适应性,采用近红外光谱结合偏最小二乘算法,针对风干土壤中的K,As,Hg,Cu,Zn,Pb,Cr,Cd元素,在剔除异常值后,建立定量校正模型;并对风干、烘干处理的外部验证集样品分别预测上述元素含量。结果表明,风干外部验证集样品的预测值-参考值相关系数皆大于相应烘干外部验证集样品的预测值-参考值相关系数;风干外部验证集各元素的预测值-参考值均具有显著的相关关系,烘干外部验证集中K,Hg,Cr的预测值-参考值之间不具有显著的相关关系。对土壤金属元素近红外光谱定量校正模型的适应性进行了初步研究,可为土壤中金属元素快速定量监测方法以及农产品产地环境监测等提供一定的参考。
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生物炭基肥增效技术与制备工艺研究进展分析
《农业机械学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：生物炭基肥是以生物炭为载体与传统肥料复合而成的新型缓释肥料,其在农业生产及污染防控中的作用得到广泛认可。基于多年研究成果和文献综合分析,阐述了生物炭基肥的研发背景与重要性及生物炭基肥的增效机制,包括:吸持缓释养分、改善土壤理化性质及作物根系生长的水肥气热环境、改善土壤微生物生长的微环境、提供矿质养分及生物刺激物质等。此外,阐述了生物炭基肥在提升作物产量与品质、肥料高效利用与减施增效及环境污染防控等方面的作用;以及产品在制备(调整生物炭来源和炭-肥混合方式)、成型(确定形状,筛选粘接剂和延展剂)、配方(调整基础肥料组成,调整生物炭、水和粘接剂比例)及改性工艺(添加不同比例的高岭土、膨润土、煤炭腐植酸及其复配物的改性材料)方面的最新进展。根据现有问题及技术需求,指出加强新型产品研制及应用基础研究,加强大尺度应用的农业水土、经济、环境等效应及综合评价指标体系研究,及加快应用技术推广是生物炭基肥增效技术领域未来主要研究方向。
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土壤养分的红外衰减全反射与漫反射光谱同步测量方法
《光谱学与光谱分析 》 2017 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：光谱学分析技术因具有快速、实时、无损等优势,被广泛用于土壤养分检测等各个领域,也是现代农业检测控制中广泛应用的一种有效方法。实验采集不同养分含量的土壤样本,分别获取中红外衰减全反射(ATR)和漫反射(DRIFT)光谱数据。通过不同的光谱预处理算法结合偏最小二乘法(PLS)建立土壤中全碳、全氮、碱解氮的定量分析模型,对土壤养分的ATR和DRIFT光谱分别进行独立模型和叠加模型的分析。并以土壤养分中的全碳和全氮为例,发现经过标准正态变量变换处理的两种光谱建立的PLS模型相关系数均有所提高。全碳的两种光谱模型校正集的R~2分别提高至0.826和0.919,而全氮两种模型校正集R2分别提高至0.841和0.928。我们进一步对全碳、全氮各自叠加后的光谱进行分析,模型的R~2分别提高至0.942和0.951。用同样的方法分析土壤中的碱解氮,联用两光谱后的R~2提高至0.919。研究结果表明,两种光谱的联合使用,为提高模型的相关系数和预测能力提供了一种合理有效的方法。
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