科研产出
玉米高通量自动考种装置设计与试验
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：考种是玉米育种的重要环节,针对现有考种方法分别进行玉米果穗或玉米籽粒考种参数测量,难以满足玉米商业化育种过程大量样本自动考种需求的现状,该文设计了一种玉米高通量自动考种装置,主要包括玉米果穗考种单元、自动脱粒单元、玉米籽粒考种单元、后处理单元及系统控制单元,可实现玉米果穗考种、自动脱粒、籽粒考种、籽粒提升、籽粒封装、标签打印等全过程的自动化。依据设计方案进行原理样机试制及试验,结果表明:该装置可实现玉米穗质量、果穗长宽、穗行数、行粒数、秃尖区域、籽粒厚度、籽粒长、籽粒宽、穗粒数等考种参数的实时测量,且对果穗长、宽的平均测量精度分别为99.13%,99.25%、对籽粒数量的平均测量精度为99.39%。样机对单个玉米考种时耗时约为27.2 s,连续考种作业时处理速度达4穗/min。该研究为玉米高通量自动考种装备的实现提供了参考。
关键词： 测量 设计 试验 高通量 玉米考种 籽粒考种 图像处理 自动控制
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基于遥感和AquaCrop作物模型的多同化算法比较
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了研究不同数据同化方法在AquaCrop(FAO Crop model to simulate yield response to water)模型模拟作物地上生物量(above ground biomass,AGB)、冠层覆盖度(canopy cover,CC)和产量过程的效率,以冬小麦为研究对象,利用2012-2013、2013-2014和2014-2015年冬小麦田间试验数据,将标定的Aqua Crop生长模型与遥感光谱信息相结合开展同化技术分析,应用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)、模拟退火(simulated annealing,SA)和复合型混合演化(shuffled complex evolution,SCE-UA)3种数据同化算法,以不同生育期、不同水分处理和不同氮肥水平的AGB和CC为双变量开展多同化算法的模拟分析,对3种数据同化算法的运算效率和同化结果进行对比分析。结果表明:1)3种数据同化算法达到的应度值0.26时,SCE-UA同化算法用时最少(833 s),SA数据同化算法用时最多(1433 s),表明SCE-UA同化算法效率最优,SA数据同化算法效率最低;2)不同生育期的同化结果,AGB的同化精度随着生育期的推进而降低,AGB的模拟值在拔节期和挑旗期高于实测值,被高估,在开花期和灌浆期被低估,总的AGB被低估;CC在拔节期和挑旗期被低估,在开花期和灌浆期被高估,总的CC被低估;3)不同水分处理的同化结果,AGB普遍被低估,CC在雨养(W0)条件下被高估,在正常灌溉(W1)和过量灌溉(W2)条件下被低估;产量均被低估;4)不同氮肥水平,AGB的模拟精度随着施N量的增加而降低,并且普遍被低估,CC普遍被高估,产量均被低估。以上结果表明,PSO、SA和SCE-UA 3种数据同化算法均能有效模拟冬小麦的AGB、CC和产量,其中SCE-UA数据同化算法无论在运算效率还是同化结果的精度上均优于PSO和SA数据同化算法。
关键词： 遥感 作物 模型 AquaCrop模型 数据同化 生物量 冠层覆盖度
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十水硫酸钠相变蓄冷保温箱保冷特性的试验研究
《农业工程学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对果蔬保鲜冷链物流中2~8℃的运输温区要求,为了保证运输中果蔬等农产品的品质,研发一种经济性较高,相变温度为6.4℃,相变潜热为141 J/g的硫酸钠水合盐体系,其成分为(75.5%Na_2SO_4·10H_2O+3%硼砂+1.25%聚丙烯酸钠+16%NH_4Cl+4%KCl+0.25%去离子水)。相变材料封装于聚乙烯蓄冷板中,应用于发泡聚丙烯(expanded polypropylene)保温箱和真空绝热板(vacuum insulation panel)保温箱中,组成蓄冷式冷链运输装备。利用产品供应规范(good supply practice GSP)验证设备建立保温箱温度测试系统,得到箱内各点的升温曲线,通过平均保冷时间来评价保温箱的保冷效果,对比了保温箱载货与空载情况下箱内各点的温度变化。综合考虑保温箱内侧面布置、顶层布置等不同的摆放方式,聚丙烯发泡与真空绝热板不同保温箱体材质对保冷性能的影响。研究表明真空绝热板的保温效果优于发泡聚丙烯,可提高保冷时间13.31%;蓄冷剂在侧布形式下的保冷时间较侧布加顶布方式延长4.7%;在真空绝热板保温箱中分析了载货情况下的保冷性能较空载保冷时间减少0.77 h。研究结果为蓄冷保温箱在冷链物流中的进一步设计和优化提供支持,以及蓄冷技术在果蔬冷链物流中的应用提供参考。
关键词： 水果 冷藏 相变材料 冷链物流 十水硫酸钠 蓄冷保温箱 蓄冷板
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基于格网尺度的区域生态系统服务价值估算与分析
《农业机械学报 》 2017 EI 北大核心 CSCD
摘要：以北京市海淀区为例,在对区域土地利用现状进行划分的基础上,基于格网尺度估算了区域生态系统服务价值,并根据价值分布状况将区域划分为不同的生态系统服务价值分区,基于GIS和FRAGSTAS软件,分析了不同分区的土地利用结构和景观格局状况。结果表明:海淀区格网的生态系统服务价值处于-234.56~207.97万元之间,并呈现明显的从南部到西北部增加的趋势;不同生态系统服务价值分区土地利用结构差距较大,高值区的土地利用类型主要为城市绿地,中值区土地利用类型面积较大的为耕地和城市绿地,低值区建设用地的面积较大;不同生态系统服务价值分区的景观格局指数变化较大,从高值区到低值区,景观格局的破碎化程度逐渐增加,人类活动对生态环境的影响不断加剧,人类活动对景观的干扰程度加大。研究结果可以为精细化评估区域生态系统服务价值提供参考,并能服务于区域土地利用结构调整和可持续利用及生态景观建设。
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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