科研产出
红外传感器与机器视觉融合的果树害虫识别及计数方法
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了解决果园环境中单一的害虫监测技术存在的缺陷,该研究将红外传感器和机器视觉识别技术进行融合,从两个角度对目标害虫进行识别计数。选取梨小食心虫、苹小卷叶蛾、桃蛀螟、干扰物进行试验,通过实验室人工随机散落试验样本,获得其红外传感器以及机器视觉图像的识别结果,构造融合计数计算公式,通过计算得到害虫计数结果。结果显示:梨小食心虫、苹小卷叶蛾、桃蛀螟、干扰物的红外分类阈值分别为2.25、9.06、17.88、28.38,其红外识别范围分别为(0,5]、(5,13]、(13,23]、(23,32];梨小食心虫、苹小卷叶蛾、桃蛀螟、干扰物的红外识别准确率分别为92%、78%、80%、88%,图像识别准确率分别为92%、88%、92%、90%,融合计数精度分别为98%、92%、94%、96%。可见,将红外传感器和图像识别技术相融合能够提高果树性诱害虫的识别准确率,为果园害虫的合理防治提供参考。
关键词： 机器视觉 图像识别 数据融合 红外传感器 果树害虫
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基于赤池信息量准则的冬小麦叶面积指数高光谱估测
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：冬小麦叶面积指数(leaf area index,LAI)是描述冠层结构的重要参数之一,对评价其长势和预测产量具有重要意义。该文利用灰色关联分析(grey relational analysis,GRA)对植被指数进行排序,用偏最小二乘法(partial least squares regression,PLS)选择不同的植被指数个数作为自变量进行回归建模,通过赤池信息量准则(Akaike’s information criterion,AIC)选择AIC值最小的模型作为冬小麦LAI最优估算模型,即GRA、PLS和AIC 3种方法整合建立冬小麦LAI最优估算模型。使用2008-2009年在中国北京通州区和顺义区获取的整个生育期冬小麦LAI和配套的光谱数据进行建模,利用2009-2010相关数据进行验证。研究表明:采用GRA评价标准与冬小麦LAI关联度最大的植被指数是VOG1,关联度最小的植被指数是SR;通过AIC建立的以8个植被指数作为自变量的冬小麦LAI模型效果最优,建模集的决定系数R2和标准误SE分别为0.76和0.009,验证集的R2和相对均方根误差RRMSE分别为0.63和0.004,预测模型和验证模型均具有较高的精度和可靠性。结果表明采用GRA-PLS-AIC方法进行冬小麦LAI反演是可行的,为提高冬小麦LAI遥感预测精度提供了一种有效的方法。
关键词： 植被 遥感 模型 叶面积指数 赤池信息量准则 灰色关联分析 偏最小二乘法
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基于随机森林算法的冬小麦生物量遥感估算模型对比
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了寻求高效的冬小麦生物量估算方法,该研究获取了2014年陕西省杨凌区拔节期、抽穗期和灌浆期的冬小麦生物量和对应的RADARSAT-2全极化雷达、GF1-WFV多光谱数据,并利用随机森林算法(random forest,RF)将光谱、雷达后向散射、光学植被指数和雷达植被指数结合进行冬小麦生物量回归建模。将相关系数分析(correlation coefficient,r)、袋外数据(out-of-bag data,OOB)重要性和灰色关联分析(grey relational analysis,GRA)与随机森林算法(RF)进行整合,构建了3种冬小麦生物量估算模型:r-RF、OOB-RF和GRA-RF,并分别利用3种估算模型对冬小麦生物量进行了估算。结果表明:r-RF、OOB-RF和GRA-RF3种模型分别采用3、4、10组数据时,验证决定系数分别为0.70、0.70和0.65,平均绝对误差分别为0.162、0.164和0.172 kg/m2,均方根误差分别为0.218、0.221和0.236 kg/m2,r-RF和OOB-RF比GRA-RF对冬小麦生物量有更好而的预测能力。研究结果证实了随机森林算法对冬小麦生物量进行遥感估算的潜力。
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苹果腐心病的透射光谱在线检测系统设计及试验
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对苹果内部缺陷在线检测的产业技术需求,研究基于透射光谱技术的苹果内部缺陷在线检测系统。研究设计了光源套件、专用光纤和果托式输送单元等关键部件,提升在线透射光谱质量、降低热损伤和机械损伤;解决了光电信号干扰问题,开发了专用检测软件,实现苹果内部品质信息的无损在线获取。比较分析了正常苹果与腐心病果的光谱响应差异,优化参数后设置在线检测速度3个/秒,触发控制光谱采集时间80 ms。在选择特征波长的基础上利用线性判别分析建立了苹果腐心病的在线判别模型,预测的总体识别率达90%以上。研究结果表明该系统可以实现苹果内部缺陷的快速、无损在线检测。
关键词： 光谱检测 模型 农业 在线检测系统 透射光谱 苹果 内部缺陷 无损检测
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基于改进水云模型和Radarsat-2数据的农田土壤含水量估算
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了直接将雷达遥感中"水云模型"进行反演应用,该研究将"水云模型"中植被参数改为雷达植被指数,利用全极化数据直接支持遥感反演土壤含水量,无需遥感反演植被参数输入。改进模型为利用雷达遥感结合"水云模型"进行土壤含水量监测提供了一种高效便捷方法。基于Radarsat-2全极化数据对冬小麦覆盖的农田土壤含水量进行估算,利用2014年在陕西杨凌区获取的4个生育期内Radarsat-2卫星数据及同步田间测量108组冬小麦农田土壤含水量地面测量数据进行模型参数校正和精度验证。验证结果精度为:改进的雷达植被指数模型>原叶面积指数模型(实测叶面积指数验证)>原叶面积指数模型(光学遥感反演叶面积指数验证),且改进的雷达植被指数模型可以在多个生育期内对农田土壤含水量进行监测。
关键词： 土壤 水分 植被 水云模型 Radarsat-2 冬小麦 叶面积指数
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基于“生产-生态-区位”的都市区粮田布局方法
《农业机械学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：一定规模的粮田对保障都市区粮食供应、营造城市景观等具有重大意义。以北京市平谷区为例,依据永久基本农田保护要求,首先提取允许建设区内的基本农田作为粮田优先划入区;其次,以耕地图斑为评价单元,从粮食生产能力、生态安全能力和区位条件3方面构建评价模型,对优先划入区外的耕地图斑进行定量评价;结合定量评价结果,最终确定平谷区粮田空间布局。结果表明:平谷区优先划入区的粮田面积为1 427.26 hm~2,占区域耕地总面积的11.62%,主要分布在平谷县城与各镇中心周边;基于综合评价分值将优先划入区外的耕地划分为适宜划入区、储备划入区和不宜划入区3种类型,其中,适宜划入区主要分布在平谷县城东侧的地势平坦区域,并与优先划入区构成平谷区粮田的首选区域;储备划入区作为粮田储备可选区域,主要分布在县城的西部和南部乡镇;而不宜划入区空间分布零散,主要分布在地势较高、地形坡度较大的县城北部地区。由此形成的"生产-生态-区位"三位一体的都市区粮田布局方法可为北京生态涵养发展区的粮田布局提供科学依据。
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基于球体模型的苹果接触点局部处理方式研究
《农业机械学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：为实现新鲜果蔬采后预冷CFD数值模拟研究,以单个富士苹果为研究对象,构建果品近真实3D模型,在雷诺数为10~30 000的范围内对比真实果形与等直径球体壁面切应力、壁面阻力系数、边界层分离角度以及尾流回流区长度之间的不同,验证在CFD模拟研究中是否可直接利用等直径球体替代苹果真实形状。为实现果品与果品(或箱体壁面)接触点局部位置的最佳CFD建模,充分考虑果品之间局部传热性对温度变化的影响,本文以彼此接触的两果模型为研究对象,从壁面阻力系数、两果中心线上的温度模拟结果准确性角度确定4种不同的局部处理方式(缩小法、膨胀法、消平法和桥梁法)在不同雷诺数范围内各自最佳的局部处理尺寸范围。研究结果表明,在研究中可直接利用等直径苹果替代苹果真实形状,在整个雷诺数范围内两者之间的各种边界层物理量最大相对偏差在15%左右,桥梁法在4种接触点局部处理方式中模拟准确性最高,通过对比实验验证,温度模拟值与实测值具有较好的一致性,其最大均方根误差为1.514℃,平均相对误差在20%左右。
关键词： 苹果 冷链物流 球体模型 接触点局部处理方式 计算流体力学 数值分析
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基于可见-近红外光谱分析的植株叶片病害光谱识别研究
《光谱学与光谱分析 》 2016 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：利用光谱反射率差异区分健康植株与患病植株,通过基于光谱特性研究提前获知病情,在最关键的潜伏未表征早期进行防治。试验选用万寿菊幼苗作为研究对象,采用人工接种一定数量的黑斑病孢子在其叶片上,并对不同染病对照组开展黑斑病侵染的监测试验。首先利用SG卷积求导法与多元散射校正法的不同组合对原始光谱数据进行预处理,然后利用主成分分析法(PCA)对各对照组万寿菊进行聚类分析,并根据主成分分析结果中各个最佳主成分对应的载荷图,提取对各对照组万寿菊识别敏感的特征波长,最后以特征波长为输入变量,用簇类的独立软模式(SIMCA)分类法对各对照组万寿菊黑斑病害进行识别,精确度达到98%以上。
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基于决策树和面向对象的作物分布信息遥感提取
《农业机械学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：利用我国2012年4—11月覆盖主要农作物全生育期的23幅中分辨率HJ-1A/1B卫星时序影像,采用决策树和面向对象相结合的分类方法提取黑龙江省双河农场主要农作物分布信息,并与传统决策树分类方法进行对比。通过影像预处理构建时序HJ星影像集,先利用面向对象方法提取道路,为作物提取排除田间道路及附属地物干扰;再结合作物物候历分析不同地物光谱和时序特征,筛选出7个特征指数和14个敏感时相,建立决策树分类模型,提取出玉米和水稻。研究表明,多特征指数辅助作物分类十分有效,尤其是归一化水指数NDWI对水稻提取非常有效;较之传统决策树分类,决策树和面向对象相结合的分类方法能有效剔除田间道路及附属林带沟渠对作物分类的干扰,总体分类精度从89.22%提升至95.18%,该方法可为其他地区利用中分辨率遥感影像低成本高精度提取作物分布信息提供借鉴。
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高速气流条件下标准扇形喷头和空气诱导喷头雾化特性
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：标准扇形喷头与空气诱导喷头均为地面喷雾常用喷头,其在低速条件下的雾化特性已有较多研究,而在高速气流下的雾化特性尚不清楚。为了探究对比2种喷头在高速气流条件下的雾化特性,以及其用作航空喷头的可能性,基于北京农业智能装备技术研究中心自行设计制造的IEA-I型高速风洞,采用马尔文Spraytec喷雾粒度仪对德国Lechler公司生产的LU-120-03标准扇形压力喷头和IDK-120-03空气诱导喷头进行了测试。试验结果表明,两种类型喷头在距离出口0.15 m时,雾滴并未完全雾化。而在距离出口0.35 m时雾滴均已充分雾化。其中LU-120-03扇形压力喷头雾滴体积中径随风速增大从210μm逐渐减小至130μm,在管道压力达0.4 MPa以上时,其雾滴粒径分布跨度随风速增大逐渐从1.3增至1.5。而IDK-120-03空气诱导喷头产生的雾滴粒径相对较大,在风速为120 km/h时,达420~450μm,但其随着风速进一步增加快速减小,在风速达305 km/h时,其产生的雾滴体积中径降低到150μm。试验还发现管道压力变化对LU-120-03扇形压力喷头产生雾滴体积中径影响较大,而对IDK-120-03空气诱导喷头产生的雾滴体积中径影响较小。该研究可为固定翼有人机航空施药方案,如喷头选型、压力选择、作业速度选择等提供试验数据指导。
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