科研产出
分散矩阵特征选择方法改进及在高光谱影像植被分类中的应用
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：基于传统分散矩阵的特征选择方法易选出具有一定区分性但相互冗余的特征,这些冗余的特征制约了高光谱影像分类正确率的提高,针对此问题,该文对传统方法进行了改进,首先计算每2个类别的基于分散矩阵的可分性值,然后将它们的平均值作为特征选择准则,最后利用序列浮点向前搜索算法选出特定数量的特征,用于后续分类。将所选特征的均方相关系数作为冗余性度量,定量化衡量了所提出方法克服选择冗余特征的能力。利用一景常用的AVIRIS高光谱植被影像,从分类正确率的角度,比较了所提出方法与几种典型的基于互信息和基于可分性准则的特征选择方法,在高光谱影像植被分类中的性能。试验结果表明改进的特征选择方法能较好的避免选择相互冗余的特征,与基于互信息的特征选择方法相比,基于分散矩阵可分性准则的特征选择方法在总体上能获得较高的分类正确率,特别是所提出的特征选择方法,在2个数据集上均获得了最高的总体分类精度87.2%和90.1%,从而阐明了所提出的方法在高光谱影像植被分类中的有效性。
关键词： 植被 分类 光谱分析 高光谱影像 波段选择 基于分散矩阵的可分性准则 互信息
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基于K均值聚类和开闭交替滤波的黄瓜叶片水滴荧光图像分割
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了监测温室黄瓜叶片湿润情况以计算叶片湿润时间并用于病害预警,利用K-均值聚类算法实现黄瓜叶片的水滴荧光图像分割。选择人工气候室培育的健康且洁净的黄瓜叶片作为试验试材,采用移液枪向叶面、叶缘部位上滴水,模拟不同的叶片湿润情形,使用荧光成像仪蓝光镜头在白天(07:00)和夜晚(18:00)分别采集图像。应用K-均值聚类算法在L*a*b颜色空间对水滴图像进行分割,首先要将原始图像由RGB颜色空间转换到L*a*b颜色空间,然后在在L*a*b颜色空间中利用a*b*二维数据空间的颜色差异,以欧式距离度量像素间的相似度,使用K均值对图像进行聚类,聚类得到的图像灰度化后进一步用数学形态学中的开闭交替滤波方法进行校正,最终完成图像分割。利用该方法对10幅含有不同水滴数量的黄瓜叶片荧光图像进行分割,为了验证该方法的有效性,分别采用基于H分量直方图分割算法、主动轮廓即C_V模型分割方法、融合K均值聚类和Ncut算法作对比试验。试验结果表明,该方法的平均匹配率、误分率相较于其他3种方法有明显的优势,平均匹配率为81.27%、平均误分率为9.57%,较之于其他3种方法,平均匹配率分别提高了44.11、11.50、10.90百分点,平均误分率分别降低了23.03、5.47和5.05百分点。该方法能够较为准确地将水滴从图像中分割出来,这为用计算机器视觉的方法监测黄瓜叶片的润湿时间提供了新的思路。
关键词： 图像分割 算法 图像处理 滤波 荧光 开闭运算 湿润叶片 色彩空间
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IEA-Ⅰ型航空植保高速风洞的设计与校测
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对固定翼农用飞机所搭载航空喷头施药雾滴分布研究的需要,该文依照低湍流度风洞设计原理设计了IEA-I型高速风洞。该风洞型式为直流开口式,主要由动力段、过渡段、扩散段、稳定段、收缩段及试验段等部分组成,风洞总体尺寸为9.8 m×1.2 m×1.8m(长×宽×高);动力段选用离心风机;扩散段为小角度扩散,扩散角5°;稳定段采用六角形蜂窝器和9层阻尼网组合设计;收缩段缩比10.24;试验段截面直径为300 mm。该文采用热线风速仪,皮托管和高速PIV系统测定了风洞试验段气流品质,试验结果表明:试验段风速7.6~98 m/s连续可调,气流紊流度小于1.0%,试验段风场均匀度小于0.4%,平均气流偏角小于0.2°,气流动压稳定系数小于2.0%,归一化轴向静压梯度小于0.02。该风洞能模拟固定翼农用飞行器作业飞行条件,为进一步研究航空喷头的参数优化提供试验平台。
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农产品追溯标识双向转换设备研究
《农业机械学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：条码、RFID等已成为追溯系统中产品标识的重要手段,实现不同标识间的快速转换已成为追溯环节无缝衔接的基础。在分析现有追溯系统标识特点的基础上,设计了集成工业控制器、RFID读写模块、嵌入式打印模块、条码扫描模块的农产品追溯标识双向转换设备,突破了RFID-条码转换中的二维条码动态加密技术,构建了条码-RFID转换中的控制流程,实现了标识读取、双向转换、标识打印、状态监测等功能。利用设计的设备进行了不同转换内容和转换数量下的双向测试,结果表明在RFID-条码的转换中转换成功率均达到了100%;在条码-RFID的转换中随着转换数量的增加、转换内容的增多,转换成功率存在下降趋势。2种转换方式下,转换时间均随转换数量和转换内容增多存在增加趋势。设备可满足加工包装过程中不同包装载体标识跟踪与信息记录的需求。
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基于赤池信息准则的冬小麦植株氮含量高光谱估算
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了快速、准确地测定冬小麦植株氮含量,利用2014?2015年的冬小麦冠层反射光谱数据构建了16种氮素或叶绿素敏感光谱指数,基于变量投影重要性(variable importance projection,VIP)-偏最小二乘(partial least squares,PLS)-赤池信息准则(Akaike’s information criterion,AIC)整合模型构建了不同生育期植株氮含量最佳回归模型,并用2012?2013年挑旗期数据对模型进行了验证。结果表明:在AIC下,拔节期以4个植被指数为自变量的模型最优;挑旗期以5个植被指数为自变量的模型最优;开花期以4个植被指数为自变量的模型最优;灌浆期以6个植被指数为自变量的模型最优。4个生育期建模的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别为0.71、0.86、0.75、0.46和0.23%、0.13%、0.12%、0.15%,以挑旗期决定系数为最大。挑旗期验证集的R2和RMSE分别为0.81和0.41%,预测模型和验证模型均具有较高的估算精度和可靠性,研究结果为选择小麦合适的生育期估算小麦植株氮营养状况提供参考。
关键词： 模型 氮 光谱分析 冬小麦 植株氮含量 赤池信息量准则 变量投影重要性 偏最小二乘法
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玉米器官三维模板资源库构建
《农业机械学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：玉米器官三维模板资源库的构建能够为数字玉米技术体系的建立提供信息完整、具有高真实感的玉米器官三维模型。首先,对玉米植株进行结构单元划分,然后,通过分析玉米各器官的形态结构特征,从三维数据获取方式的角度制定玉米主要器官三维数据获取规范,按该规范开展玉米主要器官三维数据获取工作,并基于所获取的实测数据进行器官几何模型构建,最后,以所构建的玉米器官几何模型为内容,以品种、器官和生育时期等作为关键字构建玉米器官三维模板资源库。资源库包含了具有农学参数的多品种、多生育时期玉米器官几何模型,其构建将有利于数字玉米在玉米行业的各方面发挥作用,也为其他植物的三维模板资源库构建提供了参考。
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北京市菜地土壤重金属现状分析与评价
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：近年来北京蔬菜种植业得到迅速发展,已成为农业经济的支柱产业之一。为了解北京地区菜地以重金属为主要指标的土壤环境质量现状,采集北京市主要蔬菜生产区表层土壤(0~20cm),测定镉(Cd)、铅(Pb)、铜(Cu)、铬(Cr)、锌(Zn)、镍(Ni)、汞(Hg)含量和基础理化性质。依照《土壤环境质量标准》和《土壤环境监测技术规范》采用单项和综合污染指数法进行评价,结果表明,与土壤背景值相比,大兴、昌平、密云、延庆、房山、顺义、通州区内Cd、Cr明显富集,顺义区、房山区Cd质量分数平均值接近于《食用农产品产地环境质量评价标准》限量值(0.40 mg/kg),但未超过《土壤环境质量标准》中二级限量值(0.60 mg/kg)。Cd、Cu、Zn、Cr单项污染指数平均值处于>0.7~1.0,属于尚清洁(警戒限)水平,且土壤Cd质量分数变异系数极高,40%以上样点存在"轻度"和"中度"污染,设施菜地较裸露菜地相比存在较高Cd污染风险。综上,北京市菜地土壤重金属环境质量指标总体安全,处于非污染状态,但存在一定程度的Cd、Cr、Cu、Zn累积污染风险。
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WebGIS在农业环境物联网监测系统中的设计与实现
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：近年来物联网技术在农业环境监测领域得到了广泛的应用。物联网能够及时获取监测点上时间连续的数据,但在进行较大尺度的区域监测时,因空间变异性影响,基于节点的物联网监测技术面临着监测点分布设计、数据空间连续表达等诸多难题。针对农业环境监测对象的特点,提出了由点到面的区域模拟与评估方法,设计了一套将物联网基于"点"的监测数据与WebGIS基于"面"的空间数据融合分析的解决方案。在已建立的物联网监控中心系统平台基础上,优化集成WebGIS图形化空间分析技术,建立了物联网监测数据与WebGIS空间数据点面融合的农业环境监测系统。系统实现了数据位置地图显示、由点到面的区域模拟与评估、区域监测专题图管理3个功能。以河南省小麦灾情监测为案例对系统进行了应用分析,结果表明系统能有效地实现农业环境由点到面的区域动态监测,提高了作物长势与灾害的综合诊断能力,并能够为农业生产管理提供更为便捷的应用服务。
最优权重组合模型和高光谱估算苹果叶片全磷含量
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了估算苹果叶片全磷含量,该文使用2012年和2013年在山东省肥城市潮泉镇下寨村的2个苹果示范园获取的整个生育期苹果叶片全磷含量和对应的叶片光谱数据,建立了预测苹果叶片全磷含量的最优权重组合模型。首先分析了苹果叶片全磷含量和原始光谱的相关关系,确定了以553和722 nm为苹果叶片全磷含量的诊断波段;根据叶片全磷含量与400~2 500 nm范围两两组合的决定系数等值线图,确立了对苹果叶片全磷含量敏感的546和521 nm、553和518 nm组合的归一化差值指数和543和525 nm、1 394和718 nm组合的比值指数;最后以553和722 nm的反射率以及546和521 nm、553和518 nm组合的归一化差值指数和543和525 nm、1 394和718 nm组合的比值指数为自变量,构建了基于苹果叶片全磷含量的最优权重组合模型,实现了对苹果叶片全磷含量的高光谱估算。结果表明,最优权重组合模型无论是建模集还是验证集,其预测能力(R2=0.94)要优于该文中的6种统计方法(平均R2=0.82),研究结果为快速无损诊断苹果叶片的磷素状况提供新的技术途径。
关键词： 光谱分析 磷 模型 苹果叶片 最优权重 RBF神经网络
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基于EFAST和PLS的苹果叶片等效水厚度高光谱估算
《农业工程学报 》 2016 EI 北大核心 CSCD
摘要：叶片等效水厚度(EWT)是评估果树生长状况及产量的一个重要参数。为了快速、准确地估算此参数,该文建立苹果叶片EWT归一化近红外水分指数(NDIWI)和扩展傅里叶幅度灵敏度检测方法和偏最小二乘回归(EFAST-PLS)估算模型并验证。使用2012年和2013年在中国山东省肥城县潮泉镇获取的整个生育期苹果叶片EWT和配套的光谱数据,比较NDIWI和EFAST-PLS联合模型。在EFAST-PLS联合模型中,EFAST用来选择光谱敏感波段,PLS用来回归分析。NDIWI与EFAST-PLS模型的决定系数(R2)分别为0.2831和0.5628,标准均方根误差(NRMSE)分别为8.00%和6.25%。研究结果表明:EFAST-PLS模型估算苹果叶片EWT潜力巨大,考虑到应用简单,NDIWI也有可取之处。
关键词： 光谱分析 模型 含水率 苹果叶片 等效水厚度 EFAST 偏最小二乘 NDIWI
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