科研产出
基于无人机航向的不规则区域作业航线规划算法与验证
《农业工程学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD
摘要：为尽可能地减少飞行总距离和多余覆盖面积,节省无人机的能耗和药液消耗,研究了一种基于作业方向的不规则区域作业航线规划算法。该算法根据指定的作业方向,可快速规划出较优的作业航线,也可在未指定作业方向的情况下,给出某一推荐的作业方向与航线,使整个作业过程能耗和药耗最优。仿真结果表明,在一块面积为983.125 m2的不规则凸五边形作业区域内,采用该算法进行航线规划,无人机作业的多余覆盖率最低可达到11.5%,而且作业面积越大,优化效果越明显,在同样的地块进行田间试验,得到最低多余覆盖率为2.8%,证明了该算法的可行性。该研究可为自主作业无人机的航线规划算法提供参考。
关键词： 机械化 算法 无人机 航迹规划 自主飞行 农业航空 作业航向角
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基于小波变换与支持向量机回归的冬小麦叶面积指数估算
《红外与激光工程 》 2015 EI 北大核心 CSCD
摘要：叶面积指数(LAI)是作物长势诊断及产量预测的重要参数。通过对冬小麦采样点的高光谱曲线进行连续小波变换(CWT),然后利用小波系数与LAI建立支持向量机回归(SVR)模型,实现冬小麦不同生育时期的叶面积指数估算。通过对所研究方法与选取的植被指数、偏最小二乘(PLS)回归等5种方法的反演结果进行统计分析。结果表明:利用连续小波变换确定的LAI的敏感波段为680、739、802、895 nm,对应尺度分别为8、4、9和8,对应小波系数的LAI回归确定系数(R2)明显高于冠层反射率的回归确定系数;利用小波系数与LAI建立的SVR模型的反演精度最高,模型实测值与预测值的检验精度(R2)为0.86,均方根误差(RMSE)为0.43;而常用植被指数(归一化植被指数,NDVI;比值植被指数,RVI)建立的估测模型对冬小麦多个生育时期LAI反演精度最低(R2<0.76,RMSE>0.56)。因此利用连续小波变换进行数据预处理,能更好地筛选出对叶面积指数敏感的信息,LAI回归方法比较结果表明,SVR比PLS更适合于LAI的估测,通过将CWT与SVR结合(CWT-SVR)能实现不同生育时期冬小麦叶面积指数的遥感估算。
关键词： 叶面积指数(LAI) 高光谱 连续小波变换(CWT) 支持向量机回归(SVR) 偏最小二乘(PLS)
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基于夏玉米冠层内辐射分布的不同层叶面积指数模拟
《农业工程学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了模拟夏玉米冠层内各层叶面积指数垂直分布,光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR)是研究作物群体光合作用和长势的重要特征参数,阐明冠层内PAR的垂直分布规律与冠层结构等参数之间的相关关系,可为遥感定量反演冠层结构参数提供模型基础。该文基于PAR在冠层内的辐射传输规律结合冠层结构模拟不同太阳高度角的PAR透过率垂直分布模型,并用地面冠层分析仪测量值进行验证,结果表明模型对封垄前玉米抽雄期冠层内PAR透过率垂直分布模拟精度较高。通过不同太阳高度角PAR透过率的垂直分布模型结合消光系数运用不同算法分别反演层叶面积指数(leaf area index,LAI),并与不同高度层LAI实测值进行比较。结果显示:Bonhomme&Chartier算法反演不同高度层LAI精度较高,上层均方根误差(root mean square error,RMSE)为0.18,中层RMSE为0.55,下层RMSE为0.09。不同太阳高度角反演结果存在差异,30°和45°高度角均能较好地反演下层LAI,RMSE分别为0.11与0.09;30°高度角反演中层LAI精度较高,RMSE为0.30;45°高度角反演上层LAI精度较高,RMSE为0.18。结果表明基于不同太阳高度角构建的层LAI反演模型更适于实现夏玉米不同高度层LAI的遥感估算。该研究可为模拟垄行结构冠层内LAI垂直分布提供参考。
关键词： 遥感 农作物 辐射 夏玉米 光合有效辐射透过率 垂直分布 层叶面积指数
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东北地区土壤温度和湿度空间变异特性研究
《农业机械学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD
摘要：于2015年4月在黑龙江农垦赵光农场,使用20套无线传感器网络节点部署在赵光农场一面积为33.4 hm2的玉米地块,并通过2个手持式移动节点进行加密测量。根据这一方案,获得了从4月5—29日在240 m×240 m、120 m×120 m、60 m×60 m和30 m×30 m网格下的土壤温度和土壤湿度数据。在此基础上,基于统计半方差函数理论和GIS空间Kriging插值方法分别分析了土壤温度和土壤湿度各向同性、各向异性变化特征及分布模式。结合土壤温度和土壤湿度在不同尺度下的Kriging插值结果,确定了两者最佳采样间距。试验结果表明,土壤温度和土壤湿度的半方差函数分别适用于球形模型和指数模型,两者均有很强的空间自相关。其中,土壤温度自相关距离为51.56 m,土壤湿度的自相关距离为154.16 m。土壤温度在45°、90°方向变化明显大于0°、135°方向;土壤湿度拟合决定系数(R~2)为0.77,在0°、135°方向上变化较大,土壤温度和土壤湿度最佳采样间距分别为60 m和100 m。
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ICP-AES分析光谱条件对中药蒲公英无机元素吸收的影响
《光谱学与光谱分析 》 2015 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：在全密闭植物工厂中水培种植中药蒲公英,以发射不同波段光谱的荧光灯及LED灯作为药材生长光源,并结合ICP–AES技术分析了不同光谱条件对蒲公英无机元素吸收和积累的影响。结果表明:(1)相近的光合有效辐射(PAR)条件下,单一红光R及混合光FLRB有利于水培蒲公英可食生物量的积累,单一蓝光B处理下可食生物量最低;(2)荧光灯FL条件下蒲公英地上部分常量无机元素含量比值为K∶Ca∶P∶Mg∶Na=79.74∶32.39∶24.32∶10.55∶1.00,微量无机元素含量比值为Fe∶Mn∶B∶Zn∶Cu=9.28∶9.71∶3.82∶2.08∶1.00;(3)峰值为660nm的红光有利于蒲公英对Ca,Fe,Mn,Zn元素的吸收,Cu元素含量受光谱条件的影响不明显;(4)蒲公英地上部分对Ca,Na,Mn,Zn四种元素的积累量均在纯红光R下最高,而对其余六种元素的积累量以混合光FLRB条件下最高。
关键词： 植物工厂 光谱成分 ICP-AES技术 蒲公英 无机元素
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鲜切蔬菜加工过程追溯的原料批次混合优化模型构建
《农业工程学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了保障鲜切蔬菜加工企业的产品质量安全,提高鲜切蔬菜生产加工效率,减少加工过程中因原料批次而导致的召回正本增加等问题,提出了一种鲜切蔬菜加工过程追溯的批次混合优化问题的解决方案。该研究通过分析鲜切蔬菜加工的基本工艺流程,根据中小规模鲜切蔬菜加工企业的实际生产需求,研究适用于单原料仓库、单成品仓库的生产加工过程,构建基于企业生产订单和多原料批次的生产加工模型。在模型构建上,综合考虑了加工过程中单个订单不可拆分,以及原料批次选取时应优先选取最近未用完批次原则等企业生产加工管理的实际因素。在此基础上应用遗传算法对订单的加工次序和原料批次的选取次序进行优化。采用北京某鲜切蔬菜加工企业的实际生产数据对模型进行验证,采用平均召回规模及平均出成率作为鲜切蔬菜加工的目标函数。结果表明,通过算法优化后的目标函数值与初始值相比提高了10.5%,能够有效减少平均召回规模并提高产品加工的综合出成率,该模型为中小规模鲜切蔬菜加工企业的原料批次分配及生产流程的优化提供参考。
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苹果糖度高光谱图像可视化预测的光强度校正方法
《农业机械学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对类球形水果表面曲率变化引起高光谱图像光响应强度差异较大,难以有效预测各部位的品质信息的问题,以富士苹果为研究对象,对高光谱图像进行黑白标定后,以糖度测试部位为感兴趣区域提取平均光谱并建立糖度的定量预测模型,校正集相关系数Rc为0.930 5,校正均方根误差RMSEC为0.433 1;高光谱图像经构建掩模消除样本背景噪声后,提出了高光谱图像光强度校正方法,比较校正前后的高光谱图像能量分布图可以发现光强度得到有效补偿,对校正后的高光谱图像标记空间信息并提取对应光谱,用已建立的苹果糖度模型计算各像素点对应的糖度值,绘制苹果糖度的伪彩色分布图。研究结果表明,高光谱图像经强度校正可以快速无损的预测苹果的糖度及其分布。
关键词： 苹果 糖度 高光谱图像 光强度校正 可视化 无损检测
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葡萄树地上部形态结构数据获取方法
《农业工程学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD
摘要：葡萄树为多年蔓生植物,其形态结构复杂且受人工修剪及架势的影响。获取葡萄树地上部植株及器官的形态结构及纹理数据,有助于建立3D可视化模型以表征该植株的品种遗传特征、受环境、架式和人工修剪等因素的影响。该文针对葡萄树形态结构数据获取工作量大、效率低、依靠单一手段所获取数据缺乏完整性等特点,提出一种高效的葡萄树地上部形态结构数据获取方法,首先对葡萄树进行拓扑结构解析和数字化表达实现复杂结构的显示表达;然后针对目标植株进行葡萄树三维形态数据采集,包括植株拓扑结构三维数字化数据采集、品种一致性与差异性分析的DUS(植物新品种特异性(distinctness)、一致性(uniformity)和稳定性(stability)的栽培鉴定试验或室内分析测试)数据采集,器官的形态参数测量,三维扫描与纹理数据采集,目标植株的栽培环境及人工管理措施等信息的采集。结果表明,基于所获取形态结构数据结合植物参数化建模方法重建的葡萄树器官与植株几何模型具有较高的真实感。在葡萄树形态结构数据获取方法的基础上,对植物地上部形态结构数据获取标准化流程进行探讨,以期为其他植物主要器官与植株的形态结构数据获取提供方法参考。
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基于视觉伺服的樱桃番茄果串对靶测量方法
《农业工程学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对鲜食番茄自动化采收实际需要,为了实现对樱桃番茄果串自动识别定位,基于激光测距和视觉伺服技术设计了果串自动对靶测量视觉系统。通过分析成熟番茄果串图像色彩特征,采用R-G色差模型凸显目标与背景差异,并根据色差灰度逐列统计锁定果串图像区域;基于Cognex Vision Pro图像处理类库Cog PMAlign Tool模板匹配工具,对果串区域内果粒进行分割;根据对边缘果粒空间坐标估算,同时对采摘机械臂进行视觉伺服控制,实现对边缘果粒对靶定位测量,并根据其空间坐标测算果串长宽特征,为采摘执行部件提供作业依据。试验结果表明,视觉系统对果串内果粒的平均识别率为83.5%,对果粒视觉对靶的平均偏差为8.38像素,果串长度测量平均误差为8.25 mm,果串宽度测量平均误差为5.25 mm。该研究结果为串形果实自动采收目标识别定位提供参考。
关键词： 机器人 图像处理 测量 樱桃番茄 视觉伺服 对靶测量 激光测距
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基于动态混沌神经网络的预测研究-以马铃薯时间序列价格为例
《系统工程理论与实践 》 2015 EI 北大核心 CSCD CSSCI
摘要：针对农产品价格波动的非线性特征明显、传统时间序列方法在预测农产品价格短期波动存在不足等状况,本文将混沌理论和神经网络技术应用到农产品价格短期预测研究中,充分利用相关技术优势,设计了动态混沌神经网络时间序列预测模型.在此基础上,选取2008年1月21日-2012年7月1日的中国马铃薯日度价格为研究对象,对所构建的动态混沌神经网络时间序列预测模型进行学习、训练和测试,并用统计分析方法对模型性能进行评价与分析,最后,将所构建模型的预测结果与传统预测方法预测出的结果进行比较研究.结果显示:整个动态混沌神经网络结构为27-12-1,所设计的基于动态混沌神经网络的马铃薯价格时间序列预测模型在预测精度和性能上较ARMA模型均具有明显优势,这一预测模型在农产品价格时间序列短期预测研究上将具有广阔的应用前景.
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