科研产出
以高光谱数据有效预测苹果可溶性固形物含量
《光谱学与光谱分析 》 2013 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：从高光谱数据中选取能够有效进行内部品质检测的特征波长,是利用高光谱成像技术进行水果品质定量分析的关键。本文采用遗传算法(GA)、连续投影算法(SPA)和GA-SPA算法分别从400～1 000nm的苹果高光谱图像中提取特征波长,利用偏最小二乘法(PLS)、最小二乘支撑向量机(LS-SVM)和多元线性回归(MLR)建模进行苹果可溶性固形物含量(SSC)的定量分析并进行了综合比较。160个样品中,120个用于建模,40个用于预测。比较发现SPA-MLR模型获得了最好的结果,R2p,RMSEP和RPD分别为0.950 1,0.308 7和4.476 6。结果表明:SPA能够有效地用于高光谱数据的变量选择,利用SPA-MLR可建立稳健的苹果SSC预测模型,较少的有效变量和MLR模型的易解释性表明该模型在在线检测和便携式仪器开发中具有较大的应用潜力。
关键词： 高光谱成像 苹果 可溶性固形物含量 变量选择 多元校正分析
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盐度对序批式生物反应器污泥膨胀的影响
《农业工程学报 》 2013 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了研究盐度对污泥膨胀的影响,采用序批式生物反应器(sequencing batch reactor,SBR)处理含盐废水,考察NaCl、NA_2SO_4和Na_3PO_4盐度变化对污泥沉降性和污染物去除效果的影响。结果表明,当NaCl和NA_2SO_4盐度由0升高至30 g/L时,污泥容积指数(sludge volume index,SVI)由135 mL/g下降至71~73 mL/g,总氮(total nitrigen,TN)去除率由80%下降到60%,胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)质量浓度由521~523 mg/L升高到896~917 mg/L,污泥沉降性良好;当Na_3PO_4盐度由0升高至8 g/L时,SVI由135 mL/g升高至198 mL/g,TN去除率由80%下降至60%,EPS质量浓度由549 mg/L升高到674 mg/L,发生污泥膨胀。随着NaCl和NA_2SO_4盐度的提高,污泥沉降性能提高,TN去除率下降,EPS质量浓度升高。随着Na_3PO_4盐度的提高,污泥沉降性能和TN去除率均下降,EPS质量浓度升高。然而,随着NaC(l30~0 g/L)、NA_2SO_4(30~0 g/L)和Na_3PO_4(8~0 g/L)盐度的降低,SVI值分别由71 mL/g升高至298 mL/g,73 mL/g升高至291 mL/g和198 mL/g升高至241 mL/g,TN去除率分别由62%下降至43%,65%下降至44%,70%下降至35%,EPS质量浓度分别由917 mg/L升高至1 092 mg/L,896 mg/L升高至1 078 mg/L,674 mg/L升高至759 mg/L。随着NaCl、NA_2SO_4和Na_3PO_4盐度由高降低后,污泥沉降性能和TN去除率均下降,EPS质量浓度继续升高,盐度降低后发生了污泥膨胀。
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基于监督局部线性嵌入算法的玉米田间杂草识别
《农业工程学报 》 2013 EI 北大核心 CSCD
摘要：杂草精准识别是实现农药定向定量喷洒的基础,是精准农业重要的研究课题之一,对环境保护和生产成本控制都有着重要的现实意义。该文以玉米田间常见杂草为研究对象,首先通过超绿特征去除田间复杂背景的影响,然后采用形态学方法自动分割图像中绿色植物区域作为待判别为杂草或作物的识别对象,之后采用基于Fisher投影的监督LLE(locally linear embedding)方法对样本的高维灰度特征进行降维,在低维空间结合支持向量机实现了杂草的快速识别。试验结果表明,该识别方法能更好地发现杂草与玉米的低维特征,对杂草和玉米植株的平均识别率分别达到97.2%和77.8%。该研究结果可为精准喷洒除草剂的自动化实现提供参考。
关键词： 图像处理 识别 算法 监督局部线性嵌入 支持向量机
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荷兰蔬菜种苗生产装备系统发展现状及对中国的启示
《农业工程学报 》 2013 EI 北大核心 CSCD
摘要：为提高生产率、降低劳动强度和减少生产成本,荷兰蔬菜育苗生产中广泛使用精量播种生产线、嫁接作业生产线、岩棉块种苗生产线和相应配套机具,并借鉴花卉物流化生产模式,开发出穴盘输送装备、岩棉块搬运铺放专用车等生产物料搬运装备,实现了高效、省力、自动化生产。该文结合生产实例分析了利用岩棉块种苗生产线直接播种生产蔬菜种苗和利用播种生产线、嫁接作业生产线及岩棉块种苗生产线生产蔬菜嫁接苗的作业流程,并讨论了各生产流程的作业特性。综合以上论述,总结出荷兰温室种苗生产具有以下特点:由于岩棉具有保水透气、病菌易控等优点,潮汐灌溉具有操作方便可自控、节约水资源等优点,在温室蔬菜生产中广泛采用岩棉块栽培和潮汐灌溉;蔬菜生产效益低于花卉生产效益,造成蔬菜种植企业在自动化生产方面的资金投入相对较低,与花卉生产相比自动化程度也相对较低;精量播种生产线、嫁接作业生产线和岩棉块种苗生产线构成蔬菜种苗生产装备系统的主体,生产线将装备作业环节与人工作业环节按作业流程有机结合,快速提高蔬菜生产效率;针对蔬菜种苗生产中作业量大、劳动强度大的生产物料搬运环节,采取多种途径,提高自动化作业水平,减轻劳动强度,提高生产率。针对中国温室蔬菜生产所面临的劳动力短缺、劳动成本逐年提高、自动化生产水平低下和作业生产率不高等问题,借鉴荷兰设施园艺自动化生产技术的发展经验,中国蔬菜种苗生产应以提高生产率和降低劳动强度为核心目标,注重集成开发,利用现有成熟技术,重点集中开发自动化装备的关键技术,提高开发效率;在构建设施农业装备生产系统方面,应在提高生产自动化水平的基础上,综合考虑装备性价比,引入温室内部物流化生产模式,构建物流化生产系统,提高种苗生产的总体生产效率,促进中国温室园艺生产模式的现代化转型。
关键词： 温室 自动化 嫁接 蔬菜 种苗生产装备 荷兰 岩棉块 现状
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基于可见光-近红外新光谱特征和最优组合原理的大麦叶片氮含量监测
《红外与毫米波学报 》 2013 EI 北大核心 CSCD
摘要：提出新的作物冠层叶片氮含量(LNC)高光谱遥感监测方法,以对氮素要求较高的大麦LNC监测为例,利用田间实测数据,从可见光-近红外区域的高光谱反射曲线中提取包含丰富多波段信息的斜率、夹角等新型特征参数,应用组合预测领域中的权重最优组合原理及其算法,实现对作物LNC的高光谱监测.研究表明,提出的高光谱反射曲线斜率和夹角等新型特征参数与作物LNC显著相关,并具有较好的定量响应关系,其中关键斜率参数(Kre/Kpb)和Kpb以及夹角参数(Aδ/Aα)和(Aδ/Aθ)较好地描述了LNC的动态变化;而权重最优组合分析则表明(Kre/Kpb)和Knirl两个参数的组合最能响应LNC的光谱信息,有助于增强监测的稳定性并提高估测的精度.
关键词： 高光谱遥感 标准化反射率 斜率 夹角 最优组合原理 叶片氮含量
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基于Voronoi的无线传感器网络覆盖控制优化策略
《通信学报 》 2013 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对无线传感器网络运行状态中存在覆盖空洞的问题,提出了一种基于Voronoi有效覆盖区域的空洞侦测修复策略。该策略以满足一定网络区域覆盖质量为前提,在空洞区域内合理增加工作节点以提高网络覆盖率为优化目标,采用几何图形向量方法对节点感知范围和Voronoi多边形的位置特性进行理论分析,力求较准确地计算出空洞面积,找寻最佳空洞修复位置,部署较少的工作节点保证整个网络的连通性。仿真结果表明,该策略能有效地减少网络总节点个数和感知重叠区域,控制网络中冗余节点的存在,同时其收敛速度较快,能够获得比现有算法更高的目标区域空洞修复率,实现网络覆盖控制优化。
关键词： 无线传感器网络 网络覆盖率 Voronoi 覆盖质量 覆盖空洞
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草本植被过滤带对径流中泥沙和除草剂的去除效果
《农业工程学报 》 2013 EI 北大核心 CSCD
摘要：除草剂阿特拉津的大量使用在提高农业生产效率、增加作物产量的同时,也导致了严重的环境污染。该研究通过在土槽上进行浑水冲刷试验,定量研究了禾本科草本植被过滤带(狼尾草Pennisetum alopecuroides (Linn.)Spreng和野古草Arundinella hirta (Thunb.)C.Tanaka)对径流、泥沙、以及阿特拉津的拦截效果。结果表明,禾本科草本植被过滤带能有效拦截径流,拦截率可达88%;并显著降低泥沙和阿特拉津流失量,但其作用效果受泥沙和阿特拉津的进水浓度影响较大。当进水泥沙浓度为20、40、60g/L时,植被过滤带对泥沙的拦截率分别为95%、93%、85%;当进水阿特拉津浓度为0.3、0.6、0.9mg/L时,植被过滤带对阿特拉津的拦截率分别为95%、92%、91%。另外,植被过滤带对泥沙和阿特拉津的拦截率随时间延长呈逐渐降低趋势,试验开始后第1、10、20、40、60分钟的泥沙拦截率分别为97%、95%、93%、91%、87%,阿特拉津拦截率分别为97%、93%、90%、86%、84%;同时,阿特拉津出流浓度与径流量有显著相关关系(r1=0.88,r2=0.93,r3=0.94),表明径流量在一定程度上决定了阿特拉津出流浓度和出流量。研究证实,植被过滤带能有效降低阿特拉津随径流流失量,对阿特拉津引起的农业面源污染具有较好防治效果。
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自参考离子选择性电极技术应用中的微电极制备及测试
《农业工程学报 》 2013 EI 北大核心 CSCD
摘要：SIET(self-referencing ion electrode technique,自参考离子选择性电极技术)是电生理学研究的新手段,可以在植物抗逆研究中无损地获得植物细胞、组织、器官微区内离子流动态变化信息,而离子选择性微电极的制备及性能测试的标准化是SIET系统对植物活细胞、活体组织原位离子流测试的前提。该文以钾离子选择性微电极为例,详细讨论了离子选择性微电极的拉制、硅烷化、灌充等制备过程,研究了微电极内阻等电极参数的测量方法,测试了微电极的能斯特响应斜率、检测范围、响应时间等参数,讨论了制备过程中微电极性能的影响因素。离子选择性微电极使用WD-2型微电极拉制仪由无导液丝的TW150-3型硼硅酸盐玻璃毛细管拉制成形,其尖端直径为1～9μm,干燥后用5%硅烷试剂在150℃温度下做硅烷化处理,再灌充入内充液与LIX(liquid ion exchanger,液态离子交换剂)而制成。研究表明:LIX成分是影响微电极内阻的重要因素,灌充LIX后的钾离子选择微电极(LIX长度为150～210μm)内阻达到108～109Ω,明显高于灌充LIX前;微电极在0.01～500mmol/L K+浓度范围内具有很好的线性关系,R2=0.9998,能斯特斜率为53.095mV/dec;微电极对1和100mmol/L KCl溶液的平均响应时间t95%小于1s。研究结果表明,离子选择性玻璃微电极的制备过程是影响微电极性能的关键,微电极尖端尺寸、内阻、响应时间等参数对微电极的应用影响显著。该研究可为离子选择性微电极的制备及其在SIET系统中的应用提供参考。
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花卉幼苗自动移栽机关键部件设计与试验
《农业工程学报 》 2013 EI 北大核心 CSCD
摘要：为实现盆栽花卉幼苗机械化移栽作业,减轻人工操作劳动强度,该文对花卉穴盘苗自动移栽机的关键部件进行设计。基于机器视觉技术获取花卉幼苗生长信息,采用区域目标像素统计的方法对幼苗生长状况进行评价,并对优质种苗进行定位,剔除缺苗、劣苗。为满足不同规格穴盘通用性和种苗无损操作要求,设计了弹簧驱动柔性可调的幼苗根部夹持手爪,通过对手爪的力学分析计算,优化其中关键零件的结构参数。移栽机控制系统由PC上位机扩展多路电机驱动节点,以满足多轴控制需要。基于自动移栽机试验平台,对各关键部件进行试验测试,结果表明系统移栽作业效率小于800工作循环/h时,夹持手爪能够对幼苗进行可靠操作,移栽成功率95%以上,此外视觉系统对幼苗识别准确率87%以上。
关键词： 农业机械 机器人 移栽 花卉幼苗 夹持手爪 机器视觉 性能试验
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冷链物流过程猪肉微生物污染与控制图设计
《农业工程学报 》 2013 EI 北大核心 CSCD
摘要：为科学监控猪肉冷链物流过程的微生物污染和产品质量安全,该研究检测冷却猪肉物流环节主要腐败菌和病原菌的数量变化,设计基于统计过程控制的均值-极差控制图,用以分析物流过程微生物数量的波动性和产品合格率。结果表明:猪肉微生物数量随着物流链的延长而显著增加(大肠菌群除外),超市货架肉块的微生物数量显著高于屠宰场待出货样品,且外市超市显著高于本市超市。物流过程猪肉的菌落总数、大肠菌群和热杀索丝菌的数量均符合正态分布,假单胞菌和李斯特菌的数量不符合正态分布。根据猪肉中微生物不同限量标准控制线所得到的过程能力指数和产品合格率不同,但样品中的菌落总数均符合国家标准。均值-极差控制图可以直观呈现微生物数量的波动性和产品合格率,为监控猪肉冷链物流过程或操作工序的微生物污染提供科学的管理和控制方法。
关键词： 肉、质量控制 温度 菌落 冷链物流 微生物污染 控制图
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