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    1. 农业知识智能服务技术综述
    赵春江
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (2): 126-148.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202306002
    摘要866)   HTML278)    PDF(pc) (3579KB)(1133)    收藏

    [目的/意义] 农业环境动态多变、动植物生长影响因子众多且互作关系复杂,如何将分散无序信息理解生成生产知识或决策案例是世界性难题。农业知识智能服务技术是应对农业数据低秩化、规则关联度低和推理可解释性差等现状,提升农业生产全过程综合预测和决策分析能力的核心关键。[进展]本文综合分析了感知识别、知识耦合、推理决策等农业知识智能服务技术,构建由云计算支撑环境、大数据处理框架、知识组织管理工具、知识服务应用场景组成的农业知识智能服务平台,提出一种基于知识规则和事实案例相结合的农情解析与生产推理决策方法,构造产前规划、产中管理、收获作业、产后经营等全链条知识智能应用场景。[结论/展望]从农业多尺度农情稀疏特征发现与时空态势识别、农业跨媒体知识图谱构建与自演化更新、复杂成因农情多粒度关联与多模式协同反演预测、基于生成式人工智能的农业领域大语言模型设计、知识智能服务平台与新范式构建等方面对农业知识智能服务技术发展趋势进行总结,对实现农业生产由“看天而作”到“知天而作”转变具有技术支撑作用。

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    2. 基于机器视觉的胡麻种子自动化考种方法
    毛永文, 韩俊英, 刘成忠
    智慧农业(中英文)    2024, 6 (1): 135-146.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202309011
    摘要54)   HTML34)    PDF(pc) (1671KB)(871)    收藏

    目的/意义 胡麻种子的周长、面积、长短轴和千粒重是胡麻考种过程中常用的参数,对于胡麻的育种、栽培,以及种子品质和性状的评估都具有重要的意义。 方法 针对胡麻种子自动化考种时出现的数据统计错误率高、效率低等问题,基于机器视觉研究胡麻种子的轮廓特点、探索形态特征的测量方法,针对籽粒重叠现象提出基于融合角点特征的轮廓拟合图像分割方法,设计胡麻种子自动化考种数据实时分析系统,最终实现胡麻种子自动化考种的研究。本研究在工业相机获取的胡麻种子图像上进行试验。 结果和讨论 提出的自动化考种方法对不同品种胡麻种子的统计识别准确率达97.28%,百粒种子平均处理时长69.58 ms,相较于极限腐蚀算法、基于距离变换的分水岭算法,平均计算准确率比极限腐蚀算法提升19.6%,平均运算时间低于直接使用分水岭算法所需时间。 结论 自动化考种方法具有更好的计算准确率和处理速度,能够更准确地批量获取胡麻种子的形态学特征参数,使测量误差能够保持在10%以内,可为今后胡麻考种相关工作提供技术支撑,助力相关产业发展。

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    3. 基于改进ResNet50模型的自然环境下苹果物候期识别
    刘永波, 高文波, 何鹏, 唐江云, 胡亮
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (2): 13-22.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202304009
    摘要368)   HTML95)    PDF(pc) (2822KB)(695)    收藏

    [目的/意义] 针对传统方法对自然环境下苹果物候期图像识别精度低、覆盖面不全等问题,提出一种基于改进ResNet50模型的苹果物候期识别方法。 [方法] 通过搭建球形摄像机获取复杂背景下的苹果图像数据集,以ResNet50作为基础模型,引入SE(Squeeze-and-Excitation Network)通道注意力机制强化对苹果图像的特征提取能力,并结合余弦退火衰减学习率的Adam优化器,实现自然环境下高原红富士苹果物候期图像的智能识别。[结果和讨论]在32,000幅苹果树图像集上进行了试验,结果表明,改进ResNet50模型对苹果物候期图像进行识别,验证集准确率达到96.35%,测试集准确率达到91.94%,平均检测时间为2.19 ms,相较于AlexNet、VGG16、ResNet18、ResNet34、ResNet101以及经典ResNet50模型,最优验证集准确率分别提升了9.63%、5.07%、5.81%、4.55%、0.96%和2.33%。 [结论] 改进ResNet50可实现对苹果物候期有效识别,该研究成果可为果园物候期识别提供参考,通过集成至果树生育期智能监测生产管理平台,实现苹果园区的智能化管控。

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    4. 农业病虫害图像数据集构建关键问题及评价方法综述
    管博伦, 张立平, 朱静波, 李闰枚, 孔娟娟, 汪焱, 董伟
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (3): 17-34.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202306012
    摘要414)   HTML114)    PDF(pc) (1576KB)(691)    收藏

    [目的/意义] 农业病虫害科学数据集是农业病虫害监测预警的基础,也是发展智慧农业重要的组成部分,对农业病虫害防治具有重要意义。随着深度学习技术在农业病虫害智能监测预警中应用效果的凸显,构建高质量的农业病虫害数据集逐步受到专家学者的重视。为了进一步构建高质量、分布均衡的农业病虫害图像数据集,提高检测模型的准确性和鲁棒性,本文以构建农业病虫害图像数据集面临的挑战为切入点,对农业病虫害数据集的构建进行了全面综述。 [进展] 分别从数据集层次、数据样本层次和使用层次总结构建农业病虫害图像数据集所面临的类间类内样本不均衡、选择偏差、目标多尺度、目标密集、数据分布不均、图像质量参差不齐、数据集规模不足以及数据集可用性等问题,从图像采集和标注方法两个方面,分析以上问题的主要成因,并归纳算法的改进策略和建议,最后总结了数据集相关评价方法。 [结论/展望] 结合农业病虫害图像识别实际需求,对构建高质量农业病虫害图像数据集提出了相关建议:(1)结合实际使用场景构建农业病虫害数据集。多视角、多环境下采集图像数据构建数据集,从算法提取特征的角度,科学、合理划分数据类别,构建样本数量分布和特征分布均衡的数据集;(2)平衡数据集与算法间的关系。研究数据集特征与算法性能之间的关系,需充分考虑数据集中的类别和分布,以及与模型匹配的数据集规模,以提高算法准确性、鲁棒性和实用性。深入研究农业病虫害图像数据规模与模型性能的关联关系、病虫害图像数据标注方法、模糊、密集、遮挡等目标的识别算法和高质量农业病虫害数据集评价指标,进一步提高农业病虫害智能化水平;(3)增强数据集的使用价值。构建多模态农业病虫害数据集,创新数据采集组织形式,开发数据中台,挖掘多模态数据间的关联性,提高数据使用便捷性,为应用落地、业务创新提供高效服务。

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    5. 基于双目视觉和改进YOLOv8的玉米茎秆宽度原位识别方法
    左昊轩, 黄祺成, 杨佳昊, 孟繁佳, 李思恩, 李莉
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (3): 86-95.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202309004
    摘要236)   HTML45)    PDF(pc) (1659KB)(655)    收藏

    [目的/意义] 玉米茎秆宽度是影响玉米抗倒伏能力的重要指标。玉米茎秆宽度测量存在人工采集过程繁琐、设备自动采集识别精度误差较大等问题,研究一种玉米茎秆宽度原位检测与高精度识别方法具有重要应用价值。 [方法] 采用ZED2i双目相机并将其固定在田间获取实时的玉米茎秆左目和右目图片,对原始图片进行数据增强,使用YOLOv8对玉米茎秆进行识别,再通过多次增加注意力机制(Coordinate Attention,CA)模块,和替换损失函数(Efficient IoU Loss,EIoU)的方法,进一步提高玉米茎秆的识别精度,然后通过对玉米茎秆的三维重建,获取识别框边界点在世界坐标系下的三维数据,通过距离公式计算出茎秆宽度。最后对改进后的YOLOv8模型与YOLOv8原模型、YOLOv7、YOLOv5、Faster RCNN、SSD进行对比,验证模型的识别准确性和识别精度。 [结果和讨论] 改进后的YOLOv8模型的查准率P、查全率R、平均精确率mAP0.5、平均精确率mAP0.5∶0.95分别达到了96.8%、94.1%、96.6%、77.0%,玉米茎秆宽度原位检测宽度计算的线性回归决定系数R2,均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE分别为0.373、0.265和0.244 cm,可满足实际生产对玉米茎秆宽度测量精度的要求。 [结论] 本研究提出的基于改进YOLOv8模型的玉米茎秆宽度原位识别方法可以实现对玉米茎秆的原位准确识别,很好地解决了目前人工测量耗时费力和机器视觉识别精度较差的问题,为实际生产应用提供了理论依据。

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    6. 用于边缘计算设备的果树挂果量轻量化估测模型
    夏雪, 柴秀娟, 张凝, 周硕, 孙琦鑫, 孙坦
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (2): 1-12.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202305004
    摘要477)   HTML143)    PDF(pc) (2277KB)(611)    收藏

    [目的/意义] 挂果量是果树栽培管理的重要指标。传统人力抽样估测果树挂果量的方法不仅耗时费力,而且容易产生较大误差。本研究提出一种用于边缘计算设备的轻量化模型,实现视频中树上柑橘挂果量的自动估测。 [方法] 该模型采用CSPDarkNet53+PAFPN结构作为特征提取网络,实现更快的推理速度和更低的模型复杂度,在果实跟踪过程中引入Byte算法改进FairMOT的数据关联策略,对视频中的柑橘进行预测跟踪,以提升挂果量估测准确性。[结果和讨论]在边缘计算设备NVIDIA Jetson AGX上进行模型性能测试结果表明,本研究所建模型对柑橘挂果量的平均估测精度(Average Estimating Precision,AEP)和处理速度(Frames Per Second,FPS)分别达到91.61%和14.76,模型估测值与人工测得真实值的决定系数R2为0.9858,均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)为4.1713,模型参数量、计算量(Floating Point Operations,FLOPs)和模型大小分别为5.01 M、36.44 G和70.20 MB,展现出较对比模型更优的挂果量估测性能和更低的模型复杂度。 [结论] 试验结果证明了本研究所建模型在边缘计算设备上对柑橘挂果量估测的有效性,基于算法模型研发的果园挂果量远程监测系统可满足用于果园移动平台行进状态下的果树挂果量估测需求。本研究可为果园生产力自动监测分析提供技术支持。

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    7. 基于轻量级MobileNet V3-YOLOv4的生长期菠萝成熟度分析
    李阳德, 马晓慧, 王骥
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (2): 35-44.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202211007
    摘要208)   HTML44)    PDF(pc) (1858KB)(576)    收藏

    [目的/意义] 菠萝的贮藏性与成熟度相关,菠萝采摘前对其成熟度进行识别尤为重要。本研究目的在于提出一种新型网络模型,提高菠萝成熟度自动识别的准确率和速度。 [方法] 首先针对菠萝训练数据集样本少与实时性差等不足,利用在自然环境下拍摄的菠萝照片,自建了种植区场景菠萝成熟度分析数据集。之后将YOLOv4骨干网络替换成轻量级网络MobileNet V3,提出了轻量级的MobileNet V3-YOLOv4网络。同时训练了原YOLOv4模型、MobileNet V1-YOLOv4模型、MobileNet V2-YOLOv4模型以及Faster R-CNN、YOLOv3、SSD300、Retinanet、Centernet等五种不同的单、双阶段网络模型,并对比模型的评价指标,分析本文模型的优越性。[结果和讨论]试验结果表明,MobileNet V3-YOLOv4训练时间为11,924 s,参数量为53.7 MB,训练好的MobileNet V3-YOLOv4在验证集的平均精度均值(mean Average Precision,mAP)为90.92%,对于黄熟期菠萝和青熟期菠萝两种类别的检测精确率(Precision)分别为100%和98.85%,平均精度(Average Precision,AP)值分别为87.62%、94.21%,召回率(Recall)分别为77.55%、86.00%,F1分数(F1 Score)分别为0.87和0.92,推理速度(Frames Per Second,FPS)80.85 img/s。 [结论] 本研究提出的MobileNet V3-YOLOv4实现了在降低训练速度、减小参数量的同时,提高了菠萝成熟度识别的精度和推理速度,满足实际检测需求。

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    8. 融合ECA机制与DenseNet201的水稻病虫害识别方法
    潘晨露, 张正华, 桂文豪, 马家俊, 严晨曦, 张晓敏
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (2): 45-55.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202305002
    摘要264)   HTML51)    PDF(pc) (1686KB)(545)    收藏

    [目的/意义] 针对传统人工识别病虫害存在的效率过低、成本过高等问题,提出一种融合ECA(Efficient Channel Attention)注意力机制与DenseNet201的水稻图像识别模型GE-DenseNet(G-ECA DenseNet)。 [方法] 首先在ECA机制上引入Ghost模块的思想构成G-ECA Layer结构,增强其提取特征的能力。其次,在DenseNet201原有的Dense Block前引入G-ECA Layer,使模型具有更优的通道特征提取能力。由于实验所用的数据集较小,将DenseNet201在ImageNet数据集上预训练的权重参数迁移到GE-DenseNet中。训练时,采用Focal Loss函数来解决各分类样本不均衡的问题。同时,使用Adam优化器以避免在模型训练初期由于部分权重随机初始化而导致反向传播的梯度变化剧烈的问题,在一定程度上削弱了网络训练的不确定性。[结果和讨论]在包含水稻胡麻斑病、水稻铁甲虫、稻瘟病与健康水稻的3355张图像数据集上进行了实验测试,识别准确率达到83.52%。由GE-DenseNet模型的消融对比实验可得,引入了Focal Loss函数与G-ECA Layer层之后,模型准确率上升2.27%。将所提模型与经典NasNet(4@1056)、VGG-16和ResNet50模型相比,分类准确率分别提高了6.53%、4.83%和3.69%;相较于原始的DenseNet201,对水稻铁甲虫的识别准确率提升达20.32%。 [结论] 加入G-ECA Layer结构能够使模型更为准确地捕捉适合于水稻病虫害识别的特征信息,从而使GE-DenseNet模型能够实现对不同水稻病虫害图像更为准确地识别,为及时防治病虫害,减少各类损失提供技术支持。

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    9. 农机装备数字孪生:从概念到应用
    郭大方, 杜岳峰, 武秀恒, 侯思余, 栗晓宇, 张延安, 陈度
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (2): 149-160.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202305007
    摘要497)   HTML131)    PDF(pc) (2531KB)(523)    收藏

    [目的/意义] 农机装备是先进农业生产理念落地的物质支撑,如何提升农机装备设计制造水平及运维管控能力,充分发挥装备性能,是智慧农业未来发展所面临的核心问题。数字孪生是一种融合多种信息技术、促进虚实交互融合的先进理念,有助于更加清晰地认识农机装备及其运行过程,从而解决从设计到回收阶段的复杂性问题,进而全方位地提升农机装备作业质量,更好地满足农业生产需求。[进展]首先围绕数字孪生在农机装备领域的应用,总结数字孪生的研究动态,分析农机装备数字孪生的概念与内涵,提出系统性的体系架构。然后从宏观发展、系统实现、项目实施多个角度阐述农机装备数字孪生的实现路线。最后介绍农机装备数字孪生的典型应用场景和案例。[结论/展望]数字孪生为农机装备转型升级提供了新方法,为提升农业机械化生产水平提供了新途径,为实现智慧农业提供了新思路。本文可为农机装备数字孪生相关研究工作的开展提供参考,为数字孪生赋能智慧农业和智能装备奠定理论基础。

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    10. 油料作物产量遥感监测研究进展与挑战
    马宇靖, 吴尚蓉, 杨鹏, 曹红, 谭杰扬, 赵荣坤
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (3): 1-16.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202303002
    摘要435)   HTML136)    PDF(pc) (837KB)(520)    收藏

    [目的/意义] 油料作物是粮食供应和非粮食供应的重要组成部分,也是食用植物油和植物蛋白的重要来源。实时、动态、大范围的油料作物生长监测对指导农业生产、维持粮油市场稳定、确保国民生命健康具有重大意义。遥感技术因其覆盖范围广、获取信息及时、快速等优势被广泛应用于区域作物产量监测研究和应用中。 [进展] 本文首先介绍了利用遥感技术对油料作物进行估产的相关背景;其次,从遥感参数反演、面积监测及估产研究三个方面综述了基于遥感技术的油料作物监测研究现状,指出数据同化技术在油料作物估产方面具有极大潜力,并从同化方法、网格选取两方面进行详细阐述。 [结论/展望] 指出了遥感技术在油料作物监测中的机遇,提出了基于遥感技术的油料作物估产在作物特征选取、空间尺度确定以及遥感数据选择等方面存在的一些问题和挑战,并对未来油料作物估产研究的发展趋势进行了展望。本文可为油料作物的区域估产及生长监测的深入研究提供借鉴和参考。

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    11. 基于改进ShuffleNet V2的轻量级防风药材道地性智能识别
    赵毓, 任艺平, 朴欣茹, 郑丹阳, 李东明
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (2): 104-114.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202304003
    摘要159)   HTML21)    PDF(pc) (1531KB)(428)    收藏

    [目的/意义] 目前,对于防风药材产地和品质的鉴别方法主要是根据其物理或化学特征,其方法需对中药材进行分离提取,存在耗时长,费用高,专业性强,技术难度大等问题,不利于推广应用。随着深度学习的不断发展,其无需人工提取特征、分类精度高等优点被广泛应用在中药材的识别之中。 [方法] 针对大多数卷积神经网络模型在识别防风药材时计算量大、精度低的问题,本研究提出了一种改进的ShuffleNet V2的轻量级防风道地性识别模型。在不降低网络性能的情况下调整模型架构,减少模型参数量和计算量,用沙漏残差网络(Hourglass Residual Network)代替传统残差网络,同时引入SE(Squeeze-and-Excitation)注意力机制,把具有附加信道注意力的沙漏残差网络嵌入到ShuffleNet V2中,使用SiLU激活函数替换 ReLU 激活函数,丰富局部特征学习,从而提出轻量化的中药防风道地性识别模型 Shuffle-Hourglass SE。为了验证本文所提出模型的有效性,选用VGG16、MobileNet V2、ShuffleNet V2和SqueezeNet V2四种经典网络模型进行对比实验。[结果和讨论]结果表明,本研究提出的模型Shuffle-Hourglass SE获得了最佳性能。在测试集上取得95.32%的准确率、95.28%的召回率,F1分数达到95.27%,测试时间、模型大小为246.34 ms和3.23 M,不仅在传统CNN网络中是最优的,在轻量级网络中也具有较大优势。 [结论] 本研究所提出的模型在保持较高识别精度的同时占用较少的储存空间,有助于在未来的低性能终端上实现防风道地性的实时诊断。

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    12. 基于不同空间分辨率无人机多光谱遥感影像的小麦倒伏区域识别方法
    魏永康, 杨天聪, 丁信尧, 高越之, 袁鑫茹, 贺利, 王永华, 段剑钊, 冯伟
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (2): 56-67.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202304014
    摘要236)   HTML53)    PDF(pc) (4042KB)(423)    收藏

    [目的/意义] 快速准确评估作物倒伏灾情状况,需及时获取倒伏发生位置及面积等信息。目前基于无人机遥感识别作物倒伏缺乏相应的技术标准,不利于规范无人机数据获取流程和提出问题解决方案。本研究旨在探讨不同空间分辨率无人机遥感影像及特征优化方法对小麦倒伏区域识别精度的影响。 [方法] 在小麦倒伏后设置3个飞行高度(30、60和90 m),获取不同空间分辨率(1.05、2.09和3.26 cm)的数字正射影像图(Digital Orthophoto Map,DOM)和数字表面模型(Digital Surface Model,DSM),从不同空间分辨率影像中分别提取5个光谱特征、2个高度特征、5个植被指数以及40个纹理特征构建全特征集,并选择3种特征选择方法(ReliefF算法、RF-RFE算法、Boruta-Shap算法)筛选构建特征子集,进而利用3种面向对象监督分类方法——支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、随机森林(Random Forest,RF)和K最近邻(K Nearest Neighbor,KNN)构建小麦倒伏分类模型,明确适宜的分类策略,确立倒伏分类技术路径。[结果和讨论]结果表明,SVM的分类效果整体优于RF和KNN,当影像空间分辨率在1.05~3.26 cm范围内变化时,全特征集和3种优化特征子集均以1.05 cm分辨率的分类精度最高,优于2.09和3.26 cm。比较发现,Boruta-Shap特征优化方法既能实现降维和提高分类精度的目标,又能适应空间分辨率的变化,当影像分辨率为3.26 cm时,总体分类精度相较1.05和2.09 cm分别降低了1.81%和0.75%;当影像分辨率为2.09 cm时,总体分类精度相较1.05 cm降低了1.06%,表现为不同飞行高度下的分类精度相对差异较小,90 m总体分类精度可达到95.6%,Kappa系数达到0.914,满足了对分类精度的需求。 [结论] 通过选择适宜的特征选择方法,不仅可以兼顾分类精度,还能有效缩小影像空间分辨率变化引起的倒伏分类差异,有助于提升飞行高度,扩大小麦倒伏监测面积,降低作业成本,为确立作物倒伏信息获取策略及小麦灾情评估提供参考及支持。

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    13. 基于人工智能的地球物理参数反演范式理论及判定条件
    毛克彪, 张晨阳, 施建成, 王旭明, 郭中华, 李春树, 董立新, 吴门新, 孙瑞静, 武胜利, 姬大彬, 蒋玲梅, 赵天杰, 邱玉宝, 杜永明, 徐同仁
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (2): 161-171.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202304013
    摘要283)   HTML52)    PDF(pc) (1400KB)(411)    收藏

    [目的/意义] 人工智能(Artificial Intelligence,AI)技术已在学术和工程应用领域掀起了研究高潮,在地球物理参数和农业气象遥感参数反演方面也表现出了强大的应用潜力。目前大部分AI技术在地学和农学的应用还是“黑箱”,没有物理意义或缺乏可解释性及通用性。为了促进AI在地学和农学的应用和培养交叉学科的人才,本研究提出基于AI耦合物理和统计方法的地球物理参数反演范式理论。 [方法] 首先基于物理能量平衡方程进行物理逻辑推理,从理论上构造反演方程组,然后基于物理推导构建泛化的统计方法。通过物理模型模拟获得物理方法的代表性解以及利用多源数据获得统计方法代表性的解作为深度学习的训练和测试数据库,最后利用深度学习进行优化求解。 [结果和讨论] 判定形成具有通用性和物理可解释的范式条件包括:(1)输入与输出变量(参数)之间必须存在因果关系;(2)输入和输出变量(参数)之间理论上可以构建闭合的方程组(未知数个数少于或等于方程组个数),也就是说输出参数可以被输入参数唯一确定。如果输入参数(变量)和输出参数(变量)之间存在很强的因果关系,则可以直接使用深度学习进行反演。如果输入参数和输出参数之间存在弱相关性,则需要添加先验知识来提高输出参数的反演精度。此外,本研究以农业气象遥感中的关键参数地表温度、发射率、近地表空气温度和大气水汽含量联合反演作为案例对理论进行了证明,分析结果表明本理论是可行的,并且可以辅助优化设计卫星传感器波段组合。 [结论] 本理论和判定条件的提出在地球物理参数反演史上具有里程碑意义。

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    14. 农业机器人技术进展、挑战与趋势
    赵春江, 范贝贝, 李瑾, 冯青春
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (4): 1-15.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202312030
    摘要598)   HTML151)    PDF(pc) (2498KB)(363)    收藏

    [目的/意义]农业机器人是全球农业装备的战略制高点和竞争焦点,也是加快推动中国农业强国建设的重点方向之一。世界农业强国与中国均围绕本国农业发展特点,正在加强农业机器人政策与规划布局,带动农业机器人产业进入稳定增长期。[进展]本文阐述了农业机器人概念及特征,全球农业机器人发展政策与战略规划布局,以及产业发展状况。针对农田作业机器人、果园采摘机器人和设施蔬菜生产机器人等3类典型农业机器人的产业背景、前沿进展、发展面临的挑战和关键技术卡点开展了深入分析。[结论/展望]展望了在全球农业劳动力的日益短缺的大背景下,农业机器人产业快速发展面临的机遇,提出了未来农业机器人技术在自主导航、自主学习、实时监控、作业管控等方面的发展趋势。

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    15. 自然环境中鲜食葡萄快速识别与采摘点自动定位方法
    朱衍俊, 杜文圣, 王春颖, 刘平, 李祥
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (2): 23-34.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202304001
    摘要298)   HTML53)    PDF(pc) (2122KB)(356)    收藏

    [目的/意义] 自然环境中鲜食葡萄的快速识别与精准定位是实现鲜食葡萄机器人自动采摘的先决条件。 [方法] 本研究基于改进的K-means聚类算法和轮廓分析法提出一种鲜食葡萄采摘点自动定位的方法。首先,采用加权灰度阈值作为聚类算法相似度的判定依据,并以此为基础提出一种自适应调整K值的K-means聚类算法,实现鲜食葡萄的快速有效识别检测;然后,利用提出的轮廓分析法获得果梗轴和采摘点感兴趣区域,利用几何方法实现鲜食葡萄采摘点快速准确定位;最后,利用采集的917张鲜食葡萄图像对本研究提出的算法进行实验验证。[结果和讨论]本研究提出算法定位的鲜食葡萄采摘点与最优采摘点的误差小于12个像素的成功率为90.51%,平均定位时间为0.87 s,实现鲜食葡萄采摘点的快速准确的定位。在篱壁式种植方式与棚架式种植方式下分别进行50次模拟仿真试验,结果表明,篱壁式紫葡萄采摘点定位成功率为86.00%,棚架式紫葡萄识别定位成功率达到92.00%,篱壁式绿葡萄采摘点定位成功率为78.00%,棚架式绿葡萄识别定位成功率为80.00%,整体试验效果较好。 [结论] 本研究可为鲜食葡萄采摘机器人实现精准采摘葡萄提供技术支撑。

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    16. 基于多种机器学习算法预测广西蔗区甘蔗产量
    石杰锋, 黄为, 范协洋, 李修华, 卢阳旭, 蒋柱辉, 王泽平, 罗维, 张木清
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (2): 82-92.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202304004
    摘要236)   HTML42)    PDF(pc) (1175KB)(323)    收藏

    [目的/意义] 分析广西甘蔗主产区甘蔗产量与气象因素的关系,利用气象数据预测甘蔗产量,为糖厂及相关管理部门提供科学的数据支撑。 [方法] 选用2002~2019年广西五个不同地级市内蔗区的产量数据及14种逐日气象数据,将每年的各气象因子以78个逐月递增的连续时段的均值与产量进行相关性分析,根据敏感时段分析法确定关键气象因子,并分析各气象因子在敏感时段对产量的影响。分别利用BP神经网络(BP Neural Network,BPNN)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、随机森林(Random Forest,RF)、长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)建立单蔗区产量预测模型,并采用以全生育期气象均值作为模型输入的方法进行对照实验。使用HP滤波法(Hodrick Prescott Filter)分离出甘蔗气象产量,将5个蔗区的数据混合,分别利用RF、SVM、BPNN和LSTM建立通用的多蔗区气象产量预测模型。[结果和讨论]对于单蔗区,敏感时段分析法的模型预测效果明显优于全生育期取气象均值的方法,LSTM模型对于上述两种数据处理方法的预测效果均明显优于目前广泛使用的BPNN、SVM、RF模型,敏感时段分析法的LSTM模型整体的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)分别为10.34 t/ha和6.85%,决定系数Rv2为0.8489。对于多蔗区,LSTM预测结果较差,RF、SVM及BPNN三种预测模型都取得了良好的效果,预测效果最好的BPNN模型的RMSE和MAPE分别为0.98 t/ha和9.59%,Rv2为0.965。 [结论] 通过敏感时段分析法筛选的关键气象因子与产量均呈显著相关,根据敏感时段能准确地分析各气象因子对产量的影响。使用LSTM模型预测单蔗区产量,使用BPNN模型预测多蔗区甘蔗气象产量的方法是可行的,且预测误差在可接受范围内。

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    17. 基于无人机高光谱遥感的烤烟叶片叶绿素含量估测
    赖佳政, 李贝贝, 程翔, 孙丰, 陈炬廷, 王晶, 张芊, 叶协锋
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (2): 68-81.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202303007
    摘要221)   HTML53)    PDF(pc) (3593KB)(301)    收藏

    [目的/意义] 烤烟叶片叶绿素含量(Leaf Chlorophyll Content,LCC)是表征烤烟光合作用、营养状况和长势的重要指标。本研究的目的为高效精确地估测不同生长期烤烟LCC。 [方法] 以中烟100烟叶为研究对象,利用无人机搭载Resonon Pika L高光谱成像仪采集烤烟在6个关键生育期冠层反射率数据。基于相关分析筛选了21种LCC的敏感光谱指数,通过比较不同光谱组合及不同回归分析算法的预测精度,最终建立了基于多种光谱指数组合的LCC回归估测模型。采用一元线性回归(Unary Linear Regression,ULR)、多元线性回归(Multivariable Linear Regression,MLR)、偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)、支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)和随机森林回归(Random Forest Regression,RFR)5种建模方法进行LCC估测。[结果和讨论]在不同生育期大部分光谱参数与LCC的相关性达到极显著(P<0.01);相较于传统植被指数,新组合的光谱指数显著提升了与LCC的相关性;对单变量LCC估测模型ULR,以移栽后75 d新组合的归一化光谱指数与红光比率光谱指数的单变量建模精度最高两者决定系数(Coefficient of Determination,R2 )和均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为0.822和0.814,0.226和0.230。MLR、PLSR、SVR和RFR建模方法预测结果表明,RFR算法在LCC估测中效果最好,其中使用移栽后75 d数据验证集的R2和RMSE可达0.919和0.146。 [结论] 本研究通过分析多种光谱指数与烤烟LCC的响应规律,构建可靠的烤烟叶片LCC估测模型,可为烤烟叶LCC估测以及烤烟的生长发育监测提供理论依据和技术支撑。

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    18. 基于无人机遥感和深度学习的葡萄卷叶病感染程度诊断方法
    刘易雪, 宋育阳, 崔萍, 房玉林, 苏宝峰
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (3): 49-61.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202308013
    摘要323)   HTML73)    PDF(pc) (3044KB)(276)    收藏

    [目的/意义] 葡萄卷叶病是一种严重影响葡萄产量和品质的病害。葡萄卷叶病感染程度类别之间存在严重的数据不平衡,导致无人机遥感技术难以进行精确的诊断。针对此问题,本研究提出一种结合细粒度分类和生成对抗网络(Generative Adversarial Network,GAN)的方法,用于提高无人机遥感图像中葡萄卷叶病感染程度分类的性能。 [方法] 以蛇龙珠品种卷叶病识别诊断为例,使用GANformer分别对每一类的葡萄园正射影像的分块图像进行学习,生成多样化和逼真的图像以增强数据,并以Swin Transformer tiny作为基础模型,提出改进模型CA-Swin Transformer,引入通道注意力机制(Channel Attention,CA)来增强特征表达能力,并使用ArcFace损失函数和实例归一化(Instance Normalization,IN)来改进模型的性能。 [结果和讨论] GANformer可以生成FID score为93.20的蛇龙珠虚拟冠层图像,有效地改善数据不平衡问题。同时,相比基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)的深度学习模型,基于Transformer的深度学习模型在卷叶病感染程度诊断的问题上更具优势。最佳模型Swin Transformer在增强数据集上达到83.97%的准确率,比在原始数据集上提高3.86%,且高于GoogLeNet、MobileNetV2、NasNet Mobile、ResNet18、ResNet50、CVT和T2TViT等对照模型。而本研究所提的CA-Swin Transformer在增强数据后的测试集上达到86.65%的分类精度,比在原始的测试集上使用Swin Transformer精度提高6.54%。 [结论] 本研究基于CA-Swin Transformer使用滑动窗口法制作了葡萄园蛇龙珠卷叶病严重程度分布图,为葡萄园卷叶病的防治提供了参考。同时,本研究的方法为无人机遥感监测作物病害提供了一种新的思路和技术手段。

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    19. 基于人工智能大模型技术的果蔬农技知识智能问答系统
    王婷, 王娜, 崔运鹏, 刘娟
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (4): 105-116.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202311005
    摘要256)   HTML48)    PDF(pc) (1475KB)(255)    收藏

    [目的/意义] 乡村振兴战略给农业技术推广提出新的要求,使农业推广知识的供给形式有待进一步创新。以果蔬农技知识服务为需求导向,基于前沿大语言模型技术,面向新型农业知识导读和知识问答等农技推广服务,构建果蔬农技知识智能问答系统。 [方法] 基于草莓种植户需求分析,把草莓栽培农技知识划分为不同主题,形成知识对象识别和知识问答两种大模型下游任务,结合机器自动标注和人工标注的方法构建小样本高质量训练语料;通过对比已有的4种大语言模型:Baichuan2-13B-Chat、ChatGLM2-6B、Llama-2-13B-Chat、ChatGPT的性能表现,选择性能最优的模型作为基础模型,按照“优质语料+预训练大模型+微调”的研究思路,训练具有语义分析、上下文关联和生成能力,能够适应多种下游任务的深度神经网络,构建农业知识问答大模型;采用数据优化、检索增强生成技术等多种策略缓解大模型幻觉问题;研发果蔬农技知识智能问答系统,生成高精度、无歧义的农业知识答案,同时支持用户多轮问答。 [结果和讨论] 以精准率和召回率为命名实体识别任务的性能表现指标,参与测评的国内主流模型在微调后不同知识主题下的平均精准率均超过85%,平均召回率表现各异,其中知识实体类型的数量、标注语料数量等因素都会影响大模型性能;以幻觉率和语义相似度为知识问答任务的性能表现指标,数据优化、采用检索增强生成技术等策略以10%~40%的幅度有效降低大模型幻觉率,并有效提高大模型的语义相似度。 [结论] 在农业领域的命名实体识别和知识问答任务中,预训练大模型ChatGLM的表现性能最优。针对预训练大模型下游任务的微调和基于检索增强生成(Retrieval-Augmented Generation,RAG)技术的模型优化可以缓解大模型幻觉问题,显著提升大模型性能。大模型技术具有创新农技知识服务模式、优化农业知识推广的潜力,能够有效降低种植户获取高质量有效知识的时间成本,引导更多的种植户实现农业技术创新和转型。但是由于性能不稳定等诸多问题,大模型的优化方法和具体场景应用仍需进一步深入研究。

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    20. 基于深度学习ImCascade R-CNN的小麦籽粒表形鉴定方法
    泮玮婷, 孙梦丽, 员琰, 刘平
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (3): 110-120.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202304006
    摘要204)   HTML45)    PDF(pc) (1664KB)(247)    收藏

    [目的/意义] 培育优质高产的小麦品种是小麦育种的主要目标,而小麦籽粒完整性直接影响小麦育种进程。完整籽粒与破损籽粒的部分特征差异较小,是限制基于深度学习识别破损小麦籽粒精准度的关键因素。 [方法] 为解决小麦籽粒检测精度低的问题,本研究建立ImCascade R-CNN模型,提出小麦籽粒表形鉴定方法,精准检测小麦籽粒完整性、分割籽粒并获取完整籽粒表形参数。 [结果和讨论] ImCascade R-CNN模型检测小麦籽粒完整性的平均精度为90.2%,与Cascade Mask R-CNN、Deeplabv3+模型相比,能更好地识别、定位、分割小麦籽粒,为籽粒表形参数的获取提供基础。该方法测量粒长、粒宽的平均误差率分别为2.15%和3.74%,测量长宽比的标准误差为0.15,与人工测量值具有较高的一致性。 [结论] 研究结果可快速精准检测籽粒完整性、获取完整籽粒表形数据,加速培育优质高产小麦品种。

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    21. 基于改进YOLOv8的小麦叶片病虫害检测轻量化模型
    杨锋, 姚晓通
    智慧农业(中英文)    2024, 6 (1): 147-157.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202309010
    摘要139)   HTML28)    PDF(pc) (1991KB)(222)    收藏

    目的/意义 针对小麦叶片病虫害在自然环境下形态和颜色特征较为复杂、区分度较低等特点,提出一种高质量高效的病虫害检测模型,即YOLOv8⁃SS(You Only Look Once Version 8-SS),为病虫害的预防与科学化治理提供准确的依据。 方法 基于YOLOv8算法,采用改进的轻量级卷积神经网络ShuffleNet V2作为主干网络提取图像特征即YOLOv8-S,在保持检测精度的同时,减少模型的参数数量和计算负载;在此基础上增加小目标检测层和注意力机制SEnet(Squeeze and Excitation Network),对YOLOv8-S进行改进,在不降低检测速度和不损失模型轻量化程度的情况下提高检测精度,提出YOLOv8-SS小麦叶片病虫害检测模型。[结果与讨论] YOLOv8-SS模型在实验数据集上的平均识别精度和检测准确率分别达89.41%和91.00%,对比原模型分别提高10.11%和7.42%。因此,本研究所提出的方法可显著提高农作物病虫害的检测鲁棒性,并增强模型对小目标图像特征的提取能力,从而高效准确地进行病虫害的检测和识别。 结论 本研究使用的方法具有广泛适用性,可应用于大规模农作物病虫害检测的实际场景中。

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    22. 基于深度学习语义分割和迁移学习策略的麦田倒伏面积识别方法
    张淦, 严海峰, 胡根生, 张东彦, 程涛, 潘正高, 许海峰, 沈书豪, 朱科宇
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (3): 75-85.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202309013
    摘要154)   HTML34)    PDF(pc) (2219KB)(219)    收藏

    [目的/意义] 利用低空无人机技术并结合深度学习语义分割模型精准提取作物倒伏区域是一种高效的倒伏灾害监测手段。然而,在实际应用中,受田间各种客观条件(不同无人机飞行高度低于120 m、多个研究区、关键生育期不同天气状况等)限制,无人机获取的图像数量仍偏少,难以满足高精度深度学习模型训练的要求。本研究旨在探索一种在作物生育期和研究区有限的情况下精准提取倒伏面积的方法。 [方法] 以健康/倒伏小麦为研究对象,在其灌浆期和成熟期开展麦田图像采集工作。设置2个飞行高度(40和80 m),采集并拼接获取2019、2020、2021和2023年份3个研究区的数字正射影像图(Digital Ortho⁃photo Map,DOM);在Swin-Transformer深度学习语义分割框架基础上,分别使用40 m训练集单独训练、40和80 m训练集混合训练、40 m训练集预训练80 m训练集迁移学习等3种训练方法,获得对照模型、混合训练模型和迁移学习模型;采用对比实验比较上述3种模型分割80 m高度预测集图像的精度并评估模型性能。 [结果和讨论] 迁移学习模型倒伏面积提取精度最高,交并比、正确率、精确率、召回率和F1-Score共5个指标平均数分别为85.37%、94.98%、91.30%、92.52%和91.84%,高于对照组模型1.08%~3.19%,平均加权帧率达到738.35 fps/m2,高于40 m图像183.12 fps/m2[结论] 利用低飞行高度(40 m)预训练语义分割模型,在较高飞行高度(80 m)空图像做迁移学习的方法提取倒伏小麦面积是可行的,这为解决空域飞行高度限制下,较少80 m及以上图像数据集无法满足语义分割模型训练的要求的问题,提供了一种有效的方法。

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    23. 基于PADC-PCNN与平稳小波变换多焦距绿色植株图像融合算法
    李嘉豪, 瞿宏俊, 高名喆, 仝德之, 郭亚
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (3): 121-131.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202308005
    摘要110)   HTML18)    PDF(pc) (1435KB)(211)    收藏

    [目的/意义] 构建绿色植株三维点云模型需大量清晰图像,受镜头景深限制,在采集大纵深植株图像时图像会部分失焦,导致出现边缘模糊、纹理细节丢失等问题,现有的处理算法难以兼顾处理质量和处理速度。本研究目的是提出一种新型算法,提高融合图像质量问题的同时兼顾处理速度。 [方法] 提出了一种基于非下采样剪切波变换(Non-Subsampled Shearlet Transform,NSST)的参数自适应双通道脉冲耦合神经网络(Parameter Adaptation Dual Channel Pulse Coupled Neural Network,PADC-PCNN)与平稳小波变换(Stationary Wavelet Transform, SWT)的植株图像融合方法。首先对植株的RGB图像进行通道分离,针对含纹理细节等特征较多的G通道进行NSST分解,低频子带使用梯度能量融合规则,高频子带使用PADC-PCNN融合规则;对轮廓信息和背景信息多的R、B通道,采用速度快且具备平移不变性的平稳小波变换,用以抑制伪Gibbs效应。自建了480幅图像共8组数据,以光照环境、距离和植株颜色为变量,同时采集不同焦距图像验证算法性能。 [结果和讨论] 基于PADC-PCNN-SWT算法与常用的快速导向滤波算法(Fast Guided Filter,FGF)、随机游走算法(Random Walk,RW)、非下采样剪切波变换的脉冲耦合神经网络算法(Nonsubsampled Shearlet Transform based Pulse-Coupled Neural Network,NSST-PCNN)、平稳小波变换算法(Stationary Wavelet Transform,SWT)和非下采样剪切波变换的参数自适应双通道脉冲耦合神经网络(Nonsubsampled Shearlet Transform based Parameter-Adaptive Dual-Channel Pulse-Coupled Neural Network,NSST-PADC)等五种算法相比,在清晰度上比前四种算法分别提高了5.6%、8.1%、6.1%和17.6%,在空间频率上比前四种算法分别提高了2.9%、4.8%、7.1%和15.9%,而相较于融合效果最好的NSST-PADC算法在处理速度方面平均提升200.0%,同时调焦范围约6 mm。 [结论] 本研究提出的基于PADC-PCNN-SWT多焦距图像融合算法实现了在保障融合质量的同时,提高了融合图像的效率,为搭建绿色植株三维点云模型提供高质量数据的同时节省了时间。

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    24. 基于不同叶位日光诱导叶绿素荧光信息的水稻叶瘟病早期监测
    程宇馨, 薛博文, 孔媛媛, 姚东良, 田龙, 王雪, 姚霞, 朱艳, 曹卫星, 程涛
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (3): 35-48.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202309008
    摘要221)   HTML34)    PDF(pc) (5433KB)(200)    收藏

    [目的/意义] 基于遥感手段的稻叶瘟(Rice Leaf Blast,RLB)无损早期监测对于抗性育种和植保防控具有重要作用。目前对稻瘟病的研究多使用反射光谱在其显症阶段进行监测,针对稻叶瘟早期侵染阶段的日光诱导叶绿素荧光(Solar-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)光谱监测研究尚未见报道。本研究的目的是基于不同叶位的日光诱导叶绿素荧光信息,实现水稻叶瘟病早期阶段感病叶片的准确识别。 [方法] 基于一年的温室接种试验和大田采样实验,配合使用主动光源、ASD(Analytical Spectral Devices)地物光谱仪和FluoWat叶片夹,获取了拔节期和抽穗期水稻植株顶1至顶4叶位的叶片SIF光谱,并人工标注了被测样本的发病等级。研究基于连续小波分析(Continue Wavelet Analysis,CWA)提取对稻叶瘟敏感的小波特征,比较了不同叶位敏感特征及其感病叶片识别精度,最后基于线性判别分析(Linear Discriminant Analysis,LDA)算法构建了稻叶瘟识别模型。 [结果和讨论] 各叶位感病叶片远红光区域的上行和下行SIF均显著高于健康叶片;基于SIF小波特征的感病叶片识别精度显著高于原始SIF波段,顶1叶的稻瘟病识别精度显著高于其他三个叶位,其识别精度最高可达70%;提取的适用于多叶位的共性敏感小波特征↑WF832,3和↓WF809,3在顶1至顶4叶的精度分别达到69.45%、62.19%、60.35%、63.00%和69.98%、62.78%、60.51%、61.30%。 [结论] 本研究揭示了稻瘟病胁迫下水稻叶片SIF光谱响应规律,提取了对稻叶瘟敏感的SIF小波特征,结果证明了连续小波分析和SIF技术用于诊断稻叶瘟的潜力,为实现稻瘟病的田间早期、快速、原位诊断提供了重要参考与技术支撑。

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    25. 利用改进EfficientNetV2和无人机图像检测小麦倒伏类型
    龙佳宁, 张昭, 刘晓航, 李云霞, 芮照钰, 余江帆, 张漫, FLORES Paulo, 韩哲雄, 胡灿, 王旭峰
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (3): 62-74.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202308010
    摘要189)   HTML31)    PDF(pc) (2022KB)(199)    收藏

    [目的/意义] 不同类型的小麦倒伏(根部倒伏、茎部倒伏)对产量和质量会产生不同影响。本研究旨在通过无人机图像对小麦倒伏类型进行分类,并探究无人机飞行高度对分类性能的影响。 [方法] 研究设置3个无人机飞行高度(15、45、91 m)来获取小麦试验田的图像,并利用自动分割算法生成不同高度的数据集,提出一种EfficientNetV2-C改进模型对其进行分类识别。模型通过引入CA(Coordinate Attention)注意力机制来提升网络特征提取能力,并结合CB-Focal Loss(Class–Balanced Focal Loss)来解决数据不均衡对模型分类准确度的影响。 [结果和讨论] 改进的EfficientNetV2-C表现最佳,平均准确率达到93.58%。对比未改进的4种机器学习分类模型(支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、K最近邻(K Nearest Neighbor,KNN)、决策树(Decision Tree,DT)和朴素贝叶斯(Naive Bayes,NB))与两种深度学习分类模型(ResNet101和EfficientNetV2),其中EfficientNetV2在各个高度下表现最优,平均准确率达到82.67%。无人机飞行高度对4种机器学习分类器性能无显著影响,但随飞行高度上升,由于图像特征信息损失,深度学习模型的分类性能下降。 [结论] 改进的EfficientNetV2-C在小麦倒伏类型检测方面取得了较高的准确率,为小麦倒伏预警和农作物管理提供了新的解决方案。

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    26. 融合改进UNet和迁移学习的棉花根系图像分割方法
    唐辉, 王铭, 于秋实, 张佳茜, 刘连涛, 王楠
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (3): 96-109.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202308003
    摘要154)   HTML29)    PDF(pc) (2442KB)(178)    收藏

    [目的/意义] 根系是植物组成的重要部分,其生长发育至关重要。根系图像分割是根系表型分析的重要方法,受限于图像质量、复杂土壤环境、低效传统方法,根系图像分割存在一定挑战。 [方法] 为提高根系图像分割的准确性和鲁棒性,本研究以UNet模型为基础,提出了一种多尺度特征提取根系分割算法,并结合数据增强和迁移学习进一步提高改进UNet模型的泛化性和通用性。首先,获取棉花根系单一数据集和开源多作物混合数据集,基于单一数据集的消融试验测试多尺度特征提取模块(Conv_2+Add)的有效性,与UNet、PSPNet、SegNet、DeeplabV3Plus算法对比验证其优势。基于混合数据集验证改进算法(UNet+Conv_2+Add)在迁移学习的优势。 [结果和讨论] UNet+Conv_2+Add相比其他算法(UNet、PSPNet、SegNet、DeeplabV3Plus),mIoU、mRecall和根系F1调和平均值分别为81.62%、86.90%和78.39%。UNet+Conv_2+Add算法的迁移学习相比于普通训练在根系的交并比(Intersection over Union,IoU)值提升1.25%,根系的Recall值提升1.79%,F1调和平均值提升0.92%,且模型的整体收敛速度快。 [结论] 本研究采用的多尺度特征提取策略能准确、高效地分割根系,为作物根系表型研究提供重要的研究基础。

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    27. 农业轮式机器人三维环境感知技术研究进展
    陈睿韵, 田文斌, 鲍海波, 李端, 谢鑫浩, 郑永军, 谭彧
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (4): 16-32.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202308006
    摘要160)   HTML37)    PDF(pc) (1885KB)(166)    收藏

    [目的/意义]作为未来农机装备的研究重点,农业轮式机器人正向着智能化与多功能化的方向发展。三维环境感知技术因其获取的信息量丰富、复杂环境下的鲁棒性和适应性好,成为了农业轮式机器人智能化无人作业的基础与关键,其发展水平直接影响到包括农业轮式机器人在内的无人农机的作业质量与效率。[进展]本文首先总结了农业轮式机器人和农业环境感知技术的发展现状,分析了不同类型农业轮式机器人的使用特点和应用现状。其次分析了在农业轮式机器人上实现三维环境感知所主要使用的感知设备及其对应的关键技术,重点阐述了基于激光雷达、视觉传感器和多传感器融合的农业轮式机器人三维环境感知技术的研究进展。[结论/展望]结合农业作业特点与实际需求,指出了农业轮式机器人三维环境感知技术在适用性、环境信息处理和感知效果等方面存在的一些问题,并提出了提升传感器的农业适用性、发展基于深度学习的农业环境感知技术、发展智能化的高速在线多传感器信息融合技术三个方面的建议,以期为农业轮式机器人三维环境感知技术发展提供参考与借鉴。

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    28. 基于Floyd和改进遗传算法的丘陵地区农田遍历路径规划
    周龙港, 刘婷, 卢劲竹
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (4): 45-57.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202308004
    摘要158)   HTML22)    PDF(pc) (2023KB)(157)    收藏

    [目的/意义] 本研究针对丘陵地区的农田环境下农业机器人遍历多个田块的遍历路径问题,提出了一种Floyd算法与改进遗传算法相结合的遍历路径规划方法。 [方法] 首先建立田块间的连通关系以及路网图;然后利用Floyd算法获得任意两个田块间覆盖路径端点距离,再将该距离代价作为变量带入改进遗传算法进行求解,最终得到优化后的田块遍历顺序以及每个田块的进出口分布。 [结果和讨论] 仿真结果表明,与传统遗传算法相比,本研究提出的改进遗传算法平均最短路径缩短13.8%,算法收敛迭代次数更少,并表现出较好的跳出局部最优解的能力。利用真实的农田数据和田间作业参数进行仿真试验,通过本研究方法得到的田块遍历顺序和进出口的排布能够有效地减少转移路径的长度和路径的重复率。 [结论] 本研究在农机多田块遍历路径规划上的优越性和可行性,算法输出的轨迹坐标能为农机驾驶员或无人农机在大面积作业时提供路径参考。本研究可为农业机器人遍历路径规划提供技术支持。

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    29. 融合迁移学习和集成学习的自然背景下荒漠植物识别方法
    王亚鹏, 曹姗姗, 李全胜, 孙伟
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (2): 93-103.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202305001
    摘要155)   HTML26)    PDF(pc) (2023KB)(153)    收藏

    [目的/意义] 荒漠植物的准确识别是其认识和保护过程中不可或缺的任务,是荒漠生态研究与保护的基础。自然条件下野外荒漠植物图像的机器视觉自动分类识别可有效提升植物资源调查效率、降低人为主观因素影响,对荒漠植物的精准分类、多样性保护和资源化利用具有重要意义。 [方法] 以自然环境下的整株荒漠植物图像为研究对象,构建新疆干旱区荒漠植物图像数据集,以EfficientNet B0—B4网络为基础网络,提出一种融合迁移学习和集成学习的荒漠植物图像识别算法,并在公开数据集Oxford Flowers102上进行对比验证。[结果和讨论]基于EfficientNet B0网络的单一子模型的Top-1准确率最高可达93.35%,最低为92.26%,软投票Ensemble-Soft模型、硬投票Ensemble-Hard模型以及加权投票法集成的Ensemble-Weight模型的准确率分别为93.63%、93.55%和93.67%,F1 Score和准确率相当;基于EfficientNet B0—B4网络的单一子模型的Top-1准确率最高可达96.65%,F1 Score为96.71%,而Ensemble-Soft模型、Ensemble-Hard模型以及Ensemble-Weight模型的准确率分别为99.07%、98.91%和99.23%,相较于单一子模型,精度进一步提高,F1 Score与准确率基本相同,模型性能显著;在公开数据集Oxford Flowers102上进行对比试验,3个集成模型相比5个子模型准确率和F1 Score最高提升了4.56%和5.05%,最低也提升了1.94%和2.29%,证明了本研究提出的迁移和集成学习策略能够有效提高模型性能。 [结论] 本方法可提高荒漠植物的识别准确率,通过云端传输至服务器后,实现荒漠植物的准确识别,为真实野外环境下植物图像识别精度低、模型鲁棒性及泛化性弱等问题提供解决思路。服务于野外调查、教学科普以及科学实验等场景。

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    30. 拖拉机-牵引式农机具路径跟踪控制算法研究
    刘智勇, 温昌凯, 肖跃进, 付卫强, 王昊, 孟志军
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (4): 58-67.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202308012
    摘要76)   HTML10)    PDF(pc) (1386KB)(139)    收藏

    [目的/意义] 本研究为解决牵引式农用车辆的路径跟踪精度低、迟滞性大和抗干扰能力差等问题,提出了一种基于滑模变结构控制的拖拉机-牵引式农机具路径跟踪方法。 [方法] 建立了拖拉机-牵引式农机具运动学模型,通过近似线性化的方法建立了车辆-道路偏差状态方程,采用Ackermann公式进行极点配置,设计基于指数趋近律的滑模变结构控制器,并在MATLAB/Carsim联合仿真环境中进行跟踪仿真分析。 [结果和讨论] 跟踪双移线参考路径时,农机具横向偏差和航向偏差经8 s收敛到0 m和0°,在参考航向变化时,横向偏差小于0.1 m,航向偏差小于7°;在跟踪圆形参考路径时,农机具横向偏差经过7 s趋于稳定,并始终小于0.03 m,农机具航向偏差经7 s趋于稳定,并保持在0°;在跟踪S形曲线参考路径时,农机具在曲率变化处依然保持着良好的跟踪性能。 [结论] 农机具能有效跟踪参考路径,满足精度和快速性的要求。在跟踪仿真试验中,拖拉机前轮转角和拖拉机与农机具间的铰接角都保持在小范围内,符合实际生产的需要,降低安全事故发生的可能性。

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    31. 基于深度卷积生成式对抗网络的菌草丙二醛含量可见/近红外光谱反演
    叶大鹏, 陈晨, 李慧琳, 雷莹晓, 翁海勇, 瞿芳芳
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (3): 132-141.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202307011
    摘要93)   HTML16)    PDF(pc) (1784KB)(138)    收藏

    [目的/意义] 菌草是多年生可用作饲料与生物质能源的草本植物,在温带种植需克服越冬问题。低温胁迫会对菌草的生长发育造成不利影响。丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量作为诊断菌草低温胁迫状态的有力诊断指标,利用光谱技术反演MDA含量,可快速无损地评估菌草生长动态,为菌草育种及低温胁迫诊断提供参考。 [方法] 本研究基于6个品种的菌草植株,设置低温胁迫组与常温对照组,获取菌草苗期的可见/近红外光谱(Visible/Near Infrared Spectrum,VIS/NIR)数据与叶片MDA含量信息,分析低温胁迫条件下菌草MDA含量及其光谱反射率均相应增加的变化趋势;为提升模型的检测效果,提出了改进的一维深度卷积生成式对抗网络(Deep Convolutional Generative Adversarial Networks,DCGAN)用于样本数量增广,并建立基于随机森林(Random Forest,RF)、偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)以及卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)算法的MDA光谱定量检测模型。 [结果和讨论] DCGAN可优化模型的可靠性与MDA检测精度,且DCGAN联合RF模型可以得到最佳的检测效果,其中预测集决定系数Rp2为0.7922,均方根误差为2.4063,残差预测偏差(Residual Predictive Deviation,RPD)为2.1937。 [结论] 本研究利用DCGAN进行样本数量增广,能显著提升基于光谱数据的模型对菌草MDA含量的反演精度与预测性能。

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    32. 农业传感器:研究进展、挑战与展望
    王儒敬
    智慧农业(中英文)    2024, 6 (1): 1-17.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202401017
    摘要275)   HTML51)    PDF(pc) (1179KB)(126)    收藏

    目的/意义 农业传感器是数字农业、信息农业、智慧农业等现代农业发展模式的源头技术,也是推动农业科技迭代升级和农业生产方式变革的重要驱动力。农业传感器应用环境(水、气及土壤)和监测对象(动植物)多样复杂、规模大,因此,高环境适应性、高可靠性和低成本的农业传感器是实现智慧农业的基础与核心。[进展]本文对农业传感器进行分类,并对农业传感器前沿研究趋势进行分析,综述农业传感器在不同应用场景下的研究现状,从农业环境传感器(水、大气和土壤等)、动植物生命信息传感器、农产品质量安全传感器和农机传感器四大类进行深入分析,总结现有农业传感器在研发和使用过程中的通用性和局限性。[结论/展望]在农业传感器面临的挑战与展望中,具体分析了现阶段农业传感器大规模应用严重不足的核心瓶颈,包括低成本化、专用化、高稳定性及自适应,归纳出“农业泛在感知”的概念,为农业传感器技术研发提供思路和参考。

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    33. 复杂场景下害虫目标检测算法:YOLOv8-Extend
    张荣华, 白雪, 樊江川
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202311007
    预出版日期: 2024-03-04

    34. 基于改进Mask R-CNN模型的秀珍菇表型参数自动测量方法
    周华茂, 王婧, 殷华, 陈琦
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (4): 117-126.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202309024
    摘要84)   HTML14)    PDF(pc) (1384KB)(111)    收藏

    [目的/意义] 秀珍菇表型是其品质和栽培环境适应性的反映,但目前人工测量表型参数耗时费力、主观性强,亟需自动化分析手段。 [方法] 一种基于改进Mask R-CNN的秀珍菇测量模型PG-Mask R-CNN(Pleurotus geesteranus-Mask Region-Based Convolutional Neural Network),提出以损伤率为指标的裂纹评价方法,并对其进行量化评价。PG-Mask R-CNN模型以Mask R-CNN为主体,通过向特征提取网络Resnet101中添加SimAM注意力机制,在不增加原始网络参数的情况下提高网络性能;采用改进的特征金字塔进行多尺度融合,融合多层级的信息进行预测;将GIoU(Generalized Intersection over Union)边界框回归损失函数替代原有的IoU(Intersection over Union)损失函数,完善图像重叠度的计算,进一步提高模型性能。 [结果和讨论] PG-Mask R-CNN模型目标检测的mAP和mAR分别为84.8%和87.7%,均高于目前主流的YOLACT(You Only Look At CoefficienTs)、InstaBoost、QueryInst和Mask R-CNN模型;实例分割结果的MRE(Mean Relative Error)为0.90%,均低于其他实例分割模型;PG-Mask R-CNN模型的参数量为51.75 M,略大于原始的Mask R-CNN,均小于其他实例分割模型。对分割后的菌盖和裂纹进行测量,所得结果的MRE分别为1.30%和7.54%,损伤率的MAE(Mean Absolute Error)为0.14%。 [结论] 本研究提出的PG-Mask R-CNN模型对秀珍菇的菌柄、菌盖及裂纹识别与分割具有较高的准确率,在此基础上能够实现对秀珍菇表型参数的自动化测量,这为后续秀珍菇智慧化育种、智能栽培与分级奠定了技术基础。

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    35. 冬季猕猴桃树单木骨架提取与冠层生长预测方法
    李政凯, 于嘉辉, 潘时佳, 贾泽丰, 牛子杰
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (4): 92-104.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202308015
    摘要74)   HTML11)    PDF(pc) (2529KB)(110)    收藏

    [目的/意义] 猕猴桃果树生长重叠明显,树冠结构复杂,利用传统方式无法实现果树单木骨架提取与冠层预测,为对密集栽培的猕猴桃果园进行高效无损监测并获取果树生长参数,本研究利用冬季简单树形进行骨架提取,并集成深度学习与数学形态学方法,提高单木骨架预测精度, 提出了一种融合骨架信息的冠层分割方案。 [方法] 采用低成本无人机图像获取高分辨率数据支持,改进PSP-Net语义分割模型,引入数学形态学处理提取单木骨架并优化骨架连续性,以优化单木骨架为先验实现冠层分割。[结果与讨论]优化骨架提取精度可达95%以上,相较于传统方式精度提高约15.71%,像素准确率(Pixel Accuracy,PA)值达95.84%,平均交并比(Mean Intersection over Union,MIoU)值达95.76%,冠层分割加权得分(Weighted F1 Score,WF1)达94.07%左右;而冠层预测像素准确率PA可达95%以上,冠层分割WF1达95.76%左右,与直接利用原始骨架相比,优化骨架提高了冠层分割的PA为13.2%,MIoU为10.9%,WF1为18.4%,显著改善了分割指标。 [结论] 该研究为高效监测猕猴桃园以获取果树数据提供了可靠技术支撑,并为高效、低成本的果园精细化管理提供了全新的技术方案,具有重要的应用前景。

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    36. 低碳农业机械化的发展逻辑、影响因素与实现路径
    杨印生, 韦鑫
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (4): 150-159.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202304008
    摘要98)   HTML15)    PDF(pc) (870KB)(110)    收藏

    目的/意义 随着全球气候变暖及生态环境污染问题愈演愈烈,碳达峰碳中和(以下简称为“双碳”)目标被纳入到中国社会发展的各个领域。为保障中国农业绿色可持续发展,进一步推进落实低碳发展理念,在农业机械化发展过程中各个环节尽可能减少能源消耗、降低污染排放,满足智能化信息时代下经营主体对低碳技术赋能农业机械装备的多样化需求,发展低碳农业机械化势在必行。低碳农业机械化发展不仅是中国农业机械化转型升级和高质量发展的重要内容,也是“双碳”目标下中国农业可持续发展的客观要求。[进展]本文明晰了低碳农业机械化的内涵和目标,从理论、现实和系统三重维度阐释了低碳农业机械化的发展逻辑,分析了影响低碳农业机械化发展的主要因素,分别从要素条件、需求条件等6个方面剖析影响低碳农业机械化发展的深层次原因。[结论/展望]从农业机械装备全寿命周期的生态设计与绿色制造、清洁生产作业推广、脱物质化的社会化服务与绿色经营、8S体系、碳排放测度体系构建、退役废旧农机低碳处置与绿色再制造等方面,提出了中国低碳农业机械化发展的实现途径。

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    37. 应用于植物生理状态检测的低成本叶绿素荧光成像系统
    杨振宇, 汤浩, 葛玮, 夏倩, 仝德之, 付丽疆, 郭亚
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (3): 154-165.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202306006
    摘要137)   HTML24)    PDF(pc) (1735KB)(109)    收藏

    [目的/意义] 植物光合作用过程中释放的叶绿素荧光与光化学反应紧密耦合,其荧光信号采集是光合作用效率、植物生理及环境胁迫等无损的测试手段。作为获取该信号的叶绿素荧光成像系统通常价格昂贵,针对此问题,本文提出一种低成本叶绿素荧光成像系统设计方案。 [方法] 叶绿素荧光成像系统主要由激发光灯组、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)相机及其控制电路和智能手机上位机三部分组成。激光发灯组采用LED面光源和碗状结构,通过对光场的仿真分析保证光照强度和均匀性;采用微型CMOS相机进行荧光图像采集,利用智能手机作为上位机完成激发光控制,并将数据回传至手机或服务器进行分析、处理、存储及显示。 [结果和讨论] 基于该方案,制造了一款仪器样机,其激发光强最大为6250 µmol/(m2·s),光场整体变化幅度偏差为2%,光谱范围为400~1000 nm,稳定的采集频率最高可达42 f/s,具备连续光激发和调制脉冲激发功能。 [结论] 通过叶绿素荧光图像采集实验验证了本仪器的有效性。该仪器结构简单、造价成本低,在植物生理状态检测领域有着很好的应用价值。

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    38. 融合VoVNetv2和置换注意力机制的鱼群摄食图像分割方法
    王鹤榕, 陈英义, 柴莹倩, 徐玲, 于辉辉
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (4): 137-149.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202310003
    摘要97)   HTML14)    PDF(pc) (2425KB)(109)    收藏

    [目的/意义] 鱼群摄食图像分割是提取鱼群分布特征及量化鱼群摄食行为的前提条件。但在实际的养殖环境中,由于鱼群摄食图像存在鱼群边界模糊、目标相似等问题,使得处于养殖场景下的鱼群摄食图像分割成为难题。 [方法] 为解决上述问题,提出一种用于养殖场景下鱼群摄食图像分割方法。该方法首先通过数据清洗减少因鱼群边界模糊等问题导致的数据集不良标记问题,并在Mask R-CNN(Mask Region-based Convolutional Neural Network)的基础上使用融合置换注意力机制的轻量级神经网络VoVNetv2作为骨干网络,建立鱼群摄食图像实例分割网络SA_VoVNetv2_RCNN,提升模型对鱼群关键特征的提取能力以及对重点信息的关注能力,同时减少网络参数。 [结果和讨论] 该方法的平均分割精度达71.014%,相比于SOLOv2、BlendMask和CondInst分别提升18.258%、3.982%和12.068%。为进一步验证模型对鱼群摄食行为量化的有效性,对真实环境下的鱼群进行验证实验,结果表明,模型对摄食和非摄食状态的鱼群具有良好的分割效果,在一定程度上解决了因分割精度低导致的鱼群摄食行为量化错误的问题。 结论] 本研究提出的SA_VoVNetv2_RCNN网络能够实现鱼群摄食和非摄食图像的准确分割,为水下鱼群的摄食行为量化提供决策支撑。

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    39. 基于云-端高精度地图的油菜无人播种作业系统设计与试验
    卢邦, 董万静, 丁幼春, 孙阳, 李浩鹏, 张朝宇
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (4): 33-44.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202310004
    摘要95)   HTML26)    PDF(pc) (2408KB)(105)    收藏

    [目的/意义] 针对人工采集南方中小田边界信息操作繁琐、无人拖拉机转场作业效率低且在转弯调头处留下较大漏作业区域的问题,本研究搭建了一种基于云-端高精度地图的油菜无人播种作业系统。 [方法] 系统采用“无人机构建高精度地图+远程网页端规划作业路径”方法,使用无人机采集影像数据构建高精度地图,基于高精度地图框选田块实现梭行外螺旋路径自动生成,完成直播机组远程路径规划及调度作业。系统采用梭行外螺旋全覆盖路径规划方法,利用两退三切鱼尾调头方法完成梭行路径换线。为完成外螺旋路径换线,在田块边角设计了一退两切转弯换线方法,减小了油菜无人播种作业系统在转弯或调头过程产生的漏作业区域面积,进一步提升了播种作业覆盖率,并开展梭行外螺旋全覆盖路径与梭行、套行路径作业面积和作业覆盖率对比仿真试验,以Case TM1404型拖拉机搭载智能播种施肥一体机为试验平台,开展了田间试验。 [结果和讨论] 试验结果表明,梭行外螺旋全覆盖路径较梭行与套行作业路径,漏作业率减小18.58%~26.01%。使用无人机构建的高精度地图平面误差最大为3.23 cm,导航作业过程中最大横向偏差为7.94 cm,最大平均绝对偏差为1.85 cm,作业覆盖率为93.16%。 [结论] 本研究所构建的油菜无人播种作业系统有效可行,可为南方中小田块油菜无人播种作业提供技术参考。未来将探索不规则田块情况下的油菜无人播种作业模式,进一步提高系统适用性。

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    40. 干旱胁迫下玉米叶片叶绿素含量与含水量高光谱成像反演方法
    王敬湧, 张明珍, 凌华荣, 王梓廷, 盖倞尧
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (3): 142-153.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202308018
    摘要130)   HTML23)    PDF(pc) (2191KB)(102)    收藏

    [目的/意义] 为实现玉米的干旱胁迫等作物生长状态的无损监测,本研究探索一种基于高光谱技术的干旱胁迫下玉米叶片叶绿素含量与含水量无损检测方法。 [方法] 首先使用高光谱相机采集不同干旱胁迫程度的苗期玉米叶片图像,并使用图像处理技术提取叶肉部分平均光谱。通过系统性地分析不同特征波长提取方法、机器学习回归模型对叶绿素含量和含水量预测性能的影响,分别建立最优叶绿素含量和含水量反演模型,并探究构建可用于叶绿素含量和含水量反演的植被系数并评估其反演能力。 [结果和讨论] 结合逐步回归(Stepwise Regression,SR)特征提取与Stacking回归可获得最优叶绿素含量预测效果(R2为0.878,均方根误差为0.317 mg/g);结合连续投影算法(Successive Projections Algorithm, SPA)特征提取与Stacking回归可获得最优含水量预测效果(R2为0.859,RMSE为3.75%);新构建的归一化差分植被指数[(R410-R559)/(R410+R559)]和比值系数(R400/R1171)分别对叶绿素含量和含水量反演精度最高且显著高于传统植被系数,R2分别为0.803和0.827,均方根误差分别为0.403 mg/g和3.28%。 [结论] 本研究构建的基于高光谱信息的反演模型与植被系数可以实现玉米叶片叶绿素含量与含水量的精确、无损检测,可为玉米生长状态实时监测提供理论依据和技术支持。

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    41. 基于改进残差网络模型的不同部位牦牛肉分类识别方法
    朱海鹏, 张玉安, 李欢欢, 王建文, 杨英魁, 宋仁德
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (2): 115-125.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202303011
    摘要178)   HTML19)    PDF(pc) (1746KB)(95)    收藏

    [目的/意义] 为实现不同部位牦牛肉快速、准确识别,本研究提出了一种改进的残差网络模型,并开发了一种基于智能手机的牦牛肉部位识别软件。 [方法] 首先对于采集到的牦牛里脊、上脑、腱子、胸肉的原始图像数据集采用数据增强的方式对其进行扩充,共得到的牦牛肉部位图像17,640张;其次,采用在原网络模型残差块之后融入轻量级卷积块注意力模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM),以加强对不同部位牦牛肉图像关键细节特征的提取;将原模型最后的全连接层进行改进,以减少后续网络层的连接数,防止出现过拟合,减少识别图像所需的时间;然后,采用不同的学习率、权重衰减系数和优化器来验证对网络收敛速度和准确率的影响;最后,开发了移动端App,将改进后的模型部署到移动端。[结果和讨论]通过消融实验,探究出在CBAM、SENet、NAM、SKNet四种注意力机制模块中,改进效果最好的是CBAM。将改进后的ResNet18_CBAM模型在包含牦牛里脊、上脑、腱子、胸肉4种不同牦牛肉部位的数据集上进行了试验测试,结果表明,改进后的残差网络模型在测试集上的识别准确率为96.31%,比改进前的原网络模型提高了2.88%。在手机端的实际场景测试中,牦牛里脊、上脑、腱子、胸肉的识别准确率分别达到了96.30%、94.92%、98.04%、96.49%。该结果表明,改进后的ResNet18_CBAM模型可在实际应用中识别不同部位牦牛肉且具有良好的结果。 [结论] 本研究成果有助于保障牦牛肉产业的食品质量安全,也为青藏高原地区的牦牛肉产业智能化发展提供技术支撑。

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    42. 基于联邦学习的粮食供应链隐私数据要素协同计算研究
    许继平, 李卉, 王浩宇, 周燕, 王昭洋, 于重重
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (4): 79-91.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202309012
    摘要69)   HTML13)    PDF(pc) (1719KB)(84)    收藏

    [目的/意义] 隐私数据要素的流转是保证粮食供应链安全高效运行的重要基础。实现粮食供应链中隐私数据要素的协同计算对保障粮食质量安全具有重大意义。 [方法] 针对供应链中不同主体间因数据的隐私性而无法共享并参与计算的难题,提出基于工业互联网标识解析技术与联邦学习的粮食供应链数据流转与协同计算架构,设计了支撑联邦学习数据互通的数据标识编码和任务标识编码及对应的参数、信息和评价数据模型;搭建了不同主体数据特征同构的单环节横向联邦学习模型和数据特征异构的跨环节纵向联邦学习模型,基于逻辑回归算法对模型参数进行快速调整计算,以粮食供应链安全风险评估场景为对象,依托开源FATE(Federated AI Technology Enabler)联邦学习平台进行测试验证。 [结果和讨论] 相比传统的单一主体评估计算,横向联邦学习评估准确率提升6.7%,纵向联邦学习评估准确率提升8.3%。 [结论] 采用联邦学习的方式提高了评估的准确性。本研究可为粮食供应链安全高效稳定运行提供技术支撑。

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    43. 基于区块链和星际文件系统的种植业农产品溯源模型
    陈丹丹, 张立杰, 蒋双丰, 张恩, 张杰, 赵晴, 郑国清, 李国强
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (4): 68-78.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202307004
    摘要112)   HTML24)    PDF(pc) (2011KB)(83)    收藏

    [目的/意义] 充分体现区块链去中心化的特点,保护敏感数据隐私及缓解区块链存储压力。 [方法] 设计了基于区块链和星际文件系统的种植业农产品溯源模型,从数据隐私角度把溯源数据分为公开数据和敏感数据。公开数据直接上传至区块链;敏感数据上传至区块链中的私有数据集中。从数据类型上把公开数据分为结构化数据和非结构化数据。结构化数据直接上链;非结构化数据上传至分布式数据库星际文件系统中。此方法可在保证数据安全性前提下实现数据的高效存取,提升追溯效率。Hyperledger fabric联盟链作为底层平台对原型系统进行开发,利用测试工具Postman对应用层接口性能进行测试。 [结果和讨论] 在使用同步应用程序接口(Application Programming Interface,API)和异步API情况下,数据上链平均时延分别为2 138.9和37.6 ms;数据查询平均时延为12.3 ms。 [结论] 本研究提出的溯源模型可以保护企业敏感数据隐私,同时具有较高的数据上链和查询效率,可适用在种植业农产品实际溯源环境中,为种植业农产品区块链溯源模型设计提供了新的思路。

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    44. 基于合成孔径雷达数据的农作物长势监测研究进展
    洪玉娇, 张硕, 李俐
    智慧农业(中英文)    2024, 6 (1): 46-62.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202308019
    摘要53)   HTML12)    PDF(pc) (1147KB)(71)    收藏

    目的/意义 农作物长势监测能及时提供农作物的生长状态信息,对于加强中国作物生产管理、确保国家粮食安全具有重要的意义。卫星遥感技术的发展为大面积的作物长势监测提供了契机。然而,在雨热同期的作物生长旺季,光学遥感数据的获取经常受到天气的限制。因此,近年微波雷达遥感技术受到了广泛重视。[进展]梳理了利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)数据进行农作物长势监测的国内外研究现状,从农作物长势SAR遥感监测指标、农作物长势SAR遥感监测数据和农作物长势SAR遥感监测方法3个方面对基于SAR数据农作物长势监测研究进展与标志性成果进行总结。在分析常用于农作物长势监测的方法及其适用性的基础上,对它们在长势监测中应用情况进行分析。[结论/展望]提出了4个国内外SAR监测农作物长势所存在的问题:1)基于SAR数据的农作物长势监测方法研究整体较少;2)微波散射特征挖掘不够,特别是对极化分解参数的长势监测应用研究还有待深入;3)针对农作物长势监测中的雷达植被指数相对较少,其应用尚未得到充分发挥;4)基于SAR散射强度的农作物长势监测主要采用经验模型,难以推广到不同地区和类型的农作物上。最后,展望未来的研究应聚焦于挖掘微波散射特征、利用SAR极化分解参数、发展和优化雷达植被指数以及深化散射模型来监测农作物长势。

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    45. 基于景观格局的丘陵山区耕地生态风险评价
    张星山, 杨恒, 马雯秋, 杨敏丽, 王海翼, 尤泳, 惠云婷, 宫泽奇, 王天一
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202306008
    预出版日期: 2023-12-20

    46. 用于土壤中氮钾含量快速测定的非接触电导微流控芯片
    洪炎, 王乐, 王儒敬, 苏静明, 李浩, 张家宝, 郭红燕, 陈翔宇
    智慧农业(中英文)    2024, 6 (1): 18-27.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202309022
    摘要72)   HTML13)    PDF(pc) (1344KB)(59)    收藏

    目的/意义 土壤中氮、钾元素在作物生长和农业生产过程中具有关键作用。快速定量检测土壤中氮、钾含量对指导精确施肥具有重要意义。因此,建立一种快速可靠的土壤氮、钾含量检测方法十分必要。 方法 本研究建立一种基于聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)微流控芯片电泳和电容耦合非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection, C4D)方法,快速定量检测土壤中氮、钾养分离子。通过微流控电泳芯片实现对土壤中多种离子快速分离,利用C4D进行电导率变化的精准测量。基于检测器工作频率输出响应特性,激励电压响应特性和电泳电压,确定最佳分离和检测性能。 结果和讨论 该方法对钾离子(K+)、铵根离子(NH4+)和硝酸根离子(NO3)标准溶液的检测限(S/N=3)分别为0.5、0.1和0.4 mg/L。K+、NH4+和NO3在0.5~40.0 mg/L范围内具有良好的线性关系,线性相关系数(R2)分别为0.994、0.997和0.990,表明该方法可以对土壤中氮、钾养分离子进行定量分析。同时,采用峰高、峰面积和出峰时间作为评价指标进行可重复性实验,其相对标准偏差(Relative Standard Deviation, RSD)均小于4.4%,说明该方法具有良好的重复性。此外,对土壤样品进行测试,K+和NH4+可实现完全分离以及同步检测,其检测效率明显提高。通过标准加入法进行回收率实验,回收率保持在81.74%~127.76%。 结论 本研究为土壤氮钾养分离子的快速检测提供了一种简便、高效的方法。

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    47. 融合改进A*算法与模糊PID的病死畜禽运输机器人路径规划与运动控制方法
    徐济双, 焦俊, 李淼, 李华龙, 杨选将, 刘先旺, 郭盼盼, 麻之润
    智慧农业(中英文)    2023, 5 (4): 127-136.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202308001
    摘要63)   HTML11)    PDF(pc) (1068KB)(50)    收藏

    [目的/意义] 为了实现病死畜禽无害化处理中心将病死畜禽从存储冷库运输并上料至无害化处理设备的智能化装备过程无人化,对运输机器人的路径规划与自主行走的关键技术难题进行研究。 [方法] 目前室内环境路径规划算法主要采用的是A*算法,但该算法拐点大、平滑性差、算法计算时间长、遍历节点多,为此提出基于改进的A*算法的病死畜禽无害化处理运输机器人路径规划方法和基于模糊比例积分微分(Proportional Integral Derivative,PID)的运动控制方法,利用曼哈顿距离算法并增设附加值和权值改进启发函数,引入贝塞尔曲线函数优化路径;在规划路径后结合模糊PID算法控制运输机器人底盘的线速度与角速度实现追踪行走。 [结果和讨论] 开展传统A*算法与改进A*算法的对比实验以及PID追踪实验。结果显示,改进后的A*算法节平均遍历节点由3 067个降至1 968个,算法平均时间由20.34 s减少到7.26 s,开展现场试验验证了该算法的有效性和可靠性。 [结论] 本研究提出的方法有效的缩短了病死畜禽运输机器人的路径规划时间且减少了遍历节点,提高了路径规划效率和路径平滑性,结合模糊PID算法可以实现运输机器人的稳定寻迹控制,有效解决传统的A*算法在运输机器人路径规划过程中存在的路径规划拐点大、平滑性差、算法计算时间长、遍历节点多等问题,满足病死畜禽无人上料技术需求。

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    48. 基于改进UperNet的结球甘蓝叶球识别方法
    朱轶萍, 吴华瑞, 郭旺, 吴小燕
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202401020
    预出版日期: 2024-03-08

    49. 青贮机铁磁性金属异物智能检测报警系统
    张庆, 李洋, 尤泳, 王德成, 惠云婷
    智慧农业(中英文)    2024, 6 (1): 111-122.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202306010
    摘要44)   HTML6)    PDF(pc) (2026KB)(45)    收藏

    目的/意义 青贮机作业时,田间遗落的铁丝等铁磁性金属异物如果混入其喂入系统,将会对青贮机的关键零部件和牲畜脏器造成严重损伤。为了确保青贮机在田间作业时能准确、高效地检测出金属异物,本研究开发了一套性能优良的金属探测系统。 方法 首先分析了青贮机金属检测原理,然后对平面螺旋线圈与圆柱线圈进行了仿真计算,选择平面螺旋线圈作为研究对象,通过使用非支配排序遗传算法(Nondominated Sorting Genetic Algorithm-II, NSGA-II)结合有限元仿真分析的方式,确定了线圈的线径、内径、外径、层数以及频率,并对弯曲线圈与未弯曲线圈以及阵列线圈进行了仿真计算。最后进行了系统集成,搭建了青贮机模拟试验台进行了模拟试验。 结果和讨论 仿真分析结果显示,平面螺旋线圈磁通密度模变化范围明显大于圆柱线圈,且其电感灵敏度、电阻灵敏度和被测物涡流损耗要明显高于圆柱线圈;另一方面,平面线圈弯曲后电感灵敏度、电阻灵敏度大幅度提高,有利于增强探测线圈的响应度。通过模拟台架试验,验证了该金属探测系统在探测距离小于70 mm,对直径0.6 mm、长度20 mm铁丝报警率达到100%,且经过计算,系统响应时间为0.105 0 s,小于安全运输时间,系统可以在金属物到达切碎系统前及时停止。 结论 本研究设计出了一套青贮机金属异物探测系统,提出了一套金属探测线圈的优化方法,并开发了相应的金属探测软硬件系统,通过试验验证了金属探测系统的功能,为青贮机安全运行提供了有力技术支撑。

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    50. 融合时间感知和增强过滤的农业知识推荐模型
    王鹏哲, 朱华吉, 缪祎晟, 刘畅, 吴华瑞
    智慧农业(中英文)    2024, 6 (1): 123-134.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202312012
    摘要36)   HTML7)    PDF(pc) (1503KB)(44)    收藏

    目的/意义 农业场景下的知识服务具有周期性长、活动时间长的特点。传统推荐模型无法有效挖掘农业场景下的基于农时的隐藏信息。针对上述问题,提出一种融合时间感知和增强过滤的农业知识个性化推荐模型(Time-aware and Filter-enhanced Sequential Recommendation Model for Agriculture Knowledge, TiFSA)。 方法 首先,基于时间感知的位置嵌入方法,将农户交互的时间信息与位置嵌入相结合,帮助学习农业情境下基于农时的项目相关性。其次,在时间感知位置嵌入的基础上,引入滤波器过滤算法,自适应地衰减农户情境数据中的噪声。最后,引入时间信息的多头自注意力网络,实现对时间、项目和特征的统一建模,对农户随时间变化的偏好特征进行情境表示,从而为用户提供可靠的推荐结果。 结果和讨论 根据“全国农业知识智能服务云平台”中的用户交互序列数据集进行实验。结果表明,该模型在农业数据集上的命中率为45.79%,归一化折损累计增益为53.52%;与近几年性能最佳的模型Ti-SASRec相比分别提升16.19%和14.02%。 结论 该模型能够有效捕获农业领域的用户情境特征和建模农户的动态偏好,具有更好的推荐性能。

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    51. 基于改进YOLOv8和多元特征的对虾发病检测方法
    许瑞峰, 王瑶华, 丁文勇, 於俊琦, 闫茂仓, 陈琛
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA201311014
    预出版日期: 2024-02-29

    52. 融合三维结构光和叶绿素荧光的植株光合表型成像系统
    束宏伟, 王玉伟, 饶元, 朱浩杰, 侯文慧, 王坦
    智慧农业(中英文)    2024, 6 (1): 63-75.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202311018
    摘要44)   HTML6)    PDF(pc) (1819KB)(41)    收藏

    目的/意义 植株光合表型研究在把握植株生理特性和解析植株形态结构上起着至关重要的作用,通过传统叶绿素荧光成像方法难以对植株光合作用三维空间异质性进行分析。为提高植株表型检测效率,满足高通量植株光合表型分析需求,本研究构建了一套经济实用、融合三维结构光和叶绿素荧光的植株光合表型成像系统。 方法 提出了一种自动化植株图像采集并建立植株可视化模型的方法,并进行图像分析获取植株光合效率信息。通过搭建结合叶绿素荧光激发的结构光条纹投影装置,先用LED(Light-Emitting Diode)白光与蓝光分别照射植株样本,再用投影仪对植株样本投射相移条纹,电动滤光轮配合相机同步采集不同光照条件下特定波段的植株图像;通过数字图像处理获取植株三维图像和对应的叶绿素荧光图像,并分析植株的三维形态结构及光合效率,将植株叶绿素荧光图像逐像素渲染到其三维结构上,便可推测出植株光合在三维空间中分布情况。 结果和讨论 该方法及系统能够高效多样化采集植株图像,快速重构出植株三维形态,其整体重建准确率可达到96.69%,整体误差仅为3.31%,重构时间仅需1.11 s,同时能够满足植株光合效率评估需求。 结论 该研究可为植株高通量光合表型异质性分析提供技术支持。

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    53. 基于二硫化钼的电容式土壤湿度传感器
    李露, 葛玉卿, 赵建龙
    智慧农业(中英文)    2024, 6 (1): 28-35.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202309020
    摘要40)   HTML7)    PDF(pc) (1373KB)(41)    收藏

    目的/意义 土壤中含水率直接影响农作物生长状态和产量。开发出一种可靠、高效的土壤湿度传感器对实施农田科学灌溉具有重要指导意义。 方法 本研究提出一种基于微加工工艺制备的二硫化钼电容式土壤湿度传感器,通过叉指电极上同一平面上的金电极阵列实现数个电容并联,表面修饰二硫化钼作为敏感层实现对土壤湿度的测量。通过计算及使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件研究电极参数对电容敏感度的影响,最终确定电极参数使用10 μm间距、75对叉指。 结果和讨论 在保证测量精度的前提下,大大缩小了传感器的体积,可以实现土壤湿度的原位动态监测。在室温下相对湿度值从11%变化到96%时,电容式土壤湿度传感器在200 Hz频率下的电容输出为12.13 pf~187.42 nF;当土壤含水量由8.66%增加到42.75%时,传感器的电容输出在200 Hz频率下由119.51 nF增长到377.98 nF,显示出较高的湿度灵敏度及较宽的敏感范围。 结论 本研究提出的土壤水分传感器有望实现原位长期监测电容式土壤传感器的电容变化,从而监测土壤湿度的变化。

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    54. 基于欧洲中期天气预报中心再分析数据的冬小麦适宜播种期研究:以山东省齐河县为例
    刘睿萱, 张方照, 张继波, 李振海, 杨俊涛
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202309019
    预出版日期: 2024-01-26

    55. 非接触电导检测土壤养分离子的谱峰自动识别方法
    唐超礼, 李浩, 王儒敬, 王乐, 黄青, 王大朋, 张家宝, 陈翔宇
    智慧农业(中英文)    2024, 6 (1): 36-45.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202309028
    摘要35)   HTML3)    PDF(pc) (2822KB)(36)    收藏

    目的/意义 电容耦合非接触式电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection, C4D)在农业土壤养分离子检测方面发挥着重要作用。对C4D信号中离子特征峰的有效识别,有利于后续对离子特征峰的定性和定量分析,为加强农业土壤养分管理提供依据。然而,C4D信号的特征峰检测仍然存在无法自动精准识别、人工操作复杂、效率低等缺点。 方法 提出一种基于连续小波变换结合粒子群优化(Particle Swarm Optimization, PSO)和最大类间方差法(Otsu)的谱峰自动识别算法,旨在实现准确、高效、自动化的C4D信号峰识别。采用C4D检测样品溶液,得到离子谱图信号,对谱图信号进行连续小波变换,得到小波变换系数矩阵。通过搜索小波系数变换系数矩阵极值,识别出脊线和谷线。将小波系数矩阵转换为灰度图像,结合PSO和Otsu寻找最佳阈值,进一步对灰度图像的背景和目标分割,再结合原始谱图中的脊谷线识别谱图中的特征峰。[结果与讨论]测试含有41、61和102个峰的数据集,以受试者工作特性(Receiver Operating Characteristic, ROC)曲线和度量值作为评估峰值检测算法性能的准则。与其他方法相比,基于连续小波变换结合粒子群优化的最大类间方差法分割图像(Continuous Wavelet Transform Combined with Particle Swarm Optimization of Otsu to Segment Image, CWTSPSO)的谱峰自动识别算法的ROC曲线均保持在0.9以上,度量值分别为0.976、0.915和0.969。CWTSPSO能够有效检测出更多弱峰和重叠峰,同时检测出更少的假峰,有利于提升C4D信号的谱峰识别率和精准性。 结论 本研究提出的CWTSPSO能为非接触式电导检测农业土壤养分离子信号分析提供有力支持。

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    56. 油菜素内酯原位检测电化学免疫传感器
    卫倩, 高原源, 李爱学
    智慧农业(中英文)    2024, 6 (1): 76-88.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202311001
    摘要24)   HTML2)    PDF(pc) (1903KB)(33)    收藏

    目的/意义 植物激素的调控对于作物生长至关重要。油菜素内酯作为一种重要的植物内源激素,在作物的生长发育、产量提高以及抗逆性增强等方面扮演着举足轻重的角色。传统的油菜素内酯检测方法不仅繁琐耗时,而且难以实现原位、快速检测。为了突破这一技术瓶颈,本研究提出了一种利用丝网印刷(Screen-printed electrode, SPE)电极构建的电化学免疫传感器,旨在实现对油菜素内酯的快速、准确检测。 方法 首先利用电化学工作站电沉积金纳米颗粒(AuNPs)将其固定在SPE电极表面,然后在电极上滴加氯化铜纳米线(CuCl2 NWs),氯化铜纳米线不仅可以提高电极的导电性,其中Cu2+还可以作为传感器的氧化还原探针。最后选择Mxene和聚多巴胺纳米复合材料(Mxene@PDA)作为SPE电极的修饰材料,因为Mxene具有表面积大和导电性好的优点,可以进一步放大Cu2+的信号。但Mxene在空气中很容易被氧化而不稳定。聚多巴胺(Polydopamine, PDA)含有大量的邻苯二酚和氨基等基团,通过多巴胺自聚合后包覆在Mxene的表面,切断氧渗透的路径,使Mxene难以被氧化。Mxene@PDA还可以作为偶联剂在电极表面固定更多的抗体,提高整体的生物相容性。 结果和讨论 传感器具有较宽的线性检测范围:0.1 pg/ml~1 mg/ml,检出限低至0.015 pg/ml (S/N=3)。此外,通过SPE电极对小麦内源的油菜素内酯含量进行离体检测和后续的加标实验,计算出其回收率为98.13%~104.74%。在验证该传感器准确性的同时,也展示了其优越的稳定和灵敏性。与其他油菜素内酯的检测方法相比,本研究中开发的免疫传感器有更加出色的分析性能。除此之外,在对小麦叶片的油菜素内酯的原位检测中,传感器也表现出了极佳的实际应用潜力。 结论 本研究首次研制了用于原位检测油菜素内酯的电化学免疫传感器,不仅为原位检测植物叶片中的油菜素内酯提供了良好的电化学平台,同时在精准农业中具有巨大的应用潜力。

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    57. 基于深度学习的四川盆地丘陵区县域耕地遥感识别研究
    李豪, 杜雨秋, 肖星竹, 陈彦羲
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202308002
    预出版日期: 2024-01-26

    58. 利用便捷式可见-近红外光谱仪和机器学习分辨霉变小麦及霉变程度
    贾文珅, 吕浩林, 张上, 秦英栋, 周巍
    智慧农业(中英文)    2024, 6 (1): 89-100.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202311032
    摘要27)   HTML2)    PDF(pc) (2050KB)(26)    收藏

    目的/意义 可见-近红外光谱可对小麦霉变情况快速无损检测,但是高分辨率光谱仪价格高、体积大,不利于在农业环境中推广,因此通过对低分辨率光谱数据进行优化处理,以期接近高分辨率光谱仪分辨霉变小麦的效果。 方法 使用可见-近红外农产品检测仪(型号VNIAPD,分辨率1.6 nm)和复享光纤光谱仪(型号SINO2040,分辨率0.19 nm)采集100份小麦样本的新鲜状态以及不同霉变状态的光谱数据。首先对SINO2040光谱进行裁剪,让其和VNIAPD波长保持一致,均为640~1 050 nm;然后对其使用标准差标准化(Standard Deviation Normalization, SDN)、标准正态变换(Standard Normal Variation, SNV)、均值中心化(Mean Centrality, MC)、一阶导数(First-order Derivatives, 1ST)、Savitzky-Golay平滑(Savitzky-Golay Smoothing, SG)、多元散射校正(Multiple Scattering Correction, MSC)等多种预处理方法处理并使用离群点检测算法(Local Outlier Factor, LOF)筛选出离群点并剔除;其次使用连续投影算法(Sequential Projection Algorithm, SPA)和最小绝对收缩和选择算法(Least Absolute Shrinkage and Selection Operator, LASSO)对预处理后的光谱进行特征波长提取;最后分别采用K近邻算法(K-Nearest Neighbor, KNN)、支持向量机(Support Vector Machine, SVM)、随机森林(Random Forests, RF)和朴素贝叶斯(Naïve-Bayes)、后向传播神经网络(Back Propagation Neural Network, BPNN)、深度神经网络(Deep Neural Networks, DNN)6种算法对特征波长光谱进行建模分析,从而分辨霉变小麦以及区分霉变程度。 结果和讨论 BPNN、DNN两种神经网络模型的测试集准确率均可达到100%,但是建模时间长,模型内存大;而KNN、SVM、RF和Naïve-Bayes浅层模型的测试集准确率为93.18%~100%,建模速度快、模型内存小。本研究光谱仪VNIAPD在光学参数(光学分辨率1.6 nm)低于SINO2040的光学参数(光学分辨率0.19 nm)且成本更低的情况下,检测准确率到达同一水平。 结论 本研究通过对比光谱数据的不同预处理方法从而找出了对应算法的最佳数据优化选择,使低分辨率光谱仪VNIAPD检测霉变小麦性能可以追平高分辨率光谱仪SINO2040,为基于可见-近红外光谱的小麦霉变低成本无损检测提供了新选择。

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    59. 利用MODIS数据和BP神经网络重构美国区域尺度大豆日光诱导叶绿素荧光
    姚建恩, 刘海秋, 杨曼, 冯金赢, 陈秀, 张佩佩
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202309006
    预出版日期: 2024-02-05

    60. 基于源库关系的黄花植株三维动态生长及产量模拟
    张悦, 李伟佳, 韩志平, 张琨, 刘佳雯, HENKE Michael
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202310011
    预出版日期: 2024-02-06

    61. 改进DeepLab v3+模型下的梯田遥感提取研究
    张俊, 陈雨艳, 秦震宇, 张梦瑶, 张军
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202312028
    预出版日期: 2024-03-06

    62. 基于改进YOLOv8s的甘蓝移栽状态检测研究
    吴小燕, 郭威, 朱轶萍, 朱华吉, 吴华瑞
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202401008
    预出版日期: 2024-03-06

    63. 基于RoFormer预训练模型的指针网络农业病害命名实体识别
    王彤, 王春山, 李久熙, 朱华吉, 缪祎晟, 吴华瑞
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202311021
    预出版日期: 2024-03-05

    64. 基于改进实例分割算法的区域养殖生猪计数系统
    张岩琪, 周硕, 张凝, 柴秀娟, 孙坦
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202310001
    预出版日期: 2024-02-28

    65. 基于Bi-GRU和空-谱信息融合的油菜菌核病侵染区域分割方法
    张京, 赵泽瑄, 赵艳茹, 卜泓超, 吴星宇
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202310010
    预出版日期: 2024-03-05

    66. 柠檬汁还原法制备AgNPs用于果蔬农药残留的SERS快速检测
    董闪闪, 张凤秋, 夏琦, 李佳林, 刘超, 柳少伟, 陈翔宇, 王儒敬, 黄青
    智慧农业(中英文)    2024, 6 (1): 101-110.   DOI: 10.12133/j.smartag.SA202311010
    摘要14)   HTML1)    PDF(pc) (2305KB)(5)    收藏

    目的/意义 为满足目前市场上对农产品农药残留的快速灵敏检测需求,报道一种基于柠檬汁还原制备银纳米粒子(AgNPs)的方法。 方法 首先将新鲜柠檬汁经滤纸过滤,稀释成2%的柠檬汁水溶液,再配制一定浓度的AgNO3溶液、50 mM的NaOH溶液,放置室温保存。然后在室温下,将10 mL的ddH2O、2 mL的NaOH、2 mL的2%柠檬汁和5 mL的AgNO3溶液混合,待溶液颜色变为澄清的黄色时,溶液离心即可获得AgNPs。 结果和讨论 该方法制备的AgNPs,其颗粒形貌大小基本均一,约为20 nm,具有很好的表面增强拉曼散射(Surface Enhancement of Raman Scattering, SERS)增强效应,即良好的SERS信号稳定性,较强的SERS增强性能。该胶体中AgNPs分散较均匀,并且具有较长时间储存的稳定性,因此可用于微量农残检测。柠檬汁中主要还原成分抗坏血酸、葡萄糖和果糖,其含量分别为395.76 μg/mL、5.95 mg/mL和5.90 mg/mL。将柠檬汁还原法制备的AgNPs用于果蔬表面农残检测,对于百草枯、多菌灵的检出限分别最低至3.90 ng/kg及0.22 µg/kg。 结论 这项工作为果蔬农残快检提供了一种绿色、便捷的SERS材料制备方法,为实现农产品农药残留的快速、灵敏检测提供一种新的途径。

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    67. 基于移动式表型平台和实例分割技术的草莓叶龄及冠幅提取方法
    樊江川, 王源桥, 苟文博, 蔡双泽, 郭新宇, 赵春江
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202310014
    预出版日期: 2024-03-29

    68. 区块链背景下农产品零售市场价格博弈模型与竞争策略
    薛冰, 孙传恒, 刘双印, 罗娜, 李金辉
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202309027
    预出版日期: 2024-04-01

    69. 基于生成对抗网络和视觉-语义对齐的零样本害虫识别方法
    李天俊, 杨信廷, 陈晓, 胡焕, 周子洁, 李文勇
    智慧农业(中英文)    DOI: 10.12133/j.smartag.SA202312014
    预出版日期: 2024-04-07