基于传感器信号融合和PSO-LSSVR的刀具磨损预测研究

最小二乘支持向量回归模型能有效地构建特征与刀具实时磨损间映射关系,但受限于自身参数的复杂性,无法获得最优模型性能,同时由于单个传感器的局限性,难以全面反映刀具磨损的多维信息。为进一步提升刀具磨损预测精度,提出一种基于多传感器信号融合并利用粒子群算法优化参数的最小二乘支持向量回归模型的刀具预测方法。通过对采集的传感器信号进行小波降噪,提取可用于反映刀具磨损的多域特征,并通过核主成分分析法对多域特征进行降维融合,采用经过粒子群算法优化参数的最小二乘支持向量回归模型构建融合后特征与刀具磨损的映射关系。通过公开数据集进行的实验,表明该模型具有较高的预测精度,验证了所提出预测方法的有效性。     

基于随机森林模型的山体滑坡空间预测研究

滑坡灾害空间分布的准确预测是实现防灾减灾的重要途径。以2010年福建省顺昌地区滑坡资料为基础数据,分别应用随机森林模型和逻辑回归模型对福建顺昌地区山体滑坡发生与滑坡因子之间的关系进行实证分析,通过模型变量筛选、模型精度分析,探讨了随机森林模型在我国南方山体滑坡空间预测中的适应性。结果表明:随机森林模型对滑坡发生数据的拟合效果比逻辑回归模型好,其对顺昌地区滑坡发生数据的预测精度为90.8%,而逻辑回归模型的预测精度为81.8%;随机森林模型对研究区滑坡发生的泛化能力比逻辑回归模型好,其预测出高危险区和较高危险区所包含的滑坡比总和为66.05%,而逻辑回归模型为63.34%。研究结果表明随机森林模型的性能优于逻辑回归模型,可用于顺昌地区基于滑坡因子的未来滑坡发生的预测预报。     

基于小波能量系数和叶面积指数的冬小麦生物量估算

生物量是评价作物长势及产量估算的重要指标,科学、快速、准确地获取生物量信息,对于监测冬小麦生长状况以及产量预测等具有重要意义。以冬小麦为研究对象,通过相关性分析,选取相关性较好的小波能量系数,同时耦合叶面积指数,基于支持向量回归算法、随机森林算法、高斯过程回归3种算法构建冬小麦生物量估算模型。结果显示,基于小波能量系数,分别利用支持向量回归算法、随机森林算法、高斯过程回归进行生物量估算,4个生育期的验证R2分别是0.55、0.40、0.39;0.75、0.70、0.83;0.84、0.92、0.93;0.84、0.89、0.85。表明高斯过程回归模型估算精度最优。叶面积指数耦合小波能量系数,利用支持向量回归算法、随机森林回归算法、高斯过程回归进行生物量估算,4个生育期的验证R2分别是0.76、0.73、0.77;0.76、0.72、0.84;0.87、0.94、0.94;0.85、0.90、0.91。表明高斯过程回归算法估算精度最优,并且在一定程度上能够克服冠层光谱饱和现象,提高模型估算精度。以小波能量系数和叶面积指数为输入变量结合高斯过程回归算法建立冬小麦生物量估算模型,可以提高生物量估算精度,为基于遥感技术的作物参数快速估算提供参考。     

基于随机森林方法在土壤有机质近红外建模中的研究

基于随机森林(RF)算法,研究土壤有机质的近红外光谱信息响应,建立RF回归模型。通过调试模型,选择最优模型参数,对应的最优校正均方根偏差(RMSEv)为0.210。针对降维优选的信息波长、全光谱波长,分别建立RF回归模型和PLS模型,经过比较模型预测结果,验证RF用于土壤近红外分析的可行性;进一步针对预测集样品计算,得到预测均方根偏差(RMSEp)为0.240,预测相关系数(Rp)为0.908。结果表明,RF算法可以为土壤近红外光谱分析优选信息波长,能够实现模型降维,且RF降维优化模型可为土壤专用的近红外分光系统的设计提供理论依据,有望应用到现代农业生产当中。     

基于逻辑回归算法构建模型预测信用卡申请结果

文章为实现对信用卡申请结果的正确分类,提出了完善申请机制的建议。通过分析逻辑回归算法原理,进行拟合分析,并构建模型以Kaggle提供的客户信息数据集为例验证算法模型分类结果的有效性。通过对逻辑回归算法模型的训练,将信用卡申请结果分为成功和失败两种情况,保存模型后验证待预测集,结果显示对于处理大数据有显著效果。由于逻辑回归算法模型在训练时需要选取最能决定分类结果的特征值,而特征值的选取存在难度,因此分类结果存在一定误差。实践证明,逻辑回归算法模型可以有效预测信用卡申请结果,提高申请效率。     

基于语义分割的食品标签文本检测

食品包装上的标签文本含有生产日期、营养成分、生产厂家等食品相关信息,这些不仅为消费者购买食品提供了重要依据,也有助于食品监督抽检机构发现潜在的食品安全问题。食品标签文本检测是食品标签自动识别的前提,有助于降低人工录入成本、提高数据处理效率。基于食品包装图像构建数据集,提出了一种基于语义分割的距离场模型,以检测食品标签。该模型包含像素分类和距离场回归两类任务,其中像素分类任务分割处理图像中的文本区域,距离场回归任务预测文本区域内的像素点到该区域边界的归一化距离。为提升模型的检测性能,在回归预测模块中通过增加注意力模块优化模型结构,并针对距离场回归任务损失值过小、影响模型训练优化问题对其损失函数进行了改进。消融实验结果表明,增加注意力模块和损失函数的改进使得模型的准确率分别提高了4.39、3.80个百分点,有效提高了检测准确率。食品包装图像数据集的对比实验表明,采用本文模型检测食品标签文本具有较好的性能,其召回率、准确率分别达到87.61%、76.50%。     

突扩明渠分离流中红鲫鱼运动的特点

为了探讨突扩明渠分离流中红鲫鱼运动的特点,通过特制的鱼类游泳行为观测装置,记录了红鲫鱼在多种流速条件下的运动轨迹,并且利用fluent计算了流场结构和涡量场。结果表明:鱼类在游动过程中对流速或涡量较大变化时会不断调整游动速度以适应水流变化。当所在区域流速、涡量变化非常小时,鱼类游动速度基本不改变,但在徘徊的过程中遇到流速大幅增大或大涡量时,鱼类会出现相应的快速响应情况。     

改进型双向流流道滴灌灌水器参数设计研究

为研究改进型双向流流道滴灌灌水器水力性能及其与结构参数之间的关系,利用正交试验设计法,取灌水器的6个结构参数作为因素,形成25组方案,在0.05～0.25 MPa 5个不同压力下,进行水力性能测试。结果表明,25组方案流态指数为0.401～0.498,0.10 MPa时的最小流量为1.50 L/h,其水力性能良好,且流量相对较小。极差分析结果显示,挡水件与流道上壁间夹角α对流态指数影响最大,且呈正相关;利用回归分析,建立6个结构参数与流态指数间的回归模型,结果显示其相关性良好;试验验证表明,该回归模型能较准确地预测流态指数,实现了改进型双向流流道参数化设计,并对其结构优化具有一定的理论参考。     

基于介电特性的苹果内部品质预测方法研究

快速无损检测水果糖度、硬度及含水率等内部品质对确定水果的营养价值和分级销售有着重要意义。为准确利用理化特征对苹果内部口感品质进行无损分级,提出了一种基于随机森林的苹果内部口感品质多语义分类模型。采用苹果的介电参数作为随机森林模型的输入,基于TF-IDF算法对苹果内部口感品质进行分类,依据介电参数推断苹果的理化特征。实验结果表明:该方法可有效实现对苹果内部口感品质的多语义分类,均方根误差为0. 51,可为水果等农产品的无损检测及分级提供参考。     

基于G-RepVGG和鱼类运动行为的水质监测方法

水质恶化会直接造成水产养殖产量下降,严重时会导致水产动物大量死亡,给养殖企业造成严重经济损失。因此对水产养殖中水质参数进行实时监测具有重要意义。本文以斑石鲷为研究对象,提出了一种基于鱼类行为的水质监测方法。该方法通过摄像机拍摄到的图像数据就可以非侵入地完成水质参数的实时监测,避免了安装复杂设备、对鱼类行为进行量化等繁琐过程。为了增加推理速度和降低模型参数量,通过将RepVGG block与GhostNet相结合构建了G-RepVGG模型,使该模型更适用于移动设备的部署。提出了计算量较少、推理速度快、更适合水质快速监测的Cheap Ghost操作和计算量大、精确率高、更适合水质的精确监测Expensive Ghoost操作。由于多分支网络适合进行训练但是在推理速度上低于单分支网络,因此通过模型重参数化首先将卷积层以及批归一化（Batch normalization, BN）层合并,随后再将3路卷积合并为1路,大大降低模型参数量、提高了模型推理速度,使模型更加适用于移动设备的推理。结果表明：使用Cheap Ghost操作的G-RepVGG在测试集中准确率达到96.21%,图像处理速度达到442.27f/s,使用Expensive Ghost操作的G-RepVGG模型在测试集中准确率达到97.63%,图像处理速度达到349.42f/s,从而在保证较高精度的前提下依旧具有较高的推理速度,在多个数据集中测试具有较好的鲁棒性。     

基于地面激光雷达点云数据的树种识别方法

为了能够更有效地利用地面激光雷达的点云数据识别树种,以北京林业大学为研究区域,利用FARO Photon 120型地面激光雷达在研究区内获取4个树种、共92棵树木的点云数据。依据点云的三维坐标值提取研究区内立木的胸径、枝下高、树高、冠高、最长冠幅、垂直最长方向冠幅6个测树因子,同时提取由测树因子组合而成具有鲁棒性的6个树形特征参数,包括冠长树高比、胸径树高比、冠高树高比、分枝角、冠长最大冠幅之比、最长冠幅与垂直方向冠幅之比。分别使用测树因子和组合特征参数,采用支持向量机、分类回归决策树和随机森林的方法,对树种进行冠幅自动识别。研究结果表明：使用测树因子树木识别方法,识别平均准确率为0.765,平均召回率为0.778,3种识别方法中,分类效果较好的依次为分类回归决策树、随机森林、支持向量机;使用组合特征参数树木识别方法,识别平均准确率为0.891,平均召回率为0.896,分类效果较好的方法是随机森林和支持向量机,其次是分类回归决策树;总体上来看,不论是对于单个树种还是总体的准确率和召回率,组合特征参数法均高于测树因子法,而对于3种不同的分类方法,随机森林相对最好。研究结果表明,结合地面激光雷达获取的点云和不同机器学习分类方法进行树种识别分类可以达到满意的效果,且能节省大量时间和人力。     

基于无人机遥感植被指数优选的覆膜冬小麦估产研究

为进一步提高无人机遥感估产的精度,本研究以2021—2022年的覆膜冬小麦为研究对象,对返青期、拔节期、抽穗期和灌浆期的多光谱影像进行覆膜背景剔除,并优选最佳遥感窗口期,基于最优植被指数构建覆膜冬小麦估产模型。结果表明,利用支持向量机监督分类法剔除覆膜背景后冠层反射率更接近真实值,抽穗期和灌浆期的估产精度更高。将不同生育期的植被指数与产量进行相关性分析发现,最佳遥感窗口期为抽穗期。基于逐步回归和全子集回归法优选最优植被指数时发现,基于逐步回归法筛选变量为MCARI、MSR、EVI2、NDRE、VARI、NDGI、NGBDI、ExG时产量反演模型精度最高。此外,利用偏最小二乘法、人工神经网络和随机森林3种机器学习法构建的产量反演模型中,基于逐步回归法的随机森林模型的反演精度最高,R2为0.82,RMSE为0.84t/hm2。该研究可为提高遥感估产精度、实现农业生产精细化管理提供技术支持。     

基于随机森林的玉米发育程度自动测量方法

为提高玉米果穗发育程度检测的自动化程度与精度,提出一种基于机器视觉技术的测量方法。在随机森林机器学习算法的基础上构造秃尖、干瘪和籽粒区域的识别模型。该模型由多个独立同分布的弱分类器构成,对输入的训练样本进行列和行两个方向上的随机采样。比较随机森林模型和决策树模型的分类效果可知随机森林模型有效避免了过拟合和局部收敛现象的产生,并具有良好的推广能力。为确定最优的弱分类器数目,选择弱分类器个数为训练样本数量的1/80、1/40、1/20、1/10、1/5、1/4时分别构建随机森林分类器。研究结果表明,当随机森林中弱分类器个数为训练样本数量的1/20时,模型的识别率与稳定性最好。然后,以最优的随机森林模型作为分类器构建玉米果穗不同发育程度自动检测方法。试验结果表明,各区域长度测量的准确性均在95%以上,测量速度可达30个/min以上。     

基于无人机多光谱遥感的夏玉米叶面积指数估算方法

无人机多光谱遥感技术可以快速、无损地监测农作物叶面积指数（LAI）。为研究水分胁迫条件下，利用无人机多光谱植被指数估算夏玉米LAI的可行性，本研究基于无人机多光谱遥感系统，结合同时期实地采集的夏玉米LAI，选择5种植被指数，包括归一化差值植被指数（NDVI）、土壤调节植被指数（SAVI）、增强型植被指数（EVI）、绿度归一化植被指数（GNDVI）和抗大气指数（VARI），作为模型输入参数，使用随机森林回归算法建立全生育期不同灌溉条件下大田玉米冠层植被指数与LAI之间的关系模型，并与一元线性回归和多元线性回归算法建立的模型进行对比分析。结果表明，在充分灌溉条件下，植被指数的多元线性回归模型可以较好地估算LAI（R² = 0.83）；在水分胁迫条件下，植被指数的随机森林回归模型可以较好地估算LAI（R² = 0.74~0.87），水分胁迫因素对该模型影响较小，且NDVI和VARI对估算LAI的贡献最大。上述结果表明基于无人机多光谱遥感技术，使用随机森林回归算法估算多种灌溉条件下的夏玉米LAI是可行的。该研究为实现快速、准确地监测全生育期不同灌溉条件下的大田夏玉米LAI提供了技术和方法支持。     

基于Landsat 8的节水改造背景下盐渍化土壤含盐量反演

为探明沈乌灌域节水改造后因渠道衬砌、引排水量减少引起的土壤含盐量时空分布特征及变化规律,采用区域土壤信息定点监测,结合经典统计学、空间插值以及机器学习建模反演等技术手段,利用Landsat 8卫星获取光谱数据,通过对实测土壤含盐量、光谱指数及波段反射率进行处理,运用Adaboost回归、BP神经网络回归、梯度提升树回归、KNN回归、决策树回归、随机森林回归方法构建了沈乌灌域土壤含盐量空间反演模型。采用最优反演模型对沈乌灌域土壤含盐量空间分布特征进行了遥感反演。结果表明： 通过全变量单一回归法筛选出相关系数大于0.55的9个光谱因子,使用SPSS PRO软件构建6种机器学习反演模型,对比6种反演模型精度,验证集决定系数R2由大到小依次为随机森林回归、梯度提升树回归、Adaboost回归、KNN回归、决策树回归、BP神经网络回归。其中随机森林回归模型的拟合精度最佳,训练集与验证集的决定系数R2分别为0.834和0.86,说明随机森林回归模型的反演效果较好。反演结果表明：节水改造后非盐渍土面积增加391.7km2,占灌域总面积的21%,中度盐渍土面积、重度盐渍土面积、盐土面积分别减少95.61、63.37、45.7km2,分别占灌域总面积的5%、3%、2%。综上所述,节水改造工程完成后,沈乌灌域土壤盐渍化程度减轻,作物生长安全区面积增加,但由于渠道衬砌以及引排水量减少,土壤盐分淋洗效果减弱,土壤盐分在灌域内部运移,整体土壤环境得到改善,局部地区出现盐分聚集。     

基于计算机视觉的土壤镉胁迫生菜叶片污染响应分析

为了实现无损检测生菜叶片中重金属镉的污染程度,以计算机视觉技术为研究手段,结合图像处理方法和特征选择方法,对4个梯度重金属镉胁迫的生菜叶片进行识别。首先利用数码相机获取生菜叶片图像,然后使用K-means聚类算法分割图像,对分割出的目标图像提取图像颜色、形状和纹理特征,共获取46个图像特征。为了使模型更简便和减少数据量,利用基于变量组合的变量重要性分析(VIAVC)和竞争性自适应重加权算法(CARS)对图像特征进行降维。采用偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)和随机森林(RF)构建模型,用于生菜镉胁迫程度的识别。结果表明,在7个组合特征模型中,颜色形状纹理融合特征所建立的模型给出了最优结果,测试集分类正确率为92%。用VIAVC和CARS对颜色形状纹理融合特征进行特征选择,发现VIAVC的降维效果优于CARS。使用特征选择的变量建立模型,RF模型的训练集分类正确率和预测集分类正确率均高于PLS-DA,其中,基于VIAVC的RF模型的训练集和预测集分类正确率分别为98.0%和96.0%。可见,基于VIAVC的RF模型在大大降低了特征维数的前提下,能够较好地对不同镉胁迫程度的生菜叶片进行识别。     

基于MESMA和RF的山丘区土地利用信息分类提取

探讨了基于多端元混合像元分解(Multiple endmember spectral mixture analysis,MESMA)和随机森林(Random forest,RF)相结合的土地利用信息分类提取方法。以Landsat-8 OLI卫星遥感影像为主要数据,基于植被-不透水面-裸土(Vegetation-impervious surface-soil,VIS)模型,利用MESMA将影像分解为植被、不透水面和裸土3类组分,将生成的3类组分变量和基于光谱、纹理信息计算选取的20个特征变量组合后开展RF分类实验,将分类结果与相同特征变量下的支持向量机(Support vector machine,SVM)、最大似然(Maximum likelihood classification,MLC)分类结果进行比较分析。结果表明:MESMA可以获得较为精确的组分丰度信息;RF分类结果优于相同特征变量下的SVM和MLC分类结果;在MESMA生成的组分信息变量参与分类后,3种方法的分类精度均有所改善,分别达90.50%、88.85%、86.35%,其中RF的分类精度改善最为显著;MESMA与线性混合分解(Linear spectral mixture analysis,LSMA)生成的组分信息变量相比,前者对于改善分类精度效果更为明显。MESMA对于提高影像分类精度起到一定积极作用,基于MESMA和RF的方法对中等空间分辨率影像山丘区土地利用信息分类提取精度较高,利用该方法开展遥感影像解译可为大尺度的土地利用监测和管理工作提供技术支持和理论参考。     

基于近红外和远红外光谱信息融合的核桃品种鉴别方法

采用红外光谱技术对核桃开展无损检测研究,实现清香、温185、香玲、新新2号、纸皮、漾濞和岱丰共7种核桃品种的鉴别,为核桃品种识别提供新思路。提出了一种基于近红外和远红外光谱信息融合的方法,首次将远红外光谱技术应用在核桃品种鉴别中,并与近红外光谱数据融合,结合主成分分析法（PCA）和无信息变量消除-连续投影法（UVE-SPA）进行特征波长选取,建立了随机森林、K近邻、支持向量机分类模型。结果除随机森林模型外,其余模型识别准确率能够达到100%,既降低了模型复杂度,也大大提升了识别准确率和模型稳健性。试验结果表明,通过将近红外光谱和远红外光谱的有效信息进行数据融合,可以改善单一光谱技术在识别率上的不足,即两个波段的数据融合更能反映品种之间的差异,为实现核桃品种的高效、无损、精确识别提供了新思路,也为其他物质的鉴别提供了借鉴和参考。