畜禽行为及生理信息的无损监测技术研究进展

畜禽信息主要包括动物健康信息、行为信息、情绪信息。禽畜养殖中,准确高效监测畜禽信息有助于分析动物的生理、健康和福利状况,及时发现生病或异常个体,以减少经济损失和保障动物福利。目前畜禽养殖中主要依靠人工观察方式获取畜禽信息,主观性强且精度低;或者在饲养过程中采用一些将装置植入动物体内或对动物进行手术的监测手段,造成动物应激反应,有损动物福利。无损监测技术可以有效减少人力,降低观察者对动物的影响,减少监测过程中对动物造成的损伤与应激反应,提高动物福利。随着信息技术的进步,畜禽信息无损监测技术也在不断发展。该文阐述了畜禽养殖中传感器监测、图像监测及声音监测3种无损监测技术在获取畜禽信息方面的研究与应用现状,并分析3种无损监测技术的优劣。传感器监测技术发展较其他2种技术相对更加成熟,应用也更加广泛,可用来监测动物饮食、行为姿态等,但适合动物穿戴、可长期高效工作的传感器节点技术有待突破;图像监测技术利用前景提取、模式识别等方法对动物图像进行分析,可进行动物行为识别、质量估计等,对动物影响最小。但目前算法还不成熟,装置受环境干扰较大,因此应用有限;声音监测技术起步较晚,受限于环境噪声的影响,识别正确率较低,但在动物行为监测、疾病预警、情绪识别、饮食监测等方面均有较好的应用前景。该文还展望了畜禽信息无损监测技术未来精准、高效、智能、经济的发展趋势。     

基于卡尔曼滤波的橘小实蝇成虫运动轨迹优化跟踪

为了实现橘小实蝇虫口密度的精准监测,该文将机器视觉技术作为田间橘小实蝇成虫入侵自动化监测的感知方法。通过对监测区域内运动目标和背景的颜色分析,提出了基于卡尔曼(Kalman)滤波的运动目标颜色均值漂移跟踪算法,优化了多目标运动轨迹跟踪效果。该算法通过图像处理和匹配技术提取了橘小实蝇成虫在虫口监测区域二维平面X轴和Y轴方向上的位置坐标和速度分量,推算了橘小实蝇成虫运动轨迹递推关系。基于动态系统的状态序列线性最小方差估计理论和成虫运动轨迹关系分析,构建了卡尔曼滤波状态估计模型,并建立其预测和修正方程实现了橘小实蝇成虫运动目标位置估计。通过在虫口监测区域开展单目标和多目标分散及粘连条件下的成虫跟踪试验,试验结果表明颜色均值漂移跟踪算法对橘小实蝇成虫单目标跟踪具有较好的适应性,成虫监测计数准确率达100%,对于多目标分散和粘连情况跟踪处理效果较差,计数准确率分别下降至86%和76%;通过在颜色空间均值漂移跟踪算法的基础上引入Kalman滤波器估算目标运动的近似位置,实现了对橘小实蝇成虫分散和粘连多目标运动的持续跟踪优化,监测计数准确率分别提升至96%和93%。机器视觉技术实时跟踪橘小实蝇成虫在虫口监测区域运动轨迹试验进一步验证了橘小实蝇成虫虫口密度监测的可行性,为田间橘小实蝇成虫发生自动化监测技术研究提供了参考。     

麦田蚜虫自动计数研究

准确估计害虫种群密度是进行虫害预测预报的基础。为了减轻麦蚜虫抽样调查的难度，提高调查的效率和准确性，设计了一套基于计算机视觉技术的蚜虫数量自动计数的新方法。该方法利用麦田中诱集蚜虫的黄色粘板照片作为图像处理的数据源，通过图像分割与连通区域标记算法完成对黄板上蚜虫的自动计数。田间应用的结果表明黄板能较好的诱集到蚜虫，黄板图像单调的背景适合于计算机进行自动计数分析，自动计数的准确率达93.88%以上。     

农田缓冲带规划建设与天敌保护效果研究

缓冲带建设可以提供多种生态服务功能,是国内外现代生态农业发展的重要实践措施。论文以北京市顺义区都市型现代农业示范区建设项目为例,探讨农田缓冲带的规划和建设方法,并针对天敌保护效果进行监测,旨在探索村镇尺度下生态农业建设的景观规划途径。主要研究结论:1)经过目标确定、现状调查、总体空间布局设计、工程设计、施工监管与管护5个步骤,在研究区完成了渠道、道路和防护林3种类型共7种模式的农田缓冲带空间布局规划、种植模式设计与建设;2)害虫与天敌取样监测结果表明,人工林地缓冲带具有最大的蜘蛛活动密度,渠道、道路缓冲带等人工边界的天敌/蚜虫比例最高,初步证明了农田缓冲带建设的天敌保护效果;3)今后的生态农业建设应当加强农田缓冲带等生态景观化技术的大尺度空间规划与集成示范,其生态服务功能提升效果还需要针对不同农田类型进行长期监测试验进行验证。     

农业自动化领域中计算机视觉技术的应用

计算机视觉技术的应用已扩展到农业自动化领域。该文介绍了计算机视觉系统的组成,概述了国内外计算机视觉技术在农业生产自动化中的应用状况,并对计算机视觉技术应用于农业自动化中存在的问题及发展前景做了概括     

利用计算机视觉技术实现对温室植物生长的无损监测

利用计算机视觉技术对温室植物生长进行无损监测，获取植物生长状态信息，对于提高温室的智能化控制水平具有重要意义。在实验温室中设计了一套计算机视觉系统，对黄瓜幼苗生长进行无损监测，同时利用VC++6.0编制的图像分析处理软件，提取植物的外部形态特征：叶冠投影面积和株高。通过对两组无土栽培的黄瓜幼苗叶冠投影面积的连续监测，发现叶冠投影面积的变化趋势可以较好的反映植物的缺肥情况。用图像处理方法测量植株的平均株高与人工测量结果的相关系数可以达到0.927。研究表明，计算机视觉技术应用于温室植物生长的无损监测是可行的，具有广阔的应用前景。     

数学形态学在害虫种群密度监测中的应用

随着信息快速采集技术、计算机网络技术、人工智能、图像识别、决策支持系统等高新技术的发展,推动了"精细农作"技术体系的广泛实践。该文将数学形态学的基本运算方法及形态分水岭分割算法等图像处理信息技术运用到害虫种群密度监测中,根据昆虫飞行中CCD镜头区域远近及昆虫个体大小的先验知识,利用基于先验知识的流域分割算法,能有效地抑制背景及翅膀的影响,准确地识别出昆虫的个数,试验分析表明大大提高了害虫信息的采集效率及精度。     

黄瓜幼苗生长信息的无损监测系统的应用与验证

初步探讨了利用计算机视觉技术,在试验温室条件下,对单株黄瓜幼苗的生长实行无损监测。分别对叶面积和干鲜重的破坏性测量与计算机视觉无损测量结果相比较,通过相关性分析,计算机视觉测量的叶冠投影面积与激光叶面积仪测量的叶面积决定系数为0.976,与茎叶干、鲜重的决定系数分别为0.874和0.914。试验证实计算机视觉无损监测系统可以对植物的生长参数进行比较可靠的预测。     

土壤侵蚀监测新方法和新技术

 土壤侵蚀监测为土壤侵蚀评价和科学研究提供定量表达的手段,为水土流失防治规划、措施设计、效益评价和监督执法提供指导。土壤侵蚀监测经历1个多世纪的发展,监测方法由传统的径流小区观测到现代多学科交叉结合的技术,监测结果也由定性提升到半定量和定量。现代土壤侵蚀监测技术提升了土壤侵蚀监测为科学研究和实践服务的能力：基于土壤侵蚀地形演变的现代地形测量提供各种时空尺度高精度的监测数据;核索示踪成本较低、操作简单,能提供多年土壤侵蚀平均值;沉积泥沙反演根据侵蚀泥沙的沉积特性反推流域土壤侵蚀,成为回溯流域土壤侵蚀历史的有用手段;现代原位监測是基于传感器和无线数据传输等现代技术的土壤侵蚀监測新理念,是满足土壤侵蚀监测快速化、自动化和系统化发展的重要方向。通过介绍土壤侵蚀监测领域出现的新方法和新技术,以期促进其推广和应用。     

基于3S技术联合的农田墒情远程监测系统开发

农田墒情信息是现代农业实施精准施肥、精确灌溉的重要科学依据。为了实现快速准确地采集墒情信息,研究开发了基于3S（GPS/GIS/GPRS）技术联合的农田墒情远程监测系统。该系统主要由农田信息监测网络节点和远程服务器组成,在小范围内由传感器节点基于ZigBee通讯协议组成无线传感器网络,在大尺度上通过网关节点集成GPS网络,利用GSM/GPRS网络实现与Internet的信息交互,完成了墒情数据的自动采集、无线传输和准确定位。设计了太阳能自供电的长寿命无线传感器节点和网关节点,开发了服务器端农田墒情信息管理系统软件,实现了Web方式下的参数远程设置和信息实时监测。该系统的设计开发为农田墒情信息监测和分析决策提供了有效的工具。     

中高分辨率遥感影像在农业中的应用现状

为了更加透彻地了解中高分辨率遥感影像技术在农业中的应用研究现状,该文通过对其应用研究现状进行了提炼和总结,并给以简洁的展望。明确了物种识别和分类、农作物面积估算与监测、作物养分和水分状况监测、农作物的叶面积指数、生物量和叶绿素含量监测、病虫害监测和预报、农业自然灾害的监测、农用地土地资源动态变化和监测、作物产量预测8个方面是中高分辨率遥感影像在农业工作中的应用重点,指出农业工作将更加精细、多种技术和方法的融合使用、统一的农业遥感影像数据库的完善、对当前遥感影像技术不足之处的弥补、标准农业植被光谱库的完善和健全的植被解译体系的完善6个方面将是未来一段时期内应用发展的重点和热点。本文可对遥感农业应用和研究工作提供一定参考。     

奶农采用精准奶业技术行为的影响因素分析

为掌握精准奶业技术在中国的应用现状及其关键影响因素，该研究调研了华北产区345个奶农对国际上水平较高的4种精准奶业技术的采用情况，结果表明自动脱杯、自动识别、产奶量自动记录和自动发情监测4种精准奶业技术的采用率分别为64.9%、57.7%、56.2%和37.7%。而未采用任何一种技术的88个奶农的调研结果显示，技术前期投资成本太高，无法承担费用（占比71.9%）是未采用这些技术的最重要的原因，但有26个奶农表示接下来打算使用。调研的11种因素中，有7种因素至少对1种技术的采用产生显著影响。其中3种因素即奶农受教育程度、养殖规模和日均产奶量对4种技术具有显著正向促进作用，其他4种因素至少对2种技术的采用产生显著正向影响。4种技术中，自动脱杯受养殖规模、政府补贴、技术培训的影响最小。自动识别受收入满意程度和教育程度的影响作用最大。产奶量自动记录受日均产奶量、政府补贴的影响最大，不受技术培训的影响。自动发情监测受教育程度、日均产奶量的影响最低，受养殖规模和技术培训的影响最高，不受政府补贴的影响。影响因素分析进一步为政府和企业针对4种技术制定推广应用措施提供依据，如针对自动脱杯技术，由于养殖规模对其影响最小，应将推广重点放在小规模养殖场上。而自动发情监测技术的推广重点应放在大规模养殖场上，并利用技术培训提高奶农认知水平和数据管理技能。     

基于模型和GIS的数字棉作系统的设计与实现

为了进一步发展和完善棉花模型的综合模拟功能,提高其生产管理系统的机理性、数字化、可靠性和通用性水平,该研究运用软构件和参数化技术,决策支持与系统设计技术,结合GIS空间技术,充分发挥模拟模型的动态预测功能、GIS的空间信息管理功能、知识模型的管理决策功能,最终建立了基于数字模型和模拟分析的网络化数字棉作栽培管理决策系统,该系统以品种、气候、土壤、生产条件等数据作为基本输入,可为农业生产者、管理人员和科技人员等不同用户提供棉作区划、方案设计、模拟预测、实时调控、生产分析等棉花生产管理服务。系统的实现为棉花生产系统的数字化设计、精确化预测、动态化管理和网络化控制提供了支持。     

精准农业技术系统集成在新疆棉花种植中的应用

根据新疆生产建设兵团农业机械化、集约化、规模化生产的特点，结合新疆兵团棉花种植的实际情况和基础条件，利用GIS、RS、GPS、ES、MS等最新技术在棉花精准种植试验区开展研究工作。跟踪国内外精准农业的最新研究发展水平，在数字农业技术创新的基础上，整合国内已有的研究成果，利用信息技术对新疆现有的农业生产设备进行组装配套，研制、开发、集成具有新疆特色的数字农业技术体系与推广模式，进行规模化应用示范。在农田信息采集、处理和实施系统3个方面进行棉花精准种植信息系统集成研究，取得了初步成果：利用自主开发与引进的硬件平台，组装集成的配套技术体系，在棉花的精准播种、节水灌溉、变量施肥、病虫害预测预报与防治、长势监测等产前、产中管理决策中应用，形成一套适宜新疆的先进成熟的棉花生产管理智能化决策系统，同时与变量作业机具组装配套进行示范，该成果可为新疆及其它地区棉花精准种植提供参考模式，具有重大的推广意义，市场前景广阔。     

基于工作流模型的工业用地供后全程监管系统实现途径研究

本文针对长三角地区工业项目用地的闲置与低效等状态,根据工业项目土地出让合同及其监管标准（指标）要求,通过标准管理、环节管理、状态识别、终端系统、工作流技术等信息化技术集成,开发面向多用户的工业用地供后全程监管系统（LPCSVl．0）,并以常州新北区工业用地供后监管进行试验示范。该系统支持用户完成工业用地供后协同监控与预警决策,系统利用工作流技术提升监测与诊断能力,将先进状态识别与预警处理技术、便捷的移动终端系统与LBS技术相结合,是土地监管部门重要的技术支持手段。     

国外城市土地整理及对中国合理用地的启示

城市土地整理是提高城市用地效率和优化城市土地利用的重要技术手段,把它介绍给许多亚洲发展中国家是20世纪城市规划中最重要的国际合作之一.中国经济持续发展,城市用地扩展迅速,现今形成的城市土地利用格局不易逆转,对未来城市发展影响很大.但中国城市土地整理还处于起步阶段,有必要借鉴国外较为成熟的城市土地整理技术,合理规范未来城市用地发展和保护有限的耕地资源.该文首先分析讨论了国外城市土地整理的对象、目标、地位和主要功能,然后从5个方面探讨了土地整理在中国城市用地发展和城市用地管理中的作用.     

国外城市土地整理及对中国合理用地的启示

城市土地整理是提高城市用地效率和优化城市土地利用的重要技术手段，把它介绍给许多亚洲发展中国家是20世纪城市规划中最重要的国际合作之一。中国经济持续发展，城市用地扩展迅速，现今形成的城市土地利用格局不易逆转，对未来城市发展影响很大。但中国城市土地整理还处于起步阶段，有必要借鉴国外较为成熟的城市土地整理技术，合理规范未来城市用地发展和保护有限的耕地资源。该文首先分析讨论了国外城市土地整理的对象、目标、地位和主要功能，然后从5个方面探讨了土地整理在中国城市用地发展和城市用地管理中的作用。     

双山基地新型精准农业“可视化管理”初步实践与展望

“可视化管理”(VM)是一种现代化的企业管理方法, 本研究中首次将其应用于双山基地机械化作业管理。本文基于大型拖拉机作业特点, 重点讨论了实施精准农业中的可视化管理方法。首先介绍了可视化管理的功能, 并对双山基地的精准农业可视化管理平台构成进行了简要说明。该平台的核心功能是提供了卫星与航空遥感、近地面视频监测、土壤测定、小型气象站等手段及时获取作物长势、肥力、水分、病虫害、草害、成熟度以及天气等信息, 采用可视化管理方法支持施肥与其他田间管理的决策; 同时建设了综合性农业数据库, 研发了可视化机械作业进程管理与计划自动编制软件。该平台集成了3S、视频监测、互联网等软件技术。已经完成的演示系统曾经在2010 年举办的“现代农业发展与国家粮食安全暨东北农业现代化高峰论坛”上展示介绍, 获得了到会农业专家与领导的好评。     

稻鸭共作系统中稻纵卷叶螟种群控制的模拟

为研究系统动力学方法在害虫种群的优化管理和预测等研究中的应用,以稻纵卷叶螟第二代种群为研究对象,分析了稻鸭共作系统中捕食性天敌蜘蛛及鸭对稻纵卷叶螟生长发育的影响,构建了相应的系统动力学框架模型,并利用STELLA软件对稻纵卷叶螟种群的数量动态进行了模拟和预测。结果表明,当第二代稻纵卷叶螟初始的百穴卵量为100粒,稻田蜘蛛密度为每百穴12.623头,如果同时考虑鸭对3龄幼虫期稻纵卷叶螟卷苞60%的捕食率,稻纵卷叶螟成虫的密度可降至每百穴9.129头,鸭的捕食可使稻纵卷叶螟第三代卵期末的百穴卵量减少约6.7%