DBSCAN算法优化及在村镇管理决策中的应用

作为空间数据挖掘技术中的一种,带有噪声的空间聚类应用算法(DBSCAN算法)是基于密度的聚类算法,其可以从空间数据库中发现任意形状的聚类。本文研究了基于密度的空间聚类算法优化原理及实现过程,分析了原始DBSCAN算法存在的问题,通过避免公共领域对象的重复查询,减少对核心对象邻域查询的计算,优化后算法的时间效率提高了33.73%。将优化后的DBSCAN算法应用于村镇网格化管理,可对网格化管理系统中的数据记录进行有效挖掘,为村镇管理工作提供信息和辅助决策。     

熔融沉积式3D打印路径优化算法研究

针对目前3D打印加工耗时长、生产效率低的特点,提出一种熔融沉积式3D打印路径优化算法。针对部分零件切片轮廓封闭曲线多的情况,提出一种基于蚁群算法的轮廓路径规划方法,合理规划各轮廓的打印顺序。采用平行扫描对切片截面进行填充,分析扫描线角度对打印效率和打印质量的影响,确定最优扫描线角度,将填充区域进行区域划分,提出了一种基于四点法的区域合并算法,并采用临近法对合并区域打印次序进行优化。运用该算法进行零件打印实验,与传统的平行扫描法比较,3组零件的单层轮廓路径长度分别缩短了19.5%、12.5%、10.7%,打印时间缩短了12.6%、11.6%、8.9%,打印零件的尺寸精度和表面质量均有所提高,结果表明,该算法健壮有效并且打印效率更高。     

我国玉米生产效率时空特征分析

为指导我国玉米生产效率提升,基于DEA模型、Malmquist指数法以及ESDA分析法,分析了2005—2015年我国20个玉米主产省(区)玉米生产综合技术效率与全要素生产率变化的时空特征。结果表明:(1)2005—2015年,研究区域玉米生产综合技术效率平均值、纯技术效率和规模效率的均值都未达到DEA有效水平,综合技术效率提高主要依赖生产方式改进,玉米全要素生产率平均下降6.7%,其增长显著依赖于技术进步。(2)各省(区)综合技术效率的差异主要受农业生产方式(技术运用等)、经营规模及农业生产占比等的影响。综合生产技术效率较高的省(区),纯技术效率与规模效率均较高;而综合效率较低的省(区),纯技术效率与规模效率的差异较大。缺乏区域适用的先进生产技术或技术未得到有效投入,推广运用会导致玉米全要素生产率降低。(3)玉米生产各个投入要素均存在不同程度的松弛,配置不合理,均有可节约的空间。(4)研究区域玉米生产综合技术效率呈现集聚性,11年间空间差异扩大。少部分区域存在显著的正相关关系,主要集中在北方地区与黄淮海地区,呈现明显的空间集聚特征。因此,针对性提高区域适用技术的有效投入、改善经营规模,是提高各省(区)玉米生产效率的关键,同时,加强空间布局优化,使玉米生产达到"H-H"集聚是整体提升我国玉米生产效率、提高竞争力的关键。     

考虑时空变异特性的温室多环境因子优化策略

本文考虑温室环境的时空变异特性，通过构建温室建筑计算流体力学（CFD）模型，结合带精英策略的非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ），建立C++-Fluent联合优化框架，实现温室环境因子的多目标、高效率优化。CFD温室模型在江苏省镇江市的一处温室进行实地验证；迭代优化算法由C++实现并通过超级计算机提高计算效率；优化目标包括作物区域温度场、二氧化碳浓度分布以及控制温室风机能耗。研究结果表明，CFD温度场和速度场与监测点实验值吻合度高，平均相对误差分别为4.9%和7.05%；为获得某场景下作物生长温度场、二氧化碳浓度分布的最优值且维持温室风机的低能耗，温室湿帘入口温度为[296.6K，302K]，风机出口风速为[2.9m/s，5.5m/s]。此时作物区域的温度场、二氧化碳浓度分布及风机能耗均在最优范围，有助于提高作物产量，降低温室能耗；超级计算机Linux系统下开发的优化方案计算效率比个人计算机大幅提高，计算时长缩短约88.09%。本文所提策略充分考虑温室环境的时空变化特性，对温室内多环境因子实现多目标、高效率优化。     

查哈阳灌区水资源优化调度的大系

针对黑龙江省西部典型半干旱区的降水时空分布不均、水资源短缺等供水问题,运用大系统分解协调原理,以查哈阳灌区为例,建立了具有两层结构基于RAGA大系统分解协调的灌区水资源优化调度模型。对地表水和地下水统筹考虑,满足工业、生活、农业和生态环境等不同用水需求, 实现区域水资源合理调度。同时优化作物非充分灌溉制度,节约了灌溉用水量,实现了有限水资源获得最大的经济效益。RAGA能够解决模型中目标函数非线性的特点,具有计算效率高、全局搜索能力和鲁棒性强等优点, 实例研究表明可为查哈阳灌区水资源的优化利用提供科学依据。     

基于嵌入式GPU架构的并行形状特征提取算法优化

为解决嵌入式平台上形状特征提取算法运算量大、耗时长,实时性不高的问题,提出一种基于嵌入式GPU架构的并行形状特征提取算法,并采用指令级优化、数据传输优化、访存优化等多种优化策略进行优化;设计串、并行算法的对比分析试验,并行算法相对于串行算法,最高加速比为596倍,试验结果表明,基于GPU并行优化形状特征提取算法在保证特征提取有效性的前提下,极大的提高算法的运行速度,进而能够提高整个模式识别过程的实时性。     

时空相关车辆道路的高效数值仿真

在阐述功率谱密度时域等效的道路模拟方法的原理、构造及单轮辙道路时序重构应用的基础上,结合车辆道路双轮辙时空相关特性,提出了双轮辙两相关随机过程的虚拟线性系统连接方法,建立了符合道路相干函数规律的传递关系,模拟再现了时空相关的双轮辙道路激励输入的时程样本,使得模型中同时包含了道路自功率谱和互功率谱的统计信息。仿真试验表明该方法具有高的保真性,适用于任意指定谱特征的随机道路模拟。     

基于改进飞蛾扑火算法的区域水资源优化配置模型研究

为解决复杂的区域水资源优化配置问题,以区域缺水率最小和污染物排放量最小为目标函数建立了水资源优化配置模型,并以汾河下游谷地供水区为例,预测其在规划水平年20%、50%、75%和95%来水频率下的供需水量。针对飞蛾扑火算法(MFO)存在的搜索耗时较长、易陷入局部最优的问题,改进其烛火更新公式及对数螺旋函数。通过对群智能算法中常用的测试函数做仿真实验,对比分析了改进前后MFO算法的寻优结果,并采用改进的MFO算法对模型进行求解。实例结果表明,所构建的区域水资源优化配置模型合理有效,改进的飞蛾扑火算法收敛速度快,寻优性能优越,可用于水资源优化配置领域。     

基于改进CBAM-DeepLab V3+的苹果种植面积提取

为提高苹果种植区域的提取精度,提出了一种基于Sentinel-2和MODIS融合影像的CBAM-DeepLab V3+模型。影响苹果种植区域提取精度的主要因素包括遥感影像的质量以及语义分割模型的性能。从影像质量角度来看,采用基于时序的时空融合算法ESTARFM,通过融合Sentinel-2和MODIS的遥感影像数据,实现更高空间分辨率和时间分辨率数据的获取。与此同时,将训练样本从原始的800幅扩充至2 400幅,为后续语义分割模型提供更为充足的样本容量。在语义分割模型优化方面,为了进一步提高苹果种植面积的提取精度,以DeepLab V3+网络结构模型为基础,引入基于通道和空间的CBAM注意力机制,进而发展出CBAM-DeepLab V3+模型。与原始DeepLab V3+模型相比,加入CBAM注意力机制的CBAM-DeepLab V3+模型在拟合速度较慢、边缘目标分割不精确、大尺度目标分割内部不一致和存在孔洞等缺陷方面实现了突破,这些改进提高了模型的训练与预测性能。本研究采用原始Sentinel-2影像及时空融合后的影像数据集,结合烟台市牟平区王格庄镇的数据集和观水镇苹果数据集对U-N...     

基于GEE的山东省近30年农业大棚时空动态变化研究

针对精确获取大尺度空间范围内农业大棚的分布情况并进行长时间的序列动态监测存在数据量大、计算效率低、精度不高等问题,利用Google Earth Engine(GEE)云平台能够实现快速存取、实时处理海量卫星数据,基于多时相Landsat影像进行农业大棚时序光谱特征和纹理特征的自动提取,采用随机森林算法实现山东省农业大棚的遥感分类,从而生成了山东省近30年农业大棚的空间分布和时空动态变化图。结果表明,本文分类流程具有较高的分类精度,其平均总体精度达到91.63%,Kappa系数均值为0.8642。经分析,山东省农业大棚从1990年的6.67 km^2增加到2018年的9919.40 km^2,增长速度为354.03 km^2/a。     

基于视觉词典法的母牛产前行为识别

母牛活动方式及规律的信息获取是特定阶段进行必要人工干预的重要判据之一,针对已有通过外置传感器获取信息手段的局限性,提出一种改进时空局部二值模式用于特征描述,构建视觉词典实现对视频中母牛基本行为的识别,并最终通过统计产前特定基本行为发生频次来揭示临产期规律。试验表明所提方法对90组规定视角下母牛产前行走、侧卧和回望等典型行为的平均正确识别率约为94.6%;对30组水平随机视角下拍摄的上述3种行为平均正确识别率约为88.3%。通过采集母牛临产期分娩前后约13 h的视频,提出的算法识别母牛平均执行回望和侧卧的频次依次为30次和21.2次,行为发生频次体现为前低后高,在分娩前回望频次达到峰值8.8次,侧卧频次明显减低为2.2次。试验结果证明,视觉词典法能实现对母牛产期行为的识别与规律的量化描述。     

关于地理空间数据整合与持续高效更新存在的问题分析

文章针对当前地理空间数据整合与持续高效更新所存在的问题,在地理空间数据更新中引入了“数据同化”这一思想和概念,对持续高效更新存在的问题及“地理空间数据同化”的涵义和关键技术进行了论述.     

农业机械作业大数据清洗方法与试验优化

针对农业机械大数据平台中,已有数据清洗算法不适用于大规模、多源异构、高维度和强时空相关实时数据的问题,分析了复杂田间环境下农机作业数据异常来源及特征,研究了异常数据检测及修正技术,提出一种基于滑动窗口机制的农机作业数据在线清洗方法。该方法基于方差约束原则识别异常数据,基于最小变动原则生成候选修正数据,基于数据时间相关性通过AR、ARX模型迭代优化得到最终修复值,依托Flink分布式计算平台,从而适应农机数据吞吐量大、并发度高的特点。基于某省农机作业数据对算法进行了有效性验证,结果表明,在数据规模达到1×105条、数据异常率为5%的情况下,算法异常识别率达到0.94,且与已有清洗算法相比均方根误差更小。基于Box-Behnken方法设计试验,通过响应面分析得到回归模型,分析算法参数对均方根误差和运行时间的影响。基于二进制编码的混合遗传算法对参数进行优化,优化后的参数组合可使算法均方根误差达到0.16、运行时间达到0.13s。该数据清洗方法能够为农机大数据平台的实时处理提供高质量数据支撑。     

基于GEE云平台和数据融合的地表覆盖产品制作方法

地表覆盖产品是地理国情监测、生态系统评估、国土空间规划等活动的重要基础数据。GEE、PIE、微软行星云等遥感计算云平台具备丰富的数据源和强大算力。利用GEE云平台融合多套公开产品制作训练样本,可以显著降低产品更新的成本和周期,具有重要研究价值。本文以淮河流域为例,将欧洲航天局(ESA)和美国环境系统研究所(ESRI)存储在GEE平台上的2020年分辨率10 m地表覆盖产品作为训练样本数据源,选用Sentinel-1雷达和Sentinel-2多光谱影像构建特征空间,利用随机森林分类方法制作分辨率10 m的地表覆盖产品。为验证方法效果,进行了2组对比实验。实验1随机抽取1 116个公开产品类别一致的样点作为训练样本,并通过目视解译方式验证本文产品与多套公开产品的精度。结果显示,本文产品总体精度为80.35%,相较于公开产品的总体精度提升2.89～8.94个百分点,局部刻画也更加精细;在Sentinel-2基础上加入雷达影像,总体精度提高3.52个百分点,雷达影像辅助效果明显。实验2设置8组不同数量的训练样本,并分别以人工判读、ESA、ESRI、DW、GlobeLand30为参考数据源,研究...     

水产养殖大数据技术研究进展与发展趋势分析

水产养殖对象特殊、环境复杂、影响因素众多,精准地监测、检测和优化控制极其困难。大数据技术结合数学模型,把水产养殖产生的大量数据加以处理和分析,并将有用的结果以直观的形式呈现给生产者与决策者,是解决上述难题的根本途径。本文主要对水产养殖大数据技术研究进展与发展趋势进行了深入剖析,提出了水产养殖业大数据技术的总体架构;分析了水产养殖大数据的来源和获取手段,重点总结了几种水产养殖大数据分析技术的研究进展和现有水产养殖大数据平台及其提供的应用服务;最后针对水产养殖与大数据技术结合过程所面临的困难与挑战,从实现全面感知、全产业链数据智能分析与自动决策、水产养殖大数据标准体系建设等方面提出水产养殖大数据技术的发展方向。数据是根本,分析是核心,利用大数据技术提高水产养殖综合生产力和效益是最终目的,应深度挖掘现实需求,整合水产养殖全产业链数据,加强基础理论和核心关键技术研究,从而推进大数据技术与水产养殖产业的深度融合,支撑我国水产养殖业彻底转型升级。     

中国饲料营养大数据分析平台研制

饲料粮缺口的逐渐加大,导致中国饲料粮安全问题逐步转化为粮食安全问题。因此,全面整合饲料营养基础数据资源,提高一切可利用饲料资源的营养价值,成为中国今后长期保障国家粮食安全的技术措施之一。本研究依据16类中国饲料原料描述规范和属性数据标准,全面用数字化模式收集整理了自“六五”至“十三五”期间累积的50万条以上已有饲料资源的种类、空间分布、饲料成分含量及营养价值特性数据,利用MySQL网络数据库及PHP程序语言,开发了新一代饲料营养大数据分析平台（http：//www.chinafeeddata.org.cn/）并提供Web数据共享功能。首先,平台提供所有入库数据的可视化分析,可实现单个或多个饲料多种养分和多种图形模式的直观比对。通过二维码技术提供所有饲料营养属性数据及饲料实体样本溯源数据的移动端实时分享与下载服务。其次,平台构建了通过已知饲料概略养分在线预测其他有效养分的回归模型,为饲料原料养分变异提供动态分析。最后,平台基于地理信息系统技术,将饲料概略养分和主要矿物元素含量数据与其所处的地理位置分布相结合,实现了饲料营养数据地理信息图谱的分布查询及对比分析,同时提供各种数据的下载方式,为已有饲料数据的全面应用带来便利。研究表明,拓展饲料资源数据并提供饲料养分的预测分析模型,可最大化利用已有饲料养分数据的价值,进一步嵌入各类饲料配方的网络计算模块,可以达到饲料营养数据的一站式服务及数据的最大化升值服务。     

本体在村级数据资源共享中的应用研究

针对多源、异构农业农村数据资源难以有效地相互理解和共享利用的问题，本文提出了一种基于本体论的数据组织方法，从村级数据资源组织和共享的角度出发，探讨如何构建所需的本体的方法路径，基于案例试验阐述了如何将本体应用于村级数据资源的组织、共享，以及将基于规则的本体推理应用于村级数据资源开发利用，最后提出了本体在农业农村数据资源管理、共享、挖掘中的应用场景展望。     

基于关联数据的农业信息空间数据组织研究

介绍了农业信息空间、关联数据和RDF格式的内涵与应用研究现状,以及农业信息空间下基于关联数据的知识资源组织方式和机制原理,提出了基于关联数据的知识资源发布应用模式和资源服务方式,有利于更好地扩展知识资源的内容,提升知识资源的发现服务,为我国关联数据的理论研究和应用实践提供一定的参考。     

农机数据采集传输系统的设计与实现——基于CAN总线

随着CAN总线的发展应用,越来越多的农业机械开始装备使用CAN总线,采集农机CAN数据对于农机作业运行及故障维修的应用研究具有重要意义。农机CAN总线数据采集传输系统,能够实时采集、解析、传输农机CAN总线数据信息,且可将数据传输到PC机进行数据处理和数据分析。为此,详细介绍了基于单片机、CAN控制器及CAN收发器的农机CAN总线数据采集传输系统,并给出了硬件设计和软件实现。试验表明:该系统将发动机转速、油耗、经纬度、高程等数据解析并传输存储,在实际应用过程中,系统可靠性好,信息准确、运行正常。     

基于SVC和过采样的类别非均衡农业高光谱数据分类

系统研究了农业高光谱数据中少数类的分类质量问题。为了提升少数类的分类质量,提出采用过采样SMOTE技术增加少数类新样本,同时研究了SMOTE技术中新样本生成策略和少数类采样倍率对高光谱数据中少数类分类结果的影响,以及不平衡数据集上分类器与模型的匹配度。在新的采样数据集上采用多类分类SVC技术对少数类分类,提升了非均衡高光谱数据集中少数类的分类质量。在真实数据集上进行了试验验证,并对不同的分类方法和系统参数进行了试验对比和分析,结果表明,本文方法能够显著地提高非均衡高光谱数据中少数类分类效果,平均分类精度不小于0. 82,平均召回率提升幅度为11. 11%～26. 15%,F1提升幅度为5. 81%～40. 85%。