基于自适应进化相关向量机的耕地面积预测模型

为解决耕地面积预测模型建立过程中的非线性、稀疏化及结果可靠性评价等问题,该文将相关向量机与差分进化优化算法进行融合及改进,提出基于自适应进化相关向量机的耕地面积预测模型。该文以黄石市为例,建立基于自适应进化相关向量机的短期、中期耕地预测模型,并与多元线性回归、BP神经网络、支持向量机算法在精度、计算效率及可靠性方面进行对比分析。试验验数据表明,自适应进化相关向量机的预测精度大约是其余3种方法的2倍以上;模型的计算效率是多元线性回归方法的2倍,比BP神经网络、支持向量机高出2个数量级;测试数据的实际耕地面积均在自适应进化相关向量机估计的95%置信度的置信区间内,并且由后验差比、小误差概率判定模型等级属于"好"。基于以上数据,证实该模型是一种精度高、计算快、可靠性强的耕地预测新方法。     

灰色模型与回归模型在农用地基准地价评估中的比较分析

农用地基准地价评估对于建立一套完整的农用地价格体系和顺利开展土地资产合理配置、土地整理等农村土地管理工作具有十分重要的意义。以辽宁省凌源市农用地为研究对象,以农用地定级成果为基础,建立农用地纯收益预测的灰色模型和回归模型,并运用两种模型结合收益还原法对农用地基准地价进行实证评估分析。结果表明：与回归模型相比,灰色模型更加有效的减小了不同自然地理条件和土地利用方式等因素所导致的不同年份纯收益变化对于农用地基准地价的影响,因此,灰色模型在农用地基准地价计算中具有更加突出的优势。     

基于自适应判别深度置信网络的棉花病虫害预测

作物病虫害预测是病虫害防治的前提,利用深度学习预测作物病虫害是一个有效且具有挑战性的研究课题。该文针对深度置信网络(deep belief network,DBN)在作物病虫害预测中的训练耗时长和容易收敛于局部最优解等问题,将自适应DBN和判别限制玻尔兹曼机(restricted boltzmann machine,RBM)相结合,利用棉花生长的环境信息,提出一种基于自适应判别DBN的棉花病虫害预测模型。该模型由3层RBM网络和一个判别RBM(discriminative restricted boltzmann machine,DRBM)网络组成,通过3层RBM网络将棉花生长的环境信息数据转换到与病虫害发生相关的特征空间,通过自动学习得到层次化的特征表示,再由DRBM预测棉花病虫害的发生概率。该模型将自适应学习率引入到对比差度算法中,通过自动调整学习步长,解决了在传统DBN模型训练时学习率选择难的问题;在学习过程中通过在DRBM中引入样本的类别信息,使得训练具有类别针对性,弱化传统RBM无监督训练时易出现特征同质化问题,提高了模型的预测准确率。对实际棉花的"棉铃虫、棉蚜虫、红蜘蛛"虫害和"黄萎病、枯萎病"病害的平均预测准确率为82.840%,与传统BP神经网络模型(BPNN)、强模糊支持向量机模型(SFSVM)和RBF神经网络模型(RBFNN)分别提高19.248%,24.916%和27.774%。     

基于遗传算法最小二乘支持向量机的耕地变化预测

针对耕地变化内部规律与模拟方法进行研究,提出最小二乘支持向量机耕地变化预测方法,有效构建耕地变化与耕地变化影响因子之间复杂的非线性关系模型。利用遗传算法全局寻优功能优化最小二乘支持向量机内部参数,提高最小二乘支持向量机耕地变化预测模型精度。利用该模型对江苏无锡市1987－2000年期间耕地变化进行预测,并与多元回归、GM(1,1)、BP网络、支持向量机（SVM）耕地预测模型和实际调查耕地变化数据进行比较分析。预测精度评价结果证实,该方法耕地预测精度远高于多元回归、GM(1,1),BP网络模型,略高于SVM模型,但算法复杂度和计算效率远优于SVM预测模型,是一种有效的耕地变化预测方法。     

多分类支持向量机在泥石流危险性区划中的应用

以凉山州安宁河流域129个乡镇的泥石流危险性区划资料为依据,随机选取总样本数的2/3和1/2作为训练样本,建立不同数量训练样本下安宁河流域泥石流危险性区划的多分类SVM模型,进行以乡镇为单元的区域泥石流危险性评价研究。评价结果表明,SVM模型的预测精度随着训练样本数量的增加而提高;2个SVM模型对测试样本的预测准确率均高于相应的BP神经网络模型,对训练样本的回判准确率高于或接近于BP神经网络模型。因此,支持向量机方法是一种比神经网络方法具有更优精度和更强泛化性能的新机器学习方法,在泥石流危险性评价实践中具有十分广阔的应用前景和推广应用价值。     

基于最小二乘支持向量机的泵性能分析

泵的性能曲线是泵选型、优化调度和泵站运行的重要依据,通常该曲线均是通过试验或是根据试验数据和性能图表上的数据进行曲线拟合而获得,但这些方法复杂昂贵,而且拟合精度不高。针对以上方法的缺点,提出了一种基于交叉验证最优参数选择的最小二乘支持向量机（LSSVM）泵性能预测方法。通过最小二乘支持向量机（LSSVM）学习算法网络的设计和构建,并应用网络搜索－交叉验证的方法对支持向量机参数进行优化选择,模拟得到复杂和非线性很强的泵的性能曲线,经优化模型输出值和试验值、同多项式拟合值以及径向基神经网络误差的比较,交叉验证最优参数选择的最小二乘支持向量机具有优良的非线性建模能力和泛化能力,在有限学习样本条件下仍获得了很高的精度,平均相对误差为0.02378%,为泵的性能分析提供了一种简便可行的智能方法。     

基于SegNet语义模型的高分辨率遥感影像农村建设用地提取

针对传统分类算法、浅层学习算法不适用于高空间分辨率遥感影像中农村建筑物信息提取的问题,该文以河北省霸州市高空间分辨率遥感影像WorldView-2为数据源,利用182 064幅128×128像素大小的影像切片为训练样本,选取基于深度卷积神经网络的SegNet图像语义分割算法对遥感影像中的农村建筑物进行提取,并与传统分类算法中的最大似然法(maximum likelihood,ML)和ISO聚类、浅层学习算法中的支持向量机(support vector machine,SVM)和随机森林(random forest,RF)以及深层语义分割算法中的金字塔场景解析网络(pyramid scene parsing network,PSPNet)的试验结果作对比分析。研究结果表明:SegNet不仅能够高效利用高空间分辨率遥感影像中农村建筑物的光谱信息而且还能够充分利用其丰富的空间特征信息,最终形成较好的分类模型,该算法在验证样本中的分类总体精度为96.61%,Kappa系数为0.90,建筑物的F1值为0.91,其余5种分类算法的总体精度、Kappa系数、建筑物的F1值都分别在94.68%、0.83、0.87以下。该研究可以为高空间分辨率遥感影像农村建设用地提取研究提供参考。     

基于支持向量机的滴灌灌水器流量预测模型建立与验证

为了直接、准确预测灌水器流量,引入支持向量机预测方法,取灌水器6个工作压力和8个几何参数作为因素,正交设计安排300组灌水器训练样本和30组检测样本,并采用精度较高的SST k-ω模型模拟计算灌水器流量,同时利用遗传算法对支持向量机参数进行优化计算,得到与模拟流量误差最小的流量预测值。结果表明,惩罚参数为100、核函数参数为20时检测样本的流量预测值与模拟值的误差最小,平均相对误差为1.91%,决定系数为0.98,而回归拟合方法计算得到的平均相对误差为6.45%,决定系数为0.93,表明支持向量机预测流量的优越性,且30组试验验证样本的平均相对误差为2.25%,证明支持向量机预测的准确性和可靠性。预测模型建立可有效地提高灌水器研发效率,对水力性能评估和流道结构设计与优化提供依据。     

基于FSA-LSSVR模型的安徽省耕地变化预测

针对耕地变化内部规律及其外部驱动因子的特点,利用鱼群算法优化最小二乘支持向量机回归（FSA-LSSVR）模型,探讨耕地变化预测模型,为耕地保护政策制定提供参考依据。结果表明:鱼群算法的全局搜索能力能使支持向量机算法有效地收敛到参数γ和σ的全局最优解;FSA-LSSVR模型的预测精度指标远高于多元线性、GM（1,1）和BP神经网络模型,且优于FSA-SVM,求解速度明显优于SVM。FSA-LSSVR模型可以解决SVM内部参数难以确定的问题,适用于多因素参与的高维非线性的耕地变化预测,而且速度快、精度高,具有推广价值。     

利用遗传算法和支持向量机测算农用地理论单产和可实现单产

为了解决传统的采用一元线性回归法计算农用地理论单产和可实现单产的局限性,该文将遗传算法和支持向量回归机理论应用于农用地产能核算,构建理论单产和可实现单产核算模型。通过建立样点分等因素质量分与理论单产的遗传算法支持向量回归机（genetic algorithm-support vector machine,GA-SVM）模型进行理论单产预测;建立样点分等因素质量分和利用系数之积与可实现单产的遗传算法支持向量回归机模型进行可实现单产预测。以广东省揭西县产能核算为例,分别采用GA-SVM模型和一元线性回归模型测算,并将测算结果进行对比分析。研究结果证明,GA-SVM对于理论单产和可实现单产的测算精度更高,适于单个样本值的预测,可以作为农用地产能核算的一种新方法。     

基于种蛋图像血线特征和深度置信网络的早期鸡胚雌雄识别

为了实现孵化早期鸡胚雌雄识别,构建了机器视觉采集系统,在LED光源下获取180枚鸡种蛋孵化第4天的图像。首先对鸡种蛋图像进行RGB分量提取、中值滤波、感兴趣区域提取等预处理,然后利用限制对比度自适应直方图均衡化、形态学处理、最大类间方差阈值分割和八连通域去噪等方法凸显血线纹理,并通过方向梯度直方图(histogram of oriented gradient,HOG)提取图像的全信息特征和利用灰度共生矩阵提取能量、对比度、相关性、熵、均匀度等5个特征,对HOG全信息特征采用主成分分析(principal component analysis,PCA)降维,最后利用全信息特征和PCA降维特征-灰度共生矩阵特征组合的简化特征,分别构建支持向量机(support vector machine,SVM)、反向传递(back propagation,BP)神经网络、深度置信网络(deep belief networks,DBN)3种鸡胚雌雄识别模型,并比较不同模型的识别准确率。试验中,全信息特征比简化特征构建的模型识别准确率高,基于简化特征的BP、SVM、DBN模型测试集识别综合准确率分别为51.67%、60%和58.33%,基于全信息特征的BP、SVM、DBN模型测试集识别综合准确率分别为58.33%、63.33%和83.33%。其中,基于全信息特征的DBN模型识别准确率最高,达到83.33%。结果表明机器视觉技术为孵化早期鸡胚雌雄识别提供了一种可行方法。     

基于多特征融合和深度置信网络的稻田苗期杂草识别

杂草的准确识别是田间杂草精准防控管理的前提,机器视觉技术是实现杂草准确识别的有效手段。该文以水稻苗期杂草为研究对象,采集稻田自然背景下和不同光照条件下的6种杂草图像共928幅,包括空心莲子草、丁香蓼、鳢肠、野慈姑、稗草和千金子。采用1.1G-R颜色因子将杂草RGB图像进行灰度化,选择自动阈值自动分割得到杂草前景二值图像,通过腐蚀膨胀形态学操作进行叶片内部孔洞填充,应用面积滤波去除其他干扰目标,最后将杂草二值图像与RGB图像进行掩膜运算得到去除背景的杂草图像;提取杂草图像的颜色特征、形状特征和纹理特征共101维特征,并对其进行归一化处理。在双隐含层和单隐含层的深度置信网络(deep belief networks,DBN)结构基础上,对DBN隐含层节点数选择方法进行研究。针对双隐含层DBN节点数,选择恒值型、升值型和降值型3种节点组合方式进行优化研究,当网络结构为101-210-55-6时杂草识别率为83.55%;通过对单隐含层节点参数优化得到网络结构为101-200-6时杂草识别率达到91.13%。以同一测试样本的运行时间值作为模型的测试时间对3种不同模型进行耗时测试,SVM模型、BP模型和DBN模型测试结果分别为0.029 7、0.030 6和0.034 1 s,试验结果表明基于多特征融合的DBN模型的识别精度最高,且耗时较其他2种模型相差不大,可满足实时检测的速度要求,所以在实际应用中应优先选择基于多特征融合的DBN模型。该研究可为稻田杂草识别与药剂选择性喷施提供参考。     

面向对象土地覆被图像组合分类方法

研究了支持向量机在面向对象土地覆被图像分类中的应用技术,提出采用最小二乘支持向量机（LSSVM）与模糊灰色关联度联合评估（FG）相结合的一种新的组合分类方法简记FG-LSSVM,为土地覆被分类提供一种可行的高精度分类途径。根据图像上不同对象的空间尺度和光谱值特征,基于稳健的核密度梯度分割算法提取具有任意形状和唯一标识的均质对象后,为了比较提出方法的性能,采用原始对象样本依次验证了3个面向对象分类方法,即标准支持向量机方法、以模糊贴近度作为模糊因子的模糊支持向量机方法和传统K最近邻面向对象分类方法。实现了一个高精度面向对象土地覆被图像分类信息系统。试验结果表明：提出的FG-LSSVM面向对象方法相比标准支持向量机、模糊支持向量机与K最近邻方法试验精度约提高2.4%左右。提出的方法在识别效果上,符合研究区实际分类应用的要求。     

基于SFAM神经网络集成的土地评价

SFAM(Simplified Fuzzy ARTMAP,简化的模糊ARTMAP)神经网络具有自组织反馈、增量式学习和高度复杂映射等特点,是一种较BP神经网络和RBF神经网络等前馈神经网络更优秀的自组织神经网络.为克服SFAM神经网络受输入样本顺序的影响,提高土地评价的精度,提出利用SFAM神经网络集成进行土地评价的方法.并用SFAM神经网络、SFAM神经网络集成、BP神经网络、BP神经网络集成、RBF神经网络和RBF神经网络集成等方法对广东省中山市的土地进行了评价,对评价结果进行了分析和比较,结果表明SFAM神经网络具有比BP神经网络和RBF神经网络更优越的评价性能;对于这三种不同的神经网络,神经网络集成的土壤评价精度分别高于单个神经网络的精度.     

基于BP-MC网络的张家港市耕地安全定量化分析

近年来城市用地大量侵占农业用地,不断威胁到城市的粮食安全问题,利用遥感快速准确地监测土地利用覆盖变化和城市扩张对保护耕地意义重大。运用BP人工神经网络,结合广义蒙特卡罗思想,利用多年的张家港市TM遥感影像、土地利用图和年鉴,对耕地、道路、城市扩张、GDP及产业经济结构之间的关系进行了深入的分析。研究结果表明：张家港市10 a来耕地面积以每年约2.5%的幅度减少,但在2002年后农业总产值有小幅回升,这与该市落实土地优化政策、农业结构和产业结构调整息息相关。城市扩张主要方式为多核心蔓延式扩展,距主要道路和已建城区2 km内的农业用地最有可能在4 a内转变为城镇用地,并且道路和城区附近500 m内是转化高峰,而且间隔年限越长,道路和已建城区对其缓冲区的影响范围越广、辐射强度越大。经济的快速发展使得耕地大量被占用,导致了农转非概率升高,但随着城市用地与耕地数量逐渐达到平衡,农转非概率降低,使得GDP与非农转化率呈现倒“U”曲线;BP-MC网络通过在图像中采集大量像素点进行训练,有效地避免了人工神经网络陷入局部极小点,是一种定量研究城市扩张驱动力的有效途径。