基于Android系统手机的甜玉米病虫害智能诊断系统

为农业智能诊断系统更加廉价、便捷、有效地为普通农户服务,该文针对Android手机终端,提出了一种基于Android手机的农业病虫害智能诊断系统的设计方法,构建了一个通用的、便于"二次开发"且人机交互技术丰富的数据库和应用程序的开发环境,并采用"产生式"规则和正向推理方法,设计了甜玉米病虫害的树型图和推理机等,重点研究和开发了"基于Android手机的甜玉米病虫害智能诊断系统",该系统的开发方法具有一定的通用性。测试和初步应用的效果显示,该系统具有便携、实用、界面友好和不受有线网络环境限制等特点,有较强的实用性和推广应用前景。     

分辨率实时可调的无线图像传感器节点设计与试验

针对目前用于农业图像获取的图像传感器节点分辨率偏低、分辨率固定不可调的现状,设计并实现一种分辨率实时可调的无线图像传感器节点。节点的硬件平台由ARM处理器S3C6410和CMOS图像传感器OV5642组成,并集成了Wi Fi模块和4 G模块。设计了太阳能供电系统为节点供电。采用嵌入式Linux搭建节点的软件平台,设计了基于驱动层和应用层协作、多线程并发的分辨率实时调整算法,并在应用层实现了分辨率实时调整、图像采集、图像压缩和无线传输等功能。为了验证节点的性能,将节点部署在农田进行了长时间的测试试验。测试结果表明,节点具有7种不同的分辨率,最高可达500万像素,更重要的是它在工作过程中可接收远程用户的指令,实时调整分辨率,进而采集不同精度的农作物图像,并远程传输到服务器端。试验表明所设计的节点可满足用户获取不同精度农业图像的需求。     

基于ARM的养猪场数据无线传输系统设计

为满足养猪场管理中对数据传输的要求,设计一种基于ARM的养猪场数据无线传输系统。以S3C2410为无线数据传输系统终端核心,与MC55无线模块连接构成嵌入式无线数据传输平台。基于嵌入式Linux操作系统和GPRS数据传输技术,对无线终端的硬件和软件进行设计,同时对数据中心服务器软件进行具体设计。试验结果表明：该系统实现终端与服务器的数据交互,传输接收数据准确。本系统与射频识别技术相结合,可实现养猪场生猪身份代码的实时采集与准确传输。     

基于μC/OS-II嵌入式技术的农业环境远程监控系统实现

针对农业环境远程监测技术特点，提出了一种基于嵌入式系统和无线远程通信技术相结合的系统解决方案。该系统以ARM CPU为硬件核心，通过μC/OS-II嵌入式操作系统的调度与管理，实现农业现场数据的实时采集与处理，然后经由CDMA/GPRS无线移动通信模块将其发送至数据库服务器。在服务器端，采用ASP.NET技术实现动态WEB发布，用户可以通过INTERNET网络随时浏览和下载各种农业信息数据。此方案的实现明显改善了系统的综合性能，在可靠性、集成性、稳定性和扩展性等方面，更能适合分散远程条件下农业环境信息监测与管理的各种需要。     

基于μC/OS-Ⅱ嵌入式技术的农业环境远程监控系统实现

针对农业环境远程监测技术特点,提出了一种基于嵌入式系统和无线远程通信技术相结合的系统解决方案.该系统以ARM CPU为硬件核心,通过μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的调度与管理,实现农业现场数据的实时采集与处理,然后经由CDMA/GPRS无线移动通信模块将其发送至数据库服务器.在服务器端,采用ASP.NET技术实现动态WEB发布,用户可以通过INTERNET网络随时浏览和下载各种农业信息数据.此方案的实现明显改善了系统的综合性能,在可靠性、集成性、稳定性和扩展性等方面,更能适合分散远程条件下农业环境信息监测与管理的各种需要.     

桁架式可移动作物生长远程监控系统设计

针对固定式图像采集设备终端在实时采集过程中存在的采集角度和范围有限等问题,研究开发了一种固定桁架式地面移动多点作物图像远程获取系统。系统采用网络摄像机和电动变焦镜头作为图像摄取设备,通过全方位智能控制云台、螺旋四杆机构和水平滑块导轨机构的设计与选型,建立了作物图像摄取设备的水平移动、垂直移动、360°空间转动、俯仰运动等子系统。开发了远程控制软件,建立了作物图像数据库和远程管理系统,实现了监测区域内所有植株不同部位图像信息的远程控制获取和管理。系统在温室中进行了运行测试,运行正常可靠。该系统可为作物远程在线水肥诊断提供了一种空间移动多点实时监测和远程管理平台。     

农田水分监测与决策支持系统的实现

农田水分的实时采集、传输与处理是精细农业中实现节水灌溉的重要环节，而长期困扰该环节的一个技术瓶颈是实时数据的分布式采集与联动式决策的一体化处理。该文提出了一种基于GSM和FSK技术的农田水分监测与决策支持系统解决方案。该系统采用AT89C51单片机、嵌入式MCU结合TC35T模块、FSK模块和传感器组成数据采集终端，通过FSK调制技术实现不同采集单元间的分布式数据通讯。采集到的数据通过GSM网络传至PC监控机，经水分决策支持系统将决策结果以SMS短信形式发送到用户手机上。该系统在新疆兵团111农场70 hm²滴灌棉田得到应用，实现了农田水分实时监测、数据无线远程传输与灌溉科学决策的智能化管理。该系统的实现为大范围、多测点无人值守农田进行数据采集、传输和处理提供了一套可行的技术框架。     

高湿高雾环境下红茶发酵图像实时采集系统研制

为解决高湿高雾的红茶发酵场景下,无法实时采集图像的问题,该研究基于加热除雾防潮装置与工业相机系统,设计了高湿高雾环境下红茶发酵叶图像实时采集系统。系统主要由工业相机、镜头、加热除雾防潮装置、面光源、固定支架、控制软件与电脑组成。利用该系统采集单芽、叶片、茎、一芽二叶的发酵进程图像,通过图像处理技术,可以有效提取发酵叶的颜色特征信息;利用茶叶感官审评、发酵叶色泽与气味变化的方法,将采集的1 564张图像分为发酵轻、偏轻、适度、过度4个带有红茶品质标签的数据集,数据集按照7∶3的比例划分为训练集和测试集,训练集通过MobileNetV3 + Vision Transformer技术搭建深度学习模型,模型预测准确率达到95.68%;开发的可视化红茶发酵程度判别软件,可以实现红茶发酵程度有效预测与结果输出。研究结果表明,设计的图像实时采集系统可为红茶发酵程度智能化判别装备研发提供数据基础和技术支持。     

面向田园监测的低成本多光谱图像远程采集节点设计

利用多光谱图像采集设备获取农作物敏感波段的多光谱图像并对其进行分析,已经成为当前农作物生长状态评估的重要手段。但现有的光谱图像采集设备存在价格昂贵、体积较大、分辨率低、需人工搬运设备至田间作业等不足。为此,该文设计一种低成本、高分辨率的多光谱图像远程采集节点,并部署在田园对农作物光谱图像进行实时采集,并远程传输到服务器端,从而实现对农作物状态的持续监测。节点可同时采集RGB彩色图像和3种不同波段光谱图像,图像分辨率可达500万像素,且滤片可更换,因而其可应用于不同作物的图像获取。节点的硬件平台由嵌入式处理器芯片S3C6410、CMOS图像传感器OV5640和自行设计的机械式滤光片转换装置构成。为了实现图像的远程传输,节点集成了3G无线通信模块。采用嵌入式Linux搭建了节点的软件平台,并在此基础上设计了节点的软件系统,实现了滤光片转换的驱动控制、图像采集、图像压缩和3G无线传输等功能。为了验证节点的性能,将节点部署在田园进行了一系列试验测试。测试结果表明,节点能够自动采集RGB彩色和3种波段光谱图像,并通过3G网络无线传输到服务器端。采集和传输大小为133 k B的4幅图像所需总时间约为45.27 s,丢包率为0.54%。试验表明该文所设计的节点能够实时采集和远程传输多光谱图像,可满足田园现场环境多光谱图像获取的需求。     

基于ARM-Linux和GPRS的农业环境无线远程监控系统

本文设计和实现了基于嵌入式ARM-Linux和GPRS/CDMA技术的农业环境无线远程监控系统,为偏僻分散条件下的农业对象监控提供了一种有效的解决方案。首先,嵌入式监测设备采集农业现场环境信息,然后通过无线GPRS网络实时传送给远程服务器。经长时间运行和验证表明,系统已达到了实用的要求,在农业研究和生产领域将有广阔的应用前景。     

稻田病虫害生态防控模式及其在西南地区的应用

近年来,由于受气候、种植制度、栽培方式、生态环境和品种多样化等因素的综合影响,水稻病虫害危害程度加重,防控压力增大;同时,由于当前我国农村劳动力的匮乏以及文化水平的限制,病虫害防治过分依赖化学药剂,造成环境污染,威胁食品安全。基于此,通过对传统优秀农业植保技术的挖掘、提高以及现代科学技术的发展、应用,一些以农业、物理和生物防治为关键技术的生态综合防控模式正被广泛应用并进行示范推广,逐渐显现出病虫害防治和减少农药施用的优势。本文总结并梳理了当前西南稻作区主要的稻田病虫害生态防控模式及其应用成效,结果发现:杂糯间作的品种多样性防控模式可有效控制稻瘟病,但增加了劳动量;稻鸭共作的生物多样性防控模式可有效控制纹枯病、稻飞虱、叶蝉、福寿螺和杂草,但对技术水平和市场条件要求较高。此外,对昆虫性信息素、生物农药、植物性驱虫剂和天敌保护利用技术等生物防控技术的优缺点进行了总结和分析。     

水稻与美人蕉间作对水稻生长、病虫害发生及产量的影响

间作是一类提高农田生物多样性、增加农业生态经济效益的农田种植模式。本研究通过一年两季的田间试验,探讨了水稻与美人蕉间作对水稻生长性状、病虫害防控以及产量的影响。结果表明:与水稻单作相比,水稻与美人蕉间作在早稻分蘖末期、抽穗期降低了水稻株高,而在早稻抽穗期、成熟期及晚稻分蘖末期和成熟期提高了水稻叶片的叶绿素含量;间作下水稻分蘖数明显提高,在早稻分蘖末期、抽穗期和晚稻成熟期水稻分蘖数分别提高25.20%、11.20%和26.01%。在病虫害防控方面,水稻与美人蕉间作降低了纹枯病和稻纵卷叶螟的发生,其中在早稻分蘖中期、末期以及晚稻分蘖末期、抽穗期纹枯病的病情指数分别显著降低35.61%、19.55%、24.83%和16.05%;在晚稻分蘖中期和末期,稻纵卷叶螟卷叶率显著降低46.35%和60.31%;水稻与美人蕉间作显著提高了水稻单位面积产量,增幅达11.16%。研究表明,水稻与美人蕉间作是一种能促进水稻生长、降低水稻病虫害、提高水稻产量和经济效益的新型生态种植模式。     

全程机械化生产对双季稻病虫草发生及产量的影响

为探索不同翻耕栽植方式对双季稻病虫草发生和产量的影响,对旋耕-机插、旋耕+牛耕-机插、牛耕-机插、旋耕-手插等4种翻耕栽植方式进行了比较试验。结果表明,未施药区4种翻耕栽植方式早稻主要病虫草为纹枯病（Rhizoctonia solani）、稻纵卷叶螟（Cnaphalocrocis medinalis）、鸭舌草（Monochoria vaginalis）和稗草（Echinochloa crusgalli）,晚稻主要病虫草为纹枯病、稻纵卷叶螟、稻飞虱（Sogatella furcifera,Nilaparvata lugens）、鸭舌草和稗草。在肥水管理相同的条件下,早、晚稻纹枯病病情指数孕穗期分别为8.25～13.31和17.60～23.10,乳熟期分别达13.75～20.90和20.02～23.76,其中旋耕-手插方式重于旋耕-机插方式,牛耕-机插方式重于旋耕-机插方式。早稻二代稻纵卷叶螟发生较重,卷叶率为15.03%～16.67%;晚稻四代和五代稻纵卷叶螟发生较重,卷叶率分别为29.67%～33.48%和60.09%～65.45%,4种翻耕栽植方式早、晚稻稻纵卷叶螟发生量差异不显著。晚稻稻飞虱前期虫口密度偏低,齐穗期为425～550头/百丛,至乳熟期达1 200～1 600头/百丛,其中以旋耕-手插处理虫口密度最高,旋耕-机插虫口密度最低。早稻稻田杂草有鸭舌草、稗草、矮慈姑、千金子、水竹叶等,均以鸭舌草和稗草为优势种群,分别占总草的68.00%和29.70%;晚稻稻田杂草有鸭舌草、稗草、节节菜、千金子、香附子、空心莲子草等,均以鸭舌草和稗草为优势种群,分别占总草的69.60%和17.40%。早、晚稻以牛耕-机插处理杂草发生量最大,其次分别为旋耕+牛耕-机插和旋耕-机插处理,旋耕-手插处理杂草发生量最小。测产对比方差分析表明,4个种翻耕栽植方式产量差异不显著。在病虫草发生初期,选用适当的农药可有效控制不同翻耕栽植方式病虫草发生,早、晚稻平均增产10.00%和7.88%。该研究为双季稻区水稻全程机械化生产病虫草防治技术的推广提供参考。     

应用数字图像技术进行水稻氮素营养诊断

【目的】研究田间试验条件下水稻不同生育期冠层图像色彩参数(G、NRI、NGI、NBI、G/R和G/B)及植株氮素营养指标(叶片含氮量、植株全氮含量、生物量、氮素累积量和冠层NDVI值)的时空变化特征,并分析两者间的相关性,确立水稻氮素营养诊断的最佳色彩参数和方程模型,为探明数码相机在水稻上的适宜性及精确诊断水稻氮素营养状况提供理论基础。【方法】于2013年5月9月在湖北省武汉市华中农业大学试验基地(30°28'08'N,114°21'36'E)采用不同施氮处理的田间试验,以籼型两系杂交稻"两优6326"为供试作物,设置4个施氮水平:0、75、150和225 kg/hm2(分别以N0、N75、150和N225表示),3次重复,随机区组排列。分别在水稻分蘖期、拔节期、孕穗期和灌浆期采用数码相机(Nikon-D700,1200万像素)获取水稻冠层图像,应用Adobe photoshop7.0软件直方图程序提取图像的红光值R、绿光值G和蓝光值B,研究数码相机进行水稻氮素营养诊断色彩参数,确定植株氮素营养指标诊断模型。【结果】较对照(N0)相比,分蘖期、拔节期、孕穗期和灌浆期3个施氮处理水稻地上部生物量、叶片含氮量、植株全氮含量、氮素累积量、冠层NDVI值和成熟期产量增幅分别平均为40.7%98.0%、42.4%72.4%、36.2%85.3%、125.5%209.1%、51.3%60.6%和60.1%117.0%,差异显著。水稻不同生育期各冠层数字化指标G、NRI、NGI、NBI、G/R和G/B与上述氮素营养参数相关性差异较大,且以数字图像红光标准化值NRI表现最佳,建议作为应用数码相机进行水稻氮素营养诊断的最佳冠层图像色彩参数指标。进一步分析表明,可以用统一的线性回归方程来描述不同生育期、不同氮素水平下水稻植株氮素营养指标随冠层色彩参数NRI的变化模式。【结论】数码相机进行水稻氮素营养诊断测试结果稳定,具有快速、便捷、非破坏性等优点,冠层色彩参数NRI与水稻氮素营养指标和产量之间均表现出较好的相关性,满足氮素营养无损诊断的需求,对实时、快速监测水稻长势状况及氮素营养丰缺水平具有较高的可行性,有望发展成为新时期作物氮素营养无损诊断技术的潜力。     

基于机器视觉的水稻杂质及破碎籽粒在线识别方法

为了解决目前国内联合收获机缺乏针对含杂率、破碎率的在线监测装置的问题,该文提出基于机器视觉的水稻图像采集,杂质与破碎籽粒分类识别方法。采用带色彩恢复的多尺度Retinex算法增强原始图像,对HSV颜色模型的色调、饱和度两个通道分别设定阈值进行图像分割,并结合形状特征得到分类识别结果。采用综合评价指标对试验结果进行量化评价,研究表明,茎秆杂质识别的综合评价指标值达到了86.92%,细小枝梗杂质识别的综合评价指标值为85.07%,破碎籽粒识别的综合评价指标值为84.74%,平均识别一幅图像的时间为3.24 s。结果表明,所提出的算法能够快速有效识别出水稻图像中的杂质以及破碎籽粒,为水稻含杂率、破碎率的在线监测提供技术支撑。     

面向移动端的苹果叶部病虫害轻量级识别模型

花叶病、斑点落叶病、褐斑病、白粉病、黄蚜、浅叶蛾和红蜘蛛是常见的苹果叶部病虫害,严重影响了苹果的产量和品质。病虫害早期诊断和防治可以有效地控制病害传播,降低损失,保障苹果产业的健康发展。为解决现有轻量级模型无法精准识别早期苹果叶部稀疏小病斑的问题,该研究面向资源受限的移动端设备,提出一种轻量级识别模型ALS-Net（Apple Leaf Net using Channel Shuffle）。在轻量化模型（ShuffleNetV2）的基础上,基于深度可分离卷积和通道混洗构建ALS模块,可降低模型的计算量和参数量。其次,采用知识蒸馏策略训练模型,进一步提高网络精度。试验结果表明,ALS-Net的模型精度可达99.43%,且模型大小仅为1.64 MB。移动端推理延迟为55 ms,能够有效满足实际应用需求,并实现基于移动端的苹果叶部病虫害自动实时监测。     

Stimulation of phenolic metabolism by silicon contributes to rice resistance to sheath blight

Sheath blight caused by Rhizoctonia solani is a major disease of rice worldwide. Silicon (Si) can enhance rice resistance to sheath blight, but the relation with phenolic metabolism is poorly known. Two rice cultivars with different levels of resistance to R. solani (resistant Teqing and susceptible Ningjing 1) were studied to determine the effects of Si on disease intensity (rated from 0 to 9) and the involvement of phenolic compounds in disease resistance. Variation in the concentrations of phenolics (including total soluble phenolics, flavonoids, and lignin) and in the activities of defense‐related enzymes polyphenoloxidase (PPO) and phenylalanine ammonia‐lyase (PAL) in rice leaf sheaths was investigated. The results show that Si application reduced sheath‐blight disease ratings of Ningjing 1 and Teqing by 2.96 and 0.65, respectively. In uninoculated plants, Si application alone had no significant effects on the concentrations of phenolic compounds or on the activities of PPO and PAL. In inoculated plants, Si application increased phenolics concentrations and PPO and PAL activities only in the susceptible cultivar Ningjing 1. We conclude that Si‐induced enhancement of phenolic metabolism contributed to the improved resistance of rice to sheath blight in the sensitive cultivar.     

硅对水稻几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性的影响及其与抗纹枯病的关系

在溶液培养条件下,以水稻抗病品种91SP和感病品种Lemont为材料,研究施硅和接种纹枯病菌对水稻纹枯病发生情况、外切几丁质酶、内切几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性的影响。结果表明,施硅能降低抗病品种91SP的纹枯病病级和病情指数,显著降低感病品种Lemont的病级和病情指数。在未接种纹枯病菌条件下,施硅增加了抗病品种几丁质酶活性,增加了感病品种的几丁质酶活性,但对β-1,3-葡聚糖酶活性影响不大。接种纹枯病菌后,水稻几丁质酶活性被迅速激活后又下降,施硅通过提高抗病品种91SP几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性,以及通过提高感病品种Lemont几丁质酶活性来增强对纹枯病的抗性,但感病品种Lemont施硅处理的几丁质酶活性降低幅度小于抗病品种91SP。     

Retention of mercury by soils

During the past one and a half decades there has been a marked increase in the total amount of mercury applied to the crop for control of agricultural pests particularly rice blight. It seems likely that the accumulation of mercury in agricultural products and soils has been increased. FURUTANI and OSAJIMA (3.4.5) investigated the content of mercury in rice, fruits, and vegetables and inferred that the mercury in fond products is partly the residue of fungicides sprayed on crops, and partly due to absorption from the soil by plant roots.     

水稻与慈姑间作栽培对水稻病虫害和产量的影响

合理的间套作种植能够显著降低病虫害的发生,但已有相关研究主要集中在旱地作物种类或旱稻上,而水田环境下水稻间作体系的作物搭配及种植模式研究目前还十分缺乏。本文通过田间对比试验研究了水稻与慈姑间作栽培对水稻病虫害、微环境以及水稻产量的影响效应。结果表明,间作栽培模式对稻飞虱和稻纵卷叶螟无显著的防控效果。但在拔节期和抽穗期期间,间作栽培模式下水稻纹枯病病丛率分别比单作处理低64.3%和88.2%,稻瘟病病叶率在灌浆期和乳熟期显著低于单作,表明间作栽培模式显著降低了水稻稻瘟病和纹枯病的发生。间作栽培模式下水稻叶片POD、SOD和CAT酶活性与单作模式相比出现了不同程度降低,单作模式下水稻较高的病害发生程度可能是导致叶片保护酶活性增高的原因;间作栽培在早午时段降低了水稻叶片表面的空气湿度,且水稻叶片光合有效辐射强度在多数时段均高于单作栽培,说明间作栽培模式改善了稻田小气候环境,有利于降低病菌的滋生和传播;光合气体交换日进程测定结果表明,灌浆期间水稻/慈姑间作栽培模式下水稻叶片净光合速率、蒸腾速率以及气孔导度在日间大部分时段均高于单作水稻,说明间作栽培模式提高了水稻的群体光能利用率以及群体光合效率;间作栽培模式下的土地当量比为1.17,表明水稻与慈姑间作栽培模式不仅能有效控制水稻病虫害的发生,同时能起到良好的增产效果。