基于低空遥感的果树冠层信息提取方法研究

【目的】 果树冠层信息是反映果树生长状况的重要参数,准确提取果树的冠层信息对于果园的精细管理十分必要。【方法】 文章以苹果树和桃树为研究对象,利用无人机遥感获取果园影像数据,首先通过Mask R-CNN实例分割算法对果园果树冠层进行逐一分割,同时提取果树冠幅和冠层面积信息。然后利用果园正射影像结合QGIS软件,对果树冠层位置信息进行提取和可视化并通过目视解译对果树冠层参数信息提取结果进行评估。【结果】 当交并比为0.5时,模型检测分割结果最优,测试集语义分割精确度为66.3%,目标检测精确度达到63.9%。总体冠层面积实测值与模型预测面积之间的平均相对误差为12.44%,均方根误差为0.5 m²。冠幅实测值与模型预测的面积之间的平均相对误差为16.39%,均方根误差为0.39 m,在一定范围内验证了模型对冠层面积和冠幅信息提取的可靠性。【结论】 结合无人机遥感数据和Mask R-CNN实例分割算法可有效地将果树冠层分割出来,并且能够较为准确地提取果树冠层的相关参数信息,可为果园的精细管理提供一定的技术支撑。     

基于多源遥感数据和EC-LUE模型的冬小麦产量估算

【目的】 及时、准确、无损地估算冬小麦产量有助于粮食生产管理和粮食安全。【方法】 文章使用Sentinel-2 的红光波段和短波红外数据及MOD09Q1数据，使用ESTARFM融合方法，生成冬小麦生长期（3~6月）内8 d的NDVI高空间分辨率时间序列数据。结合MERRA-2气象同化数据，使用EC-LUE模型进行农作物总初级生产力（GPP）的模拟估算，并使用收割指数方法将之转化为冬小麦产量，将估算结果与美国农业部门公布的县级产量数据进行比较验证。【结果】 实验表明，Sentinel-2与MOD09Q1融合 NDVI具有良好的融合精度，相关系数在0.60~0.87之间。基于融合NDVI 估算的GPP相比MOD17A2H具有更好的空间细节和纹理。2017—2020年估算产量平均绝对误差MAE为8.41 bu/acre，平均相对误差为18.4%，均方根RMSE为9.7 bu/acre。【结论】 基准影像数量及其与预测日期的时间差会影响融合的精度，总体上能用于后续GPP模拟；EC-LUE模型较好地模拟了农作物的GPP水平和产量，在土地覆盖类型复杂的区域，可以提供更好的GPP空间变异信息，具有可移植性；基于收割指数方法将生长期内累计的GPP能转换为产量信息，能满足在作物收割之前的产量估算需求。     

基于物联网和LSTM的柑橘园土壤含水量和电导率预测模型

目的 构建柑橘果园环境信息物联网实时采集系统，建立基于物联网和长短期记忆(LSTM)的柑橘园土壤含量和电导率预测模型，为果园灌溉施肥管理、效果预测评估提供参考依据。方法 利用土壤温度、含水量、电导率三合一传感器，在柑橘果园中设置5个节点和1个气象站，通过ZigBee短距离无线通信和GPRS远距离无线传输，将果园气象数据和土壤墒情数据传输至远程服务器。利用LSTM模型建立气象数据与土壤含水量和电导率的预测模型，计算均方根误差(RMSE)和决定系数(R²)以进行性能评估。结果 物联网系统能够实现远程传输柑橘果园环境数据，建立了基于LSTM和广义回归神经网络(GRNN)的土壤含水量和电导率预测模型，模型在5个节点的数据集的训练结果分别为：LSTM模型训练的土壤含水量和电导率的RMSE范围分别为6.74~8.65和6.68~8.50，GRNN模型训练的土壤含水量和电导率的RMSE范围分别为7.01~14.70和7.60~13.70。利用生成的LSTM模型和气象数据进行拟合，将土壤含水量和电导率的预测值与实测值进行回归分析，LSTM模型拟合的土壤含水量和电导率的R²范围分别为0.760~0.906和0.648~0.850，GRNN模型拟合的土壤含水量和电导率的R²范围分别为0.126~0.369和0.132~0.268，说明LSTM模型的性能表现较好。结论 建立了柑橘果园环境的物联网信息传输系统，构建的基于LSTM的果园土壤含水量和电导率预测模型具有较高的精度，可用于指导柑橘果园的灌溉施肥管理。     

基于无人机遥感影像的沙糖橘果树提取方法研究

目的 通过无人机获取沙糖橘果园的遥感图像，快速提取果树分布位置，为果树的长势监测和产量预估提供参考。方法 以无人机拍摄的可见光遥感图像为研究对象，计算超红指数、超绿指数、超蓝指数、可见光波段差异植被指数、红绿比指数和蓝绿比指数6种可见光植被指数，使用双峰阈值法选取阈值进行果树的提取。在使用光谱指数进行识别的基础上，结合数字表面模型作为识别模型的输入变量，进行对比试验。结果 相比使用单一光谱指数，结合数字表面模型提高了果树和非果树像元的提取精度，6次波段融合后的总体精度均大于97%。超红指数与数字表面模型结合后的总体精度最高，为98.77%，Kappa系数为0.956 7，植被信息提取精度优于其他5种可见光植被指数与数字表面模型结合后的提取精度。结论 数字表面模型结合可见光植被指数的提取方法能够更深层次地挖掘遥感数据蕴含的信息量，为影像中色调相似地物的提取提供参考。     

苜蓿智慧管理研究进展与应用

【目的】 结合现有苜蓿智慧管理研究进展,提出基于小型无人机+超声波检测在苜蓿智慧管理上的具体应用,为精准农业和苜蓿规模化生产的远程诊断提供思路。【方法】 文章以苜蓿为研究对象,以内蒙古呼伦贝尔市谢尔塔拉农牧场为研究区,在总结归纳当前苜蓿智慧管理研究及应用现状的基础上,进行了无人机+超声波的苜蓿田数据采集及应用。【结果】 研究进展表明与卫星相比,无人机在农作物识别与长势估算中,识别精度和速度表现出明显优势,苜蓿智慧管理的前提是数据的获取与分析,从无人机获取的代表苜蓿冠层高度信息的DSM数据能够显著提升苜蓿识别精度、苜蓿形态三维建模、苜蓿相对高度估算等方面,实时获取苜蓿生长过程中的相关参数使结果更为可靠。【结论】 该文总结现阶段苜蓿智慧管理研究进展,归纳现有研究成果的优势与不足,提出结合无人机采集的高分辨率图像和超声传感器,对不同状况下的苜蓿进行准确数据获取的方法。基于此方法配套相应的苜蓿管理决策支持系统,将可以为用户提供苜蓿长势、产量预测和实时灌溉、施肥等管理策略。     

无人机倾斜摄影三维建模技术在农村宅基地管理中的应用

【目的】 利用无人机倾斜摄影技术，对农村宅基地进行影像采集，建立实景三维模型，为后续农村宅基地科学合理化管理平台的建立提供技术支撑。【方法】 文章以邢台市信都区为研究区，使用无人机倾斜摄影测量技术获取测区影像数据，通过大疆智图软件构建实景三维模型。【结果】 实景三维模型结果精度较高，误差均达到地籍测绘规范要求，并在此基础上建立了农村宅基地管理系统平台。【结论】 通过平台搭建，推动宅基地各项流程电子化管理，实现实景立体三维模型，为农村宅基地管理提供技术保障的同时还方便后续农村宅基地管理工作进行。     

蒙古栎天然林单木生长模型的研究:Ⅱ.树高-胸径模型

【目的】预测和研究蒙古栎天然林的生长与发展规律,以更好地经营蒙古栎天然林。【方法】以蒙古栎天然林为研究对象,基于吉林省汪清林业局195块蒙古栎林固定样地的2期复测数据,通过分析已有的16个普通树高曲线模型和16个标准树高曲线模型并对比2种模型的拟合结果,建立蒙古栎林的单木树高曲线模型。【结果】最终确定的蒙古栎林最优普通树高曲线模型的决定系数R²为0.728,调整决定系数R_adj²为0.721,均方根误差为 2.291 m,相对均方根误差为0.158,平均误差为0.118 m,平均绝对误差为1.794 m。最优标准树高曲线模型的决定系数R²为0.907,调整决定系数R_adj²为0.901,均方根误差为1.479 m,相对均方根误差为0.114,平均误差为0.094 m,平均绝对误差为1.381 m。【结论】增加了树木和林分因子的标准树高曲线模型,其精度较普通树高曲线模型有大幅提高。最优的蒙古栎单木标准树高曲线模型自变量包括胸径、林分每公顷株数、林分每公顷断面积、优势木平均高。建立的单木标准树高曲线模型有较好的生物学意义,可为吉林省汪清地区蒙古栎天然林的生长预测提供依据。     

果园大数据智能管理与服务平台探索与实践

【目的】 传统数字化果园管理中存在数据存储分散、数据处理效率低、服务能力弱和整个生命周期的农业生产数据缺乏等问题,开发集数据存储、管理、挖掘分析和决策支持等功能于一体的果园大数据智能管理与服务平台迫在眉睫。【方法】 文章通过结合“空－天－地”一体化、数字农业、智慧农业等理念,集成深度学习、概率图模型和知识图谱等人工智能方法,开发了果园大数据智能管理与服务平台。【结果】 平台实现了果树数量自动统计、地理环境感知、农机设备自动化精准感知、果园生产周期数据管理和智能化更新功能,同时平台还提供水、肥、药智能决策服务和智能农机生产作业管控服务。【结论】 该平台在成都市龙泉驿现代农业园区进行应用,实现了桃园生产大数据的智能管理和提供精准生产指导服务。该平台的实现为促进果园智能管理和精准生产指导服务提供技术参考,对实现果园智慧化管理具有重要意义。     

超融合时序数据库在果园大数据中存储策略分析

【目的】 为智慧果园管理和综合服务提供技术支撑。【方法】 传统的数据库无法满足智慧果园多模态数据融合和全场景查询分析等问题,文章通过分析智慧果园数据来源和应用逻辑,以都市龙泉驿现代农业园区为示范应用,从多级数据局部存储策略、冷热数据存储和空间数据存储等方面探索了存储策略,提供了一站式数据库解决方案。【结果】 该解决方案满足果园数据高效存储、管理的需求,结果显示YMatrix充分发挥了其高吞吐、低延迟、高并发、准实时数据加载等优点。【结论】 该研究为数字农业和果园数字化基础设施建设和农业数字孪生建设提供技术参考,为实现现代化智慧农业提供经验。     

基于Openpose改进的苹果生长方向检测

【目的】 苹果采摘机器人在果园作业过程中,不仅需要精准地确定果实的位置,还需要对苹果的生长方向进行精准检测,这样才能够实现机械爪规划出仿人式采摘的抓取方式,实现果实的高效采摘。【方法】 文章提出了一种基于改进Openpose的方法,实现了对自然生长状态下果实生长方向的精准检测。改进方案主要从两个方面进行,首选是通过ShuffleNet V2和CA注意力机制相融合的方式替换原VGG19结构,降低主干的参数量,然后是结合单个苹果关键点的特征对该模型进行了去除部分PAF分支的优化改进策略。【结果】 改进后的Openpose在各个指标上,全面超过了原Openpose,其运行速度是改进前的6.56倍,对于mAP、mAP-s、mAP-b、AP50和AP75这些参数,分别增长9.18%、8.50%、11.56%、1.67%和6.35%,并且在各项指标上超越了AlphaPose和CFA算法。【结论】 经过对Openpose模型改进前后的对比和现有算法对比,证明了该文算法在自然场景下对果实生长方向检测的优越性和鲁棒性。     

苹果疏除幼果与成熟果果胶品质的比较

【目的】研究苹果疏除幼果与成熟果果胶品质的差异,为苹果资源的高效综合利用提供参考。【方法】以苹果疏果期的疏除幼果和成熟果榨汁后的果渣为原料,采用传统酸法提取苹果果胶,对2种果胶的得率、酯化度、纯度、总酚含量、褐变度、色值、特性黏度和黏均分子量进行测定,比较其差异并分析果胶的超微结构。【结果】苹果疏除幼果果胶的得率、酯化度、纯度、特性黏度及黏均分子量均小于成熟果果胶,但总酚含量和褐变度均大于成熟果果胶;成熟果果胶的色泽比苹果疏除幼果果胶好。苹果疏除幼果与成熟果果胶的表面结构存在明显差异。【结论】苹果疏除幼果果胶品质不如成熟果果胶。     

影响苹果果实轮纹病抗性的寄主因素及相关性分析

通过对影响苹果果实轮纹病抗病性的寄主因素进行相关性分析，发现幼果期，膨大期和近成熟期是果实发病的关键时期，其中幼果期是最重要的阶段。试验筛选出了一些与果实发病正相关的因子。如皮孔密度，果实总糖含量，枝干病情指数和过氧化物酶（POD）活性，及一些负相关因子，如果实的总酚含量，总酸度，果皮和果肉的钙含量等，其中皮孔密度与果实发病的相关程度最高。枝干发病程度和过氧化物酶活性与果实发病无显著相关性。幼果期和近成熟期的总糖含量与果实发病呈显著正相关。果实的总酚含量在3个生育期都与果实发病呈显著负相关。而果实的总酸度仅在膨大期与果实发病显著负相关，这说明酚类物质对抵抗病菌侵入和扩展都有作用。而酸类物质主要抑制病菌在果实内的扩展，幼果期的钙含量是果实发病的显著负相关因子。     

苹果多酚抑菌作用的研究

为建立多酚浓度与细菌生长速率之间的关系,该文采用微量量热法研究了不同浓度的苹果多酚对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制作用。结果表明,苹果多酚对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有一定程度的抑制作用,且多酚浓度与细菌生长速率常数之间存在线性关系,其抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的临界生长用药浓度分别为0.218 6和1.558 0 mg/mL。      

优质高档无公害苹果生产关键技术

介绍了优质高档无公害苹果生产技术的关键,建园标准、肥水管理、花果管理、无公害病虫防治。     

苹果黑星病的研究进展

苹果黑星病是苹果重要的病害之一,发病严重时可导致苹果严重减产和品质下降。该病害在世界许多国家都有发生,各国对苹果黑星病的分布、流行规律、病原菌致病性、生物学特性、寄主的抗病性及抗病基因、防治方法和病害监测等方面进行了广泛深入的研究。我国对苹果黑星病的研究起步较晚,尚待深入。本文综合近年来的文献资料,从苹果黑星病病原菌、致病机制和抗病机制、防治、抗药性、检测及预测预报等方面进行阐述,以期为该病害的绿色防控提供科学依据。     

苹果多酚抑菌效果的研究

观测苹果多酚对细菌、酵母菌、霉菌生长的影响以及对各种供试菌株在测试浓度范围内的最低抑菌浓度,以期为新型安全天然食品防腐剂的研究提供一定的依据。采用双层平板打孔法,研究了不同质量浓度(2、6、10g/L)苹果多酚,对6种细菌、3种酵母菌及3种霉菌的抑制作用,对筛选出来的供试菌株,采用0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、1.0、2.0g/L8种不同浓度的苹果多酚进行测试浓度范围内最低抑菌浓度试验。结果表明:苹果多酚对黄杆菌SHL45、大肠杆菌、荧光假单胞菌SHL5、荧光假单胞菌SHL7、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌6种供试菌株,在苹果多酚测试浓度范围内的最低抑制浓度分别为0.6、0.7、0.6、0.6、0.8、0.5g/L,对金黄色葡萄球菌等6种供试菌株有明显的抑制作用。     

Promising directions in apple breeding

Long-term data are given on priority directions in apple breeding: for an increased content of biologically active substances in fruit and for scab resistance. The high effectiveness of apple breeding at the polyploid level is shown.     

化肥减施对苹果产量、品质及果园土壤养分的影响

为了减轻过量施肥对肥料的浪费及环境问题造成的影响,通过田间试验,比较5种不同施肥处理(FC、FO、FO+pAM、FO+BOF、FO+TEF)对苹果产量、果实品质和土壤养分含量的影响,同时分析不同处理苹果生产成本和经济效益,以确定最佳的施肥量。结果表明,化肥减施可以提高苹果产量和纯收益,与FC相比,FO、FO+pAM、FO+BOF和FO+TEF处理纯收益分别提高11.79%、14.40%、14.96%和4.66%,减量化肥完全可行;其中,FO+BOF处理果实品质最好,糖酸比和维生素C较FC提高27.30%和12.10%。FO+pAM和FO+BOF处理提高了土壤表层0～20cm硝态氮含量;此外,FO+pAM、FO+BOF均可提高叶片全氮、全磷和全钾含量。所以,减量施肥可以提高苹果产量和纯收益以及土壤养分,其中以FO+BOF效果最优,FO+pAM处理次之。     

不同施肥处理对富士苹果产量、品质及耐贮性的影响

为探讨渭北旱塬不同施肥处理对富士苹果产量、果实品质及耐贮性的影响,通过连续3年(2010—2013年)的田间试验,比较5种不同施肥处理(MNPK、NPK、PK、NK、NP)对苹果产量、品质、贮藏性能及土壤养分变化的影响。同时分析不同处理苹果生产成本和经济效益。结果显示:不同施肥处理,3年平均产量顺序为MNPKNPKNP≥NKPK,MNPK处理苹果产量为41.14t/hm2,年均产值为23.87万元/hm2,较NPK处理增产7.77%,纯收益增加1.93万元/hm2。随着贮藏时间的延迟,所有处理果实硬度均呈逐渐下降趋势,贮藏末期果实软化率分别为18.33%(MNPK)、19.86%(NPK)、26.86%(PK)、28.15%(NK)、23.44%(NP);可溶性固形物含量呈逐渐增大,贮藏一定时间后基本保持稳定。可滴定酸及维生素C含量随贮藏时间延迟呈逐渐降低趋势。同时期内MNPK和NPK处理果实耐贮品质优于其他处理。果实的失重率和腐烂率随贮藏时间推移不断增加,NP和NK处理腐烂率较高,分别达13.11%和12.29%。土壤有机质变化则主要表现在MNPK和NPK处理的表层土壤,3年有机质含量分别提高了13.6%和9.2%。     

粉红女士苹果引种研究

对引进的晚熟苹果新品种粉红女士与目前主栽苹果品种红富士进行了比较研究。结果表明,粉红女士成熟期比红富士晚15d,贮藏性能优于红富士;粉红女士在渭北南部生长势强旺,平均单果重220g,果形指数0.94,着色指数0.92;可溶性固形物含量156.5mg/g,硬度9.16kg/cm2,维生素C含量84.6mg/kg,结果早,产量高,抗性强,综合性状优于红富士。