基于卷积神经网络的小麦产量预估方法

小麦产量是评估农业生产力的重要指标之一,针对小麦产量人工预估困难,提出将卷积神经网络运用于小麦产量预估,为农业生产力的预估提供参考,指导农业生产管理决策。利用无人机分别在河南省新乡、漯河两地进行图片采集,并以之构建麦穗数据集,分为正样本(麦穗)和负样本(叶子和背景)。针对小麦常规的生理形态和生长环境,设计卷积神经网络识别模型,以图像金字塔构建多尺度滑动窗口,以非极大值抑制(NMS)去除重叠率较高的目标框,实现对单位面积内麦穗的计数,并利用随机采样的方式对大田麦穗进行单位面积图像采样,以采样图像中麦穗数量的平均值作为产量预估基准,进一步实现麦穗产量预估。随机抽取100幅不同小麦图片进行测试,与人工计数结果进行对比,准确率达到97.30%,漏检率为0.34%,误检率为2.36%,误差率为2.70%。试验结果表明,此方法能够克服环境中的多种噪声干扰,能够在不同光照条件下对麦穗进行计数和产量预估。     

采用主成分分析和BP神经网络算法预测池塘养鱼产量和换水量

产量和换水量分别是池塘养鱼经济效益和生态影响的重要衡量指标。为探讨影响常规鱼类养殖产量和换水量的主要因子,建立基于反向传播(BP)神经网络(ANN)算法的预测模型,通过调查获得51组关于混养草鱼(Ctenopharyngodon idellus)、鲫鱼(Carassius auratus)、鲤鱼(Cyprinus carpio)池塘的完整管理信息。经主成分分析(PCA),草鱼放养密度、鲫鱼放养密度、鲫鱼放养规格、鲤鱼捕捞规格、鳙鱼(Aristichthys nobilis)捕捞规格、鲤鱼产量、塘租费、苗种费、饲料费、电费、调水费、病害防治费、人工费、水深及是否发生蓝藻等15个参数均被筛选入放养鱼类总产量和夏季换水量模型中。放养鱼类总产量模型中还筛选进鲫鱼产量、鳙鱼产量和增氧方式3个参数。夏季换水量模型中还筛选进鲤鱼放养密度和鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、鳙放养时间2个参数。随机选取45组数据采用BP-ANN算法建模并预测另外6组数据。结果显示,放养鱼类总产量模型相对误差(RE)最大为8.40%,绝对误差(AE)最大为2.53 t/hm~2,平均相对误差(MRE)为5.81%,平均绝对误差(MAE)为1.51 t/hm~2。夏季换水量模型AE值最大为19.10 cm,MAE值为13.36 cm。2种模型决定系数(R~2)分别是0.941 3、0.996 5,均方误差(MSE)分别是0.006 5和0.063 3。总体拟合性能良好,表明BP-ANN是建立养鱼池塘经济效益和生态影响模型的有效手段。     

基于卷积神经网络的蜜蜂采集花粉 行为的识别方法

实时监测蜜蜂觅食行为不仅有助于评估当地农作物授粉状况,也有助于及时采取措施提升蜜蜂产品的产量和品质。将计算机视觉技术引入蜜蜂觅食行为(是否携带花粉)的监测,设计5种浅层卷积神经网络(CNN)进行对比分析,并与深层网络GoogLeNet V1的迁移学习进行对比,寻找适合监测蜜蜂觅食行为的最优模型。发现GoogLeNet V1的识别准确率最高,达0.953 6,但训练耗时最长(7 326 s);浅层卷积神经网络中准确率最高的模型为11层神经网络模型(含4层卷积层),测试准确率为0.903 6,耗时相对较短(1 054 s)。最后,对比传统机器学习算法,发现深度学习优势明显。研究表明,GoogLeNet V1深层网络适用于精度要求高、设备条件好的蜜蜂监测环境;而11层卷积神经网络更符合智能养蜂的实际需求。     

基于多列空洞卷积神经网络的麦穗计数方法研究

田间麦穗计数因主要依靠人工而存在耗时长、成本高等问题,为提高麦穗计数的效率和准确性,提出基于人群计数卷积神经网络的麦穗计数方法,在图像基础上进行麦穗数量自动化计数.试验改进了现有人群计数模型中的多列卷积神经网络MCNN和空洞卷积神经网络CSRNet,并对MCNN和CSRNet进行融合,建立了多列卷积神经网络MCSRNet.测试结果表明:MCSRNet网络对麦穗的预测准确率可以达到92.4％,较MC-NN和CSRNet分别提高1.0％和4.0％,且训练迭代次数分别减少39次和5次.另基于独立数据集进行了测试,MCSRNet网络平均准确率为81.9％,较MCNN和CSRNet分别提高了0.4％和0.7％.MCSRNet的麦穗计数结果R2为0.80,优于MCNN和CSRNet.以上研究结果表明,MCSRNet网络有较高的麦穗计数准确率,同时有较快的训练速度,可为后续基于图像的小麦产量预测提供技术方法.     

基于卷积神经网络的玉米病害识别方法研究

为解决传统的玉米病害识别方法中特征提取主观性强及误识率高的问题,提出利用卷积神经网络对玉米病害进行识别。以玉米病害图像和健康图像共5种类别的玉米图像为研究对象,并采用LeNet模型进行试验。首先,按照8∶2的比例为每种玉米病害图像选择训练集和测试集。然后,通过试验组合和对比分析的方法比较不同卷积神经网络结构设置对准确率的影响,选出最佳参数。另外,选用Adam算法代替SGD算法来优化模型,通过指数衰减法调整学习率,将L2正则项添加到交叉熵函数中,并选择Dropout策略和ReLU激励函数。最后,确定了一个10层CNN网络结构。试验结果显示,玉米花叶病、灰斑病、锈病、叶斑病和玉米健康识别率分别为95.83%、90.57%、100%、93.75%、100%,平均识别率达96%,平均计算时间为0.15 s。经试验结果比较,该模型识别效果明显高于传统方法,为玉米病害的防治提供技术支持。     

基于BP神经网络的柴油发动机特性建模

建立连续的发动机燃油特性和调速特性数学模型作为液压机械无级变速器虚拟试验平台的动力源。根据虚拟平台对不同特性区域的精度需求对柴油发动机不同特性区域的试验数据进行不同的密度选取、乱序和归一化处理,采用单隐层BP神经网络对试验数据进行训练,对比不同隐层节点数网络的训练误差和测试误差,选取误差最小的网络,求解出网络的数学表达式。通过该方法以ISLe310柴油发动机为例建立燃油特性和调速特性的连续数学模型,这两个简单的数学表达式准确反映了发动机万有特性和外特性,连续模型避免了虚拟试验中出现信号的突变和奇异点。通过和经典的最小二乘法拟合得到的最优特性模型进行对比,其具有更小的误差、更强的泛化能力,能够更好地反映柴油发动机的相关特性。     

基于氨基酸分子中侧链基极性性质的DNA序列分类(英文)

从DNA序列片段个案中密码子分布密度角度出发,提取出DNA序列片段的特征,基于氨基酸分子中侧链基极性性质把氨基酸分成5大类,计算5大类出现的频率,这种考虑生物意义的特征提取方法不仅考虑碱基的含量,还在一定程度上考虑碱基的排列顺序,应用层次聚类分析方法和BP神经网络法对DNA序列片段进行分类。结果表明,2类算法分类结果精度较高,且一致性也较高。说明这种特征提取法比传统的单纯考虑碱基的特征提取法效果更优。     

基于神经网络的东南太平洋茎柔鱼渔场预报模型的建立及解释

东南太平洋秘鲁茎柔鱼(Dosidicus gigas)是我国鱿钓船的重要捕捞对象。准确预报中心渔场是提高渔业生产能力的重要内容。本文根据2006~2009年我国远洋船队东南太平洋秘鲁茎柔鱼生产统计数据(月份、经度、纬度)及遥感获得的表温、Nio 3.4区海表温度异常、海面高度资料,利用反向传播(EBP)神经网络建立秘鲁茎柔鱼中心渔场预报模型。在此基础上,尝试使用神经网络解释图(neural interpretation diagram)、自变量相关(independent variable relevance)、灵敏度分析(sensitivity analyses)三种方法解释EBP模型权重,推断东南太平洋茎柔鱼中心渔场形成的主要影响因子。结果认为,影响中心渔场的3个主要影响因子为Nio 3.4区海表温度异常、表温和纬度,其贡献率分别为28.95%、22.1%和19.68%。利用EBP神经网络建立的预报模型不仅在预报精度上达到要求,而且能够很好地解释秘鲁茎柔鱼中心渔场的形成机制。     

时滞recurrent神经网络模型的全局渐近稳定性

讨论了时滞recurrent神经网络模型的全局渐近稳定性,通过构造适当的Lyapuov函数,利用线性矩阵不等式,给出了一类常时滞recurrent神经网络的新的充分条件,所获的稳定性条件是时滞相关的,稳定性判别条件更宽松.最后通过一个实例说明方法的可行性.     

可变密度蓄积量的BP网络模型

在森林经营过程中,及时掌握森林资源的现状,预测其发展趋势对森林资源的宏观经营决策和管理十分重要。本文根据金沟岭林场的实际情况,采用人工神经网络方法建立了基于人工神经网络的混交林可变密度蓄积量BP网络模型,采用回归方程适应性检验法分别对模型的拟合效果进行适应性检验,检验结果表明所有模型是实用的,不存在系统偏差,表明用人工神经网络的方法对森林资源进行预测是可行的,可以满足林业生产经营的精度要求。