基于改进极限学习机的水体溶解氧预测方法

为了有效地指导水产养殖生产，提高溶解氧浓度预测的精度，提出了基于因子筛选和改进极限学习机（Extreme Learning Machine，ELM）的水产养殖溶解氧预测模型。首先，利用皮尔森相关系数法计算各影响因子与溶解氧浓度间的相关系数，提取强关联因子，降低预测模型的输入量维度；采用偏最小二乘算法（Partial Least Square, PLS）优化传统ELM神经网络，避免网络中隐含层共线性问题，保障输出权值的稳定性；然后，结合新型激活函数，构建水体溶解氧浓度预测模型。最后，将SPLS-ELM（Selection Based Partial Least Square Optimized Extreme Learning Machine）预测模型应用到江苏省无锡市南泉基地某试验池塘的水体溶解氧预测中。试验结果表明：该模型的预测均方根误差为0.3232，与最小二乘支持向量机（Least Square Support Vector Machine，LSSVM）、BP神经网络、粒子群（Particle Swarm Optimization，PSO）优化LSSVM和遗传算法（Genetic Algorithm, GA）优化BP神经网络相比分别降低40.98%、44.48%、34.73%和44.18%。且该模型的运行时间仅0.6231s，预测精度和运行效率明显优于其他模型。该模型的溶解氧预测曲线接近真实溶解氧变化曲线，能够满足水产养殖实际生产对水体溶解氧预测的要求。     

毯苗机插水稻稀播长秧龄农机与农艺相配套技术研究

为探明毯苗插秧机增加取秧块面积的改进技术以及在该技术下稀播长秧龄的水稻适宜播量、秧龄和育秧盘,并形成毯苗机插稻稀播长秧龄农机与农艺相配套技术。结果表明,经过对毯苗插秧机性能的改进,增大取秧面积,毯苗机插杂交稻可实现与钵苗机插稻相当的产量,同时常规稻产量比未改进的常规毯苗机插稻增产4.74%~6.83%;机插水稻秧龄在30 d内,秧龄和产量成正相关关系,播量80 g/盘、秧龄30 d的处理产量最高;与普通塑料盘相比,大体钵型毯状降解盘透水透气性好,栽插带土成球,秧苗素质好,植伤轻,水稻缓苗期短。     

蝗虫切片图像Shannon-Cosine小波精细积分混合降噪

在显微镜下采集到的蝗虫切片图像通常同时具有高斯噪声和椒盐噪声。利用同时具有插值性、光滑性、紧支撑性及归一化特性的Shannon-Cosine小波,构造了多尺度插值小波算子,进而构造了去除图像中混合噪声的小波精细积分法。该方法在稀疏描述切片图像时,通过设置稀疏表示阈值,直接消除图像中的椒盐噪声;将图像的Shannon-Cosine小波稀疏表达式直接代入图像降噪P-M模型,将该模型变形为非线性常微分方程组,采用精细积分法求解,可实现图像的保边降噪,消除图像中的高斯噪声。实验结果表明,在满足降噪要求的情况下,本文方法可以较好地保持蝗虫切片图像中的各种纹理结构;随着高斯噪声方差由0.02增加到0.10,降噪图像的PSNR下降了11.67%,远低于其他方法。说明本文方法在处理蝗虫切片图像时具有较强的鲁棒性。采用本文方法描述蝗虫切片图像时,特征像素点只占图像像素总数的10%左右,有效降低了问题规模,提高了求解效率。     

分块子空间追踪算法

压缩传感理论是一种充分利用信号稀疏性或者可压缩性的全新信号采样理论。该理论表明，通过采集少量的信号测量值就能够实现可稀疏信号的精确重构。本文在研究现有经典重构算法的基础上，提出结合图像分块思想和回溯思想的分块子空间追踪算法（Block Subspace Pursuit, B_SP）用于压缩传感信号的重构。该算法以块结构获取图像，利用回溯过程实现支撑集的自适应筛选，最终实现图像信号的精确重构。实验结果表明，在相同测试条件下，该算法的重构效果无论从主观视觉上还是客观数据上都有不同程度的提高。     

基于偏最小二乘回归的水稻腾发量建模

利用气象因子计算水稻腾发量过程中,各自变量之间经常存在多重相关性,从而导致传统的多元回归模型(基于最小二乘法)的失真,丧失稳健性,预测精度降低。该文采用偏最小二乘回归建模,借助主成分分析与典型相关分析的思路,采用成分提取的方法,有效地解决了各气象因子之间的多重相关性,建立了水稻腾发量模型,并对模型进行了辅助分析,得到满意效果     

Quantifying soil organic carbon fractions by infrared-spectroscopy

Methods to quantify organic carbon (OC) in soil fractions of different stabilities often involve time-consuming physical and chemical treatments. The aim of the present study was to test a more rapid alternative, which is based on the spectroscopic analysis of bulk soils in the mid-infrared region (4000-400 cm⁻¹), combined with partial least-squares regression (PLS). One hundred eleven soil samples from arable and grassland sites across Switzerland were separated into fractions of dissolved OC, particulate organic matter (POM), sand and stable aggregates, silt and clay particles, and oxidation resistant OC. Measured contents of OC in each fraction were then correlated by PLS with infrared spectra to obtain prediction models. For every prediction model, 100 soil spectra were used in the PLS calibration and the residual 11 spectra for validation of the models. Correlation coefficients (r) between measured and PLS-predicted values ranged between 0.89 and 0.97 for OC in different fractions. By combining different fractions to one labile, one stabilized and one resistant fraction, predictions could even be improved (r=0.98, standard error of prediction=16%). Based on these statistical parameters, we conclude that mid-infrared spectroscopy in combination with PLS is an appropriate and very fast tool to quantify OC contents in different soil fractions.     

树木生长方程参数估计方法的比较研究

在对林业生产进行管理决策时,正确地分析林木的生长规律具有重要意义.该文以树木生长的理论方程为基础,以北京油松人工林解析木数据等为基础资料,通过具体计算及分析比较,对模型参数估计中的有关问题进行研究.在对树木生长方程的参数进行估计时,常需要利用非线性回归方程,通过一些近似解法进行参数识别.该文利用树木的实际测量数据,对不同的解法进行了分析比较,认为每种方法都存在不足.只有根据各自的适用范围,将这两种方法结合,形成综合求解方法,才能较好地对树木生长方程的参数进行估计.     

基于Sentinel-2遥感影像的黑土区土壤有效磷反演

【目的】 土壤养分含量的整体状况对供给作物的生长有着重要意义,对农田土壤速效养分含量的估算是作物生长发育状况评价过程中的关键环节,高光谱遥感技术的发展为区域有机质和土壤养分的动态监测提供了有效的手段。相比传统方法耗时、耗力及测量复杂等缺点,该文提出了基于遥感影像的大面积土壤速效养分含量的精准估算方法,对促进玉米作物的精准施肥和黑土地肥力保护具有重大理论意义。【方法】 文章以东北黑土区的吉林省农安县玉米农田为研究区,基于Sentinel-2遥感影像和土壤有效磷含量实测数据,利用偏最小二乘回归方法构建土壤有效磷含量的反演模型,最终获取土壤有效磷含量的空间分布图,实现了黑土区土壤有效磷含量的大面积、快速、精准估算。【结果】 Coastal aerosol波段（海岸/气溶胶波段）、可见光波段及红边波段与土壤有效磷含量的相关性较强,模型的决定系数R²为0.649、均方根误差为2.44 mg/kg。【结论】 利用偏最小二乘回归模型估算所得土壤有效磷含量空间分布情况与其空间插值结果相一致,从空间分布情况上看,农安县西北部的土壤有效磷含量最高,东北部的土壤有效磷含量高于中部与南部地区;模型估算的土壤有效磷含量均值为18.08 mg/kg,空间插值的土壤有效磷含量均值为17.63 mg/kg。由此可见,该研究所建立的土壤有效磷估算模型具有一定的准确性与可靠性。     

基于稀疏图像的真实树交互式建模方法

真实环境中树的三维重建可在虚拟现实、景观设计及农林业应用方面发挥重要作用,为解决真实环境中树的三维重建问题,该文提出一种基于稀疏图像的交互式建模方法。在自然环境下采集2幅相差90°的树图像及对应4～7幅中间图像,采用交互式编辑方法在夹角相差90°的1幅图像上获取各级树枝二维投影位置及粗度信息,再通过中间图像找到各级树枝在另一幅图像上的匹配树枝,并交互式调整树枝位置信息,然后进行透视校正,生成树枝三维几何模型,最后根据叶序规则添加树叶完成重建。通过对苹果树、樱桃树和枫树的重建结果表明,该方法交互性好,对图像拍摄数量与角度要求不高,重建时间在55～125 min之间,且能较好保持树的拓扑结构,可为虚拟植物建模、虚拟修剪试验和植物拓扑结构分析等提供参考。     

风能风切变指数计算方法的比选研究

为了支持风电场的开发和建设,结合最小二乘法对风切变指数这一重要参数进行了分析研究。根据风切变指数关系式和最小二乘法拟合直线算法,给出5种不同的方法分别计算风切变指数;然后根据计算得出的风切变指数与幂律公式推算已知高度的风速,再利用各自的推算结果与实测风速进行对比,分析其误差,选择较为准确的风切变指数。选用内蒙古乌兰察布市某测风塔共3个测风高度一年内完整的实测数据为例,采用上述方法计算该地区风切变指数,结果表明去除小风速后的数据利用最小二乘法拟合的计算方法和利用风廓线拟合的方法都较为准确;因此,应结合风电场的实际情况综合采用这些方法,选取误差最小的风切变指数。该研究有利于更准确地推算风机轮毂高度的风况,进而能够更加准确地估算发电量和评估风能资源。