旱冻双重胁迫下的冬小麦幼苗长势遥感监测研究

为了探讨"旱冻交加"的气候条件下遥感监测小麦苗情的可行性,以河南省冬小麦为例,利用多时相MODIS为遥感数据源,引入了广泛用于小麦苗情监测的距平植被指数(AVI),同时基于植被健康状态指数(VHI)和晚霜冻害综合指数(I),构建了旱冻双重胁迫条件下的小麦苗情综合指数(CI),以反映冬小麦拔节期的生长状况,并分别利用实测样点苗情分类和距平植被指数对结果进行验证。结果表明,CI的总体分类精度为85.00%,Kappa系数为0.74;冬小麦总茎数与CI呈线性正相关关系,拟合方程为y=8.732CI+1.256,决定系数为0.605 3;与实测样本对比,CI预测精度为73.30%,苗情分类分级更符合小麦生长实际情况。因此认为旱冻双重胁迫下可以利用CI对冬小麦苗情进行监测。     

利用有效积温提高冬小麦估产精度的研究

为探索如何利用冬小麦生长过程中的积温信息来提高遥感估产的准确性,以2009-2010和2012-2013年2个冬小麦生长季的田间试验数据为基础,利用有效积温和植被指数(NDVI)构建冬小麦当季估产指数INSEY(In-season estimate of yield)和INSEY-CGDD(In-season estimate of yield-cumulative growing degree days),分别用NDVI、INSEY和INSEY-CGDD与实测产量建立估产模型,并比较分析3类估产模型的精度。结果表明,3个变量与实测产量均成指数关系,其中INSEY-CGDD模型的精度最高(R2=0.59),预测能力最优,其次是INSEY模型(R2=0.55);而NDVI模型的精度最低(R2=0.35),预测能力最差。因此,在冬小麦估产模型中引入有效积温调整参数,可有效提高遥感估产模型精度。     

农业物联网技术应用及创新发展策略

农业是物联网技术应用的重点领域之一,也是物联网技术应用需求最迫切、难度最大、集成性特征最明显的领域。该文对农业物联网国内外技术应用现状、存在的问题以及农业领域关键应用环节进行了深入分析,在此基础上提出了农业物联网未来技术发展重点以及对策措施。农业物联网未来技术发展重点:农业物联网信息感知与识别技术,农业物联网自组织网络部署与信息传输技术,农业物联网自组织网络部署与信息传输技术,农业物联网安全监管与服务质量保障技术。农业物联网对策措施:加强农业物联网技术规范研究,加强核心关键技术产品研发,加强农业物联网技术集成平台建设,加强农业物联网产品设备检测,加强农业物联网应用布局,进一步优化和完善政策环境。该研究为中国农业物联网可持续发展提供决策参考。     

无人机多光谱影像辐射一致性自动校正

针对一个架次内无人机影像由于光照度变化、拍摄角度等原因引起的相同地物点在不同影像上的辐射信息不一致的问题,验证了利用SIFT(scale invariant feature transform)算法匹配同名点,然后利用同名点灰度值的相关关系建立校正模型,再用该校正模型校正整幅影像的辐射一致性校正方法。对比评价了基于直方图匹配的色彩一致性校正方法、原始色彩空间辐射一致性校正、针对三波段影像的HSV(hue,saturation,value)色彩空间亮度一致性校正以及双边滤波去噪的效果。试验结果表明:基于直方图匹配的色彩一致性校正能在视觉上达到很好的效果,但是会造成校正后影像的灰度级严重缺失;基于同名点灰度值相关关系的校正模型能够很好地恢复待校正影像与基准影像的辐射一致性;HSV色彩空间亮度一致性校正能够在色彩上和辐射信息上与基准影像均达到很好的一致性,但只适用于三波段影像;双边滤波在去除噪声的同时,能够保持甚至提高校正后影像与基准影像的辐射一致性。     

日光温室正压湿帘冷风降温性能及冷负荷计算模型

负压湿帘风机降温被广泛应用于温室生产中,但存在降温均匀性差、限制温室长度及对温室密闭性要求高等不足。为克服负压湿帘风机降温的局限性,提高日光温室降温能力,该研究设计了日光温室正压湿帘冷风降温系统,其气流组织方式为湿冷空气从南屋面底部进入日光温室,热空气由顶开窗排出室外。在北京地区无作物的日光温室对系统夏季降温增湿效果及性能进行试验,试验结果表明:在典型夏季高温白天,正压湿帘冷风降温系统配合遮阳网可将日光温室试验区内平均气温控制在30.7～33.4℃,比采用自然通风配合遮阳网的对照区低5.4～11.1℃,比室外低2.4～5.4℃,降温效果良好;夜间系统对温室降温幅度减小。该系统可有效缓解低湿胁迫,日光温室试验区空气平均相对湿度为49.8%～62.3%,比对照区及室外分别高13.6%～21.2%和13.6%～24.6%。室内风速0.35～1 m/s,气流分布差异性较小。试验条件下,正压湿帘冷风降温系统的平均降温效率为91%,比传统的负压湿帘风机高10个百分点以上;实际平均耗水量为0.035～0.079 g/(m~2·s),且耗水量与室外空气水蒸气饱和压差(VPD,vapor pressure deficit)呈正相关(P0.01,r=0.64)。同时,研究构建了日光温室冷负荷计算模型及湿帘冷风降温设备合理选型方法,其中冷负荷模型是降温设备选型的基础,普遍适用于各种日光温室降温方法的研究。计算得到日光温室夏季降温冷负荷为299.1W/m~2,应安装的正压湿帘冷风降温系统最大比通风量为0.067 m/s。该研究为日光温室正压湿帘冷风降温方法的工程应用提供了技术参考,为日光温室安全越夏生产环境控制提供了理论基础。     

有色膜覆盖对紫苏生长及叶片矿质含量的影响

以自然光为对照（CK）,采用不同颜色聚乙烯薄膜覆盖的棚架人工种植药用蔬菜紫苏（Perilla frutescens L. Britt）,分析不同颜色棚膜下叶片光谱特性,并对紫苏的生长动态及矿物质的吸收与积累进行研究。结果表明：（1）有色膜覆盖下,400-700nm可见光的光谱占比均较自然光下显著提高（P＜0.05）,其中蓝膜、紫膜的提高幅度最大,而350-400nm紫外光以及700-900nm红外光波段的光谱占比均较自然光下有所降低;（2）除绿色膜之外,其它有色膜均显著提高单株紫苏的叶片总鲜重（P＜0.05）,以黄色膜下叶片鲜重最高,红色膜次之;（3）K、P、S、Cu元素在紫苏叶片中的含量以绿色膜下最高,Ca、Mg、Mn元素含量以蓝色膜下最高,各有色膜处理较自然光下均提高了K、Na、S元素在紫苏叶片中的含量而降低了Fe元素含量;（4）K、Cu元素在紫苏叶片中的累积量以红色膜处理最高,P、Ca、Mg累积量以黄色膜处理最高,各有色膜处理较自然光下均提高了K、P、Ca、Na、S、Zn、Cu等7种元素在紫苏叶片中的累积量而降低了Fe元素累积量;（5）自然光下紫苏叶片中的常量无机元素含量比值约为K:Ca:Mg:P:S:Na=107:93:27:15:7:1,微量无机元素含量比值约为Fe:Mn:Zn:Cu=524:21:7:1。综上,有色膜覆盖可以作为一种定向优化露地栽培紫苏生长或矿质品质的设施工程手段。     

基于德劳内三角化和二分查找法的土地自动分配方法

为解决预分方案制定效率低的问题,该文提出一种基于德劳内三角化和二分查找法的地块分配算法。首先生成待分配地块的最小边界几何(minimum bounding geometry,MBG),对MBG进行三角剖分;其次在地块内通过累加三角形的面积执行查找,接近合同面积时采用二分查找法进行微调;最后遍历项目区内所有地块直至生成土地预分配方案。通过对算法进行编程实现,以试验区的土地整治项目为例对算法的可行性进行验证,并从分配效率、精度和形状指数3个方面对结果进行评价。结果表明:项目区内的地块划分仅需231 s,与仅用二分查找法相比,采用该文方法分割效率提高29.3%,精度提高28.2%,形状规则度提高18.2%;在减少农用道路占地面积的同时,分割后的地块具有良好的通达性。该方法可满足自动创建和动态调整土地分配方案的需求,为在一定约束条件下制定最优土地分配方案提供了技术支撑。     

采样数量和分布模式对土壤有机质空间插值精度的影响

基于北京市大兴区南部郊区平原农用地的高密度土壤样点,结合GIS和空间插值方法,对研究区的样点数据进行随机抽样生成不同数量的数据集,探讨采样点数量和分布模式对土壤有机质空间预测插值精度的影响。研究结果表明:(1)利用不同方式确定的合理采样点数量由高到低依次是插值方法的精度要求、变异函数拟合效果、正态分布法和均值及变异函数的满足小于5%相对误差;(2)变异函数拟合效果总体随着采样点数量的增加呈梯度式增强,但495点集优于825点集;相同样点分布模式下变异函数拟合效果相似;(3)相同样点集的不同插值方法预测精度存在差异,最佳插值方法不同;2272、825、115点集BEK都是最优,1485、495和83点集分别是SWT、SK和LPI最优;(4)样点间最近邻距离分布模式中P值小于0.05,插值模型对土壤有机质插值精度低;P0.05,R比率接近1,样点分布强于样点数量对插值模型对预测精度的影响;其P0.05且R比率大于1.20,各常规插值方法能得到较稳定的插值精度。     

用核磁共振研究浸种方法对水稻种子吸水量的影响

为寻求较佳浸种方法,该文应用低场核磁共振检测技术,研究了不同的浸种方式及浸种溶剂对水稻种子吸水量的影响。试验利用横向弛豫时间 T2反演谱分析了水稻种子的水分状态变化及吸水特性,发现浸种过程改变了水稻种子内部的水分分布情况,水稻种子吸水量对初始含水率差异不显著(P>0.05),但对各种浸种方法差异显著(P<0.05)。研究表明,采用连续浸种4 h、浸种3 h-晾干1 h-浸种1 h、浸种2 h-晾干1 h-浸种2 h及浸种2 h-晾干2 h-浸种2 h这4种不同的浸种方式时,浸种2 h-晾干1 h-浸种2 h的间歇浸种方式吸水率较高;采用清水、强氯精300倍液、饱和澄清石灰水、质量分数为40%福尔马林的50倍液、100倍液及200倍液6种不同的浸种溶液时,应用质量分数为40%福尔马林50倍液药剂时吸水率较高。低场核磁共振检测技术揭示了水稻种子含水量的影响因素,为浸种过程中吸水量的测定提供了一种有效的方法。     

无人机遥感解析田间作物表型信息研究进展

田间作物表型信息是揭示作物生长发育规律及其与环境关系的重要依据,传统的田间试验取样和车载高通量平台测定作物性状参数的方法耗时耗力,且空间覆盖不全,限制了作物科学研究的快速发展,而以无人机为代表的近地遥感高通量表型平台凭借机动灵活、成本低、空间覆盖广的优势成为获取田间作物表型信息的重要手段。该文根据国内外无人机遥感平台解析作物表型信息的最新研究成果,针对不同传感器类型分析了无人机遥感解析作物表型信息的应用及其不足,总结了遥感定量反演作物表型信息的方法体系,展望了无人机载遥感技术在作物表型信息解析方面的应用前景。该项研究成果对推广无人机遥感平台获取田间作物表型信息、提高复杂农田环境作物长势信息的解析和辨识能力具有重要意义。