基于正则化与时空约束改进K最近邻算法的农业物联网数据重构

针对农业复杂环境易发的物联网感知数据丢失异常问题,该文提出一种基于正则化惩罚的K最近邻数据重构方法(K nearest neighbor-regularization penalty,KNN-RP),采用岭回归方法对最近邻方法中的最小二乘因子进行正则化,并讨论了惩罚项的范数选取形式。通过对农业物联网感知数据的时空稳定性与相关性分析,确定了时间与空间约束矩阵的定义方式。采用温室数据样本对算法性能进行交叉验证,结果显示该文的KNN-RP性能在点丢失模型下优于KNN、反距离加权KNN算法以及DT算法,而在块丢失模型下优于KNN和反距离加权KNN算法,略低于DT算法,提高了农业物联网的感知数据质量。该研究可为基于物联网数据的农业生产决策提供参考。     

基于灰色聚类法的乌鲁木齐市空气质量状况研究

采用灰色聚类分析方法,对乌市2000～2004年和2005年12个月的大气污染物进行多因子污染等级评价。结果表明2000年至2004年乌市大气质量状况变化总体较稳定并向清洁程度发展;2005年12个月的大气质量状况受到采暖期和非采暖期的影响较大。     

基于嵌入式Linux技术的农产品流通追溯系统设计与实现

农产品流通环节是实现农产品质量追溯系统的关键环节,为改进传统方式如索证、索票等在建立农产品流通追溯系统时存在的操作不足,该文以农产品可信流通控制技术为基础,采用“硬控制”的设计思路,以自主研发的多功能嵌入式农产品流通专用设备为控制工具,以上位机农产品流通追溯系统为业务支撑,建立了基于Linux嵌入式技术的农产品流通阶段质量追溯系统。多功能流通专用设备集RFID（radio frequency identification）身份识别、二维条码打印、无线数据上传于一体,实现了产品准入、市场抽检和市场追溯,并通过网络、POS（point of sales）机实现了公众查询追溯服务,建立了可操作的农产品流通追溯系统模型,具有良好的推广应用前景。     

基于两级选择性聚类集成的农用地整治时空配置分区

针对传统聚类算法易陷入局部最优、不兼顾地理空间的问题,该研究以湖南省怀化市为例,从生态敏感性、用地适宜性与整治迫切性3个维度建立分区评价指标体系,应用一种基于混合距离,同时具有聚类方案质量识别功能的两级选择性聚类集成方法对怀化市农用地整治进行时空配置。通过聚类运算,将怀化市300个聚类单元划分为：近期重点整治区、近期适度整治区、中期重点整治区、中期适度整治区和远期限制整治区5个类型,面积比例分别为9.05%、30.48%、22.58%、7.33%、30.56%,符合怀化现状条件;相较于传统聚类方法,两级选择性聚类集成方法具有聚类质量识别与兼顾地理空间的优势,且更适用聚类单元较多、属性空间复杂的情况。研究结果在客观上为未来土地整治工作与聚类方法的创新提供了可供借鉴的思路。     

中分辨率卫星数据分类的改进迭代聚类算法

在动态聚类算法的理论基础上,提出了一种经过改进的迭代聚类方法。该方法通过VC＋＋程序编译加以实现,在分类的过程中通过判定类间距离阈值动态分类,无需设定初始聚类中心,减少了分类前需要设定的初始参数,保证了分类结果更加客观,并且分类过程简便易操作。为了验证其实用性,本文选取了辽宁中部一区域作为试验区,应用TERRA卫星MOD IS和FY3A卫星MERSI 250m中分辨率数据进行分类,并同时与ISODA-TA法的分类结果进行比较。结果表明,使用该方法得到的分类精度好于ISODATA法,可以用于遥感数据的分类。     

基于关键指标的水保时空大数据多维可视化研究与实现——以陕西省“水土保持一张图”指标体系建设为例

开展“水土保持一张图”建设是“十四五”期间推进智慧水保发展的重要任务之一。为了科学准确把握关键性指标、高效综合应用水土保持时空大数据、简明生动展示水土保持行业态势及成果,基于陕西省水土保持信息化资源,通过建立“水土保持一张图”的关键指标体系,构建时空大数据管理平台,对全量水土保持数据的可视化方法进行了研究并最终得以实现。建设的陕西省“水土保持一张图”实现了二、三维地图展示、多元化数据统计、感兴趣时空筛选及全量化详情查询等功能,可支撑各级水行政主管部门监测业务运行状态、查看业务管理成效、推测业务发展趋势,服务水土保持智慧化模拟和精准化决策,有助于推进陕西全省水土保持行业健康、高质量发展。     

基于参数优化改进型可能聚类的遥感图像分割

可能聚类算法（PCA）和可能C-均值聚类算法（PCM）对初始值非常敏感,容易产生一致性聚类。改进型可能C-均值聚类算法（IPCM）能解决PCM的问题,然而IPCM的执行更依赖于参数。IPCM必须计算参数两次,因此聚类时间长。为了克服PCA和IPCM的缺点,进而应用于复杂的遥感图像分割,将PCA和IPCM相结合,提出了一种基于参数优化的改进型可能聚类算法（IPCAOP）。实验表明,IPCAOP在处理遥感图像分割方面明显优于模糊C-均值聚类（FCM）和IPCM。     

基于K-means聚类的柑橘红蜘蛛图像目标识别

为快速检测红蜘蛛虫害,该研究采用基于Lab颜色模型中a(红/绿)、b(黄/蓝)层信息的K-means聚类法识别彩色图像中的红蜘蛛。试验选取8幅具有不同清晰度的柑橘红蜘蛛图像,采用基于Sobel边缘检测算子的评价函数计算图像清晰度评价值以评价图像清晰度,对比采用灰度法和包含2、3、4或5个聚类中心的K-means聚类法的目标识别效果和识别效率。结果表明,灰度法对8幅图像中红蜘蛛目标识别率平均值为29%,误判率平均值为201%,无法应用于复杂背景图像中的红蜘蛛目标识别。包含5个聚类中心的K-means聚类法对清晰度较高的图像识别率为100%,误判率为0,对清晰度较低的图像识别率为88%,误判率为0;当图像尺寸较小时,包含4个聚类中心的K-means聚类法识别效率与灰度法相当;当图像尺寸较大时,重复计算聚类中心导致识别耗时较长;基于Lab颜色空间的识别算法无法有效识别其他颜色的红蜘蛛,继续研究的方向为引入红蜘蛛形态信息以提高识别准确率和优化聚类中心的选取以降低识别耗时。     

基于聚类法筛选历史相似气象数据的玉米产量DSSAT-CERES-Maize预测

根据陕西杨凌、合阳、长武3个站点各2 a玉米试验,在对玉米生长模拟模型CERES-Maize进行调试、验证的基础上,探索在生育期内进行动态产量预测的方法并验证.研究将目标生育期内未知气象数据分别用试验地的多年历史同期数据代替,结合生育期实时数据对应生成多个完整的气象数据序列运行模型预测产量.随着生育期的推进,逐日在气象数据序列中融入目标年实测的气象数据,从播种至收获动态模拟玉米产量.此外该研究使用改进前后的K-NN算法从历史气象年份中筛选目标年的气象相似年份进而预测产量.通过对3种方法预测精度及预测效率对比,确定改进的K-NN算法最优.研究表明,玉米生育前期产量预测可靠性和准确率均较差,抽雄后预测精度迅速提高;利用改进的K-NN算法在3个站点全生育期预测产量的平均绝对相对误差的均值分别为9.9%、19.8%、17.9%,抽雄后预测产量的平均绝对相对误差在0.2%~12.6%之间,相比于使用全部历史年份数据进行全生育期产量预测,模拟所需时间从61 min缩短至25 min.对该方法中降雨因子的筛选进一步改进可提高预报精度,未来有望达到业务应用水平.     

基于GPCC数据的1901-2010年东北地区降水时空变化

基于1901—2010年GPCC[全球降水气候中心（Global Precipitation Climatology Centre）研制的逐月降水格点数据]月降水格点数据与东北地区79个气象站1961—2010年逐月降水资料,利用相关分析、EOF分解、气候倾向率、M-K统计检验和集合经验模态分解（EEMD）等方法,比较了GPCC降水数据与观测数据的差异,探讨了GPCC数据描述的东北地区近百余年不同时间尺度（年、季）降水变化特征。结果表明:1961—2010年GPCC与东北地区站点数据有着非常显著的相关关系,年GPCC降水与站点数据的距平相关系数为0.96,其与同期东北地区79个气象站的平均偏差仅为5.3%,表明GPCC数据对东北地区降水具有非常好的描述性。GPCC描述的1901—2010年东北地区降水是微弱增加的。从主模态来看,GPCC数据描述的东北地区近百年降水在20世纪初到20年代末处于偏少阶段;30年代到60年代东北地区降水显著增加,处于偏多阶段;70年代后降水又有所减少,但在80年代后期和90年代后期出现个别降水偏多年。从季节变化来看,1901—2010年东北地区秋季降水呈现一定的减少趋势,而其他季节降水有所增加。此外,东北地区降水存在年际（3.5,7.3 a）、年代际（12.3,26.7 a）和百年时间尺度（112.3 a）的特征周期变化。     

近场通信物联网技术在农产品供应链信息系统中应用

为了应对农产品安全问题,农产品供应链信息系统的构建和完善刻不容缓。该文在总结国内外农产品供应链信息系统研究进展的基础上,借鉴了关键信息技术在农产品供应链及信息系统平台中的作用,分析了近场通信(near field communication,NFC)技术在农产品供应链信息系统构建可能性及技术的可行性。以吉林省肉鸡为研究对象,设计并实现了NFC与物联网融合应用的肉鸡供应链信息系统,并就信息系统层次结构及数据结构等进行了系统设计与实现。研究表明,以物联网构架为基础,应用NFC技术实现了肉鸡供应链信息全记录,能够保证肉鸡供应链中每个节点信息的安全,可提高肉鸡供应链效率,保障肉鸡产品的安全,提升中国肉鸡产品在国际市场核心竞争能力,同时能为肉鸡及其他农产品的溯源及召回提供借鉴。     

基于近邻传播算法的茶园土壤墒情传感器布局优化

针对节水灌溉的土壤墒情传感器布局问题,提出了基于近邻传播算法(affinity propagation,AP聚类算法)的优化布局策略。策略在保证茶园传感网络全覆盖的基础上,实时采集试验区各节点的土壤墒情数据,构建节点土壤含水率的相似度矩阵,并迭代计算各节点的吸引度和归属度值,得出聚类数和聚类中心。结果表明,采用AP聚类算法对试验区域传感器进行优化布局,优化了传感器数量和位置,使传感器数量由25个减少到2个。在试验区随机采集土壤相对含水率,经验证,聚类中心节点的土壤相对含水率与试验区平均值相近,相对偏差近为0.76%,表明聚类中心节点的土壤墒情数据具有代表性。该方法有效降低了数据的冗余度,节约了系统成本。     

基于面板数据模型的中国农业生产用能与农业经济增长关系

为揭示不同区域农业生产用能与农业经济增长的差异,该文以中国东中西地区为研究对象,利用1990～2008年农业生产用能与农业产值数据构筑面板数据模型进行分析。结果表明,各地区农业生产用能与农业产出增长均存在格兰杰因果关系,随着地区发达程度的降低,这种关系越发明显;同时,西部地区农业生产用能与农业产出增长还存在双向长期格兰杰因果关系。通过模型分析,进一步定量揭示了各地区间农业生产用能与农业产出增长之间关系的差异,以及地区内部各省份之间也存在差异;详述了区域经济发展水平与农业经济增长关系的密切程度,以及继续增加农业投入与农业经济持续增长出现差异的原因。最后指出,在农业现代化普及地区,重点是提高农业物资利用效率和使用合理的种植结构,而在农业现代化中等及欠发达地区,应注重农业物资投入及效率提高。     

中国农产品加工技术现状及其推广体系的建设

近年来,我国的农产品加工技术发展迅速,但还存在农产品产后损耗严重、深加工产品少、农产品加工企业规模小及设备技术水平落后等诸多问题。农产品加工技术推广体系的建设是当前解决我国农产品加工问题的一项重要措施,是实现科研成果转化为农业生产力的关键环节。如何建立和完善我国的农产品加工技术推广体系,是当前农业工作的一项重要任务。     

二氧化碳制冷技术在农产品冷链物流保鲜中的应用研究进展

随着中国“双碳”政策措施的逐步落地，绿色环保的新型制冷技术成为发展重点。二氧化碳(CO₂/R744)作为无色、无味、无毒、不可燃的天然工质，具有热稳定性好、单位容积制冷量高、全球温室效应低的特点，是一种理想的传统制冷剂替代品。CO₂制冷技术逐步应用于农产品仓储物流、制冰、空调等领域，但当前中国农产品仓储物流过程普遍存在能耗高的突出问题，亟需研发绿色节能制冷技术。该文阐述了CO₂制冷原理与发展历程，并从制冷系统、制冷设备及相关配件的角度，深入分析了CO₂制冷技术与压缩机、换热器、节流装置等CO₂制冷设备的国内外研发情况；综述了CO₂制冷技术在农产品储存和运输环节中的应用进展，提出了亟待解决不同工况下CO₂制冷设备匹配度、低温环境下CO₂压缩效率与液化效率等技术难点；基于中国农产品冷链物流最先一公里和最后一公里断链的突出问题，建议加快研发适宜中国农产品冷链物流产业特点的CO₂移动式冷库和立体智能...     

农产品安全生产管理的图形组态软件多源异构数据处理

面向农产品安全生产管理的图形组态软件能够实现对各类农产品生产信息的有效管理,而异构数据源与图形画面间的数据交换是该图形组态软件研究中亟需解决的关键问题。该文通过分析农产品安全生产管理信息的特点,对其进行特征抽象,构建了一种基于XML（Extensible Markup Language,即可扩展标记语言）的农产品安全生产管理信息描述语言。组态图形画面与受该描述语言约束的XML文档进行数据交换,而不直接与各类异构的数据源交互,从而屏蔽了数据源的异构性。该方法为面向农产品安全生产管理的图形组态软件中的多源异构数据问题提供了一种有效解决方案。     

生鲜农产品供应链近场通信智能数据采集终端系统设计与开发

为了解决生鲜农产品供应链信息传递不连续、不完整、不真实等问题,防止农产品给人民生活健康带来威胁,该研究开发了基于近场通信技术的数据采集终端。该文分析了生鲜农产品供应链数据采集设备及工作环境的特点,开发一种基于近场通信技术(near field communication)、北斗系统(bei dou system)及全球移动通信系统(global system for mobile communications)集成技术的生鲜农产品供应链数据采集终端。该终端包含4个模块:NFC模块、系统CPU模块、北斗模块和GSM模块及电路系统。终端在写入数据时,同时将北斗加密数据通过NFC芯片PN532写入NFC标签,并通过GSM模块以短信的方式传递给后台数据库,利用RS232将数据信息传入节点企业平台,实现生鲜农产品数据信息的三重备份。该采集终端借助物联网及无线传感网的技术优势,实现生鲜农产品供应链各环节数据的自动智能采集并进行加密,满足企业在生产过程中不断变化环境下的数据采集及存储需求,该终端在极端环境下读取速度虽然降低了10%~25%,但存储率依然为100%,满足生鲜农产品供应链数据采集的需要,能够实现节点企业间信息连续度,为实现生鲜农产品可追溯提供参考。