利用无人机航拍视频结合YOLOv3模型和SORT算法统计云杉数量

准确、快速地统计苗木数量对苗圃的运营和管理具有重要意义,是提高苗圃运营和管理水平的有效方式。为快速准确统计完整地块内苗木数量,该研究选取云杉为研究对象,以无人机航拍完整地块云杉视频为数据源,提出一种基于YOLOv3（You Only Look Once v3,YOLOv3）和SORT（Simple Online and Realtime Tracking,SORT）的云杉数量统计方法。主要内容包括数据采集、YOLOv3检测模型构建、SORT跟踪算法和越线计数算法设计。以平均计数准确率（Mean Counting Accuracy,MCA）、平均绝对误差（Mean Absolute Error,MAE）、均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）和帧率（Frame Rate,FR）为评价指标,该方法对测试集中对应6个不同试验地块的视频内云杉进行数量统计的平均计数准确率MCA为92.30%,平均绝对误差MAE为72,均方根误差RMSE为98.85,帧率FR 11.5 帧/s。试验结果表明该方法能够快速准确统计完整地块的云杉数量。相比SSD+SORT算法,该方法在4项评价指标优势显著,平均计数准确率MCA高12.36%,帧率FR高7.8 帧/s,平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE分别降低125.83和173.78。对比Faster R-CNN+SORT算法,该方法在保证准确率的基础上更加快速,平均计数准确率MCA仅降低1.33%,但帧率FR提高了10.1 帧/s。该研究从无人机航拍视频的角度为解决完整地块的苗木数量统计问题做出了有效探索。     

基于无人机图像和贝叶斯CSRNet模型的粘连云杉计数

自动、准确且快速地统计苗木数量是实现苗圃高效管理的重要基础。针对现有苗木计数方法准确率较低且无法准确统计粘连苗木等问题,该研究提出了一种基于贝叶斯CSRNet模型的云杉计数模型。该模型以对粘连苗木具有良好稳定性的CSRNet模型为基础,引入贝叶斯损失函数,以人工标注的点标签数据作为监督信号。以1 176幅云杉图像训练贝叶斯CSRNet模型,并通过166幅测试集云杉图像测试。结果表明,贝叶斯CSRNet模型可以准确、快速地统计无人机航拍图像内的云杉,对测试集图像内云杉的平均计数准确率（Mean Counting Accuracy,MCA）、平均绝对误差（Mean Absolute Error,MAE）和均方误差（Mean Square Error,MSE）分别为99.19%、1.42和2.80。单幅云杉图像耗时仅为248 ms,模型大小为62 Mb。对比YOLOv3模型、改进YOLOv3模型、CSRNet模型和贝叶斯CSRNet模型对166幅测试集云杉图像的计数结果,贝叶斯CSRNet模型的MCA分别比YOLOv3模型、改进YOLOv3模型、CSRNet模型高3.43%、1.44%和1.13%;贝叶斯CSRNet模型的MAE分别比YOLOv3模型、改进YOLOv3模型、CSRNet模型低6.8、2.9和1.67;贝叶斯CSRNet模型的MSE分别比YOLOv3模型、改进YOLOv3模型、CSRNet模型低101.74、23.48和8.57。在MCT和MS两项指标上,贝叶斯CSRNet模型与CSRNet模型相同且优于YOLOv3模型和改进YOLOv3模型。贝叶斯CSRNet模型可实现无人机航拍图像内苗木数量的自动、准确、快速统计,为苗木库存智能盘点提供参考。     

基于改进YOLOv4模型的全景图像苹果识别

苹果果园由于密植栽培模式,果树之间相互遮挡,导致苹果果实识别效果差,并且普通的图像采集方式存在图像中果实重复采集的问题,使得果实计数不准确。针对此类问题,该研究采用全景拍摄的方式采集苹果果树图像,并提出了一种基于改进YOLOv4和基于阈值的边界框匹配合并算法的全景图像苹果识别方法。首先在YOLOv4主干特征提取网络的Resblock模块中加入scSE注意力机制,将PANet模块中的部分卷积替换为深度可分离卷积,且增加深度可分离卷积的输出通道数,以增强特征提取能力,降低模型参数量与计算量。将全景图像分割为子图像,采用改进的YOLOv4模型进行识别,通过对比Faster R-CNN、CenterNet、YOLOv4系列算法和YOLOv5系列算法等不同网络模型对全景图像的苹果识别效果,改进后的YOLOv4网络模型精确率达到96.19%,召回率达到了95.47%,平均精度AP值达到97.27%,比原YOLOv4模型分别提高了1.07、2.59、2.02个百分点。采用基于阈值的边界框匹配合并算法,将识别后子图像的边界框进行匹配与合并,实现全景图像的识别,合并后的结果其精确率达到96.17%,召回率达到95.63%,F1分数达到0.96,平均精度AP值达到95.06%,高于直接对全景图像苹果进行识别的各评价指标。该方法对自然条件下全景图像的苹果识别具有较好的识别效果。     

基于改进EfficientDet的油橄榄果实成熟度检测

自然环境下自动准确地检测油橄榄果实的成熟度是实现油橄榄果实自动化采摘的基础。该研究根据成熟期油橄榄果实表型特征的变化以及参考国际油橄榄理事会和中国林业行业标准的建议制定了油橄榄果实成熟度标准,并针对油橄榄果实相邻成熟度特征差异不明显以及果实之间相互遮挡问题,提出一种改进EfficientDet的油橄榄果实成熟度检测方法。首先改进特征提取网络,在特征提取网络中引入卷积注意力模块（Convolution Block Attention Module,CBAM）细化不同成熟度之间的特征映射;其次改进特征融合网络,在加权双向特征金字塔网络（Bidirectional Feature Pyramid Network,Bi-FPN）中增加跨级的数据流加强果实的相对位置信息,最后通过623幅油橄榄测试图像对改进的EfficientDet模型进行测试。改进EfficientDet模型在测试集下的精确率P、召回率R和平均精度均值mAP分别为92.89%、93.59%和94.60%,平均检测时间为0.337 s,模型大小为32.4 M。对比SSD、EfficientDet、YOLOv3、YOLOv5s和Faster R-CNN模型,平均精度均值mAP分别提升7.85、4.77、3.73、1.15和1.04个百分点。改进EfficientDet模型能够为油橄榄果实的自动化采摘提供有效探索。     

基于无人机航拍图像与改进IntegrateNet的稠密云杉计数

苗木数量统计和库存管理对于大型苗圃经营和管理十分重要。该研究针对种植稠密的云杉地块，以无人机航拍云杉图像为对象，提出一种改进IntegrateNet模型，实现稠密云杉的准确计数。选择对稠密目标识别性能好的IntegrateNet为基础模型，根据稠密云杉粘连严重以及杂草背景干扰进行改进，首先使用自校正卷积（self-calibrated convolutions，SCConv）提高卷积感受野，增强模型对于不同尺寸云杉的适应能力。其次，在特征融合处应用十字交叉注意力机制（criss-cross attention，CCA）提高模型对上下文信息的提取能力。以平均计数准确率(mean counting accuracy，MCA)、平均绝对误差（mean absolute error，MAE）、均方根误差（root mean square error，RMSE）和决定系数R²为评价指标。分析结果表明，改进IntegrateNet模型在181幅测试集上的平均计数准确率，平均绝对误差，均方根误差，决定系数分别达到98.32%，8.99株、13.79株和0.99，相较于TasselNetv3_lite、TasselNetv3_seg和IntegrateNet模型，平均计数准确率分别提升16.44、10.55和9.26个百分点，平均绝对误差分别降低25.62、10.45和6.99株，均方根误差分别降低48.25、13.84和12.52株。改进IntegrateNet模型能够有效提高稠密云杉的计数准确率，可为完善苗木数量统计系统提供算法基础。     

采用轻量级网络MobileNetV2的酿酒葡萄检测模型

为提高高分辨率田间葡萄图像中小目标葡萄检测的速度和精度,该研究提出了一种基于轻量级网络的酿酒葡萄检测模型（Wine Grape Detection Model,WGDM）。首先,采用轻量级网络MobileNetV2取代YOLOv3算法的骨干网络DarkNet53完成特征提取,加快目标检测的速度;其次,在多尺度检测模块中引入M-Res2Net模块,提高检测精度;最后,采用平衡损失函数和交并比损失函数作为改进的定位损失函数,增大目标定位的准确性。试验结果表明,提出的WGDM模型在公开的酿酒葡萄图像数据集的测试集上平均精度为81.2%,网络结构大小为44 MB,平均每幅图像的检测时间为6.29 ms;与单发检测器（Single Shot Detector,SSD）、YOLOv3、YOLOv4和快速区域卷积神经网络（Faster Regions with Convolutional Neural Network,Faster R-CNN）4种主流检测模型相比,平均精度分别提高8.15%、1.10%、3.33%和6.52%,网络结构分别减小了50、191、191和83 MB,平均检测时间分别减少了4.91、7.75、14.84和158.20 ms。因此,该研究提出的WGDM模型对田间葡萄果实具有更快速、更准确的识别与定位,为实现葡萄采摘机器人的高效视觉检测提供了可行方法。     

改进YOLOv5s对病理学图像中猪只小肠绒毛的检测

为解决传统小肠绒毛需要专业人员手动检测耗时耗力且存在主观性和不稳定性等问题,同时提高在复杂病理学图像中小肠绒毛检测的准确率和效率,该研究提出基于改进YOLOv5s检测复杂病理学图像下猪只小肠绒毛的方法。首先,采用串联形式的混合池化对空间金字塔进行优化,增强特征提取与特征表达,提升检测精度;然后引入一种基于注意力机制的网络模块(simpleattentionmechanism,SimAM)与Bottleneck中的残差连接相结合,使用SimAM对Bottleneck中的特征图进行加权,得到加权后的特征表示,利用注意力机制加强模型对目标的感知。试验结果表明,该研究算法的平均精度（average precision）和每秒传输帧数（frame per second,FPS）达到92.43%和40帧/s。改进后的YOLOv5s在召回率和平均精度上相较改进前提高2.49和4.62个百分点,在不增加模型参数量的情况下,每帧图片的推理时间缩短1.04 ms。与经典的目标检测算法SSD、Faster R-CNN、YOLOv6s、YOLOX相比,平均精度分别提高15.16、10.56、2.03和4.07...     

基于改进YOLOv4的轻量化菠萝苗心检测算法

当前菠萝催花作业以人工喷洒为主，生产效率低、劳动强度大。菠萝苗心位置的精准识别和定位是实现机械化、智能化菠萝催花的核心问题。该研究在YOLOv4目标识别算法的基础上，选择GhostNet作为主干特征提取网络，构建了一种混合网络模型，并在颈部网络中融合深度可分离卷积与轻量级的注意力模块。改进后的模型相较于YOLOv4模型的总参数量减少70%。与YOLOv4、Faster R-CNN和CenterNet 3个模型进行检测对比试验，结果可得：改进模型在菠萝植株种植密集与稀疏的条件下识别精度分别为94.7%和95.5%，实时识别速度可达27帧/s，每张图像平均检测时间为72 ms，相比常规YOLOv4模型用时缩短23%。总体性能表现均优于对比组的目标检测模型。总的来说，改进模型YOLOv4-GHDW在一定程度上实现了检测速度、识别精度和模型体量三者之间平衡，能够在实际种植环境下对菠萝苗心有较好的识别效果。研究结果可为智能化菠萝精准催花设备研发提供视觉技术支持。     

基于特征递归融合YOLOv4网络模型的春见柑橘检测与计数

春见柑橘个体小、单株果树柑橘密集、柑橘之间的形态与颜色相似度高且易被树叶严重遮挡,这些特点给春见柑橘检测与计数带来了较大困难。该研究以实际春见果园环境中的春见柑橘作为检测与计数对象,提出了一种以春见柑橘为检测目标的基于特征递归融合YOLOv4网络模型（YOLOv4 network model with recursive fusion of features,FR-YOLOv4）。针对春见柑橘尺寸小的特点,FR-YOLOv4网络模型的主干特征提取网络采用了感受野更小的CSPResNest50网络,降低了小尺寸目标的特征图传不到目标检测器中的可能性;针对春见柑橘被遮挡和密集分布的情况,采用了递归特征金字塔（Recursive Feature Pyramid,RFP）网络来进行特征递归融合,提高了对果园环境下春见柑橘的检测精度。试验结果表明：FR-YOLOv4网络模型对于果园环境中春见柑橘的平均检测精度为94.6%,视频检测帧率为51帧/s。FR-YOLOv4网络模型相比于YOLOv4、单次多框检测器（Single Shot Multi-Box Detector,SSD）、CenterNet和更快速卷积神经网络（Faster- Region-Convolutional Neural Networks,Faster R-CNN）的平均检测精度分别提高了8.9、29.3、14.1和16.2个百分点,视频检测帧率分别比SSD、Faster R-CNN提高了17帧/s和33帧/s。FR-YOLOv4网络模型对于实际果园环境中春见柑橘的检测精度高,具备检测实时性,适用于春见果园中春见柑橘检测与计数。     

利用显著图构建注意力深度网络检测诱虫板蔬菜害虫

为提高诱虫板图像蔬菜害虫检测精度,针对背景区域容易导致误检的问题基于显著图分析技术构建了一种注意力深度网络害虫智能视觉检测方法。首先通过显著图筛选出粗候选区域;然后在粗候选区域内用全卷积神经网络精选出细候选区域;接着用神经网络分类器识别细候选区域害虫种类,得到含有冗余的若干检测框;最后用改进的非极大值抑制消除冗余检测框,实现诱虫板图像中目标害虫的检测。针对小菜蛾和瓜实蝇展开试验,获得86.4%的平均精度均值和0.111只的平均绝对计数误差均值,所提方法平均精度均值比Faster R-CNN和YOLOv4分别高2.74和1.56个百分点,平均绝对计数误差均值比Faster R-CNN和YOLOv4分别低0.006和0.003只;同时,消融试验中移除显著图注意力模块后平均精度均值下降了4个百分点、平均绝对计数误差均值增加了0.207只。试验结果表明,所提方法有效提高了诱虫板图像蔬菜害虫检测精度,其中,引入显著图注意力模块对提升检测精度有重要作用。     

热硫化氢高温厌氧杆菌的Ttx31基因克隆、表达与功能分析

生物信息学分析发现,热硫化氢高温厌氧杆菌(Thermowmerobacter thermohydrosulfuricus)的α-淀粉酶/普鲁兰糖酶(α-amylase/pullulanase)基因中的一段未知功能序列Ttx31可能编码碳水化合物结合结构域(carbohydrate binding module,CBM),但其结合特性未知.本实验以T. thermohydrosulfuricus为材料,通过菌落PCR扩增其Tts31序列,将获得的Ttx31克隆到表达载体pET22b(+)中得到重组质粒pEX31,序列分析表明,所得重组表达载体pEX31中的Ttx31序列正确.将重组载体pEX31转入大肠杆菌宿主表达菌Tuner中,IPTG诱导表达后纯化,采用SDS-PAGE电泳和非变性亲和凝胶电泳法,研究重组表达的目的蛋白TtX31与糖的相互作用.结果发现,TtX31能结合糊精,但不能结合可溶性淀粉、普鲁兰糖、支链淀粉等.实验结果可以认为TtX31是一种功能性的新碳水化合物结合结构域,可以结合糊精.     

非计算机专业VFP程序设计教学改革与实践

分析了现行非计算机专业VFP程序设计课程教学中存在的问题进,结合教学实践,探讨了对非计算机专业的VFP课程教学改革方案。     

面向大规模多类别的病虫害识别模型

早期病虫害精准识别是预警和防控的关键,但是病虫害种类繁多数量巨大,外部形态存在类间相似度较高而类内差异性较大等性状特征,导致病虫害识别仍然是一项极具挑战的工作。为实现病虫害识别分类任务中差异化特征的提取和表示,该研究提出一种大规模多类别精细病虫害识别网络模型（a large-scale multi-category fine-grained pest and disease network,PD-Net）。首先通过在基准网络模型中引入卷积块注意力模型,通过混合跨特征通道域和特征空间域实现模型在通道和空间两个维度上对关键特征提取和表示,用以增强网络对差异化特征的提取和表示能力。其次引入跨层非局部模块,提升模型在多个特征提取层之间对于多尺度特征的融合。在61类病害数据集和102类虫害数据集上的试验结果表明,对比AlexNet、VGG16、GoogleNet、Inception-v3、DenseNet121和ResNet50模型,该研究提出的面向大规模多类别病虫害识别模型,Top1识别准确率在病害和虫害集上分别达到88.617%和74.668%,精确率分别达到了0.875和0.745,召回率分别达到0.874和0.738,F1值达到0.874和0.732,试验结果对比其他模型均有一定幅度的提升,验证了PD-Net模型在大规模多类别病虫害识别上的有效性。     

云南蔗区甘蔗栽培专家系统的设计

根据云南蔗区的自然生产条件，总结甘蔗栽培专家的思路，以甘蔗高产高糖高效为目标，采用DET 1.1农业专家系统开发工具，以栽培管理模式、病虫害防治技术数据库为外接口，研究开发了集甘蔗高产栽培、田间管理、病虫害诊断防治、甘蔗生产全年管理工作历等为一体、文字与图片、影像等多媒体形式与用户交互的甘蔗栽培专家系统。     

L'electrode potassium pour l'analyse des tissus vegetaux (The potassium electrode for plant tissue testing)

Abstract

A potassium specific‐ion electrode equiped with a “sensing module” was compared with atomic absorption for potassium determination in plant tissue. The potentiometric readings were stable and reproducible, and were of the same order of magnitude as those obtained by atomic absorption. The correletion coefficient obtained between the two analytical methods were highly significant; but it was higher for corn leaves, sugarbeet leaf‐blades and petioles respectively.     

基于Web的数字农业系统平台研究与设计

数字农业系统是一个集信息化、数字化、网络化与自动化等多种现代高新技术为一体的,融合现代农业技术的智能化农业生产、管理和应用系统。在充分分析数字农业系统的研究意义、内涵和研究内容的基础上,给出了网络环境下数字农业系统的总体设计思路、方法和架构,并详细探讨了数字农业系统核心功能模块的主要功能及设计结构,以及未来物联网环境下数字农业系统,乃至智能农业系统地研究发展方向和趋势。     

基于改进HRNet的单幅图像苹果果树深度估计方法

针对苹果自动采收获取果树深度信息的实际需求,以及目前单幅图像深度估计算法存在的空间分辨率低和边缘模糊问题,提出一种基于改进高分辨率网络（High-Resoultion Net, HRNet）的单幅图像苹果果树深度估计模型。首先基于HRNet构建多分支并行的编码器网络,提取多尺度特征,并通过引入密集连接机制强化特征传递过程中的连续性;为了减少冗余特征造成的噪声干扰,使用卷积注意力模块在通道及像素层级对融合特征进行重标定,强化特征图结构信息。在解码器网络中,使用条纹细化模块自适应地优化特征图的边界细节信息,突出边缘特征,改善边缘模糊问题,最后经上采样生成深度图。在NYU Depth V2公共数据集和果园深度数据集上进行试验。试验结果表明,引入密集连接机制,添加卷积注意力模块、条纹细化模块均能提升模型性能。提出的改进HRNet网络在果园深度数据集上的平均相对误差、均方根误差、对数平均误差、深度边缘准确误差和边缘完整性误差分别为0.123、0.547、0.051、3.90和10.76,在不同阈值下的准确率达到了0.850、0.975、0.993;在主观视觉上,改进HRNet网络生成的深度图有清晰的边缘以及较多的纹理细节。本文方法在客观指标和主观效果上均有良好的表现。     

农业设备嵌入式数据库缓存管理器的设计与实现

综述了嵌入式数据库缓存技术的发展现状,分析了目前较为常用的缓存替换算法,基于农业设备的嵌入式数据库这个特定应用领域,结合其特点提出了一种缓存块大小可变的缓冲管理结构和基于CLOCK替代策略的专用缓冲管理机制。详细阐述了该缓存管理器的设计思路和具体实现细节。     

农机产品计算机辅助概念设计

建立计算机能够识别的设计模型是计算机辅助概念设计的关键。该文针对机械产品的方案设计，提出一种矩阵表达方法。该方法是用机构模块的功能和约束矩阵建立功能到结构的映射机制，为功能分解提供了强有力的数学途径。用该模型可实现运动方案的自动生成并可得出复杂新颖的机械运动方案。     

不同含水率下日光温室土壤温度变化规律的峰拟合法拟合

为了探讨中国西北寒冷干旱地区冬季日光温室内土壤含水率和温度变化规律,该文对内蒙古呼和浩特市日光温室内土壤温度和含水率进行了测试,并利用峰拟合法对不同含水率下的土壤温度进行了拟合。试验表明,在强蒸发条件下,随着土壤温度的升高,土壤非饱和导水率提高,从而将干湿发生面下方的液态水引入干湿发生面。峰拟合函数的最小拟合度为0.95907。通过计算得知,降低含水率能提高白天和夜间的土壤平均温度。验证估计Extreme函数得知,只要确定偏移y0、中心xc、宽度w、幅值A即可得土壤温度对时间的变化函数。该方法可以有效地减少测试点的数量,并把离散的数据点转化为连续函数从而进行微积分分析,提高检测效率。