基于形态特征参数的茶叶精选方法

夏秋季节的梗与叶片的色泽差异小,采用传统色选机难以实现精选。该文提出依据茶叶形态特征的多特征向量分选法,以期实现茶叶精选算法快速建模,提高分选精度。采集动态下落过程中的茶叶图像,开发基于图像处理的特征提取程序自动提取多组茶叶样本形态特征参数,采用随机森林算法判定特征权重并进行特征选择,建立逻辑回归、决策树和支持向量机3种不同分类算法对样本进行分类,验证特征的可分性,并分析不同分类算法对复杂茶叶样本分类效果的影响。试验结果表明:1)形态特征参数圆形度E的重要性权重最大,为0.467,最终将重要性阈值设定为0.05,选择圆形度E、矩形度R、线性度Len、周长C和紧凑度J 5种形态特征向量建立数据集;2)在测试数据集中,逻辑回归(logistic regression, LR)、决策树(decision tree, DT)和支持向量机(support vector machine, SVM)3种分类算法的平均准确率为0.924,说明所选特征具有明显的可分性;3)根据输出的混淆矩阵,3种分类算法中支持向量机算法识别效果最好,准确率和调和平均数(F1)得分分别为93.8%和94.7%。该方法可快速应用于其他类型茶叶精选和茶叶实际生产过程,有效提高茶叶品质。     

基于玉米根系图像的表型指标获取方法

为了快速获取玉米根系表型指标,该研究提出一种基于图像的高通量解决方案.系统整合一套简易可靠的根系图像获取硬件和自动化根系图像处理算法,首先在固定背景下获取玉米根系图像,通过标定物检出、背景分割算法得到根系目标前景图像,识别根系起始点并剪除冗余部分得到根系感兴趣区域后计算颜色、形状、空间分布3大类29个表型指标.应用该系...     

基于熵权TOPSIS分析的配电网可靠性评估指标体系

配电网可靠性是电力系统可靠性3大组成部分之一,相对于发电及输电系统的可靠性研究,配电环节的可靠性研究一直处于较弱的水平,而复杂配网的可靠性评估更是一个薄弱环节。该文通过对配电网工作机理的分析,从配电网可靠性指标着手提出了利用熵权的TOPSIS法对配电网可靠性进行评估,同时建立了配电网可靠性的指标体系,得出了计算结果。通过对某配电网的可靠性分析和评估,表明该方法的有效性和实用性。     

基于高光谱的春玉米大斑病害遥感监测指数选择

玉米大斑病是春玉米主要病害之一,采用地面光谱观测的方式构建遥感监测指数,是实施区域遥感监测的基础,也是卫星传感器谱段设计的主要依据。该文在陕西省眉县设计了人工控制小区试验,针对高抗、抗、感和高感4个品种,通过人工接种不同浓度大斑病分生孢子的方法,获得了正常、轻微、中度以及严重等4个病害感染梯度小区,并在春玉米抽雄、吐丝、乳熟以及成熟4个生长期进行了地面高光谱观测。为了实现对春玉米大斑病的遥感监测,该项研究在春玉米冠层光谱数据基础上,分析了不同种植区不同生长期春玉米冠层光谱反射率和光谱一阶微分特征,并以此确定了大斑病敏感波段位置以及病害适宜监测期,同时根据敏感波段位置的光谱特征构建了专门的春玉米大斑病的遥感监测指数,最后结合180个光谱观测样本,对比了所提指数以及其他病害指数与病害严重度之间的相关性,并通过聚类分析了所建遥感指数的稳定性。研究结果表明,乳熟期的春玉米大斑病在红边波谱内的响应较为敏感,尤其红边核心区(725~740 nm)的光谱一阶微分与病害严重程度间存在明显地单调变化关系,具有非常显著的负相关性;同时,该文所提病害监测指数与病情指数具有较高的相关性,其相关系数达到了0.995 0,最后结果表明利用红边一阶微分指数的对病害程度的聚类总体精度达到100.0%,指数值分布稳定性也更高,具有在遥感监测业务中应用的潜力。     

基于无人机遥感的夏玉米水分胁迫指数改进方法

冠层温度（canopy temperature,Tc）是作物水分胁迫计算的基础。准确地剔除热红外图像中的土壤背景,可以提高作物水分的监测精度。该研究以4种水分处理的拔节期夏玉米为研究对象,借助无人机可见光和热红外图像,采用红绿比值指数（red-green ratio index,RGRI）法提取研究区域的面状玉米冠层温度的空间分布信息,并分析每幅热红外图像上冠层温度的累积频率。该并提出了两种改进作物水分胁迫指数（crop water stress index,CWSI）性能的方法,一是使用基于正态分布的不同统计分位数分割冠层温度,并基于不同统计分位数上的平均冠层温度计算CWSI（记为CWSITcF%）。二是基于冠层温度方差（canopy temperature variance,Var）,将玉米冠层数据分为4个区间：区间Ⅰ,Tc≤40,Var≤10;区间Ⅱ,Tc≤40,10< Var≤20;区间Ⅲ,35< Tc<45,Var>20;区间Ⅳ,40< Tc<50,0< Var≤20,并在各自区间上选择最敏感的统计分位数计算CWSI（记为CWSIn）。研究结果表明：1）利用2020年和2021年两年数据计算的CWSIn与作物生理指标（气孔导度Gs、净光合速率Pn、蒸腾速率Tr）间的决定系数R2分别为0.72、0.52、0.62 ,nRMSE分别为23.96%、24.06%、25.60%,模型拟合精度高于原始CWSI（R2分别为0.73、0.34、0.46,nRMSE分别为23.69%、28.27%、30.21%）,但与CWSITcF%差别不大（R2分别为0.74、0.54、0.61,nRMSE分别为22.87%、23.74%、25.61%）;2）虽然CWSITcF%能提高诊断作物水分胁迫的精度,但最敏感的冠层温度区间在年际间相差较大（2020,61.17%;2021,49.38%;两年数据,83.51%）,而CWSIn稳定性更高（与生理指标间的nRMSE分别为：2020年16.60%、27.37%、28.49%;2021年21.60%、18.95%、22.64%）。因此,综合来看 CWSIn可以更加精确地监测作物水分胁迫,利用该改进方法可为无人机遥感精准监测作物水分胁迫状况提供参考。     

基于Relief F和PSO混合特征选择的面向对象土地利用分类

针对面向对象土地利用分类存在特征维数过高的问题,提出了一种结合Relief F和粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)的混合特征选择方法,即首先利用Relief F作为特征预选器滤除相关性小的特征,然后以PSO作为搜索算法,以支持向量机(support vector machine,SVM)的分类精度作为评估函数在剩余特征中选择出最优特征子集。该文以吉林省长春市部分区域为研究区,采用Landsat8遥感影像为数据源,首先对其进行多尺度分割,然后提取影像对象的光谱、纹理、形状和空间关系特征,利用提出的混合特征选择方法选取最优特征子集,最后使用SVM分类器对研究区进行土地利用分类,总体分类精度和Kappa系数分别为85.88%和0.8036,与基于4种其他特征选择方法的土地利用分类结果进行比较,基于Relief F和PSO的混合特征选择方法利用最少的特征获得最高的分类精度,能够有效地用于面向对象土地利用分类。     

基于无量纲水流强度指标的坡面流输沙能力计算方法

坡面水流输沙能力是土壤侵蚀模型的重要参数之一,也是土壤侵蚀精确预报的基础。该文选用多沙粗沙区典型黄土(中值粒径d50=0.095 mm,d50′=0.04 mm)进行了坡度范围为7%~38.4%,单宽流量范围为0.000 14~0.005 26 m2/s的水槽模拟输沙试验,经无量纲化处理后分析了坡面水流输沙能力与坡度和单宽流量以及输沙能力与各水流强度指标间的耦合关系。结果表明:坡面水流输沙能力与坡度、单宽流量呈幂函数关系(R2=0.955),且单宽流量较坡度而言对输沙能力的影响更为显著;含沙水流平均流速与坡度、流量呈幂函数关系;剪切力可以通过幂函数关系式预测坡面水流输沙能力(R2=0.900,NSE=0.756 1);水流功率、有效水流功率是比剪切力更好的预测因子,其中考虑临界水流功率W0=36.5,水流功率与输沙能力幂函数关系(R2=0.950,NSE=0.978)最佳;单位水流功率并不能作为预测输沙能力的水流强度指标。该文关于黄土丘陵沟壑区坡面水流输沙能力的研究为土壤侵蚀预测模型提供了新的方法。     

基于对数均值迪氏指数法的中国粮食产量影响因素分解

为了明确不同因素对粮食产量变化影响的大小,分析粮食产量波动变化的机理,该文采用对数均值迪氏指数法建立了粮食产量无残差因素分解模型,将中国粮食产量的波动分解为播面单产、种植结构、复种指数和耕地面积变化的贡献。基于1996-2012年数据,对该期间影响中国粮食产量波动的因素进行了分解,结果表明:播面单产和复种指数的变化表现为增长效应,种植结构和耕地面积的变化表现为减量效应,其中播面单产变化促进粮食产量增长8 592.25万t,对粮食产量增长的贡献率为101.03%;复种指数变化促进粮食产量增长6 926.97万t,对粮食产量增长的贡献为率81.45%;种植结构变化导致粮食产量减少3 909.11万t,对粮食产量增长的贡献率为-45.97%;耕地面积变化导致粮食产量减少3 105.61万t,对粮食产量增长的贡献率为-36.52%。各影响因子的作用具有阶段性,1996-2003年种植结构效应对粮食产量波动的影响较大;2004-2007年,播面单产、种植结构、复种指数的贡献相互交替,2004年播面单产的贡献最大,2005年、2007年复种指数的贡献最大,2006年则是种植结构的贡献最大;2008年开始播面单产效应起着主导作用。该研究可为政府有关部门粮食生产发展规划和相关产业政策的制定提供数据参考和理论依据。     

基于GIS与综合指数法的农村集体建设用地质量等级评价

为推进以质量为基础的农村集体建设用地改革和为集体建设用地基准价格评估提供依据,在分析农村集体建设用地的内涵及其与国有建设用地的差异性的基础上,选择农村宅基地改革试点县余江县的4个乡镇为研究对象,借鉴城镇土地分等定级和农用地分等定级等的技术过程与主要方法,同时体现集体建设用地的特点和生态文明建设对土地质量的要求,构建了集体建设用地级别评价的技术思路和指标体系,在确定因素权重、划分评价单元、应用综合指数法计算单元总分后,采用总分频率直方图法和实地验证相结合得出了锦江镇、潢溪镇、马荃镇和洪湖乡等4个乡镇的集体建设用地质量级别,将锦江镇的农村集体建设用地划分为4个级别、潢溪镇和洪湖乡划分为3个级别、马荃镇划分为2个级别,每个乡镇面积占比最大的都是II级土地。建议尽快制定集体建设用地定级与估价的技术规范、加快推进集体建设用地的质量等级评价和基准地价评估。     

基于监测指标复合式控制区的耕地质量监测点布设方法

为探寻耕地质量监测点布设方法,解决现有监测点空间布局不合理、针对性不强,监测精准化程度差和监测成本过高的问题.该文以耕地地力调查与质量评价成果为数据源,在样点数据分析基础上,采用变异系数法、可视离散化法、克里格插值法、叠加法,以及误差理论和抽样理论,确定监测控制区层级、层级划分区间及与之对应的监测点位数量,形成监测指标复合式控制区,布设监测点位.以克山县为例进行技术应用,将11个指标200个监测点位进行2200次测试化验,110 kg土壤样本消耗量、44万元监测费用的方案,优化至7个指标30个监测点位进行81次测试化验,4.05 kg土壤样本消耗量、1.62万元监测费用,增强了耕地质量监测的针对性,降低了监测成本和资源消耗,且研究布设监测点位数据对耕地地力调查与质量评价数据具有较好的代表性.该方法切实可行,具有很好的应用价值,可以通过较少的投入,获取精准、较大的信息量,可为耕地质量监测点位优化提供方法借鉴.     

A reliable method for the selection of axenic seedlings

Summary Sterile seedlings are required for the investigation of interactions between microorganisms and plants. The present study was designed to develop a simple and reliable method for the selection of sterile seedlings by the use of liquid nutrient media, avoiding some of the disadvantages of solid media. The method of germinating surface-sterilized seedlings on solid water agar or nutrient media was compared with our method for sterility control in nutrient broth. Sterile plant selection in liquid media was the most sensitive method for detecting bacterial and fungal contaminants. Sterile plants grow with the same vigour as unsterilized plants and can be used for sterile plant experiments.     

基于潜力指数组合的耕地质量等级监测布点方法

耕地的数量、质量问题关系中国的粮食安全和社会的长治久安,耕地质量等级监测工作是贯彻落实耕地保护政策的一项重要举措。该文依托耕地质量等级监测试点项目,以北京市大兴区为例,对监测样点的布设方法进行了研究。在划分监测控制区的基础上,根据影响耕地质量的主要土壤特征,建立"自然等别-主导因素"理论模型,并用所建模型对控制区进行细分,在此基础上进行监测样点的布设。分析得出,大兴区耕地质量等级监测共划分6个监测控制区,39个自然等提等潜力指数组合类型;通过对39个自然等提等潜力指数的组合,得到8种"自然等别-主导因素"类型,在此基础上布设监测样点58个。研究成果显著提高了监测样点的精度,保证了监测样点的代表性和耕地质量监测信息的完整性。     

Soil quality index for paddy fields based on standard scoring functions and weight allocation method

ABSTRACT

Rice ecosystems are currently impacted by numerous issues resulting in reduced returns from rice production. In order to sustainably increase rice yields, it is important to understand the soil quality of paddy fields. The aim of this study was to determine the quality of soil of the Çar?amba Deltaic Plain in Turkey for rice cultivation. For that purpose, the integrated Soil Quality Index (SQI) model, which is based on standard scoring functions and the weight assignment approach, was used. A total of 14 soil quality parameters, based on the key predictor variables for determining rice yield, were included in the SQI model by grouping them within three indicator classes, namely physical, chemical and nutrient element content. Soil samples were collected from 160 grid points in total in the study area which had been divided into 600 m × 600 m grid squares. Very high-quality soil was not detected in the study area. However, 36.1% of the soil was classified as high quality whereas 23.2% of the total area had low and very low soil quality for rice cultivation. The SQI model provides comprehensive guidance for land allocation for the cultivation of rice and potentially for other crops.     

基于小波变换的华北平原耕地复种指数提取

该文以中国华北平原为研究区域,提出了基于小波变换的耕地复种指数遥感提取方法。首先,利用小波变换对2007年36景SPOT VGT/NDVI（SPOT VEGETATIONVGT数据归一化植被指数）遥感数据进行去噪处理,重建耕地农作物生长NDVI（归一化植被指数）曲线;然后,结合地面样点数据、农时数据和农业统计数据,采用二次差分法提取了华北平原2007年耕地复种指数和空间分布特征。研究结果表明,华北平原5省市耕地复种空间分布存在明显的地域特性,河南省耕地复种指数最大,达到179.4%,山东省次之,北京市最小。该研究结果与统计数据和其他遥感监测比较结果表明,基于小波变换去噪时序遥感数据提取耕地复种指数的技术方法与统计数据和其他遥感监测结果总体上具有较好的一致性,复种指数空间分布变化趋同。     

随机鲁棒区间-生物质电厂选址风险分析模型

优化生物质发电厂厂址对于中国生物质发电行业意义重大。然而,生物质发电厂选址系统中包含多重不确定性和复杂性。忽略这些,将给生物质发电厂带来风险。因此,充分考虑生物质发电厂系统中的多重不确定性,将鲁棒随机规划（robust optimization,RO）与区间规划（interval parameter programming,IPP）融于两阶段规划（two-stage programming,TSP）框架中,建立基于随机鲁棒区间风险分析模型（stochastic robust interval model, SRIM）的生物质发电厂选址模型。该模型可以处理表现为离散区间和随机性的不确定变量。并且对于随机过程产生的风险进行追索,增强生物质发电系统的安全性。通过调节不同风险等级,可以对系统进行风险分析,利于决策者对系统安全性和经济性做出衡量。该文以装机容量为15 MW的生物质发电厂为案例。模型结果显示：该规划区域拟建设生物质发电厂数量为1,优化厂址介于（245,242）km至（250,247）km;各个燃料收储站优化配送方案;以及不同鲁棒等级下的系统风险和系统成本。通过模型得出的结果合理可行,可以为生物质电长选址提供科学的依据及决策支持。     

基于机器视觉的大豆籽粒精选技术

为实现大豆精选模型的设计,选择东农405、东农410、东农634 共3个大豆品种,以正常豆、灰斑豆、霉变豆、虫蚀豆为研究对像,采用可脱离PC机独立工作的智能摄像头获取分析豆粒图像。通过动态阈值分割算法分离豆粒与背景,提取豆粒图像的形状、颜色、纹理3方面的特征参数15个。采用BP神经网络建立分类模型,模型平均识别准确率达98%。试验选择2000粒大豆样本对精选装置进行测试,测试结果显示：该装置对正常豆、灰斑豆、霉变豆和虫蚀豆的筛选精度分别达到98.3%、93.4%、92.2%、95.9%,筛选效率达到每分钟300粒,将机器视觉技术应用于大豆精选机的设计中是可行的。     

基于改进农业生态区划法的耕地综合量能指数模型构建

研究粮食产量与耕地产能间的关系以及区域差异,对于挖掘区域增产潜力,提高耕地资源利用效率,实现区域均衡增产,保障粮食安全战略具有重要意义。该文在农业生态区划法估算土地生产潜力基础上,提出基于耕地质量新内涵的耕地质量修正的耕地产能核算方法。通过探讨耕地综合产能的概念体系,构建了反映粮食产量与耕地产能关系的耕地综合量能指数模型,模型由耕地综合量能指数、耕地质量产能指数和耕地数量产能指数构成。并以曲周县为例,对该模型进行了实证研究,曲周县耕地综合量能指数为0.16,耕地质量产能指数为0.31,耕地数量产能指数为0.99,耕地总体产出效率不高,粮食增产的潜力较大,耕地粮食生产平均开发程度也不高,但数量增加潜力较小。     

IBQS: A synthetic index of soil quality based on soil macro-invertebrate communities

We developed a synthetic index of biological soil quality (IBQS) based on soil macro-invertebrate community patterns to assess soil quality. In 22 sites representing the diversity of agroecosystems encountered in France, invertebrate communities co-varied significantly with a set of 14 parameters describing the physical and chemical properties of soil (co-inertia, p < 0.001; RV = 0.70). Using hierarchical classification, sites could be separated into four homogeneous groups and, using the ‘indicator value’ method, 46 indicator taxa characteristic of one or another of these groups were identified. We then used a formula that takes into account the abundance of indicator species and their respective indicator values to score soils from 1 to 20. IBQS was able to detect the effects of management practices on soil quality. Soil quality varied from 6 to 20 in forests, 7 to 9 in pastures and 2 to 9 in crops respectively. This suggests that well-managed crops and pastures may have better soil quality than some forests. Our results confirm that soil macro-invertebrates provide an integrative measure of soil quality and that the proposed index can be used either in short- or long-term monitoring, provided that it is calibrated and validated with respect to the regional context of the study.     

基于实测高光谱指数与HSI影像指数的土壤含水量监测

为了探索土壤含水量与高光谱植被指数的内在关系,实现土壤含水量的快速且准确监测,以ASD光谱仪测定的研究区植被高光谱数据和环境卫星HSI高光谱影像数据为基础数据计算得到26种光谱植被指数,通过灰度关联分析法(grey relational analysis)对不同深度(0~10,10~30,30~50 cm)土壤含水量与实测光谱指数和影像光谱指数进行分析和筛选,确定了与土壤含水量相关性较高的5个光谱植被指数,采用多元线性回归法(multiple linear regression)分别构建了基于实测数据和影像数据的高光谱植被指数土壤含水量反演模型,并用实测高光谱植被指数模型对HSI影像植被指数模型进行校正。结果表明:2种土壤含水量反演模型对0~10 cm层的土壤含水量均有较高的拟合度,判定系数(R2)均高于0.589,并具有较好的稳定性;实测高光谱植被指数模型精度优于HSI影像植被指数模型,判定系数(R2)分别为0.668和0.589;经过校正的HSI影像土壤含水量反演模型精度有了较大的提高,判定系数(R2)从0.589提升到0.711,均方根误差(RMSE)为0.0014。该研究方法进行土壤含水量监测是可行的,为进一步提高土壤含水量定量遥感监测提供一定参考。     

基于热平衡法检测植物茎流传感器的标定

植物茎杆的茎流量是植物重要的生理信息之一,该文主要是对基于热平衡法的植物茎流传感器进行标定试验的研究,通过标定试验,测试了茎流检测装置的性能。试验结果表明,计算出传感器输出值与茎流量有很高的决定系数R2=0.96～0.97,分辨率为1×10-3 g/min,精度为±3%。因此参照标定试验,可以较准确地获取植株茎流速率,进而可以反映出植物的蒸腾及需水状态信息,并据此可以为植物生长环境的调控、节水灌溉等提供有效的监测工具。