基于光流与熵统计法的花卉生长视频关键帧提取算法

花卉生长过程原始视频数据量大,冗余信息多。为了获得便于研究人员使用的压缩比高、数据量小、包含丰富生长细节信息、流畅自然、花卉生长过程视频,引入了关键帧提取方法对原始视频进行处理。根据花卉生长过程的特点,选择运动检测相关算法进行测试。对传统的帧间差分法进行了仿真分析,并提出了一种新的基于光流法及运动方向信息熵统计的关键帧提取方法。试验证明,该方法明显优于帧间差分法,在提取相同数量关键帧的情况下,能够更完整的表现花卉运动细节。该研究可为花卉生长过程的动态监测提供参考。     

浅谈开发建设项目水土保持监测的实施过程

开发建设项目水土保持监测是一种过程监测,是水土保持的一项基础性工作,需要建设、施工和监理单位等参建方的大力配合。对水土保持法等法律法规确定的开发建设项目开展水土保持监测的形式和具体程序等作了简单介绍,探讨了开发建设项目水土保持监测的主要工作程序,针对施工准备期、施工期、自然恢复期分别论述了水土保持监测的具体内容和做法。     

基于无线传感器网络的水产养殖水质监测系统开发与试验

为解决目前水产养殖水质自动监测系统存在布线困难、灵活性差和成本高等问题,该文构建了基于无线传感器网络的水产养殖水质监测系统。该系统的传感器节点负责水质数据采集功能,并通过无线传感器网络将数据发送给汇聚节点,汇聚节点通过RS232串口将数据传送给监测中心。传感器节点的处理器模块采用MSP430F149单片机,无线通信模块由nRF905射频芯片及其外围电路组成,传感器模块以PHG-96FS型pH复合电极和DOG-96DS型溶解氧电极为感知元件,电源模块以LT1129-3.3、LT1129-5和Max660组成的电路提供3.3和±5V。设计了传感器输出信号的调理电路,将测量电极输出的微弱信号放大,满足A/D转换的要求。节点软件以IAR Embedded Workbench为开发环境,采用单片机C语言开发,实现节点数据采集与处理、无线传输和串口通信等功能。监测中心软件采用VB6.0开发,为用户提供形象直观的实时数据监测平台。对系统的性能进行了测试,网络平均丢包率为0.77%,pH值、温度和溶解氧的平均相对误差分别为1.40%、0.27%和1.69%,满足水产养殖水质监测的应用要求,并可对大范围水域实现水质环境参数的实时监测。     

基于3S技术联合的农田墒情远程监测系统开发

农田墒情信息是现代农业实施精准施肥、精确灌溉的重要科学依据。为了实现快速准确地采集墒情信息,研究开发了基于3S（GPS/GIS/GPRS）技术联合的农田墒情远程监测系统。该系统主要由农田信息监测网络节点和远程服务器组成,在小范围内由传感器节点基于ZigBee通讯协议组成无线传感器网络,在大尺度上通过网关节点集成GPS网络,利用GSM/GPRS网络实现与Internet的信息交互,完成了墒情数据的自动采集、无线传输和准确定位。设计了太阳能自供电的长寿命无线传感器节点和网关节点,开发了服务器端农田墒情信息管理系统软件,实现了Web方式下的参数远程设置和信息实时监测。该系统的设计开发为农田墒情信息监测和分析决策提供了有效的工具。     

基于无线传感网络的耕种机具空间力监测系统开发与试验

针对实时监测耕种机具作业中所受空间力大小,该文提出了一种能够在现场和远程实时监测耕种机具受力情况并带有提示报警的监测系统。该系统采用基于Zigbee的WSN（wireless sensor network）完成数据的采集和近程传输,采用嵌入式处理器ARM11作为现场监测终端的中央处理单元CPU,并搭建WinCE6.0操作系统,完成数据交换、处理和监测报警等功能。通过安装在耕种机具上的测力传感器,实现对耕种机具受力情况的实时检测。经土槽试验测试,系统实现了耕种机具空间力的实时监测以及监测数据的存储,人机界面交互性良好,可为耕种机具的研究设计提供技术支持。     

基于三维激光扫描技术的粮食储量监测系统的设计与试验

为实现仓储粮储量在线实时监测,该研究开发了一种基于三维激光扫描技术的粮食储量在线监测系统。采用自主研制的倒置式粮仓专用型三维激光扫描仪对储粮进行扫描,通过上位机通讯、采集点云数据并控制扫描仪的工作过程,应用粮食体积计算软件实时计算储粮体积和数量,从而解决了仓储粮储量快速高精度监测的问题。使用该系统在中储粮某直属库进行系统验证试验,结果表明,测量得到的粮食体积满足最大误差不超过1%的技术指标,且经过多次试验检验,系统具有较好的稳定性、测量精度高、操作简便等优点,能够满足仓储粮储量监测的要求。该研究为实现仓储粮储量的快速实时在线监测提供了有效的方法。     

基于电阻率层析成像技术的农田土壤优先流原位动态监测

针对现有观测技术无法原位监测和判别农田土壤优先流类型、发育位置和演化过程的问题,该研究采用电阻率层析成像技术对野外大尺度条件下的NaCl溶液入渗过程进行原位监测,根据不同时刻监测的剖面视电阻率分布对试验区域的土壤结构分布特征进行分析,对优先流通道发育位置、优先流类型和演化过程进行识别,同时对电阻率层析成像技术识别优先流的精度进行研究。结果表明,试验区域的土壤结构性质不均匀,水平方向5.0～10.0 m范围内的土壤较水平方向0～5.0 m范围内的土壤更为密实;入渗过程中在试验区域土壤疏松区水平方向4.0～5.0 m区间中有非均质指流形成;该指流通道在灌入NaCl溶液9～14 min完全形成,在灌入NaCl溶液60 min时完全退化成基质流;幂函数模型可用来建立剖面视电阻率与Cl-浓度之间的关系。研究成果对农田土壤优先流发育位置与演化过程的原位监测与识别以及防治因水和溶质优势入渗而引起的资源浪费、环境污染和工程地质灾害等具有参考价值。     

基于遥感的广西甘蔗种植面积提取及长势监测

广西是我国最大的甘蔗种植和蔗糖产业基地,但长期受自然灾害影响甘蔗单产产量不高,及时获取其多年种植面积与长势的时空动态信息,可为区域甘蔗种植优化、灾害风险管理及蔗糖产业结构调整等提供重要科学支撑。首先,基于LANDSAT8OLI遥感影像的6-5-2优化波段组合,引入NDVI、DEM等辅助识别特征变量,采用随机森林分类法进行多时相连续解译,并借助Google Earth高清遥感影像比对修正,获得了高精度的2014—2018年广西甘蔗种植面积分布;其次,基于MODIS-NDVI数据,构建长势差值监测模型,实现了近5年广西甘蔗茎伸期长势动态监测。结果表明:1)本文解译方法效果良好,广西甘蔗种植面积的总体分类精度高于92%, Kappa系数均大于0.8,面积相对误差5年均值为-10.7%。2) 2014—2018年,广西甘蔗种植面积呈"前期急减,后期缓增"的变化趋势;主要种植区以崇左、南宁及来宾市为主,全区种植面积呈局部成片集聚、总体破碎分散的分布格局,并与研究区地形地貌、土壤类型、河流水系分布等下垫面环境要素密切相关。3)NDVI差值模型能清晰反映广西甘蔗茎伸期长势的年际和年内的时空变化特征,各年度内的甘蔗长势在好、正常、差等状态间交替转变频繁。上述成果可为揭示广西甘蔗对区域气候变化、旱涝交替及下垫面水土墒情动态的响应机制,开展区域甘蔗种植结构优化及其资源利用效率评估等奠定科学基础。     

基于达芬奇技术的收割机视觉导航图像处理算法试验系统

为缩短收割机视觉导航系统研发周期、降低确定图像处理算法的试验成本,该文阐述了达芬奇技术软件框架,分析了H.264视频编解码算法工作原理,研制了基于达芬奇技术的收割机视觉导航图像处理算法试验系统。该系统以双核数字视频处理器DM6446为核心,在达芬奇平台上实现了田间试验视频图像编码采集和室内视频图像解码与处理的功能模块。经试验验证,编码后的视频压缩率可达47～103倍,解码后视频帧率30帧/s,系统实时性高、工作稳定可靠,同时可进行多种图像处理算法试验。该试验系统对于收割机视觉导航图像处理算法研究提供了有效的分析手段。     

基于组建式GIS技术的开发建设项目水土保持监测信息系统设计

在分析监督监测信息系统的系统目标、功能和应用特点基础上,提出基于组建式GIS和Internet/Intranet的系统实现方案,对系统开发和集成过程中的若干关键问题进行了进一步探讨。     

基于WiFi的无人机视频传输系统设计与试验

针对目前传统无人机视频传输系统抗干扰能力差、无法多用户监测的缺点,设计了一种基于Wi Fi的无人机网络实时视频监控系统。系统采用Tiny210嵌入式开发板为核心,通过架设在无人机上的网络监控摄像头和无线网关实现视频采集与传输;嵌入式系统采用Linux操作系统,采用Mjpg-Streamer视频传输方案;S5P210对网络摄像头获得的视频数据依据Mjpg-Streamer方案进行数据格式转换和压缩,通过无线网关上传到网络服务器,监控端计算机组通过监听相应的网络端口实现视频监控。测试结果表明,视频设定分辨率为76 800,当理论帧率在10至25 fps之间递增,视频传输的实际帧率随理论帧率变化接近线性增加,最大实际帧率达到3.27 fps,同时系统占用带宽在每秒1到2 M之间递增,当理论帧率大于25 fps,实际帧率保持最大传输帧率不变,而此过程系统占用带宽在理论帧率25至40 fps之间缓慢递增,大于40 fps后带宽开始下降。设置分辨率大于307 200,摄像头接近其工作极限,视频实际传输帧率维持稳定,与用户设定帧率无关,系统占用带宽平缓保持在每秒2到3 M之间,上位机画面清晰流畅,满足大数据传输下的视频传输要求。该研究为无人机实时性传输、减小运行功耗的深入研究提供了参考。     

种鹅舍环境智能监控系统的研制和试验

针对种鹅反季节繁殖生产中硬件设备功能低下、难以实施舍内环境操作的适时精细调控、难以获取记录舍内环境数据进行问题溯源等问题,提出一种专门应用于种鹅反季节繁殖生产舍的环境智能监控系统。该系统通过BP神经网络建立温湿度智能调控模型,取代人工手动操作以满足舍内环境要求。通过GPRS模块无线传输舍内环境参数,并利用其GSM功能通过移动终端远程控制风机、照明、水泵等设备。以EXT、Hibernate和Spring为基本框架技术,构建了轻量级、强壮的多级缓存的J2EE企业级Web应用程序,实现鹅舍环境参数的远程监控,并与现有商用人工控制器进行了现场试验和性能对比。试验结果表明:该智能监控系统长期运行稳定、可靠,能够满足鹅反季节繁殖对光照和温湿度的环境调控要求。与人工粗略控制、上海梵龙的畜禽控制器相比,控制精度分别提高5.49%和2.83%。在夏季风机湿帘负压通风降温时测定的舍内温度相对于设定值的均方根误差分别为0.202、0.494、0.372℃,相对湿度相对于设定值的均方根误差分别为1.745%、3.166%、2.621%,控制效果显著优于人工粗略控制和现有控制器(P0.05)。在精准的光照调控下,种鹅均能按预期的时间开产,并在高峰期长期维持产蛋率35%~45%,表现出稳定、良好的产蛋性能。     

基于线结构光源和机器视觉的高精度谷物测产系统研制

针对精准农业中谷物产量信息的高精度获取需求,设计了基于计算机视觉的谷物测产系统,由工业相机、线结构光发生器、电感式接近开关和工控机等组成。提出了基于线结构光的谷堆厚度测量方法,根据所建立的谷物几何模型计算出谷堆的体积,并采用电感式接近开关克服了传统光电式谷物测产系统存在的误触发问题。同时,研究了不同转速下结构光测量误差,建立了基于转速的线结构光测量修正模型,使得测量误差从1.1%减小为0.33%。在室内台架上进行了测产试验,试验结果表明,未使用线结构光修正模型的最大测产误差为12.73%,在使用了线结构光测量修正模型之后,相对测产误差在4.27%以内,该研究可为谷物测产研究提供理论依据。     

基于ARM和GPRS的远程土壤墒情监测预报系统

为提高农业灌溉用水利用率、实现节水灌溉,设计了基于GPRS的无线土壤墒情监测预报系统。提出了一种土壤墒情监测预报模型,开发了以ARM9系列S3C2410处理器、GPRS模块和CS8900a网卡等组成数据采集系统,实现了对土壤墒情信息的自动采集、存储和墒情信息的无线网络传输,并可以根据墒情信息实施定时、定量的灌溉控制。该系统已投入国家农业示范基地使用15个月的时间,试验表明,该系统对土壤墒情的预报值与实际测试数据误差为3.39%,实现了对土壤墒情的有效监测和准确预报。     

基于改进暗通道先验算法的农田视频实时去雾清晰化系统

为解决雨雾天气条件下基本农田视频监控图像的退化问题,在暗通道先验(dark channel prior,DCP)去雾算法的基础上,利用拉普拉斯金字塔的区域细节重建方法,实现了大面积亮域场景下自适应去雾的改进暗通道先验算法(modified dark channel prior,MDCP),进而基于该算法提出了一种DSP嵌入式系统的前端化视频图像去雾清晰化处理方案。试验表明:MDCP算法相较于DCP算法和Retinex算法在细节强度、色调还原以及结构信息方面均表现得更为突出,综合评测指标可达0.93;处理后的视频图像对比度良好,彩色图像颜色的饱和度和真实性有效保持,轮廓对比度以及远端天空细节明显增强;MDCP算法的处理速度优势随图像尺寸增大而逐渐增大,在图像尺寸为1 280×720时,MDCP算法比DCP算法的平均处理速度提高5.9%。研究结果为雨雾天气下退化视频图像进行前端化去雾处理方案设计提供理论依据和实践指导。     

基于低功耗广域网的海岛水产养殖环境监测系统研制

针对海岛环境中水产养殖区域分散、工作环境恶劣、人工巡检不便等问题,设计了基于低功耗广域物联网的海岛养殖环境监测系统。系统包括集成Arduino和传感器的终端采集节点,通过LoRa技术实现数据汇总和远距离传输的汇聚网关,利用Python与PostgreSQL开发用于数据接收、存储、处理、访问和控制的后台监测系统。通过对网络拓扑复杂度、能耗等方面的评估,表明在海岛环境下部署水产养殖环境监测系统,相比传统Zigbee多跳无线传感网,采用LoRaWAN,其单跳节点覆盖范围更大,而网络复杂度、能耗等更优。测试表明该系统能以较低功耗实现整片区域内远距离数据采集,有效传输养殖区水体环境数据。网络生存期与传输可靠性测试表明,当传感器节点采用3.7 V/4 200 mAh锂电池,上传周期为30 min时,监测网络的有效生存期理论上可达2.4 a;在800 m通信范围内,发射功率为20 mW时,节点丢包率小于3.6%,具有较高的通信可靠性。该研究可为水产养殖生产和物联网应用研究提供有效参考。     

基于EMD多尺度特征熵的水轮机尾水管涡带信息提取

水电机组故障诊断的关键是从状态信号中提取故障特征,因此采用经验模态分解和指标能量相结合的方法,进行水轮机尾水管动态特征信息提取。首先,对信号进行经验模态分解,然后,根据得到的本征模式分量函数计算指标能量,最后,建立基于指标能量的多尺度特征熵,并以此熵值作为故障模式识别的特征向量。以原型水轮机尾水管压力脉动信号为例,进行了应用检验。结果表明,该方法准确性高,并具有良好的水轮机特征向量提取能力,适合分析复杂而特殊的水轮机动态特征信息。     

小麦播种实时监控系统设计与试验

为实现小麦播种作业性能实时监控,设计了一种基于CAN总线的小麦精密播种机播种实时监控系统,阐述了系统总体结构,设计了系统硬件和软件,并进行了田间试验。该系统包括传感器信号采集单元、播种监测模块、CAN 模块和播种监测终端,能够实时监测种管状态、机具前进速度和排种轴转速。采用光电传感器和霍尔传感器分别检测排种管落种状态和地轮转速并输出电压或脉冲信号,播种监测模块根据传感器输出的信号,判断排种管播种状态（正常、堵塞和空管）,计算出地轮转速和排种轴转速,并计算出机具前进速度,以上信息通过CAN总线传输给播种监测终端并实时显示。试验结果表明,该系统故障状态监测准确率为>98%,堵塞响应时间<0.2 s,空管报警响应时间<0.5 s。系统工作稳定可靠,抗尘、抗震能力强,能够有效监测小麦播种作业性能。该研究成果能满足小麦播种性能实时监测要求,有助于提高小麦播种作业质量。