基于水平集的作物病叶图像分割方法

针对具有复杂背景的作物病叶图像中的叶片提取问题,提出了一种基于先验信息的水平集模型。首先,在LBF模型中引入纹理信息——结构张量,构造新的水平集模型;其次,采用水平集方法表示目标叶片形状,并将先验形状信息以能量泛函的表达形式引入到上述新的水平集模型中,得到新的基于先验信息的水平集模型;最后,利用该模型对具有复杂背景的黄瓜病叶图像进行分割。结果表明,该方法能准确地提取具有复杂背景黄瓜病叶图像中的病叶,为后续的病斑提取、识别和诊断奠定前期基础。     

基于空间约束关系的土地利用/覆被遥感分类方法研究

该文提出了基于空间约束关系的遥感分类方法,即利用数字高程模型、土地利用数据库等提供的先验知识,构建地物空间约束关系,实现先验信息和光谱信息的融合,以消除或部分消除单纯使用光谱知识造成的“同物异谱”和“异物同谱”,抑制因空间分辨率提高造成类内噪声较大等现象。试验表明,该方法简单实用,同时也说明了空间知识在遥感分类中的重要性。     

川西黄壤磷和氟在不同处理条件下的竞争吸附特征

本研究利用响应面模型分析不同比例生物质炭、初始p H、初始磷浓度以及初始氟浓度下川西黄壤磷和氟的竞争吸附特征,以为土壤氟固定和土壤施肥技术提供新思路。研究表明:在竞争作用下,不同处理条件对磷的吸附量影响大小顺序为:初始氟浓度>pH>初始磷浓度>生物质炭比例;对氟的吸附量影响大小顺序为:初始氟浓度>初始磷浓度>pH>生物质炭比例。考虑到各因素之间的交互作用,根据响应面模型得出在pH、生物质炭比例、初始磷浓度、初始氟浓度等因素的共同影响下的最优反应条件为:p H 5.0、生物质炭比例2.9%、初始磷浓度144.0 mg/kg、初始氟浓度178.8 mg/kg,在此条件下模型预测的磷、氟的吸附量分别为949.6 mg/kg、1 622.0 mg/kg。     

基于属性特征知识图谱的细粒度葡萄园害虫识别

针对葡萄园害虫识别过程中害虫种类繁多、形态属性复杂、实体间深层次关联关系差等因素导致的识别准确率不够高的问题,该研究提出一种基于属性特征知识图谱的细粒度葡萄害虫识别模型。该模型以视觉编码器作为提取图像高层表征的骨干网络,并结合知识图谱具有在描述害虫实体属性特征和害虫实体间关联方面的优势,将知识图谱所提供的细粒度属性特征和害虫实体关联特征信息用于葡萄园害虫分类研究。该方法在2个数据集上进行了测试：一是GP21数据集,该数据集由公开大规模害虫数据集IP102中21类葡萄园相关害虫类别图像构成;二是GP8数据集,该数据集包含从农业生产基地实地采集并手工标注的8种葡萄园害虫。试验结果表明,该文所提模型性能明显优于普遍通用预训练网络模型,分类准确率在GP21数据集和GP8数据集上分别达到了91.21%和95.03%,相比于仅使用视觉编码器分别增加1.64和1.17个百分点。这证明属性特征知识图谱的引入能够辅助视觉编码器捕获细粒度更高的葡萄园害虫特征信息,有效解决了葡萄园害虫识别中的精度不够高的问题。     

GA3与有机无机肥配施显著促进辣椒生长并改善其果实品质

以有机基质配比茹渣+泥炭土+玉米秆代替土壤,采用随机区组实验设计设置正常施肥、施无机有机复混肥及喷施GA3+无机有机复混肥等7种施肥处理,探讨了日光温室叶面喷施200mg·L^-1GA3与有机无机肥配施对辣椒生长发育、产量及果实品质的影响。结果表明:在不同施肥及其配比条件下,喷施GA3对辣椒生长发育、果实产量和品质产生了显著的影响。在正常施肥条件下,与单独施用有(无)机肥或有机无机肥配施相比较,喷施GA3与有机无机肥配施(处理H:50%(OF+GF)+GA3)辣椒植株生长发育、果实产量和品质的促进效果更为明显。在正常施肥条件下,与不喷施GA3(处理A:正常施肥)相比,喷施GA3与有机无机肥配施对辣椒植株生长发育、产量提高及品质改善的促进作用进一步提高。在有机复合基质栽培下,处理H:50%(OF+GF)+GA3(喷施200mg·L^-1GA3与50%有机肥+50%化肥配施)对辣椒的栽培的效果最好,其株高、单株产量及单位面积产量与处理B(正常施肥+喷施200mg·L^-1的GA3)相比分别增加了40.1%、82.7%和5.01kg·m^-2;与处理G:50%(OF+GF)(50%有机肥+50%化肥配施)相比分别增加了9.6%、24.8%和2.23kg·m^-2。此外,处理H显著改善了辣椒果实的品质,与处理B相比,处理H辣椒果实Vc、可溶性蛋白及还原糖含量分别提高了32.6%、37.8%和65.0%;与处理G相比分别增加了15.4%、11.7%和26.5%。以上结果表明,处理H:叶面喷施GA3(200mg·L^-1)与50%有机肥+50%化肥配施在促进辣椒生长发育并改善其果实品质中起着重要作用,可广泛应用于设施蔬菜类作物的反季节栽培实践中。     

基于知识图谱与案例推理的水稻精准施肥推荐模型

目前水稻种植户的施肥行为存在一定的盲目性,会造成肥料浪费和环境污染等问题,对此该研究提出了一种基于知识图谱和案例推理的水稻精准施肥推荐模型,包括推荐定性的施肥方案和定量的施肥量两个阶段。首先,使用PairRE模型获取图谱中全部实体和关系的低维向量表示,并在此基础上依据待种植的水稻品种进行知识推理以得到定性的施肥方案;然后,结合实体向量检索出k个相似案例,通过k个案例进行组合预测,得出具体施肥量数值。由中国知网获取166个环境指标数值明确、施肥过程记录完整的水稻施肥事件用于模型的验证,结果表明,与测试事件的实际施肥方案相违背的部分仅占比10.76%;对于氮肥施用总量、磷肥施用总量、钾肥施用总量和氮肥基叶肥与穗肥运筹比例的预测精度分别达到了92.85%、82.61%、79.17%和90.92%。该施肥推荐模型能够输出详细的施肥方案和精确的施肥量,算法过程可解释性较强,可为水稻精准施肥推荐系统的设计提供支撑。     

生态平衡施肥模型与肥料效应函数模型关系研究

本文从理论上推导出生态平衡施肥模型及其特征参数模型的一般应用表达式,进而建立了区域生态平衡施肥模型和区域特征参数模型,最后介绍了区域生态平衡施肥模型和地块施肥模型参数的求解方法和预测施肥量方法。研究表明:肥料效应函数模型是生态平衡施肥模型在不考虑土壤有效养分因素情况下的特例;区域生态平衡施肥模型能够满足地块半定量施肥预测的需求。     

区域生态平衡施肥模型建立方法和应用

本文根据生态平衡施肥模型和区域肥料田间试验数据确立了区域生态平衡施肥模型的建立方法 ,从而在现有施肥参数和生态平衡施肥参数之间架起了信息交换的桥梁 ;根据土壤有效养分测定值和地块属性建立了地块施肥模型 ,实现了区域施肥模型与地块施肥模型的转换 ,具有肥料效应函数模型和测土施肥模型双重功能。     

基于遗传神经网络的全国小麦条锈病长期气象预测

为了提高反向传播（BP）神经网络模型预测小麦条锈病发病率的准确性和效率,以上年1月-当年3月组合的120个大气环流特征量为基础,定量分析大气环流特征量与全国小麦条锈病发病率之间的相关性并从中筛选出主要的影响因子;对影响因子进行主成分分析（PCA）,提取累计贡献达到85．46％的前10个主成分作为预测因子;利用逐步回归、BP神经网络及遗传算法（GA）优化的BP神经网络三种模型进行预测,三种模型的预测精度均在80％以上,其中GA—BP神经网络模型的精度最高,达92．6％,而其训练步长仅为标准BP神经网络的1／4左右。通过PCA简化网络结构,同时运用GA优化网络初始权值和阈值,GA—BP神经网络模型可以较好的预测小麦条锈病的发病率。     

基于知识库的施肥决策系统及应用

针对作物推荐施肥系统中知识与数据紧密结合、模块固化的缺点,提出基于知识库思想的施肥决策系统实现方法,通过采用知识库作为区域实体事实数据与程序代码的接口,依托推理机实现施肥知识与系统的有机集成,解决施肥决策系统常面临的可扩展、可自定义等需求.该文对施肥知识库与数据实体的相互关系、施肥知识分类、表达、存储以及应用设计等进行了详细讨论.应用该思想设计开发施肥系统,能够较好地模拟现实中的施肥决策过程,目前在实践中已得到较好的应用.     

温室穴盘苗自动移钵路径优化

为了优化移栽机补栽作业时的移钵路径,该研究基于免疫算法构建了克隆选择算法和免疫遗传算法2种适合求解移钵路径优化问题的模型,并与固定顺序法和遗传算法对比,进行移钵路径规划仿真试验和验证试验。结果表明:克隆选择算法模型和免疫遗传算法模型均能有效优化移钵路径,免疫遗传算法模型的路径规划效率较高,而克隆选择算法模型的路径规划效率较低。验证试验条件下,该研究2种模型的路径规划长度分别为48 977和48 945 mm,相比固定顺序法分别缩短7.59%和7.65%,相比遗传算法模型分别缩短3.60%和3.66%;2种模型的计算时间分别为5.86和2.72s,免疫遗传算法模型的计算时间相对遗传算法减少15.79%。免疫遗传算法模型可作为温室穴盘苗后续机械化批量补栽的路径规划控制基础。     

基于PCA与GA的近红外光谱建模样品选择方法

针对在利用遗传算法进行样品选择(SSGA)时,使用原光谱矩阵运算时间非常长的问题,提出了一种使用丰成分得分矩阵代替原光谱矩阵进行选样的新算法(PCA-SSCA).讨论了PCA-SSGA算法的主成分分解,染色体编码与解码,目标函数与适应度函数确定,选择算子、交叉算子、变异算子等.在Visual C 环境中开发了PCA-SSGA软件系统.通过对131份小麦籽粒样品针对其干基蛋白含量进行PCA-SSGA运算,经过39200代进化,最终找出最佳样品组合:样品数日由131减少为70,通过偏最小二乘留一法交叉验证(PLS-LOO-CV),决定系数(R2)由0.9477增加为0.9841,交叉验证预测均方差(RMSPCV)由0.3938减少为0.1934.从运算时间上看,PCA-SSGA进化一代时间是SSGA的1/2193,整个样品优选过程时间大大缩短,效率得以显著提高.试验结果表明:PCA-SSGA可以方便灵活地调整遗传算法的参数、自动地选择样品,这对优化农产品近红外光谱模型、进一步提高预测精度提供了很好的技术支持.     

基于遗传算法(GA)解甘蔗收割顺序最优化问题的研究

本研究以已建立的栽培方法、收割时期预测甘蔗单产和含糖量的数学模型为基础,提出将寻求最佳收割顺序、收割期归结为最优化组合问题,并探讨了遗传算法(GA)的解题适用性,同时进行了几种基本设定的栽培方法推移、栽培方法构成项量、行列式特性的定性分析,为求最佳的甘蔗收割顺序、收割期、不同栽培方法的面积等提供解析方法.为不使栽培方法的构成比例发生变化,与通常GA算法采用交叉在不同个体问互相交替进行不同,开发了适用本研究的GA的自己交叉具体解析法.将收割第1年期作为过渡状态,第2年期为安定状态,将两期目的函数的合并作为一个适应度进行评价.     

基于GA的果树仿形喷雾神经网络混合模型研究

基于BP神经网络研究果树施药仿形喷雾参数之间的关系发现,BP神经网络无法避免不稳定性和局部极小的局限性,为此,该文利用遗传算法优化BP神经网络的权系数,构建遗传算法和BP的果树仿形喷雾神经网络混合模型。研究结果表明：混合模型的计算精度比BP模型要高,其平均相对误差由0.05减为0.019,均方误差由0.005减为0.002。在预测应用中,不仅绝对误差减少,而且合格率从原来的60%提高到80%,较好地解决了单纯神经网络模型的不稳定性,避免局部极小的缺点。     

基于改进GEP的农网短期负荷预测

针对传统基因表达式程序设计（GEP）算法初始种群的产生是随机的,变异率不能在进化的过程中做适应性的调整,对基因的好坏没有标识,在解决相类似的问题时不能利用以往的运行结果的缺点进行了改进,提出了过度繁殖、环境因子选择,自适应变异率,信息素标识基因的好坏,借鉴以往程序运行得到的数学模型的方法,并将改进后的基因表达式程序设计（IGEP）算法应用于农村配电网短期负荷预测中。预测过程是先对负荷样本进行数据预处理,消除伪数据,然后运用改进后的基因表达式程序设计的灵活表达能力,把不同日同一时刻的负荷序列作为样本,分别对平日(周一到周五)和周末的未来时刻的负荷进行分时短期预测。算例表明改进后的基因表达式程序设计算法具有较高的效率,比遗传程序设计（GP）和基因表达式程序设计（GEP）算法具有更好的预测效果。     

Optimized spatial sampling of soil for estimation of the variogram by maximum likelihood

Recent studies have attempted to optimize the configuration of sample sites for estimation of the variogram by the usual method-of-moments. This paper shows that objective functions can readily be defined for estimation by the method of maximum likelihood. In both cases an objective function can only be defined for a specified variogram so some prior knowledge about the spatial variation of the property of interest is necessary.This paper describes the principles of the method, using Spatial Simulated Annealing for optimization, and applies optimized sample designs to simulated data. For practical applications it seems that the most fruitful way of using the technique is for supplementing simple systematic designs that provide an initial estimate of the variogram.     

海伦市耕层土壤有机质含量空间预测方法研究

有机质含量是表征土壤肥力质量的重要属性,其空间分布模式对于施肥等耕作管理措施的推荐具有重要的指导意义。本文以我国黑土区黑龙江省海伦市为研究区域,在土壤采样点数量较有限的情况下,分别采用普通克里格、反距离权重、遥感反演和基于土壤学专业知识四种方法对耕层土壤有机质含量进行了空间预测。结果表明:四种方法表征的海伦耕地土壤有机质含量空间分布特征具有相似性,即由东北向西南方向递减。空间预测精度从高到低依次为反距离权重、普通克里格、基于土壤学专业知识和遥感反演法;而在有机质的局部变异细节表达方面,从高到低为遥感反演、基于土壤学专业知识、反距离权重和普通克里格法。四种方法中仅遥感反演法预测结果的极差范围较宽,普通克里格法则存在明显的平滑效应,而综合比较结果则表明,最合适的方法是基于土壤学专业知识的方法。     

三元肥料效应模型的整合与优化建模策略

针对当前作物肥效模型建模成功率普遍偏低的问题,探讨了提高建模成功率的优化建模策略.在分析整合三元非结构肥效模型非线性最小二乘(NLS)和三元二次多项式肥效模型普通最小二乘(OLS)、主成分回归(PCR)和可行广义最小二乘回归(FGLS)四种建模法的适用性基础上,根据水稻和露地蔬菜的1122个氮磷钾田间肥效试验结果,探讨...     

潜土逆转旋耕刀数学模型及参数优化

该文对潜土逆转旋耕机刀片的切削过程进行了受力分析,建立了同时含有两种设计参数(刀片的几何参数和旋耕机的基本速度参数)的功耗模型。并以功耗最小为目标,运用遗传算法对所建模型的参数进行了优化,确定了最佳参数组合。优化结果与实验数据相吻合