基于实码的加速遗传算法在水文地质参数反演中的应用

采用遗传算法的一种改进算法基于实码的加速遗传算法(RAGA)对一地区的水文地质参数(渗透系数K,潜水给水度μ)进行了反演计算,并建立了与数值方法耦合的数学模型。同时与基于实码遗传算法(RGA)、人工调参法在水文地质参数反演中的应用进行了对比。研究表明:与其它2种方法相比,基于实码的加速遗传算法在水文地质参数的反演中具有全局优化,加快收敛的优点。     

基于模型迁移的苹果光学特征参数反演

针对现有水果组织光学特征参数反演方法耗时费力、普适性较差的问题,提出了一种基于模型迁移的光学特征参数反演方法。以苹果为例,构造仿真双层生物组织模型;基于蒙特卡洛(Monte Carlo)原理进行光子传输模拟,生成150万光亮度分布图,将光亮度分布图作为数据集输入构造好的8层卷积神经网络(CNN)上进行训练,得到预训练模型;再将训练好的模型迁移到实际测得的含有4000幅苹果高光谱点光源图像的数据集上进行微调,从而完成对光学参数的反演。将本文方法与其他几种算法的反演结果进行分析比较,结果表明,在实测数据集较小的情况下,该方法对苹果光学特征参数的反演结果为果皮吸收系数87.26%、果肉吸收系数90.53%、果皮散射系数86.66%、果肉散射系数87.57%,反演准确率高于其他算法,预训练模型基于大量仿真模型的光亮度分布图经由训练而得到,具有良好的普适性。本研究为解决水果光学特征参数反演中建模数据量不足问题提供了方法参考。     

根据水文地质条件探索电法找水

电法找水的基本原理是依据各种不同地质岩性的电性差异，研究不同的地质结构，找出含水层。具体对地层为石灰岩和白云岩的电法找水进行了详细分析，验证了地质结构和电性解释的吻合性。     

基于手机图像反演的滴灌玉米光响应曲线特征参数研究

为研究利用手机图像预测玉米光响应曲线特征参数的可行性,通过自主设计的便携式图像采集装置,获取不同施氮量下滴灌玉米大喇叭口期冠层图像,提取其冠层图像特征参数,计算玉米光响应特征参数表观量子效率(α)、最大净光合速率(P_(nmax))、光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(R_d),找出与光响应特征参数相关性高的归一化冠层覆盖系数(C_C)作为自变量,建立C_C与玉米光响应曲线特征参数间动态模型,并根据模型评价指标R~2、RMSE和nRMSE筛选出各参数的最优模型。结果表明,C_C与α的最优模型为有理函数模型,与P_(nmax)最优模型为幂函数模型,与LCP最优模型为指数函数模型,与R_d以二次多项式模型为最优;各反演模型的R~2均不小于0. 876,RMSE介于0. 002～3. 673μmol/(m~2·s)之间,nRMSE不超过9. 071%,且各模型验证集的R~2均不小于0. 833,RMSE均不大于5. 989μmol/(m~2·s),nRMSE不超过9. 659%。将数字图像特征参数与作物光响应曲线特征参数有机结合,可为玉米光响应曲线特征参数的快速获取提供一定的理论依据。     

基于群智能优化算法的土壤水动力参数反演

土壤水动力参数是模拟田间土壤物质传输过程的基本参数,准确确定土壤水动力参数对实现农田生境精准调控具有重要意义。基于一维垂直入渗试验数据,采用代数方法和数值方法,构造3个不同的目标函数,并分析鲸鱼优化算法和灰狼优化算法反演Brooks-Corey-Mualem模型参数的适用性。结果表明：通过选择合适的目标函数,两种群智能优化算法均可用于反演土壤水动力参数。在代数方法中,鲸鱼优化算法在目标函数2下(由累积入渗量、入渗时间、含水率构成的相对误差)固定参数θ_r、θ_s优化得到的土壤水动力参数误差最小,反演参数得到的累积入渗量、入渗率、含水率的相对误差都在9.74%以下,决定系数都在0.904 0以上,反演时间为70 s;在数值方法中,灰狼优化算法在目标函数3下(由累积入渗量、湿润锋深度、含水率构成的相对误差)固定参数θ_r、θ_s优化得到的参数误差最小,反演参数得到的累积入渗量、入渗率、含水率的相对误差都在2.53%以下,决定系数都在0.991 7以上,反演时间为115 s。因此,代数方法所用时间短、精度相对较低...     

结合影像纹理、光谱与地形特征的森林结构参数反演

以黑龙江省SPOT5遥感影像和森林资源清查数据为数据源,获得对应样地的影像纹理特征、光谱波段值、光谱组合值以及地形信息,提取样地调查数据的林分信息,采用多元逐步回归分析,建立以SPOT5遥感影像纹理、光谱和地形特征为自变量,多个森林结构参数(林分平均直径、断面积、蓄积量和树种多样性指数)为因变量的估测模型,筛选最优纹理特征生成窗口及最优森林结构参数反演模型。结果表明,SPOT5影像的纹理光谱特征与森林结构参数具有较强的相关性,9×9窗口为最优纹理特征生成窗口;在引入地形因子后模型精度有了较大提高,树种多样性指数估测模型R2adj都在0.72以上,蓄积量模型估测精度最优(R2adj为0.864、RMSE为21.260 m~3/hm~2)。研究表明利用高分辨率遥感影像纹理、光谱和地形特征进行多个森林结构参数估测具有很好的应用效果。     

基于响应面法的板料成形工作模面几何参数优化

阐述了以响应面法建立板料成形参数与有限元模拟结果的代理模型的基本原理;介绍了板料成形中的设计变量、目标函数、约束条件,多目标优化的处理方法;基于响应面法.以汽车后桥悬架内板零件为研究对象,成形后最小板料厚度为优化目标,成形极限图为约束条件,建立了模面几何参数优化模型;对模面几何参数进行优化并获得最优参数组合;以最优几何参数组合进行了实际的冲压试验,验证了优化结果.     

基于动态K阈值的苹果叶片点云聚类与生长参数提取

根据冠层点云的分布特征,提出一种基于动态K阈值的叶片点云聚类及生长参数提取方法。首先,采用地面三维激光扫描仪获取多站点云数据并完成配准、去噪和抽稀等预处理;然后,随机截取整株点云中的一枝作为研究对象,融合局部凹凸性算法(LCCP)并改进K-means算法,提出基于动态K阈值的叶片点云聚类方法;最后,采用主成分分析方法(PCA)计算叶片点云法平面方向向量,并根据叶片边界点与中心点的位置关系,计算叶宽、叶长等生长参数。试验结果表明,与传统的点云聚类方法相比,本文方法能够在不损失枝干点云的前提下,精确地分割单叶片,保证了聚类结果的完整性和彻底性;与传统的降维方法相比,本文基于真实三维空间信息提取叶片生长参数能够较大程度提高提取准确性,为进一步评价果树冠层光照分布及果园智能化管理提供技术支持。     

基于多基线PolInSAR基线选择的森林高度反演方法

为了解决单基线PolInSAR在更宽的森林高度范围内反演森林高度误差大的问题,提出了多基线PolInSAR的基线选择方法。使用JPL/NASA于2016年2 月27日在加蓬森林区域获得UAVSAR L波段5个轨道的多基线全极化PolInSAR数据反演森林高度,基于相干分离最大算法(Maximum coherence difference,MCD)使复相干达到最大分离,改进PROD方法与ECC方法,并对这两种方法进行对比分析,同时使用NASA于2016年3月4日获取的激光雷达数据LVIS RH100验证反演的森林高度。通过绘制两种基线选择方法对应的kz、冠层复相干幅度与LVIS RH100的密度图来评估ECC方法和PROD方法选择基线的差异,并结合获得的森林高度图、误差图、密度图,分析对比两种基线选择方法的优劣。反演的森林高度出现低估高大森林（误差为负值）、高估低矮森林（误差为正值）的现象,同时低矮与高大森林区域的误差较大,且ECC方法的低估或高估的程度比PROD方法大,精度低于PROD方法。ECC方法将相干区域的线性程度作为判断标准,PROD方法综合考虑了复相干的相干分离程度(相干直线的拟合效果)与复相干幅度,在一定程度上缓解了ECC方法低估高大森林与高估低矮森林的问题,反演的森林高度优于ECC方法,精度比ECC方法提高了9.63%。PROD方法更适用于反演低矮与高大森林,ECC方法更适用于反演中等高度的森林。     

基于三维点云的叶面积估算方法

为实现低成本无损精确测定叶片面积,基于运动恢复结构算法获取点云,提出了一种融合叶片点云分割、表面重建及叶片面积无损估测等过程的植物叶片面积提取方法。首先,基于运动结构恢复算法,以智能手机获取的可见光图像重建植物的三维点云;其次,为了还原叶片表面形状,基于HSV颜色空间,使用阈值分割法去除叶片点云的噪点;使用K-means聚类算法对点云的三维坐标矩阵进行分类,实现单片叶片点云的分割;基于滚球算法重建叶片的表面网格模型;最后,通过计算网格面积求得叶片面积。与常规叶面积测定方法进行了对比,本文方法的计算结果与扫描叶片法测定值相比平均误差为1.21cm2,误差占叶片面积的平均百分比为4.67%;与叶形纸称量法测定值相比平均误差为1.41cm2,误差占叶片面积的平均百分比为6.05%。结果表明,本文方法成本低、精确度高,可满足植物叶片面积无损精确测定的需求。     

基于自适应半径滤波的农业导航激光点云去噪方法研究

针对点云数据去噪操作易损失点云细节信息问题,提出了动态半径滤波器,该方法可在保留场景细节信息的同时获得良好去噪效果。此外,提出基于深度卷积神经网络的种植模式判定器,该方法可实时识别当前种植模式,并读取相应的去噪参数。在苹果种植园、白杨树林和旱柳树林完成去噪试验,试验结果表明,本文方法能去除多尺度点云噪声,有效抑制稀疏离群点、目标周围的逸出值和密集噪声,单帧点云(6400点)去噪平均耗时为43.2ms。经自适应半径滤波去噪后,密度聚类的平均精确率为94.3%,平均召回率为78.9%,与原始数据相比,分别提升了40.4%、33.9%。自适应半径滤波具有较高的实时性、通用性和鲁棒性,能较明显地提升聚类效果,为点云后续处理奠定良好基础。