基于语义分割的非结构化田间道路场景识别

环境信息感知是智能农业装备系统自主导航作业的关键技术之一。农业田间道路复杂多变,快速准确地识别可通行区域,辨析障碍物类别,可为农业装备系统高效安全地进行路径规划和决策控制提供依据。该研究以非结构化农业田间道路场景为研究对象,根据环境对象动、静态属性进行类别划分,提出一种基于通道注意力结合多尺度特征融合的轻量化语义分割模型。首先采用Mobilenet V2轻量卷积神经网络提取图像特征,将混合扩张卷积融入特征提取网络最后2个阶段,在保证特征图分辨率的基础上增加感受野并保持信息的连续性与完整性;然后引入通道注意力模块对特征提取网络各阶段特征通道依据重要程度重新标定;最后通过空间金字塔池化模块将多尺度池化特征进行融合,获取更加有效的全局场景上下文信息,增强对复杂道路场景识别的准确性。语义分割试验表明,不同道路环境下本文模型可以对场景对象进行有效识别解析,像素准确率和平均像素准确率分别为94.85%、90.38%,具有准确率高、鲁棒性强的特点。基于相同测试集将本文模型与FCN-8S、SegNet、DeeplabV3+、BiseNet模型进行对比试验,本文模型的平均区域重合度为85.51%,检测速度达到8.19帧/s,参数数量为,相比于其他模型具有准确性高、推理速度快、参数量小等优点,能够较好地实现精度与速度的均衡。研究成果可为智能农业装备在非结构化道路环境下安全可靠运行提供技术参考。     

基于中值点Hough变换玉米行检测的导航线提取方法

为解决机器视觉对早期玉米苗带在多环境变量下导航线提取耗时长、准确率低的问题,该研究提出了一种基于中值点Hough变换作物行检测的导航线提取算法。首先,改进了传统的2G-R-B算法,再结合中值滤波、最大类间方差法和形态学操作实现土壤背景与玉米苗带的分割。其次,通过均值法提取玉米苗带特征点,然后采用中值点Hough变换拟合垄间两侧玉米苗列线,最后将检测出的双侧玉米苗列线为导航基准线,利用夹角正切公式提取导航线。试验结果表明：改进的灰度化算法能够正确分割玉米苗带与土壤,处理一幅640×480像素彩色图像平均耗时小于160 ms,基于中值点Hough变换检测玉米苗列再提取导航线的最大误差为0.53°,相比于传统Hough变换时间上平均快62.9 ms,比最小二乘法平均精确度提高了7.12°,在农田早期玉米苗带多环境变量影响因素下导航线提取准确率均达92%以上,具有较强的可靠性和准确性。     

不同恢复方式下退化岩溶山区土壤微生物特性

为了探讨恢复方式对退化岩溶山区土壤生化特性的影响,对贵州南部岩溶山区退化地、不同恢复方式和对照原始林下土壤养分、微生物活性及群落结构进行了比较研究。结果表明:与退化地相比,不同恢复方式下土壤养分和微生物特性指标都有不同程度的提高;相对于对照原始林,不同恢复方式下大部分土壤养分和微生物功能活性指标的恢复程度分别为40%~75%和27%~60%,暗示着退化岩溶山区土壤微生物功能活性恢复滞后于土壤养分恢复;除土壤有效磷和蔗糖酶活性外,人工恢复方式(花椒和人还)的大部分土壤养分含量和土壤微生物活性恢复程度分别为对照的34%~47%和17%~47%,均低于自然恢复方式(还草和自还)的土壤养分和微生物活性恢复程度(对照的52%~78%和31%~61%),意味着自然恢复方式提高土壤质量效果优于人工恢复方式;不同恢复方式下植被状况影响着退化岩溶土壤细菌的分子群落结构,但不同恢复方式间土壤细菌种的丰富度和多样性差异均不明显。     

油蒿、羊柴和花棒下生物结皮阻水特性分析——以宁夏盐池县为例

生物结皮作为沙丘固定的明显标志,影响着沙土水分的变化特征,生物结皮的研究对我国荒漠化地区植被的合理配置、稳定性有着重要的意义。实验于2010年7月中旬进行,以宁夏盐池县沙泉湾生态实验站为实验地,采用随机取样的方法,布设16块样地,在样地内进行植被调查,测量植被和生物结皮盖度、生物结皮厚度以及植被高度和冠幅,运用人工降雨的方法,对油蒿、羊柴和花棒下方生物结皮阻水特性进行比较。结果表明：不同植被覆盖下生物结皮厚度表现为：花棒〉羊柴〉油蒿。在有植被条件下和在裸地条件下,以及在油蒿、羊柴和花棒下方生物结皮阻水特性表现为：花棒〉羊柴〉裸地〉油蒿。通过对不同植被覆盖下生物结皮阻水特性的研究,总结出生物结皮阻水特性的规律,对当地植被的恢复、营造,以及合理放牧都有重要影响。     

生态滤沟对城市路面径流的净化效果

随着城市化进程的加快,城市路面径流污染问题日益严重,运用工程措施对其实施控制具有重要意义。在西安理工大学露天试验场设计和建设了6条不同配置方式的生态滤沟,通过试验分析生态滤沟对城市路面径流中污染物的净化效果及其影响因素。结果表明:在所选的基质中粉煤灰的净化效果较好,其对铵氮、总氮、可溶性正磷酸盐、总磷的去除率可分别达到30%～45%,25%～30%,90%～95%,60%～90%;较无植被情况,在有植被条件下生态滤沟对总氮的去除率可提高5%～30%,而对磷的净化效果相差不大;随着入流水力负荷的增大,生态滤沟对污染物的去除率会降低,铵氮和总氮的去除率在高水力负荷和低水力负荷时相差10%左右,可溶解性正磷酸盐和总磷的去除率在高负荷和低负荷时相差可达30%左右;随着进水污染物浓度的增大,COD、可溶解性正磷酸盐、总磷的去除率呈现先增大后减小趋势,铵氮去除率呈现增大趋势,总氮去除率呈现先减小后增大的趋势。随着入流时间的延续,生态滤沟对入流流量、入流水量、入流污染负荷的削减能力减弱。     

黄土丘陵区生物结皮对土壤磷素有效性及碱性磷酸酶活性的影响

黄土丘陵区生物结皮广泛发育,可影响土壤磷素有效性。目前鲜见生物结皮对土壤磷素有效性的研究报道。本文以该区不同年限退耕地的生物结皮为研究对象,通过野外调查和室内分析,研究了生物结皮对土壤全磷、有效磷及碱性磷酸酶活性的影响。结果表明,1）生物结皮的形成可显著提高结皮层土壤全磷含量,而下层(010 cm)全磷含量差异不显著; 2）生物结皮的形成可显著提高结皮层土壤有效磷含量,研究区生物结皮层土壤有效磷含量为3.27~5.87 mg/kg,占到同层土壤全磷含量的0.57%~0.95%,生物结皮层磷酸酶活性高于下层(010 cm) 381倍; 3）生物结皮对土壤磷素有效性及碱性磷酸酶活性的影响与生物结皮发育阶段有关; 4）生物结皮主要通过提高结皮层土壤碱性磷酸酶活性和有机质含量,降低土壤pH,进而提高了土壤磷素有效性。本文研究结果表明,生物结皮的形成有助于提高黄土丘陵区退耕地土壤磷素有效性。     

番茄地套作蘑菇对土壤肥力和生物活性的影响

通过温室盆栽试验,研究了套作双孢蘑菇(Agaricus bisporus)对潮土速效养分含量、微生物数量、关键酶活性以及番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)生长的影响。结果发现,与对照相比,添加双孢蘑菇培养基质对土壤有机碳、矿质氮与速效磷含量均没有显著影响,但速效钾含量显著增加(P<0.05),且土壤细菌数量趋于增加、真菌数量显著减少(P<0.05),土壤脲酶与磷酸酶活性显著增强(P<0.05)、纤维素酶活性显著下降(P<0.05),番茄植株地上部和地下部生物量分别增加130%和67%,但产量没有明显变化;在添加培养基质基础上再接种双孢蘑菇菌种与不接种相比显著降低土壤有机碳含量和脲酶活性(P<0.05),番茄植株生物量也降到与对照相接近的水平,尽管番茄产量没有明显变化,但额外收获了双孢蘑菇。结果表明,套作双孢蘑菇对潮土生物活性具有促进作用,并可以增加单位面积经济产出,因而在潮土地区具有推广潜力。     

基于图像特征选择识别田间籽棉品级

依据中国籽棉品级文字标准,在HSI颜色空间提取了反映籽棉颜色和杂质含量的14个纹理特征以及反映棉瓣大小、结构的16个形状特征,该特征集存在维数灾难,需要进行降维。面向籽棉品级识别的特征选择问题属于非多项式(NP)难题,该文基于交叉验证、混合Filter-Wrapper和启发式搜索提出了一种求解算法。首先,以最优特征组合和浮动搜索为启发式搜索策略,基于10-折交叉验证在每一个训练集上用Filter启发式搜索最优l维特征子集（l=1, 2, 3,…, 30）,评价函数为类可分性准则;其次,在10个训练集上用Wrapper从最优l维特征子集中选择最优特征子集的容量（l=1,2,3,…,30）,评价函数为Bayes分类器的误分率,10个验证集的平均误分率极小处产生最优特征子集的容量;最后,在最优特征子集容量处验证预测集的平均误分率。结果表明,所选择的10个最优特征子集在预测集上的平均识别率为88.39%,混合Filter-Wrapper和浮动搜索的特征选择算法效率高、效果好。     

棉花异性纤维中麻绳与羽毛的分类特征

摘要：为准确识别棉花异性纤维中较难识别的羽毛和麻绳异性纤维,采用机器视觉技术,通过图像处理方法采集异性纤维目标,对羽毛和麻绳异性纤维的色彩和纹理特征进行有效的特征提取,形成异性纤维目标的特征向量。再通过一种自底向上的凝聚型层次聚类算法对提取的羽毛和麻绳的色彩与纹理特征进行层次聚类分析,选择最优特征向量。将8个特征向量进行降维分析并比较各维数下的层次聚类效果,试验结果表明,选取红色(R_ave)、绿色(G_ave)、蓝色(B_ave)、能量、熵、惯性矩等6个特征进行层次聚类效果最好,羽毛识别率达到94%,麻绳识别率达到95%, 说明选择的特征向量对这2种异性纤维具有理想的区分性。该研究可为棉花异性纤维的正确识别提供参考。     

秸秆生物反应堆与菌肥对温室番茄土壤微环境的影响

为研究秸秆生物反应堆、微生物菌肥及两者配套措施对土壤理化性质和微生物功能多样性,以及作物生长的长期影响,试验以传统种植方式为对照(CK,常规栽培),研究了菌肥(T1,微生物菌肥4 kg/667 m2)、内置式秸秆生物反应堆(T2,秸秆(4 t/667 m2)+发酵沟菌剂(8 kg/667 m2)+腐熟猪粪(600 kg/667 m2))及2种措施配套处理(T3,秸秆(4 t/667 m2)+发酵沟菌剂(8 kg/667 m2)+微生物菌肥(4 kg/667 m2)+腐熟猪粪(600 kg/667 m2))对土壤理化性质和微生物功能多样性的影响。结果表明:1)与CK相比,秸秆生物反应堆能够在一定时期内提高土壤含水率;而菌肥能够在一定时期内降低土壤含水率,秸秆生物反应堆能够显著降低土壤酸性和电导率(EC,electrical conductivity)值,缓冲土壤酸化和次生盐渍化;而单施菌肥对土壤酸碱性和EC值没有显著影响。2)秸秆生物反应堆(T2)增加了土壤中有机质的含量和土壤微生物量,降低土壤中速效磷、钾的含量;微生物菌肥(T1)降低了土壤中有机质含量和微生物量,而显著提升了土壤的速效磷、速效钾含量,两种措施配套处理效果则更明显。3)菌肥能够改善土壤微生物对多聚物、碳水化合物和氨基酸的利用效率,而秸秆生物反应堆能够促进土壤微生物对于一部分氨基酸、羧酸类、酚酸类和胺类物质的利用。而2种措施同时使用时,其促进和改善微生物碳代谢能力的作用则更加显著。4)各处理均能够在一定程度上增加各年度番茄产量。综合考虑,认为内置式秸秆生物反应堆和菌肥配套处理(T3)能够更好的改善和修复日光温室连作土壤,增加作物产量,是一种较为有效的农艺措施。