基于遥感技术的森林树种识别研究进展

基于遥感手段的森林类型/树种（组）的精准识别是森林参数提取和计算的前提,是林业遥感领域的研究前沿,可为宏观尺度快速获取森林资源信息提供重要途径。对多源遥感数据在森林树种识别中的应用研究进行总结分析发现,当前基于遥感数据的树种识别已成为林业遥感的研究热点。利用卫星遥感数据和近地低空遥感数据结合随机森林、支持向量机等分类方法进行树种识别已相对成熟。近年来,无人机技术不断发展,以其灵活性强的特点在林业中有较强的应用潜力,在计算机技术、数字图像处理技术和机器学习领域不断发展成熟背景下,低空遥感数据结合深度学习技术应用于森林树种的精确识别是值得深入研究的科学问题。     

基于Deeplabv3+模型的成都平原水产养殖水体信息提取

为应用深度学习和遥感影像实现养殖水体信息的快速提取,以成都平原为研究区,以Sentinel 2A和高分6号多光谱影像为数据源,基于国产开源深度学习平台PaddlePaddle训练Deeplabv3+语义分割模型,构建遥感影像的水体语义分割模型,用于提取成都平原养殖水体信息。Deeplabv3+方法的总体精度和Kappa系数分别达到94.14%和0.88,均高于归一化差分水体指数法和最大似然监督分类法;模型对阴影和建筑物等误分为水体的抑制效果较好,而对小面积和细小线状水体信息的提取则受影像分辨率影响,效果无明显改进;成都平原2018年和2020年养殖水体面积分别为22.3 khm²和28.6 khm²,其验证区青白江区、新津县和广汉市养殖水体面积的泛化提取结果验证误差均≤±10%。该研究结果可为应用深度学习平台建立遥感影像的水体语义分割模型及提取水产养殖水体信息提供参考。     

基于Xception-CEMs神经网络的植物病害识别

随着深度学习技术与农业的密切融合,越来越多的研究将深度学习技术用于农业病虫害检测,提高农产品产量和质量。本文提出一种新颖的基于Xception模型的植物病害识别方法。了解到植物病害图像会受到不确定环境因素的干扰而减小图像信息。在Xception的基础上,提出一种新的通道扩增模块,采用带有通道分配权重的多尺度深度卷积与组卷积结合,增强空间和通道的特征提取效率;在网络中采用通道扩张-保持-再扩张-压缩的新策略,进一步优化通道特征提取;引入密集连接方式,提高在同尺寸的特征图之间特征重用。试验数据集由10种不同植物的50类图像组成,分别包括10种健康植物和27种病害,其中对13种病害进行了两种程度的分类。本文的方法在这些类别上可以获得91.9%的准确率,88.7%的精确率,82.45%的召回率以及85.33%的F1值。本文的算法有更小的模型复杂度和参数量,计算量为29.33 M,为Xception的66.4%。参数量为14.05 M,为Xception的66.9%。因此,Xception-CEMs能够有效对病虫害进行识别,有利于农业智能化发展。     

Establishment of a Model of Spontaneously-Running-Tokushima-Shikoku Rats with Left Atrial Thrombosis

Studies that investigate the underlying mechanisms of disease and treatment options typically require the use of a suitable animal model. Few suitable animal models exist for left atrial thrombosis. Here, we demonstrated that the Spontaneously-Running-Tokushima-Shikoku (SPORTS) rat — a Wistar strain known for its running ability—is predisposed to the development of thrombi in the left atrium. We investigated the incidence of left atrial thrombosis in male (n = 16) and female (n = 17) SPORTS rats and observed organized atrial thrombosis in 57% and 38% of males and female rats, respectively. In the male rats, systolic blood pressures and heart rates were significantly higher in SPORTS rats than in control Wistar rats. We could not find any evidence of arrhythmias, such as atrial fibrillation, during electrocardiographic examination of SPORTS rats. We believe that the SPORTS rat could serve as a new research model for left atrial thrombosis; further, it may be suitable for research investigating the development of new antithrombotic approaches for the control of atrial thrombosis or familial thrombophilia in humans.     

Destratification in deep fish culture reservoirs in Israel: Practice and modelling

Thermal stratification negatively affects water quality, and thus is a threatto fish culture in deep water ponds and reservoirs. To prevent and controlit, a device based on an underwater propeller that vertically transportsoxygen rich warm water from the epilimnion down to the anoxic and colderhypolimnion was assembled. The empirical results so far obtained in Israelidual purpose reservoirs for field crop irrigation and fish culture aresummarized herein, and a mathematical model of the device's effect onreservoir thermal structure is presented.     

The slow rise of technology: Computer vision techniques in fish population connectivity

1. Technological advancements in data collection and analysis are producing a new generation of ecological data. Among these, computer vision (CV) has received increased attention for its robust capabilities for rapidly processing large volumes of digital imagery.
2. In marine ecosystems, the study of fish connectivity provides fundamental information for assessing fisheries stocks, designing and implementing protected areas and understanding the impact of habitat loss. While the field of fish connectivity has benefited from technological advancements, the extent to which novel techniques, such as CV, have been utilized has not been assessed. To inform future directions and developments, this study reviewed the current use of CV in fish connectivity research, quantified how the implementation of such technology in fish connectivity research compared with other areas of marine research and described how this field could benefit from CV.
3. The review found that the use of remote camera systems in fish connectivity research is increasing, but the implementation of automated analysis of digital imagery has been slow. Successful implementation and expansion of CV frameworks in aquaculture and coral reef ecology suggest that CV techniques could greatly benefit fish connectivity research.
4. A case study of potential use of CV in fish connectivity research, scaling up optimal foraging models to predict marine population connectivity, highlights how beneficial it could be.
5. The capacity for CV techniques to be adopted alongside traditional approaches, the unparalleled speed, accuracy and reliability of these approaches and the benefits of being able to study ecosystems along multiple spatial–temporal scales, all make CV a valuable tool for assessing connectivity. Ultimately, these technologies can assist data-driven decisions that directly influence the health and productivity of marine ecosystems.

     

采用改进SSD网络的海参目标检测算法

随着海参养殖业快速发展,利用水下机器人代替人工作业的海参智能捕捞已成为发展趋势。浅海环境复杂,海参体色与环境区分性差、海参呈现半遮蔽状态等原因,导致目标识别准确率低下。此外由于景深运动,远端海参作为小目标常常未被识别成功。为解决上述问题,该研究提出一种基于改进SSD网络的海参目标检测算法。首先通过RFB（Receptive Field Block）模块扩大浅层特征感受野,利用膨胀卷积对特征图进行下采样,增加海参细节、位置等信息,并结合注意力机制,对不同深度特征进行强化,将计算得出的权重与原特征信息相乘以此获得特征图,使结果包含最具代表性的特征,也抑制无关特征。最后实现特征图融合,进一步提升水下海参的识别精度。以实际拍摄的视频进行测试验证,在网络结构层面上,对传统算法进行改进。试验结果表明,基于改进的SSD网络的海参目标检测算法的平均精度均值为95.63%,检测帧速为10.70帧/s,相较于传统的SSD算法,在平均精度均值提高3.85个百分点的同时检测帧速仅减少2.8帧/s。与Faster R-CNN算法和YOLOv4算法进行对比试验,该研究算法在平均精度均值指标上,分别比YOLOv4、Faster R-CNN算法提高4.19个百分点、1.74个百分点。在检测速度方面,该研究算法较YOLOv4、Faster R-CNN算法分别低4.6帧/s、高3.95帧/s,试验结果表明,综合考虑准确率与运行速度,改进后的SSD算法较适合进行海参智能捕捞任务。研究结果为海参智能捕捞提供参考。     

基于深度学习与激光点云的橡胶林枝干重建及参数反演

树木的几何建模在林木性状评价、森林动态经营管理与可视化研究中具有重要意义。现今,从激光雷达（Light Detection And Ranging,LiDAR）数据中重建树体三维模型并精准获取林木空间枝干结构参数是数字林业发展的必然趋势。该研究提出了一种深度学习与计算机图形学相融合的树木骨架重建与参数反演方法。该方法以PR107、CATAS 7-20-59、CATAS 8-79三个品种的橡胶树为实验对象,首先,采用背包移动激光雷达获取三个橡胶树品种的样地数据,并通过体素剖分和数据增广策略来构建橡胶树训练样本集。其次,构造由四层特征编码层和特征解码层所组成的点云分类深度学习网络,并包含优化的PointConv模块与不同尺度的特征插值模块,以实现在多尺度条件下,全面考虑点云的全局和局部优化特征,引导网络实现枝叶点云的精确分类。最后,面向分类后的枝干点云,运用计算机图形学的空间连通性算法与圆柱拟合策略,重建树木骨架模型,并自动解决叶子点云与对应的一级枝干归属问题,进而在叶团簇尺度下开展对单株树的精细描述与参数反演。通过对三块橡胶树测试样地的验证和与实测值的比对表明,该研究提出的深度学习网络枝叶分类总体准确率在90.32%以上。骨架重建与叶团簇分析结果显示,PR107品种橡胶树具有较为发散的树冠、最大的分枝夹角和叶团簇体积;CATAS 7-20-59品种橡胶树冠呈花瓶型,分枝夹角和叶团簇体积较小;而CATAS 8-79品种橡胶树尽管胸径最粗,但不耐寒害处于落叶期导致冠积最小。同时,反演得到的橡胶树一级枝干直径与实测值比对为：决定系数R2不低于0.94,均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）小于3.01 cm;主枝干与一级枝干的分枝角为：决定系数R2不低于0.91,均方根误差RMSE不高于4.94°。同时发现橡胶树一级枝干的直径与对应的叶团簇体积呈正相关分布。该研究将人工智能的理论模型应用于林木的激光点云数据处理中,为林木激光点云的智能化分析与处理提供了新颖的解决思路。     

边缘计算在智慧农业中的应用现状与展望

互联网技术快速发展使得数据量剧增,云计算的数据集中处理模式存在实时性不足、能耗过高以及数据安全等一系列问题。边缘计算是在靠近数据源端执行计算的分散处理模式,与云计算相比具有低延迟、低成本、安全性高、个性化设计等优势。随着智慧农业迅速发展,结合深度学习的农业应用屡见不鲜,如作物病害检测、生长环境监测、作物自动采摘、无人农场管理等,边缘计算可以为农业多场景、复杂任务提供高效、可靠的新型数据处理方案。该研究概述了边缘计算的发展,计算架构及主要优势;介绍了边缘计算在农业中的应用背景,结合文献量分析,归纳了边缘计算在农业上的主要应用场景及相关智能农业装备,调研了现有常用边缘计算设备及性能参数,总结了适合边缘计算的主流深度学习算法及模型压缩方法。研究表明边缘计算在智慧农业中的应用有效促进了农业的数字化、智能化,未来在多场景、多功能边缘计算智能农业装备开发等领域将面临重大挑战和机遇。     

改进YOLOv5测量田间小麦单位面积穗数

单位面积穗数是决定小麦产量的主要因素之一。针对人工清点小麦穗数的方法容易受主观因素影响、效率低和图像处理方法鲜有进行系统部署等问题,提出一种注意力模块（Convolutional Block Attention Module,CBAM）与YOLOv5相结合的CBAM-YOLOv5网络结构,通过对特征图进行自适应特征细化,实现更准确的单位面积穗数测量。该研究以本地采集小麦图像数据和网络公开小麦图像数据为数据集,设置输入图像分辨率为1 280,得到CBAM-YOLOv5模型,可以达到0.904的F1分数和0.902的平均精度,测试集计数的平均相对误差为2.56%,平均每幅图像耗时0.045 s,综合对比,CBAM-YOLOv5模型具有显著优势。模型放置于服务器,结合手机端软件和辅助装置,形成单位面积穗数测量系统,实现育种小区麦穗图像实时采集、处理和计数,计数的平均相对误差为2.80%,抗环境干扰性强。该研究方法与装置可以实现田间小麦单位面积穗数的实时在线检测,降低主观误差,具有较高的准确率及较强的鲁棒性,为小麦单位面积穗数快速、准确估测提供一种新的技术和装备支撑。