检索结果-南通市图书馆

作者：郭龙飞河南农业大学

学位级别：硕士

乡村振兴是我国全面建设社会主义现代化国家的重大历史任务之一。数字乡村是数字时代实现农业农村现代化的重要动力,是乡村振兴的战略方向。当前,我国数字乡村建设仍处于起步阶段,覆盖面广、基础薄弱、建设难度大,大多数基层工作人员和... 详细信息

乡村振兴是我国全面建设社会主义现代化国家的重大历史任务之一。数字乡村是数字时代实现农业农村现代化的重要动力,是乡村振兴的战略方向。当前,我国数字乡村建设仍处于起步阶段,覆盖面广、基础薄弱、建设难度大,大多数基层工作人员和农村居民对数字乡村的概念内涵、建设内容、建设重点、发展方向、落地应用等问题不清楚、不明确。评价指标是社会和经济发展的指路牌,具有重要的导向作用。信息服务平台是社会和产业数字化变革的催化剂,具有强大的推动力。因此,建立科学完善的数字乡村发展水平评价体系,并基于评价内容和评价结果研发普适性的数字乡村信息服务平台,对于快速提升数字乡村建设水平、早日实现农业农村现代化具有重大意义。河南作为农业大省和农村人口大省,在河南开展数字乡村发展水平评价和信息服务平台建设,可以为全国各地高质量开展数字乡村建设提供借鉴。本研究以河南省162个县(市、区)为研究对象,构建数字乡村发展水平评价体系,应用优化组合模型全面评估河南县域数字乡村发展现状和发展需求,并基于评价分析结果,应用微服务架构、BI可视化、Saa S等技术研发数字乡村信息服务平台,为县域提供数字乡村综合信息服务。主要研究成果如下:1.建立了河南省数字乡村发展水平评价指标体系。综合采用文献统计、问卷调查、平台抓取和专家咨询等方法,结合国内外数字乡村评价指标和河南县域农村发展实际,建立了河南省数字乡村发展水平评价指标体系。指标体系包含:乡村基础设施数字化指数、乡村产业数字化指数、乡村治理数字化指数、农民生活数字化指数、乡村数字经济指数等5个一级指标,益农信息社平台日均活跃用户数量、应用平台获取公益服务的日均次数、应用平台获取便民服务的日均次数等18个二级指标。2.开展了科学的数字乡村发展水平评价分析并提出具体发展对策。采用调查问卷和平台抓取相结合的方式,线上线下同时采集河南省162个县域的数字乡村指标数据,通过层次分析法和熵权法相结合的优化组合分析模型,对河南省数字乡村发展水平进行全面分析和科学评价,并根据评价结果提出相应的发展对策,为河南各地开展数字乡村建设提供建设思路和建设方向。3.研发了数字乡村信息服务平台。基于河南数字乡村发展水平评价结果,针对大部分县域数字农业、乡村治理、生活服务等数字化水平相对较低的现状,研发普适性的数字乡村信息服务平台,快速提升河南数字乡村整体发展水平。平台选用微服务架构,解决了数字乡村服务内容繁多、需同时处理多个服务的问题;平台支持BI可视化功能,提供直观丰富的数据分析和数据展示服务,降低了乡村管理人员和村民应用平台的操作难度;平台采用Saa S服务模式,提供远程部署、调试、维护、优化升级的软件支撑服务,解决了乡村信息化基础服务设施薄弱的问题,有助于数字乡村服务共享和资源共享。

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基于分布式的农业遥感大数据存储与管理研究

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作者：赵锦鹏河南农业大学

学位级别：硕士

随着遥感技术在农业中应用的深入,农业遥感数据呈现出海量化、多源化、数据融合化的趋势。农业遥感处理需要处理复杂的数据,因此,对农业遥感数据的高效存储和快速处理提出了挑战。本研究以分布式存储技术和结合农业遥感数据存储特点设... 详细信息

随着遥感技术在农业中应用的深入,农业遥感数据呈现出海量化、多源化、数据融合化的趋势。农业遥感处理需要处理复杂的数据,因此,对农业遥感数据的高效存储和快速处理提出了挑战。本研究以分布式存储技术和结合农业遥感数据存储特点设计农业遥感大数据存储管理模型,采用并行处理技术,设计遥感数据并行可视化处理方案,实现了农业遥感大数据存储管理原型系统。主要研究结果与结论如下:1.构建基于分布式的农业遥感大数据存储管理模型。依据农业遥感数据的存储特点,基于多种分布式存储技术设计了农业遥感数据存储模型的总体架构,通过多种分布式存储技术效率分析,建立文件分类规则。构建小文件存储策略并设计数据存储流程,依据R树空间索引模型构建多级索引模型,通过文件索引模块和缓存服务模块实现遥感数据的快速检索。对存储管理模型建立数据整体读写流程进一步保证数据的高效存储与快速查询。通过模型验证结果表明本研究较单一分布式存储方案存储效率提高15%,查询效率提高80%。说明基于分布式构建的农业遥感大数据存储管理模型能够满足农业遥感数据的存储管理需求。2.构建农业遥感数据并行可视化模型与算法。采用并行计算技术,基于分布式存储建立文件分割临时存储,实现计算任务自适应分配策略,基于自定义RDD的遥感数据并行可视化算法,最后通过任务的合并与判断构建农业遥感数据并行可视化模型。经过测试,本研究的方案可视化处理性能比传统可视化方案处理速度方面提升50%以上。同时并行处理性能比Map Reduce并行方案效率提升43%。说明能够满足多尺度农业遥感数据快速可视化的需求。3.农业遥感大数据存储管理原型系统的实现。通过对国内外主流遥感卫星数据如Modis、Landsat、哨兵等进行分析,分析并选择适合农业生产的遥感数据产品,采用可扩展编程模式实现多种农业遥感数据的一站式下载。基于农业遥感大数据存储管理模型,设计了六层系统架构,构建了农业遥感大数据存储管理系统,为海量农业遥感数据存储与处理提供了解决方案,为大数据时代下农业遥感数据的高效存储管理和快速可视化提供了参考方案。

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水氮处理对豫中补灌区小麦水肥利用效率和根系分布的影响

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作者：秦步坛河南农业大学

学位级别：硕士

小麦生产中不合理的灌溉和过量施肥不仅严重浪费水肥资源,降低水肥利用效率,也给农田生态环境带来不利影响,为探讨豫中补灌区水氮处理对小麦水肥利用效率和根系分布的影响,在2019～2020年分别以拔节期灌水(150 mm)和不灌水(雨养)、常规... 详细信息

小麦生产中不合理的灌溉和过量施肥不仅严重浪费水肥资源,降低水肥利用效率,也给农田生态环境带来不利影响,为探讨豫中补灌区水氮处理对小麦水肥利用效率和根系分布的影响,在2019～2020年分别以拔节期灌水(150 mm)和不灌水(雨养)、常规施氮(N15,225 kg·hm)和增量施氮(N22,330 kg·hm)为处理,以周麦27、洛麦28和洛旱6号三个小麦品种为材料,进行大田水肥试验;在2020～2021年以周麦27和洛麦28两个品种为材料,以370 mm(充足灌水)和270 mm(节水灌溉)为灌水处理进行大田根室模拟试验。通过分析水肥处理对小麦生长发育、干物质积累、籽粒产量、水肥利用、土壤养分及小麦根系形态分布的影响,旨在为根据区域特点提高小麦水肥等资源利用效率、促进小麦生产的绿色和可持续发展提供理论依据。主要研究结果如下:(1)同一施氮量下,雨养处理相较于灌水处理,小麦地上部干物质量、植株氮磷钾积累量及产量差异不显著,但雨养处理显著提高了小麦的水分利用效率,N15和N22的小麦水分利用效率分别达到22.23～25.55 kg·mm·hm和15.29～17.78 kg·mm·hm。(2)同一水分条件下,施氮量330 kg·hm比225 kg·hm增加了小麦地上部干物质、植株氮磷钾积累量及产量,但差异不显著;施氮量为330 kg·hm时,氮肥利用效率显著降低,而磷钾肥利用效率及水分利用效率差异不显著。(3)土壤中全氮、全磷和全钾主要分布在0～40 cm土层中,40～100 cm土层中全氮和全磷含量变化趋于稳定,而土壤全钾在80～100 cm土层中含量也较高。硝态氮在拔节期主要分布在0～40 cm土层中,随土壤水分移动,在成熟期60～100 cm土层中硝态氮含量升高。铵态氮在拔节期主要分布在0～20 cm土层中,且基本不随水分移动,成熟期各土层铵态氮含量相差不大。有效磷在拔节期主要分布在0～20 cm土层中,随水分移动,在成熟期20～40 cm土层中有效磷含量升高,40～100 cm土层中有效磷趋于稳定。速效钾含量随土层加深呈先降低后升高的趋势,在0～20 cm和80～100 cm土层中含量均较高。雨养常规施氮处理降低了土壤中硝态氮、有效磷和速效钾的流失;雨养条件下增施氮肥增加了土壤中硝态氮的残留。(4)根室中土壤硝态氮随土层加深呈先升高后降低的趋势,主要分布在40～60 cm土层;土壤铵态氮随土层加深呈先升高后降低趋势,主要分布在20～40 cm土层;土壤有效磷随土层加深呈先升高后降低趋势,拔节期～花后16天高峰在20～40 cm土层,成熟期高峰在40～60 cm土层;土壤速效钾成熟期主要分布在60～100 cm土层。充足灌水处理相较于节水处理,加剧了土壤中硝态氮、有效磷和速效钾的淋溶。(5)充足灌水有利于增加0～40 cm土层中根系的根长、根表面积、根体积和根尖数;节水处理有利于增加40～100 cm土层中的根系的根长、根表面积、根体积和根尖数。综上所述,在豫中补灌区,雨养和施氮量225 kg·hm的水氮组合能够促进根系深层发育和土壤养分吸收,从而提高资源利用效率,实现小麦稳产,为小麦绿色生产提供理论和技术支撑。

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基于知识图谱的农作物病虫害问答系统设计与实现

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作者：钱学霖河南农业大学

学位级别：硕士

我国病虫害年平均发生面积在4.60～5.08亿hm,对各类农作物的生产产生巨大影响。因此,掌握病虫害防控知识,实现科学防控,对作物的产量和品质形成具有重要影响,为解决知识传播中的低效失真和手段落后问题,需要构建精准、高效、快捷的病虫... 详细信息

我国病虫害年平均发生面积在4.60～5.08亿hm,对各类农作物的生产产生巨大影响。因此,掌握病虫害防控知识,实现科学防控,对作物的产量和品质形成具有重要影响,为解决知识传播中的低效失真和手段落后问题,需要构建精准、高效、快捷的病虫害防治问答系统。本研究在收集农作物病虫害数据基础上,结合知识本体构建农作物病虫害知识图谱,利用自然语言处理技术,将病虫害知识的问题理解任务转化为问句模板分类任务,采用多种机器学习自然语言处理模型,实现病虫害问题分类,最后集成病虫害问答模型,实现病虫害问答系统。主要研究结果与结论如下:1.农作物病虫害知识图谱的构建。根据农作物病虫害专业知识特点,采用自顶向下的构建模式,结合农作物病虫害知识结构,设计了5层病虫害知识本体,确定了病虫害知识的领域和范围。依据病虫害知识特征,构建实体、关系和属性三元组知识框架,实现了麦类、玉米、水稻、棉麻、油料、糖、烟等12类作物,1065种病虫害知识图谱,包括农作物病虫害实体6594个,关系7044条,三元组6994个;设计出11类问题模板,构造了155916条、132类自然语言问句。2.基于自然语言处理的问答模型构建。基于农作物病虫害知识图谱,利用Han LP中文自然语言处理工具,进行农作物病虫害命名实体识别,形成了1114个农作物病虫害词典;利用自然语言处理技术,设计了基于朴素贝叶斯(Naive Bayes Classifier,NBC)、基于转换器的双向编码表征量(Bidirectional Encoder Representation from Transformers,BERT)和文本卷积神经网络(Text Convolutional Neural Network,Text CNN)农作物病虫害问答模型并测试,结果表明,NBC、BERT和BERT+Text CNN模型准确率分别达到96.8%、93.0%和99.6%,其中NBC最为稳定,精确率、召回率和F1值都在95%以上,最优模型为BERT+Text CNN,精确率、召回率和F1值都在99.5%以上,说明基于机器学习实现问题分类,利用知识图谱实现农作物病虫害知识匹配是可行的。3.农作物病虫害问答系统设计与实现。基于病虫害知识图谱,结合构建的农作物病虫害问答模型,利用Web Service和Flask框架技术,设计了三层农作物病虫害问答系统架构,构建了基于知识图谱的农作物病虫害问答系统,实现了农作物知识图谱、问答模型和问答服务的集成,结合命名实体识别技术,实现了农作物病虫害知识的精准推荐。

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小麦GS基因家族的鉴定及非生物胁迫响应分析

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作者：张晓娇河南农业大学

学位级别：硕士

谷氨酰胺合成酶(GS)不仅是植物氮代谢的关键酶,还参与渗透调节剂脯氨酸及抗氧化剂谷胱甘肽的合成,在调控植物生长发育和逆境胁迫应答的过程中发挥重要作用。目前关于GS基因家族在拟南芥和水稻等模式作物中的研究较为透彻,小麦是异源六... 详细信息

谷氨酰胺合成酶(GS)不仅是植物氮代谢的关键酶,还参与渗透调节剂脯氨酸及抗氧化剂谷胱甘肽的合成,在调控植物生长发育和逆境胁迫应答的过程中发挥重要作用。目前关于GS基因家族在拟南芥和水稻等模式作物中的研究较为透彻,小麦是异源六倍体作物,其基因组复杂且庞大,GS基因家族在小麦中的功能研究和调控机理尚未完全明晰。本文利用生物信息学的方法,对小麦谷氨酰胺合成酶(TaGS)基因家族成员进行全基因组鉴定,对其序列特征、进化方式及在多种非生物胁迫下的表达模式进行系统分析,并进一步研究了TaGS的调控机制和蛋白互作网络,为解析TaGS的生物学功能及小麦遗传改良研究提供理论基础,主要结果如下:1.利用BLASTP工具在小麦全基因组中共鉴定到12个GS基因,并在5个代表物种拟南芥、菜豆、苜蓿、水稻和玉米基因组中分别鉴定到6、5、5、4和6个GS基因成员,不同物种间GS的结构高度保守。通过进化树分析可将鉴定到的禾本科植物GS蛋白分为GS1-1、GS1-2、GS1-3和GS2四个亚族。根据染色体定位分析和同源关系,将TaGS基因重命名为TaGS1-1-6A/6B/6D、TaGS1-2-4A/4B/4D、TaGS1-3-4A/4B/4D、TaGS2-2A/2B/2D。所有TaGS蛋白p I<7,呈现出弱酸性,TaGS2的氨基酸数量、分子量MW和等电点p I均高于TaGS1。基因结构、结构域和保守基序分析显示,同一亚组内GS基因具有相似的外显子和内含子结构,不同亚组间基因结构差异较为明显;大部分GS均包含Gln＿synth＿C和Gln＿synth＿N两个保守结构域以及9个高度保守的Motif基序。共线性分析和Ka/Ks比值表明,GS基因在进化过程中经历纯化选择,维持基因功能的保守性和稳定性,全基因组复制事件是小麦GS基因扩增的主要机制。2.表达谱分析显示TaGS基因参与小麦整个生长发育时期,具有组织特异性表达特点且响应多种非生物胁迫。TaGS1-1和TaGS1-2主要在根中大量表达,TaGS1-3和TaGS2主要在籽粒和叶片中表达。利用q RT-PCR对小麦12个TaGS基因在冷、热、盐和干旱胁迫下的表达变化进行分析,发现不同亚基因组上的TaGS同源基因具有相似的表达模式:在四种胁迫处理下,TaGS1-3在小麦幼苗的叶和根中均受到诱导表达,其表达量随着胁迫处理时间的增长先升高后降低;TaGS1-2在叶片中受到诱导表达,其表达量随着处理时间的递进逐渐增加,在根中的表达则受到抑制;TaGS2在根和叶中均下调表达,随着胁迫处理时间的增加表达量逐渐降低。3.TaGS受转录、转录后和翻译后多个水平上的精细调控。对TaGS基因的转录因子调控网络进行预测,发现ERF、MYB、LBD和NAC等与胁迫响应相关的TF家族可能与TaGS基因发生相互作用;TaGS启动子中含有多种光、激素、生长发育和逆境响应的元件,不同基因启动子上的顺式元件数量、类型和排列方式均存在差异;共有19个mi RNAs靶向12个TaGS基因,说明mi RNA在介导TaGS基因的表达过程中发挥重要作用;TaGS包含磷酸化、糖基化、S-亚硝基化、棕榈酰化、泛素化及SUMO化翻译后修饰位点,其中磷酸化位点和泛素化位点在所有TaGS中均存在,表明TaGS受多种翻译后修饰调节。4.TaGS蛋白可与多种蛋白相互作用,参与植物细胞内复杂的生理生化反应。利用酵母双杂交和IP-MS技术分别获得TaGS候选互作蛋白210个和133个,GO富集分析结果显示,互作蛋白主要参与光呼吸、离子转运、胁迫响应、有机物的代谢和合成等过程。通过以上两组方法共筛选到19个重叠潜在互作蛋白,包括参与磷酸化修饰的蛋白激酶结构域蛋白、F-box结构域蛋白、核苷二磷酸激酶以及参与泛素化修饰的RING-finger型E3泛素连接酶,主要定位在细胞质和叶绿体中,涉及植物生长发育、光合响应、细胞信号转导和胁迫应答等多重生物学过程。

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基于机器视觉的生菜生长指标估测研究

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作者：赵汗青河南农业大学

学位级别：硕士

工厂化作物栽培是目前设施园艺栽培发展的最高阶段,能够有效解决耕地不足、产量不足和受环境影响大等传统作物栽培面临的问题。生菜因其生长周期短、营养物质含量高、产量高等特点,成为现阶段工厂化生产量最大的叶菜类蔬菜之一。利用数... 详细信息

工厂化作物栽培是目前设施园艺栽培发展的最高阶段,能够有效解决耕地不足、产量不足和受环境影响大等传统作物栽培面临的问题。生菜因其生长周期短、营养物质含量高、产量高等特点,成为现阶段工厂化生产量最大的叶菜类蔬菜之一。利用数字图像精准、快速和无损地开展工厂生菜不同生长期生长指标监测研究,对于生菜长势监测、判断营养物质积累、提高生长效率和品质、确定最佳采收期等方面具有重要意义。为了更好实现生菜生长过程的动态监控,本文以工厂常用的具有不同生长特性的水培生菜为研究对象,通过获取不同品种生菜在不同生长期和不同尺度下的数字图像数据及对应的指标实测数据,分析多项生长指标叶面积、鲜质量和叶绿素含量等与其图像的颜色、形状和纹理特征之间的相关性,利用数据挖掘算法筛选最优特征子集,结合机器学习模型构建不同品种不同尺度不同生长指标的定量估测模型,评价数字图像数据在生菜生长指标中的应用和预测精度。主要研究内容和结论如下:(1)针对工厂环境下不同尺度的生菜图像目标提取。首先对图像剪裁,针对冠层图像,利用图像的RGB、HSV和L*a*b*三个颜色空间的9个通道直方图分析像素点分布情况,结合不同通道的图像特点,找到最适合目标分割的a*通道进行迭代阈值分割和形态学处理,得到目标和背景完全分割的二值图像,将其转换成二进制图像后与原彩色图像进行矩阵相乘运算,得到完整的不同尺度下的生菜彩色分割图像,克服了光照阴影和无关杂质的干扰;针对侧视图像,利用特殊归一化rgb颜色空间,该方法能够有效突出绿色目标物,结合对应绿色像素值,进行目标提取。(2)不同生长指标相关特征提取。针对叶面积和鲜质量指标,利用Python-Open CV软件分别分析了594张单株尺度和320张群体尺度图像数据,分别全面提取了21种颜色特征、8种形状特征和18种纹理特征,建立一组由47种全局特征变量组成的图像评价指标集。针对叶绿素含量指标,分别分析了144张叶片尺度和144张单株冠层尺度图像数据,综合提取29种颜色特征,建立一组融合多颜色空间的图像评价指标集。(3)图像特征指标集筛选与建模分析。针对不同生长指标获取的不同尺度下的特征指标集,利用皮尔逊系数法+向前逐步回归模型和梯度增强决策树(GBDT)+向前逐步回归模型分别筛选一组与指标相关的最优特征子集,进一步利用线性回归(LR)、支持向量回归(SVR)、随机森林(RF)、岭回归(RR)和梯度增强回归(GBR)等方法构建生菜生长指标定量估算模型,通过嵌套交叉验证和参数寻优确定了不同指标的最优特征筛选方法和最优模型,再利用验证集数据验证最优模型的泛化能力。结果表明:叶面积和鲜质量指标的最优特征选择算法和最优模型都是GBDT+GBR的组合。其中,叶面积指标对“绿萝”单株样本测试集的R为0.9715,“碧霄”单株样本测试集的R为0.9072。鲜质量指标对“绿萝”样本测试集的R为0.9464,“碧霄”样本测试集样本的R为0.8994。针对叶绿素含量指标,叶片尺度下的最优特征筛选算法和最优模型是GBDT+GBR的组合,冠层尺度下的最优特征筛选算法和最优模型是GBDT+RF的组合。其中,叶片尺度下测试集R为0.8267,RMSE为2.5431,验证集R为0.8206,RMSE为2.6227;冠层尺度下测试集R为0.8128,RMSE为2.9667,验证集R为0.8027,RMSE为2.9831。

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农田小气候数据采集机器人设计

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作者：乔新昱河南农业大学

学位级别：硕士

农田小气候是影响农作物生长发育和产量形成最直接的环境要素,对开展作物长势研判、病虫害发生预测与防治等农事活动具有重要意义。针对农田小气候人工和传感器方法采集存在效率低、成本高等问题,本文从智慧农业中作物生长与农田小气候... 详细信息

农田小气候是影响农作物生长发育和产量形成最直接的环境要素,对开展作物长势研判、病虫害发生预测与防治等农事活动具有重要意义。针对农田小气候人工和传感器方法采集存在效率低、成本高等问题,本文从智慧农业中作物生长与农田小气候匹配需求出发,设计了一款农田小气候数据采集机器人,为智慧农业发展和农业科学试验农田小气候数据实时采集提供了载体。主要内容如下:1.分析了农田小气候数据采集平台对机器人的技术需求,确定了机器人设计的技术要求。分析了不同机械臂类型及底盘驱动方式的特点,提出了农田小气候数据采集机器人机械结构总体方案,利用3D建模软件Solid Works对农田小气候数据采集机器人的底盘、机械臂和传感器支撑结构进行了详细设计。2.利用有限元法对机器人机械臂进行了静态力学分析及强度校核,并根据计算结果,对机械臂尺寸进行优化。利用动力学仿真软件ADAMS分别对机械臂的运动过程进行了给定位置驱动函数和力矩驱动函数的动力学仿真,对所设计的机械臂动力学性能进行了评价。3.建立5自由度农田小气候数据采集机器人机械臂三维空间运动学数学模型,利用空间机构运动分析理论,推导了正逆运动位姿和关节转角之间关系公式。基于MATLAB创建了机械臂运动模型,并进行正逆运动学仿真。利用仿真结果,分析了机械臂末端传感器工作空间,验证了所推导的正逆运动计算公式,实现了机械臂的位姿控制。4.根据技术要求,进行了传感器、控制芯片的选型并完成了数据采集及存储单元的硬件电路设计,进行了直流无刷电机选型及CAN通信硬件及其电路设计,完成了农田小气候数据采集机器人数据采集和运动控制硬件系统设计。5.采用PI算法的三环控制,实现了直流无刷电机角度的精确控制。利用MATLAB/Simulink对电机的位置控制进行仿真验证,分析了直流无刷电机位置控制精度以及速度环动态性能。由试参法得到各环的最优参数,利用MATLAB/Simulink生成了ARM所需的C语言代码,为机械臂和履带电机的控制程序的编制提供依据。6.针对农田小气候数据采集机器人试验田作业要求,对控制软件进行了详细设计,给出了机器人机械臂控制软件流程图及底盘控制软件流程图、传感器数据采集软件流程图,并编制了相应的程序。分析与仿真结果表明,本文设计的农田小气候数据采集机器人满足小气候信息采集的要求,为实现智慧农业农田实时管理、调控作物生长环境奠定了基础,具有广泛的实际应用前景。

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基于知识图谱的小麦品种问答系统设计与实现

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作者：司贺杰河南农业大学

学位级别：硕士

为解决传统互联网农业知识问答系统存在的短问句分类及用户意图理解匹配精确度低、答案质量难以保证等问题,本论文以小麦品种知识问答为例,依据领域知识本体技术,收集整理小麦品种数据和短问句数据集,构建了小麦品种知识图谱;采用自然... 详细信息

为解决传统互联网农业知识问答系统存在的短问句分类及用户意图理解匹配精确度低、答案质量难以保证等问题,本论文以小麦品种知识问答为例,依据领域知识本体技术,收集整理小麦品种数据和短问句数据集,构建了小麦品种知识图谱;采用自然语言处理和多种机器学习技术,将小麦品种短问句的用户意图理解任务转化为短问句分类与问句模板匹配任务;运用多种机器学习和自然语言处理技术,提出和优化了短问句分类与问句模板匹配模型,通过用户意图识别模型构建,确保了小麦品种短问句分类与问答的准确性和有效性。最终,选择最优的小麦品种短问句模板匹配模型进行集成开发,设计和实现了基于知识图谱的小麦品种问答原型系统。主要研究结果与结论如下:1.基于本体的小麦品种知识图谱构建。小麦品种专业知识属于垂直领域知识,为提高本体的系统性、完备性和可扩展性,本文采用自顶向下的方法构建了小麦品种本体知识体系,以满足不同层次、不同需求的用户对小麦品种知识问答服务的需求,设计了四个层次的小麦品种知识本体,确立了小麦品种知识的领域和范围。同时,针对小麦品种数据采集,从中国作物种质信息网、种业商务网爬取11151个小麦品种审定信息,在数据爬取、清洗、抽取与融合的基础上,设计和抽取了小麦品种实体18404个以及实体之间的关系131653个,建立了基于RDF的小麦品种知识图谱,为智能问答提供数据准备。2.小麦品种问答模型设计与验证。通过领域专家,采用基于规则的模板构建,设计了9种问题模板,构造了142811条短问句、116类自然语言问句;针对小麦品种命名实体识别,采用Han LP对短问句进行命名实体识别,构建了小麦品种词典,将短问句用户意图分解为短问句实体识别与问句模板的匹配任务;基于朴素贝叶斯(NBC)、基于转换器的双向编码表征量(BERT)和双向长短时记忆网络+注意力机制(Bi-LSTM+Attention)等机器学习方法,设计和验证了小麦品种问答模型。通过“7:3”数据样本比例的训练与测试,评估了NBC、BERT和Bi-LSTM+Attention三种机器学习模型对短问句与问句模板分类匹配的表现。结果显示,三种模型的准确率依次为92.85%、94.45%和96.59%,均能够提供高质量的分类匹配结果。其中Bi-LSTM+Attention表现最优,其在精确率、召回率和F1值三个方面,均高于96.4%,优于其他两个方法。实验表明,采用机器学习模型结合知识图谱的方法,可以高质量地实现小麦品种短问句到问句模板匹配,能够满足用户意图识别需要,为精确问答提供质量保障。3.基于轻量级框架的小麦品种问答原型系统。基于小麦品种知识图谱,集成命名实体识别技术、基于Bi-LSTM+Attention用户意图匹配模型和Neo4j图数据库检索技术,后端采用轻量级Spring Boot框架,前端用户页面使用HTML、CSS、Java Script语言和Thymeleaf页面渲染技术,设计和实现了基于知识图谱的小麦品种问答系统,具有信息检索、智能问答等功能,对于开发和普及推广小麦品种知识服务具有重要的价值和意义。

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基于机器学习和时间序列的黄淮海小麦产量预测方法研究

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作者：江斌超河南农业大学

学位级别：硕士

小麦作为主要的口粮作物,其产量约占我国粮食总产量的三分之一。黄淮海地区是我国的重要小麦主产区,小麦生产的稳定发展对国家粮食安全具有重要的意义。科学准确进行小麦产量预测,可为政府部门制定小麦生产计划,指导生产等提供依据。本... 详细信息

小麦作为主要的口粮作物,其产量约占我国粮食总产量的三分之一。黄淮海地区是我国的重要小麦主产区,小麦生产的稳定发展对国家粮食安全具有重要的意义。科学准确进行小麦产量预测,可为政府部门制定小麦生产计划,指导生产等提供依据。本研究利用黄淮海地区中的河南、山东、河北三省35个气象站点1984-2020年的气象资料作为小麦产量预测的数据,基于HP滤波法将小麦产量分离为趋势产量和气候产量,结合机器学习技术预测小麦的趋势产量,利用时间序列模型预测小麦的气候产量,实现对小麦总产量的预测。主要结果与结论如下:1.基于HP滤波的小麦产量分离。基于农作物产量分离技术,利用HP滤波法对黄淮海三个省35个地区的小麦单产进行产量分离,得到各地区小麦的趋势产量和气候产量,结果表明趋势产量随着时间的推移,增长速度趋于平稳,气候产量的变化规律与小麦实际产量的变化一致。2.基于机器学习的趋势产量预测。基于小麦生育期理论,利用太阳辐射、生育期积温和降水,构建决策树回归(Decision tree regression,DTR)、线性回归(Linear regression,LR)、K近邻回归(K-nearest neighbor regression,KNR)、随机森林回归(Random forest regression,RFR)、Ada Boost回归(ABR)、梯度提升回归(Gradient boost regression,GBR)、Bagging回归(BR)、极端随机树回归(Extreme random tree regression,ETR)八种机器学习模型,实现了小麦趋势产量的预测。结果表明,35个地区的趋势产量预测结果决定系数R均达0.9以上,其中河南省预测精度最优模型为RFR和BR,R均在0.99以上,山东省预测精度最优模型是RFR和ETR,R为0.98～0.99,河北省预测精度最优模型是DTR和GBR,R为0.94～0.97,表明不同区域小麦趋势产量预测优化模型存在一定的差异。3.基于时间序列的气候产量和总产量预测。基于时间序列,通过时间序列数据平稳性检验,参数确定,残差检验,正态分布校验构建了ARIMA(7,1,0)、ARIMA(7,1,1)、ARIMA(8,1,0)三个时间序列模型,实现小麦气候产量的预测。结果表明,各地区气候产量的预测结果R为0.65～0.99,RMSE为120kg/hm～450kg/hm,说明时间序列ARIMA模型对小麦的气候产量预测是可行的;组合趋势产量和气候产量预测结果,实现了黄淮海三省35个地区小麦总产量预测,结果显示,不同地区的最优预测模型组合不同,其中河南省以RFR+ARIMA(7,1,0)的预测组合模型最优,R为0.77～0.97,RMSE为195.41～494.99kg/hm,预测精度均在95.34%以上;山东省以ETR+ARIMA(7,1,0)的预测组合模型最优,R为0.8～0.97,RMSE为162.98～379.78kg/hm,预测精度均在86.89%以上;河北省以DTR+ARIMA(8,1,0)的预测组合模型最好,R为0.86～0.93,RMSE为199.39～291.99kg/hm,预测精度均在95.97%以上。

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基于无人机的农田数据采集任务规划与执行系统研究

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作者：王亚坤河南农业大学

学位级别：硕士

无人机作为智慧农业中不可或缺的智能设备,能够开展高效的农田数据采集作业和农作物生长管理监测,是农田任务执行的重要手段。目前无人机农田数据采集中存在路径规划不合理、工作效率和数据采集效率不高、数据处理不及时等问题。因此,... 详细信息

无人机作为智慧农业中不可或缺的智能设备,能够开展高效的农田数据采集作业和农作物生长管理监测,是农田任务执行的重要手段。目前无人机农田数据采集中存在路径规划不合理、工作效率和数据采集效率不高、数据处理不及时等问题。因此,为了提高农田任务的执行效率,解决数据处理不及时的问题,本文通过设计航点路径优化算法和区域覆盖算法、区域采样算法构建了农田无人机路径规划方案。在此基础上,利用并行传输技术,设计了无人机数据传输处理方案,最后利用安卓开发技术、Flask框架技术、前端vue技术,开发了基于无人机的农田数据采集任务规划与执行系统。主要研究结果如下:1.构建无人机路径规划算法。为提高无人机农田图像数据采集效率,提出一种基于改进遗传算法的无人机路径规划算法,该方法适用于农田环境下无人机低空拍摄图像数据作业。将改进遗传算法与原始遗传算法进行对比,运算速度提升了76.73%,且结果精准度也得到提高。本文还选用了多启发因子的自适应大邻域搜索算法与之进行对比,结果表明,改进遗传算法能够更快的求出结果,随着航点数量的增加,自适应大邻域搜索算法求解精度更高。然后将算法应用到系统之中,通过优化后的航点任务飞行时间与优化前的航点任务飞行时间做对比,时间效率平均提升了15.68%。结果表明,在航点数量较少的时候,改进遗传算法无论是在速度方面还是精度方面都是最优的。当航点数量较多时,采用自适应大邻域搜索算法是更好的选择。2.无人机数据并行传输处理方案。为提高无人机图像数据与服务器之间的传输速率,在多通道的基础上,通过将多线程集成到每一个通道中,实现通道的并行和单个通道内的并行。本研究选取了60-300张无人机图像分别对单通道、双通道、三通道、四通道进行数据传输测试,发现在整个实验过程中,传输端网络带宽并没有因为传输的通道增加而变大,所有的测试中,网络传输速度均为11-12MB/s左右。尽管受限于传输端网络带宽的限制,但是在通道慢慢增大时,无人机图像数据的传输效率亦随之提升,当无人机图像数据量不变时,将传输通道增加到三通道,数据的传输效率提升了22.5%左右,将传输通道增加到四通道时,数据的传输效率提升了24%左右。将传输通道增加到五通道时,数据的传输效率仍然是提升了24%左右。随着通道数量的增加,数据的传输效率在从单通道增加到四通道时得到较大提升,提升到五通道时,与四通道效率基本相同。结果表明,通过增加通道数量可以有效的提高传输端的带宽利用率,但利用率随着通道数量的增加而降低。所以并行通道选取4个时性价比最高。3.构建了基于无人机的农田数据采集任务规划与执行系统。基于大疆无人机设备,利用DJI MSDK获取到无人机的控制飞行等,实现无人机所采集数据的获取、上传、处理。形成无人机移动端地面站子系统。为了方便用户进行航线任务的制作,研发了无人机航线任务包制作子系统,让用户所制作的任务包的区域更为精准。为了方便任务包制作用户获取无人机航线飞行任务执行状态,研发了无人机航线任务可视化子系统。将三个子系统进行整合,构成基于无人机的农田数据采集任务规划与执行系统。

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