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基于高光谱和数字图像数据的苹果叶片氮素反演研究

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基于高光谱和数字图像数据的苹果叶片氮素反演研究

作者：候凯耀塔里木大学

学位级别：硕士

氮素作为苹果生长发育的重要营养元素,及时、准确地了解苹果树的氮素变化对果园的精准管理和科学施肥有重要意义。传统化学实验分析法测氮耗费大量时间和人力,随着成像高光谱和非成像高光谱等技术的发展,实现了对植物氮素的无损、快速... 详细信息

氮素作为苹果生长发育的重要营养元素,及时、准确地了解苹果树的氮素变化对果园的精准管理和科学施肥有重要意义。传统化学实验分析法测氮耗费大量时间和人力,随着成像高光谱和非成像高光谱等技术的发展,实现了对植物氮素的无损、快速和准确估测,对于提高苹果树的信息化管理具有重要的技术指导和实践意义。本研究以新疆阿克苏地区五团苹果种植区为研究区,选择苹果的生理落果期和果实膨大期采集样本叶片,测定氮素含量并获取叶片的可见光图像和高光谱数据。对可见光图像提取RGB颜色分量,并分析与氮素间的相关性,筛选得到敏感颜色分量;对原始光谱进行SG平滑和MSC处理,在此基础上进行了特征波段提取,构建并筛选了氮素含量的高光谱特征参量,最后以可见光图像和高光谱数据建立了氮素含量的估测模型。主要结果有:1.筛选出与氮素含量相敏感的颜色分量。通过提取可见光图像的RGB颜色分量,建立并分析了氮素含量与B/（R+G+B）、R/（R+G+B）、R-B、R/G、B/R、（G2-R+B）/（G2+R+B）、（G-R）/（G+R）、（G-R）/（G+R-B）、（R-B）/（R+B）、G-R颜色分量参数的相关性。其中在生理落果期G-R取得最高相关性为0.77;在果实膨大期NBI取得最高相关性为0.98。2.得到了苹果叶片氮素含量的高光谱敏感波段。经过对原始光谱进行SG平滑和MSC处理,再经SPA和CARS-PLS进行特征波段提取,通过SPA方法在生理落果期提取出特征波段为47个,在果实膨大期提取出特征波段为23个;通过CARS-PLS方法在生理落果期提取出特征波段为18个,在果实膨大期提取出特征波段为8个。3.建立了不同的苹果叶片氮素含量估测模型。其中建立的基于颜色分量的基于霜冰优化算法优化最小二乘支持向量机回归（RIME-LSSVM）在生理落果期对氮素估测的训练集与测试集决定系数R2分别为0.76和0.58;果实膨大期对氮素估测的训练集与测试集决定系数R2分别为0.80和0.82。基于高光谱特征波段的训练集与测试集决定系数R2在生理落果期基于SPA方法为0.99和0.94,果实膨大期为0.99和0.95;在生理落果期基于CARS-PLS方法为0.99和0.96,果实膨大期为0.99和0.96。模型结果均为最佳。

关键词：苹果叶片氮素含量可见光图像高光谱特征波段提取霜冰优化算法

大高加索山脉冰川反照率时空分布及与物质平衡的关系

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1314-1329页

作者：胡安洵郝卫峰马超樊弈高晟俊程青李斐武汉大学中国南极测绘研究中心武汉430079 极地环境监测与公共治理教育部重点实验室武汉430079 湖北珞珈实验室武汉430079 中国地质大学(武汉)计算机学院武汉430074

利用MOD10A1和MYD10A1冰雪反照率数据,分析了大高加索山脉地区加拉巴西冰川和德扬库特冰川的反照率时空分布特征,并使用五种反照率聚合方法,对这两条冰川2002—2019年夏季反照率与物质平衡关系开展相关性研究.结果表明,加拉巴西冰川和... 详细信息

利用MOD10A1和MYD10A1冰雪反照率数据,分析了大高加索山脉地区加拉巴西冰川和德扬库特冰川的反照率时空分布特征,并使用五种反照率聚合方法,对这两条冰川2002—2019年夏季反照率与物质平衡关系开展相关性研究.结果表明,加拉巴西冰川和德扬库特冰川反照率随年份增加而明显减小,两条冰川在夏季都出现了最低反照率,加拉巴西冰川在冬季出现最高反照率,而德扬库特冰川则出现在春季;加拉巴西冰川夏季高海拔和低海拔区域的反照率差异较德扬库特冰川更为明显;两条冰川夏季反照率均与夏季物质平衡表现出一定的正相关性,其中加拉巴西冰川的相关性更加显著,使用平均最小反照率方法时两者相关系数最大可达0.874(p<0.05),德扬库特冰川使用加权平均反照率方法时两者相关系数最大为0.765(p<0.05).德扬库特冰川反照率与物质平衡相关性较低的原因可能是坡向和低海拔导致了其更易受暖湿气流影响,冰川消融中短波辐射能占比较低,反照率对其消融的影响小.

关键词：大高加索山脉冰川反照率物质平衡

JIR-Net:用于光声层析图像重建的联合迭代重建网络

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中国图象图形学报 2024年第3期29卷 823-838页

作者：候英飒孙正孙美晨华北电力大学电子与通信工程系保定071003 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室保定071003

目的高质量的图像重建是光声层析成像(photoacoustic tomography,PAT)技术的关键,有限角度稀疏测量和组织非均匀的声学特性都会影响重建图像质量。采用迭代重建技术可在一定程度上提高图像质量,但是其结果依赖于有关成像目标的先验假... 详细信息

目的高质量的图像重建是光声层析成像(photoacoustic tomography,PAT)技术的关键,有限角度稀疏测量和组织非均匀的声学特性都会影响重建图像质量。采用迭代重建技术可在一定程度上提高图像质量,但是其结果依赖于有关成像目标的先验假设模型。而且在迭代优化过程中需要反复计算前向成像算子及其伴随算子,因此计算成本较高,需要合理选择正则化方法及其参数。为了解决该问题,提出一种根据不完备光声测量信号联合重建光吸收能量分布图和声速分布图的深度学习方法。方法设计并搭建基于学习迭代策略的联合迭代重建网络(joint iterative reconstruction network,JIR-Net),网络由4个结构单元组成,每个单元包括特征提取、特征融合和重建3个模块。网络的输入是探测器在成像平面中采集的不完备光声信号和预设的常数声速,输出是重建的光吸收能量分布图和声速分布图。分别构建仿真、仿体和在体数据集,用于训练、验证和测试网络。在训练网络的过程中,将光吸收能量密度和声速的梯度下降信息整合到网络训练中,并利用反向传播梯度下降法求解非线性最小二乘问题。结果数值仿真、仿体和在体实验结果表明:与交替优化法、U-Net后处理法和深度梯度下降法相比,JIR-Net重建的光吸收能量分布图的结构相似度可分别提高约39.5%、26.4%和7.6%,峰值信噪比可分别提高约95.6%、71.4%和15.5%。与交替优化法相比,JIR-Net重建的声速分布图的结构相似度和峰值信噪比可分别提高约34.4%和22.6%。结论 JIR-Net解决了由于有限角度稀疏测量和组织声速分布不均匀所致的光声图像质量下降问题,实现了从光声信号到高质量光吸收能量分布图和声速分布图的映射。

关键词：图像重建技术光声层析成像(PAT) 深度学习光吸收能量密度声速(SoS) 联合重建梯度下降

覆膜条件下种植密度对棉田温室气体排放机制研究

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覆膜条件下种植密度对棉田温室气体排放机制研究

作者：候金枚塔里木大学

学位级别：硕士

新疆是我国最重要的棉花生产基地,地膜覆盖是提高棉花产量的重要措施,但长期不合理使用地膜,导致环境问题日益严重,影响了棉花的可持续发展。生产上通过增加种植密度来提高产量,但同时增加了土壤温室气体的排放。因此,权衡产量和温室气... 详细信息

新疆是我国最重要的棉花生产基地,地膜覆盖是提高棉花产量的重要措施,但长期不合理使用地膜,导致环境问题日益严重,影响了棉花的可持续发展。生产上通过增加种植密度来提高产量,但同时增加了土壤温室气体的排放。因此,权衡产量和温室气体排放是棉花生产中面临的重要挑战。地膜覆盖和种植密度显著影响棉花产量,但两者对棉田温室气体排放的影响研究鲜有报道。本研究于2022-2023年采用田间试验,研究了地膜覆盖（FM:地膜覆盖;NM:不覆盖）和种植密度(D1:9×10～4株·hm-2;D2:18×10～4株·hm-2;D3:27×10～4株·hm-2;CK:22×10～4株·hm-2)对棉田土壤理化性质、温室气体（CO2、CH4和N2O）排放、净生态系统生产力、棉花产量及可持续性指数的影响,探讨地膜覆盖及种植密度影响土壤温室气体排放的机制。主要研究结果如下:（1）FM处理CO2排放量、N2O排放量、CH4排放量和全球增温潜势较NM处理显著提高,分别提高45.24%、26.42%、17.22%和43.92%。与CK相比,D1、D2、D3下的CO2排放量分别降低94.30%、46.50%、19.95%,N2O排放量分别降低221.10%、106.83%、43.70%,CH4排放量分别降低85.90%、78.96%、59.14%。（2）FM棉花产量、干物质积累量、温室气体排放强度和净生态系统生产力较NM显著提高30.37%、106.59%、33.76%、26.28%,碳排放效率和可持续性指数较NM显著降低9.78%和1.37%。不同种植密度下干物质积累和可持续性指数均表现为D1>D2>D3>CK。地膜覆盖和种植密度的互作下,FMD2较FMD1、FMD3、FMCK处理显著提高籽棉产量和净生态系统生产力,增幅3.12%～50.20%和8.30%～65.00%。（3）FM显著提高了土壤温度、土壤含水量和土壤有机碳,分别提高2.98%、4.92%和12.44%,同时也增加了土壤铵态氮和硝态氮含量,但无显著差异;不同种植密度下土壤温度、土壤含水量和土壤硝态氮含量均表现为CK>D3>D2>D1,土壤有机碳含量表现为D2>D1>D3>CK。（4）温室气体排放量与土壤温度和土壤含水量呈显著正相关关系,土壤温度对CH4排放直接影响最大,土壤含水量对CO2排放直接影响最大。CO2排放总量与土壤有机碳、土壤硝态氮呈极显著正相关关系;N2O排放与土壤有机碳、土壤铵态氮和硝态氮呈显著正相关关系;CH4与土壤硝态氮呈极显著负相关关系。综上所述,通过地膜覆盖提高土壤含水量、土壤温度、增加土壤有机碳、土壤铵态氮和硝态氮含量,从而增加籽棉产量,同时提高了棉田土壤温室气体排放量、温室气体排放强度以及净生态系统生产力,降低了碳排放效率和可持续性指数,NMD1处理可持续性指数最高,为0.80。随着种植密度的增加,土壤含水量、土壤温度和土壤硝态氮含量随之增加,从而显著增加了棉田土壤温室气体排放量和温室气体排放强度。地膜覆盖下,D2处理可持续性指数显著高于D3和CK处理,而净生态系统生产力和籽棉产量均表现最高,分别为127025 kg·hm-2和6552.07 kg·hm-2。

关键词：棉花地膜覆盖种植密度温室气体排放可持续性评价

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秦汉鸟虫印艺术探微

秦汉鸟虫印艺术探微

作者：候立波中国艺术研究院

学位级别：硕士

秦汉鸟虫印是中国篆刻史上具有独特个性的印章风格,其印章文字极富有装饰性。鸟虫印其滥觞于战国、鼎盛于两汉、复兴于明清之际、盛行于当代,其华丽典雅的面貌和独特的金石气息深深地吸引着众多篆刻印人。当下篆刻创作与理论研究蓬勃发... 详细信息

秦汉鸟虫印是中国篆刻史上具有独特个性的印章风格,其印章文字极富有装饰性。鸟虫印其滥觞于战国、鼎盛于两汉、复兴于明清之际、盛行于当代,其华丽典雅的面貌和独特的金石气息深深地吸引着众多篆刻印人。当下篆刻创作与理论研究蓬勃发展,但在鸟虫印方面其理论研究与创作实践发展极不平衡,在鸟虫印理论研究方面以图谱文字整理类较多,有深度的文章专著较少;在创作实践上虽有众多印人参与其中,但所呈现出的创作特点却趋向工艺化、图案化,缺乏了秦汉鸟虫印原有的金石味道。本文通过了从鸟虫书的起源到春秋战国时期鸟虫书开始用于印章当中直至秦汉时期鸟虫印发展到高峰,梳理了鸟虫书到鸟虫印的发展脉络,以及鸟虫书与印之间的关系。重点从不同的角度来解析秦汉鸟虫印的特点,包括对秦汉鸟虫印风格分类、艺术解析、创作规律探索,从装饰美、文字美、金石美三个方向解析秦汉鸟虫篆印之美为鸟虫印的学习与鉴赏提供审美导向。最后通过对秦汉鸟虫印的探究为其理论研究添砖加瓦,助力鸟虫篆印理论的蓬勃发展。在创作上,因鸟虫印的创作相对其他风格的篆刻创作难度较高,通过对秦汉鸟虫印作品进行分类,从文字纹饰取法、创作形式、鸟虫文字印化与文字的鸟虫化三点来探究鸟虫篆印的创作规律为鸟虫篆印的创作提供可借鉴学习方法。

关键词：秦汉鸟虫书鸟虫印

考虑消费者隐私的数字平台数据采集和广告定价策略

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系统管理学报 2024年

作者：邢阿洵王海燕郭鑫鑫东南大学经济管理学院江苏大学管理学院

高度个性化的定向广告给数字平台和广告商带来巨大收益的同时，又造成用户隐私担忧，如何平衡用户体验与广告投放对平台至关重要。分析了平台数据收集和广告价格对用户参与、广告商数量和平台利润的影响，并探讨了设置“一键关闭个性化... 详细信息

高度个性化的定向广告给数字平台和广告商带来巨大收益的同时，又造成用户隐私担忧，如何平衡用户体验与广告投放对平台至关重要。分析了平台数据收集和广告价格对用户参与、广告商数量和平台利润的影响，并探讨了设置“一键关闭个性化广告按钮”机制的作用，即平台允许用户在不被数据跟踪时也能参与平台。研究表明：当按钮存在时，高隐私担忧用户关闭个性化，平台能够从低隐私担忧用户处采集比无按钮场景下更大比例的数据；通过调整广告价格，广告商和平台利润变化呈现一致性，广告商入驻数量和平台利润均随广告设计成本、广告侵扰和用户隐私担忧递减，随着个性化服务得益递增；不同平台在按钮机制下应采取不同策略，但降低广告侵扰、选择合适广告商入驻是平台持续盈利的重要手段。这些结论为平台决策和隐私保护政策制定提供了潜在参考价值。

关键词：数据采集隐私保护定向广告双边市场

苯基吸附剂的制备及其在复杂样品前处理中的性能研究

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苯基吸附剂的制备及其在复杂样品前处理中的性能研究

作者：候利悦河北大学

学位级别：硕士

生物样品组成复杂,待测组分通常含量较低,基质组分极易对待测组分的分析造成严重干扰,因此在对生物样品进行分析前必须经过前处理,以消除基质干扰,提高分析方法的灵敏度和准确度。固相萃取法操作简便、选择性好、萃取效率高,是目前最常... 详细信息

生物样品组成复杂,待测组分通常含量较低,基质组分极易对待测组分的分析造成严重干扰,因此在对生物样品进行分析前必须经过前处理,以消除基质干扰,提高分析方法的灵敏度和准确度。固相萃取法操作简便、选择性好、萃取效率高,是目前最常用的复杂样品前处理方法之一。本文针对上述问题,设计制备了一种苯基聚合物整体吸附剂,与C18分析柱相结合,建立了固相萃取-高效液相色谱法,对中药材提取液、小鼠血液和人尿液等复杂样品进行前处理,并对其中的目标组分进行定量分析。首先,以4-烯丙基氨甲酰基苯基硼酸为单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,通过聚合反应分别在色谱柱管和移液枪的枪头中设计合成了苯基聚合物整体吸附剂,制备了固相萃取小柱和管尖固相萃取装置。通过红外光谱法、扫描电子显微镜法和氮吸附-脱附法等多种方法对所得吸附剂进行了表征,结果表明自制的吸附剂具有相对均匀的大孔和介孔结构,比表面积可达428 m2/g。其次,将固相萃取小柱与C18分析柱通过高效液相色谱系统相结合,对中药材防风提取液和小鼠血液中的补骨脂素、欧前胡素、异欧前胡素等呋喃香豆素类成分进行了在线萃取与分析。结果表明,该固相萃取小柱对上述样品中的基质组分具有良好的去除效果,同时可选择性萃取这3种呋喃香豆素类组分。分析防风提取液的方法学验证结果表明,准确度在95.2%102.8%范围内,精密度相对标准偏差≤1.3%,检测限分别为5、20、20 ng/m L。为了深入研究该苯基吸附剂对生物样品前处理的性能,利用所建立的方法,对小鼠血液中蛇床子素和二氢欧山芹醇当归酸酯成分进行了在线萃取和定量分析,方法准确度在94.8%116.0%范围内,精密度相对标准偏差≤1.8%,定量下限均为50 ng/m L。以上结果表明,该苯基吸附剂对血浆中的这2种香豆素类成分均具有良好的选择性。再次,为了研究所建立的在线萃取和定量分析方法的适用性,利用该方法对中药复方甘姜苓术方中的6-姜酚、白术内酯Ⅲ和8-姜酚进行了在线萃取与定量分析,方法准确度在99.4%108.1%范围内,精密度相对标准偏差≤1.8%,检测限分别为30、50、40 ng/m L,表明本方法适用性良好。最后,基于吸附剂表面苯基硼酸官能团与具有顺式二醇结构的化合物之间的苯基硼酸亲和相互作用力,利用管尖固相萃取装置对人尿液中的S-腺苷同型半胱氨酸进行萃取,并经高效液相色谱法对萃取后的样品进行了分析,方法准确度在80.5%97.0%范围内,精密度相对标准偏差≤2.2%,定量限为100 ng/m L,表明用于离线萃取的苯基吸附剂对人尿液中的S-腺苷同型半胱氨酸具有良好的萃取效果。本文设计制备的苯基聚合物整体吸附剂不仅作用机制丰富,对中药材提取液、小鼠血液和人尿液等多种复杂生物样品中的多种目标组分萃取效果良好,对复杂基质组分具有良好的去除能力,而且作用模式多样,可用于在线和离线萃取,为复杂样品的分析提供了简便、高效的前处理方法。

关键词：样品前处理固相萃取苯基吸附剂香豆素生物样品

AAR-Net:用于声学异质介质光声图像重建的深度神经网络

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智能系统学报 2024年第2期19卷 278-289页

作者：孙美晨孙正候英飒华北电力大学电子与通信工程系河北保定071003 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室河北保定071003

在光声成像中,由于组织的吸收和扩散等引起的超声波衰减、由声速变化引起的相位偏差以及与声衰减相关的信号波形展宽都会降低图像的空间分辨率,针对该问题,提出一种基于深度学习的声学特性非均匀组织图像重建方法。通过将深度梯度下降(d... 详细信息

在光声成像中,由于组织的吸收和扩散等引起的超声波衰减、由声速变化引起的相位偏差以及与声衰减相关的信号波形展宽都会降低图像的空间分辨率,针对该问题,提出一种基于深度学习的声学特性非均匀组织图像重建方法。通过将深度梯度下降(deep gradient descent,DGD)网络与U-Net相结合构建声伪影去除网络(acoustic artifacts removal network,AAR-Net)。DGD模块利用梯度信息减少非均匀声学特性对重建图像质量的影响,实现信号域到图像域的转换。U-Net模块实现对DGD模块输出的低质量图像的优化,实现图像域到图像域的转换。仿真、仿体和在体试验结果表明,与传统的非学习图像重建方法和最新的基于图像后处理的深度学习方法相比,采用该方法重建的图像结构相似度和峰值信噪比分别可提高约20%和10%。AAR-Net无需任何有关成像对象声学特性的先验知识,即可重建高质量图像。

关键词：图像重建图像增强光声光谱成像声学特性反射深度学习深度神经网络梯度方法

健康老龄化指数与老年心脏代谢性疾病患者共病模式之间的关联

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中国慢性病预防与控制 2024年第6期32卷 423-427,433页

作者：李瑾侯候李晶天津医科大学朱宪彝纪念医院神经内科天津300134 天津医科大学总医院风湿免疫科

目的探讨健康老龄化指数(healthy aging index,HAI)与中国老年心脏代谢性疾病(cardiometabolic disease,CMD)患者不同共病模式之间的关系,为CMD的防控提供科学依据。方法数据来源于中国健康与养老追踪调查(CHARLS)项目2011年数据,选... 详细信息

目的探讨健康老龄化指数(healthy aging index,HAI)与中国老年心脏代谢性疾病(cardiometabolic disease,CMD)患者不同共病模式之间的关系,为CMD的防控提供科学依据。方法数据来源于中国健康与养老追踪调查(CHARLS)项目2011年数据,选取其中1 626名60岁及以上CMD患者为研究对象进行问卷调查和体格检查。运用结构方程模型基于感知能力、认知能力、身体能力、心理能力和活力5个健康老龄化维度构建HAI。采用潜在类别分析(latent class analysis,LCA)确定CMD患者的共病模式类别。采用Stata SE 16.0、Mplus 7.0和AMOS 26.0进行统计分析。采用无序多分类logistic回归模型分析HAI与共病模式之间的关联。结果 1 626名研究对象平均年龄为(68.5±6.9)岁。HAI得分为(5.52±1.64)分,构建出的HAI拟合度较好,适配度(GFI)=0.964,调整后适配度(AGFI)=0.957,标准化均方根残差(SRMR)=0.049。LCA最终确定了3类CMD共病模式,分别为高血压伴慢性肺部疾病组(n=334),高血压伴风湿或消化系统疾病组(n=635)以及伴高血压组(n=657)。无序多分类logistic回归分析结果显示,调整混杂因素后,HAI每增加1分,高血压伴慢性肺部疾病的风险降低28%(OR=0.72,95%CI:0.66~0.80)、高血压伴风湿或消化系统疾病的风险降低23%(OR=0.77,95%CI:0.71~0.84)。与HAI低水平组相比,HAI高水平组罹患高血压伴慢性肺部疾病和高血压伴风湿或消化系统疾病的风险分别降低72%(OR=0.28,95%CI:0.19~0.42)和62%(OR=0.38,95%CI:0.28~0.52)。结论 CMD患者的慢性病共病模式包括高血压伴慢性肺部疾病、高血压伴风湿或消化系统疾病和伴高血压模式。高HAI与CMD患者的高血压伴慢性肺部疾病、高血压伴风湿或消化系统疾病低风险相关。

关键词：健康老龄化心脏代谢性疾病共病模式横断面研究