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基于表型检测平台的设施番茄株型特征快速检测技术研究

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基于表型检测平台的设施番茄株型特征快速检测技术研究

作者：邹伟杰浙江科技大学

学位级别：硕士

番茄作为我国主要的蔬果作物之一,其贸易出口量及出口价值在全球都占据领先地位,在我国经济中占据了重要地位。番茄产量受到其表型特性的影响颇大,准确、快速获取番茄株高和冠层覆盖度能够更有效地掌握番茄生长信息。现阶段,对番茄表型... 详细信息

番茄作为我国主要的蔬果作物之一,其贸易出口量及出口价值在全球都占据领先地位,在我国经济中占据了重要地位。番茄产量受到其表型特性的影响颇大,准确、快速获取番茄株高和冠层覆盖度能够更有效地掌握番茄生长信息。现阶段,对番茄表型特征参数的测量方式大多基于人工,这种方式的局限性在于测量人员的主观性、高劳动性和低效率性,无法达到大规模测量的需求。因此,采用智能化的手段对番茄表型特征参数进行快速测量,对番茄产量和培育有着重大意义。近些年,图像处理技术和三维重建技术日益成熟,尤其是在作物表型高通量测量方面取得了很大进展,为作物表型特征参数的获取提供了有效的技术支持。利用RGB图像数据获取作物的表型特征参数多应用于玉米、小麦以及大豆等大田作物,对于设施番茄的表型参数研究还很少。本研究搭建了设施桁架作物表型信息采集平台,利用搭载的RGB相机快速获取设施番茄的冠层图像信息,运用图像处理技术和三维重建技术对设施番茄的株高和冠层覆盖度进行了估算与分析,主要研究结论如下:（1）针对设施番茄生长过程中所需的高通量表型信息采集平台,通过对桁架结构设计,控制系统搭建,结合设施场地空间等因素,设计了一种设施作物表型信息的采集平台。根据设施环境结合采集平台工作空间,进行了番茄水肥实验设计和图像采集周期的科学划分。（2）针对设施番茄冠层株高估算问题。基于RGB图像和三维重建技术,通过运动恢复结构算法构建番茄冠层的三维点云模型,利用条件聚类算法分割得到单株植株,寻找目标区域内植株的高百分位和低百分位（土壤层）点,两者相减并依据换算比例估算番茄植株株高,基于该方法的株高估算值与实测值间具有较好的一致性,全生育时期内株高估算值与实测值的决定系数（coefficient of determination,R 2）为0.89,均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）为7.62cm。（3）针对设施番茄冠层覆盖度估算问题。基于不同时期的番茄冠层RGB图像,拼接生成数字正射影像,通过图像预处理,利用植被指数分割算法实现了番茄冠层覆盖度的估算。结果表明,不同植被指数算法估算的番茄冠层覆盖度之间存在差异,过绿指数（EXG）算法、过绿减过红指数（EXGR）算法和植被颜色指数（CIVE）算法三种算法的估算值与实测真值间的R2分别为0.911、0.845、0.841,RMSE分别为0.049、0.078、0.088。EXG算法相较于EXGR算法和CIVE算法,冠层覆盖度估算值与真值具有较高吻合度和较低误差,表明EXG算法在估算设施番茄冠层覆盖度上具有一定的应用优势。（4）针对番茄植株植被指数提取问题。本研究利用r、g、b三个波段的反射率计算植被指数,并对植被指数与番茄冠层覆盖度和株高参数进行皮尔逊相关性分析。结果表明,冠层覆盖度与蓝波段反射率相关性极低,与植被指数EXR、RGRI、CIVE呈负相关,相关系数绝对值|r|变化范围为0.93-0.97。株高与绿波段反射率呈正相关光系,与红、蓝波段反射率呈负相关关系,与植被指数EXR、RGRI和CIVE除外的植被指数呈正相关关系,|r|变化范围为0.62-0.78。各植被指数间相关性很高,彼此间存在很强的共线性,番茄株高与冠层覆盖度之间呈显著正相关性,r为0.81。综上所述,本研究一方面通过图像处理技术和三维重建点云技术实现了对设施番茄株高和冠层覆盖度的估算,另一方面为其他设施作物的表型特征参数估算提供了新的思路和方法。

关键词：设施番茄表型信息采集平台图像处理三维点云株高冠层覆盖度

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中国共同富裕的测度、区域差异及动态演化

地理科学 2024年第1期44卷 71-81页

作者：邹伟勇许玲丽广东海洋大学经济学院广东湛江524088 上海大学经济学院上海200444

为扎实推动共同富裕取得实质性进展,全面反映共同富裕建设成效,本文探索共同富裕的量化体系。基于熵值法、Dagum基尼系数以及Markov链等实证分析方法,本研究从共同、共享和富裕3个维度测度中国共同富裕指数,并探索其时空演化规律。研究... 详细信息

为扎实推动共同富裕取得实质性进展,全面反映共同富裕建设成效,本文探索共同富裕的量化体系。基于熵值法、Dagum基尼系数以及Markov链等实证分析方法,本研究从共同、共享和富裕3个维度测度中国共同富裕指数,并探索其时空演化规律。研究发现:①从区域层面看,共同富裕水平由高到低排序依次为东部、东北部、中部、西部。其中,北京、天津、上海和江苏位于高共同程度–高富裕程度区域。虽然共同程度指数下降,但共享程度指数和富裕程度指数的正向驱动效应更大,共同富裕指数呈现稳步上升趋势。②共同富裕的总体差异主要来源地区间差距,地区内差异贡献相对较小。区域内和区域间的共同富裕发展差距逐渐缩小。③共同富裕发展较为稳定,不同地区的共同富裕发展存在稳定性差异,一般不会出现跨越层级的跃升。临近类型转移的概率大于非临近类型转移的概率,上升转移类型的概率大于下降转移类型的概率。

关键词：共同富裕动态演化熵权法 Dagum基尼系数 Markov链

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基于注意力机制和微分跟踪器的宽度学习系统

深圳大学学报（理工版） 2024年第5期41卷 583-593页

作者：廖律超邹伟东杨佳龙卢辉煌夏元清高建磊福建理工大学工业控制和数据分析福建省高校重点实验室福建福州350118 北京理工大学自动化学院北京100081 国家工业信息安全发展研究中心保障技术所北京100040

宽度学习系统(broad learning system,BLS)具有模型结构简单、训练效率高、易于解释等优势,但存在特征学习能力不足以及泛化性能不稳定的缺点.为缓解此问题,提出一种基于自注意力机制和微分跟踪器(tracking differentiator,TD)的宽度学... 详细信息

宽度学习系统(broad learning system,BLS)具有模型结构简单、训练效率高、易于解释等优势,但存在特征学习能力不足以及泛化性能不稳定的缺点.为缓解此问题,提出一种基于自注意力机制和微分跟踪器(tracking differentiator,TD)的宽度学习系统,记为A-TD-BLS.在模型结构上,A-TD-BLS在原始BLS模型的基础上引入了自注意力机制,通过注意力加权的方式对提取到的特征进行进一步的融合与变换,以提高原始BLS的特征学习能力.在训练算法上,提出一种基于TD的权重优化算法,通过限制权重值的大小有效地缓解了原始BLS模型的过拟合现象,显著降低了模型中隐藏层节点数量对模型性能的影响,使得模型泛化性能更加稳定.将该训练算法扩展到BLS模型的增量学习框架中,使得改进模型可以通过动态增加隐藏层节点的方式提升性能.在基准数据集上对A-TD-BLS进行多项试验,结果显示,相比原始BLS模型,在分类数据集上A-TD-BLS模型的分类准确率平均提升了1.27%,在回归数据集上A-TD-BLS模型的均方根误差平均降低了0.53,并且A-TD-BLS模型的泛化性能受隐藏层节点数量影响更小.A-TD-BLS模型提升了原始BLS模型泛化性能的稳定性,降低了模型性能对超参数的敏感程度,能够有效抑制过拟合现象.

关键词：人工智能宽度学习自注意力机制微分跟踪器特征提取增量学习

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我国常用湖泊营养状态指数研究进展与展望

湖泊科学 2024年第4期36卷 987-1000,I0001页

作者：宋子豪邹伟桂智凡许海蔡永久中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室南京210008 湖北师范大学城市与环境学院黄石435002

湖泊(包括自然湖泊和人工水库)富营养化已成为世界性的环境问题,营养状态指数是目前最流行的富营养化水平量化方法。然而,不同营养状态指数的基本逻辑和适用水体等方面存在明显差异,不当选取可能会造成营养水平和相关水华风险的错误估计... 详细信息

湖泊(包括自然湖泊和人工水库)富营养化已成为世界性的环境问题,营养状态指数是目前最流行的富营养化水平量化方法。然而,不同营养状态指数的基本逻辑和适用水体等方面存在明显差异,不当选取可能会造成营养水平和相关水华风险的错误估计,并引发湖泊保护和修复措施的错位。鉴于此,本文对我国常用营养状态指数的构建思路、共性和差异以及不确定性来源等进行了综述。总体来看,营养状态指数基本构建思路分3种:1)Carlson指数型(如TSI),以透明度(SD)为核心参数,使用SD的2倍变化对应指数的10分差值,假定SD为64 m时记为指数值0分;2)改良TSI指数型(如TSIm),以叶绿素a(Chl.a)为核心参数,使用Chl.a的2.5倍变化对应指数的10分差值,假定Chl.a 1000μg/L对应该指数100分;3)营养足迹指数型(如TFI),该指数亦使用Chl.a指示藻类生物量,Chl.a的e倍关系对应藻类生物量的二倍变化和指数10分差值,假定Chl.a为10μg/L时对应该指数50分。根据上述假设得出对应的基础参数评估方程,然后均以基础参数(SD或Chl.a)与衍生参数间的经验方程“直接替换”获得衍生参数的评估方程。如上可知,营养状态指数均体现了数值增大表征藻类初级生产力和伴随的水华风险提高的共性,同时本文也从:1)数据集属性和基础指标评估方程获取的方法;2)衍生指标评估方程获取的统计原理;3)分项指标的权重设置方式3个方面分析营养状态指数之间的差异性。未来展望方面,首先,鉴于当前营养状态指数均属于通用性指数,因而建议未来基于上述3种基本类型开发因地制宜的营养状态指数,实现湖泊藻类生产力和水华风险的精准指示;其次,营养状态指数的生态学依据是藻类限制因子理论,营养状态指数各分项指标(即基于总氮、总磷、SD和Chl.a)的差异可以指示初级生产力的限制因子,建议未来开展营养状态指数分项指标差异机制研究,以指导藻类水华防控措施精准施策;再次,除富营养化外,湖泊生态健康受损往往也与其它压力有关,建议未来开展湖泊生态健康对富营养化和其他压力的综合响应机制研究,制定服务于湖泊生态系统健康提升的精准调控路径。本文目的并非将营养状态指数的通用属性“复杂化”,而是旨在阐明营养状态指数的“前世今生”,进而为广大湖泊富营养化相关人员使用指数时提供参考,也希望为我国湖泊营养状态精准量化、后续保护和修复措施的精准实施提供科学依据。

关键词：营养盐藻类水华富营养化生态修复湖泊生态系统健康

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一株窖泥中产氢广西梭菌的基因组注释与分析

食品与发酵工业 2024年

作者：罗浩陈聪叶光斌邹伟四川轻化工大学生物工程学院酿酒生物技术及应用四川省重点实验室

为了探究梭菌属作为高效产氢发酵菌株的产氢性能。该研究通过从浓香型白酒窖泥中筛选出了1株具有产氢能力的菌株WZ-1，经过鉴定后为广西梭菌(Clostridium guangxiense)。在35 ℃厌氧条件下，WZ-1菌株能够以葡萄糖为底物的培养基上进行... 详细信息

为了探究梭菌属作为高效产氢发酵菌株的产氢性能。该研究通过从浓香型白酒窖泥中筛选出了1株具有产氢能力的菌株WZ-1，经过鉴定后为广西梭菌(Clostridium guangxiense)。在35 ℃厌氧条件下，WZ-1菌株能够以葡萄糖为底物的培养基上进行发酵，产生高含量氢气(58.99%)和丁酸(1 960 mg/L)。为了全面解析其功能特性，对WZ-1菌株进行基因组测序和注释。基因组分析显示，WZ-1基因组总长度为4 406 933 bp，GC含量31.95%，包含4 172条编码序列，3个rRNA基因和52个tRNA基因。通过菌株的KEGG代谢途径分析，揭示了WZ-1的丙酮酸脱羧过程产氢、NADH+H+氧化还原平衡调节产氢、一氧化碳产氢、固氮产氢及其产丁酸途径。研究结果从基因组层面深入解析了WZ-1的产氢产丁酸特性，展现了其在生物制氢、生物制丁酸和促进循环经济等方面具有一定的应用前景，也为开发清洁能源生产技术提供了参考。

关键词：广西梭菌氢气基因组测序丁酸窖泥

耦合生态服务供需的县域农业空间生态保护修复分区——以宜兴市为例

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自然资源学报 2024年第4期39卷 858-877页

作者：王林艳夏敏邹伟南京农业大学公共管理学院南京210095

开展县域尺度农业空间生态保护修复分区研究,差异化推进区域生态保护与修复,对协调人地耦合系统、促进自然—社会的可持续发展具有现实意义。以宜兴市农业空间为研究对象,耦合生态系统服务的供给格局与需求格局,构建供需综合安全格局进... 详细信息

开展县域尺度农业空间生态保护修复分区研究,差异化推进区域生态保护与修复,对协调人地耦合系统、促进自然—社会的可持续发展具有现实意义。以宜兴市农业空间为研究对象,耦合生态系统服务的供给格局与需求格局,构建供需综合安全格局进行生态保护修复分区。结果发现:(1)宜兴市农业空间各项生态系统服务需求格局在自然因素和人类活动共同作用下,空间差异较大。土壤保持服务需求呈现东北高、西南低的总体格局;食物供给服务需求整体较高,空间上与人口分布类似;碳固存服务需求格局表现为“北高南低”;水源涵养服务需求在空间分布上较为均匀;生境质量保持服务需求在空间上呈八块状分区。(2)宜兴市农业空间土壤保持、碳固存、水源涵养以及生境质量保持生态系统服务的供给格局均表现出“南强北弱”的特征,而食物供给服务的高值区位于研究区东北方向及西部腰线区域。(3)依据供需综合安全水平,宜兴市农业空间可分为农业生态重塑区、农业生态优化区、农业生态护养区以及农业生态保育区。结合各分区土地利用现状,分别提出全局治理与重点区域生态重塑、整体优化与关键区域生态修复、综合生态养护与局部生态整治、严格生态保护与控制开发强度等差异化生态保护修复措施。研究为宜兴市及其他类似地区生态文明建设与农业空间规划提供参考。

关键词：农业空间生态系统服务供需评估供需安全格局生态保护修复

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产酯酶格氏乳球菌的筛选、鉴定与基因组注释

食品科学 2024年第8期45卷 87-95页

作者：陈聪邹伟汤秀娟陈晓松吴成泽四川轻化工大学生物工程学院四川宜宾644005 酿酒生物技术及应用四川省重点实验室四川宜宾644005 乐山职业技术学院四川乐山614000

本研究从浓香型白酒大曲进行初筛和复筛,得到一株高酯酶活力的菌株S5-4,对其全基因组测序、酯酶注释和代谢通路分析。该菌株的最大透明圈D/d比值(细菌透明圈直径与菌落直径之比)达到了2.27±0.02,经鉴定为格氏乳球菌(Lactococcus garvie... 详细信息

本研究从浓香型白酒大曲进行初筛和复筛,得到一株高酯酶活力的菌株S5-4,对其全基因组测序、酯酶注释和代谢通路分析。该菌株的最大透明圈D/d比值(细菌透明圈直径与菌落直径之比)达到了2.27±0.02,经鉴定为格氏乳球菌(Lactococcus garvieae)。对其形态及生理生化特性进行鉴定,并对其产酯酶的酶活力进行测定,其产酯酶的活力为15.74 U/mL,在35℃厌氧发酵15 d能够合成乙酸乙酯(0.345 0±0.160 0)g/L、乳酸乙酯(0.298 3±0.230 0)g/L。S5-4基因组测序与注释结果显示,其基因组大小为2 191 113 bp,GC相对含量为37.99%,预测得到了1 486个基因,其中4个核糖体RNA、69个转移RNA和34个非编码RNA基因。S5-4基因组共注释出11种产酯酶基因,其中包括磷酸酯酶(胞内酶5个和细胞膜酶2个)、酰基辅酶A脱酰酶(胞内酶)、丙酸三酯酶(胞外酶)、羧酸酯酶(胞外酶)和木聚糖酯酶(胞内酶)的基因。基于功能基因组注释构建了S5-4以淀粉和半乳糖为碳源生产乙酸乙酯和乳酸乙酯代谢路径,与实验结果相符。根据菌株产酯酶特性,可用作在白酒酿造中酯化液的生物催化剂,或者将其作为大曲增香的强化剂。

关键词：格氏乳球菌基因组信息代谢路径重建酯酶

农地市场化、农村劳动力流动与城乡融合发展的累积循环效应分析

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干旱区资源与环境 2024年第3期38卷 31-38页

作者：周佳宁曹铁毅邹伟西南大学商贸学院重庆402460 西南大学数字经济与共同富裕创新研究中心重庆402460 江苏大学管理学院镇江212013 南京农业大学公共管理学院南京210095

文中以农地市场化为切入点,从理论和实证两方面论证农地市场化、劳动力要素流动与城乡融合发展间的累积循环效应。研究发现:1)农地市场化水平每翻一番,劳动力流动数量和质量分别提高6.8%和8.3%;劳动力流动数量和质量每翻一番,城乡融合... 详细信息

文中以农地市场化为切入点,从理论和实证两方面论证农地市场化、劳动力要素流动与城乡融合发展间的累积循环效应。研究发现:1)农地市场化水平每翻一番,劳动力流动数量和质量分别提高6.8%和8.3%;劳动力流动数量和质量每翻一番,城乡融合水平分别提升2.5%和2.8%。2)城乡融合水平每提升1%,农地市场化水平提升2.4%。3)农地市场化、劳动力流动与城乡融合发展间存在“农地市场化→劳动力流动数量→城乡融合发展→农地市场化”和“农地市场化→劳动力流动质量→城乡融合发展→农地市场化”两条循环逻辑链。基于研究结论,提出通过夯实土地产权和治权建设,建立有效市场和有为政府联合机制,并通过土地、户籍、社保制度的联动机制改革,引导城乡劳动力有序双向流动,促推农地市场化、农村劳动力流动与城乡融合发展良性循环互动。

关键词：农地产权交易劳动力要素流动城乡融合发展累积循环效应

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高含蜡页岩油智能投球收球清防蜡技术

石油钻采工艺 2024年

作者：邹伟黄战卫刘凯旋魏迎龙杨超毛森张倚绮宫建国中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第一采气厂中国石油天然气股份有限公司长庆油田页岩油开发分公司

（目的）页岩油具有含蜡量高，析蜡温度高、出砂量高等“三高”特征，地面集输管道结蜡、出砂频繁，管道缩径严重，造成油井回压升高，严重制约了油井高效生产。为降低油井回压对页岩油生产的影响，探索应用智能投收球技术清蜡、防蜡，... 详细信息

（目的）页岩油具有含蜡量高，析蜡温度高、出砂量高等“三高”特征，地面集输管道结蜡、出砂频繁，管道缩径严重，造成油井回压升高，严重制约了油井高效生产。为降低油井回压对页岩油生产的影响，探索应用智能投收球技术清蜡、防蜡，以降低油井回压，充分发挥油井产能。（方法过程）针对传统的手动投收球劳动强度大、自动投收球器故障率高，清蜡球刮蜡效果差、清蜡球运行状态无法追踪及新老系统工艺不匹配等问题，开展了自动投球器6项技术改进、自动收球器4项技术优化，清蜡球结构、材质改进，自动投收球器、清蜡球系列化设计，新老系统3类工艺流程优化，投收球智能监控技术配套，建立了高含蜡页岩油智能投收球清防蜡技术体系。（结果现象）通过现场试验3条输油管道，试验结果表明：与试验初期相比，3条输油管道自然收球率提升84%，清管效率提升83.3%，清蜡球识别率达到97%以上，油井回压下降56%，管道扫线周期由30天延长至300天，管道扫线频次下降91.7%，管道清蜡效果较好，油井回压下降明显，扫线频次降低，清蜡球运行状况实现智能监控。（结论）探索、攻关形成的高含蜡页岩油智能投收球清防蜡技术，有效提升了页岩油平台输油管道自然收球率、清管效率及清蜡球识别率，大大降低了油井回压、管道扫线频次，减轻了人员劳动强度，实现了页岩油输油管道投收球清防蜡智能监控，满足了页岩油大平台无人值守需求，助推了庆城页岩油规模效益开发。

关键词：页岩油油气开采机械清蜡化学清蜡高含蜡智能投收球清防蜡