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Application of Visible/Near-Infrared Spectroscopy and Hyperspectral Imaging with Machine Learning for High-Throughput Plant Heavy Metal Stress Phenotyping:A Review

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Plant Phenomics 2023年第4期5卷 657-672页

作者： Yuanning Zhai Lei Zhou hengnian qi Pan Gao Chu Zhang School of Information Engineering Huzhou UniversityHuzhou 313000China College of Mechanical and Electronic Engineering Nanjing Forestry UniversityNanjing 210037China College of Information Science and Technology Shihezi UniversityShihezi 832003China

Heavy metal pollution is becoming a prominent stress on plants.Plants contaminated with heavy metals undergo changes in external morphology and internal structure,and heavy metals can accumulate through the food chain,threatening human health.Detecting heavy metal stress on plants quickly,accurately,and nondestructively helps to achieve precise management of plant growth status and accelerate the breeding of heavy metal-resistant plant varieties.Traditional chemical reagent-based detection methods are laborious,destructive,time-consuming,and costly.The internal and external structures of plants can be altered by heavy metal contamination,which can lead to changes in plants'absorption and reflection of light.Visible/near-infrared(V/NIR)spectroscopy can obtain plant spectral information,and hyperspectral imaging(HSI)can obtain spectral and spatial information in simple,speedy,and nondestructive ways.These 2 technologies have been the most widely used high-throughput phenotyping technologies of plants.This review summarizes the application of V/NIR spectroscopy and HSI in plant heavy metal stress phenotype analysis as well as introduces the method of combining spectroscopy with machine learning approaches for high-throughput phenotyping of plant heavy metal stress,including unstressed and stressed identification,stress types identification,stress degrees identification,and heavy metal content estimation.The vegetation indexes,full-range spectra,and feature bands identified by different plant heavy metal stress phenotyping methods are reviewed.The advantages,limitations,challenges,and prospects of V/NIR spectroscopy and HSI for plant heavy metal stress phenotyping are discussed.Further studies are needed to promote the research and application of V/NIR spectroscopy and HSI for plant heavy metal stress phenotyping.

关键词： Infrared consuming precise

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基于Web的广域污染源水质自动监控系统研究

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仪器仪表学报 2008年第1期29卷 120-123页

作者：祁亨年蒋梁中华南理工大学机械工程学院

在线自动监测或监控是治理水质污染的必要手段。根据国内外开发经验结合我国国情,推出了基于W eb的广域污染源水质自动监控系统,由监测、通信、控制等软硬件系统构成。实现了监测点仪器接口的"宽接入",有线和无线通信并存,实现99.9%以... 详细信息

在线自动监测或监控是治理水质污染的必要手段。根据国内外开发经验结合我国国情,推出了基于W eb的广域污染源水质自动监控系统,由监测、通信、控制等软硬件系统构成。实现了监测点仪器接口的"宽接入",有线和无线通信并存,实现99.9%以上的通信成功率;定义和实现了定时上报、紧急上报、指示收集、实时收集和随机收集等5种逻辑通信方式,支持反控、时间同步、远程参数设置和远程维护;实现软件部分的跨平台和可扩展性;基于W eb的监测和控制,提高了系统的易用性、稳定性和易维护性。

关键词：水质在线监控反控跨平台 Web

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基于一种解析运动学模型的排爆机械臂联动遥操作技术

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仪器仪表学报 2008年第5期29卷 1029-1034页

作者：祁亨年汪伟蒋梁中华南理工大学机械工程学院

联动遥操作是排爆作业中对排爆机械臂的一种有效和便捷的操作方式,也是排爆机器人研制中的难点。本文在D-H方法基础上,针对所设计的排爆机械臂的机械结构,提出了一种简化实用的基于3臂杆6自由度机械臂的解析运动学模型,该运动学模型能... 详细信息

联动遥操作是排爆作业中对排爆机械臂的一种有效和便捷的操作方式,也是排爆机器人研制中的难点。本文在D-H方法基础上,针对所设计的排爆机械臂的机械结构,提出了一种简化实用的基于3臂杆6自由度机械臂的解析运动学模型,该运动学模型能得到解析的正运动学方程和逆运动学方程,从而能实现在控制系统中的实时计算。本文详细描述了基于该解析运动学模型的排爆机械臂联动遥操作控制系统的设计。实验表明,采用该解析运动学模型能大大提高对排爆机械臂操作的效率和排爆作业精细程度。

关键词：机械臂遥操作运动学

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语文课程生命课堂的问题、内涵意蕴及教学实现

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湖州师范学院学报 2023年第6期45卷 97-102页

作者：曹颖马进祁亨年湖州师范学院教师教育学院浙江湖州313000 湖州师范学院信息工程学院浙江湖州313000

随着我国基础教育课程改革的推进,语文课程越来越关注富有生命力和思政价值引领的课堂。语文课程生命课堂为中小学语文课堂提供价值引领,为学生发展核心素养提供条件。当前,我国语文生命课堂实践仍存在课堂价值取向、教学方法、教学设... 详细信息

随着我国基础教育课程改革的推进,语文课程越来越关注富有生命力和思政价值引领的课堂。语文课程生命课堂为中小学语文课堂提供价值引领,为学生发展核心素养提供条件。当前,我国语文生命课堂实践仍存在课堂价值取向、教学方法、教学设计的差距。而育人、情境、对话作为语文生命课堂的重要取向,赋予课堂独特的生命活力与文化深度,闪耀师生的生命之善、生命之情与生命之思,绽露语文课堂本真的生命意蕴。基于此,语文生命课堂召唤教师提升语文课堂育人品性,呵护儿童生命品格;贯彻学习任务群理念,引导儿童生命阅读;呵护课堂情境体验,增强儿童情感的在场。

关键词：语文课程生命课堂内涵意蕴

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基于延迟时间测量的移动源运动参数估计方法

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传感技术学报 2020年第6期33卷 895-901页

作者：吴晓平祁亨年湖州师范学院信息工程学院浙江湖州313000 浙江农林大学信息工程学院杭州311300

延迟时间测量是移动源定位中常采用的一种方法。采用移动源的延迟时间测量,建立了移动源运动参数包括初始位置和运动速度的联合估计优化模型。通过对优化模型的等效变换与松弛,建立了运动参数估计的凸优化模型,并设计了参数估计的半正... 详细信息

延迟时间测量是移动源定位中常采用的一种方法。采用移动源的延迟时间测量,建立了移动源运动参数包括初始位置和运动速度的联合估计优化模型。通过对优化模型的等效变换与松弛,建立了运动参数估计的凸优化模型,并设计了参数估计的半正定规划(SDP)实现算法。为减少估计误差,采用更为严格的约束限制条件,设计了混合的二阶锥规划与半正定规划(SOCSDP)凸优化算法。仿真分析结果表明,由于引入了更多的约束条件,SOCSDP比SDP算法的估计误差更小。尤其在较小时间测量噪声条件下,SOCSDP比SDP算法的估计误差更接近于克拉美罗(CRLB)下界值。由于采用了更多的约束条件限制,SOCSDP算法的计算复杂度比SDP算法更高。

关键词：延迟时间凸优化半正定规划运动参数估计

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基于计算机图像处理技术评估杉木和马尾松种子活力(英文)

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农业工程学报 2012年第S2期28卷 274-279页

作者：邓飞祁亨年赵光武浙江农林大学信息工程学院临安311300 浙江农林大学农业与食品科学学院临安311300

为实现林木种子活力快速自动化检测,该文以杉木和马尾松各5个批次种子为对象,研究种子活力评估的计算机图像处理方法。首先,种子于蓝色发芽纸上垂直发芽,播种6d后通过普通数码相机连续拍照5d。然后,获取的图像经自主开发的幼苗长度分析... 详细信息

为实现林木种子活力快速自动化检测,该文以杉木和马尾松各5个批次种子为对象,研究种子活力评估的计算机图像处理方法。首先,种子于蓝色发芽纸上垂直发芽,播种6d后通过普通数码相机连续拍照5d。然后,获取的图像经自主开发的幼苗长度分析软件测量幼苗长度并计算生长速率。结果表明:计算机识别的幼苗长度和生长速率能较好地区分种子批的质量水平,该结果与田间检测结果基本一致,但最佳识别指标因物种不同而异。播种6d幼苗长度(SL6)和播种9d幼苗长度(SL9)均是评估杉木种子活力的最佳指标,播种10d幼苗长度(SL10)和幼苗生长速率(GS)均是评价马尾松种子活力的最佳指标。研究结果表明,采用计算机图像处理技术测定幼苗长度和生长速率评估杉木和马尾松种子活力是切实可行的。该研究可为小粒植物种子活力评估提供参考。

关键词：图像处理测量种子活力评估杉木马尾松

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木材显微图像的局部水平集分割方法

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中国图象图形学报 2012年第2期17卷 236-240页

作者：汪杭军祁亨年浙江农林大学信息工程学院临安311300

获取木材显微图像中的细胞组织对于分析木材的种类、材性,以及天气变化等均有重要的意义,而这依赖于图像分割技术。针对木材组织的不均匀性,以及标本制作和获取过程中带来的噪声,将水平集方法中边缘型和区域型两种模型引入,同时结合局... 详细信息

获取木材显微图像中的细胞组织对于分析木材的种类、材性,以及天气变化等均有重要的意义,而这依赖于图像分割技术。针对木材组织的不均匀性,以及标本制作和获取过程中带来的噪声,将水平集方法中边缘型和区域型两种模型引入,同时结合局部图像信息来提高局部不均匀图像的分割性能。在图像初始分割基础上,通过面积阈值去除水泡等杂质,最终提取导管组织。实验结果表明,提出的模型所得到的分割图像较平滑,而且噪声明显减少,可有效分割局部不均匀木材显微图像。

关键词：图像分割灰度不均匀水平集能量函数木材显微图像

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未知信号传播速度的TDOA测量远近场统一定位方法

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传感技术学报 2020年第7期33卷 1049-1055页

作者：吴晓平祁亨年湖州师范学院信息工程学院浙江湖州313000 浙江农林大学信息工程学院杭州311300

到达时间差(TDOA)测量无法根据测量值判断当前定位过程是处于近场还是远场,因此设计远近场统一解形式的TDOA定位算法对于提高源目标位置参数估计性能具有重要意义。通过建立远近场都适用的统一形式TDOA测量方程,本文提出了一种信号传播... 详细信息

到达时间差(TDOA)测量无法根据测量值判断当前定位过程是处于近场还是远场,因此设计远近场统一解形式的TDOA定位算法对于提高源目标位置参数估计性能具有重要意义。通过建立远近场都适用的统一形式TDOA测量方程,本文提出了一种信号传播速度未知情况下远近场统一解形式的非约束最小二乘(UWLS)定位方法,该方法既适用于近场,又适用于远场。同时利用优化模型中的约束条件,设计了约束最小二乘(CWLS)定位方法,减少了估计误差。对算法的仿真结果分析表明,所设计UWLS及CWLS算法既适用于近场,又适用于远场情况下的位置参数估计问题。随着远场距离的增加,UWLS及CWLS算法的估计误差基本保持不变,并且非常接近于克拉美罗(CRLB)下界值。

关键词：定位到达时间差远近场最小二乘方法

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土壤呼吸CO_(2)浓度在线监测实验系统设计

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实验技术与管理 2022年第3期39卷 111-116,125页

作者：贾良权朱同宇祁亨年黄旭高璐湖州师范学院信息工程学院浙江湖州313000 浙江大学生物系统工程与食品科学学院浙江杭州310058

为了实现土壤呼吸CO_(2)浓度的实时高精度检测,利用可调谐激光二极管吸收光谱技术,以三路怀特池作为光学传感器,设计了开放式土壤呼吸CO_(2)浓度在线监测实验系统,并配套上位机数据处理软件。在实验室对实验系统进行了测试和标定,测试... 详细信息

为了实现土壤呼吸CO_(2)浓度的实时高精度检测,利用可调谐激光二极管吸收光谱技术,以三路怀特池作为光学传感器,设计了开放式土壤呼吸CO_(2)浓度在线监测实验系统,并配套上位机数据处理软件。在实验室对实验系统进行了测试和标定,测试结果显示:该系统三路传感器检测下限分别为7.45、4.14、4.11μL/L,三路传感器的浓度波动范围均小于1.1%,浓度标定线性度均达到0.998以上。试验结果表明该在线监测实验系统可以精准检测土壤呼吸动态变化规律。

关键词：土壤呼吸 CO_(2) TDLAS 传感器

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基于Mask RCNN和视觉技术的玉米种子发芽自动检测方法

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浙江农业学报 2023年第8期35卷 1927-1936页

作者：马启良杨小明胡水星黄子鸿祁亨年湖州师范学院信息技术中心浙江湖州313000 湖州师范学院信息工程学院浙江湖州313000 湖州师范学院研究生院浙江湖州313000

种子标准发芽试验中,为获取种子发芽和生长情况,需借助人工定时对种子的发芽率、发芽势、芽长和根长等相关指标进行统计和测量,该测定过程费时费力,且易对发芽的幼苗造成损伤。针对这些问题,该研究基于Mask RCNN(基于区域的卷积神经网络... 详细信息

种子标准发芽试验中,为获取种子发芽和生长情况,需借助人工定时对种子的发芽率、发芽势、芽长和根长等相关指标进行统计和测量,该测定过程费时费力,且易对发芽的幼苗造成损伤。针对这些问题,该研究基于Mask RCNN(基于区域的卷积神经网络)模型和机器视觉技术设计了一种玉米种子发芽自动检测方法。首先,在玉米种子发芽试验的7 d内,每天采集模型训练和测试所需的图像,并用Labelme工具对种子位置进行标注,再利用标注图像训练种子定位模型;其次,根据模型定位出的玉米种子掩膜区域,设定一个监测种子发芽的椭圆区域,自动识别种子发芽状态;最后,利用骨架提取和深度搜索算法实现发芽种子幼苗主骨架线的提取,通过计算种子掩膜的质心坐标位置,实现芽和根长度的分别统计。结果表明,该方法能够有效识别发芽种子,实现发芽试验中玉米种子的发芽率、发芽势、芽长、根长等指标的自动统计,可为种子发芽试验的自动化管理提供技术参考。

关键词：标准发芽试验发芽率 Mask RCNN 玉米骨架提取芽长根长

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