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基于改进YOLOv5对果园环境中李的识别

华中农业大学学报 2024年第5期43卷 31-40页

作者：贺英豪唐德钊倪铭蔡起起四川农业大学信息工程学院雅安625014 雅安市数字农业工程技术研究中心雅安625014

为提高果园中高遮挡和密集的李(Prunussalicina Lindl.)的检测精度,提出一种改进YOLOv5s模型,在促进模型轻量化的同时提高模型对李的检测精度。首先,使用新的结构Focus-Maxpool模块替换主干网络中的下采样卷积,使改进模型在下采样时能... 详细信息

为提高果园中高遮挡和密集的李(Prunussalicina Lindl.)的检测精度,提出一种改进YOLOv5s模型,在促进模型轻量化的同时提高模型对李的检测精度。首先,使用新的结构Focus-Maxpool模块替换主干网络中的下采样卷积,使改进模型在下采样时能够保留更多高遮挡目标和小目标的特征信息。其次,使用focal loss和交叉熵函数的加权损失作为改进模型的分类损失,提升改进模型对粘连目标的识别能力。最后,设计若干组检测试验来评价改进模型的性能。结果显示,改进YOLOv5s模型的平均精度优于YOLOv5s、YOLOv4、Faster-RCNN、SSD和Centernet;与YOLOv5s模型的检测结果相比,改进YOLOv5s模型的平均精度、召回率和精度分别提高2.84、9.53和1.66百分点,检测速度可达到91.37帧/s,能够满足实时检测需求。研究结果表明,改进的YOLOv5s模型在真实果园环境下具有较高的检测精度和鲁棒性。

关键词：李机械采摘果实识别 YOLOv5 图像处理注意力机制目标检测

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微藻在农业可持续发展中的应用研究进展

农业工程学报 2024年第3期40卷 14-25页

作者：赵江侯琤沈峥张亚雷上海市乡村振兴研究中心上海200002 同济大学环境科学与工程学院上海200092 同济大学新农村发展研究院上海200092 同济大学国家设施农业工程技术研究中心上海200092 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室上海200092

近年来,饲料、饵料产量不足和化肥、农药大量施用带来的环境污染问题给农业可持续发展带来了巨大挑战。微藻因其含有能够促进动植物生长、提高农产品品质的营养元素和生物活性物质,且能同化氮、磷等污染物,被广泛应用于农业种植业、畜... 详细信息

近年来,饲料、饵料产量不足和化肥、农药大量施用带来的环境污染问题给农业可持续发展带来了巨大挑战。微藻因其含有能够促进动植物生长、提高农产品品质的营养元素和生物活性物质,且能同化氮、磷等污染物,被广泛应用于农业种植业、畜禽业和水产养殖业。该文系统总结和分析了微藻在土壤改良、农作物保护、直接刺激农作物生长、畜禽和水产养殖废水处理、饲料和饵料等领域的应用现状、特征和环境与经济效益,以及面临的机遇和挑战。分析发现,通过优化微藻培养技术降低其规模化应用的采收成本和提高其对污染物的去除效率,系统增强其在农业应用中的经济价值和可持续性,为农业可持续发展提供科技支撑是未来微藻研究的重点关注方向。

关键词：微藻农业可持续发展微藻肥料微藻饲料饵料农业废水治理

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基于Swin Transformer与GRU的低温贮藏番茄成熟度识别与时序预测研究

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农业机械学报 2024年第3期55卷 213-220页

作者：杨信廷刘彤韩佳伟郭向阳杨霖上海海洋大学信息学院上海201306 北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097 农产品质量安全追溯技术及应用国家工程研究中心北京100097 仲恺农业工程学院信息科学与技术学院广州510225

面向绿熟番茄采后持续转熟特征,适时调温是满足不同成熟度番茄适宜贮运温度需求的关键,而果实成熟度自动识别与动态预测则是实现温度适时调控的基础条件。本文基于Swin Transformer与改进GRU提出了一种番茄成熟度识别与时序动态预测模型... 详细信息

面向绿熟番茄采后持续转熟特征,适时调温是满足不同成熟度番茄适宜贮运温度需求的关键,而果实成熟度自动识别与动态预测则是实现温度适时调控的基础条件。本文基于Swin Transformer与改进GRU提出了一种番茄成熟度识别与时序动态预测模型,首先通过融合番茄两侧图像获取番茄表观全局红色总占比,构建不同成熟番茄图像数据集,并基于迁移学习优化Swin Transformer模型初始权重配置,实现番茄成熟度分类识别;其次,周期性采集不同储藏温度(4、9、14℃)下番茄图像数据,结合番茄初始颜色特征与贮藏环境信息,构建基于Swin Transformer与GRU的番茄成熟度时序预测模型,并融合时间注意力模块优化模型预测精度;最后,对比分析不同模型预测结果,验证本研究所提模型的准确性与优越性。结果表明,番茄成熟度正确识别率为95.783%,相比VGG16、AlexNet、ResNet50模型,模型正确识别率分别提升2.83%、3.35%、12.34%。番茄成熟度时序预测均方误差(MSE)为0.225,相比原始GRU、LSTM、BiGRU模型MSE最高降低29.46%。本研究为兼顾番茄成熟度实现贮藏温度柔性适时调控提供了关键理论基础。

关键词：番茄低温贮藏成熟度识别时序预测模型 Swin Transformer GRU

基于TiDE-PatchTST模型的柑橘冷藏效率时序预测模型优化

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农业机械学报 2024年第7期55卷 396-404页

作者：杨信廷郭向阳韩佳伟刘彤杨霖上海海洋大学信息学院上海201306 北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097 农产品质量安全追溯技术及应用国家工程研究中心北京100097 仲恺农业工程学院信息科学与技术学院广州510225

柑橘低温贮藏过程中果实温度波动是引发果品品质安全风险与增加制冷能耗的关键因素,同时果品品质与制冷能耗也是评判柑橘冷藏效率的重要评价指标,实现两者动态预测可为科学预知与精准优化柑橘冷藏效率提供可靠支持。本文提出一种基于Pat... 详细信息

柑橘低温贮藏过程中果实温度波动是引发果品品质安全风险与增加制冷能耗的关键因素,同时果品品质与制冷能耗也是评判柑橘冷藏效率的重要评价指标,实现两者动态预测可为科学预知与精准优化柑橘冷藏效率提供可靠支持。本文提出一种基于PatchTST的柑橘冷藏效率时序预测模型。首先,基于自注意力机制和独立预测方法(Channel independent,CI)构建基础PatchTST模型;其次,通过融合基础PatchTST模型与TiDE模型中的协变量特征提取模块,实现对多元时序数据集中全部序列的特征提取,并有效改进模型预测精度;最后,基于皮尔森相关性分析方法定量分析冷库制冷参数与能耗、柑橘温度的相关性,确定TiDE-PatchTST模型输入参数,并基于5000组实验数据实现多种模型训练与测试,对比验证TiDE-PatchTST模型的准确性与优越性。结果表明,基于TiDE-PatchTST模型的冷库能耗预测值与实验值平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别为3.645 W·h和10.421 W·h,柑橘温度预测值与实验值的MAE和RMSE分别为0.034℃和0.042℃,相比Transformer模型,能耗预测的MAE和RMSE最高分别下降41.43%和39.27%,柑橘温度预测的MAE和RMSE最高分别下降46.03%和28.81%。本研究可为柑橘冷藏过程温度波动与能耗动态感知与优化调控等提供可靠方法支持与参考。

关键词：柑橘冷藏效率时序预测模型优化 PatchTST TiDE

结合对抗训练和注意力机制的蔬菜种植领域命名实体识别

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计算机工程与应用 2024年

作者：胡乔赵春江吴华瑞缪祎晟郭旺北京市农林科学院信息技术研究中心江苏大学农业工程学院农业农村部数字乡村技术重点实验室国家农业信息化工程技术研究中心

针对复杂语境下的蔬菜种植领域命名实体识别任务中存在实体分布不均衡、实体边界不清晰和语义关联不足等问题，提出一种基于对抗训练和多头自注意力机制的蔬菜种植领域命名实体识别模型。以番茄为研究对象，采用ALBERT（ALiteBERT）提... 详细信息

针对复杂语境下的蔬菜种植领域命名实体识别任务中存在实体分布不均衡、实体边界不清晰和语义关联不足等问题，提出一种基于对抗训练和多头自注意力机制的蔬菜种植领域命名实体识别模型。以番茄为研究对象，采用ALBERT（ALiteBERT）提取语料动态词向量，结合对抗训练对词向量扰动生成对抗样本并集成为嵌入层输出，缓解农业数据不平衡问题；在特征提取层中通过引入多头自注意力机制对BiLSTM提取的序列特征进一步优化权重分布，更多关注边界信息，加强文本语义关联；最后采用条件随机场解码标注序列。在由8个类别和5542条标注样本构建的语料库Veg-Tomato上进行了实验。结果表明，该模型的精确率、召回率和F1值分别达89.26%、85.77%、87.48%，较最优基线模型提高了0.69%、3.56%、2.21%，在小样本数据上仍能表现较高的识别精度，适用于蔬菜种植领域命名实体识别任务。

关键词：蔬菜种植命名实体识别 ALBERT 对抗训练多头自注意力

基于区块链的农产品供应链溯源数据多条件查询优化方法研究

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农业机械学报 2024年第3期55卷 362-374页

作者：高官岳孙传恒罗娜徐大明邢斌上海海洋大学信息学院上海201306 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 农产品质量安全追溯技术及应用国家工程研究中心北京100097

随着基于区块链的农产品溯源系统迅速发展,区块链查询能力面临着巨大挑战。对于供应链参与方来说,区块链中保存的数据多为编码或序列化的数据,使得供应链参与方的审计和监督等存在多条件查询的工作变得十分困难。通常情况下,原生区块链... 详细信息

随着基于区块链的农产品溯源系统迅速发展,区块链查询能力面临着巨大挑战。对于供应链参与方来说,区块链中保存的数据多为编码或序列化的数据,使得供应链参与方的审计和监督等存在多条件查询的工作变得十分困难。通常情况下,原生区块链并未提供满足多条件查询的查询方式。因此,为了实现多条件查询并提高查询效率,本研究提出一种农产品溯源数据多条件查询优化方法。首先,该方法采用一种优化的Merkle树结构(n-Tree)对交易信息进行重构,从而提供更高效的条件验证能力。其次,通过自适应多条件区块布隆过滤器判断交易信息中查询条件的存在性,进而快速过滤区块。最后,提出一种应用TWTN-Heap(Time weight and transaction number based heap)结构的索引构建方法,以区块权重为序构建主条件相关的区块号索引列表。产品数据的查询过程包括遍历区块号索引列表、过滤非相关区块以及验证特定查询条件,从而获得条件查询结果。实验结果表明,本研究提出的产品数据条件查询优化方法能够有效地解决农产品供应链面临的条件查询问题,同时保证查询时间消耗维持在15 ms左右,查询效率较默克尔语义字典树(Merkle semantic trie, MST)方法提高60.9%,较原始遍历(Orignal traverse, OT)方法提高87.7%。

关键词：农产品供应链区块链溯源条件查询 n-Tree 布隆过滤器

生物炭或铁矿石添加对人工湿地脱氮效率的影响及微生物机制分析

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环境工程技术学报 2024年

作者：毕玉翠刘福兴付子轼乔红霞王俊力上海市农业科学院生态环境保护研究所上海低碳农业工程技术研究中心

农业径流普遍存在碳氮比（C/N）较低的问题，人工湿地对这类污水的脱氮效率不高。利用生物炭、三氯化铁(FeCl3)改性生物炭和铁矿石作为基质在提高人工湿地总氮（TN）去除效率方面具有巨大潜力。然而，其内在微生物学机制仍不清楚。构建... 详细信息

农业径流普遍存在碳氮比（C/N）较低的问题，人工湿地对这类污水的脱氮效率不高。利用生物炭、三氯化铁(FeCl3)改性生物炭和铁矿石作为基质在提高人工湿地总氮（TN）去除效率方面具有巨大潜力。然而，其内在微生物学机制仍不清楚。构建了5组不同基质人工湿地，包括石英砂人工湿地、生物炭人工湿地、FeCl3改性生物炭人工湿地、铁矿石人工湿地和生物炭+铁矿石人工湿地，研究其对农业径流的脱氮效率，并分析根系微生物群落结构，揭示其内在机制。结果表明：所有处理均能提高人工湿地的脱氮效率，但铁矿石组的脱氮效率最高，其中，生物炭具有丰富的孔隙结构和较大的比表面积，可通过吸附氨氮(NH4+-N)来提高人工湿地的脱氮效率。FeCl3改性生物炭组主要通过提高人工湿地中放线菌门、假单胞菌属和黄杆菌属等反硝化菌的相对丰度，提高人工湿地的TN去除效率；铁矿石组主要通过提升人工湿地中的地杆菌属（铁氨氧化细菌）和变形菌门、拟杆菌门、脱氯单胞菌属等硝酸盐依赖型铁氧化细菌的相对丰度，提高人工湿地的TN去除效率；生物炭+铁矿石组主要通过增加厚壁菌门和鞘氨醇菌属等反硝化菌的相对丰度，提高人工湿地的TN去除效率。铁氨氧化细菌和硝酸盐依赖型铁氧化细菌协同作用使铁矿石人工湿地对低C/N农业径流的TN去除效率最高。研究表明，铁矿石人工湿地在拦截净化低C/N农业径流方面具有推广应用的潜力。

关键词：人工湿地生物炭三氯化铁改性生物炭铁矿石总氮去除效率微生物群落

软土深基坑变形及环境影响分析方法与控制技术

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岩土工程学报 2024年第1期46卷 1-25页

作者：王卫东华东建筑集团股份有限公司上海200011 上海基坑工程环境安全控制工程技术研究中心上海200011

随着基坑规模日益增大以及邻近环境设施愈加复杂,合理评估并控制基坑变形及对周边环境影响成为软土基坑工程面临的重要挑战。基于理论分析与工程应用,对软土深基坑变形与环境影响分析方法及控制技术进行了系统研究。首先,在统筹考虑安... 详细信息

随着基坑规模日益增大以及邻近环境设施愈加复杂,合理评估并控制基坑变形及对周边环境影响成为软土基坑工程面临的重要挑战。基于理论分析与工程应用,对软土深基坑变形与环境影响分析方法及控制技术进行了系统研究。首先,在统筹考虑安全与经济的前提下,提出了软土深基坑环境保护等级和变形控制指标,为基坑周边不同类型环境设施的保护提供了依据。其次,系统建立了便于工程应用的基坑变形影响简化分析方法,并提出了基于土体小应变特性的基坑开挖对环境影响的计算分析方法以及确定全套小应变本构模型参数的实用方法,为复杂环境下深基坑环境影响分析提供了重要手段。同时,针对承压水降水影响难以准确量化评估的难题,提出了根据群井抽水试验反演确定关键水文地质参数并评估深层承压水降水对地层和环境变形影响的计算方法,满足了复杂地层承压水降水影响分析的工程需求。此外,还提出了包括支护结构与主体地下结构相结合、数字化微扰动搅拌桩加固、混凝土支撑主动变形控制、承压水控制超深隔渗帷幕等绿色、低碳、环境低影响的基坑变形控制新技术。成果在全国大量工程中成功应用,促进了软土深基坑工程全过程变形影响精细化分析和系统化控制技术的发展,为大规模地下空间的开发利用提供了技术支撑。

关键词：软土深基坑变形控制环境影响承压水降水小应变本构模型支护结构与主体结构相结合超深隔水帷幕

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磺胺类抗生素及植物类型对生态浮床水质净化效果的影响

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农业环境科学学报 2024年

作者：蔡敏崔娜欣庞思张旭陈桂发周丽邹国燕上海市农业科学院生态环境保护研究所上海低碳农业工程技术研究中心上海科立特农科(集团)有限公司

为深入揭示抗生素与植物对生态浮床净化效果的影响，通过植物物种选择与配置实现对废水中氮、磷及抗生素等污染物的高效同步去除，本研究以无植物浮床为对照，以养殖废水中常见的磺胺类抗生素磺胺甲恶唑（Sulfamethoxazole，SMX）为供... 详细信息

为深入揭示抗生素与植物对生态浮床净化效果的影响，通过植物物种选择与配置实现对废水中氮、磷及抗生素等污染物的高效同步去除，本研究以无植物浮床为对照，以养殖废水中常见的磺胺类抗生素磺胺甲恶唑（Sulfamethoxazole，SMX）为供试抗生素，选用常用浮床植物旱伞草（Cyperus alternifolius）与新型植物翠芦莉（Ruellia brittoniana Leonard）构建单一及组合植物浮床，研究不同浮床在有无抗生素胁迫下对水体氮、磷等污染物的净化效果。结果表明：处理无抗生素水体时，各浮床对水体总氮（TN）、氨氮(NH4+-N)、总磷（TP）和化学需氧量（COD）的去除率分别为48.1%～66.3%、60.7%～88.2%、49.1%～57.3%和65.4%～72.8%；处理含抗生素水体时，各浮床对水体TN、NH4+-N、TP和COD的去除率分别为42.6%～55.1%、53.7%～68.5%、39.0%～42.3%和61.0%～71.0%。在抗生素胁迫下浮床对水体氮、磷和COD的去除率均下降。双因素方差分析表明，抗生素和植物种类显著影响浮床水体pH值、溶解氧（DO）浓度及TN、NH4+-N和TP的去除率（P<0.05）。不同浮床对水体SMX的去除率为60.4%～92.2%，植物显著提升了对水体中SMX的去除效果（P<0.05）。植物组合较单一植物对氮、磷、COD和SMX的去除具有一定的潜在优势。植物类型和抗生素显著影响水体中氮磷转化基因丰度（P<0.05），植物和抗生素通过调控浮床水体氮磷转化功能基因进而影响净化效果。综上所述，抗生素是影响生态浮床水质净化效果的重要因素，通过植物的选择与配置优化生态浮床结构可有效提升对水体中氮磷及抗生素等多污染物组分的同步去除效果。

关键词：生态浮床植物选择与配置磺胺甲恶唑净化效果功能基因