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一种融合叶绿素荧光技术与可见-近红外光谱的番茄幼苗热胁迫无损检测方法

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1613-1619页

作者：魏子朝卢苗雷文晔王浩宇魏子渊高攀王东陈煦胡瑾西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100

全球气温上升导致高温天气频发,番茄作为温度敏感型植物更易发生热胁迫,最终导致产量损失。在植物热胁迫检测中,温度通常被用作标定其受胁迫程度的依据,但由于不同植株个体的耐热性和自身健康状态存在差异,同一温度下的植株可能会产生... 详细信息

全球气温上升导致高温天气频发,番茄作为温度敏感型植物更易发生热胁迫,最终导致产量损失。在植物热胁迫检测中,温度通常被用作标定其受胁迫程度的依据,但由于不同植株个体的耐热性和自身健康状态存在差异,同一温度下的植株可能会产生不同程度热胁迫症状,以温度来标定热胁迫状态可能会导致误判。以番茄幼苗为研究对象,提出了一种融合叶绿素荧光技术与可见-近红外光谱的番茄幼苗热迫胁程度快速分类方法,以提高对番茄热胁迫程度评估的准确性。采集了对照组植株和热胁迫植株的叶绿素荧光参数与可见-近红外光谱数据,以叶绿素荧光参数为热胁迫评价指标,结合k-means++聚类算法评估了番茄幼苗受热胁迫影响的严重程度,通过对标定后样本的叶绿素荧光参数和植物逆境胁迫相关生理量进行分析,验证了标定结果的合理性。以聚类模型输出为依据对光谱数据进行标定,采用3种预处理方法及其组合,结合3种特征波长提取算法对光谱数据进行处理,获得了6个与样本热胁迫程度相关的特征波段。最后以6个特征波段为输入,热胁迫程度为输出,基于4种机器学习算法构建分类模型,实现了对样本热胁迫程度的分类。结果表明:样本叶绿素荧光参数F_(v)/F_(m),F_(v)/F_(o),NPQ,Y(NPQ)和Y(NO)与其胁迫状态存在显著的中高度相关,依据以上参数将所有样本标记为无胁迫,轻度热胁迫和重度热胁迫三类。三类样本的叶绿素荧光参数、丙二醛(MDA)含量以及光合色素含量均表现出了组间显著差异,聚类结果合理。基于聚类结果对光谱数据进行标定,根据标定结果提取光谱特征波长,99%以上的冗余特征被消除,进一步筛选获得了6个用建立分类模型的特征波长。在建立的4个模型中,线性判别分析(LDA)模型具有最优性能,其测试集分类准确率为92.45%,F1分数为0.9291,AUC为0.9780。结果表明,采用叶绿素荧光技术结合可见-近红外光谱技术检测热胁迫是可行的,该研究为热胁迫的快速检测、耐热性快速筛选以及高温灾害预警提供了一种有效方法。

关键词：热胁迫叶绿素荧光 k-means++算法可见-近红外光谱分类模型

基于ILMSST识别时变结构非平稳响应信号瞬时频率

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地震工程与工程振动 2024年第2期44卷 72-80页

作者：刘景良李宇祖苏杰龙骆勇鹏盛叶福建农林大学交通与土木工程学院福建福州350108 “数字福建”智能交通技术物联网实验室福建福州350108

为解决局部最大同步挤压变换算法识别的频率精度不足及频带能量发散的问题,提出一种改进算法并将之命名为改进局部最大同步挤压变换方法(improved local maximum synchrosqueezing transform,ILMSST)。该方法首先对瞬时频率(instantaneo... 详细信息

为解决局部最大同步挤压变换算法识别的频率精度不足及频带能量发散的问题,提出一种改进算法并将之命名为改进局部最大同步挤压变换方法(improved local maximum synchrosqueezing transform,ILMSST)。该方法首先对瞬时频率(instantaneous freguency,IF)位置进行多次迭代,从而获得更高精度的瞬时频率位置。其次,搜索短时傅里叶系数模极大值的位置并上下平移该位置,得到初步估算的频带并将频带外的短时傅里叶系数归零。最后,搜索频率方向上短时傅里叶系数的局部最大值所对应的瞬时频率位置,根据这些位置对时频系数进行重排,进而得到细化的瞬时频带。通过2组数值算例、1个7层钢筋混凝土剪力墙振动台试验和1个时变拉索试验验证了所提新方法的有效性,研究结果表明:相比现有的局部最大同步挤压变换方法,改进算法不仅提高了瞬时频率的估算精度,而且改善了响应信号瞬时频带的时频聚集性。

关键词：时变局部最大同步挤压变换时频系数瞬时频率时频分析

冷弯带肋薄壁不锈钢管再生混凝土短柱轴压力学性能研究

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工程力学 2024年

作者：潘爽廖飞宇张伟杰 Pantha Subhash 福建农林大学交通与土木工程学院福建农林大学数字福建智能交通技术物联网实验室

为研究冷弯带肋薄壁不锈钢管再生混凝土短柱的轴压力学性能，完成了14个冷弯薄壁不锈钢管再生混凝土短柱试件(包括12根带肋试件和2个无肋对比试件)的轴压试验，考察了加劲肋宽度和钢管宽厚比对试件破坏模态、荷载-应变关系曲线、极限承... 详细信息

为研究冷弯带肋薄壁不锈钢管再生混凝土短柱的轴压力学性能，完成了14个冷弯薄壁不锈钢管再生混凝土短柱试件(包括12根带肋试件和2个无肋对比试件)的轴压试验，考察了加劲肋宽度和钢管宽厚比对试件破坏模态、荷载-应变关系曲线、极限承载力和延性的影响规律。采用ABAQUS建立了冷弯带肋薄壁不锈钢管再生混凝土短柱轴压性能的有限元分析模型，计算结果与试验结果吻合良好，利用有限元模型，进行了典型构件的荷载-应变曲线、荷载分配比例、不锈钢管和核心再生混凝土的纵向应力分布及其相互作用的分析。通过参数分析，研究了不锈钢屈服强度、核心再生混凝土强度、加劲肋宽度、再生骨料替代率和钢管宽厚比等参数对构件轴压受力性能的影响。最后，提出了冷弯带肋薄壁不锈钢管再生混凝土短柱轴压承载力的简化计算公式，可为实际工程设计提供参考。

关键词：冷弯薄壁不锈钢再生骨料混凝土轴压试验有限元分析简化计算公式

大点数FFT在“申威26010”上的并行优化

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浙江大学学报（工学版） 2024年第1期58卷 78-86页

作者：郭俊刘鹏杨昕遥张鲁飞吴东湖州职业技术学院信息工程与物联网学院浙江湖州313000 湖州职业技术学院湖州市物联网智能系统集成技术重点实验室浙江湖州313000 浙江大学信息与电子工程学院浙江杭州310027 蚂蚁科技集团股份有限公司浙江杭州310013 数学工程与先进计算国家重点实验室江苏无锡214125

根据“神威·太湖之光”超级计算机所用国产“申威26010”处理器的架构特点和编程规范,提出针对大点数FFT的众核并行优化方案.该方案源自经典的Cooley-Tukey FFT算法,通过将一维大点数数据迭代分解为二维小规模矩阵进行并行加速.为了解... 详细信息

根据“神威·太湖之光”超级计算机所用国产“申威26010”处理器的架构特点和编程规范,提出针对大点数FFT的众核并行优化方案.该方案源自经典的Cooley-Tukey FFT算法,通过将一维大点数数据迭代分解为二维小规模矩阵进行并行加速.为了解决矩阵“列FFT”的读写、转置和计算问题,提出“列均分-行连续”的读写策略,通过对数据进行合理的分配、重排、交换,结合SIMD向量化、旋转因子优化、双缓冲、寄存器通信、跨步传输等优化手段,充分利用了众核处理器的计算资源和传输带宽.实验结果显示,单核组64从核并行程序较主核运行FFTW库,可以达到最高65x、平均48x以上的加速比.

关键词：神威·太湖之光申威26010 快速傅里叶变换 Cooley-Tukey算法众核并行

基于随机森林法的山核桃林地土壤速效养分含量空间分布特征研究

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生态学报 2024年第2期44卷 662-675页

作者：凌晓丹王罗其赵科理傅伟军叶正钱丁立忠浙江农林大学环境与资源学院杭州311300 浙江农林大学浙江省土壤污染生物修复重点实验室杭州311300 浙江农林大学浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室杭州311300 临安区农林技术推广中心杭州311300

土壤氮磷钾是土壤肥力管理的重要元素,是植物生长的必要养分元素。对土壤氮磷钾的空间分布进行特征解译,可为精准管理临安山核桃产区林地土壤肥力,促进山核桃林产业可持续发展提供理论依据。研究以临安山核桃主产区为研究区域,利用随机... 详细信息

土壤氮磷钾是土壤肥力管理的重要元素,是植物生长的必要养分元素。对土壤氮磷钾的空间分布进行特征解译,可为精准管理临安山核桃产区林地土壤肥力,促进山核桃林产业可持续发展提供理论依据。研究以临安山核桃主产区为研究区域,利用随机森林(RF)、普通克里格(OK)和Shapley加性解释(SHAP)方法,结合地形因子、气候因子、土壤因子、遥感因子等环境变量,对山核桃林地土壤碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)的空间分布特征进行分析。研究结果表明:相比于OK模型,基于环境协变量所构建的RF模型对AN、AP和AK含量空间分布预测表现最佳,R^(2)分别为0.68、0.60和0.64,均方根误差(RMSE)分别为20.005、10.287和22.426,平均绝对误差(MAE)分别为15.425、7.709和21.628。RF模型SHAP分析显示,AN和AK含量分布主要受土壤有机质(SOM)的影响,并且SOM与AN和AK存在正相关性;AP主要受pH的影响,其次为色调指数,AP与pH和色调指数均具有负相关性;AK和AP同时受到海拔和坡向的影响。两种模型预测的氮磷钾空间分布趋势总体相似,不同速效养分存在明显的空间异质性。碱解氮高值区域主要分布于研究区东部;有效磷高值区域主要分布于研究区西部,但分散度高;速效钾高值区域则主要分布于研究区中部。总体而言,基于随机森林模型可以高精度模拟山核桃林地土壤氮磷钾含量空间分布特征,并依据主要环境协变量对土壤氮磷钾的影响关系,提出相应改良措施。在有效磷含量低值区域可以施用石灰来缓解土壤酸化,同时补追磷肥;碱解氮含量高值区域可以合理减少氮肥施用;速效钾含量低值区域合理施加钾肥;对于海拔较高及迎风坡多降雨的区域,可以构建林下高效水土保持植被,减轻水土流失;在林地施用有机肥料,改善土壤理化性质,增加土壤养分含量。

关键词：山核桃林地随机森林 Shapley加性解释速效养分

水稻miR169基因家族成员的进化及热应激响应研究

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农业生物技术学报 2024年第10期32卷 2203-2217页

作者：吴雪瑜沈秋平谢裕俊陈家怡於金生浙江农林大学农作物品种改良技术浙江省重点实验室浙江农林大学现代农学院

微小RNA (microRNA, miRNA)是长约18～22个碱基的高度保守的非编码RNA，参与植物应对多种非生物胁迫。前期高通量测序发现miR169家族部分成员响应高温胁迫。本研究采用生物信息学工具预测miR169家族的染色体分布、序列结构特征、系统发... 详细信息

微小RNA (microRNA, miRNA)是长约18～22个碱基的高度保守的非编码RNA，参与植物应对多种非生物胁迫。前期高通量测序发现miR169家族部分成员响应高温胁迫。本研究采用生物信息学工具预测miR169家族的染色体分布、序列结构特征、系统发育关系和倍增情况；利用qRT-PCR检测高温胁迫处理下多个时间点的水稻(Oryza sativa)苗期miR169家族成员及其靶基因的表达。结果显示，miR169家族有2个主要进化分支，成员扩增方式主要为多次串联重复与染色体片段倍增，位于同一分支的miR169h、miR169l、miR169i和miR169m是水稻进化过程中的活跃基因簇，其中3个成员miR169h、miR169l、miR169i均积极响应热应激，预测的靶基因—核因子Y-A1 (nuclear factor Y-A1, NF-YA1)在高温处理16～24 h呈现表达下调的变化趋势。综上所述，水稻miR169基因家族miR169h、miR169i和miR169l响应水稻不温和热应激，可能在水稻耐热性方面发挥重要作用。本研究为深入探讨miRNA参与水稻热应激的分子调控机制提供基础资料。

关键词：水稻 miR169基因家族热应激表达分析分子进化

有机污染场地土壤化学氧化耦合微生物修复技术

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中国环境科学 2024年第6期44卷 3280-3288页

作者：陈斌徐江周文军赵甲亭朱利中浙江大学环境与资源学院浙江杭州310058 浙江农林大学浙江临安311300 浙江省有机污染过程与控制重点实验室浙江杭州310058

化学氧化耦合微生物修复是通过适度氧化预处理降解转化污染土壤中的高浓度、难降解有机污染物,并增强其生物可利用性,再利用微生物降解有机污染物的技术,在有机污染场地土壤修复中具有良好的应用潜力.本文评述了化学氧化耦合微生物修复... 详细信息

化学氧化耦合微生物修复是通过适度氧化预处理降解转化污染土壤中的高浓度、难降解有机污染物,并增强其生物可利用性,再利用微生物降解有机污染物的技术,在有机污染场地土壤修复中具有良好的应用潜力.本文评述了化学氧化耦合微生物修复技术的研究进展,重点介绍了土壤氧化还原电位精准预测、土著微生物优化或工程菌强化方法,阐述了基于机器学习的土壤污染修复调控策略,以期提升化学氧化耦合微生物修复效率,为有机污染场地土壤绿色、经济、安全、高效修复的工程应用提供参考.

关键词：有机污染场地土壤适度化学氧化微生物降解

基于改进YOLO v5s模型的奶山羊乳房区域热红外图像检测方法

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农业机械学报 2024年第6期55卷 237-245页

作者：温毓晨赵永杰蒲六如邓洪兴张姝瑾宋怀波西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100

奶山羊乳房区域的准确提取是奶山羊非侵入式体温检测的关键,但受乳房区域遮挡及热红外图像分辨率不高等因素影响,其检测精度尚待进一步提升。基于热红外成像技术,提出了一种基于改进YOLO v5s的奶山羊乳房关键部位检测方法。通过将原模型... 详细信息

奶山羊乳房区域的准确提取是奶山羊非侵入式体温检测的关键,但受乳房区域遮挡及热红外图像分辨率不高等因素影响,其检测精度尚待进一步提升。基于热红外成像技术,提出了一种基于改进YOLO v5s的奶山羊乳房关键部位检测方法。通过将原模型Backbone网络的部分卷积模块替换为ShuffleNetV2结构,以达到降低网络部署和训练过程中的参数量、实现轻量化网络设计的目的。通过在Neck网络检测头(Head)前端引入CBAM注意力机制,以达到在降低网络复杂程度的同时保证奶山羊乳房区域检测精度的目的。本研究采集了包含完整信息、残缺信息和边缘模糊的孕期奶山羊乳房红外图像4611幅,并在部位标注后进行模型训练。经测试,模型精确率为93.7%,召回率为86.1%,平均精度均值为92.4%,参数量为8×105,浮点运算量为1.9×109。与YOLO v5n、YOLO v5s、YOLO v7-tiny、YOLO v7、YOLO v8n和YOLO v8s目标检测网络相比,网络的精确率分别提高1.9、1.2、1.6、4.3、3.5、2.7个百分点,召回率提高3.4、5.0、0.1、2.6、0.9、1.5个百分点,参数量降低1.1×106、6.2×106、5.2×106、3.6×107、2.4×106和1.0×107,浮点运算量降低2.6×109、1.4×1010、1.1×1010、1.0×1011、6.8×109和2.7×1010。试验结果表明,本研究所提出的网络可以实现奶山羊乳房关键部位的精确检测,且在不损失检测精度的基础上显著降低网络的参数量,有利于网络在不同环境下的部署和使用,可为奶山羊非接触式体温监测系统设计提供借鉴。

关键词：奶山羊乳房热红外图像 YOLO v5

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簇生番茄果梗超声切割过程仿真与试验

农业机械学报 2024年第3期55卷 153-161页

作者：张军辛迪蓝伟科党柯华牛子杰崔永杰西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100

为揭示超声技术应用于簇生番茄切割采收的机理及优势,比较了簇生番茄果梗材料在常规切割和超声切割中的切割力和去除特性。首先测定了簇生番茄果梗和自制超声切割刀的参数,然后基于Abaqus进行仿真,将果梗纤维化,在宏观和微观仿真中对比... 详细信息

为揭示超声技术应用于簇生番茄切割采收的机理及优势,比较了簇生番茄果梗材料在常规切割和超声切割中的切割力和去除特性。首先测定了簇生番茄果梗和自制超声切割刀的参数,然后基于Abaqus进行仿真,将果梗纤维化,在宏观和微观仿真中对比常规切割和超声切割过程中的应力及去除机理。最后,自制试验台,通过改变超声切割刀的激振频率、输入电压、切割速度和切割角度进行切割力测定试验并采用响应面法的Box-Behnken进行四因素三水平分析,随后观察果梗断面形貌。结果表明:在自制超声刀工作频率(35~37 kHz)和电压(340~380 V)内,切割速度、角度对切割效果影响最显著,激振频率和输入电压在特定值附近时切割效果最好;在36 kHz、360 V、0.125 cm/s、0°的条件下,仿真中超声切割耗时约为8 s,平均最大切割力为0.635 N,相对于常规切割(1.019 N)降低37.7%;试验中超声切割耗时约为5.3 s,所需切割力最大为0.543 N,相较于常规最大切割力(1.017 N)降低46.6%,同时表面粗糙度降低20.9%,试验与有限元仿真的切割力结果误差为8.9%,基本吻合。超声切割可以降低切割力,缩短切割耗时,同时还提高断面质量,减少果梗组织损伤、水分散失,对延长果实保鲜时间具有一定的意义。

关键词：簇生番茄果梗超声振动切割有限元去除机理

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