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高光谱成像的黄瓜病虫害识别和特征波长提取方法

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 301-309页

作者：李杨李翠玲王秀范鹏飞李余康翟长远江苏大学农业工程学院江苏镇江212013 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 国家农业智能装备工程技术研究中心北京100097

黄瓜霜霉病和斑潜蝇是制约黄瓜产业发展的严重病虫害。为实现黄瓜病虫害快速在线识别,采用高光谱成像和机器学习研究快速识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的方法,为开发实用的基于多光谱成像的黄瓜病虫害快速识别设备奠定基础。使用高光谱成... 详细信息

黄瓜霜霉病和斑潜蝇是制约黄瓜产业发展的严重病虫害。为实现黄瓜病虫害快速在线识别,采用高光谱成像和机器学习研究快速识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的方法,为开发实用的基于多光谱成像的黄瓜病虫害快速识别设备奠定基础。使用高光谱成像系统采集黄瓜无症状叶片、霜霉病叶片、斑潜蝇虫害叶片的高光谱图像,在病斑区域选择若干个感兴趣区域(ROI),计算每个ROI的平均反射率数据作为叶片原始光谱数据。使用Kennard-Stone算法将光谱数据按照3∶1的比例划分为训练集和测试集。使用直接正交信号校正(DOSC)、多元散射校正(MSC)、移动窗口平均平滑(MA)3种方法对原始光谱数据进行预处理。采用空间迭代收缩法(VISSA)、竞争性自适应重加权算法(CARS)、迭代保留信息变量法(IRIV)、随机蛙跳算法(SFLA)对MA预处理后的光谱数据进行特征波长提取,分别提取出53、20、26、10个特征波长。然后使用连续投影算法(SPA)分别对特征波长光谱数据进行二次降维,最终VISSA-SPA提取的特征波长为455、536、615和726 nm;CARS-SPA提取的特征波长为452、501、548和578 nm;IRIV-SPA提取的特征波长为452、513、543和553 nm;SFLA-SPA提取的特征波长为462、484、500和550 nm。分别对全波段光谱数据、一次降维光谱数据、二次降维光谱数据进行支持向量机(SVM)、Elman神经网络、随机森林(RF)建模,结果表明,MA预处理后的全波段光谱数据所建模型识别效果最好,其中MA-RF模型测试集总分类精度(OA)达到97.89%,Kappa系数为0.97。采用一次降维光谱数据所建模型中,MA-VISSA-RF模型效果最好,测试集OA为98.19%,Kappa系数为0.97。采用二次降维光谱数据所建模型中,MA-IRIV-SPA-SVM模型效果最好,测试集OA为96.23%,Kappa系数为0.95。研究结果表明,使用高光谱成像技术识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害具有良好的效果,452、513、543和553 nm可以作为识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的特征波长,为开发黄瓜病虫害快速识别设备提供了理论依据。

关键词：高光谱成像机器学习特征波长霜霉病斑潜蝇虫害

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农业知识驱动服务技术革新综述与前沿

农业工程学报 2024年第7期40卷 1-16页

作者：王元胜吴华瑞赵春江国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097

农业知识驱动服务技术是指运用先进信息技术,科学、高效调配农业领域专业知识服务资源,为农业行业提供智能化知识服务的技术,在解决农业技术服务供需严重失衡等难点问题方面具有重要意义,日益成为支撑农业转型升级和高质量发展的重要引... 详细信息

农业知识驱动服务技术是指运用先进信息技术,科学、高效调配农业领域专业知识服务资源,为农业行业提供智能化知识服务的技术,在解决农业技术服务供需严重失衡等难点问题方面具有重要意义,日益成为支撑农业转型升级和高质量发展的重要引擎,代表着核心研究方向,伴随着技术发展全过程。目前农业行业迫切需要解决的是知识供给严重不足、服务效率不高的问题。农业知识驱动服务技术经历较长时间发展,在知识高效匹配和精准供给方面取得了较大进步,特别是2022年11月以来ChatGPT这类技术的出现,充分展现了超大规模预训练模型在知识智能服务方面的巨大潜力,这也是农业知识驱动服务可以取得突破的关键所在,可以在这方面发挥重要作用。该文在分析农业知识驱动服务相关技术现状的基础上,展望了农业领域可行的知识驱动服务技术路径,预测农业领域知识服务大模型研发构建会呈现参数由少到多、算力由弱趋强、强化训练逐渐加深的特点得到快速发展应用,未来将在专业技术指导、农业“装备-信息-农艺”融合、农业信息系统平台服务总线等方面系统升级现有农业知识服务范式,多模态服务将得到系统融合加深,人机交互模式将向“人性化”方向进一步黏合增强,从而为农业智能化转型升级提供全新的技术支撑,引领农业知识服务从数据检索、语义匹配迈向生成式知识驱动模式转变。

关键词：农业技术服务知识驱动 ChatGPT 超大规模预训练模型新范式

面向预制食品溯源的隐私数据加密共享方法研究

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农业机械学报 2024年第5期55卷 405-418页

作者：王少华孙传恒罗娜徐大明张航邢斌天津农学院计算机与信息工程学院天津300384 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 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097

随着区块链技术在食品溯源领域的发展,预制食品的质量安全得到了有效保障。然而,预制食品上下游生产加工环节众多的产业特点,使溯源变得困难。在溯源的同时安全共享食谱、秘方等隐私数据,使供应链更好地协同生产则十分重要。为解决上述... 详细信息

随着区块链技术在食品溯源领域的发展,预制食品的质量安全得到了有效保障。然而,预制食品上下游生产加工环节众多的产业特点,使溯源变得困难。在溯源的同时安全共享食谱、秘方等隐私数据,使供应链更好地协同生产则十分重要。为解决上述问题,提出了一种面向预制食品溯源的门限代理重加密(Threshold proxy re-encryption)隐私数据共享的方法,设计了一条预制食品溯源区块链和追溯生产批号关联相关溯源数据,确保数据的真实可信。使用门限代理重加密,预制食品生产商通过门限代理重加密将研发的食谱加密为初加密密文,同时在本地生成重加密密钥,将初加密密文与重加密密钥上传至预制食品溯源区块链中;第三方半诚实服务商将从区块链上获取的重加密材料进行重加密生成重加密密文,将重加密密文上传至区块链;监管部门等数据访问者则使用自身私钥将从区块链上获取的重加密密文进行重加密解密,实现隐私数据在溯源区块链上的安全共享。该方法基于Hyperledger Fabric,搭建了一个预制食品溯源区块链原型系统进行测试。测试结果表明,所提出的面向预制食品溯源的隐私数据加密共享方法在隐私数据共享方面与常用的数据加密共享方法相比计算开销较低。数据上链、公开数据查询、隐私数据查询的平均时延分别为1473.8、63.9、59.9 ms,系统性能良好。实验结果表明,提出的方法达到了供应链隐私数据安全共享的目的,确保了商业机密和知识产权的安全共享,对预制食品行业发展和食品安全提升具有参考价值。

关键词：预制食品区块链溯源隐私保护门限代理重加密

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基于区块链的三文鱼冷链多链协同监管模型研究

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农业机械学报 2024年第1期55卷 360-370页

作者：孙传恒杨晓虎罗娜陈枫徐大明邢斌天津农学院计算机与信息工程学院天津300384 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

在冷链行业集群式发展的背景下,为解决在三文鱼冷链多链协同过程中由于监管数据持续性与碎片化所带来的跨链签名数据传输且真实性验证效率缓慢的问题,设计了基于区块链的三文鱼冷链多链协同监管模型,该模型包括基于聚合签名算法的数据... 详细信息

在冷链行业集群式发展的背景下,为解决在三文鱼冷链多链协同过程中由于监管数据持续性与碎片化所带来的跨链签名数据传输且真实性验证效率缓慢的问题,设计了基于区块链的三文鱼冷链多链协同监管模型,该模型包括基于聚合签名算法的数据验证与冷链模式监管的方法,该方法在提升跨链监管数据真实性验证效率的同时保证了三文鱼冷链监管的细粒度与完整性。最后,基于以太坊平台实现了三文鱼冷链多链协同监管模型的原型系统。经系统性能测试,在监管性能方面,多链架构监管性能相较于单链架构平均提高17.98%,且随着区块链交易增多,多链架构监管性能优势将更加明显;在真实性验证效率方面,根据验证时间曲线的趋势线斜率分析,传统验证算法的斜率为57.448,而聚合签名算法的斜率为0.553。这表明随着签名数量的增加,聚合签名算法在验证效率方面具有明显的优势;在通信消耗方面,传统签名算法所需要的签名通信量在理论极限值下最多可达到4 875 B,而聚合签名算法所需的签名通信量即使在未压缩的情况下也一直保持在96 B。测试结果表明,在三文鱼冷链场景中,聚合签名与验证的方法在数据批量传输批量验证的条件下具有良好的效率优势,为可信冷链监管、集群式冷链发展提供借鉴与参考。

关键词：三文鱼冷链冷链监管多链跨链聚合签名

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面向葡萄知识图谱构建的多特征融合命名实体识别

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农业工程学报 2024年第3期40卷 201-210页

作者：聂啸林张礼麟牛当当吴华瑞朱华吉张宏鸣西北农林科技大学信息工程学院杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室杨凌712100 北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097

为解决构建知识图谱过程中由于上下文环境复杂、现有模型字向量语义表征相对单一导致领域专业实体识别率低的问题,该研究提出了来自转换器的双向编码器表征量(bi-directional encoder representation from transformer,BERT)和残差结构(... 详细信息

为解决构建知识图谱过程中由于上下文环境复杂、现有模型字向量语义表征相对单一导致领域专业实体识别率低的问题,该研究提出了来自转换器的双向编码器表征量(bi-directional encoder representation from transformer,BERT)和残差结构(residual structure,RS)融合的命名实体识别模型(bert based named entity recognition with residual structure,BBNER-RS)。通过BERT模型将文本映射为字符向量,利用双向长短时记忆网络(bi-directional long-short term memory,BiLSTM)提取局部字符向量特征,并采用RS保留BERT提供的全局字符向量特征,以提高字向量的语义丰富度,最后通过条件随机场(conditional random field,CRF)模型对特征向量解码,获取全局最优序列标注。与其他命名实体识别模型相比,提出的BBNER-MRS模型在葡萄数据集上表现较好,在葡萄人民日报、玻森、简历和微博数据集上F1值分别达到89.89%、95.02%、83.21%、96.15%和72.51%。最后该研究依托BBNER-MRS模型,提出基于深度学习的两阶段式领域知识图谱构建方法,成功构建了葡萄知识图谱,研究结果可为相关从业人员提供技术和数据支持。

关键词：信息化深度学习知识图谱命名实体识别 BERT 残差结构

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公共场所行人异常行为识别方法综述

中国安全科学学报 2024年第2期34卷 83-93页

作者：赵荣泳韦炳宇朱文杰郑程元李浩男同济大学电子与信息工程学院CIMS研究中心上海201804

为明确公共场所行人异常行为识别理论与技术研究进展,首先,借助中国知网(CNKI)和Web版引文数据库(WOS),给出公共场所行人异常行为广义定义与泛在特征,将常见异常行为划分为危害行为、不合群行为和违规行为3类;其次,从数据和技术基础视域... 详细信息

为明确公共场所行人异常行为识别理论与技术研究进展,首先,借助中国知网(CNKI)和Web版引文数据库(WOS),给出公共场所行人异常行为广义定义与泛在特征,将常见异常行为划分为危害行为、不合群行为和违规行为3类;其次,从数据和技术基础视域,将现有异常行为识别方法划分为人工设计法、人体骨架法、红绿蓝(RGB)图像法和可穿戴传感器法4类;然后,梳理国内外主流人群异常行为数据集,分析相关算法在数据集上的性能表现;最后,从可用数据集和数据融合检测等方面总结现有研究方法局限性,给出未来研究方向与优化建议。研究结果表明:4类异常行为识别方法各有其优缺点;异常行为识别领域缺乏行为种类丰富、定义清晰、高质量的人群异常行为数据集;未来研究应聚焦稳健性强、准确率高的异常行为识别方法、模型及算法;探索多维数据融合互补检测方法,提升异常行为识别理论成果的应用场景的自洽性和自适应性,提高公共场所人群安全治理水平。

关键词：公共场所行人异常行为识别方法可穿戴传感器异常行为数据集

融合时序Sentinel数据多特征优选的南方丘陵区油茶种植区提取

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农业机械学报 2024年第7期55卷 241-251页

作者：李恒凯王洁周艳兵龙北平江西理工大学土木与测绘工程学院赣州341000 北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097 江西地质局地理信息工程大队南昌330001

油茶作为江西省经济林树种之一,也是江西省特色优势产业,准确获取其空间分布在产量估算、生产管理和政策制定等方面具有重要意义。本研究针对南方多云多雨气候导致光学影像不足,以及丘陵山区地形破碎问题,以江西省宜春市袁州区为研究区... 详细信息

油茶作为江西省经济林树种之一,也是江西省特色优势产业,准确获取其空间分布在产量估算、生产管理和政策制定等方面具有重要意义。本研究针对南方多云多雨气候导致光学影像不足,以及丘陵山区地形破碎问题,以江西省宜春市袁州区为研究区,采用时序Sentinel系列影像数据和SRTM DEM数据为数据源,构建和优选了光谱特征、植被-水体指数、红边指数、雷达特征、地形特征和纹理特征共125个特征变量,其中,纹理特征采用累计差法(Δf)对比15种不同尺度窗口,计算Sentinel-1和Sentinel-2影像最佳纹理特征。基于ReliefF特征优选算法和随机森林分类算法,设计了8种特征组合方案开展实验,探讨不同特征类型对油茶提取精度的影响。结果表明:利用累计差法计算出的Sentinel-1和Sentinel-2的最佳纹理特征窗口尺寸均为35×35,最佳纹理特征组合为均值(Mean)、方差(Variance)和对比度(Contrast);在光谱特征、植被-水体指数的基础上加入不同特征对油茶进行分类,不同类型特征对油茶提取的有利程度由大到小依次为S2纹理特征、S1纹理特征、地形特征、雷达特征、红边指数,相比于单一光谱和指数特征,纹理特征的加入可大幅度提高分类精度。多特征协同分类结果优于单特征分类结果,基于特征优选的油茶提取精度最高;基于ReliefF算法特征优选后的方案精度最高,总体精度为88.29%,Kappa系数为0.81。本研究利用时序Sentinel系列遥感影像和DEM地形数据,构建了针对多云雨南方丘陵山区的大范围油茶遥感提取方法,可为中国南方丘陵区域油茶资源调查与监测提供参考。

关键词：油茶种植区提取 Sentinel-1 Sentinel-2 特征优选累计差 ReliefF算法

人工智能在新型电力系统智能传感、通信与数据处理领域应用

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高电压技术 2024年第1期50卷 19-29页

作者：杨挺耿毅男郭经红梁云王成山天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 国网智能电网研究院有限公司电力传感技术研究所北京102211

新型电力系统以清洁能源为主体,借助海量数据和计算技术实现电源与负荷间的动态平衡,其核心特征是系统的可观、可测、可控。人工智能作为重要技术支撑,能够在能量流和信息流深度融合的基础上,提升电网智能感知水平,优化通信网资源利用... 详细信息

新型电力系统以清洁能源为主体,借助海量数据和计算技术实现电源与负荷间的动态平衡,其核心特征是系统的可观、可测、可控。人工智能作为重要技术支撑,能够在能量流和信息流深度融合的基础上,提升电网智能感知水平,优化通信网资源利用和系统数据处理能力。该文主要介绍了新型电力系统的形态、特征和机理,强调了在新形势下的电网数字化转型迫切需求,并对人工智能技术在电力传感、电力通信和电力大数据处理领域的研究现状和应用情况进行梳理分析,探究其促进新型电力系统各环节电气量、状态量、环境量的全面感知、即时通信与数据分析,有力支撑电力高级应用。最后对人工智能技术在新型电力系统建设中面临的挑战进行了总结和技术发展展望。

关键词：人工智能新型电力系统机器学习智能传感电力通信数据增强

基于嵌入式传感技术的混凝土结构概率损伤成像方法

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建筑结构学报 2024年第6期45卷 143-152页

作者：张明辉周德源何斌陈洪兵孔庆钊同济大学结构防灾减灾工程系上海200092 同济大学电子与信息工程学院上海200092 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 上海韧性城市与智能防灾工程技术研究中心上海200092

混凝土结构损伤的早期预警与精准量化是土木工程结构健康监测领域的热点。提出了一种基于嵌入式传感技术的混凝土结构概率损伤成像方法,通过对混凝土材料中骨料、砂浆基体以及界面过渡区的二维细观有限元建模,揭示了探测应力波在不均匀... 详细信息

混凝土结构损伤的早期预警与精准量化是土木工程结构健康监测领域的热点。提出了一种基于嵌入式传感技术的混凝土结构概率损伤成像方法,通过对混凝土材料中骨料、砂浆基体以及界面过渡区的二维细观有限元建模,揭示了探测应力波在不均匀性混凝土材料及损伤界面的传播机制。结合传感器阵列的损伤可视化机理,设计了一种嵌入式压电传感器阵列模块,为精准量化混凝土损伤,结合概率损伤成像方法,通过基线相减法和希尔伯特变换从探测信号中提取损伤散射波的传播时间信息,引入累积分布函数,实现对混凝土损伤区域的可视化重构。试验结果表明,嵌入式传感模块可实现对混凝土结构的三维损伤成像,且识别出损伤中心位置与真实损伤中心位置在二维投影面上的误差为1.0 cm,验证了该方法对混凝土损伤感知的有效性与准确性。相比于现有嵌入式稀疏分布传感器,多传感单元集成的阵列模块可明显提升对混凝土局部损伤的探知能力,同时降低传感器系统在服役期的运维成本。

关键词：结构健康监测混凝土结构细观有限元模型压电传感器嵌入式压电传感阵列模块概率损伤成像