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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

基于多源数据的北京生态涵养区生态产品供给与经济发展耦合协调度研究

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第4期60卷 713-722页

作者：梁丽娜王洪佳冯慧懿唐秀美北京市农林科学院植物营养与资源环境研究所北京100097 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

结合生态涵养区的特点,构建生态产品供给与经济发展两个系统评价指标体系,采用综合评价法评估生态产品供给和经济发展状况,采用耦合协调度模型分析北京市生态涵养区2019年生态产品供给与经济发展的耦合协调度及其耦合协调类型。结果表明... 详细信息

结合生态涵养区的特点,构建生态产品供给与经济发展两个系统评价指标体系,采用综合评价法评估生态产品供给和经济发展状况,采用耦合协调度模型分析北京市生态涵养区2019年生态产品供给与经济发展的耦合协调度及其耦合协调类型。结果表明,2019年北京市生态涵养区各乡镇生态产品供给和经济发展差距较大,生态产品供给能力的高值和较高值区域主要分布在怀柔区、密云区和延庆区,经济发展水平较高的区域主要分布在各区的城镇以及靠近北京市近郊的乡镇。北京市生态涵养区各乡镇生态产品供给与经济发展的耦合度介于0.648~0.999之间,处于高水平耦合阶段。耦合协调度值介于0.312~0.600之间,耦合协调度内部差异较大,整体耦合协调水平不高,呈现较弱的耦合协调关系。北京市生态涵养区各乡镇生态产品供给与经济没有实现同步发展,生态产品供给滞后型和经济发展滞后型的乡镇大约各占一半。建议北京生态涵养区应立足于不同的资源优势,根据生态产品供给和经济发展状况采取不同的策略,实现两者的互补和相互促进。

关键词：生态涵养区生态产品供给经济发展耦合协调

基于TOPSIS和耦合协调度的高标准农田改造提升项目遴选

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农业工程学报 2024年第9期40卷 242-251页

作者：卢闯赵明刘玉任艳敏姚兰北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097 农业农村部耕地质量监测保护中心北京100125

科学确定高标准农田改造提升的重点区域是切实发挥高标准农田建设成效、提升粮食生产能力的关键。该研究以山东省乐陵市为研究区,运用层次分析法和优劣解距离法(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS... 详细信息

科学确定高标准农田改造提升的重点区域是切实发挥高标准农田建设成效、提升粮食生产能力的关键。该研究以山东省乐陵市为研究区,运用层次分析法和优劣解距离法(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)构建考虑农田基础设施、耕地地力质量和水资源利用状况的高标准农田改造提升迫切性评价体系,并基于维度间的耦合协调度及其空间特征划定改造提升项目区。结果表明:1)乐陵市已建高标准农田占耕地面积的87.93%,西南和东部地区建设基础较好,南部和中部薄弱;高等地力农田面积较少,分布于中南地区和东北地区;水资源利用状况总体呈现“中部高、北部和南部低”的特征。2)农田基础设施、耕地地力质量和水资源利用状况3个维度间的耦合协调度指数为0.41~0.85,高值聚集分布于西南部、东部和东北部,低值聚集分布于南部和西北部,中值交叉分布于中西部和中南部地区。3)基于耦合协调度指数及其空间特征遴选出12个高标准农田改造提升项目区,根据指数分级结果从低到高确立为近期(8633.23 hm^(2))、中期(11004.64 hm^(2))、远期(9102.62 hm^(2))建设项目。结合各项目区立地条件和高障碍度、高频率障碍因子,建议围绕资金整合、水源保障、设施配套、地力提升、结构改良等方面分类推进。该方法对于高标准农田改造提升区域选择以及重点建设方向确定具有一定借鉴价值。

关键词：高标准农田改造提升迫切性评价耦合协调度选址

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联合收获机轻量级数字孪生系统构建方法研究

农业机械学报 2024年第5期55卷 108-120页

作者：马博文刘孟楠尹彦鑫孟志军张宾张亚伟温昌凯张安琪中国农业大学工学院北京100083 智能农业动力装备全国重点实验室北京100097 北京市农林科学院智能装备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

针对现有农机装备数字孪生系统开发难度大、配置要求高以及资源占用过高的问题,提出基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统构建方法,包含物理、虚拟、数据交互、模型计算以及人机交互等多个子系统的实现方法。基于数字孪生的技术特点... 详细信息

针对现有农机装备数字孪生系统开发难度大、配置要求高以及资源占用过高的问题,提出基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统构建方法,包含物理、虚拟、数据交互、模型计算以及人机交互等多个子系统的实现方法。基于数字孪生的技术特点和联合收获机的作业特性,设计了一种基于JavaScript语言的轻量级数字孪生系统框架。通过采用Solidworks和CMdevelopment kit工具进行数字孪生系统的模型轻量化处理及坐标系整合,实现了在不影响模型精度和功能的前提下,显著降低系统对硬件要求和内存占用量。以雷沃GM100型联合收获机为对象,开发基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统,为联合收获机孪生系统性能分析、实时监控、瞬时计算以及远程操纵提供联合仿真、分析以及验证平台。为验证数字孪生系统性能和功能,开展了孪生系统性能测试及油耗预测实验。实验结果表明,在数据更新频率20 Hz下,响应时间在78 ms以内,内存占用量在331 MB以内;性能测试中,系统在运行状态下CPU和GPU的平均占用率分别为17%和30%;即使在高强度操作下,系统帧率仍可保持在75.6 f/s;在正常作业下油耗预测模型平均误差为0.34 L/h,平均相对误差仅为2.51%。本系统提供了一种低成本、高效率的数字孪生轻量化构建方案。

关键词：联合收获机数字孪生轻量级运动逻辑建模齐次矩阵

土壤重金属含量变化的影响因素多目标识别方法

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环境科学 2024年第8期45卷 4791-4801页

作者：管祥楠董士伟刘玉张欣欣潘瑜春卢闯长安大学土地工程学院西安710054 北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097

识别土壤重金属含量变化影响因素是减少或防治土壤重金属污染的基础.以北京市昌平区农业试验田为例,首先分析2012和2022年重金属As、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量变化;其次基于地理探测器分别从单目标和多目标水平探测重金属含量变化的影... 详细信息

识别土壤重金属含量变化影响因素是减少或防治土壤重金属污染的基础.以北京市昌平区农业试验田为例,首先分析2012和2022年重金属As、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量变化;其次基于地理探测器分别从单目标和多目标水平探测重金属含量变化的影响因素;最后设置与相关性分析方法和已有研究的对比试验,评估影响因素识别方法的有效性.结果表明人类活动因素加剧了研究区域内土壤重金属含量的变化:①在单目标水平探测上,土地利用类型是Cr、Cu和Zn含量变化的主要影响因素,而年沉降通量影响As的含量变化;交互探测结果显示各个因子间均具有增强效应,人类活动因素的交互作用占主导;②多目标水平探测结果涵盖单目标水平探测结果且能够识别出更多的影响因素,土地利用类型影响Cu、Zn、Cr、Ni和As的含量变化,As和Zn含量变化受到年沉降通量影响;③耦合地理探测器和主成分分析的多目标识别方法可以更加有效地识别出土壤重金属含量变化的影响因素,比单个土壤重金属相关性分析方法更为有效.研发的重金属含量变化影响因素多目标识别方法可为区域土壤重金属污染监测与宏观管理提供技术支撑.

关键词：重金属空间分析影响因素地理探测器主成分分析(PCA) 地块尺度

基于特征光谱参数的叶片和冠层尺度茶多酚含量估算

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光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 814-820页

作者：段丹丹刘仲华赵春江赵钰王凡湖南农业大学园艺学院湖南长沙410128 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097

茶多酚具有很强的生理活性和抗氧化性,是茶品质的重要属性之一。相比传统茶多酚含量的测定方法,遥感技术监测茶多酚含量具有高效、精确及实时的优势,但如何利用遥感数据监测不同时期的茶多酚含量研究较少。该研究以广东省英德市的5个茶... 详细信息

茶多酚具有很强的生理活性和抗氧化性,是茶品质的重要属性之一。相比传统茶多酚含量的测定方法,遥感技术监测茶多酚含量具有高效、精确及实时的优势,但如何利用遥感数据监测不同时期的茶多酚含量研究较少。该研究以广东省英德市的5个茶园的茶叶为研究对象,对春茶、夏茶和秋茶的叶片与冠层两个尺度的茶多酚含量及对应高光谱数据进行测定,利用标准正态变量变换(SNV)对叶片和冠层的高光谱反射率数据进行预处理;然后,分别采用连续投影算法(SPA)和竞争性自适应重加权采样算法(CARS)筛选不同生长季节叶片和冠层两个尺度茶多酚的敏感波段;最后,通过偏最小二乘法(PLS)、随机森林(RF)和多元线性回归(MLR)分别构建不同时期的茶多酚含量模型并进行验证。结果表明:(1)茶多酚的含量随着季节推移显著增加,春茶茶多酚含量(15.37%)最低,夏茶茶多酚含量次之(18.29%),秋茶茶多酚含量(秋茶20.77%)最高;(2)不同敏感波段筛选的茶多酚含量的光谱特征波段主要为2100~2200 nm附近、1300~1400 nm附近、红波-红边波段及绿波段;(3)基于春茶、夏茶和秋茶冠层光谱特征构建的茶多酚模型中CARS-PLS、SPA-MLR和CARS-PLS模型精度最高,建模集R2分别为0.56、0.45和0.52,RMSE分别为1.15、1.68和1.77;验证集R2分别为0.43、0.40和0.41,RMSE分别为1.60、1.91和1.91;基于春茶、夏茶和秋茶冠层叶片光谱特征构建的茶多酚模型中SPA-PLS、CARS-PLS和SPA-MLR模型精度最高,建模集R2分别为0.50、0.42和0.42,RMSE分别为1.25、1.70和1.66;验证集R2分别为0.43、0.36和0.38,RMSE分别为1.44、1.96和2.49。研究结果表明,基于遥感数据进行不同季节的叶片和冠层两个尺度的茶多酚含量估算是可行的,在大面积实时监测茶品质特征方面具有较大的潜力。

关键词：茶多酚高光谱偏最小二乘法随机森林多元线性回归

基于多季相分形特征的Landsat 8 OLI影像耕地信息提取方法

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农业机械学报 2024年第6期55卷 168-177页

作者：孟凤朱庆伟董士伟刘玉张欣欣潘瑜春西安科技大学测绘科学与技术学院西安710054 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

利用遥感技术快速准确地提取耕地信息是耕地保护的关键环节。以山东省商河县为例,提出了一种基于多季相分形特征的Landsat 8 OLI影像耕地信息提取方法。首先采用毯子覆盖法计算多季相遥感影像每个像元的上分形信号和下分形信号,对比分... 详细信息

利用遥感技术快速准确地提取耕地信息是耕地保护的关键环节。以山东省商河县为例,提出了一种基于多季相分形特征的Landsat 8 OLI影像耕地信息提取方法。首先采用毯子覆盖法计算多季相遥感影像每个像元的上分形信号和下分形信号,对比分析耕地和其他土地利用类型的分形特征,选取上分形信号的第3尺度作为特征尺度,提取商河县耕地空间分布特征;其次采用同时期的土地利用矢量数据、Esri land cover数据和统计数据进行耕地信息提取精度评价;最后分别设置多季相分形提取与单季相分形提取、现有土地利用数据产品的对比实验,并基于点位匹配度和面积匹配度进行评价。结果表明:多季相数据更能反映农作物生长的复杂性,有助于提高耕地信息的提取精度;不同土地利用类型在不同分形尺度的信号值各不相同,分形特征可以在不同尺度上清晰地刻画出不同土地利用类型的分异性;基于矢量数据和Esri land cover数据评价的多季相分形特征耕地提取点位匹配度为87.13%和89.83%,面积匹配度为99.73%和97.91%,均比单季相分形提取结果精度高;综合考虑点位匹配度、面积匹配度和空间分布特征,研发方法能有效区分耕地和其他土地利用类型,提取结果更优,且与统计数据有更高的一致性。该方法可准确提取耕地信息,为耕地的动态监测和损害评估提供技术支撑。

关键词：耕地信息提取多季相遥感影像分形特征毯子覆盖法 Landsat 8 OLI

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

国土综合整治与生态修复对区域生态系统服务价值的影响评估

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生态学报 2024年第14期44卷 5974-5984页

作者：唐秀美刘敏吴悠淮贺举刘新卫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 自然资源部国土整治中心北京100035

国土整治与生态修复对保障区域生态质量、优化生态安全格局和提升生态系统服务价值有积极的促进作用。定量化测算国土综合整治与生态修复对区域生态质量的影响是领域的研究热点和难点。以广西壮族自治区贺州市为例,提出了国土综合整治... 详细信息

国土整治与生态修复对保障区域生态质量、优化生态安全格局和提升生态系统服务价值有积极的促进作用。定量化测算国土综合整治与生态修复对区域生态质量的影响是领域的研究热点和难点。以广西壮族自治区贺州市为例,提出了国土综合整治与生态修复对区域生态系统服务价值的影响评估方法,主要结论如下:(1)不同地类由于其质量不同,单位面积生态系统服务价值差距较大,研究提出了基于地类质量的单位面积生态系统服务价值确定方法,并据此测算了各地类通过整治修复质量的提升潜力;(2)贺州市整治修复前生态系统服务总价值为411.80亿元,经过评估,整治修复后生态系统服务总价值可以增加到458.06亿元,增加比例为11.23%。贺州市林地生态系统服务价值增加潜力最大,其次是草地、耕地。生态系统服务价值增加潜力在空间上呈现了东西两翼高于中部、南部地区高于东部地区的趋势;(3)贺州市各区县整治修复潜力差距较大,潜力最大的为八步区和昭平县,潜力提升比例最高的是富川县,不同区县可以根据结果确定整治修复的工程布局。研究结果对于区域国土空间整治与生态修复工程安排及整治修复绩效评估有重要的指导意义。

关键词：国土综合整治生态修复生态系统服务价值影响评估