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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

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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

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

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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

顾及地理环境各向异性的PM_(2.5)浓度时空预测模型

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地球信息科学学报 2024年第9期26卷 2106-2122页

作者：王军杰王达丁晨唐建波石岩杨学习中南大学地理信息系长沙410083 湖南省地理空间信息工程技术研究中心长沙410018

PM_(2.5)浓度预测对于空气污染的防控和治理具有重要意义。传统图卷积神经网络(Graph Convolutional Network,GCN)等时空预测模型主要通过监测站点间的欧氏距离来度量PM_(2.5)分布的空间相关性,未顾及地形和风向等因素对大气污染物传输... 详细信息

PM_(2.5)浓度预测对于空气污染的防控和治理具有重要意义。传统图卷积神经网络(Graph Convolutional Network,GCN)等时空预测模型主要通过监测站点间的欧氏距离来度量PM_(2.5)分布的空间相关性,未顾及地形和风向等因素对大气污染物传输过程的各向异性影响,导致地形复杂区域内的预测结果精度偏低。为此,本文提出了一种顾及地理环境各向异性的PM_(2.5)浓度时空图卷积网络预测模型。首先,考虑地理环境的各向异性特征,利用地形和风向等对站点间PM_(2.5)传播的各向异性影响构建GCN的边,将站点PM_(2.5)浓度、土地利用和其他气象因子建模为GCN的节点特征。其次,通过GCN提取站点PM_(2.5)浓度的空间特征。最后,通过门控循环单元(Gate Recurrent Unit,GRU)建模站点PM_(2.5)浓度的时间特征并进行预测。本文以山地型省份贵州省2017年逐小时PM_(2.5)浓度记录进行实验,并采用一系列时空预测基线模型(GTWR、STSVR和GCN+GRU)与本文模型进行对比。实验结果表明:①本文模型的PM_(2.5)浓度预测结果的RMSE、MAE别为10.047、6.848,相比基线模型平均下降了11.29%和12.16%;R2为0.883,比基线平均提升了3.72%;②通过不同地形对站点PM_(2.5)浓度相关性影响分析,论证了山脉沟谷等地形会显著影响站点间的PM_(2.5)浓度的相关性,进而影响站点PM_(2.5)浓度预测结果;③充分考虑地形和风向对PM_(2.5)传播产生的各向异性影响,能够显著提升存在山脉和沟谷地形区域内PM_(2.5)预测精度。

关键词： PM_(2.5)浓度预测时空图卷积网络空间相关性地理协变量地形距离风向各向异性地理环境特征

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基于多模态知识主动学习的视频问答方案

计算机研究与发展 2024年第4期61卷 889-902页

作者：刘明阳王若梅周凡林格中山大学计算机学院国家数字家庭工程技术研究中心广州510006

视频问答是人工智能领域的一个热点研究问题.现有方法在特征提取方面缺乏针对视觉目标运动细节的获取,从而会导致错误因果关系的建立.此外,在数据融合与推理过程中,现有方法缺乏有效的主动学习能力,难以获取特征提取之外的先验知识,影... 详细信息

视频问答是人工智能领域的一个热点研究问题.现有方法在特征提取方面缺乏针对视觉目标运动细节的获取,从而会导致错误因果关系的建立.此外,在数据融合与推理过程中,现有方法缺乏有效的主动学习能力,难以获取特征提取之外的先验知识,影响了模型对多模态内容的深度理解.针对这些问题,首先,设计了一种显性多模态特征提取模块,通过获取图像序列中视觉目标的语义关联以及与周围环境的动态关系来建立每个视觉目标的运动轨迹.进一步通过动态内容对静态内容的补充,为数据融合与推理提供了更加精准的视频特征表达.其次,提出了知识自增强多模态数据融合与推理模型,实现了多模态信息理解的自我完善和逻辑思维聚焦,增强了对多模态特征的深度理解,减少了对先验知识的依赖.最后,提出了一种基于多模态知识主动学习的视频问答方案.实验结果表明,该方案的性能优于现有最先进的视频问答算法,大量的消融和可视化实验也验证了方案的合理性.

关键词：视频问答数据融合与推理多模态主动学习视频细节描述提取深度学习

农民数字素养对其数字乡村参与的影响机制研究

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西南农业学报 2024年第9期 1937-1949页

作者：马晨李瑾冯献北京市农林科学院信息技术研究中心国家农业信息化工程技术研究中心

【目的】作为数字社会的弱势群体，农民的数字化认知普遍较差，数字化“新农具”的操作应用能力普遍不强，直播电商等“新农活”的参与能力较弱，本研究旨在激发农民的积极性、主动性、创造性，充分发挥农民的主体作用，推动其更加积极... 详细信息

【目的】作为数字社会的弱势群体，农民的数字化认知普遍较差，数字化“新农具”的操作应用能力普遍不强，直播电商等“新农活”的参与能力较弱，本研究旨在激发农民的积极性、主动性、创造性，充分发挥农民的主体作用，推动其更加积极主动投身到数字乡村这一伟大实践中。【方法】在梳理国内外文献和对北京13个涉农区1500位农民开展问卷调查的基础上，从数字意识、数字通用素养、数字技术素养等6个维度搭建农民数字素养体系，并基于KAP模型构建“农民数字素养-对政府数字服务满意度-农民数字乡村参与行为”理论模型，采用中介效应模型和调节效应模型，探索农民数字素养影响数字乡村参与的作用路径，提出激发农民参与数字乡村的相关政策建议。【结果】(1)农民的数字素养提升其数字乡村参与具有显著的推动作用；(2)农民对政府数字服务的满意程度会间接影响其对数字乡村的参与程度；(3)数字化基础设施在农民数字素养影响农民数字乡村参与的关系中起正向调节作用。【结论】扎实推进数字乡村，让农民多参与、广收益，一是要通过构建农民数字素养培训体系和加强农民数字素养与应用能力培训等方式大力提升农民数字素养，二是要通过加强优质农村服务资源供给与共享和推动服务多元化参与等方式强化农村数字化服务水平，三是要通过强化农村网络承载能力和推动现有技术设备“适农化”改造等方式不断完善农村数字化基础设施建设。

关键词：农民数字素养数字乡村参与政府数字服务农村数字新基建

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基于可聚合PVSS和联盟链的密钥可公开验证MA-CP-ABE方案

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通信学报 2024年第8期45卷 258-270页

作者：景旭蒋炎西北农林科技大学信息工程学院陕西杨凌712100 陕西省农业信息智能感知与分析工程技术研究中心陕西杨凌712100

针对基于门限的多机构密文策略属性基加密(MA-CP-ABE)存在属性颁发机构(AA)不可信、属性私钥正确性无法公开验证等问题,提出了一种基于可聚合PVSS和联盟链的密钥可公开验证MA-CP-ABE方案。基于ElGamal改进可聚合PVSS算法,实现系统主密... 详细信息

针对基于门限的多机构密文策略属性基加密(MA-CP-ABE)存在属性颁发机构(AA)不可信、属性私钥正确性无法公开验证等问题,提出了一种基于可聚合PVSS和联盟链的密钥可公开验证MA-CP-ABE方案。基于ElGamal改进可聚合PVSS算法,实现系统主密钥分发的可公开验证;基于双线性映射和ElGamal加密,构造MA-CP-ABE属性私钥可公开验证方法,实现属性私钥及其子份额密文条件下的可公开验证;基于联盟链提出密钥可公开验证MA-CP-ABE方案,通过联盟链保证验证参数可信,通过智能合约实现自动化验证。正确性、机密性、鲁棒性和活性等分析表明,当总AA数量为n、门限值为t、恶意AA数量不超过t-1时,所提方案能够保证属性私钥的正确分发,且系统主密钥初始化的通信开销复杂度为O(tn)。

关键词：分布式密钥生成多机构密文策略属性基加密可公开验证秘密共享联盟链

应急供水多级泵意外停机水力过渡过程瞬态特性

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农业工程学报 2024年第4期40卷 72-81页

作者：司乔瑞夏欣武凯鹏邓凡杰袁寿其江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013

应急供水多级泵的意外停机会引起系统性能参数的剧烈变化,严重威胁供水安全。为了探究多级泵停机水力过渡过程内部流场的瞬态效应,该研究建立了基于叶轮转动平衡方程的泵停机过程转速预测方法,数值模拟分析了意外停机过程中多级泵内部... 详细信息

应急供水多级泵的意外停机会引起系统性能参数的剧烈变化,严重威胁供水安全。为了探究多级泵停机水力过渡过程内部流场的瞬态效应,该研究建立了基于叶轮转动平衡方程的泵停机过程转速预测方法,数值模拟分析了意外停机过程中多级泵内部流动特性。研究结果表明:在意外停机过程中,多级泵分别经历水泵工况、制动工况、反转工况以及飞逸工况4个阶段,转速呈现先减小至0后沿负方向增大的趋势,最后稳定在飞逸转速-4210 r/min附近;流量呈现先减小至0后沿负方向增大的趋势,然后再沿正方向增大,最终稳定在飞逸流量-14.32 kg/s附近;扭矩呈现先减小再增加,最后减小并稳定在零点附近。泵内流量和转速的大小、方向不断变化引起叶轮流道内流体的流动分离和回流,伴随着涡的形成、发展和破碎等时空演变;熵产值的变化与多级泵内不稳定流动密切相关,由湍流耗散所带来的损失起主导作用,在达到飞逸工况后湍流耗散熵产占比约65.2%,能量损失主要发生在叶轮流道内,且制动工况中内流场的损失较大;多级泵首级流道内监测点压力变化最为剧烈,各级监测点的压力脉动系数波动幅值随着级数的增加呈减小趋势;压力脉动振幅主导频率与多级泵转速呈现正相关关系,主导分量对应于叶轮流道的叶片通过频率,且沿着流体流动方向压力脉动频率振幅逐渐增大,压力脉动的频率特性可以反应出意外停机过程中流量的不稳定变化。研究成果可为应急供水系统安全稳定运行提供理论指导。

关键词：离心泵瞬态效应内部流动意外停机熵产分析