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农药残留检测中表面增强拉曼光谱的研究进展

光谱学与光谱分析 2021年第11期41卷 3339-3346页

作者：邱梦情徐青山郑守国翁士状中国科学院合肥物质科学研究院安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026 农业生态大数据国家地方联合工程研究中心安徽大学安徽合肥230601

农药直接污染环境和食物,最终被人体吸收。其残留物具有高毒性,对人体健康造成严重影响。色谱法、气液色谱串联质谱法等在农药残留检测中应用较为广泛,但存在预处理步骤复杂、费时耗力等缺点。表面增强拉曼光谱(SERS)技术因具备灵敏度... 详细信息

农药直接污染环境和食物,最终被人体吸收。其残留物具有高毒性,对人体健康造成严重影响。色谱法、气液色谱串联质谱法等在农药残留检测中应用较为广泛,但存在预处理步骤复杂、费时耗力等缺点。表面增强拉曼光谱(SERS)技术因具备灵敏度高、特异性好、提供全面指纹信息且对样品无损等优点被视为一种新型农残检测方法,可通过简单提取实现液体或固体样品中痕量农药残留的高效检测。在这篇综述中,主要从SERS的增强基底制备、检测方法以及光谱智能解析三个方面对农药残留SERS检测技术及方法的研究进展进行综述,以期为农药残留检测方法提供新的参考。首先,针对SERS增强基底制备,单一的贵金属溶胶纳米颗粒因其"热点"随机、不可控等因素导致稳定性和灵敏性较差,已不能满足痕量农药残留检测。为提高SERS基底的吸附能力使待测物在其表面富集且信号不发生显著变化,对单一贵金属溶胶纳米颗粒进行组装,或加入化学物质、惰性材料等进行修饰制备均一性高的SERS复合基底,保证SERS信号有良好的重现性和灵敏性。其次,为了实现特异性和高灵敏检测,SERS检测方法不再只以单纯的金、银纳米颗粒作为增强基底,而是逐渐趋向于优化样本前处理技术、化学修饰法制备特异性SERS探针、基底物理结构突破以及动态SERS(D-SERS)检测等方向发展。在获得物质的拉曼光谱后,有效拉曼特征区通常在较短的波数范围内,而光谱数据高达上千维,冗余较多,导致后续分析复杂度增加。SERS光谱智能分析则采用化学计量学方法对原始光谱进行预处理、特征提取和模型构建,实现数据降维和主要信息提取,进而实现农残的定性与定量。综上,SERS作为一种快速检测农药残留的方法具有很好的发展前景,可为今后的分析检测领域提供新的借鉴。

关键词：表面增强拉曼光谱农药残留特异性SERS探针动态SERS 化学计量学

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农作物叶片病害迁移学习分步识别方法

测绘通报 2021年第7期 34-38页

作者：赵恒谦杨屹峰刘泽龙宋瑞中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 农业生态大数据分析与应用技术国家地方联合工程研究中心安徽合肥230601

农作物病害的准确识别有助于提高农作物的产量与质量。针对作物病害图像训练样本数据量较少的情况,本文采用迁移学习方法结合分步识别模型对多种农作物病害种类进行了识别。将PlantVillage公开数据集中3种农作物的10类作物叶片图像作为... 详细信息

农作物病害的准确识别有助于提高农作物的产量与质量。针对作物病害图像训练样本数据量较少的情况,本文采用迁移学习方法结合分步识别模型对多种农作物病害种类进行了识别。将PlantVillage公开数据集中3种农作物的10类作物叶片图像作为训练样本,利用直接识别方法分别对VGG16和ResNet的原始模型和迁移学习模型进行训练,得到模型的分类结果;提出分步识别方法,将训练样本按作物种类和病害类型归类,分别进行模型训练并构建分步识别模型。试验结果表明:利用迁移学习方法能够在原始模型的基础上将识别精度提高20%以上;在其基础上引入分步识别方法并与直接识别方法对比,能够将VGG16和ResNet模型精度再分别提高14%和8%。本文提出的迁移学习分步识别方法能够实现在小样本训练数据情况下的作物病害准确识别,可为作物病害防治提供有效的技术支持。

关键词：迁移学习小样本学习卷积神经网络分步识别作物病害

基于宏基因组学分析安徽地区畜禽粪便微生物耐药性特征

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中国微生态学杂志 2024年第1期36卷 29-40页

作者：桑金慧何振杰余相宇余波宋祥军邵颖祁钊安徽省动物性食品质量与生物安全工程实验室安徽合肥230036 安徽农业大学信息与人工智能学院

目的为深入了解在食用动物生产过程中滥用抗生素,迫使肠道共生细菌成为微生物耐药性(antimicrobial resistance,AMR)重要宿主之一的现象,本研究利用宏基因组学针对食用动物的肠道细菌AMR进行分析。方法利用宏基因组学技术对安徽地区猪... 详细信息

目的为深入了解在食用动物生产过程中滥用抗生素,迫使肠道共生细菌成为微生物耐药性(antimicrobial resistance,AMR)重要宿主之一的现象,本研究利用宏基因组学针对食用动物的肠道细菌AMR进行分析。方法利用宏基因组学技术对安徽地区猪和鸡粪便中的AMR及可移动遗传元件进行定量和表征,并且在核心抗性基因亚型水平上研究猪和鸡共生细菌群落的耐药性特征。结果从抗性基因(antimicrobial resistance gene,ARG)的丰度和多样性来看,鸡肠道共生菌中ARG的多样性和检出率高于猪,而猪肠道共生菌中ARG总丰度高于鸡。大环内酯―林可酰胺―链菌素类抗性基因和四环素抗性基因是所有样本中含量最高的2种ARG,研究也检测到了世界范围内流行的ARG,包括optrA、qnrS、lsaE和tem等,同时,一些可移动遗传元件,包括噬菌体、质粒和插入序列也显示出与ARG存在一定相关性,这揭示了ARG的水平转移潜力。此外,食物链动物的抗性组和微生物组之间在统计学上也被证明存在正相关性。宿主溯源分析表明,在鸡样本中的拟杆菌和大肠埃希菌被检测出含有大量ARG,而在猪的样本中被检测出含有丰富ARG的为瘤胃球菌和罗氏菌。结论本研究通过对猪和鸡共生细菌群落中AMR的调查统计,证实肠道微生物群是ARG的重要宿主及传播途径之一,为评价食用动物安全性及后续泛耐药基因数据库的构建提供科学依据,对公共健康具有重要意义。

关键词：禽畜粪便肠道微生物耐药性宏基因组学二代测序

面向高分卫星遥感共性产品真实性检验的无人机空港布局

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地理学报 2021年第11期76卷 2621-2631页

作者：刘俊伟陈鹏飞鹿明廖小罕中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 安徽大学农业生态大数据分析与应用技术国家地方联合工程技术研究中心合肥230601 钱学森空间技术实验室北京100094 天津中科无人机应用研究院天津301800

针对高分卫星遥感共性产品真实性检验对无人机数据的需求,本文以已有野外台站为依托,开展无人机空港布局研究。首先,综合考虑影响卫星产品空间变异的因素,构建了地理背景覆盖率的物理模型;其次,基于地理背景覆盖率改进覆盖模型提出最大... 详细信息

针对高分卫星遥感共性产品真实性检验对无人机数据的需求,本文以已有野外台站为依托,开展无人机空港布局研究。首先,综合考虑影响卫星产品空间变异的因素,构建了地理背景覆盖率的物理模型;其次,基于地理背景覆盖率改进覆盖模型提出最大地理背景覆盖模型,并利用简单随机抽样中的样本容量确定方法确定合理的空港数量,分别利用本文提出的最大地理背景覆盖模型和已有最大面积覆盖模型进行空港布局的研究;最后,对两种模型下的空港布局结果进行对比,并利用MODIS EVI数据产品对布局结果进行验证。结果表明,在空港数有限的条件下(n=60),最大面积覆盖模型选择的空港,其服务范围内的地理背景覆盖率为26.66%,能代表70.37%的中国陆地区域,而最大地理背景覆盖模型选择的空港,其服务范围内的地理背景覆盖率为38.32%,能代表73.36%的中国陆地区域。最大地理背景覆盖模型比最大面积覆盖模型能获得更优的空港布局结果,可用于支撑中国区域面向高分卫星遥感共性产品真实性检验的无人机观测网络建设。

关键词：无人机空港布局最大地理背景覆盖模型最大面积覆盖模型高分卫星遥感共性产品

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融合高光谱成像多类特征的名优牛肉种类鉴别

激光杂志 2021年第8期42卷 57-61页

作者：郑守国翁士状刘瑜凡王海燕朱恭钦邱梦琴中科院合肥物质科学研究院智能技术与系统研究室合肥230031 安徽大学农业生态大数据分析与应用技术国家地方联合工程研究中心合肥230601

提出一种基于高光谱成像技术鉴别名优牛肉的新方法。首先,测量采集了来自安徽、新疆和西藏三种牛肉的120个样本的高光谱图像。然后,通过感兴趣区域提取、加和平均获得样本的400 nm~1 000 nm波段的反射率光谱,并采用局部二值模式从样本... 详细信息

提出一种基于高光谱成像技术鉴别名优牛肉的新方法。首先,测量采集了来自安徽、新疆和西藏三种牛肉的120个样本的高光谱图像。然后,通过感兴趣区域提取、加和平均获得样本的400 nm~1 000 nm波段的反射率光谱,并采用局部二值模式从样本灰度图中提取纹理特征。同时,通过标准化、多元散射校正(MSC)和标准正态变量校正方法去除反射率光谱中的噪声,利用连续投影算法(SPA)、竞争性自适应重加权采样算法以及稳定性竞争自适应重加权采样算法选择重要波长。最后,基于重要波长的光谱信息和纹理特征,采用支持向量机、随机森林和K最邻近算法(KNN)构建牛肉品种分类模型。实验结果表明,融合重要光谱信息和牛肉纹理特征后,基于SPA波长选择的MSC-KNN模型具有最好的分类效果,分类结果的校正集与预测集正确率分别为100%、99.14%。所提方法为实现基于多光谱系统与成像系统的快速、简便的牛肉种类鉴别装置奠定了理论与实验基础。

关键词：高光谱成像反射率光谱纹理牛肉种类鉴别

嵌入位置编码的多头注意力机制在堆积脉冲幅度估计中的应用

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核技术 2023年第9期46卷 85-93页

作者：唐琳周爽李勇廖先莉李跃鹏成都大学电子信息与电气工程学院成都610106 安徽大学农业生态大数据分析与应用国家工程研究中心合肥230039 南洋理工大学电气与电子工程学院新加坡639798 成都理工大学核技术与自动化工程学院成都610059

传统脉冲成形方法对堆积脉冲幅度计算存在的误差将会导致X射线荧光光谱失真,因此,在高堆积率背景下测量得到的光谱很难对光谱进行准确分析。本文提出一种基于深度学习的Transformer模型,该模型采用编码器-解码器结构,通过嵌入位置编码... 详细信息

传统脉冲成形方法对堆积脉冲幅度计算存在的误差将会导致X射线荧光光谱失真,因此,在高堆积率背景下测量得到的光谱很难对光谱进行准确分析。本文提出一种基于深度学习的Transformer模型,该模型采用编码器-解码器结构,通过嵌入位置编码的多头注意力来估计堆积脉冲的幅度,并将其应用于高性能硅漂移探测器的辐射测量,以及X射线荧光光谱学分析。为了训练该模型,通过预定义的数学模型模拟得到探测器输出的脉冲信号,为了模拟真实的核脉冲,在信号中加入了与热噪声和散粒噪声相对应的高斯噪声。训练后的模型通过截取粉末铁矿样品和粉末岩石样品的实测脉冲序列进行验证,使用相对误差作为模型性能评估指标,对应于脉冲幅度估计的准确度。在粉末铁矿样品和粉末岩石样品的实验测量8组离线脉冲序列中,得到的平均相对误差为0.89%。结果表明:该模型能够实现堆积脉冲幅度的准确估计。

关键词：堆积脉冲深度学习 Transformer模型位置编码

基于分数阶忆阻器的4D-Hopfield神经网络动力学分析

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芜湖职业技术学院学报 2020年第3期22卷 1-6页

作者：丁大为江丽胡永兵杨宗立安徽大学电子信息工程学院安徽合肥230039 安徽大学农业生态大数据分析与应用技术国家地方联合工程研究中心安徽合肥230000

忆阻Hopfield神经网络是研究人脑行为的一种重要模型。研究人员运用Caputo分数阶微分定义,将整数阶双曲型忆阻器推导至分数阶双曲型忆阻器,同时验证了它的忆阻特性,并且提出了分数阶忆阻Hopfield神经网络。对该模型的平衡点与稳定性的... 详细信息

忆阻Hopfield神经网络是研究人脑行为的一种重要模型。研究人员运用Caputo分数阶微分定义,将整数阶双曲型忆阻器推导至分数阶双曲型忆阻器,同时验证了它的忆阻特性,并且提出了分数阶忆阻Hopfield神经网络。对该模型的平衡点与稳定性的理论分析,表明了系统具有多个平衡点的特点。此外,运用Adams–Bashforth–Moulton算法对所提出的分数阶忆阻Hopfield神经网络系统进行的相图及时域图的数值仿真,揭示了在不同耦合强度、不同分数阶阶次下系统展现出复杂的动力学行为。

关键词：双曲型忆阻器分数阶 Hopfield神经网络动力学行为数值仿真

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多源卫星遥感数据监测巢湖蓝藻水华爆发研究

红外与激光工程 2019年第7期48卷 295-306页

作者：张东彦尹勋佘宝丁玉婉梁栋黄林生赵晋陵郜允兵安徽大学农业生态大数据分析与应用技术国家地方联合工程研究中心安徽合肥230601 安徽理工大学测绘学院安徽淮南232001 北京农业信息技术研究中心北京100097

湖泊蓝藻水华的精准动态监测,可为水利及环保部门评价污染水体的防治效果、优化和调整防治政策提供依据。论文以巢湖为研究对象,利用Landsat TM/OLI、HJ-1B CCD/IRS和NPP-VIIRS三种不同空间分辨率的影像数据,通过归一化水体指数(Normali... 详细信息

湖泊蓝藻水华的精准动态监测,可为水利及环保部门评价污染水体的防治效果、优化和调整防治政策提供依据。论文以巢湖为研究对象,利用Landsat TM/OLI、HJ-1B CCD/IRS和NPP-VIIRS三种不同空间分辨率的影像数据,通过归一化水体指数(Normalized Difference Water Index,NDWI)实现巢湖水域范围提取,利用归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)和浮游藻类指数(Floating Algae Index,FAI)提取2010~2014年共22景巢湖蓝藻的爆发区域。进一步的,对NDVI和FAI两种方法计算的蓝藻爆发区域进行对比分析,评价Landsat、HJ-1B以及VIIRS三种影像数据对巢湖蓝藻水华空间和时间的监测效果及适用性,进而结合气象因素分析不同气象因子对蓝藻水华爆发的影响。研究结果表明:(1)相比NDVI指数,FAI指数(Landsat和HJ-1B数据为主,VIIRS数据辅助)能降低薄云对蓝藻水华提取效果的影响,可提高蓝藻水华爆发区域、程度的识别能力;(2)气象因子中气温和日照时长加重了蓝藻水华爆发的严重程度,降水则对蓝藻水华的爆发起到一定的抑制作用。综上所述,论文引入VIIRS卫星影像研究巢湖蓝藻水华爆发,利用FAI指数降低薄云对蓝藻水华爆发面积提取精度的影响,取得的研究结果可为基于多源卫星遥感数据的巢湖蓝藻水华动态监测系统开发提供重要的方法支持,有利于推进卫星遥感技术在安徽省“河长制”和“湖长制”中发挥重要作用。

关键词：浮游藻类指数归一化水体指数 VIIRS影像巢湖蓝藻气象因子

让农机“聪明”起来,助力现代农业跑出“加速度”

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中国发展观察 2020年第21期 51-53页

作者：胡桂芳安徽大学农研院学术委员会农业生态大数据分析与应用技术国家地方联合工程研究中心学术委

党的十八大以来,我国农业生产方式经历了三个阶段,即以人力和畜力为主的传统农业(农业1.0),以广泛应用杂交种和化肥、农药的生物—化学农业(农业2.0),以农业机械为生产工具的机械化农业(农业3.0)三大阶段,现正迈向以“大(大数据)、物(... 详细信息

党的十八大以来,我国农业生产方式经历了三个阶段,即以人力和畜力为主的传统农业(农业1.0),以广泛应用杂交种和化肥、农药的生物—化学农业(农业2.0),以农业机械为生产工具的机械化农业(农业3.0)三大阶段,现正迈向以“大(大数据)、物(物联网)、移(移动互联)、云(云计算)、链(区块链)”和智能装备等生产要素应用为特征的智慧农业(农业4.0)阶段。智慧农业的特征是要实现用电脑替代人脑、机器替代人力和自主安全可控的自动化应用,农机智能化是关键。农机智能化包括感知、连接、数据、分析、控制等5个要素。

关键词：农业生产方式机械化农业自动化应用现代农业区块链移动互联大数据云计算