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基于无人机数字表面模型的冬小麦生物量估算模型构建及迁移能力分析

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干旱区资源与环境 2024年第9期 97-105页

作者：郭燕贺佳曾凯张彦张红利郑国清王来刚河南省农业科学院农业信息技术研究所/农业农村部黄淮海智慧农业技术重点实验室河南省农作物种植监测与预警工程研究中心

生物量（Aboveground Biomass, AGB）是表征作物长势状况的重要参数，快速精准地估算AGB对指导农田精准管理和挖掘生产潜力具有重要意义，而且AGB的估算也能够为粮食安全问题提供重要的数据参考。文中通过设置不同的水氮处理，采用无人... 详细信息

生物量（Aboveground Biomass, AGB）是表征作物长势状况的重要参数，快速精准地估算AGB对指导农田精准管理和挖掘生产潜力具有重要意义，而且AGB的估算也能够为粮食安全问题提供重要的数据参考。文中通过设置不同的水氮处理，采用无人机搭载多光谱成像光谱仪获取冬小麦关键生育期影像，提取数字表面模型，采用BP（Back Propagation）神经网络回归方法建立和改进了基于无人机影像提取株高(Height from Digital Surface Model, Hdsm)的AGB估算模型。结果表明：Hdsm与实测株高（H）和AGB相关性较高，直接利用Hdsm构建的AGB估算模型R2、RMSE（Root Mean Square Error）和RPD（Residual predictive deviation）分别为0.58、4528.23kg·hm-2和1.25,估算平均值较实测值平均值小，且估算值较为分散。改进的基于比值的AGB估算模型R2、RMSE和RPD分别为0.88、2291.90kg·hm-2和2.75,估算平均值与实测平均值较为相近，模型较直接用Hdsm进行AGB估算，精度提高了51.72%。而且，改进的AGB估算模型在不同水处理和不同年份情景下表现出了较强迁移估算能力。数据特征的差异是导致AGB估算模型迁移估算能力不同的关键因子，文中为模型构建和迁移估算作物长势参数时提供了一种前置条件，如果不同的数据集具有相似的直方图特征，模型在新的情景下具有较强的迁移估算能力。

关键词：冬小麦生物量估算无人机株高迁移能力

基于改进YOLO v7-tiny的玉米种质资源雄穗检测方法

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农业机械学报 2024年第7期55卷 290-297页

作者：马中杰罗晨骆巍王利锋冯晓李会勇河南省农业科学院农业信息技术研究所郑州450002 农业农村部黄淮海智慧农业技术重点实验室郑州450002 河南省农业科学院农作物种质资源研究所郑州450002

针对玉米种质资源遗传多样性丰富导致雄穗大小、形态结构及颜色呈现较大差异,无人机搭载可见光传感器相比地面采集图像分辨率低,以及图像中部分雄穗过小、与背景相似度高、被遮挡、相互交错等情况带来的雄穗检测精度低的问题,提出了一... 详细信息

针对玉米种质资源遗传多样性丰富导致雄穗大小、形态结构及颜色呈现较大差异,无人机搭载可见光传感器相比地面采集图像分辨率低,以及图像中部分雄穗过小、与背景相似度高、被遮挡、相互交错等情况带来的雄穗检测精度低的问题,提出了一种改进YOLO v7-tiny模型的玉米种质资源雄穗检测方法。该方法通过在YOLO v7-tiny中引入SPD-Conv模块和VanillaBlock模块,以及添加ECA-Net模块的方式,增强模型对雄穗特征的提取能力。利用自建的玉米种质资源雄穗数据集,训练并测试改进模型。结果表明,改进YOLO v7-tiny的平均精度均值为94.6%,相比YOLO v7-tiny提升1.5个百分点,相比同等规模的轻量级模型YOLO v5s、YOLO v8s分别提升1.0、3.1个百分点,显著降低了图像中雄穗漏检及背景误检为雄穗的发生,有效减少了单穗误检为多穗和交错状态下雄穗个数误判的情况。改进YOLO v7-tiny模型内存占用量为17.8 MB,推理速度为231 f/s。本文方法在保证模型轻量化的前提下提升了雄穗检测精度,为玉米种质资源雄穗实时、精准检测提供了技术支撑。

关键词：种质资源玉米雄穗目标检测无人机可见光影像 YOLO v7-tiny

基于多源遥感数据的茶叶种植面积时空变化研究

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中国农业科技导报 2024年

作者：张彦王来刚贺佳郭燕杨秀忠张红利刘婷河南省农业科学院农业信息技术研究所农业农村部黄淮海智慧农业技术重点实验室河南省农作物种植监测与预警工程研究中心

茶叶是重要的经济树种之一，分析茶叶种植面积的时空演变规律可为优化茶叶布局提供科学依据。基于2000—2020年Landsat和Sentinel-2卫星数据，结合实地调查数据，采用随机森林分类方法获得河南省信阳市浉河区茶叶种植面积空间分布信息... 详细信息

茶叶是重要的经济树种之一，分析茶叶种植面积的时空演变规律可为优化茶叶布局提供科学依据。基于2000—2020年Landsat和Sentinel-2卫星数据，结合实地调查数据，采用随机森林分类方法获得河南省信阳市浉河区茶叶种植面积空间分布信息，采用趋势分析、重心迁移等方法对浉河区茶叶生产空间布局与时空变化趋势进行分析。结果表明：光谱+植被指数+纹理特征组合对茶叶分类精度最高，总体精度可达89.02%,Kappa系数为0.90；从时序变化来看，2000—2020年浉河区茶叶种植面积总体上呈现快速增长到稳步上升趋势。从空间变化来看，浉河区茶叶种植空间分布相对集中，主要分布于北部乡镇的丘陵地区和浅层山区。从重心变化来看，近20年浉河区茶叶种植面积重心呈现出由东向西转移的趋势，重心迁移总距离为5.47 km，迁移速度为0.273 5 km·a-1。研究结果为茶叶科学种植提供了数据支撑。

关键词：茶叶面积多源遥感时空变化

基于文献计量分析的花生育种及栽培研究热点与趋势

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花生学报 2024年第3期 88-104页

作者：邱雅洁李国强臧秀旺刘娟郝西张俊崔亚男张朋磊刘兵刘海礁河南省农业科学院花生研究所河南省农业科学院农业信息技术研究所/农业农村部黄淮海智慧农业重点实验室/农作物种植监测与预警河南省工程实验室

基于文献计量分析方法，利用Citespace及Excel软件工具，通过对2012-2022年Web of Science核心数据库和知网学术期刊数据库中的文献进行分析，了解花生育种及栽培相关研究的热点和趋势。中国、印度和美国是花生研究的主要国家，其中中... 详细信息

基于文献计量分析方法，利用Citespace及Excel软件工具，通过对2012-2022年Web of Science核心数据库和知网学术期刊数据库中的文献进行分析，了解花生育种及栽培相关研究的热点和趋势。中国、印度和美国是花生研究的主要国家，其中中国的发文数量持续攀升，显示出中国花生研究在国际上的强劲势头。国际合作网络也日益密切，中国、印度和美国为合作中心，合作伙伴数量逐渐扩大，合作方式逐渐多样化。在国内方面，山东省农业科学院等机构主导了花生研究，国内机构合作网络密切，表现出活跃的合作关系，体现了全国各地花生研究的广泛分布和协同发展。研究热点方面，英文文献从基础特性和遗传抗性逐步过渡到分子水平、脂肪酸含量，最终拓展至生态系统和生长机制；中文文献则强调花生作物在特定环境下的适应性，包括对抗旱、连作等压力的关注。本文的研究结果为深入了解花生科研热点与发展趋势提供了有益参考。

关键词：花生文献计量分析 Citespace 育种栽培

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基于文献计量分析芝麻的研究热点与趋势

中国油脂 2024年第8期49卷 103-110页

作者：刘海礁邱雅洁周萌张辉魏东张会芳田媛付锦州王瑛郑国清河南省农业科学院农业经济与信息研究所/农业农村部黄淮海智慧农业技术重点实验室/农作物种植监测与预警河南省工程实验室郑州450002 河南省农业科学院芝麻研究中心郑州450002

旨在为芝麻产业发展提供文献支撑,利用CiteSpace及Excel软件,基于2012—2022年Webof Science(WoS)核心合集数据库和中国知网(CNKI)学术期刊数据库中的中文核心期刊,采用文献计量方法对芝麻研究相关文献发文量、主要发文国家、地区、机... 详细信息

旨在为芝麻产业发展提供文献支撑,利用CiteSpace及Excel软件,基于2012—2022年Webof Science(WoS)核心合集数据库和中国知网(CNKI)学术期刊数据库中的中文核心期刊,采用文献计量方法对芝麻研究相关文献发文量、主要发文国家、地区、机构和作者,以及研究主题、研究前沿等进行了分析。结果显示:WoS核心合集数据库中,关于芝麻研究的论文发文量整体呈持续上升趋势,主要出自中国、印度、伊朗和美国等国家,中国在发文量和影响力方面有绝对优势;全球有342家机构发表芝麻研究相关论文,其中中国农业科学院、阿扎德大学和河南工业大学发文量最高;全球发文量前10名的作者中9位来自中国农业科学院。CNKI数据库中,芝麻相关文献数量整体趋于下降;有298家机构在芝麻研究领域发表了研究论文,主要发文机构有河南省农业科学院、河南工业大学和中国农业科学院等。国内外芝麻研究热点主要集中在芝麻提取物、芝麻生长、芝麻遗传多样性、抗氧化性、芝麻副产品功能特性、芝麻食品研究和芝麻加工研究等方面。抗氧化方向的研究为近几年的突现热点,有望成为未来芝麻领域的研究热点。

关键词：芝麻文献计量分析 CiteSpace

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基于RISC-V的农田智能灌溉控制系统研究

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农机化研究 2024年

作者：王猛王凯张杰杨张青赵巧丽秦一浪李国强河南省农业科学院农业信息技术研究所农业农村部黄淮海智慧农业技术重点实验室河南省智慧农业工程技术研究中心河南省土壤肥料站

为提高农田灌溉水分利用率,明确不同土质对灌溉量的影响,利用RISC-V架构芯片构建了一种基于模型的灌溉控制系统。该系统以GD32VF103VBT6芯片为核心MCU,包括主控制器、通信、传感器、灌溉量计算和安全作业等功能模块。通过量化不同类型... 详细信息

为提高农田灌溉水分利用率,明确不同土质对灌溉量的影响,利用RISC-V架构芯片构建了一种基于模型的灌溉控制系统。该系统以GD32VF103VBT6芯片为核心MCU,包括主控制器、通信、传感器、灌溉量计算和安全作业等功能模块。通过量化不同类型土壤水分运移动态的差异,依据土壤中沙粒、黏粒等组分比例,构建了适用于不同土壤质地的灌溉量估算模型。系统结合土壤墒情传感器获取的田间实时墒情数据,计算各轮灌区域最佳灌溉量,并根据灌溉量控制各灌区电磁阀开启时间,实现自动灌溉。该系统具有测墒灌溉、远程控制、水肥一体化灌溉、自动化轮灌等功能。研究结果表明:与传统农户经验灌溉方式相比,该系统能够显著降低作物灌溉量17.3%,但对籽粒产量的影响较小,仅降低了0.16%;与土壤水分动态平衡模型相比,该系统灌溉量降低了9.2%,产量提高了0.19%。此系统的研究和应用在保证作物产量稳定的前提下,能有效降低农田灌溉量,对发展智慧节水农业有重要意义。

关键词：灌溉控制系统 RISC-V 土壤质地节水灌溉灌溉量模型

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基于根区温度和肥料浓度耦合的草莓生长调控

农业工程学报 2024年第12期40卷 109-116页

作者：樊小雪陈晓东金晶蔡伟建王庆莲赵密珍毛晓娟任妮江苏省农业科学院农业信息研究所农业农村部长三角智慧农业技术重点实验室南京210014 江苏省农业科学院果树研究所江苏省高效园艺作物遗传改良重点实验室南京210014

为探索草莓根区加热的最适温度及施肥浓度,该研究设置3个根区温度水平(不加温(8℃)、16、22℃)和3个肥料浓度水平(0.5、1.5、2.5 g/L),共计9个处理。分析了根区温度和肥料浓度协同作用对草莓产量、品质、肥料偏生产力、水分利用率的影... 详细信息

为探索草莓根区加热的最适温度及施肥浓度,该研究设置3个根区温度水平(不加温(8℃)、16、22℃)和3个肥料浓度水平(0.5、1.5、2.5 g/L),共计9个处理。分析了根区温度和肥料浓度协同作用对草莓产量、品质、肥料偏生产力、水分利用率的影响。结合层次分析法和CRITIC客观赋权法,运用优劣解距离法对各处理进行基于草莓产量、品质、肥料偏生产力、水分利用率的综合评价。结果表明:1)采用根区加温对设施草莓生长有促进作用。在采摘第3茬果实时,加温到16℃和22℃的处理下可以采摘的草莓植株数量相较于不加温处理明显增加。2)肥料浓度对草莓生长综合评分的影响大于根区温度。高肥料浓度(2.5 g/L)会降低草莓产量,中肥料浓度(1.5 g/L)不仅能增加单果质量,还能提高肥料偏生产力和水分利用率,具有更好的经济效益。3)基于TOPSIS综合评价建立了设施草莓生长综合评价体系,得出评分最高的处理为T5处理(16℃,1.5 g/L)。通过寻找最优区间,结果发现根区温度在13.10~18.47℃,肥料浓度在1.43~1.87g/L时,设施草莓生长效果较好。该研究结果可为设施草莓冬季及早春的温度和肥水管理提供理论依据。

关键词：作物肥料根区温度草莓综合评价生长调控

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基于深度学习的玉米包衣种子品种识别

河南农业科学 2024年第7期53卷 160-167页

作者：冯晓张辉刘正张会芳陈海燕赵威郑国清马中杰河南省农业科学院农业信息技术研究所河南郑州450002 农业农村部黄淮海智慧农业技术重点实验室河南郑州450002 河南省生态环境监测和安全中心河南郑州450000

为实现玉米包衣种子品种低成本、高效便捷识别,基于智能手机采集的18个品种4种颜色的23100张玉米包衣种子双面图像构建数据集,采用轻量级卷积神经网络模型ShuffleNetV2、MobileNetV3、MobileViT、MobileOne、RepGhostNet和基于上述模型... 详细信息

为实现玉米包衣种子品种低成本、高效便捷识别,基于智能手机采集的18个品种4种颜色的23100张玉米包衣种子双面图像构建数据集,采用轻量级卷积神经网络模型ShuffleNetV2、MobileNetV3、MobileViT、MobileOne、RepGhostNet和基于上述模型的集成模型分别进行玉米包衣种子品种识别。结果表明,5种单一模型均具有较高的识别准确率和综合性能,识别准确率分别为98.48%、98.23%、98.44%、98.23%和98.01%,模型大小分别为1.55、4.96、4.42、6.97、4.19 MB,推理速度分别为106、94、84、212、94 f/s。集成模型相比单一模型具有更高的识别准确率,其中,ShuffleNetV2和MobileViT组成的集成模型识别准确率达到99.22%。分析发现,品种误识别仅发生在相同颜色包衣种子品种之间,并且随着相同颜色包衣种子品种数量增多,模型对该颜色包衣种子的识别准确率有下降的趋势。

关键词：玉米包衣种子品种识别可见光深度学习

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基于WMAIP集成模型的华北冬小麦适宜播期与冬前积温下限研究

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农业机械学报 2024年第2期55卷 315-325页

作者：陈先冠冯利平白慧卿孙爽李国强程陈江敏李颖赵锦福建农林大学农学院福州350002 中国农业大学资源与环境学院北京100193 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 河南省农业科学院农业信息技术研究所郑州450002 农业农村部黄淮海智慧农业技术重点实验室郑州450002 丽水学院生态学院丽水323000 河南省气象科学研究所郑州450003 中国气象局·河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室郑州450003

为明确气候变暖和“双晚技术”背景下华北地区冬小麦的适宜播期,基于WMAIP集成模型,对华北地区冬小麦适宜播期、冬前积温下限及最迟播期进行了分析。研究结果表明,华北地区晚播减产幅度由南向北增大,南部晚播减产幅度最小(<19.5%),中部... 详细信息

为明确气候变暖和“双晚技术”背景下华北地区冬小麦的适宜播期,基于WMAIP集成模型,对华北地区冬小麦适宜播期、冬前积温下限及最迟播期进行了分析。研究结果表明,华北地区晚播减产幅度由南向北增大,南部晚播减产幅度最小(部晚播减产幅度在26.4%以内,北部晚播减产幅度最大,最高可达32.0%。华北地区北部、中部和南部的适宜播期分别在9月25日—10月5日之间、9月30日—10月20日之间和10月10日—11月5日之间。华北地区冬小麦基于高产和高水分利用效率的适宜冬前积温下限分别在497~629℃·d和344~581℃·d之间,并由南部向北部递增。在高产和高水分利用效率条件下,河北、山东、河南大部分地区的最迟播期分别为10月1—13日、10月10—16日、10月22—28日和10月7—19日、10月16—22日、10月31日—11月12日。研究结果可为气候变暖背景下华北地区“双晚技术”的推广和应用提供参考。

关键词：冬小麦冬前积温下限最迟播期产量水分利用效率 WMAIP