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小麦群体生长状态实时绘制技术及实现 被引量:5
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作者 汤亮 雷晓俊 +3 位作者 刘小军 孙传范 曹卫星 朱艳 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期128-135,共8页
为了有效提高小麦群体可视化的真实感与实时性,该文提出一种基于多技术融合的小麦群体生长实时绘制的方法。首先,根据小麦群体形态建成规律,定量分析了小麦群体中个体间差异性。其次,在改进群体显示实时性方面,基于已有的小麦个体生长... 为了有效提高小麦群体可视化的真实感与实时性,该文提出一种基于多技术融合的小麦群体生长实时绘制的方法。首先,根据小麦群体形态建成规律,定量分析了小麦群体中个体间差异性。其次,在改进群体显示实时性方面,基于已有的小麦个体生长可视化,采用细节层次(LOD)模型,根据视点、视角和视线来动态指导空间剖分以及细节层次的选择;采用视域裁剪技术,通过减少被检测节点的数量和提高单个节点视域裁剪的处理速度来提高系统的渲染速度;基于小麦群体中个体器官形态的组成,结合树形多级显示列表技术,通过改进数据结构设计,提高场景的显示效率;在增强群体可视化真实感方面,基于已有的小麦形态模型输出,通过小麦群体中个体间差异性分析研究,采用外部引用和实例化技术,创建互异的个体实例样本,群体绘制时进行随机引用,提高了显示的真实感;最后,进行基于不同技术小麦群体绘制的效率与实例分析比较,结果表明,基于多技术融合场景绘制算法的小麦群体生长可视化,具有较好的实时性和真实感。研究结果为进一步建立小麦生长可视化系统奠定了基础。 展开更多
关键词 可视化 实时 图像技术 小麦 群体 多技术融合
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不同土壤水分处理对水稻光合特性及产量的影响 被引量:40
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作者 王唯逍 刘小军 +3 位作者 田永超 姚霞 曹卫星 朱艳 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第22期7053-7060,共8页
为探明土壤水分对水稻生长发育的影响机理,以武香粳14和两优培九为试验材料,分析了不同土壤水分处理下(W1、W2、W3和CK分别表示土壤体积含水量为20%、30%、40%和5cm水层灌溉)的水稻光合特性、产量及水分生产率等。结果表明,轻度水分胁迫... 为探明土壤水分对水稻生长发育的影响机理,以武香粳14和两优培九为试验材料,分析了不同土壤水分处理下(W1、W2、W3和CK分别表示土壤体积含水量为20%、30%、40%和5cm水层灌溉)的水稻光合特性、产量及水分生产率等。结果表明,轻度水分胁迫(W3)具有处理间最大的叶片气孔导度、蒸腾速率和净光合速率,其他处理规律不显著。灌浆初期各水分处理下叶位间光合指标均表现为:剑叶>顶2叶>顶3叶>顶4叶,其他生育期规律不显著。与对照处理(CK)相比,武香粳14的W1、W2和W3处理的产量分别减少61.14%和29.13%、增加0.96%,水分生产率分别减少10.69%、增加1.53%和20.61%;两优培九的产量分别减少64.11%和28.76%,增加2.08%,水分生产率分别减少16.39%,增加2.46%和22.13%。研究结果为水稻精确灌溉和节水生产提供了技术支撑。 展开更多
关键词 水稻 土壤水分 光合特性 产量 水分生产率
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中国主要稻作区水稻生产气候资源的时空特征 被引量:28
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作者 姜晓剑 汤亮 +3 位作者 刘小军 黄芬 曹卫星 朱艳 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期238-245,I0004,I0005,共10页
中国地域广大,水稻生产气候资源分布的时空差异给中国水稻生产带来了较高的不确定性。基于中国主要稻作区333个气象台站1961~1970年(1960s)和1996~2005年(2000s)2个10a历史时期的逐日气象资料,使用ANUSPLIN软件包生成栅格化的逐日气... 中国地域广大,水稻生产气候资源分布的时空差异给中国水稻生产带来了较高的不确定性。基于中国主要稻作区333个气象台站1961~1970年(1960s)和1996~2005年(2000s)2个10a历史时期的逐日气象资料,使用ANUSPLIN软件包生成栅格化的逐日气象要素表面值;然后基于栅格逐年计算并比较了2个历史时期水稻生育期内主要气候资源(总日照时数、总有效积温、平均气温日较差、总降水量、总降水天数和平均降水强度)的时空分布特征。结果表明,同1960s相比,2000s中国主要稻作区水稻生育期内的平均总日照时数减少了11.93%,东北、西南地区减少的幅度小于中部和南方;平均总有效积温增加了9.40%,东北和西南地区增加的幅度大于中部和南方,但是在中部和南方存在总有效积温减少的地区;平均气温日较差减少了4.86%,东北和西南地区减少的幅度大于中部和南方,但在中部和南方地区亦存在部分增加的区域;总降水量增加了1.59%,平均降水强度增加了3.22%,平均降水强度的变化率在空间分布上与总降水量基本一致,东北地区和宁夏回族自治区总降水量和平均降水强度呈降低的趋势,而中部和南方大部分地区呈增加的趋势;平均总降水天数减少了1.60%,东北地区和中部地区的降低幅度要小于南方沿海地区。该研究结果为进一步分析中国主要稻作区的水稻增产潜力及增产途径提供了技术支撑。 展开更多
关键词 水稻 气候资源 空间分布 时间分布 中国稻作区
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基于上部叶片SPAD值估算小麦氮营养指数 被引量:29
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作者 赵犇 姚霞 +3 位作者 田永超 刘小军 曹卫星 朱艳 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期916-924,共9页
快速、准确的监测诊断小麦氮营养状态对于评价小麦长势、指导氮肥运筹并预测籽粒产量均具有重要的意义。基于2009—2011年的大田试验,系统分析了小麦上部4张单叶不同叶位的SPAD值和归一化SPAD指数(NDSPADij)与氮营养指数的定量关系,通... 快速、准确的监测诊断小麦氮营养状态对于评价小麦长势、指导氮肥运筹并预测籽粒产量均具有重要的意义。基于2009—2011年的大田试验,系统分析了小麦上部4张单叶不同叶位的SPAD值和归一化SPAD指数(NDSPADij)与氮营养指数的定量关系,通过简单分组线性回归筛选出在不同年际和不同品种间表现稳定的氮营养指数(NNI)定量方程。结果表明,小麦上部不同叶位SPAD值和NNI随施氮量提高而提高,而NDSPADij随施氮量的提高而降低。小麦单叶SPAD值与NNI的关系呈显著正相关,但这种关系在品种或年份之间不稳定,对小麦氮素诊断存在风险;除NDSPAD12外,NDSPADij与NNI之间呈显著负相关,经简单分组线性分析发现NDSPAD14与NNI之间在年份和品种之间表现最稳定,能够较好的定量估算氮营养指数,从而快速诊断小麦氮素是否亏缺。 展开更多
关键词 小麦 氮营养指数 叶绿素值(SPAD值) 诊断
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基于敏感波段的小麦冠层氮含量估测模型 被引量:26
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作者 杨宝华 陈建林 +3 位作者 陈林海 曹卫星 姚霞 朱艳 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第22期176-182,共7页
为提高小麦冠层叶片氮素含量检测精度,在不同生育时期对5种不同氮素水平的小麦试验田进行光谱采集,获取了234个范围为350~2 500 nm的高光谱数据。在比较蒙特卡洛-无信息变量消除(monte carlo-uninformative variable elimination,MC-UVE... 为提高小麦冠层叶片氮素含量检测精度,在不同生育时期对5种不同氮素水平的小麦试验田进行光谱采集,获取了234个范围为350~2 500 nm的高光谱数据。在比较蒙特卡洛-无信息变量消除(monte carlo-uninformative variable elimination,MC-UVE)、随机青蛙(random frog)、竞争自适应重加权采样(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)及移动窗口偏最小二乘法的波段选择等方法的基础上,提出一种竞争性自适应重加权算法与相关系数法相结合的敏感波段选择方法,并从2151个原始波段中选出了30个敏感波段。用筛选后的30个波段数据建立非线性回归模型,得到了径向基神经网络模型校正集均方根误差为0.3699,预测集均方根误差为1.074e-009,校正决定系数为0.9832,预测决定系数为0.9982。试验结果表明:经过竞争自适应重加权采样的相关分析后所建立的径向基神经网络预测模型,无论是预测精度还是建模精度,比误差后向传播(back propagation,BP)神经网络和支持向量回归模型相比都有了显著提高,该方法在小麦氮含量预测过程中具有明显的优势,可在实际生产中应用。 展开更多
关键词 光谱分析 算法 小麦冠层 检测 敏感波段 竞争性自适应重加权算法 高光谱数据
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小麦麦穗几何模型构建与可视化 被引量:18
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作者 雷晓俊 汤亮 +3 位作者 张永会 姜海燕 曹卫星 朱艳 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期179-184,I0003,共7页
作物器官几何建模是虚拟作物研究的关键技术之一。通过对小麦穗形态结构的观测分析,提出基于形态特征参数的麦穗几何模型及可视化实现方法。在已有麦穗形态模拟模型的基础上,结合麦穗拓扑结构,构建麦穗形态结构几何模型,包括穗轴、小穗... 作物器官几何建模是虚拟作物研究的关键技术之一。通过对小麦穗形态结构的观测分析,提出基于形态特征参数的麦穗几何模型及可视化实现方法。在已有麦穗形态模拟模型的基础上,结合麦穗拓扑结构,构建麦穗形态结构几何模型,包括穗轴、小穗(外麸、麦芒、花药等)、麦穗穗形等子模型。其中,穗轴节片使用底面为椭圆的圆柱体进行模拟,节片交错叠加构成穗轴。基于外麸曲面半径变化曲线,以三角面片构造近似半椭球体来模拟外麸;基于麦芒曲线,以三角面片重构横截面近似为等边三角形的麦芒;用非统一有理B样条曲面模拟开花期小花顶端的花药;采用分层模型控制麦穗穗形。然后根据麦穗拓扑结构组合以上各器官,即可构建出麦穗几何模型。进一步结合颜色渲染、纹理映射、光照渲染等真实感显示技术,基于.Net平台,借助CSOpenGL,实现麦穗生长动态的可视化。结果表明,重构出的麦穗具有一定的真实感,能够用于不同品种、不同处理条件下麦穗生长动态的可视化表达。研究结果将有助于实现小麦植株生长动态的数字化、可视化。 展开更多
关键词 可视化 模型 作物 穗形 小麦
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高光谱遥感估测大豆冠层生长和籽粒产量的探讨 被引量:25
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作者 吴琼 齐波 +3 位作者 赵团结 姚鑫锋 朱艳 盖钧镒 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期309-318,共10页
现代作物育种需要监测大量育种材料的生长并估测产量潜势,高光谱遥感技术为此提供了简单、快捷、非损伤性测定的可能途径。选取30份大豆育成品种进行连续2年的产量比较试验,在盛花期(R2)、盛荚期(R4)和鼓粒始期(R5)测定地上部生物量(ADM... 现代作物育种需要监测大量育种材料的生长并估测产量潜势,高光谱遥感技术为此提供了简单、快捷、非损伤性测定的可能途径。选取30份大豆育成品种进行连续2年的产量比较试验,在盛花期(R2)、盛荚期(R4)和鼓粒始期(R5)测定地上部生物量(ADM)和叶面积指数(LAI),并利用ASD高光谱地物仪同步收集大豆冠层反射光谱信息。供试品种间ADM、LAI和产量差异显著或极显著。不同生育期可见光和近红外区域的光谱反射率与大豆ADM、LAI及产量均有显著相关,尤其在R4和R5期相关性最高。在构建大量光谱参数的基础上,遴选出对ADM、LAI及产量预测精度较好的回归模型。其中,R5期的P_Area560光谱参数与LAI和R4期的V_Area1450光谱参数与ADM构建的两个生长性状的监测模型效果最好,决定系数(R2)分别为0.582和0.692。未发现单一生育期光谱参数对大豆估产的有效模型,但综合R2期NPH1280、R4期V_Area1190以及R5期NPH560构建的产量估测模型,决定系数(R2)达到0.68,效果较好。本研究结果表明高光谱遥感对大豆冠层生长监测和产量估测有相对可行性,可望在大规模育种计划中用于早期产量估测。 展开更多
关键词 大豆 高光谱遥感 冠层反射光谱 地上部生物量 叶面积指数 产量
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基于多种光谱仪的水稻前期植株氮积累量监测 被引量:15
8
作者 陈青春 田永超 +4 位作者 顾凯健 王薇 姚霞 曹卫星 朱艳 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期223-229,共7页
为了明确水稻穗肥施用前地上部植株氮积累量与各光谱仪冠层光谱参数的定量关系,进而为水稻精确追氮提供决策依据。基于不同品种和不同施氮水平的7个水稻田间试验,于分蘖期和拔节期利用ASD Fieldspec FR2500高光谱仪、Cropscan MSR-16多... 为了明确水稻穗肥施用前地上部植株氮积累量与各光谱仪冠层光谱参数的定量关系,进而为水稻精确追氮提供决策依据。基于不同品种和不同施氮水平的7个水稻田间试验,于分蘖期和拔节期利用ASD Fieldspec FR2500高光谱仪、Cropscan MSR-16多光谱仪和Greenseeker RT100主动光谱仪同时采集冠层光谱反射率,并同步取样测定地上部植株氮积累量,研究基于不同光谱仪构建的植被指数与植株氮积累量之间的关系。结果表明,部分植被指数与水稻地上部植株氮积累量关系密切,基于3种光谱仪构建的水稻地上部植株氮积累量监测模型的稳定性和适用性有较大差异。对于ASD高光谱仪,虽然基于差值植被指数(760,740)能较好估测植株氮积累量,拟合模型决定系数R2为0.79,但模型检验效果较差,其R2和均方根误差分别为0.15和2.11g/m2;对于Cropscan多光谱仪,差值植被指数(760,710)能较好反演植株氮积累量,拟合模型的R2为0.94,模型检验的R2和均方根误差分别为0.94和0.76g/m2;Greenseeker主动光谱仪的归一化植被指数(770,660)对地上部植株氮积累量的反演效果最好,拟合模型的R2为0.97,模型检验的R2和均方根误差分别为0.97和0.62g/m2。研究结果可为水稻前期植株氮积累量监测过程中的光谱仪选择提供参考,为水稻精确追氮管理提供技术支撑。 展开更多
关键词 光谱仪 监测 模型 生长
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基于面向服务架构和WebGIS的小麦生产管理支持系统 被引量:11
9
作者 姜海燕 茅金辉 +3 位作者 胥晓明 傅兵 曹卫星 朱艳 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期159-166,I0003,共9页
作物模型与GIS集成中存在着功能重复开发、模型共享困难以及地理信息处理功能的在线能力有限等问题。该文以面向服务架构(service-oriented architecture,SOA)为基础,设计了作物模型区域应用Web服务组合框架。以ArcGIS Service和Model B... 作物模型与GIS集成中存在着功能重复开发、模型共享困难以及地理信息处理功能的在线能力有限等问题。该文以面向服务架构(service-oriented architecture,SOA)为基础,设计了作物模型区域应用Web服务组合框架。以ArcGIS Service和Model Builder为开发平台,给出了模型计算、动态专题图和空间插值Web服务的开发流程、接口设计和实现方法。结合富客户端技术研制了基于SOA和WebGIS的小麦生产管理支持系统原型(wheat production management support system based on SOA and WebGIS,WPMSS-GISOA),实现了地图数据的上传发布、气象和土壤数据查询、栽培方案设计、空间插值分析等功能。功能测试表明作物模型区域应用的Web服务组合框架可行,为模型与地理信息系统的在线无缝集成提供了可参考方案。 展开更多
关键词 作物 模型 WEB服务 面向服务架构 决策支持系统 地理处理服务 服务组合
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小麦根系长度的估算方法与参数分析 被引量:12
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作者 胡军成 汤亮 +2 位作者 刘小军 曹卫星 朱艳 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期112-117,共6页
构建小麦根系伸长过程的动态模型,并对模型参数进行定量分析,可为植株形态建成模拟和可视化显示提供关键技术。根据根系生长发育的基本结构单元,利用根系与地上部叶片生长之间的同伸关系,以生长度日为时间尺度,建立了小麦初生根、节根... 构建小麦根系伸长过程的动态模型,并对模型参数进行定量分析,可为植株形态建成模拟和可视化显示提供关键技术。根据根系生长发育的基本结构单元,利用根系与地上部叶片生长之间的同伸关系,以生长度日为时间尺度,建立了小麦初生根、节根与分枝根发生过程的模型;通过计算不同类型根系的生理年龄,建立了不同类型根系发育阶段预测模型;以线性方程为基础,建立了不同类型根的伸长过程模型,并实现了对总根长变化过程的动态模拟。利用独立的试验资料对所建模型进行了检验,结果显示模型对小麦总根长和主轴数量的模拟值与观测值的均方根差分别为370.68cm和1.27个,相对误差分别为0.27和0.16;对模型参数的灵敏性分析表明,模拟结果对参数变化的响应比较适中,可以较好地反映小麦根系长度和拓扑结构的动态变化过程。 展开更多
关键词 参数估算 模型 伸长 小麦 根系
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基于Hadoop的云环境下作物生长模型算法的实现与测试 被引量:11
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作者 赵青松 陈林 +2 位作者 孙波 朱艳 姜海燕 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期179-186,共8页
为了提高作物生长模型的计算速度,该文提出了云环境下作物生长模型算法的实现方案。综合分析了作物生长模型和子模型之间的数据依赖关系,以及不同并行计算方法的特点。以云计算基础架构开源软件Hadoop为基础,设计云环境下作物生长模型... 为了提高作物生长模型的计算速度,该文提出了云环境下作物生长模型算法的实现方案。综合分析了作物生长模型和子模型之间的数据依赖关系,以及不同并行计算方法的特点。以云计算基础架构开源软件Hadoop为基础,设计云环境下作物生长模型处理方案。以小麦生长模型WheatGrow为测试对象,在真实云环境下,验证了该方案的有效性。研究表明,在处理作物生长模型这类具有复杂数据依赖关系问题时,当区域数据点较多,需采用数据并行计算方法;且区域数据点越多,加入计算的计算结点越多,越能体现出MapReduce在并行计算上具有的可扩展性。研究可为促进作物生长模型和数字农业的发展提供参考。 展开更多
关键词 农作物 并行算法 模型 云计算 HADOOP
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作物模型系统Web服务集成方法 被引量:7
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作者 郭小清 胥晓明 +2 位作者 曹卫星 朱艳 姜海燕 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第22期162-170,共9页
针对作物模型系统的多样性和异构性,研究了基于Web服务的作物模型系统集成方法。通过分析作物模型系统的组成结构及各功能体之间的交互特征,以面向服务架构的技术为基础,探讨作物模型系统的服务切分,并采用"契约先行"的Web服... 针对作物模型系统的多样性和异构性,研究了基于Web服务的作物模型系统集成方法。通过分析作物模型系统的组成结构及各功能体之间的交互特征,以面向服务架构的技术为基础,探讨作物模型系统的服务切分,并采用"契约先行"的Web服务开发技术实现了服务封装。文章详细描述了基于Web服务契约优先方法的建模过程,并采用相关工具实现了Web服务契约文档和服务代码框架的自动生成,通过引用作物模型Web服务组件的方式,实现了模型系统的内部业务逻辑,完成了小麦管理知识模型系统基于Web服务的复用集成。试验结果表明,该作物模型系统集成方法采用统一的模型服务契约,提高了系统集成的复用开发效率,最大限度地解决了异构系统的互操作性问题。研究结果为作物模型系统集成提供了方法指导。 展开更多
关键词 作物 模型 WEB服务 服务切分 契约先行 服务封装
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基于作物生长监测诊断仪的双季稻叶干重监测模型 被引量:3
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作者 李艳大 曹中盛 +5 位作者 舒时富 孙滨峰 叶春 黄俊宝 朱艳 田永超 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期2028-2035,共8页
本文旨在验证作物生长监测诊断仪(crop growth monitoring and diagnosis apparatus, CGMD)监测双季稻长势指标的准确性,建立基于CGMD的双季稻叶干重监测模型。通过实施8个不同早、晚稻品种和4个施氮水平的小区试验,采用CGMD获取从分蘖... 本文旨在验证作物生长监测诊断仪(crop growth monitoring and diagnosis apparatus, CGMD)监测双季稻长势指标的准确性,建立基于CGMD的双季稻叶干重监测模型。通过实施8个不同早、晚稻品种和4个施氮水平的小区试验,采用CGMD获取从分蘖期至灌浆期的冠层归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)、差值植被指数(differential vegetation index,DVI)和比值植被指数(ratio vegetation index,RVI),同步采用高光谱仪(analytical spectral devices field-spec handheld 2, ASD FH2)获取冠层光谱反射率计算NDVI、DVI和RVI;分析2种光谱仪获取的植被指数间的相关关系,验证CGMD的测量精度,建立基于CGMD的叶干重监测模型,并用独立试验数据对模型进行检验。结果表明:早、晚稻叶干重随施氮水平的增加而增大,随生育进程的推进呈"低—高—低"动态变化趋势;CGMD与ASDFH2获取的NDVI、DVI和RVI呈极显著相关,相关系数(correlation coefficient,r)分别为0.9535~0.9972、0.9099~0.9948和0.9298~0.9926,表明2种光谱仪获取的植被指数具有高度的一致性, CGMD可替代价格昂贵的ASD FH2获取NDVI、DVI和RVI。CGMD获取的3个植被指数相比, RVI_(CGMD)与叶干重的相关性最高;基于RVI_(CGMD)的幂函数模型可准确地监测叶干重,模型建立的决定系数(determination coefficient,R~2)为0.8604~0.9216,模型检验的均方根误差(root mean square error, RMSE)、相对均方根误差(relative root mean square error, RRMSE)和r分别为12.97~17.87 g m~(–2)、4.88%~16.79%和0.9951~0.9992。与人工采样测定叶干重相比,利用CGMD可实时准确地获取双季稻叶干重动态变化,在双季稻长势精确诊断和丰产高效栽培中具有应用价值。 展开更多
关键词 双季稻 叶干重 作物生长监测诊断仪 植被指数 监测模型
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基于自适应差分进化算法的水稻物候期预测模型参数自动校正 被引量:5
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作者 姜海燕 赵空暖 +2 位作者 汤亮 李玉硕 杨华 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第21期176-184,共9页
进化算法在作物模型参数校准领域已有广泛应用。由于作物模型的结构包括多组常微分方程,具有非线性、不连续、多峰值特点,因此针对作物模型特点选择合适的进化算法尤为重要。同时,进化算法自身参数对算法性能有较大影响,这些参数选择往... 进化算法在作物模型参数校准领域已有广泛应用。由于作物模型的结构包括多组常微分方程,具有非线性、不连续、多峰值特点,因此针对作物模型特点选择合适的进化算法尤为重要。同时,进化算法自身参数对算法性能有较大影响,这些参数选择往往靠经验得出,增加了优化算法在模型参数校准过程中的不确定性。该文针对进化算法应用到作物物候期模型参数校准过程中存在着算法选择和算法参数不确定性问题,以水稻Rice Grow物候期模型为应用对象,分析比较了3类进化算法应用的精度、收敛速度以及稳定鲁棒性。比较的进化算法包括差分进化系列算法(标准差分进化算法和自适应控制参数改进差分进化算法),协同进化遗传算法系列(个体优势遗传算法、M-精英协同进化算法)以及粒子群算法系列(标准粒子群算法、基于自主学习和精英群的多子群粒子群算法)。研究利用武育粳、雪花粘等5个品种在江苏宜兴、兴化和广东高要等不同生态点的多年田间试验资料展开量化分析。结果表明:1)利用自适应控制参数改进差分进化算法校准水稻物候期模型的品种参数准确性较高,算法自身参数易于确定。物候期模型校准以后在拔节期、抽穗期、成熟期的RMSE为1.7~4.6 d、NRMSE为1.8%~5.8%、MAD为1.4~3.3 d、R2为0.977~0.997,比GA系列平均分别小0.634d、0.608%、0.453d、0.09%,比PSO系列平均小1.399d、1.35%、1.039 d、0.23%。2)自适应控制参数改进差分进化算法在水稻物候期模型参数校准问题上表现出良好的收敛速度及稳定鲁棒性。重复校准试验100次的目标函数标准偏差趋近于0,每次校准得到的品种参数值标准偏差较其他算法最小。在达到同样精准度的情况下,比标准差分算法收敛速度平均快117代,适用于实际应用实践。 展开更多
关键词 作物 模型 气象 自适应控制参数 差分进化 进化算法 物候期模型 参数校准
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监测花生叶面积指数和地上部生物量的最优植被指数及适宜波段带宽 被引量:8
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作者 曹中盛 李艳大 +5 位作者 黄俊宝 孙滨峰 叶春 舒时富 吴罗发 田永超 《中国油料作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1320-1328,共9页
为推动光谱遥感在快速无损监测花生生长中的应用,明确监测花生叶面积指数(leaf area index,LAI)和地上部生物量(aboveground biomass,AGB)的最优植被指数及适宜的核心波段带宽。设置2个花生品种、4个施氮水平的花生田间试验,在不同生育... 为推动光谱遥感在快速无损监测花生生长中的应用,明确监测花生叶面积指数(leaf area index,LAI)和地上部生物量(aboveground biomass,AGB)的最优植被指数及适宜的核心波段带宽。设置2个花生品种、4个施氮水平的花生田间试验,在不同生育时期(苗期、开花下针期、结荚期、成熟期)用Analytical Spectral Devices(ASD)公司生产的FieldSpec HandHeld 2型野外高光谱辐射仪,采集325~1075 nm范围冠层反射光谱,筛选敏感植被指数,并研究核心波段带宽对其监测叶面积指数(LAI)和地上部生物量(AGB)时精度的影响。结果显示,对花生LAI和AGB敏感的植被指数均为归一化红边指数(normalized difference red edge),即NDRE(λ_(790),λ_(720))。进一步分析这一指数的监测精度随波段带宽的变化,发现监测LAI时,核心波段带宽(bandwidth,b)在(λ_(790):1~33 nm,λ_(720):41~59 nm)范围内时能使NDRE(λ_(790),λ_(720))保持较高监测精度,其中带宽组合(λ_(790):33 nm,λ_(720):53 nm)的带宽和值最大,对核心波段带宽的要求最低,利用其构建监测模型时决定系数(determination coefficient,R^(2))为0.7482,利用独立试验数据检验模型时相对均方根误差(relative root mean square difference,RRMSE)为13.88%。监测花生AGB时,核心波段带宽在(λ_(790):1~101 nm,λ_(720):19~101 nm)范围内时能使NDRE(λ_(790),λ_(720))保持较高的监测精度,其中带宽和值最大的核心波段带宽组合为(λ_(790):89 nm,λ_(720):89 nm),其建模R^(2)为0.7103,检验RRMSE为20.42%。综上,在花生整个生长进程中,可用上述两个具有不同核心波段带宽的植被指数NDRE(λ_(790)-b_(33),λ_(720)-b_(53))和NDRE(λ_(790)-b_(89),λ_(720)-b_(89))分别对LAI和AGB进行监测,监测模型为LAI=0.0296×exp^((14.365×NDRE))和AGB=0.6240×exp^((20.222×NDRE))。在核心波段适宜带宽上的研究结果,可以为花生长势光谱监测设备研发及评估提供参考。 展开更多
关键词 花生长势 叶面积指数 地上部生物量 植被指数 波段带宽 模型
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基于无人机数码影像的水稻叶面积指数监测 被引量:8
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作者 曹中盛 李艳大 +5 位作者 黄俊宝 叶春 孙滨峰 舒时富 朱艳 何勇 《中国水稻科学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期308-317,共10页
【目的】为探究无人机数码影像监测水稻叶面积指数(Leaf area index,LAI)的可行性,明确利用无人机数码影像监测水稻LAI的最佳时期,构建基于无人机数码影像的水稻LAI监测模型。【方法】本研究基于不同品种和施氮量的水稻田间试验,于分蘖... 【目的】为探究无人机数码影像监测水稻叶面积指数(Leaf area index,LAI)的可行性,明确利用无人机数码影像监测水稻LAI的最佳时期,构建基于无人机数码影像的水稻LAI监测模型。【方法】本研究基于不同品种和施氮量的水稻田间试验,于分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗期和灌浆期测定水稻LAI,同步使用无人机搭载数码相机获取水稻无人机数码影像并提取颜色指数及纹理特征,分析其在不同生育时期与水稻LAI之间的相关性,构建定量监测模型,并用独立试验数据对所建模型进行检验。【结果】无人机数码影像中颜色指数及纹理特征与水稻LAI之间的相关性在生育前期(分蘖期+拔节期)最高,高于所有单生育期、生育后期(孕穗期+抽穗期+灌浆期)和全生育期,可确定为监测的最佳时期;在颜色指数和纹理特征当中,纹理特征方差(Variance,VAR)在监测水稻生育前期LAI时表现最优,可构建监测模型LAI=1.1656×exp^((0.0174×VAR))实现监测,模型构建时的决定系数(Determination coefficient,R^(2))为0.7980,模型检验时的相对均方根误差(Relative root mean square error,RRMSE)和偏差(bias,θ)分别为0.1658和0.1306。【结论】与人工测量LAI相比,基于无人机数码影像的水稻LAI监测方法可提高作业效率,降低成本,在水稻长势快速准确监测和丰产高效栽培中具有应用价值。 展开更多
关键词 水稻 叶面积指数 无人机 数码影像 纹理特征 监测模型
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基于改进包围盒树和GPU的水稻群体叶片间快速碰撞检测 被引量:4
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作者 张兴邦 胡滨 +2 位作者 汤亮 伍艳莲 姜海燕 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期171-177,共7页
为了解决水稻群体动态生长模拟过程中叶片间碰撞检测效率较低的技术问题,该文利用水稻叶片抛物线的形态结构特性以及CPU/GPU硬件加速特性,提出了水稻叶片混合层次包围盒树(mixed level tree,MLT)快速构造方法以及基于CPU/GPU的群体叶片... 为了解决水稻群体动态生长模拟过程中叶片间碰撞检测效率较低的技术问题,该文利用水稻叶片抛物线的形态结构特性以及CPU/GPU硬件加速特性,提出了水稻叶片混合层次包围盒树(mixed level tree,MLT)快速构造方法以及基于CPU/GPU的群体叶片快速相交检测方法。提出了新的OBB包围盒方向轴计算方式,降低了OBB包围盒构建的复杂度,在此基础上,利用单株叶片之间、群体叶片之间碰撞检测计算关系的依赖性,设计了CPU/GPU加速方案,并使用CUDA在Tesla 40加速卡上实现。对分蘖期大规模水稻群体叶片进行了效率对比试验,结果表明,水稻群体规模从2 000株增长到10 000株的过程中,本文提出的基于MLT的碰撞检测方法耗时是传统的AABB方法耗时的50%,是OBB方法耗时的30%,有效地提升了叶片之间的碰撞检测速度;同时,基于CPU的碰撞检测方法耗时呈线性增长,而利用CPU/GPU并行加速耗时相较于在CPU上的运行时间节省了98%,大幅度提升碰撞检测效率。该研究可为虚拟作物可视化仿真提供参考。 展开更多
关键词 作物 算法 模型 虚拟水稻 叶片群体 碰撞检测 包围盒 CPU/GPU
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