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农业传感器:研究进展、挑战与展望 被引量：9
1
作者 王儒敬 《智慧农业（中英文）》 CSCD 2024年第1期1-17,共17页
[目的/意义]农业传感器是数字农业、信息农业、智慧农业等现代农业发展模式的源头技术,也是推动农业科技迭代升级和农业生产方式变革的重要驱动力。农业传感器应用环境(水、气及土壤)和监测对象(动植物)多样复杂、规模大,因此,高环境适... [目的/意义]农业传感器是数字农业、信息农业、智慧农业等现代农业发展模式的源头技术,也是推动农业科技迭代升级和农业生产方式变革的重要驱动力。农业传感器应用环境(水、气及土壤)和监测对象(动植物)多样复杂、规模大,因此,高环境适应性、高可靠性和低成本的农业传感器是实现智慧农业的基础与核心。[进展]本文对农业传感器进行分类,并对农业传感器前沿研究趋势进行分析,综述农业传感器在不同应用场景下的研究现状,从农业环境传感器(水、大气和土壤等)、动植物生命信息传感器、农产品质量安全传感器和农机传感器四大类进行深入分析,总结现有农业传感器在研发和使用过程中的通用性和局限性。[结论/展望]在农业传感器面临的挑战与展望中,具体分析了现阶段农业传感器大规模应用严重不足的核心瓶颈,包括低成本化、专用化、高稳定性及自适应,归纳出“农业泛在感知”的概念,为农业传感器技术研发提供思路和参考。 展开更多
关键词 农业传感器 泛在感知 环境传感器 土壤养分传感器 表型传感器 智慧农业
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用于土壤中氮钾含量快速测定的非接触电导微流控芯片 被引量：5
2
作者 洪炎 王乐 +5 位作者 王儒敬 苏静明 李浩 张家宝 郭红燕 陈翔宇 《智慧农业（中英文）》 CSCD 2024年第1期18-27,共10页
[目的/意义]土壤中氮、钾元素在作物生长和农业生产过程中具有关键作用。快速定量检测土壤中氮、钾含量对指导精确施肥具有重要意义。因此,建立一种快速可靠的土壤氮、钾含量检测方法十分必要。[方法]本研究建立一种基于聚二甲基硅氧烷(... [目的/意义]土壤中氮、钾元素在作物生长和农业生产过程中具有关键作用。快速定量检测土壤中氮、钾含量对指导精确施肥具有重要意义。因此,建立一种快速可靠的土壤氮、钾含量检测方法十分必要。[方法]本研究建立一种基于聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)微流控芯片电泳和电容耦合非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C4D)方法,快速定量检测土壤中氮、钾养分离子。通过微流控电泳芯片实现对土壤中多种离子快速分离,利用C4D进行电导率变化的精准测量。基于检测器工作频率输出响应特性,激励电压响应特性和电泳电压,确定最佳分离和检测性能。[结果和讨论]该方法对钾离子(K+)、铵根离子(NH4+)和硝酸根离子(NO_(3)^(-))标准溶液的检测限(S/N=3)分别为0.5、0.1和0.4 mg/L。K^(+)、NH_(4)^(+)和NO_(3)^(-)在0.5~40.0 mg/L范围内具有良好的线性关系,线性相关系数(R2)分别为0.994、0.997和0.990,表明该方法可以对土壤中氮、钾养分离子进行定量分析。同时,采用峰高、峰面积和出峰时间作为评价指标进行可重复性实验,其相对标准偏差(Relative Standard Deviation,RSD)均小于4.4%,说明该方法具有良好的重复性。此外,对土壤样品进行测试,K^(+)和NH_(4)^(+)可实现完全分离以及同步检测,其检测效率明显提高。通过标准加入法进行回收率实验,回收率保持在81.74%~127.76%。[结论]本研究为土壤氮钾养分离子的快速检测提供了一种简便、高效的方法。 展开更多
关键词 非接触电导检测 微流控芯片 土壤养分 聚二甲基硅氧烷
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柠檬汁还原法制备AgNPs用于果蔬农药残留的SERS快速检测 被引量：5
3
作者 董闪闪 张凤秋 +6 位作者 夏琦 李佳林 刘超 柳少伟 陈翔宇 王儒敬 黄青 《智慧农业（中英文）》 CSCD 2024年第1期101-110,共10页
[目的/意义]为满足目前市场上对农产品农药残留的快速灵敏检测需求,报道一种基于柠檬汁还原制备银纳米粒子(AgNPs)的方法。[方法]首先将新鲜柠檬汁经滤纸过滤,稀释成2%的柠檬汁水溶液,再配制一定浓度的AgNO3溶液、50 mM的NaOH溶液,放置... [目的/意义]为满足目前市场上对农产品农药残留的快速灵敏检测需求,报道一种基于柠檬汁还原制备银纳米粒子(AgNPs)的方法。[方法]首先将新鲜柠檬汁经滤纸过滤,稀释成2%的柠檬汁水溶液,再配制一定浓度的AgNO3溶液、50 mM的NaOH溶液,放置室温保存。然后在室温下,将10 mL的ddH2O、2mL的NaOH、2mL的2%柠檬汁和5 mL的AgNO3溶液混合,待溶液颜色变为澄清的黄色时,溶液离心即可获得AgNPs。[结果和讨论]该方法制备的AgNPs,其颗粒形貌大小基本均一,约为20 nm,具有很好的表面增强拉曼散射(Surface Enhancement of Raman Scattering,SERS)增强效应,即良好的SERS信号稳定性,较强的SERS增强性能。该胶体中AgNPs分散较均匀,并且具有较长时间储存的稳定性,因此可用于微量农残检测。柠檬汁中主要还原成分抗坏血酸、葡萄糖和果糖,其含量分别为395.76μg/mL、5.95 mg/mL和5.90 mg/mL。将柠檬汁还原法制备的AgNPs用于果蔬表面农残检测,对于百草枯、多菌灵的检出限分别最低至3.90 ng/kg及0.22μg/kg。[结论]这项工作为果蔬农残快检提供了一种绿色、便捷的SERS材料制备方法,为实现农产品农药残留的快速、灵敏检测提供一种新的途径。 展开更多
关键词 表面增强拉曼散射/光谱(SERS) 银纳米粒子(AgNPs) 农药残留 果蔬 光谱检测
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非接触电导检测土壤养分离子的谱峰自动识别方法
4
作者 唐超礼 李浩 +5 位作者 王儒敬 王乐 黄青 王大朋 张家宝 陈翔宇 《智慧农业（中英文）》 CSCD 2024年第1期36-45,共10页
[目的/意义]电容耦合非接触式电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C4D)在农业土壤养分离子检测方面发挥着重要作用。对C4D信号中离子特征峰的有效识别,有利于后续对离子特征峰的定性和定量分析,为加强... [目的/意义]电容耦合非接触式电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C4D)在农业土壤养分离子检测方面发挥着重要作用。对C4D信号中离子特征峰的有效识别,有利于后续对离子特征峰的定性和定量分析,为加强农业土壤养分管理提供依据。然而,C4D信号的特征峰检测仍然存在无法自动精准识别、人工操作复杂、效率低等缺点。[方法]提出一种基于连续小波变换结合粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)和最大类间方差法(Otsu)的谱峰自动识别算法,旨在实现准确、高效、自动化的C4D信号峰识别。采用C4D检测样品溶液,得到离子谱图信号,对谱图信号进行连续小波变换,得到小波变换系数矩阵。通过搜索小波系数变换系数矩阵极值,识别出脊线和谷线。将小波系数矩阵转换为灰度图像,结合PSO和Otsu寻找最佳阈值,进一步对灰度图像的背景和目标分割,再结合原始谱图中的脊谷线识别谱图中的特征峰。[结果与讨论]测试含有41、61和102个峰的数据集,以受试者工作特性(Receiver Operating Characteristic,ROC)曲线和度量值作为评估峰值检测算法性能的准则。与其他方法相比,基于连续小波变换结合粒子群优化的最大类间方差法分割图像(Continuous Wavelet Transform C.ombined with Particle Swarm Optimization of Otsu to Segment Image,CWTSPSO)的谱峰自动识别算法的ROC曲线均保持在0.9以上,度量值分别为0.976、0.915和0.969。CWTSPSO能够有效检测出更多弱峰和重叠峰,同时检测出更少的假峰,有利于提升C4D信号的谱峰识别率和精准性。[结论]本研究提出的CWTSPSO能为非接触式电导检测农业土壤养分离子信号分析提供有力支持。 展开更多
关键词 非接触式电导检测 连续小波变换 粒子群优化算法 最大类间方差法 谱峰识别
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交互式双分支特征融合的草莓病害程度快速诊断方法 被引量：5
5
作者 胡晓波 许桃胜 +1 位作者 黄伟 王儒敬 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期225-235,共11页
针对现有草莓病害程度诊断方法存在识别精度低、参数量大、推理时间长等问题,提出了一种基于交互式双分支特征融合的草莓病害程度快速诊断方法。该方法首先以短程密集连接模块为基础,构建一种轻量化的交互式双分支特征融合网络(Interact... 针对现有草莓病害程度诊断方法存在识别精度低、参数量大、推理时间长等问题,提出了一种基于交互式双分支特征融合的草莓病害程度快速诊断方法。该方法首先以短程密集连接模块为基础,构建一种轻量化的交互式双分支特征融合网络(Interactive bilateral feature fusion network,IBFFNet),用于提取图像的语义特征和细节特征。然后,通过注意力简化的金字塔池化模块获取上下文分支中的多尺度语义特征,利用边缘增强模块丰富空间分支中的边缘细节特征。最后,融合多尺度语义特征和空间细节特征,实现病斑和叶片区域的精确分割。在草莓叶部病害程度数据集上的实验结果显示,IBFFNet2_Seg的平均交并比达到77.8%,在单张NVIDIA GTX1050显卡上处理速度可达40.6 f/s,满足实际应用中对算法实时性和分割精度的要求。此外,在测试集上IBFFNet2_Seg预测病害程度与真实程度的决定系数R2为0.98,说明该模型可以准确预测草莓病害严重程度。本研究可为草莓病害精准防治提供可靠的技术支撑。 展开更多
关键词 草莓病害 语义分割 病害程度快速诊断 交互式双分支特征融合 边缘增强
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田间作业环境稻麦联合收获机清选损失率多元非线性预测模型 被引量：2
6
作者 蒋庆 汪六三 +3 位作者 黄河 张正勇 王儒敬 李斌 《江西师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2021年第2期126-130,共5页
为了研究联合收获机清选作业参数与清选损失率之间的关系,通过对联合收获机清选损失的影响因素进行分析.基于稻麦联合收获机的田间试验样本,首先建立了清选作业参数与清选损失率的最优拟合数学模型;然后基于多元非线性回归分析方法,构... 为了研究联合收获机清选作业参数与清选损失率之间的关系,通过对联合收获机清选损失的影响因素进行分析.基于稻麦联合收获机的田间试验样本,首先建立了清选作业参数与清选损失率的最优拟合数学模型;然后基于多元非线性回归分析方法,构建了稻麦联合收获机清选损失率的多元非线性预测模型;最后通过试验制作了2种不同的样本.应用预测模型进行清选损失预测,预测结果与实际结果存在一定误差,同时预测值的变化趋势与实际结果几乎一致,这表明构建的预测模型在预测清选损失变化趋势上具有较高的精度. 展开更多
关键词 清选损失率 稻麦联合收获机 多元非线性 预测
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联合收割机谷物流量传感器研究进展 被引量：3
7
作者 汪六三 王儒敬 《农业工程》 2020年第10期25-28,共4页
农业机械智能化是现代农机发展的重要方向之一。传感器是农业机械智能化的关键元器件。在介绍精准农业中使用广泛的联合收割机谷物流量传感器国内外最新研究进展的基础上,总结分析当前各类谷物流量传感器存在的问题,指出谷物流量传感器... 农业机械智能化是现代农机发展的重要方向之一。传感器是农业机械智能化的关键元器件。在介绍精准农业中使用广泛的联合收割机谷物流量传感器国内外最新研究进展的基础上,总结分析当前各类谷物流量传感器存在的问题,指出谷物流量传感器的发展趋势。 展开更多
关键词 联合收割机 谷物流量传感器 冲量式传感器 光电式传感器
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水肥浓度智能感知与精准配比系统研制与试验 被引量：6
8
作者 金洲 张俊卿 +4 位作者 郭红燕 胡宜敏 陈翔宇 黄河 王红艳 《智慧农业（中英文）》 2020年第2期82-93,共12页
为解决农场当地当时的复合肥料精准化配料问题,本研究将水肥一体化智能灌溉施肥系统作为研究对象,构建了水肥浓度智能感知与精准配比系统。首先提出现场在线水肥溶液智能感知模型的快速建立方法,利用数据分析算法从传感器实时监测的一... 为解决农场当地当时的复合肥料精准化配料问题,本研究将水肥一体化智能灌溉施肥系统作为研究对象,构建了水肥浓度智能感知与精准配比系统。首先提出现场在线水肥溶液智能感知模型的快速建立方法,利用数据分析算法从传感器实时监测的一系列浓度梯度的肥料溶液中挖掘出模型。其次基于上述模型设计水肥浓度智能感知与精准配比系统的框架结构,阐述系统工作原理;并通过三种水体模拟在线配肥验证了该系统原位指导水肥浓度配比的有效性,同时评价了水体电导率对水肥配比浓度的干扰。试验结果表明,正则化条件下二阶的多项式拟合曲线是表达溶液电导率与水肥浓度的变化关系最优的模型,相关系数R2均大于0.999,由此模型可得出用户关心的复合肥各指标浓度。三种水体模拟在线配肥结果表明,水体会干扰电导率导致无法准确反演水肥配比的浓度,相对偏差值超过了0.1。因此,本研究提出的在线水肥智能感知与精准配比系统实现了消除当地水体电导率对水肥配比准确性的干扰,通过模型计算实现复合肥精准化配比,并得出各指标浓度。该系统结构简单,配比精准,易与现有水肥一体机或者人工配肥系统结合使用,可广泛应用于设施农业栽培、果园栽培和大田经济作物栽培等环境下的精准智能施肥。 展开更多
关键词 水肥一体化 电导率 感知 精准配比 系统建模 多项式拟合
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基于密度峰值多起始中心的融合聚类算法 被引量：8
9
作者 梅婕 魏圆圆 许桃胜 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2021年第22期78-85,共8页
经典K-Means算法不能有效处理非球型数据集的聚类问题,且聚类目标数需预先指定。SMCL(Self-adaptive Multiprototype-based Competitive Learning)算法是一种K-Means的改进算法,它引入Multi-Prototypes机制,并将距离相近的Prototypes所... 经典K-Means算法不能有效处理非球型数据集的聚类问题,且聚类目标数需预先指定。SMCL(Self-adaptive Multiprototype-based Competitive Learning)算法是一种K-Means的改进算法,它引入Multi-Prototypes机制,并将距离相近的Prototypes所代表的样本簇融合成聚类簇。在SMCL算法基础上提出DP-SMCL(Density Peak-SMCL)算法,使用密度峰值聚类算法确定初始聚类中心集,借助1-D高斯混合概率密度模型合并以Prototypes为中心的相近子簇来获得精确聚类结果。实验结果表明,DP-SMCL算法可应用于非球型数据集聚类,且能自动确认聚类的目标类别数,相比于K-Means和DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)等经典聚类算法能够获得更加准确的聚类结果。同时,与SMCL算法相比,DP-SMCL可以快速完成初始Prototypes的选定,显著提升算法准确率和执行效率。 展开更多
关键词 K-MEANS Multi-Prototypes 聚类 1-D高斯混合概率密度模型 非球型数据集
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基于样本加权条件对抗域适应网络的遥感影像作物分类
10
作者 丁伟 黄河 孙友强 《计算机应用与软件》 北大核心 2023年第10期199-204,336,共7页
针对遥感影像在时域上缺失或特征不对齐影响作物识别效果这一问题,在条件对抗域适应^([1])模型(CDAN)基础上提出一种基于可学习样本权重CDAN模型的作物分类方法。一方面,使用ResNet^([2])提出的并联卷积结构组成特征提取模块,对于低分... 针对遥感影像在时域上缺失或特征不对齐影响作物识别效果这一问题,在条件对抗域适应^([1])模型(CDAN)基础上提出一种基于可学习样本权重CDAN模型的作物分类方法。一方面,使用ResNet^([2])提出的并联卷积结构组成特征提取模块,对于低分辨率地块对象提取出丰富的特征;同时为解决困难样本给模型带来的负迁移问题,使用可学习的样本加权网络代替原模型直接使用熵计算的方式,来更好地度量样本的可迁移性。通过采集到的不同年份多月影像数据,在水稻分类任务上进行跨时域实验。结果表明,直接使用跨时域遥感影像进行预测会显著降低水稻分类精度,使用改进CDAN模型在多种迁移数据场景下的指标均有较大提升,最终分类精度达97%。 展开更多
关键词 领域自适应 对抗网络 无监督 遥感 面向对象
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