数字果树及其技术体系研究进展 被引量：20

1

作者 吴升 温维亮 +2 位作者 王传宇 杜建军 郭新宇 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期350-360,共11页

果树是重要的农林植物。在万物智联时代,利用数字化、智能化、网络化技术建立数字果树技术体系,实现对果树生命、生产和生态复杂系统的高效感知、认知和智慧管控,对于果业实现数字化转型具有重要意义。该研究在数字植物技术范畴下,系统... 果树是重要的农林植物。在万物智联时代,利用数字化、智能化、网络化技术建立数字果树技术体系,实现对果树生命、生产和生态复杂系统的高效感知、认知和智慧管控,对于果业实现数字化转型具有重要意义。该研究在数字植物技术范畴下,系统论述了数字果树的概念和内涵,提出了数字果树技术体系框架。重点在果树表型信息获取、环境数据获取、三维模型计算、数字育种、果树大数据和虚拟现实技术等方面综述了数字果树研究进展。从产业应用角度,综述了数字果树技术在树形管理、生长监测、种植管理、农技培训、品牌营销等方面应用效果和挑战。最后,展望了数字果树发展趋势、研究热点和技术突破方向,以期为数字果树的进一步发展提供思路与借鉴。 展开更多

关键词 植物 表型 三维 数字果树 果园 信息感知 智能决策 产业应用

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作物栽培虚拟仿真实验教学系统的设计与实现 被引量：11

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作者 廖维华 郭新宇 +2 位作者 温维亮 李宗扬 王亚 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2016年第11期150-152,共3页

为解决传统作物栽培实验教学中作物生长周期长、教学成本高、授课方式单一、学生参与实践机会少等问题,利用虚拟仿真技术构建了作物栽培实验的虚拟仿真及互动操作实验系统,用于辅助学生进行作物栽培学习和生产实训。系统内含作物物种与... 为解决传统作物栽培实验教学中作物生长周期长、教学成本高、授课方式单一、学生参与实践机会少等问题,利用虚拟仿真技术构建了作物栽培实验的虚拟仿真及互动操作实验系统,用于辅助学生进行作物栽培学习和生产实训。系统内含作物物种与品种遗传特征、单项管理措施、综合管理措施等3部分内容和10项实验。该系统能逼真再现作物的生长发育和栽培管理过程,让学生通过虚拟实验强化作物栽培的相关知识和实验技能,在农学专业作物栽培的实验教学和科学研究中有较好的实用价值。 展开更多

关键词 作物栽培 虚拟仿真 实验教学

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基于点云的果树冠层叶片重建方法 被引量：13

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作者 吴升 赵春江 +3 位作者 郭新宇 温维亮 肖伯祥 王传宇 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第S1期212-218,共7页

精确的果树三维冠层结构是农业科研人员进行功能结构模型研究的重要载体,该文提出一种快速、精确、自动的果树冠层叶片重建方法。首先根据带叶果树点云的局部和全局特征,建立椭球分层的点云密度收缩方法实现器官点云分离,然后利用邻近... 精确的果树三维冠层结构是农业科研人员进行功能结构模型研究的重要载体,该文提出一种快速、精确、自动的果树冠层叶片重建方法。首先根据带叶果树点云的局部和全局特征,建立椭球分层的点云密度收缩方法实现器官点云分离,然后利用邻近传播主成分分析算法实现叶片特征参数的求解,利用Laplacian收缩算法实现冠层骨架点的连通,从而实现冠层叶片的快速自动重建。最后利用C++及Point Cloud Library(PCL)点云库,开发果树叶片点云冠层自动重建系统,对苹果树、柑橘树等不同类型果树进行算法验证,结果表明该方法能够正确识别出的叶片数占冠层总叶片数的90%以上,叶面积指数的正确率大于95%,叶片倾角偏离5?以内的叶片数占总叶片数的90%以上。该方法得到了较好的可视化效果和叶冠三维重建精度,可为后期树体冠层内光合作用的研究、整形修剪、农业仿真试验等提供参考。 展开更多

关键词 激光仪 聚类算法 主成分分析法 点云 密度收缩 叶片 重建 果树

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基于全景图像的玉米果穗流水线考种方法及系统 被引量：7

4

作者 杜建军 郭新宇 +1 位作者 王传宇 肖伯祥 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第13期195-202,共8页

为提高玉米果穗考种效率和精度,该文提出一种基于全景图像的玉米果穗流水线考种方法和系统。利用托辊传送装置实现果穗自动连续推送,基于工业相机自动检测果穗运动状态并实时采集图像,获取覆盖果穗全表面的图像序列;建立果穗运动、摄像... 为提高玉米果穗考种效率和精度,该文提出一种基于全景图像的玉米果穗流水线考种方法和系统。利用托辊传送装置实现果穗自动连续推送,基于工业相机自动检测果穗运动状态并实时采集图像,获取覆盖果穗全表面的图像序列;建立果穗运动、摄像机成像、表面拼接关系,从图像序列中抽取果穗中心畸变最小区域拼接出果穗表面全景图像;最后,结合果穗边界检测、籽粒分割和有效性鉴定等技术提取出果穗表面上有效籽粒。试验结果表明,该文方法和系统较好地平衡了玉米果穗考种的效率和精度,图像采集和计算平均效率达15穗/min和4穗/min,穗长和穗行数指标计算精度可达99%和98.89%,可为研发全自动、高通量玉米果穗表型检测装置提供有益借鉴。 展开更多

关键词 图像处理 机器视觉 图像分割 玉米果穗 表型性状 图像拼接 全景图像 考种

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葡萄树地上部形态结构数据获取方法 被引量：7

5

作者 温维亮 郭新宇 +2 位作者 王勇健 李超 陆声链 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第22期161-168,共8页

葡萄树为多年蔓生植物,其形态结构复杂且受人工修剪及架势的影响。获取葡萄树地上部植株及器官的形态结构及纹理数据,有助于建立3D可视化模型以表征该植株的品种遗传特征、受环境、架式和人工修剪等因素的影响。该文针对葡萄树形态结构... 葡萄树为多年蔓生植物,其形态结构复杂且受人工修剪及架势的影响。获取葡萄树地上部植株及器官的形态结构及纹理数据,有助于建立3D可视化模型以表征该植株的品种遗传特征、受环境、架式和人工修剪等因素的影响。该文针对葡萄树形态结构数据获取工作量大、效率低、依靠单一手段所获取数据缺乏完整性等特点,提出一种高效的葡萄树地上部形态结构数据获取方法,首先对葡萄树进行拓扑结构解析和数字化表达实现复杂结构的显示表达;然后针对目标植株进行葡萄树三维形态数据采集,包括植株拓扑结构三维数字化数据采集、品种一致性与差异性分析的DUS(植物新品种特异性(distinctness)、一致性(uniformity)和稳定性(stability)的栽培鉴定试验或室内分析测试)数据采集,器官的形态参数测量,三维扫描与纹理数据采集,目标植株的栽培环境及人工管理措施等信息的采集。结果表明,基于所获取形态结构数据结合植物参数化建模方法重建的葡萄树器官与植株几何模型具有较高的真实感。在葡萄树形态结构数据获取方法的基础上,对植物地上部形态结构数据获取标准化流程进行探讨,以期为其他植物主要器官与植株的形态结构数据获取提供方法参考。 展开更多

关键词 数据获取 三维 形态 葡萄树 数字植物

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玉米器官三维模板资源库构建 被引量：8

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作者 温维亮 郭新宇 +3 位作者 卢宪菊 王勇健 赵德达 廖维华 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期266-272,共7页

玉米器官三维模板资源库的构建能够为数字玉米技术体系的建立提供信息完整、具有高真实感的玉米器官三维模型。首先,对玉米植株进行结构单元划分,然后,通过分析玉米各器官的形态结构特征,从三维数据获取方式的角度制定玉米主要器官三维... 玉米器官三维模板资源库的构建能够为数字玉米技术体系的建立提供信息完整、具有高真实感的玉米器官三维模型。首先,对玉米植株进行结构单元划分,然后,通过分析玉米各器官的形态结构特征,从三维数据获取方式的角度制定玉米主要器官三维数据获取规范,按该规范开展玉米主要器官三维数据获取工作,并基于所获取的实测数据进行器官几何模型构建,最后,以所构建的玉米器官几何模型为内容,以品种、器官和生育时期等作为关键字构建玉米器官三维模板资源库。资源库包含了具有农学参数的多品种、多生育时期玉米器官几何模型,其构建将有利于数字玉米在玉米行业的各方面发挥作用,也为其他植物的三维模板资源库构建提供了参考。 展开更多

关键词 玉米器官 三维 资源库 数据采集

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基于穗粒分布图的玉米果穗表型性状参数计算方法 被引量：7

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作者 杜建军 郭新宇 +1 位作者 王传宇 肖伯祥 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第13期168-176,共9页

玉米果穗表型性状是玉米育种、产量预测的重要参数,提出一种基于穗粒分布图的玉米果穗性状计算方法,全面解析玉米果穗和穗粒的几何、数量和颜色等表型性状。该文利用步进电机驱动果穗转动来获取果穗主要侧面图像,采用果穗畸变校正方法... 玉米果穗表型性状是玉米育种、产量预测的重要参数,提出一种基于穗粒分布图的玉米果穗性状计算方法,全面解析玉米果穗和穗粒的几何、数量和颜色等表型性状。该文利用步进电机驱动果穗转动来获取果穗主要侧面图像,采用果穗畸变校正方法生成标准果穗图像序列,在像素尺度进行果穗轮廓分析,建立图像序列中果穗轮廓映射关系并生成果穗三维模型,在穗粒尺度拼接果穗整个表面的穗粒分布图,计算出果穗和穗粒的各项表型性状。试验结果表明,提出的表型性状计算方法对穗型及穗粒分布规则的玉米果穗具有较高检测精度,其中穗行数、行粒数、总粒数、果穗长和果穗粗的平均计算精度分别为98.231%、94.351%、96.921%、98.956%和98.165%。 展开更多

关键词 图像分割 三维 畸变 玉米果穗 表型性状 校正

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基于玉米冠层原位监测的全生育期叶色建模及其应用 被引量：6

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作者 杜建军 袁杰 +1 位作者 王传宇 郭新宇 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第16期188-195,共8页

针对田间玉米冠层叶色变化难以定量描述问题,该文利用田间原位冠层监测系统,在摄像机自动曝光模式下连续采集多个玉米品种的冠层图像,揭示了复杂天气条件对图像和玉米冠层颜色的影响。利用概率密度统计分析方法分别计算玉米6个关键生育... 针对田间玉米冠层叶色变化难以定量描述问题,该文利用田间原位冠层监测系统,在摄像机自动曝光模式下连续采集多个玉米品种的冠层图像,揭示了复杂天气条件对图像和玉米冠层颜色的影响。利用概率密度统计分析方法分别计算玉米6个关键生育期的冠层亮度-色度分布,并针对冠层色度具有明确变化趋势且分离度较高的冠层亮度区间,建立了全生育期玉米冠层叶色模型。进而,基于该模型建立了适合不同玉米生育期的冠层图像自动分割方法,将玉米全生育期的冠层图像分割精度提升到82.6%,并揭示了不同品种玉米在叶片发育过程中冠层叶色与叶龄的相关性,利用登海605和农大108的冠层叶色预测出的生育期叶龄均方根误差RMSE(root mean squared error,RMSE)分别为1.14和1.41叶。试验结果表明,该文建立的玉米冠层叶色模型能够较好描述玉米关键生育期的冠层叶色变化规律,对玉米冠层图像分割、生育期估计、玉米品种表型鉴定具有重要意义。 展开更多

关键词 图像分割 图像分析 颜色 模型 玉米冠层 表型性状 特征提取 机器视觉

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玉米果穗点云分割方法研究 被引量：9

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作者 温维亮 郭新宇 +4 位作者 杨涛 赵德达 苗腾 朱宏宇 董成玉 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第12期3030-3034,3041,共6页

玉米果穗的三维点云分割是玉米果穗三维表型特征计算与分析的基础。提出一种玉米果穗三维点云分割方法,采用Smart Scan三维扫描仪获取玉米果穗三维点云数据;对点云进行重采样以实现点云简化;在此基础上,通过计算果穗点云中各点的法向量... 玉米果穗的三维点云分割是玉米果穗三维表型特征计算与分析的基础。提出一种玉米果穗三维点云分割方法,采用Smart Scan三维扫描仪获取玉米果穗三维点云数据;对点云进行重采样以实现点云简化;在此基础上,通过计算果穗点云中各点的法向量,对果穗点云进行收缩变换以增大籽粒点间的欧式距离,通过欧式聚类的方法实现果穗点云的分割。结果表明,果穗点云籽粒分割率可达到90%以上。方法为基于三维点云数据的玉米果穗表型性状研究提供了技术支撑。 展开更多

关键词 玉米 点云分割 考种 欧式聚类

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向日葵芽苗期离子对复合盐胁迫的响应 被引量：14

10

作者 马荣 王成 +2 位作者 马庆 侯佩臣 王晓冬 《中国生态农业学报》 CSCD 北大核心 2017年第5期720-729,共10页

研究向日葵耐盐的离子响应机制,可为快速筛选耐盐向日葵品种提供科学依据。本试验以油用向日葵盐敏感品种‘YK18’、中度耐盐品种‘YK06’和耐盐品种‘GF01’为试验材料,研究0 mmol·L^(–1)、50 mmol·L^(–1)、100 mmol·... 研究向日葵耐盐的离子响应机制,可为快速筛选耐盐向日葵品种提供科学依据。本试验以油用向日葵盐敏感品种‘YK18’、中度耐盐品种‘YK06’和耐盐品种‘GF01’为试验材料,研究0 mmol·L^(–1)、50 mmol·L^(–1)、100 mmol·L^(–1)、150 mmol·L^(–1)、200 mmol·L^(–1)和250 mmol·L^(–1)复合盐(NaCl和Na_2SO_4按9∶1摩尔比混合)浓度下的种子萌发和离子在萌发幼苗中积累分布情况,并利用离子流检测技术,动态监测了复合盐胁迫24 h后植株根系的K^+、Na^+、Ca^(2+)等离子的流速流向。结果表明,复合盐胁迫抑制向日葵种子萌发,导致发芽率下降,平均发芽时间延长。盐胁迫后向日葵根系K^+大量外排,流速为‘YK18’>‘YK06’>‘GF01’;随着盐胁迫浓度升高,根系Na^+流速由内吸转为外排,内吸时‘YK18’速度最大,‘YK06’次之,‘GF01’最小,外排时‘GF01’流速最大,其"排盐"现象明显。复合盐胁迫后,整株的Na^+积累量增加,K^+减少,K^+/Na^+随着盐浓度升高而下降;低盐浓度(<150 mmol·L^(–1))下‘GF01’和‘YK06’茎秆中K^+/Na^+低于‘YK18’;高盐胁迫(≥150 mmol·L^(–1))下,‘GF01’整株Na^+积累最少,叶片K^+/Na^+最高。另外,盐胁迫下向日葵幼苗根系Ca^(2+)的吸收速率加快,‘GF01’是‘YK18’的2倍。由此可见,不同耐盐性的油用向日葵植株在盐胁迫下可通过调节Na^+、K^+和Ca^(2+)的吸收与外排来适应盐胁迫环境,耐盐性强的品种具有更强的保K^+能力,并通过区域化Na^+(低盐胁迫)和拒盐机制(高盐胁迫)来提高其对盐胁迫的耐受性,维持植株叶片中合理的K^+/Na^+值。本研究结果可为盐碱地耐盐品种筛选和栽培提供理论依据。 展开更多

关键词 向日葵 芽苗期 复合盐胁迫 离子流 耐盐性

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基于Kinect的三维玉米植株骨架提取 被引量：6

11

作者 方志力 温维亮 +1 位作者 郭新宇 吴建伟 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期524-530,共7页

针对玉米植株三维骨架的快速获取问题,提出了一种基于Kinect自动获取玉米植株三维骨架的方法,采用由Kinect转换的点云数据,利用阈值分割的方法删除背景数据,根据玉米植株三维点云模型的高度分层,对每层点组采用二次循环迭代方法聚类,对... 针对玉米植株三维骨架的快速获取问题,提出了一种基于Kinect自动获取玉米植株三维骨架的方法,采用由Kinect转换的点云数据,利用阈值分割的方法删除背景数据,根据玉米植株三维点云模型的高度分层,对每层点组采用二次循环迭代方法聚类,对每层中各子类求取中心点。中心点的集合即认为是玉米植株的骨架点。采用二次B样条曲线插值拟合连线。实验结果表明:方法获得的玉米植株三维线性骨架与通过三维数字化仪获得的三维线性骨架一致性较好,能够满足实验要求。 展开更多

关键词 KINECT 三维点云 玉米骨架 聚类分析 二次B样条曲线

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