作物-环境信息的快速获取技术与传感仪器

作物-环境信息的快速获取是精准农业实施最为基本和关键的因素.作物信息主要包括作物生长过程中营养信息、生长发育不同阶段的生理信息和生态信息、呼吸作用、光合作用、根系发育等信息、病虫害信息等.环境信息主要包括土壤信息等.作物-环境信息具有数据海量、多维,空间分布差异大,时变性强等特点.传统的作物-环境信息获取方法耗时费力,无法满足精准农业信息快速获取的需要.为此需要大力研究适用于作物-环境信息快速获取的技术和传感仪器.目前主要采用的信息快速获取方法包括机器视觉、光谱分析以及多光谱与高光谱成像技术等.文中对目前主要开展的作物-环境信息快速获取技术和传感仪器进行了综述,并提出了进一步开展作物-环境信息快速获取技术和传感仪器的研究方向.     

农业机器人技术研究进展

综述了果蔬采摘机器人、蔬菜嫁接机器人、果蔬分选机器人、农田作业机器人和农业机器人导航技术的国内外研究现状,指出要使农业机器人真正在农业上发挥作用,必须提高农业机器人的环境适应性、提高工作效率和降低机器成本.我国农业机器人的发展需紧紧围绕农业生产实际,选准对象、瞄准关键,以作业量多、劳动量大、操作精细、生产收益高的农业作业为切入点,把先进性、实用性和经济性紧密结合,研制出顶用、好用、耐用的机器,才能有所突破和作为.     

赤霉素的研究进展

赤霉素(Gibberellins)是一类属于双萜类化合物的植物生长调节剂,在种子萌发、幼苗生长、开花结果等方面具有多种生理功能,已被广泛使用在瓜果、蔬菜、粮食作物、园艺等生产过程中.可通过饮用水、食物残留等途径进入人体体内,对人体健康有一定的潜在危害性.本文详细阐述了赤霉素的产生、理化性质、生理作用、毒理以及检测方法.     

高温风洞机器视觉系统:原理、设计与装备

在航空航天等领域,高温风洞模拟试验是对飞行器关键材料/结构进行防热性能评估和优化设计的重要方式.结合试验环境特点,发展面向高温风洞的机器视觉系统,以实现全方位、多角度的试验过程信息的获取,对于高温地面模拟试验技术的发展具有重要意义.本文综述了面向高温风洞的机器视觉系统的概念原理、关键技术与装备设计,同时结合课题组在该领域的相关研究成果,对高温风洞机器视觉系统的应用实例进行了介绍.最后,基于高温风洞模拟试验的发展需求,对高温风洞机器视觉系统的未来发展方向和应用前景进行了展望.     

植物形态生长对策研究进展

植物在其生长发育的各个阶段的生长行为及生活史策略皆与植物的形态可塑性有很大关系,可在一定程度上决定植物物种在生境中的分布格局及种群行为.植物生活史对策是植物物种维持生长和繁殖的资源最佳分配方式,物种的适应性是物种在进化过程中累积起来的,在形态上有很明显的表现,植物采取不同的形态生长策略就是为了使物种在某些阶段达到最大的适合度.已有的植物形态生长对策研究主要集中在植物繁殖体形态、幼苗形态策略、生长可塑性以及繁殖策略等方面,植物各阶段形态生长策略的权衡以及与植物在群落中的分布关系被认为是今后该方面研究的重要方面.     

材料多尺度结晶研究进展

材料是物理性能的产生及能量相互转换的重要载体,材料结晶是新材料创制的核心和探索的前沿方向.多尺度材料结晶是相关领域研究人员共同面临的科学问题.材料结晶模型是以相图为基础,确定材料的组成与相关物理化学参数,结合材料结晶理论和生长方法共同构建材料结晶.本文综述了从成核到生长的主要理论与部分材料结晶生长方法,指出材料结晶研究向着多尺度、多因素、定量化的方向发展.材料结晶设备向着自动化、数字化、智能化方向发展.材料结晶研究了多尺度的相演变过程,包含从成核到生长的质量与能量传递过程,需要多学科交叉领域的协同发展.     

高速便携式视觉信号采集系统的设计与实现

为了实现高速便携式工业零件检测系统后续图像处理的要求,结合FPGA高速性的优点,设计并实现了面向高速便携式视觉检测系统的图像采集模块.充分利用FPGA内部的RAM作为数据缓冲区,用于保存视频解码器解码后得到的数字图像信息,将缓冲区的数据以异步读取的方式写入到内存DDR2中,并通过FPGA产生的控制信号在TFT-LCD上显示采集到零件图像.通过在硬件平台的实验证明了图像采集模块设计的合理性与可行性,能够满足检测系统后续图像处理的要求.     

超声波检测技术研究进展

超声检测技术是无损检测领域中的一种非常重要的方法。本文简单介绍了超声检测的方法、基本原理及其应用领域。对非接触超声检测方法进行了比较,对当前超声无损检测技术的应用进行了总结,展望了今后的发展趋势与前景。     

等离子体激光复合直接成形的弧柱形态与成形特性

提出了等离子激光复合直接熔积制造金属零件技术, 研究了高温合金直接成形过程中激光与等离子弧柱和成形特性的关系. 利用高速摄像仪CCD拍摄了复合激光前后的等离子弧形态图像, 通过图像处理提取弧柱轮廓, 从而实验研究分析了激光的平均功率、脉冲宽度、脉冲频率、复合角度等对等离子弧形态与高温合金成形特性的影响规律, 得到了激光对等离子弧形态有重要影响且可提高直接成形精度的结果.     

基于视觉推理的机器人多物体堆叠场景抓取方法

基于视觉的机器人抓取方法是研究智能机器人抓取问题的重要思路.本文提出了一种基于机器视觉推理的适用于多物体堆叠场景的机器人抓取方法,算法包含了场景理解和抓取规划两个步骤.在第一步的场景理解中,本文的算法包含两个主要部分:视觉操作关系推理和抓取部位检测.在视觉操作关系推理中,本文提出了一种基于深度卷积网络的视觉操作关系网络(Visual Manipulation Relationship Network, VMRN),以对物体和操作关系进行实时推理.在视觉操作关系网络中,通过设计物体对池化层,实现了物体检测和操作关系推理的端对端训练,提升了算法的速度和性能.在第二步的抓取部位检测中,本文提出了基于有向锚点框的全卷积视觉抓取部位检测网络,实现了对物体抓取部位的实时检测,并在康奈尔抓取数据集上取得了目前最高的精度.在抓取规划中,通过结合场景深度信息和抓取部位检测结果,获取当前被抓取物体的抓取点和对应的抓取向量,并通过坐标系变换将Kinect坐标系的抓取向量映射为机器人坐标系的抓取向量,完成当前抓取.实验结果表明,本文提出的机器人抓取方法能够在多物体堆叠环境下按照正确顺序完成抓取任务,并成功抓取目标物体.     

基于自适应尺度的遥感影像渐进配准

图像配准是遥感图像处理中的基本问题.本文针对多源多时相遥感影像的特点,提出了一种基于自适应尺度的渐进配准方法,在从粗到细的迭代配准过程中,可以通过上一次配准结果的几何定位误差来确定本次匹配的尺度,并按该尺度提取特征角点和特征邻域进行匹配,与常规金字塔渐进配准方法相比,减少了匹配次数,提高了配准效率.另外,特征提取和匹配过程中提出一种基于Harris-Laplace算法和相位相关算法的遥感影像配准算法,利用Harris-Laplace角点代替原始图像,能够综合区域和特征的优点,对亚像元偏移、旋转、尺度变化具有不变性,同时对对比度和灰度的变化不敏感,具有很强的抗噪性.在特征检测和匹配的过程中采用限定搜索区域、抽稀角点等多种优化策略来提高算法的性能.实验证明,算法具有很好的精度,对几何攻击具有很好的鲁棒性,该算法已经应用于CBERS-02B星3级数据的批量自动化生产,具有很好的应用效果.     

水稻-稻田环境系统重要信息快速获取技术研究进展

快速有效地采集和描述水稻-稻田环境系统重要信息,是水稻精准生产作业的重要前提和关键.在水稻的精准生产过程中,需要掌握稻田平整度、泥脚深度与耕作阻力、稻田水层高度及土壤含水率、土壤养分、温室气体排放、稻田有害排放物和水稻病虫害、水稻苗情长势以及产量估测等信息,要求能够定位、快速、精确、连续地测量.传统的实验室分析方法已很难满足这一要求,为此,需要大力开展适用于水稻-稻田环境系统重要信息快速获取技术的研究.文章主要对上述信息快速获取技术的研究进展进行了分析,并提出了今后进一步开展水稻-稻田环境系统重要信息快速获取技术的研究方向.     

遥感技术在全国第一次河流湖泊普查中的应用

河流湖泊是水体环境的主要形式,是生活用水、生产用水、生态用水的重要来源,对社会经济的发展起着至关重要的作用.遥感技术为全国第一次河湖普查提供了重要的技术支撑,本次河流湖泊普查涉及到的遥感影像数据为中巴地球资源卫星(CBERS)数据及2.5m高空间分辨率影像.为全面查清我国湖泊数量、分布等基本情况,本文对全国第一次河湖清查阶段中利用CBERS数据进行湖泊对象清查进行了介绍;并着重讨论了ENVI\IDL环境下CBERS数据批处理模式的建立及应用,为同类CBERS数据的大范围、大批量数据应用提供一定的参考和依据;同时,全国1:5万分幅2.5m高空间分辨率影像作为重要的河流水系现势性检查数据,本文对利用此数据进行1:5万DLG数字水系的合理性检查进行了探讨,并利用ENVI\IDL实现了全国水系的自动化检查;作为水系复核工作中的有效工具,增强了河流水系提取的现势性,提高了河流水系的精度,实现了水系提取数据精度源于并高于1:5万DLG数字水系的目的.     

基于物联网的农产品质量安全信息系统平台

为降低农产品物流成本,提高安全质量,向农产品供应链管理和安全质量追踪溯源提供详细、全面与准确的电子信息,利用RFID技术、EPC标准和物联网技术,在分析农产品生产全过程的基础上,提出了一种基于物联网的农产品质量安全信息系统平台的设计方案;设计了贯穿于农产品安全生产整个流程的物联网管理框架;以系统中的生产管理子系统和回溯查询子系统为例,详细说明了物联网在Internet基础上实现农产品的全程跟踪管理的具体方法.所设计的农产品物联网质量安全信息系统平台,不仅为消费者提供了多种方式的农产品安全信息查询途径,而且为生产管理者及职能部门的管理与监督提供了决策支持.该研究将有利于推动EPC/RFID技术在农业生产中的推广和应用.     

黄瓜叶片叶绿素荧光光谱日变化的研究

文中研究了叶绿素荧光光谱的日变化规律,分析了叶片的光合速率与叶绿素荧光光谱之间的关系,通过分析日光温室光合有效辐射的变化规律,建立叶片光合速率与叶绿素荧光光谱强度之间的回归方程.利用激光诱导叶绿素荧光光谱分析技术实现对叶片光合速率的无损检测,为产量预测的研究奠定了基础,同时也拓宽了可见光波段的研究领域.     

可控环境生产系统建模、仿真与控制研究进展

可控环境生产系统属于复杂系统,目前对这类系统的建模及控制问题没有形成系统的方法与理论,因此在对这类系统进行控制时,缺乏理论依据.本文在回顾过去几十年可控环境生产系统建模与控制的各种方法的基础上,探讨了当前可控环境生产系统在系统建模、仿真及控制中存在的问题,如支持生产可使用的作物生长数学模型信息的不完整性,水肥系统的模型信息的时间尺度问题,环境模型的动态时变特性以及作物、土壤、大气相关变量的作用关系,耦合的多环境因子的控制问题、包括能耗在内的冲突多目标控制问题和考虑模型误差和气候突变等不确定性的鲁棒控制问题等.在此基础上,根据系统的特性:多变量,非线性,多模型(作物模型,土壤模型,大气模型)、模型之间强耦合、大尺度、能量有限、分布参数、冲突多目标等的特点,提出了该系统有效建模、仿真、控制急需解决的瓶颈问题和可能的研究趋势.     

基于模型及实验的植物电信号胞外测量关键问题研究

胞外测量是植物电信号研究中重要的检测方法,而胞外测量结果反映了多个植物细胞电信号在时间和空间的加合,研究胞内与胞外检测信号的关系,对于进一步的理解和分析胞外检测信号变异、提供合理的解释及信息是有待研究的科学问题之一.文中基于修正的HodgkinHuxley及胞外电位分布方程,从理论和实验两方面对植物电信号的胞外测量做了探索.理论上建立植物电信号胞外测量模型,然后应用此模型进行了单个细胞和多个细胞的胞外电位仿真,单细胞胞外电位在几十微伏,而多细胞情况复杂.并以蚕豆为实验材料应用微电极技术和胞外电极记录了植物胞内外电位信号.通过对测量结果的分析、测量结果与模型仿真结果的比较,可以认为胞外测量信号为电极周围群体细胞电信号的时空叠加,并解释了因检测位置改变而产生的信号变异,验证了胞外测量的复杂性,描述了胞外记录时所需要的测量条件和进一步进行信号处理的可行性.     

基于可见/近红外光谱的土壤有机质含量预测

应用可见/近红外光谱技术对土壤有机质含量进行了定量分析和预测,为土壤肥力快速测定和评价提供依据.利用ASD FieldSpec 3 Hi-Res光谱仪对116份不同有机质含量的土壤样本进行光谱测量,系统分析了土壤有机质含量与350～2500 nm波段范围光谱反射率之间的关系.利用PLS和小波-BP神经网络对350～2500 nm整个波段范围和剔除水波段的光谱数据进行分析.两种建模方法的结果均表明剔除水波段的预测效果较好,其中,PLS模型预测的相关系数R为0.8416,均方根误差RMSEP为0.2848,相对分析误差RPD为1.7768,WT-BP神经网络模型预测的R为0.9167,RMSEP为0.2196,RPD为2.3043.预测结果表明,PLS模型可以对土壤有机质含量进行粗略估测,而BP神经网络可实现较精确的预测.