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水稻农学理化参量无人机遥感反演研究现状与展望 被引量:1
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作者 于丰华 张鸿刚 +3 位作者 金忠煜 白驹驰 郭忠辉 许童羽 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期248-256,共9页
近几年,无人机遥感技术在水稻理化参量反演上得到了广泛应用,并逐渐发展成为水稻田块尺度遥感信息获取的主要途径之一。深入分析基于无人机遥感的水稻农学理化参量(指在农业领域中可确定某种物理、化学性质的参量)反演研究现状及存在问... 近几年,无人机遥感技术在水稻理化参量反演上得到了广泛应用,并逐渐发展成为水稻田块尺度遥感信息获取的主要途径之一。深入分析基于无人机遥感的水稻农学理化参量(指在农业领域中可确定某种物理、化学性质的参量)反演研究现状及存在问题,有利于更好地把握水稻无人机遥感未来发展趋势。综述无人机遥感技术在反演生化组分含量、结构参量、生产力等方面的研究现状,其中生化组分含量的反演研究主要集中在氮素和叶绿素方向且目前仍然以数据驱动的方法为主,例如用于反演氮素的窄波段植被指数NDRE,通过对极限学习机与偏最小二乘回归耦合对水稻叶绿素含量的反演等,而基于物理模型的反演方法较少;结构参量的反演研究主要包括叶面积指数、生物量等,方法有用于反演叶面积指数的辐射传输机理模型PROSAIL,用于反演生物量的基于冠层光谱特征的优化高斯过程回归方法;生产力的遥感重点在水稻的产量估算、病害和倒伏检测,方法有用于水稻估算的利用RGB影像使用K-Means与核相关滤波算法融合。对无人机遥感平台、设备、方法进行了总结,梳理近10年水稻农学理化参量无人机遥感反演的研究进展和成果。最后综合国内外的研究现状进行水稻无人机定量遥感讨论分析与展望,以期为今后无人机遥感技术在水稻定量遥感研究中提供参考。 展开更多
关键词 水稻 无人机 遥感 反演 光谱
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北方寒地水稻叶片磷素含量高光谱反演方法研究
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作者 杨柳 郭忠辉 +3 位作者 金忠煜 白驹驰 于丰华 许童羽 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1442-1449,共8页
为了快速、准确的检测北方寒地水稻叶片的磷素含量,分析水稻的长势情况,为精准施肥以及稻田的科学管理提供依据,以北方寒地水稻为研究对象,以小区实验为基础,使用海洋光学HR 2000+光谱仪获取水稻叶片高光谱反射率数据,采用钒钼黄比色法... 为了快速、准确的检测北方寒地水稻叶片的磷素含量,分析水稻的长势情况,为精准施肥以及稻田的科学管理提供依据,以北方寒地水稻为研究对象,以小区实验为基础,使用海洋光学HR 2000+光谱仪获取水稻叶片高光谱反射率数据,采用钒钼黄比色法对水稻叶片磷素含量进行测定。采用SG平滑与多元散射校正(MSC)两种方法对水稻叶片高光谱数据进行预处理,并将预处理后的光谱数据使用连续投影法(SPA)与无信息变量消除法(UVE)两种算法进行特征选择。采用SPA算法筛选得到的特征共有11个,其中位于可见光波段处的有6个,分别为411、 420、 428、 442、 467和689 nm;近红外波段处有5个,分别为797、 850、 866、 965和976 nm;UVE算法筛选得到的特征共47个,均位于可见光波段范围内,分布在405~603 nm之间。分别将这两种方法筛选出的特征波段的反射率作为输入,构建极限学习机(ELM), BP神经网络以及狼群算法优化的BP神经网络(WPA-BP)三种水稻叶片磷素含量反演模型并加以分析。结果表明:以UVE算法筛选的特征反射率为输入量构建的三种模型的验证集R^(2)在0.705 2~0.724 5之间,RMSE在0.017 4~0.020 4之间;在相同的反演模型的条件下,使用SPA算法筛选的特征反射率为输入量构建的模型预测效果更好,三种模型的验证集R^(2)在0.726 4~0.829 3之间,RMSE在0.018 0~0.021 1之间;另外,在利用这两种算法筛选到的特征进行建模时,对比三种模型的预测结果发现,经过狼群算法优化后的BP神经网络模型的精度明显高于极限学习机和BP神经网络,其验证集的决定系数R^(2)为0.803 4, RMSE为0.018 0。鉴于此,结合连续投影算法和狼群算法优化后的BP神经网络模型在北方寒地水稻叶片磷素含量高光谱反演中具有一定的优势,可作为水稻叶片磷素含量的检测以及精准定量施肥的参考和借鉴。 展开更多
关键词 水稻 高光谱数据 磷素含量 狼群算法 反演模型
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Combining the critical nitrogen concentration and machine learning algorithms to estimate nitrogen deficiency in rice from UAV hyperspectral data
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作者 yu feng-hua BAI Ju-chi +3 位作者 JIN Zhong-yu GUO Zhong-hui YANG Jia-xin CHEN Chun-ling 《Journal of Integrative Agriculture》 SCIE CAS CSCD 2023年第4期1216-1229,共14页
Rapid and large area acquisition of nitrogen(N)deficiency status is important for achieving the optimal fertilization of rice.Most existing studies,however,focus on the use of unmanned aerial vehicle(UAV)remote sensin... Rapid and large area acquisition of nitrogen(N)deficiency status is important for achieving the optimal fertilization of rice.Most existing studies,however,focus on the use of unmanned aerial vehicle(UAV)remote sensing to diagnose N nutrition in rice,while there are fewer studies on the quantitative description of the degree of N deficiency in rice,and the effects of the critical N concentration on the spectral changes in rice have rarely been explored.Therefore,based on the canopy spectral data obtained by remotely-sensed UAV hyperspectral images,the N content in rice was obtained through field sampling.The construction method of the rice curve for the northeastern critical N concentration was studied,and on this basis,N deficiency was determined.Taking the spectrum of the critical N concentration state as the standard spectrum,the spectral reflectivity data were transformed by the ratios and differences,and the feature extraction of the spectral data was carried out by the successive projections algorithm(SPA).Finally,by taking the characteristic band as the input variable and N deficiency as the output variable,a set of multivariate linear regression(MLR),long short-term memory(LSTM)inversion models based on extreme learning machine(ELM),and the nondominated sorting genetic algorithmⅢextreme learning machine(NSGA-Ⅲ-ELM)were constructed.The results showed two key aspects of this system:1)The correlation between the N deficiency data and original spectrum was poor,but the correlation between the N deficiency data and N deficiency could be improved by a difference change and ratio transformation;2)The inversion results based on the ratio spectrum and NSGA-Ⅲ-ELM algorithm were the best,as the R2values of the training set and validation set were 0.852 and 0.810,and the root mean square error(RMSE)values were 0.291 and 0.308,respectively.From the perspective of the spectral data,the inversion accuracy of the ratio spectrum was better than the accuracy of the original spectrum or difference spectrum.At the algorithm level,the model inversion results based on LSTM algorithms showed a serious overfitting phenomenon and poor inversion effect.The inversion accuracy based on the NSGA-Ⅲ-ELM algorithm was better than the accuracy of the MLR algorithm or the ELM algorithm.Therefore,the inversion model based on the ratio spectrum and NSGA-Ⅲ-ELM algorithm could effectively invert the N deficiency in rice and provide critical technical support for accurate topdressing based on the N status in the rice. 展开更多
关键词 UAV hyperspectral nitrogen deficiency critical nitrogen concentration NSGA-Ⅲ
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基于无人机高光谱遥感的东北粳稻冠层叶片氮素含量反演方法研究 被引量:18
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作者 冯帅 许童羽 +3 位作者 于丰华 陈春玲 杨雪 王念一 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期3281-3287,共7页
为探究遥感监测水稻冠层叶片氮素含量的较优高光谱反演模型,以水稻小区试验为基础,获取了不同生长期水稻冠层高光谱数据。在综合比较一阶导数变换(1-Der)、标准正态变量变换(SNV)和SG滤波法等处理方法基础上,提出一种将SNV与一阶导数变... 为探究遥感监测水稻冠层叶片氮素含量的较优高光谱反演模型,以水稻小区试验为基础,获取了不同生长期水稻冠层高光谱数据。在综合比较一阶导数变换(1-Der)、标准正态变量变换(SNV)和SG滤波法等处理方法基础上,提出一种将SNV与一阶导数变换的SG滤波法相结合的光谱处理方法(SNV-FDSGF),并将处理后的数据经无信息变量消除法(UVE)与竞争自适应重加权采样法(CARS)选出不同生长期的敏感波段。将各生长期的敏感波段两两随机组合,并构建与水稻叶片含氮量相关性较高的差值光谱植被指数(DSI)、比值光谱植被指数(RSI)、归一化光谱植被指数(NDSI)。其中分蘖、拔节和抽穗3个时期的最优植被指数和决定系数R^2分别为:DSI(R857,R623),0.704;DSI(R670,R578),0.786;DSI(R995,R508),0.754。以各生长期内的较优的三种植被指数作为输入分别构建自适应差分优化的极限学习机(SaDE-ELM)、径向基神经网络(RBF-NN)以及粒子群优化的BP神经网络(PSO-BPNN)反演模型。结果表明:SaDE-ELM建模效果最好,在模型稳定性和预测能力上比RBF-NN和PSO-BPNN都有了明显提高,各生长期反演模型的训练集和验证集决定系数R2均在0.810以上,RMSE均在0.400以下,可为东北水粳稻冠层叶片含氮量的检测与评估提供科学和技术依据。 展开更多
关键词 水稻 氮素 无人机 高光谱处理 植被指数 反演模型
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基于GA-BP神经网络高光谱反演模型分析玉米叶片叶绿素含量 被引量:9
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作者 陈春玲 金彦 +3 位作者 曹英丽 于丰华 冯帅 周长献 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期626-632,共7页
叶绿素是评价玉米健康状况的重要生理生化参数,而快速、准确检测玉米叶片叶绿素含量,是实现玉米长势及健康状况精准诊断的关键。为提高玉米叶片叶绿素含量的高光谱反演精度,以玉米试验小区为基础,测定了东北地区玉米不同生长期的叶片光... 叶绿素是评价玉米健康状况的重要生理生化参数,而快速、准确检测玉米叶片叶绿素含量,是实现玉米长势及健康状况精准诊断的关键。为提高玉米叶片叶绿素含量的高光谱反演精度,以玉米试验小区为基础,测定了东北地区玉米不同生长期的叶片光谱反射率及其对应的叶绿素含量。首先采用一阶微分方法提取光谱特征,构建9种高光谱特征参数(Db、Dy、Dr、λb、λy、λr、SDb、SDy和SDr),并分析一阶微分光谱、高光谱特征参数与叶绿素含量间的相关关系,优选出与叶绿素含量相关性较高的3种特征参数作为自变量,分别为535nm处的一阶微分值、蓝边内最大一阶微分值Db、蓝边面积SDb,叶绿素含量实测值作为因变量,随后采用遗传算法对BP神经网络进行优化,建立BP神经网络(BPNN)和遗传算法优化的BP神经网络(GA-BPNN)反演模型,并对模型进行验证;再结合主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLSR)模型进行比较。结果表明:叶绿素含量与一阶微分光谱在535nm处具有最大相关系数(R=-0.738),并且与特征参数Db、SDb呈显著相关,相关系数R分别为-0.732和-0.728;遗传算法可以有效地对BPNN初始权值随机化、易陷入局部极值等不足实现优化,并为其定位出理想的搜索空间;GA-BPNN模型的建模集与验证集R2分别为0.878和0.898,RMSE为0.731,与其他反演模型相比,GA-BPNN模型的稳定性和预测能力均表现最好,可为定量预测玉米叶片叶绿素含量提供一定的理论和技术依据。 展开更多
关键词 玉米 叶绿素含量 一阶微分光谱 高光谱特征参数 遗传算法 BP神经网络
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高光谱和NSGA2-ELM算法的粳稻叶片氮素含量反演 被引量:7
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作者 冯帅 曹英丽 +4 位作者 许童羽 于丰华 陈春玲 赵冬雪 金彦 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期2584-2591,共8页
为提供一种高效、快速和无损的粳稻叶片氮素含量反演方法,以粳稻小区试验为基础,利用高光谱技术和室内化学实验,获取粳稻分蘖期、拔节期和抽穗期三个生育期共280组叶片高光谱数据以及相对应的水稻叶片氮素含量数据,分析不同施氮水平的... 为提供一种高效、快速和无损的粳稻叶片氮素含量反演方法,以粳稻小区试验为基础,利用高光谱技术和室内化学实验,获取粳稻分蘖期、拔节期和抽穗期三个生育期共280组叶片高光谱数据以及相对应的水稻叶片氮素含量数据,分析不同施氮水平的粳稻叶片光谱特征,采用随机青蛙算法(random_frog)与迭代和保留信息变量算法(IRIV)相结合的方式筛选特征波段,并将任意两个光谱波段随机组合构建差值植被指数DSI(Ri,Rj)、比值植被指数RSI(Ri,Rj)和归一化植被指数NDSI(Ri,Rj),分别将较优的特征波段组合和植被指数组合作为模型输入,构建BP神经网络、支持向量机(SVR)和非支配的精英策略遗传算法优化极限学习机(NSGA2-ELM)粳稻叶片氮素含量反演模型,并对模型进行验证分析。结果表明:随着施氮水平的增加,粳稻叶片近红外波段范围反射率逐渐升高,在可见光波段范围反射率逐渐降低。采用random_frog与IRIV相结合的方式筛选特征波段共得到8个特征波段,其中可见光波段7个,分别为414.2, 430.9, 439.6, 447.9, 682.7, 685.4和686.3 nm,近红外波段仅有1个为999.1 nm,该方法较好地剔除了干扰信息,大大降低了波段间的共线性。同时从三种植被指数(DSI(Ri,Rj), RSI(Ri,Rj), NDSI(Ri,Rj))与粳稻叶片氮素含量的决定系数等势图中可知, DSI(R648.1,R738.1), RSI(R532.8,R677.3)和NDSI(R654.8,R532.9)与叶片氮素含量相关性最好,R^2分别为0.811 4, 0.829 7和0.816 9。在输入参量不同的建模效果对比分析中,以特征波段组合作为模型输入所构建的模型反演效果略优于植被指数组合,R^2均大于0.7, RMSE均小于0.57。而在反演模型间的对比分析中,提出的NSGA2-ELM反演模型的估测效果要优于BP神经网络模型和SVR模型,训练集决定系数R^2为0.817 2,均方根误差RMSE为0.355 5,验证集R^2为0.849 7, RMSE为0.301 1。鉴于此, random_frog-IRIV筛选特征波段方法结合NSGA2-ELM建模方法在快速检测粳稻叶片氮素含量中具有显著优势,可为粳稻田间精准施肥提供了参考。 展开更多
关键词 高光谱数据 叶片氮素含量 特征波段 植被指数 反演模型
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基于光谱特征参数的粳稻冠层氮素含量反演方法 被引量:10
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作者 陈春玲 周长献 +2 位作者 于丰华 许童羽 曹英丽 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期218-224,共7页
粳稻氮素含量的快速、无损、准确估算,可以及时掌握粳稻的生长状况,对指导粳稻田间管理具有重要意义。为提高粳稻冠层氮素含量的高光谱反演精度,利用沈阳农业大学路南试验基地2018年粳稻3个关键生育期无人机高光谱影像和同步测定的粳稻... 粳稻氮素含量的快速、无损、准确估算,可以及时掌握粳稻的生长状况,对指导粳稻田间管理具有重要意义。为提高粳稻冠层氮素含量的高光谱反演精度,利用沈阳农业大学路南试验基地2018年粳稻3个关键生育期无人机高光谱影像和同步测定的粳稻冠层氮素含量作为数据源,选用从粳稻冠层光谱中提取的高光谱位置变量、面积变量和植被指数变量3种类型20个光谱特征参数与氮素含量进行相关性分析,选出各个生育期内相关性较高的前3个光谱特征参数作为模型输入分别建立偏最小二乘回归(PLSR)、BP神经网络(BPNN)和思维进化算法优化BP神经网络(MEA-BPNN)3种粳稻冠层氮素含量反演模型并验证。结果表明:在粳稻分蘖期、拔节期、抽穗期,与粳稻氮素含量相关性最好的高光谱特征参数均为红边面积SDr,相关系数分别为0.771,0.664,0.775;MEA-BPNN反演模型与PLSR、BPNN相比,无论在模型精度还是预测能力都有明显提高,在各个生育期,MEA-BPNN模型的建模集和验证集决定系数R^2均达到0.700以上,RMSE均低于0.400以下,说明MEA-BPNN反演模型是筛选出的最佳粳稻冠层氮素含量反演模型。综上研究,该模型能够快速无损反演粳稻冠层氮素含量,可为后续施肥决策提供支持。 展开更多
关键词 粳稻 氮素含量 无人机遥感 光谱特征参数 思维进化算法优化BP神经网络
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水稻分蘖期无人机高光谱影像混合像元特征分析与分解 被引量:4
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作者 于丰华 赵丹 +4 位作者 郭忠辉 金忠煜 郭爽 陈春玲 许童羽 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期947-953,共7页
开展水稻无人机高光谱解混,获取水稻植株的高光谱反射率信息,对于提高水稻理化参量的反演模型精度具有重要意义。目前大多基于高光谱遥感影像自身数据进行解混,运用算法模型进行高光谱数据解混,将高光谱图像和可见光图像进行优势互补,... 开展水稻无人机高光谱解混,获取水稻植株的高光谱反射率信息,对于提高水稻理化参量的反演模型精度具有重要意义。目前大多基于高光谱遥感影像自身数据进行解混,运用算法模型进行高光谱数据解混,将高光谱图像和可见光图像进行优势互补,提出一种基于无人机高清影像与高光谱遥感影像融合的稻田无人机高光谱解混方法,解决单一数据局限性问题,增强光谱数据对地物的描述能力。为了更好的计算端元丰度,将同一目标区的高清数码正射影像与无人机高光谱遥感影像利用经纬度信息进行空间配准,使得不同传感器获得的图片在几何位置上对齐,通过SVM分类器的监督分类方法对可见光的数码正射影像进行地物分类,利用地物分类的结果对应高光谱的一个像元,从而得到一个像元内的端元丰度。设相邻区域内的水体端元是相同的,利用线性解混模型(LSMM)对相邻区域的混合像元进行解混,最终获取水稻高光谱反射率信息。结果表明对两种图片进行空间配准丰富了数据源信息,有利于像元的端元丰度计算,其中水稻端元丰度在70%以上解混效果最好,丰度在50%以上解混效果一般,丰度在30%以下解混效果较差;选择监督分类方法进行地物分类,精度达到99.5%,面向对象方法分类精度为98.2%,监督分类方法优于面向对象分类方法;最终得到的混合像元分解反射率高于原混合像元反射率,减少了水体混合部分对光谱数据的影响,使得分解后水稻的光谱反射率更加准确,为水稻理化参量无人机成像高光谱遥感反演提供更加准确的科学依据。 展开更多
关键词 高光谱 无人机 端元提取 水稻 混合像元
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基于高光谱和BP神经网络的双子叶植物叶片叶绿素遥感估算 被引量:3
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作者 许童羽 袁炜楠 +2 位作者 周云成 于丰华 杜文 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期749-755,共7页
针对传统叶绿素分析方法具有破坏性且耗费人力、时间长、成本高的弊端,依据LOPEX’93数据集中双子叶植物的高光谱数据和叶绿素值,构建了双子叶植物基于高光谱的叶绿素含量最佳估算模型,利用Pearson相关性分析一阶微分光谱、高光谱特征... 针对传统叶绿素分析方法具有破坏性且耗费人力、时间长、成本高的弊端,依据LOPEX’93数据集中双子叶植物的高光谱数据和叶绿素值,构建了双子叶植物基于高光谱的叶绿素含量最佳估算模型,利用Pearson相关性分析一阶微分光谱、高光谱特征参数与叶绿素的相关关系,发现724nm波段处一阶导数与双子叶植物叶绿素值的相关性最大,其相关性为0.509;高光谱特征参数RVI、NDVI、TCAR与叶绿素的相关性达到0.7以上,构建基于一阶微分光谱、高光谱特征参数和BP神经网络的叶绿素估算模型,并对模型进行验证;再结合一元线性模型、指数模型、对数模型和幂函数模型与BP神经网络模型进行比较。结果表明:叶绿素值与一阶微分光谱在724nm处的光谱数据作为自变量建立的传统回归模型可用于双子叶植物叶绿素的估算,最优建模样本R^2和最优验证样本R_V^2分别为0.541和0.745,RMSE为6.16;基于高光谱特征参数RVI、NDVI、TCAR建立的叶绿素估算回归模型,最优建模样本R^2和最优验证样本R_V^2分别为0.618,0.708;0.632,0.866;0.594,0.654,RMSE分别为6.65,5.61,7.07,将基于高光谱特征参数变量构建传统回归模型时筛选到的光谱参数作为输入,实测叶绿素值作为输出,构建BP神经网络模型,其最优建模R2与最优验模R_V^2分别为0.692和0.874,最优验证样本RMSE为5.23,与其他回归模型相比,BP神经网络模型预测精度最高。研究表明基于高光谱数据的模型具有较好的预测能力,是估算双子叶植物叶绿素值的一种高效的方法。 展开更多
关键词 BP神经网络 一阶微分光谱 高光谱特征参数 叶绿素 双子叶植物
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宜昌地区结核分枝杆菌基因分型与成簇特征分析 被引量:3
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作者 刘晓俊 余枫华 +3 位作者 余云芳 纪律 周攀 赵雁林 《中国防痨杂志》 CAS CSCD 2019年第3期308-314,共7页
目的描述宜昌地区结核分枝杆菌的基因分型及成簇特征,为宜昌地区的结核病防治提供依据。方法搜集宜昌地区2016年12月至2017年5月经基因芯片检测阳性的结核病患者痰标本,接种罗氏培养基进行培养后,得到的367株结核分枝杆菌临床分离株选... 目的描述宜昌地区结核分枝杆菌的基因分型及成簇特征,为宜昌地区的结核病防治提供依据。方法搜集宜昌地区2016年12月至2017年5月经基因芯片检测阳性的结核病患者痰标本,接种罗氏培养基进行培养后,得到的367株结核分枝杆菌临床分离株选择国际通用的24位点结核分枝杆菌散在分布重复单位及可变数目串联重复序列(MIRU-VNTR)进行分子分型,用Hunter-Gaston指数(HGI)和遗传差异值(h)对MIRU位点的分辨率和差异性进行评价;运用BioNumerics5.0软件对VNTR-MIRU结果进行成簇性分析,根据近期传播率公式计算其近期传播率;367株菌株分离来自367例患者,细分为初治患者321例、复治患者46例后分别进行成簇率统计,初复治患者的成簇率比较采用χ2检验,P<0.05为差异有统计学意义。结果367株结核分枝杆菌24位点VNTR-MIRU分型结果显示,其总的分辨率HGI值为0.999,其中遗传多样性最高的位点为QUB11b,其h值为0.79;遗传多样性最低的位点为MIRU24,其h值为0.03。分析时发现基因型呈明显的多态性,总共有324个基因型。成簇性分析发现,其中90株菌株形成39个簇,成簇率为24.52%(90/367),近期传播率为13.90%(51/367);复治患者菌株成簇率为21.74%(10/46),初治患者菌株成簇率为24.92%(80/321),两者成簇率比较,差异无统计学意义(χ2=0.220,P=0.639)。结论宜昌地区的结核分枝杆菌呈现出较高的遗传多样性,近期传播率较低,且成簇率与初复治无关,提示宜昌地区结核分枝杆菌以内燃复发为主,也存在小范围内的流行,在结核防控方面要加以重视。 展开更多
关键词 分枝杆菌 结核 基因型 串联重复序列 序列标记位点 聚类分析
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基于多植被指数组合的BAS-ELM粳稻冠层氮含量反演方法 被引量:5
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作者 许童羽 邢思敏 +2 位作者 于丰华 郭忠辉 刘亚帝 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期577-585,共9页
粳稻氮素含量的快速、无损、准确反演,可以反映和诊断作物的氮营养状况,为施肥决策提供依据。基于田间试验采集的粳稻分蘖期无人机光谱影像数据与对应氮素含量数据,采用无信息变量消除法(uninformation variable elimination,UVE)筛选... 粳稻氮素含量的快速、无损、准确反演,可以反映和诊断作物的氮营养状况,为施肥决策提供依据。基于田间试验采集的粳稻分蘖期无人机光谱影像数据与对应氮素含量数据,采用无信息变量消除法(uninformation variable elimination,UVE)筛选得到的特征波段光谱反射率两两组合构建NDVI、DSI、RVI、RDVI、TVI、NRVI、WDRVI、LogR指数变量,根据与粳稻叶片氮素含量的决定系数等势图挑选出9组不同的植被指数组合(8种植被指数的组合共1组,每一种植被指数的组合共8组)分别作为模型的输入量,构建极限学习机(extreme learning machine,ELM)、天牛须搜索算法优化极限学习机(tenniu shall optimize-extreme learning machine,BAS-ELM)粳稻冠层叶片氮素含量反演模型并验证分析。UVE算法较好地剔除了无用及冗余信息波段,得到266个光谱特征波段;在构建植被指数过程中,各指数与粳稻冠层叶片氮含量的决定系数R^(2)分布在0.7283~0.7580之间,构建的植被指数均与氮含量呈现显著相关关系。从预测结果来看,9组不同输入量建立的BAS-ELM反演建模效果均较好,训练集与验证集的R^(2)均在0.646以上,RMSE均低于0.564mg·g^(-1);其中以8种植被指数的组合为输入量建立的BAS-ELM预测效果最好,训练集与验证集的R^(2)分别为0.756和0.753,均方根误差(RMSE)分别为0.431mg·g^(-1)和0.466mg·g^(-1),优于单一结构的植被指数组合;通过对比,BASELM在预测能力、稳定性和泛化性上比ELM的预测模型有明显提高。综上研究,基于无人机获取的分蘖期水稻冠层光谱数据,以依特征波段构建的多种植被指数的组合作为输入量结合BAS-ELM建模方法在快速无损反演粳稻叶片氮素含量中具有优势,可为粳稻精准施肥提供参考。 展开更多
关键词 高光谱 模型 植被指数 天牛须搜索算法 极限学习机
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基于无人机高清数码影像的水稻产量估算 被引量:13
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作者 李昂 王洋 +3 位作者 曹英丽 于丰华 许童羽 肖文 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期629-635,共7页
目前常用的水稻产量估算方法以卫星遥感估产为主,卫星遥感估产的分辨率较低、缺乏机理性、误差较大。为了能够快速灵活地获取水稻冠层信息、提高分辨率、准确地估测水稻产量,利用无人机平台搭载高清数码相机,拍摄从抽穗期到成熟期的水... 目前常用的水稻产量估算方法以卫星遥感估产为主,卫星遥感估产的分辨率较低、缺乏机理性、误差较大。为了能够快速灵活地获取水稻冠层信息、提高分辨率、准确地估测水稻产量,利用无人机平台搭载高清数码相机,拍摄从抽穗期到成熟期的水稻冠层影像,首先应用中值滤波算法对RGB颜色空间下水稻冠层图像进行去噪,然后针对彩色水稻图像的颜色特征,将图像由RGB颜色空间转换到L*a*b*颜色空间,运用K均值聚类算法对水稻冠层图像进行聚类分析、图像分割,提取出水稻穗、获得水稻穗数量、代入水稻产量估算公式进行估产。试验区域共有18块水稻小区(长8m,宽5m),在水稻抽穗期到成熟期之间拍摄4次。试验记录的数据包括拍摄的时间、高度以及分辨率,同时还要在田间实测水稻穗的数量和水稻的产量,为后期评价和判断K均值聚类算法提取水稻穗的精度以及水稻产量估测的精度提供依据。对水稻产量的实测值与估测值、田间实测的水稻穗数量与图像中提取水稻穗数量进行对比分析。结果表明:对8月18日无人机拍摄的水稻冠层影像进行图像分割,提取出水稻穗的效果较好,估产的精度较高,产量估计均方根误差和平均绝对百分误差分别为9.08和22.8%,水稻穗数估计均方根误差和平均绝对百分误差分别为19.86和5.8%。说明利用无人机搭载数码相机能够快速、无损地获取水稻冠层信息,运用K均值聚类算法能够较为准确地将水稻穗从水稻冠层图像中分割出来,利用数字图像对水稻产量进行估算是可行的。 展开更多
关键词 无人机 颜色空间 K均值聚类 图像分割 水稻穗
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寒地玉米植保无人机航空施药雾滴沉积效果研究 被引量:10
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作者 郭爽 兰玉彬 +5 位作者 许童羽 陈春玲 于丰华 姚伟祥 马辉 孙慕君 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期451-459,共9页
作为智能农业的重要组成部分,植保无人机的使用大大提高了作业效率,但智能设备快速推广使用的同时也对环境产生了一定的风险及危害。为了实际检测植保无人机的喷施效果并评估施药风险,开展北方寒地玉米多旋翼植保无人机航空喷雾效果研究... 作为智能农业的重要组成部分,植保无人机的使用大大提高了作业效率,但智能设备快速推广使用的同时也对环境产生了一定的风险及危害。为了实际检测植保无人机的喷施效果并评估施药风险,开展北方寒地玉米多旋翼植保无人机航空喷雾效果研究,着重对比3种不同施药量下雾滴在玉米冠层不同部位的沉积效果,同时就添加助剂对于雾滴沉积的影响效果进行分析。结果表明:自然风对雾滴沉积效果的影响程度要强于施药量的变化,尤其是当无人机使用孔口尺寸较小的常规压力喷头进行喷施作业时,若自然风风速较大会显著导致无人机有效沉积减少(p=0.045);在2m的喷施作业高度下,施药量为15L·hm^(-2)(1#、4#)和30L·hm^(-2)(2#)时雾滴沉积效果的差异并不是很大。只有当施药量增大为45L·hm^(-2)时,才可以在一定程度上增加喷施雾滴在玉米冠层间的沉积,但会导致雾滴的沉积均匀性变差以及沉积率降低,污染环境的风险也随之加大。研究还发现添加助剂会使航空喷施雾滴粒径显著增大,对于雾滴覆盖率和沉积密度的沉积分布效果也有一定影响作用,却并不显著。研究结果可以作为当前植保无人机施药作业的参考。 展开更多
关键词 智能农业 植保无人机 施药 寒地玉米 雾滴沉积效果 环境风险
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改进特征波段选取和混合集成建模的东北粳稻叶绿素含量估算 被引量:4
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作者 刘潭 许童羽 +3 位作者 于丰华 袁青云 郭忠辉 徐博 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2556-2564,共9页
利用光谱信息快速、无损和准确的检测水稻冠层叶片叶绿素含量,对水稻的长势评估、精准施肥、科学管理都具有非常重要的现实意义。以东北粳稻为研究对象,以小区试验为基础,获取关键生长期的水稻冠层高光谱数据。首先采用标准正态变量校正... 利用光谱信息快速、无损和准确的检测水稻冠层叶片叶绿素含量,对水稻的长势评估、精准施肥、科学管理都具有非常重要的现实意义。以东北粳稻为研究对象,以小区试验为基础,获取关键生长期的水稻冠层高光谱数据。首先采用标准正态变量校正法(SNV)对光谱数据进行预处理,针对处理后光谱数据,以随机蛙跳(RF)算法为基础,结合相关系数分析法(CC)和续投影算法(SPA),提出一种融合两种初选波段的改进型随机蛙跳算法(fpb-RF)筛选叶绿素含量的特征波段,并分别与标准RF,CC和SPA方法进行对比。以提取的特征波段作为输入,结合线性模型和非线性模型各自优势,提出一种高斯过程回归(GPR)补偿偏最小二乘(PLSR)的叶绿素含量混合预测模型(GPR-P):利用PLSR法对水稻叶绿素含量初步预测,得到叶绿素含量的线性趋势,然后利用具有较好非线性逼近能力的GPR对PLSR模型偏差进行预测,两者叠加得到最终预测值。为了验证所提方法优越性,以不同方法提取的特征波段作为输入,分别建立PLSR、最小二乘支持向量机(LSSVM)、BP神经网络预测模型。结果表明:相同预测模型条件下,改进fpb-RF算法提取特征波段作为输入可较好的降低模型复杂性、提高模型预测性能,各模型测试集的决定系数(R_(P)^(2))和训练集的决定系数(R_(C)^(2))均高于0.7047。另外,在各算法提取特征波段进行建模时,GPR-P模型的R_(C)^(2)和R^(2)P均高于0.7553,其中,采用fpb-RF方法提取的特征波段作为输入建立的GPR-P模型预测精度最高,R_(C)^(2)和R_(P)^(2)分别为0.7815和0.7796,RMSEC和RMSEP分别为0.9041和0.9283 mg·L^(-1),可为东北粳稻叶绿素含量的检测与评估提供有价值的参考和借鉴作用。 展开更多
关键词 水稻 叶绿素含量 光谱分析 特征波段提取 fpb-RF算法 混合预测模型
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基于变量喷施的植保无人机水稻田间除草雾滴沉积分布特性研究 被引量:3
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作者 刘益含 金伟达 +3 位作者 郭爽 姚伟祥 于丰华 陈春玲 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期337-345,共9页
探究应用植保无人机进行变量喷施水稻田间除草作业的雾滴沉积分布特性,以T30植保无人机配套的SX110015VS型航空喷头为研究对象,在室内采用DP-02激光粒度仪对其雾化性能进行测试,分别测定了0.35,0.40,0.45L·min-1共3种常规作业喷雾... 探究应用植保无人机进行变量喷施水稻田间除草作业的雾滴沉积分布特性,以T30植保无人机配套的SX110015VS型航空喷头为研究对象,在室内采用DP-02激光粒度仪对其雾化性能进行测试,分别测定了0.35,0.40,0.45L·min-1共3种常规作业喷雾流量下雾滴粒径的分布特性。田间试验研究设定12个沉积采集区和3条飘移采集带,测定T30植保无人机进行田间变量除草作业的实际雾滴沉积效果。结果表明:植保无人机所使用的SX110015VS型航空喷头具有良好的雾化性能,雾化等级为细(Fine);田间作业时,在设定的不喷施农药区域中有检测到雾滴沉积,但雾滴覆盖率、沉积密度以及沉积量均要低于设定的喷施农药区域,且三者在各个区域中变化规律较一致;同时,田间各采样区域测得的雾滴沉积量变异系数均很大;喷施农药区域和不喷施农药区域的雾滴粒径在200μm以下的居多,比例均处于50%以上,此外,与喷头雾化性能测试相比,300μm以上的雾滴粒径占比有所提升;研究还发现,在3条飘移采集带上检测到的飘移量相对较少,90%累积飘移量所对应的最远飘移影响距离分别为6.55m(飘移采集带1)、13.2m(飘移采集带2)和12.3m(飘移采集带3);经进一步测定,飘移采集带上200μm以下的雾滴粒径占比均高于85%,说明小雾滴容易发生飘移。研究结果可为植保无人机田间除草变量施药作业提供参考,对合理施药、提高农药利用率并减轻飘移也具有一定指导意义。 展开更多
关键词 变量喷施 植保无人机 雾滴沉积 水稻田间除草 效果检测
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东北寒地水稻茎秆纤维素含量近红外光谱反演
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作者 徐博 许童羽 +4 位作者 于丰华 张国圣 冯帅 郭忠辉 周长献 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1775-1781,共7页
在水稻抗倒伏育种中,水稻茎秆纤维素含量作为重要的作物性状表现型数据,用传统方法获取时受人力成本和时间成本的约束,采集群体大小有限。利用高光谱技术能够实现对作物性状信息的快速、无损检测。为探究水稻茎秆纤维素含量近红外光谱... 在水稻抗倒伏育种中,水稻茎秆纤维素含量作为重要的作物性状表现型数据,用传统方法获取时受人力成本和时间成本的约束,采集群体大小有限。利用高光谱技术能够实现对作物性状信息的快速、无损检测。为探究水稻茎秆纤维素含量近红外光谱反演模型,以田间小区试验的方式,采集水稻灌浆期至成熟期茎秆基部倒2、3节作为实验样本,并在实验室内使用NIRQuest512型号高光谱仪测得茎秆近红外反射光谱数据;采用标准变量正态变换(SNV)、连续小波变换(CWT)及两种方法结合(SNV-CWT)对原始近红外光谱进行预处理,经对比分析,原始光谱经SNV处理后再通过CWT对应6尺度分解最优,然后采用联合区间偏最小二乘法(SiPLS)、迭代保留信息变量法(IRIV)对最优预处理(SNV-CWT)的光谱特征曲线进行光谱特征变量筛选,分别提取了64个和16个特征变量;为优化模型并提高其模型精度,采用IRIV算法对SiPLS所选的特征变量进行二次筛选,得到6个特征变量,特征波长为1200,1207,1325,1470,1482和1492 nm,最后基于优选出的特征变量分别建立水稻茎秆纤维素含量的支持向量机回归(εSVR)和核极限学习机(KELM)预测模型,模型参数(惩罚系数C,核函数系数γ和不敏感参数ε)分别采用灰狼算法(GWO)、差分进化灰狼算法(DEGWO)和自适应差分进化灰狼算法(SaDEGWO)进行优化选择。结果表明,采用SNV-CWT方法光谱预处理后,经SiPLS-IRIV方法筛选的特征变量构建的SaDEGWO优化的SVR模型精度最高,模型参数C,γ,ε分别为302.8382,0.0877,0.0708,测试集的决定性系数(R_(p)^(2))为0.880,均方根误差(RMSE P)为15.22 mg·g^(-1),剩余预测残差(RPD)为2.91,表明模型具有较好的预测能力,可为水稻茎秆纤维素含量预测提供参考。 展开更多
关键词 水稻茎秆 纤维素 近红外光谱 光谱预处理 光谱特征变量 反演模型
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基于CART决策树和BP神经网络的landsat 8影像粳稻提取方法 被引量:6
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作者 许童羽 胡开越 +2 位作者 周云成 于丰华 冯帅 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期169-176,共8页
及时、准确地掌握水稻空间分布和种植面积信息对预测水稻产量、指导农业生产等农业活动起着重要作用。遥感技术因其快速、综合等优势,而被广泛应用于农作物识别领域。以沈阳市为研究区域,选取沈阳农业大学道南、辽中和沈北新区作为粳稻... 及时、准确地掌握水稻空间分布和种植面积信息对预测水稻产量、指导农业生产等农业活动起着重要作用。遥感技术因其快速、综合等优势,而被广泛应用于农作物识别领域。以沈阳市为研究区域,选取沈阳农业大学道南、辽中和沈北新区作为粳稻种植代表区域获取CART算法的训练样本,并结合粳稻移栽期的NDVI、EVI、LSWI数据,训练作物分割阈值,构建决策树初步提取出研究区粳稻空间分布信息。为进一步去除上述提取区域的其他地物信息,构建粳稻抽穗期和成熟期的植被指数、纹理、ISODATA非监督分类数据及其原始波谱特征的多特征数据集,利用BP神经网络对多组不同特征综合数据集进行粳稻分类提取,得到对分类精度贡献较大的特征和最佳分类数据集,并分别利用最大似然和BP神经网络分类法,结合决策树分类结果和实地样本数据,对最佳分类数据集进行分类结果对比和精度验证。结果表明:采用CART决策树和BP神经网络相结合的方法可以获得较高的分类精度,总体精度为89.1%,Kappa系数达到0.881。利用作物关键物候期中等分辨率影像,结合多时相波谱特征和植被指数,采用CART决策树和BP神经网络相结合的分类法能有效提高粳稻的分类精度,为基于传统机器学习模型的关键物候期遥感数据作物分类研究提供一条新思路。 展开更多
关键词 粳稻 CART算法 决策树 植被指数 BP神经网络
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枯草芽孢杆菌对竹根姜产量及病害发生率的影响 被引量:1
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作者 刘来 余风华 欧小超 《安徽农业科学》 CAS 2020年第6期127-128,158,共3页
[目的]解决竹根姜土传病害,提高竹根姜产量和品质,促进竹根姜产业可持续发展。[方法]以本地竹根姜为供试品种,在达州市经济作物示范基地进行枯草芽孢杆菌处理防治病害的田间试验,分析枯草芽孢杆菌对竹根姜生长及病害的影响。[结果]施用... [目的]解决竹根姜土传病害,提高竹根姜产量和品质,促进竹根姜产业可持续发展。[方法]以本地竹根姜为供试品种,在达州市经济作物示范基地进行枯草芽孢杆菌处理防治病害的田间试验,分析枯草芽孢杆菌对竹根姜生长及病害的影响。[结果]施用枯草芽孢杆菌菌肥可使病害发生率显著降低,较未处理区降低8.0%;施用枯草芽孢杆菌菌肥产量提高25%,经济效益提高71.6%。[结论]枯草芽孢杆菌可用于竹根姜病害防治。 展开更多
关键词 竹根姜 枯草芽孢杆菌 病害
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邮轮结构表面缺陷处理等级表示方法
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作者 余风华 孟杨淳 霍晟 《船海工程》 北大核心 2022年第1期20-23,28,共5页
考虑到邮轮结构复杂,舱室及功能多样,结构表面缺陷处理等级较一般民船更为复杂,对大型邮轮等级设置和表达方式进行分析,提出大型邮轮特有的结构表面缺陷处理等级表示方法,供解决现场区域难以识别问题和质量过剩问题参考。
关键词 结构表面缺陷处理等级 涂装设计 大型邮轮
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厕所革命对宜昌市食源性疾病病原谱的影响
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作者 张娅琳 余枫华 马静 《公共卫生与预防医学》 2023年第1期66-69,共4页
目的掌握厕所革命前中后期,即2014—2020年宜昌地区食源性疾病病原谱的变化情况,了解厕所革命对宜昌市食源性疾病病原谱的影响。方法收集2014—2020年宜昌市食源性疾病病例基本信息,采集粪便样本进行相关病原检测。整理宜昌市2014—202... 目的掌握厕所革命前中后期,即2014—2020年宜昌地区食源性疾病病原谱的变化情况,了解厕所革命对宜昌市食源性疾病病原谱的影响。方法收集2014—2020年宜昌市食源性疾病病例基本信息,采集粪便样本进行相关病原检测。整理宜昌市2014—2020年食品微生物及其致病因子监测项目报告,获悉相关食源性致病菌在食品的分布情况。2017—2020年与肠道疾病多发的5~10月采集长江水样开展食源性疾病致病菌检测。结果食源性疾病监测结果显示,2015—2017年诺如病毒检出率逐年升高至6.12%,2018年骤降至0.43%,差异有统计学意义(χ^(2)=60.962,P<0.05);细菌性病原菌检出率2018年显著下降,不同年份检出率差异有统计学意义(χ^(2)=106.47,P<0.05)。其中沙门氏菌检出率均为最高,2015—2018年和2020年血清型主要为鼠伤寒,2014年主要血清型为都柏林,2019年主要血清型为肠炎。2017—2020年长江水中仅检出了沙门氏菌和副溶血弧菌,检出率2018年最低,不同年份检出率差异有统计学意义(χ^(2)=44.036,P<0.05)。结论厕所革命可以降低宜昌市食源性疾病病原体的检出率,降低长江水中沙门氏菌的检出率,但是对食源性疾病病原谱的构成影响不大。 展开更多
关键词 食源性疾病 厕所革命 沙门氏菌
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