表面增强拉曼光谱准确检测玉米中杀螟硫磷农药残留 被引量：13

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作者 黄林生 王芳 +2 位作者 翁士状 潘芳芳 梁栋 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期2782-2787,共6页

杀螟硫磷是一种在农作物上广泛使用的有机磷杀虫剂,常用于玉米上害虫的防治。过量或者不合理施用导致的残留积累关系到食品安全和人体健康。常规检测杀螟硫磷的方法有气相色谱-质谱法、高效液相色谱法,其准确性虽好,但存在需要专业人员... 杀螟硫磷是一种在农作物上广泛使用的有机磷杀虫剂,常用于玉米上害虫的防治。过量或者不合理施用导致的残留积累关系到食品安全和人体健康。常规检测杀螟硫磷的方法有气相色谱-质谱法、高效液相色谱法,其准确性虽好,但存在需要专业人员介入、样品前处理复杂、检测时间长等缺点。表面增强拉曼光谱(SERS)法具有分析速度快、检测灵敏度高和特异性好等优点,被广泛应用于农产品中痕量残留的快速检测。利用表面增强拉曼光谱结合化学计量学方法实现玉米中杀螟硫磷残留的准确检测。以两步种子生长法合成的纳米金棒作为拉曼增强基底,测量600~1 800cm^(-1)范围内的拉曼光谱。对比杀螟硫磷乙醇溶液和金棒的光谱,确定杀螟硫磷的特征峰在650,830,1 082,1 241,1 344和1 581cm^(-1)处。采用简单预处理方法快速提取玉米中的杀螟硫磷残留。将受污染的玉米样品粉碎后,利用乙醇溶剂对残留进行两次提取,每次获取的提取液经离心获得上清液,将上清液合并混匀,在水浴中蒸发浓缩,浓缩后的上清液用于采集SERS光谱。每个浓度制备50个平行样本。各浓度残留提取液中的残留参考值采用色质联用方法测定。对比残留提取液的光谱,1 082,1 241和1 581cm^(-1)处特征峰强度随残留浓度的降低而迅速变弱甚至消失,650,830和1 344cm^(-1)处的特征峰直至残留浓度为0.48μg·mL^(-1)时依然可见。当浓度低至0.37μg·mL^(-1)时,所测光谱与空白提取液光谱相似。采用主成分分析(PCA)提取不同浓度杀螟硫磷残留光谱的主体信息,其中残留为0.37μg·mL^(-1)和空白提取液光谱的主成分得分重叠,进而判断SERS方法对玉米中杀螟硫磷残留的检测限可达到0.48μg·mL^(-1),低于国家规定的农作物中最大残留限,体现出SERS检测的高灵敏性。选取浓度为14.25μg·mL^(-1)的50个样本分析其650,830和1344cm^(-1)处的特征峰强度变化可知,所采集的光谱呈现出较好的重复性,相对标准偏差(RSD)值仅为3.12%。对杀螟硫磷残留的定量分析采用支持向量机回归(SVR)实现,Savitzky-Golay卷积平滑和小波变换(WT)用于本次光谱数据的预处理。校正集和预测集样本的划分采用Kennard-Stone算法实现,模型的性能采用校正均方根误差(RMSEC)、校正集决定系数(R_c^2)、预测均方根误差(RMSEP)和预测集决定系数(R_p^2)评估。最优模型为SVR结合WT所构建的,具有最小的预测误差,其中校正集的RMSEC=0.103 2μg·mL^(-1),R_c^2=0.999 74,预测集的RMSEP=0.134 1μg·mL^(-1),R_p^2=0.999 60。同时,最优模型的预测值与色质联用法所测值基本一致,其预测回收率为95.31%~100.66%。以上表明,SERS结合化学计量学方法检测玉米中杀螟硫磷残留是准确可行的,且有望推广到农作物中多种农药残留的检测,为农产品的安全检测提供一种新思路。 展开更多

关键词 表面增强拉曼光谱 杀螟硫磷 玉米 支持向量机回归

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小波分析与支持向量机结合的冬小麦白粉病遥感监测 被引量：12

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作者 黄林生 刘文静 +2 位作者 黄文江 赵晋陵 宋富冉 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第14期188-195,共8页

为利用遥感影像数据在区域尺度上实现快速、准确地监测小麦白粉病的发生、发展情况,该研究基于环境与灾害监测预报小卫星(HJ-1A/1B)数据对地表温度(land surface temperature,LST)进行反演、提取4个波段反射率数据并构建7个植被指数。耦... 为利用遥感影像数据在区域尺度上实现快速、准确地监测小麦白粉病的发生、发展情况,该研究基于环境与灾害监测预报小卫星(HJ-1A/1B)数据对地表温度(land surface temperature,LST)进行反演、提取4个波段反射率数据并构建7个植被指数。耦合K-mean和Relief算法对小麦白粉病遥感特征进行筛选。通过支持向量机(support vector machine,SVM)与小波特征(Gabor)结合SVM(Gabor SVM)的方法分别建立河北省晋州市小麦白粉病发生监测模型,并对2种模型的监测精度进行对比。结果表明:归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、比值植被指数(simple ratio index,SR)和地表温度3种特征参量可较好地表征小麦白粉病的发生情况,Gabor SVM的总体精度达到86.7%,优于SVM的80%。因此,小波分析与支持向量机结合的方法可用于基于卫星遥感影像的大面积病害监测,对提高病害监测精度具有重要应用价值。 展开更多

关键词 遥感 支持向量机 病害 白粉病 小波特征

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动态表面增强拉曼光谱在敌瘟磷快速定量分析中的应用 被引量：5

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作者 翁士状 袁宝红 +3 位作者 郑守国 张东彦 赵晋陵 黄林生 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期454-458,共5页

动态表面增强拉曼光谱是在干态与湿态表面增强拉曼光谱(SERS)检测的基础上发展而来的,不仅具有极好的信号增强,还具有良好的重复性与稳定性。提出了一种基于动态SERS与多元分析方法的敌瘟磷快速定量分析方法。实验中,首先测量100,50,10,... 动态表面增强拉曼光谱是在干态与湿态表面增强拉曼光谱(SERS)检测的基础上发展而来的,不仅具有极好的信号增强,还具有良好的重复性与稳定性。提出了一种基于动态SERS与多元分析方法的敌瘟磷快速定量分析方法。实验中,首先测量100,50,10,5,1,0.5和0.1mg·L^(-1)敌瘟磷动态SERS谱图,并使用多项式校正方法去除光谱基线漂移。然后,处理后的全范围(600~1 800cm^(-1))与特征范围(674~713,890~1 195,1 341~1 399和1 549~1 612cm^(-1))光谱分别利用支持向量机回归(SVR)构建定量模型,实现对敌瘟磷的定量分析。同时,实验还评估了主成分分析(PCA)对定量分析结果的影响。实验结果表明特征范围光谱所建立的模型预测误差较小,而数据经过PCA处理后预测误差得到进一步下降。最优回归模型是由特征范围光谱经PCA处理后所构建的模型(RMSECV=0.065 7mg·L^(-1)),模型能够准确地预测敌瘟磷溶液浓度。为了测试实际检测中的效果,该方法被用来对苹果表面的敌瘟磷残留进行检测,并通过气相色谱法进行验证。结果表明该方法对于同一样本多次检测值波动较小,且检测均值与气相色谱检测值相差较小,相对误差最大仅为5.13%。此外,动态SERS检测可在2min内完成,且后续数据处理也可在数秒内完成,同时整个过程的试剂消耗仅在2μL左右。因此,所提出的方法在敌瘟磷快速准确检测具有极大优势。 展开更多

关键词 动态表面增强拉曼光谱 多元分析方法 敌瘟磷 快速定量分析

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Relief-F筛选波段的小麦白粉病早期诊断研究 被引量：4

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作者 黄林生 张庆 +3 位作者 张东彦 林芬芳 徐超 赵晋陵 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期210-217,共8页

为了准确监测小麦白粉病染病早期病情,给喷药防治提供技术指导,论文将染病初期的小麦叶片作为研究对象。首先,利用高光谱图像数据,通过图像特征分割出叶片区域和病斑区域,定量计算病情严重度;其次引入Relief-F算法提取染病早期最敏感波... 为了准确监测小麦白粉病染病早期病情,给喷药防治提供技术指导,论文将染病初期的小麦叶片作为研究对象。首先,利用高光谱图像数据,通过图像特征分割出叶片区域和病斑区域,定量计算病情严重度;其次引入Relief-F算法提取染病早期最敏感波段和波段差,计算出白粉病病害指数PMDI(Powdery mildew disease index);并通过分析病情指数DI(Disease index)与11种植被指数(含PMDI指数)的相关性及线性模型,得出PMDI模型有最高的决定系数(R^2=0.839 9)和最低的均方根误差(RMSE=4.522 0),效果优于其他病害植被指数的结果(其中,Normalized Difference Vegetation Index,NDVI的模型决定系数最高,R^2=0.777 1,RMSE=5.336 4);最后,选择PMDI和NDVI植被指数分别构建小麦白粉病染病早期病情严重度的支持向量回归模型。结果表明:经敏感波段筛选构建的PMDI指数的预测结果更好,预测模型的R^2=0.886 3,RMSE=3.553 2,可以实现小麦白粉病早期无损诊断,这为指导作物病害喷药防治提供重要的技术支撑。 展开更多

关键词 图像分割 光谱特征 Relief-F 支持向量回归 小麦白粉病

原文传递

结合HJ卫星影像和最小二乘孪生支持向量机的小麦蚜虫遥感监测 被引量：6

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作者 胡根生 吴问天 +3 位作者 罗菊花 黄文江 梁栋 黄林生 《浙江大学学报（农业与生命科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期211-219,共9页

为了准确、及时地监测小麦蚜虫发生情况,利用野外定位调查数据及环境与灾害监测预报小卫星星座HJCCD和HJ-IRS影像数据,在北京市通州区和顺义区小麦蚜虫发生的关键生育期(灌浆期),提取对蚜虫病情影响较大的小麦长势因子和生境因子,利用... 为了准确、及时地监测小麦蚜虫发生情况,利用野外定位调查数据及环境与灾害监测预报小卫星星座HJCCD和HJ-IRS影像数据,在北京市通州区和顺义区小麦蚜虫发生的关键生育期(灌浆期),提取对蚜虫病情影响较大的小麦长势因子和生境因子,利用最小二乘孪生支持向量机建立该研究区的小麦蚜虫监测模型,并与传统支持向量机、费歇尔线性判别分析和学习矢量量化神经网络模型的监测结果进行对比。结果表明:最小二乘孪生支持向量机模型的总体监测精度达到86.4%,优于传统支持向量机模型(77.3%)、费歇尔线性判别分析模型(77.3%)和学习矢量量化神经网络模型(72.7%),取得了较好的监测效果。 展开更多

关键词 卫星影像 遥感监测 小麦蚜虫 最小二乘孪生支持向量机

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经济发展、城乡二元化对城乡居民收入差距影响的实证分析 被引量：5

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作者 高文武 徐明阳 +1 位作者 范佳健 龙莹 《统计与决策》 CSSCI 北大核心 2018年第3期147-150,共4页

城乡居民收入差距是经济发展中突出的经济问题和社会问题。文章以安徽省为例,选取安徽省1995—2016年的时间序列数据,采用泰尔指数衡量安徽省城乡居民收入差距水平,利用广义可加模型实证分析了安徽省经济发展、城乡二元化对城乡居民收... 城乡居民收入差距是经济发展中突出的经济问题和社会问题。文章以安徽省为例,选取安徽省1995—2016年的时间序列数据,采用泰尔指数衡量安徽省城乡居民收入差距水平,利用广义可加模型实证分析了安徽省经济发展、城乡二元化对城乡居民收入差距的影响。结果表明,安徽省经济发展、城乡二元化与城乡居民收入差距具有较复杂的关系。其中人均GDP增长率、城市化水平、城乡社会保障差异与城乡居民收入差距之间分别是正相关性、波浪型和波动性上升的关系。 展开更多

关键词 城乡居民收入差距 经济发展 广义可加模型 安徽省

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超声波惯性传感器定位误差校准方法

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作者 刘瑜 黄锦阳 +2 位作者 刘童金 杨炳旺 孔令超 《安庆师范大学学报（自然科学版）》 2017年第1期1-4,共4页

提出一种基于超声波的惯性传感器室内定位误差校准方法,该方法在机器人经过室内房顶预设的超声波发射覆盖区域时,通过接收发射模块的特征序号,与微处理器内部的数据字典对比,实现位置的校准。发射模块可以记录机器人在预设节点附近的特... 提出一种基于超声波的惯性传感器室内定位误差校准方法,该方法在机器人经过室内房顶预设的超声波发射覆盖区域时,通过接收发射模块的特征序号,与微处理器内部的数据字典对比,实现位置的校准。发射模块可以记录机器人在预设节点附近的特征信息,并将记录信息发送给后台数据库,通过统计学习,筛选出具有一定规律性的热门路线,当机器人再次经过这些路线时,不需要重复进行超声波通信校准,而是直接从数据库调用位置特征信息,从而提升校准效率。 展开更多

关键词 室内定位 超声波 航迹推算 位置校准 统计学习

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低空遥感平台下可见光与多光谱传感器在水稻纹枯病病害评估中的效果对比研究 被引量：18

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作者 赵晓阳 张建 +3 位作者 张东彦 周新根 刘小辉 谢静 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1192-1198,共7页

高效无损地评估农作物病害等级,对于实际农业生产和研究都具有重要意义。研究探讨了基于低空无人机遥感平台进行水稻纹枯病病害等级评估的可行性,分析可见光与多光谱传感器的光谱响应差异及其对感病水稻光谱反射率获取的影响,并定量对... 高效无损地评估农作物病害等级,对于实际农业生产和研究都具有重要意义。研究探讨了基于低空无人机遥感平台进行水稻纹枯病病害等级评估的可行性,分析可见光与多光谱传感器的光谱响应差异及其对感病水稻光谱反射率获取的影响,并定量对比两种传感器的病害监测效果。实验研究区由67个不同品种的水稻小区组成,每块小区均分为相接的纹枯病接种区和侵染区。以大疆精灵Phantom 3 Advanced小型消费级无人机作为搭载平台,分别搭载该无人机系统自带的可见光传感器和MicasenseRedEdge^(TM)多光谱传感器获取遥感影像。同时,通过植保专家现场调查的方式识别病害等级,并利用Trimble公司的手持式NDVI测量仪获取实测NDVI值。基于影像拼接、波段叠合、辐射校正后的预处理结果,对可见光图像的接种区和侵染区共134个小区计算七种可见光植被指数,即NDI(normalized difference index), ExG(excess green), ExR(excess red), ExG-ExR, B~*, G~*, R~*,多光谱图像除上述可见光指数外再计算NDVI(normalized difference vegetation index), RVI(ratio vegetation index)和NDWI(normalized difference water Index)三种多光谱植被指数。将计算得到的图像植被指数与地面实测NDVI进行相关性分析,以选取两种传感器的最优图像植被指数建立水稻纹枯病病害等级反演模型。相关性分析结果表明,基于多光谱传感器计算的图像NDVI与实测NDVI拟合度最高,接种区R^2为0.914, RMSE为0.024,侵染区R^2为0.863, RMSE为0.024。对于可见光传感器, NDI与实测NDVI的相关性最好,接种区R^2为0.875, RMSE为0.011,侵染区R^2为0.703, RMSE为0.014。比较两种传感器两种区域的同一图像植被指数与实测NDVI的一致性,除B~*外, NDI, ExR, ExG-ExR, G~*, ExG, R~*与实测NDVI基本属于高度相关,在病害严重的接种区,两种传感器对水稻纹枯病的监测效果相近,但在病害相对较轻的侵染区,多光谱传感器的监测更为精确灵敏。基于多光谱图像NDVI建立的病害等级反演模型,R^2达到0.624, RMSE为0.801,预测精度达到90.04%,模型效果良好。而基于可见光图像NDI建立的反演模型,R^2为0.580, RMSE为0.847,预测精度为89.45%,效果稍差。对比分析可见光与多光谱传感器的光谱响应曲线,可见光传感器可获取可见光范围的红、绿、蓝三个波段,波段范围互相重叠,多光谱传感器包含五个成像单元,可独立获取从可见光到近红外的五个窄波光谱波段,提供更加准确的光谱信息。比较传感器获取的接种区和侵染区水稻平均反射率曲线得出,多光谱传感器不仅在可见光波段反映了较可见光传感器更强的差异,在红边和近红外波段差异则更加明显,这说明专业窄波段传感器在病害监测方面较宽波段消费级传感器更有优势。综上所述,基于可见光与多光谱传感器的低空无人机遥感平台进行水稻纹枯病病害等级评估是可行的,多光谱传感器精确灵敏,可用于纹枯病的早期监测,可见光传感器效果稍差但经济易于推广。研究结果为病虫害防治提供决策支持,有助于推动实现精准农业,保障粮食安全。 展开更多

关键词 多光谱传感器 可见光传感器 低空遥感 水稻纹枯病 病害等级评估 植被指数

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基于低空遥感的消费级相机油菜苗期长势监测最优波段选取 被引量：3

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作者 王楚锋 王天一 +3 位作者 廖世鹏 张东彦 谢静 张建 《华中师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2018年第4期565-573,共9页

无人机遥感作为卫星和航空遥感平台的有力补充,在低空遥感观测领域发挥越来越重要的作用.对于农作物长势监测而言,选择合适的光谱波段有利于更加准确地反映作物长势情况.该研究借助水稻—油菜氮素养分试验,针对其油菜季开展基于无人机... 无人机遥感作为卫星和航空遥感平台的有力补充,在低空遥感观测领域发挥越来越重要的作用.对于农作物长势监测而言,选择合适的光谱波段有利于更加准确地反映作物长势情况.该研究借助水稻—油菜氮素养分试验,针对其油菜季开展基于无人机遥感的消费级相机油菜苗期长势监测最优波段选取问题研究.试验采用经红外改造后的消费级相机,逐次搭配lp680、lp720、lp850 3种近红外长通滤波片和RGB红外截止滤波片来获取不同光谱位置的近红外波段影像和可见光波段影像.在此基础上计算多波段影像的多种植被指数,同时结合油菜地面冠层高光谱数据和滤波片光谱响应特性模拟计算相同的植被指数.结果表明,使用可见光波段影像计算的归一化差指数(NDI)与地面实测归一化差植被指数(NDVI)之间的相关性最高,其R2达到0.945,该结果与基于油菜地面冠层高光谱数据所得结果呈现出较好的一致性.同时该NDI值与油菜氮素养分试验中不同氮素施用水平之间的相关性也较好,其R2达0.963.该研究结果表明选取常规消费级相机可见光波段也能准确地获取作物长势信息,为其用于作物长势监测提供了科学依据. 展开更多

关键词 最佳波段 无人机 油菜氮素营养 植被指数

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基于柔性力敏传感器的便携式坐姿监测与提醒系统 被引量：3

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作者 刘少华 徐超 +2 位作者 许金林 许胜强 元沐南 《计算机系统应用》 2018年第7期63-70,共8页

读写坐姿长时间不规范将对青少年身体健康、学习效率产生不利影响.本文基于柔性力敏传感器,设计了一套新型的便携式读写坐姿实时监测及智能提醒系统.该系统根据生物力学、人体工程学规律,通过铺设于座椅上40 cm×40 cm的柔性力敏传... 读写坐姿长时间不规范将对青少年身体健康、学习效率产生不利影响.本文基于柔性力敏传感器,设计了一套新型的便携式读写坐姿实时监测及智能提醒系统.该系统根据生物力学、人体工程学规律,通过铺设于座椅上40 cm×40 cm的柔性力敏传感器,采集坐立时臀部压力分布数据。首先对原始数据进行预处理,再通过所提出的坐姿动作识别与分析算法对坐姿状态进行识别,实时分析坐姿情况,最后结合环境的温度、湿度、光强参数,给出预警方案.同时,在手机APP客户端实时显示并且存储监测期间坐姿及环境变化情况.该系统设计简单、交互性强,借助手机和压力垫的便携性,方便用户达到实时预警和分析的效果,帮助青少年纠正不良坐姿. 展开更多

关键词 坐姿 柔性力敏传感器 实时监测及智能提醒 臀部压力分布

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基于白光数字频域图像的旋转轴微位移检测方法

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作者 冯博 徐超 +1 位作者 邵德洋 罗时现 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第S1期46-52,共7页

针对旋转轴偏离轴线的微位移,提出一种非接触、在线检测的新方法。在恒定光源下,显微摄像机采集同一摄像区旋转轴偏离前后的图像,通过改进的白光散斑数字频域逐点分析法进行相移计算,得到黑白相间的干涉条纹。从白光数字频域干涉图像中... 针对旋转轴偏离轴线的微位移,提出一种非接触、在线检测的新方法。在恒定光源下,显微摄像机采集同一摄像区旋转轴偏离前后的图像,通过改进的白光散斑数字频域逐点分析法进行相移计算,得到黑白相间的干涉条纹。从白光数字频域干涉图像中条纹的个数和角度,可知转轴在旋转过程中偏移量和方向。该方法仅需单光源、单目图像,在不影响转轴正常工作的条件下即可完成旋转轴微形变在线实时检测,而且分别率高、线性好,具有实际运用价值。 展开更多

关键词 白光数字频域图像分析 旋转轴微形变 频域图像干涉 傅里叶变换

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介质阵列加载的表面等离子共振传感器基底研究

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作者 王军 刘瑜 《安庆师范大学学报（自然科学版）》 2017年第4期26-29,共4页

单个介质纳米颗粒的散射效应表明介质散射共振和金属局域表面等离子共振具有类似的局域电场增强特性,但却避免了金属的强光吸收损耗。利用这种共振效应,提出一种介质硅阵列加载的表面等离子共振传感基底结构。数值模拟显示,通过调控基... 单个介质纳米颗粒的散射效应表明介质散射共振和金属局域表面等离子共振具有类似的局域电场增强特性,但却避免了金属的强光吸收损耗。利用这种共振效应,提出一种介质硅阵列加载的表面等离子共振传感基底结构。数值模拟显示,通过调控基底结构参数,与金属银阵列相比,介质硅阵列的共振耦合效应更强,近场增强更明显,对应的反射谱共振谷曲线也更加尖锐。相同环境下的传感性能指标计算表明,介质硅阵列基底具有更好的灵敏度和品质因子,因此基于散射共振的介质阵列加载基底结构是提高表面等离子共振传感灵敏度的一种有效方法。 展开更多

关键词 局域表面等离子共振 时域有限差分方法 灵敏度 传感

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粒子群优化的最小二乘支持向量机在小麦白粉病监测中的应用 被引量：10

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作者 胡根生 吴问天 +2 位作者 黄文江 梁栋 黄林生 《遥感技术与应用》 CSCD 北大核心 2017年第2期299-304,共6页

小麦白粉病严重影响小麦的产量和品质,区域尺度上准确、及时地监测小麦白粉病的发生情况有利于高效地指导防治工作。利用Landsat-8遥感影像,提取出对小麦白粉病病情影响较大的长势因子和生境因子,包括归一化植被指数(NDVI)、比例植被指... 小麦白粉病严重影响小麦的产量和品质,区域尺度上准确、及时地监测小麦白粉病的发生情况有利于高效地指导防治工作。利用Landsat-8遥感影像,提取出对小麦白粉病病情影响较大的长势因子和生境因子,包括归一化植被指数(NDVI)、比例植被指数(RVI)、绿度(Greenness)、湿度(Wetness)和地表温度(LST),利用最小二乘支持向量机(LSSVM)对陕西省关中平原部分地区的小麦白粉病进行监测,并用粒子群算法(PSO)优化模型参数,将监测结果分别与传统支持向量机(SVM)和最小二乘支持向量机(LSSVM)的监测结果进行对比分析。结果表明:经过粒子群优化的最小二乘支持向量机模型(PSO-LSSVM)的总体监测精度达到92.8%,优于SVM的71.4%和LSSVM的85.7%,取得了较好的监测效果。 展开更多

关键词 遥感监测 小麦白粉病 最小二乘支持向量机 粒子群优化

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