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期刊信息/Journal information
农业工程学报
中国农业工程学会
农业工程学报

中国农业工程学会

朱明

半月刊

1002-6819

tcsae@tcsae.org

010-65929451，65910066转2503、3503

100125

北京朝阳区麦子店街41号

农业工程学报/Journal Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《农业工程学报》是由中国农业工程学会主办的全国性学术期刊,自2005年始为单月刊。编委会名誉主任:汪憨华院士,编委会主任兼主编:杨邦杰教授《农业工程学报》为全国中文核心期刊,在最新版的《中文核心期刊要目总揽》中位居"农业工程类"期刊榜首；2001年入选中国期刊方阵"双效"期刊；被中国科协主办的《中国学术期刊文摘》选为首批收录期刊；先后被美国工程索引(EI Page one)、英国国际农业与生物中心(CAB International)、检索系统、数据库收录。
正式出版
收录年代

    基于UNet-ResNet14*半监督学习的无人机影像森林树种分类

    陈龙伟周小成李传昕林华章...
    217-226页
    查看更多>>摘要：无人机遥感在森林树种精细和高效分类制图中具有巨大的潜力.为了快速准确获取森林的优势树种分布信息,该研究探讨了半监督学习方法在树种分类方面的有效性.以福建省福州市、龙岩市和三明市的4个试验区为例,构建精简的ResNet18为主干的UNet树种分类模型(UNet-ResNet14*),使用交叉熵和Dice系数的联合损失函数来优化模型参数,对比分析Self-training和Mean Teacher两种不同的半监督学习方法在无人机影像森林树种分类模型的泛化能力.结果表明,以ResNet14*作为主干的分类模型与其他模型相比精度更高且预测速度更快,当联合损失函数权重值为0.5的情况下模型预测效果最好,总体精度达到了 91.15％.经过Self-training的模型在木荷、马尾松、杉木3个样本充足的类别中精度均有所提升,总精度为91.08％,比原始模型略低,但在独立验证区的精度为88.50％,比原始模型高;Mean Teacher方法的总精度为88.56％,在独立验证区的精度为73.56％.因此,研究认为可以采用Self-trainin半监督方法结合UNet-ResNet14*的方案快速得到试验区的树种组成信息.

    无人机遥感森林树种分类可见光UNetResNet半监督学习

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    机器学习结合高光谱植被指数与SPAD值估算冬小麦氮含量

    冯惠芬李映雪吴芳邹晓晨...
    227-237页
    查看更多>>摘要：冬小麦叶片氮含量与叶片光合作用和营养状况密切相关,直接影响植株生长发育,而茎秆中的氮含量与茎秆中纤维素、半纤维素和木质素的比例和含量密切相关,直接影响茎秆质量及植株的抗倒伏能力.然而,有关对冬小麦茎秆氮含量估算研究较为有限,限制了从氮含量角度判断茎秆质量及对倒伏的预测能力.为精准估算冬小麦不同器官(叶片、茎秆)氮含量,该研究通过2年田间试验,获取冬小麦4个关键生育期(拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期)和3种施氮水平条件下(N1、N2和N3)的冠层光谱反射率、叶片、茎秆氮含量及叶片SPAD(soil and plant analyzer development,SPAD)值.分析了不同生育期和施氮水平条件下高光谱植被指数对叶片和茎秆氮含量的敏感性,并结合5种常用的机器学习算法:随机森林回归(random forest regression,RFR)、支持向量回归(support vector regression,SVR)、偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)、高斯过程回归(gaussian process regression,GPR)、深度神经网络回归(deep neural networks,DNN)构建冬小麦叶片和茎秆氮含量估算模型.结果表明:高光谱植被指数对叶片和茎秆氮含量的敏感性受到生育期和施氮水平的影响.在灌浆期,最佳植被指数双峰冠层植被指数DCNI(double-peak canopy nitrogen index)对叶片氮含量的敏感性最高,R2为0.866.对茎秆氮含量,在抽穗期的敏感性最高,最佳植被指数归一化叶绿素比值指数NPQI(normalized phaeophytinization index)与氮含量决定系数R2=0.677.施氮水平的提升增加了光谱植被指数对茎秆氮含量的敏感性.结合SPAD值的机器学习算法提升了氮含量的估算精度,对叶片氮含量,在不同生育期和施氮水平条件下估算精度提升了 1％～7％,其中在全生育期的归一化均方根误差NRMSE从0.254降低到0.214,抽穗期的NRMSE提升最大,从0.201降低到0.128.对茎秆氮含量,全生育期的NRMSE从0.443降低到0.400,抽穗期的NRMSE变化最大,从0.323降低到0.268.在全生育期,结合SPAD值的DNN模型对叶片(R2=0.782、NRMSE=0.214)和茎秆(R2=0.802、NRMSE=0.400)氮含量的估算精度最佳.研究说明,SPAD值与光谱植被指数结合有利于提升冬小麦不同生育期和施氮水平条件下叶片和茎秆氮含量的估算精度.

    冬小麦机器学习叶片茎秆氮含量SPAD高光谱植被指数

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    日光温室薄膜全自动清洗机研制与试验

    李天华董广胜施国英魏珉...
    238-246页
    查看更多>>摘要：针对日光温室薄膜人工清洗劳动强度大、自动化清洗设备缺乏的现状,该研究设计了一种日光温室薄膜全自动清洗机.为减小整机质量并降低成本,采用双蜗轮蜗杆电机分别驱动清洗主机的毛刷与爬升轴;设计地面移位换行装置,用以承载清洗主机沿温室长度方向移动;为实现自动换行清洗,设计棚顶移位换行装置,调整棚顶吊绳安装高度,避免吊绳在换行作业时与棚面产生干涉而影响换行质量或损伤薄膜.基于多传感器融合与数据校验技术,保证清洗主机、棚顶与地面移位装置间的协作实时性、一致性及可靠性.为验证设计方案的合理性与可行性,以参照日光温室跨度、脊高、肩高参数10∶1制作模型温室,按外形尺寸5∶1加工清洗样机,并进行对齐、倾斜偏移及清洗效果验证试验.结果表明,清洗主机升降时的水平偏移量在±3°以内,左右偏移量在±7 mm以内(换行操作时各偏移量无累积);地面与棚顶移位换行装置的单次换行误差与多次换行累计误差均在1mm左右;毛刷材料选型与关键参数设计合理,可对薄膜表面灰尘进行有效清洗,洗净率为95.4％,清洗效果明显.该清洗机在丰富国内日光温室清洗装备类型的同时,有效解决了团队前期研发清洗机质量大、易伤膜、自动化水平低等问题,为温室大棚薄膜相关清洗设备的设计研发提供了参考.

    日光温室薄膜清洗机试验自动换行机机协作

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    4种用于温室除湿的亲水翅片管蒸发器热湿传递性能分析

    管勇赵盛英郭延隆林源山...
    247-256页
    查看更多>>摘要：温室冬季高效除湿需求已经成为制约中国温室产业高质量发展的技术难题之一.为了提高温室用冷冻除湿系统中亲水翅片管蒸发器的热湿传递性能,该研究建立了低温高湿工况下平翅片、带涡产生器平翅片、波纹翅片、开缝翅片4种亲水翅片管蒸发器空气侧的数值传热模型,采用蒸发器的换热量Q、努塞尔特数Nu、摩擦因子f、单位翅片面积析湿量和强化传热因子JF等评价参数,对比分析了低温高湿工况下4种亲水翅片管蒸发器空气侧热湿传递性能.结果表明,与平翅片相比,带涡产生器平翅片、波纹翅片、开缝翅片空气侧的Nu、Q和f均高于平翅片,且开缝翅片的Q和f在相同条件下均最大;4种翅片的f随入口风速的增大而大幅度减小,而相对湿度对f的影响较小;单位翅片面积析湿量均随入口风速和相对湿度的增大而增大,波纹翅片的除湿能力最优;在入口风速1～4m/s和相对湿度80％～95％条件下,波纹翅片管蒸发器的JF因子平均值最大,其热性能最优;在冬季寒冷地区低温高湿的温室中,推荐选用波纹亲水翅片管蒸发器对温室内空气进行除湿.该研究可为温室低温高湿环境下除湿系统用亲水翅片管蒸发器的设计与应用提供参考.

    温室数值分析蒸发器除湿热湿传递性能

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    混合板换热器板片结构对流道内触点分布及流动换热性能的影响

    杨艳霞马晴婵王维
    257-264页
    查看更多>>摘要：混合板式换热器作为余热利用系统中高效节能设备,其换热性能对系统效率及稳定性有重要影响.该研究基于RNGk-e湍流模型,对M型和H型板式换热器流道内流动及传热过程展开数值模拟,研究板片结构对板间触点分布的影响,及雷诺数Re和板片组合对横向流道内流动及换热特性的影响规律.结果表明:M型板间触点呈"方格",H型呈"菱形",且H型流流体速度较大、温度场分布较均匀.随Re数增大,压降ΔP及平均努塞尔数(-Nu)均增大;Re数较低时,H型的(-Nu)明显提高,且ΔP增幅较小;而高Re 数(Re=6 000)时,与M型相比,H型的(-Nu)增幅仅为ΔP的25％左右.随波纹间距s减小,触点数明显增多,ΔP和(-Nu)均增大;s为12～16 mm较合适.研究结果为混合板式换热器的设计及优化提供理论依据.

    流动换热触点分布混合板式换热器数值模拟

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    顾及尺度效应的矿粮复合区耕地非粮化空间异质性及其关联因素

    罗松开罗志军
    265-275页
    查看更多>>摘要：深入研究耕地非粮化空间异质性及其关联因素,有助于科学管控耕地非粮化和有效保障粮食安全.该研究以矿粮复合区德兴市为例,从尺度效应和空间近邻效应出发,综合采用莫兰指数、最小二乘法、空间自相关等方法,借助空间自相关模型探讨了耕地非粮化在不同尺度下关联因素的变化情况.结果表明:1)矿粮复合区的耕地非粮化存在3种形式,整体非粮化分布呈现强空间自相关性和强空间异质性,多数尺度下呈现显著的空间溢出效应;2)矿粮复合区耕地非粮化空间异质性存在明显的尺度效应,依据情况可以划分为4个区块尺度等级;3)耕地非粮化关联因素在不同尺度上呈现的显著性不一致,小尺度等级下耕地非粮化回归结果的显著率为90.2％,拟合度平均值为0.236,优于其他尺度等级,集水区尺度优于行政村尺度;4)耕地非粮化的关联因素强弱程度也具有明显的尺度效应,在小尺度下最显著,主要因素的回归系数平均值均大于0.250,显著率达到92％.研究结果可为耕地非粮化管控和农业高质量发展提供依据.

    尺度效应空间近邻效应空间异质性耕地非粮化关联因素矿粮复合区

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    超大城市外围乡村地域功能的演化路径及定位建议

    杨帆赵之枫胡智超
    276-285页
    查看更多>>摘要：掌握功能演化规律,合理确定功能定位,有助于乡村多元价值的挖掘和实现,是乡村地域高质量发展的前提.该研究以超大城市北京的外围乡村地域作为典型案例,基于乡村地域功能的内涵和分类,构建了适用于长时间序列乡村地域功能强度测度的评价指标体系,测度和识别了 2000-2020年北京不同乡村地域的功能强度及功能结构,分析和总结了研究期间北京乡村地域的功能结构演化过程及形成路径.结果表明:1)超大城市乡村地域不同功能的强度呈现出显著的区域差异,功能结构整体呈现从单一优势功能主导向多种优势功能主导的演化趋势;2)功能结构能够反映不同类型乡村地域发展的差异,基于功能结构的演化特征,可以将超大城市外围乡村地域的功能结构演化过程归纳为"功能强化升级式路径"、"功能调整转换式路径""功能综合完善式路径"3类发展路径;3)强化生活服务功能是当前城乡融合发展目标下推动超大城市外围乡村地域功能多元化和高质量发展的首要举措;4)通过分析优势功能及功能结构的演化过程,可以明确不同乡村地域的发展特征并指导其功能定位的制定,有利于分类推动超大城市外围乡村地域的多元化发展.研究结果丰富了乡村多功能理论的典型地域案例,可为超大城市外围乡村地域的功能定位设定及发展路径的决策和实践提供参考.

    乡村地域功能评价功能结构演化路径超大城市

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    手持式黄油桃可溶性固形物可见近红外光谱检测设备研制

    朱文杰黄文倩祝清震樊书祥...
    286-292页
    查看更多>>摘要：桃在鲜果市场中占有重要份额.可溶性固形物含量(soluble solid content,SSC)是衡量桃品质的重要参数,是挑选优质桃以及预测最佳采摘时期的重要决策依据.该研究开发了一款基于可见近红外光谱技术的手持式黄油桃SSC无损检测设备.该设备的硬件系统主要由微型光谱仪、卤素灯、OLED显示屏、微控制器以及自主设计的驱动电路组成.为了评估所开发设备的检测性能,采用北京平谷区种植的黄油桃作为样品进行验证.首先,获取校正集样品在680～940 nm范围内的可见近红外光谱,经5点平均平滑和最大值归一化对光谱预处理建立黄油桃SSC偏最小二乘回归模型并用于预测集样本的SSC分析,预测相关系数和均方根误差分别为0.947和0.728％,单果检测时间不超过2 s.为了提高模型精度和稳定性,将校正集和预测集合并后作为新的校正集进行建模,并将重新构建的模型对独立验证集进行预测,SSC预测值与实测值的相关系数为0.906,均方根误差为0.732％.采用分段直接校正算法将主机模型传递到从机.经过模型传递后,从机对独立验证集SSC的预测值与实测值的相关系数和均方根误差分别为0.865和0.919％.该手持式SSC检测设备可将SSC预测数据以蓝牙方式传输到手机客户端,借助手机定位功能,在地图上实现黄油桃SSC空间可视化分布.研究结果表明,该手持式SSC无损检测设备可以实现黄油桃SSC的准确测量,借助模型传递算法实现了模型在不同设备间的有效传递,避免了重复建模,可为该设备批量生产节约大量成本,具有广阔的应用前景.

    无损检测模型可见近红外光谱可溶性固形物黄油桃

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    采用X射线三维重构技术检测厚皮柑橘的体积可食率

    蔡健荣梁小祥许骞夏中岩...
    293-300页
    查看更多>>摘要：针对传统无损检测技术无法定量分析厚皮柑橘体积可食率的问题,该研究开发了一套线阵X射线图像采集和三维重构装置,包括果实旋转升降、数据采集、辐射防护及运动控制,实现厚皮柑橘果实的体积可食率检测.以"不知火"柑橘为检测对象,利用X射线投影图的信息熵为评价依据,根据果实大小对检测参数进行优化,得到X射线源的管电压为67 kV,管电流为0.92 mA,线阵探测器的积分时间为1ms.以旋转角度2.0°为间隔,在圆周方向采集180幅X射线投影图并生成正弦图,通过滤波反向投影算法将正弦图重构为切面图,再利用图像滤波、图像增强、阈值分割对切面图进行图像分割处理,分割出背景区域、果皮区域、果肉区域和空腔区域,然后基于区域面积比定义切面图像可食率.同时,测量了柑橘基本物理参数,计算了切面图像可食率,并建立了与柑橘体积可食率之间的相关关系.结果表明,切面图像可食率与体积可食率相关性最高,相关系数为0.93.最后,选择切面图像可食率作为数学模型的输入特征,利用线性回归模型对厚皮柑橘体积可食率进行定量分析,其预测集决定系数、预测集均方根误差、相对分析误差分别为0.86、4.81％和2.71.综上,利用X射线三维重构技术对厚皮柑橘体积可食率进行无损检测可行,可为其他农产品内部品质无损检测提供参考.

    无损检测X射线成像三维重构切面图像柑橘体积可食率

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    介质阻挡放电低温等离子体处理对小麦种子活力及幼苗生理的影响

    齐先科李淼李彩虹渠琛玲...
    301-309页
    查看更多>>摘要：为揭示低温等离子体处理对小麦种子活力及幼苗生理特性的影响,该研究以济麦22、百农307为处理对象,对其进行不同时长(0、6、9、12、15 s)的介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)低温等离子体处理,分析其对小麦种子萌发、幼苗生长、种皮形态结构、幼苗代谢生理及抗氧化性指标的影响.结果表明:以氩气为气源的DBD低温等离子体处理明显提高了小麦种子发芽率及其幼苗根苗长、鲜干重、活力指数;各处理时长条件下小麦种子吸水率均有所增加,当处理时间为9s时,两种小麦种子的吸水率增幅最大,分别显著增加了 6.4％(济麦22)、5.9％(百农307)(P＜0.05);小麦种子接触角随处理时间的延长而逐渐减小,表明其润湿性能逐渐提高;处理9 s时小麦的种皮结构组织轮廓模糊,呈现明显裂纹;处理后小麦种子的新生幼苗中光合色素含量、可溶性蛋白含量均得到不同程度的增加;处理后小麦种子的新生幼苗抗氧化能力有所提高,当处理时间为9 s时,两种小麦幼苗中的丙二醛含量降幅最大,分别显著降低了 15.6％(济麦22)、18.0％(百农307)(P＜0.05).因此,DBD低温等离子体有效改善了小麦种子活力及其幼苗生理特性,可作为潜在的种子强化方法用于提高作物生产中的种子质量及促进后续小麦生长.

    低温等离子体种子活力小麦形态结构代谢生理抗氧化性

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