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[期刊] 湖南农业大学学报(自然科学版)
[作者]
刘斌 汪威良 刘清 聂俊飞 马世祥 郭连波
采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术并结合在锌基板上液固转换的样品处理方法，对标准水溶液样品中Fe、Mn进行检测，并根据标准曲线法建立Fe、Mn的定量模型；再利用所建立的LIBS定量模型，对洞庭湖区地下水实际水样中Fe、Mn含量进行检测，并与电感耦合等离子体质谱法(ICP–MS)的检测结果进行比较。结果表明：得到Fe、Mn的LIBS定标曲线的决定系数均大于0.98，相对标准偏差均为4.3%，留一交叉验证均方根误差分别为0.024、0.007 mg/L,Fe、Mn的检出限分别为0.028、0.008 mg/L；采用LIBS对洞庭湖地下水实际水样中Fe、Mn含量检测的结果与ICP–MS的检测结果基本一致，平均相对误差小于10%。
[期刊] 湖南农业大学学报(自然科学版)
[作者]
刘斌 汪威良 刘清 聂俊飞 马世祥 郭连波
采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术并结合在锌基板上液固转换的样品处理方法，对标准水溶液样品中Fe、Mn进行检测，并根据标准曲线法建立Fe、Mn的定量模型；再利用所建立的LIBS定量模型，对洞庭湖区地下水实际水样中Fe、Mn含量进行检测，并与电感耦合等离子体质谱法(ICP–MS)的检测结果进行比较。结果表明：得到Fe、Mn的LIBS定标曲线的决定系数均大于0.98，相对标准偏差均为4.3%，留一交叉验证均方根误差分别为0.024、0.007 mg/L,Fe、Mn的检出限分别为0.028、0.008 mg/L；采用LIBS对洞庭湖地下水实际水样中Fe、Mn含量检测的结果与ICP–MS的检测结果基本一致，平均相对误差小于10%。
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
欧阳爱国 刘晓龙 李斌 林同征 刘燕德 黄敏 宋烨
采用激光诱导击穿光谱(LIBS)结合化学计量学的方法对柑橘叶片黄龙病进行定性检测。试验结果显示:柑橘叶片中营养元素P(Ⅱ)、Mn(Ⅰ)、Si(Ⅰ)和Fe(Ⅰ)的LIBS信号强度与柑橘叶片的健康程度有直接关系,其中健康、中度感染黄龙病和重度感染黄龙病的柑橘叶片中P(Ⅱ)、Mn(Ⅰ)、Si(Ⅰ)和Fe(Ⅰ)的特征光谱强度呈依次减少的关系;然后再分别建立5个特征光谱以及采用光谱融合方法将5个特征光谱融合的偏最小二乘判别分析(partial least square discriminant analysis, PLS-DA)模型,并对其判别模型进行分析,其中Fe(Ⅰ)的RMSEC为0.394,R_c为0.871,总误判率为23.1%;RMSEP为0.454,R_p为0.841,总误判率为26.6%。光谱融合的RMSEC为0.341,R_c为0.905,总误判率为15.5%,RMSEP为0.395,R_p为0.867,总误判率为22.7%;利用归一化、多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)和正交信号校正(OSC)4种预处理方法对原始光谱进行预处理,并建立PLS-DA模型。研究结果表明,利用LIBS技术结合OSC光谱预处理和PLS-DA建模方法,模型的RMSEC为0.027,R_c为0.994,总误判率为0;RMSEP为0.023,R_p为0.995,总误判率为0,对3种类别的柑橘叶片能进行较好地分类。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
施沈城 胡梦云 曾和平
激光诱导击穿光谱（laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS）技术是一种基于原子发射光谱对物质成分进行快速分析的技术，由于具有简单、快速、可实时原位分析等多个优点而成为光谱学领域的研究热点，但同时也存在重复性差、等离子屏蔽效应以及基体效应等问题。随着对LIBS技术研究的深入以及激光技术的发展，出现了诸如纳米颗粒辅助增强、金属基底辅助、等离子体约束、光丝诱导技术光谱（filamentinducedbreakdownspectroscopy,FIBS）以及等离子体光栅诱导技术光谱（plasma-grating-inducedbreakdown spectroscopy,GIBS）等多种改进方法，这些方法的实际应用也有报道。该文从LIBS技术的原理出发讨论相关问题出现的原因，并对其中几种改进方法进行介绍，最后展望了该技术未来发展的趋势。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
李雅 张增强 唐次来 易磊
为了研究零价铁去除水中Cr(Ⅵ)的效果及影响因素。在实验室条件下,通过批试验,考察了铁粉预处理、铁粉用量、初始pH及阳离子对六价铬去除的影响。结果表明:零价铁能够有效、快速的去除污染水体中的六价铬,机理为氧化还原和共沉淀;其去除率受铁粉预处理、铁粉投加量、初始pH及阳离子的影响;在酸性条件下,Fe2+浓度可以作为六价铬是否完全去除的指示剂。
关键词：
零价铁 六价铬 地下水 氧化还原 共沉淀
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
张增强 唐次来 邵淼 赵秋丽
通过柱实验,考察了200~300目的还原铁粉(Fe0)在加入活性炭、粉煤灰及不同停留时间不同Fe0/C质量比的条件下对模拟浅层地下水中硝酸盐污染的去除效果。结果表明,加活性炭能促进Fe0还原硝酸盐,而且使得出水氨氮最大降低近50%,而粉煤灰却导致硝酸盐还原率降低15%~40%;停留时间对硝酸盐的去除率有重要影响,延长硝酸盐在反应区的停留时间有利于硝酸盐的去除;活性炭粒径对硝酸盐还原的影响差别不明显,但粒径为0.25 mm(60~80目)的较2~4 mm的更有助于降低出水的铵氮;在铁粉量相同时,不同Fe0/C质量比对硝酸盐的去除无明显差异,但当其比值为2时,出水氨氮质量浓度低于0.5 mg/L,...
关键词：
硝酸盐 零价铁 活性炭 地下水
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
姜长城 何林 姜志康 冯万欣 林新贵 易根苗 梁良
由于激光诱导等离子体辅助烧蚀(LIPAA)在玻璃表面金属化加工中具有经济、环境友好且高效的特点,该文研究了在纳秒激光下以金属铜作为牺牲靶材,于玻璃基板上采用LIPAA工艺实现直接平面金属化的可行性。为此,对逐行扫描LIPAA制备的玻璃基板上平面金属层的形态和化学成分进行了详细表征;进一步,结合扫描电子显微镜及X射线能谱分析仪对试件在不同激光扫描速度、线间距、激光功率及频率下金属化的表面形貌演变进行了深入分析,揭示了以上加工参数对玻璃表面金属化覆盖率及形貌的影响规律。实验结果表明,当激光功率为20 W,激光频率为20 kHz,激光扫描线间距为2.5μm,扫描速度为300 mm/s时,玻璃表面的金属化可实现全区域覆盖且厚度适中。
[期刊] 中国农业科学
[作者]
李朋磊 张骁 王文辉 郑恒彪 姚霞 朱艳 曹卫星 程涛
【背景】快速、准确地估算水稻产量对于肥水精确管理及国家粮食政策的制定至关重要。高光谱与激光雷达遥感作为2种不同的主被动监测技术,为水稻长势信息获取提供了多样化手段。【目的】对比2种遥感监测手段在不同生态点的独立数据集中的验证精度,寻求可移植性强的产量估算模型,对水稻长势监测提供理论与技术支撑,及为精确农业提供科学指导具有重要意义。【方法】本研究通过实施3年(2016—2018年)包含不同地点、不同品种与不同氮素水平的水稻田间试验,在抽穗后各时期同步获取点云数据和光谱数据,结合线性回归与随机森林回归来估算产量,探究抽穗后点云数据与光谱数据估算水稻产量的差异;同时评估产量模型在不同数据集的时空可移植性,寻求可移植性强的产量估算模型。【结果】利用点云数据估算产量的精度(R~2=0.64—0.69)优于光谱数据的估算精度(R~2=0.20—0.58);基于线性回归的产量估算模型,其验证精度明显优于基于随机森林回归的产量模型;产量模型在同一生态点的可移植性更强(不同生态点:RRMSE 16.69%—17.85%;同一生态点:RRMSE 11.37%—12.41%)。【结论】本研究为抽穗后水稻产量监测提供了新的方法和不同遥感手段的性能比较,为收获前作物产量的实时估算提供重要支撑。激光雷达技术凭借其全天候工作的特点,在长江中下游水稻产量实时监测中有着较好的应用前景。
关键词：
水稻 产量 激光雷达 高光谱 回归模型
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
丁子予 岳学军 曾凡国 时浩文 彭文 肖佳仪
为解决传统的种子活力检测方法存在耗时长、损伤种子等问题，实现种子活力的快速无损检测，分别利用机器学习和深度学习算法结合高光谱成像技术构建玉米种子3个活力梯度分类模型，通过人工老化方式将1 012粒玉米种子分为3个活力梯度样本，采集其高光谱数据后通过卷积平滑（SG）和多元散射校正（MSC）去除高光谱噪声，分别采用主成分分析（PCA）、连续投影算法（SPA）进行光谱特征降维，再从降维后的波段中抽取1 156、1 191和1 463 nm 3个波段合成假彩色图像，用局部二值模式（LBP）提取感兴趣区域的纹理特征，并与纯光谱特征融合。分别基于纯光谱特征构建决策树（DT）和支持向量机（SVM）模型和融合特征建立随机森林（RF）、SVM和极端梯度提升树（XGBoost）模型等机器学习模型。将假彩色图像输入ResNet18、MobileNetV2、DenseNet121、Efficientb0、Efficientb2等5个深度学习模型中进行玉米种子活力预测。结果显示，就机器学习方法而言，针对纯光谱特征表现最好的是PCA-SVM模型，其测试集准确率为92.5%；针对融合特征表现最好的是SVM模型，其测试集的分类准确率为93.1%；就深度学习方法而言，轻量化的MobileNet取得最高的测试集分类准确率99.5%；基于可解释的梯度定位类别激活映射方法表明，分类网络会重点关注玉米种子的中部或基部区域。
[期刊] 南京农业大学学报
[作者]
王浩云 李晓凡 李亦白 孙云晓 徐焕良
[目的]为解决水果品质无损检测中成本、效率、精度问题,提出了一种基于高光谱图像和三维卷积神经网络(3D-CNN)的苹果高光谱多品质参数同时检测方法。[方法]使用高光谱成像系统获取400～1 000 nm波段的苹果样本的高光谱反射图像并使用S-G平滑法对原始图像进行去噪处理,在此基础上,对采集到的高光谱图像通过多感兴趣位置的选取以及间隔波段抽取重组的方法进行样本扩充,再利用三维卷积神经网络建立样本扩充后的苹果高光谱图像与苹果糖度、硬度、含水量的多任务学习模型,通过该模型实现对苹果的糖度、硬度、含水量等品质参数的无损检测。[结果]采集245个苹果的高光谱图像及其对应的品质参数信息,通过样本扩充的方法将原始数据集扩充至9 800个样本后进行建模和验证。结果表明:本算法建立的苹果糖度、硬度、水分的分类模型,在糖度类间隔为1°Brix、硬度类间隔为0.5 kg·cm~(-2)、含水量类间隔为10%的情况下,糖度、硬度、水分的预测准确率分别为93.97%、92.29%和93.36%,回归模型糖度、硬度和水分的相关系数最高分别达到0.827、0.775和0.862,比最优的传统算法分别提高15.0%、17.0%和17.2%。[结论]本算法能够较准确实现苹果高光谱多品质参数同时检测,且相对传统方法预测精度有较大提升。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
张莹莹 周俊
为探索激光雷达在农业机器人环境理解和导航中的应用,研究一种基于改进DBSCAN算法的果园树干检测算法。该算法使用自适应密度阈值和聚类半径对不同距离处数据点进行聚类和整合,以克服DBSCAN算法对全局变量值敏感的缺点。针对激光雷达可能扫到地面造成机器人误检的问题,采用机器人航位推算模型计算当前帧数据中待定类的距离,通过与前一帧数据中对应类距离的比较判定待定类的类别,进而对地面干扰类进行排除。试验结果表明:1)机器人正常行走时本算法能够排除噪声准确识别树干类点;2)存在果树分枝或地面干扰时,有少量漏检,平均误判果树数目为-0.13棵,能够区分出地面类和果树类。该研究可以应用到农业机器人果园环境理解...
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
秦运柏 徐汶菊 朱君
在圆拟合定位算法的基础上,采用增加预处理的方法进行改进,通过改进后的自适应TV修复技术去噪滤波等处理,提高了定位光斑中心位置的精确度。基于Matlab软件进行了改进实验验证表明:采用自适应TV(tolal variation)修复技术能够提供更为准确的中心坐标;在光斑夹杂噪声的情况下,光斑中心横坐标误差小于2个像素,而纵坐标误差在1个像素之内,验证了算法具有较高的精度。
关键词：
光斑中心定位 TV修复技术 圆拟合法
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
余霞 缪亦涵 张栩嘉 张子夫
依托本科生科研课堂实验课程研究成果，报告了一种基于波导增强的拉曼探头的食用油检测实验方案。在科研课堂教学研讨过程中，首先对拉曼信号的产生和波导增强的理论模型进行了深入的仿真和分析，然后结合食用油智能分类的具体应用场景，引入了PCA-UVE-ELM算法，实现了对不同拉曼信号的增强和分类，且该算法具有良好的可扩展性。本实验课程还对实验方法、实验步骤进行了改进设计，旨在提高学生的科研兴趣，培养他们的创新思维和钻研精神。
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
刘思伽 田有文 冯迪 张芳 崔博
苹果果实易发生病害，传统的苹果病害的检测不适应苹果分级在线检测的要求。为了实现病害苹果快速、有效的在线检测，采用高光谱成像技术对寒富苹果的炭疽病、苦痘病、黑腐病和褐斑病的病害果进行无损检测研究。根据正常区域与病害区域光谱相对反射率差异，提出改进流形距离方法。综合计算病害与正常区域，病害与果梗／花萼区域，正常与果梗／花萼区域的光谱相对反射率的总改进流行距离Ｌ值，从而从全波段中选择了３个特征波段，分别为７００，７６５，９０４ｎｍ。对７００ｎｍ特征波段下的图像进行阈值分割，以此获得掩膜图像，并对掩膜后的图像二次阈值分割提取感兴趣区域。将３个特征波段下对应的光谱相对反射率分别组合，作为ＢＰ神经网络的输．．．
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
杨凯 何昱廷 李沃霖 祝志慧 王巧华
为提高全蛋粉掺假检测的准确度和检测效果，应用近红外光谱技术对全蛋粉掺假进行定性判别并对掺假含量进行定量分析。分别采用标准正态变换、多元散射校正、卷积平滑、归一化、一阶导数、二阶导数等6种不同预处理方法，对原始光谱数据进行预处理，采用竞争性自适应重加权算法（CARS）、连续投影算法（SPA）及CARS-SPA结合算法对光谱数据进行特征波长筛选，建立集成学习（ensemble learning,EL）模型对掺假蛋粉进行定性判别，建立偏最小二乘模型（PLSR）对掺假含量进行定量分析。结果显示：在对掺假蛋粉进行定性判别方面，一阶导数为最佳预处理方法，CARS算法特征筛选效果最佳，EL模型对掺假蛋粉样本总体判别准确率达到98.18%，对各类掺假蛋粉样品的判别准确率在97.78%以上。在对掺假蛋粉含量进行定量分析方面，多元散射校正为最佳预处理方法，CARS算法特征筛选效果更佳，对一组分掺假、二组分掺假、三组分掺假和所有掺假样本的PLSR浓度预测模型的预测集相关系数（Rp）分别为0.958 5、0.931 2、0.945 6和0.955 8，均方根误差（RMSEP）分别为4.689 1、5.813 4、4.604 1和3.802 9。研究结果表明，近红外光谱技术可用于蛋粉掺假检测，为监管机构检测蛋粉掺假提供参考。
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