基于虚拟数据和旋转目标检测分析的大豆豆荚表型参数测量方法

为解决传统大豆考种过程中人工测量大豆豆荚表型参数耗时费力的问题以及现有的自动化测量方式存在的人工数据标注需求量大、环境适应能力弱、计算代价高等问题,本研究提出一种基于虚拟数据集生成和旋转目标检测分析的豆荚关键表型参数自动化测量方法,重点关注荚长和荚宽的测量。该方法基于YOLOv7-tiny提出一种改进的豆荚检测模型(CSL-YOLOv7-tiny),通过引入环形平滑标签使模型获得对旋转目标的检测能力,提升对无序摆放的狭长豆荚目标检测的质量。为避免人工标注训练数据,采用虚拟图像生成方法得到含标注信息的虚拟豆荚数据集和虚拟硬币与豆荚混合数据集。利用迁移学习策略,将模型从虚拟豆荚数据集迁移至虚拟硬币与豆荚混合数据集,积累模型对豆荚特征的提取能力。设计一种基于K-均值聚类的后处理方法,对检测到的旋转边界框进行分析,得到荚长和荚宽,以减少拍摄环境差异带来的测量误差。试验结果表明,在无任何训练数据标注的条件下,使用虚拟图像训练的CSL-YOLOv7-tiny对硬币和豆荚目标检测的最优mAP_(0.50)和mAP_(0.50∶0.95)分别达到了99.3%和78.0%,其模型大小和推理时间分别仅为12.92 MB和12.5 ms,荚长和荚宽测量的决定系数(R^(2))分别达到了0.94和0.86,与实际测量均值分别仅相差0.42 mm和0.02 mm。此外,通过对本研究提出的方法进行对比分析,验证了其在模型训练、轻量化部署以及不同考种环境适应能力上的优势。研究结果可为大豆豆荚表型参数的自动化、智能化测量系统的研发提供参考,为加速优质高产大豆的选育进程提供支撑。

睡眠脑电的关联维数和近似熵分析

睡眠的正确分期是睡眠研究的基础,脑电的非线性参数可以表征不同的睡眠状态。本研究计算睡眠脑电的关联维数和近似熵,通过统计和比较发现关联维数不随嵌入维数的增加而饱和,但其相对大小能有效区分各种睡眠状态;近似熵计算简单,性能稳定,可较好地表征不同睡眠期;相对关联维数和近似熵从不同角度表现了脑电(大脑)复杂性的相同演变规律清醒时复杂性最高,而且波动最大,随着睡眠加深,复杂性降低且变异减小,REM期复杂性基本介于S1期和S2期之间。

基于图像特征的越冬期冬小麦冠层含水率检测

以越冬期冬小麦冠层可见光图像为对象,研究基于图像特征的含水率检测方法。采用同态滤波与多尺度Retinex相结合的光照增强算法,消除自然条件下光照不均匀和颜色失真的影响,提取颜色、纹理和形态等39个初始图像特征,采用相关分析和假设检验进行显著特征筛选,并运用偏最小二乘回归建立冠层含水率检测模型。对淮麦30和烟农19 2个冬小麦品种的测试结果显示,检测相对误差均值为1.290%,方差为1.053,2个品种之间没有明显差异,而晴天、中午的检测误差稍大,表明研究的方法具有较高的检测精度和良好的适应性。

基于频域反射法的便携式土壤水分检测仪研制

根据土壤墒情监测的具体要求,研制了一种新型便携式土壤水分检测仪。基于频域反射(FDR)原理采集土壤容积含水量,采用标准的烘干称重实验对测量结果进行校正,并同时获取检测点经度、维度信息及实时时间,通过GPRS/GSM及时传送给远程数据中心和责任人。实地测试表明:土壤水分测量误差<3%,数据传输无误。该仪器性价比高,操作简便,适合农技人员使用,对土壤墒情实时监测和智能决策具有重要现实意义。

基于ARM和Android的通用化农田信息检测终端研究

为了提高复杂、多样的农田信息检测效果,运用通用化设计概念和高性能硬、软件技术方案,设计了一种便携式、可配置的农田信息检测终端。采用主流的ARM Cortex-A8嵌入式处理器与Android操作系统相结合的一体化架构,集成AD、232、485、USB传感器接口,按键、触摸屏、液晶屏人机交互模块,SD卡、USB、3G、Wi Fi、Bluetooth数据交换模块,北斗/GPS双模定位模块以及电源/电量计模块,定制、移植核心驱动程序和HAL库层、JNI接口层。测试及应用试验表明,检测终端可选择配接或同时配接模拟/数字式、电流/电压型以及视频/图像摄像头等多种类型传感器,实现对土壤及大气参数、作物图像和地理信息的采集,并具有多种模式的数据展示和交换功能;模拟信号检测误差小于0.669 5%,3G无线通信下载速率达1 248 Kb/s,整机最大功耗小于3.6 W,检测终端外观尺寸152 mm×83 mm×34 mm,整机质量仅330 g。该检测终端易于配置或二次开发,使用方便,满足农田信息的全面、高效和精准检测需求。

基于ZigBee的农业通用无线监测系统设计

根据农业监测的特点,采用低功耗ZigBee无线通信技术,设计一个多参数无线监测系统。遵循通用化和模块化设计思想,传感器和功能模块可组合配置,通用性强,使用灵活、方便。采用低功耗通信协议、芯片以及太阳能充电技术,延长监测电源寿命。该系统可广泛应用于设施农业、农业园区等场所的参数自动监测。

基于模拟座舱的驾驶疲劳实验研究

通过模拟实验研究影响驾驶疲劳的典型因素并探讨驾驶疲劳的评测方法。以模拟驾驶器为核心,结合操控能力、生理/心理测试、主观评价和行为特征,构建了模拟驾驶综合实验系统。设计了一套合理的实验方案,并开展了不同道路状况下长时间模拟驾驶对疲劳的影响、驾驶员不同作业时段的复杂反应、多导脑电的复杂性与驾驶进程关系等实验。实验显示,长时间驾驶对操控能力、反应时间、心率、主观疲劳都有显著性影响;高速公路环境下车速方差、主观疲劳比一般公路区别显著;驾驶员的心理疲劳程度受时段的影响较大;脑电的复杂度反映了驾驶疲劳的变化。研究结果为安全驾驶提供了有意义的指导,同时也验证了实验系统和实验方案的合理性,为进一步的研究工作打下了基础。

脑电近似熵分析的思维分类识别

以近似熵为指标,分别计算6导脑电信号的复杂度,作为神经网络分类器的输入特征向量,对5种思维任务进行分类识别.测试结果表明,针对5次练习的均值而言,平均识别率为73%,说明利用多导脑电的复杂性进行思维辨识是可行的.

基于聚类和异常检测的作物监测数据预处理研究

针对作物建模过程中监测数据存在的时间段识别分段以及异常数据问题,研究自动、有效的数据预处理方法,以期为后续分析和建模提供可靠的样本。采用改进后的聚类分析对监测获得的多维时间序列数据进行分类,进而获得连续、全面、均匀的时间段,在此基础上,根据样本数据规模选择合适的异常检测准则,用于异常数据检测和处理。通过对黑豆以及番茄、南瓜、黄瓜等作物监测数据的聚类分析及异常检测处理,高效地筛选出适合分析和建模的数据样本集。研究表明,聚类分析与异常检测相结合的数据预处理方法有效避免了作物监测实验中存在的误差和干扰,提高了数据分析与建模的质量和效率,在作物模型尤其是小样本作物模型的研究和应用中具有潜力。

远程农业监测信息系统设计与实现

针对农业信息远程监测服务需求和物联网农业应用背景,设计开发了农业信息远程监测和服务系统。系统将无线数据采集、远程数据传输和网络服务相结合,实现了远程、多目标、多参数的农业信息实时采集、显示、存储、查询和统计等功能。系统通用性和扩展性较强,在数字农业、农作物防灾减灾等领域具有良好的应用前景。

脑电复杂性的一种新特征

为了反映大脑的不同生理功能和状态 ,提出一种度量脑电复杂性的新特征。采用奇异系统分析方法 ,对一维脑电信号进行延迟重构、奇异值分解和主分量分析 ,用累积贡献率 95 %所需的主分量个数作为脑电复杂性指标。对睡眠脑电的分析实验表明 ,主分量个数与脑电的复杂性正相关。这一特征能明显表达脑电的复杂性 。

越冬蜂群调温机理仿真

蜜蜂能够自组织地通过新陈代谢和调整蜂群分布等行为来调节蜂巢的温度。以蜜蜂智能体及蜂巢内温度场为仿真对象,研究不同蜂群规模、初始环境温度以及蜜蜂个体的移动规则对越冬期蜂群调温机制的影响,揭示其内在机理。模拟结果显示,在蜂群调温过程中,其宏观分布变化遵循"水滴形——饼形——环形"的规律;蜜蜂的数量越多,则蜂巢的中心温度越高,且蜂群调控温度的时间越长;初始环境温度与蜂巢内部的平均温度及蜂群调温过程耗时皆呈负相关关系。

睡眠脑电的信息熵和近似熵

计算不同个体、不同睡眠状态下脑电信号的信息熵和近似熵,研究两者在表征睡眠状态方面的特点。

R-R间期分析与睡眠分期

研究心脏节律与睡眠结构之间的关系。以MIT/BIH睡眠数据库记录的R -R间期为分析对象 ,采用典型的心率变异分析方法以及计算RRI序列的平均频率、搏间自相关系数、LZ复杂度 ,将结果与数据库中睡眠分期标注进行比对。结果显示时域、频域及非线性分析从不同角度、不同程度上反映了心率变异与睡眠分期之间的联系 ,并且有些方法能较好地表达睡眠状态的变迁。本文结果有助于利用多生理参数研究睡眠分期。

改进G-P算法与睡眠脑电的关联维

脑电的非线性参数能有效表达大脑的不同生理状态 ,不同睡眠期脑电的关联维数不同。但用G P算法求关联维数存在抗干扰能力较差、可靠性不稳定、运算量巨大等缺点。先对相空间进行奇异谱分析 ,进而对原始相空间进行旋转 ,使其成为正交的等效空间 ,然后再使用G P算法。改进后的算法能有效地抑制噪声干扰 ,降低相空间规模 ,减少运算复杂性 ,在睡眠脑电的关联维数计算上效果良好。

睡眠中血压信号的关联维数计算

计算慢性阻塞性睡眠呼吸暂停综合症(OSAS)患者夜间血压的关联维数D2 ,并研究它和睡眠状态的联系。从替代数据检验结果和重构相空间轨迹看,血压信号具有一定的非线性确定性,但用GP算法计算D2时,D2值没有出现明显的饱和现象。统计并比较不同个体、不同睡眠状态下血压的D2值,在睡眠周期较完整时D2值较好地反映睡眠状态的变化:处于清醒、快速眼动期及浅睡时D2值较大,睡眠加深时D2值变小,表明相对D2值具有一定的应用价值。

生理参数热舒适评价中的穿戴式数据采集模块设计

基于生理参数的热舒适评价是热环境质量评估的新方法。为了提高该方法的实用性,设计了一种穿戴式、多生理参数采集模块。以Zig Bee技术为核心,采用聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜传感器、半导体温度传感器和Ω/V变换原理分别检测脉搏、皮肤温度和皮肤电阻。实验结果表明:模块可靠采集腕部的皮肤温度和皮肤电阻,并从脉搏信号获取心搏间期序列,数据发送正常。该模块适合在自然状态下采集生理信号,有利于研究和应用多种生理参数综合评价热舒适性。

电子系统设计中常用串行接口及其应用

串行接口是现代电子系统设计的主流技术,然而串行总线种类较多,其协议、时序和器件较为繁杂,给学生理解、掌握和应用带来困难。本文在介绍串行接口基本概念的基础上,重点分析、比较了几种最常用的串行扩展接口和串行通信接口,并设计了一个基于单片机的串口应用小系统。本文对电子信息专业本科生学习和应用具有参考价值。

程控放大器设计的方法总结与分析

程控放大器广泛应用于数据采集系统和自动化仪表。程控放大器设计是电子系统设计课程的重点和难点内容之一。文章归纳了五种程控放大器设计方案,比较了各自的特点,并分析了放大器设计中增益与带宽关系。本研究有助于电子信息工程专业学生对相关课程内容的理解,提高在综合实践、毕业设计、电子设计竞赛和应用开发中的创新能力。

“电子系统设计”教学的问题分析与方法探讨

"电子系统设计"是电子信息工程专业的核心课程,是衔接多门前修课程与工程设计之间的桥梁。本文分析了教学内容、课堂教学、实践教学等环节存在的主要问题,并探讨了有针对性的改进措施,有利于提高课程教学效果和学生的实践创新能力。