通用农业环境信息监控系统ReGA网关设计

无线传感器网络(WSN)在农业智能化应用中具有良好技术优势和广阔应用前景,网关作为WSN连接外界应用系统的桥梁,在WSN中具有重要作用。已有网关设备主要针对特定应用系统提供数据汇集与转发功能,很少具备监测区域信息组织管理能力。该文以设计通用农业环境信息监控系统架构为背景,提出一种基于WinCE系统的可配置WSN网关体系结构(ReGA),在完成监测数据和控制指令转发的基础上,实现现场可视化设备和监测数据综合管理。ReGA的可配置体现在支持环境监测类型、监测节点属性动态配置,通过定义网关与上下层的交互协议,支持交互指令和封装参数的可配置,系统结构高内聚、低耦合。试验证明ReGA可靠性高,可灵活应用于农田、水产、林业、温室等不同领域。

北京市农业用水问题及对策研究

北京市为资源型重度缺水地区,水资源的需求量随着经济发展和人口的增长而骤增,供需矛盾日益加剧。农业用水是用水大户,接近全市用水的40%。水资源紧缺导致北京农业水资源严重不足,而农业用水浪费现象还普遍存在,节水农业是解决北京水资源问题的重要途径之一。概述了北京地区的农业水资源的现状,阐述了北京农业用水特点,分析了农业用水中存在的主要问题,从优化种植结构、雨洪利用、农艺节水、工程节水以及管理节水等方面提出了农业节水的对策措施和建议。

数字植物及其技术体系探讨

数字植物是数字农业的基础,是利用数字化方法研究植物,并为植物生命系统和农业生产过程的数字化表达、生长建模、过程模拟、可视化计算分析、协同科研实验、成果共享及集成应用提供信息服务和技术支撑平台。探讨数字植物及其技术体系对数字农业有重要的意义。本文介绍了数字植物的概念和内涵,分析了数字植物的基本研究问题,在此基础上探讨了数字植物的科学内涵和技术支撑体系,并讨论了该技术体系建设的重点和应采取的对策方法,以期为数字植物的进一步发展提供有益参考。

农产品生产过程信息管理系统中软件自动升级方法

农产品生产过程信息管理系统的升级是影响系统应用的重要环节。设计了一种适合农业企业使用的软件升级方法,构建了软件升级流程,并采用C#开发语言实现了升级程序,能通过网络来完成系统的自动升级,解决了困扰农产品生产过程信息管理系统使用中升级成本高、现场指导困难的问题。

数字植物研究进展:植物形态结构三维数字化

数字植物围绕农林植物生命、生产和生态系统的多维信息高效感知和认知的理论、技术和方法,通过多学科交叉合作,研究农林植物-环境3D数字化、高通量信息获取、情景感知、信息融合、结构和功能模拟、数字化设计和精准管理决策等数字农业的关键性、基础性以及共性理论和技术问题。植物形态结构的三维数字化是数字植物研究的重要组成部分,近年来很多学者从植物组织、器官、植株和群体等不同尺度,或者从植物根系和地上部等不同视角,围绕植物形态结构的参数测量、几何结构解析、三维模型构建、结构与功能建模,以及三维植物模型真实感展现等需要,开展了更深入的研究。在组织尺度方面,随着MRI、CT、显微成像等技术产品的不断成熟,使得利用这些先进测量仪器获取和测量植物组织内部结构数据成为可能,并被越来越多的研究者采用,成为进行植物内部形态结构测量和分析的有效手段。在植物根系的三维数字化方面,由于植物的根普遍生长在土壤里,观察和测量十分困难。虽然近年来XCT、MRI等穿透射线成像技术已越来越多地用于根系的形态结构探测,但这类技术往往仅能获取范围较小的根系局部数据,且价格昂贵。因此植物根系形态结构的准确、无损(原位)、快速测量仍然是一个挑战。在群体尺度方面,基于实测数据的三维重建逐渐成为植物群体三维重建的主要途径,研究者正试图从激光三维扫描仪获取的植物群体三维点云中提取群体的形态参数并实现群体的三维重构。而在三维植物模型的真实感绘制方面,如何准确地测量各种植物器官的光学特性并建立相应的数学模型是当前的研究重点,虽然已有不少研究者提出了相应的解决方案,但这些方法在便捷性和普适性方面仍然难以令人满意,有待更多深入研究。笔者最后结合相关领域的技术进展对数字植物的进一步研究进行了展望。

生物特征识别及其在大型家畜个体识别中的应用研究进展

生物特征识别具有稳定、可靠、不易伪造等优点,已广泛应用于个人身份识别中,随着对家畜疾病防疫和可追溯的需求,利用生物特征识别技术对家畜个体进行识别已成为一种趋势。综述了目前主流的几种生物特征识别技术,比较了不同技术的优缺点,分析了鼻纹识别、视网膜识别、虹膜识别三种技术在大型家畜个体识别中的应用,总结了生物特征识别技术在大型家畜个体识别中应用的趋势。

烟草花几何建模研究

为实现花冠联合植物的花朵几何建模,以烟草花为例,提出了一种基于球B样条曲线和参数曲面的花朵造型方法。通过对烟草花形态结构的观测分析,分别对雌蕊、雄蕊、花柄、花冠和花萼的几何形状进行了数学描述,提取了模型控制参数;结合颜色渲染色和整个花的拓扑信息,实现了烟草花整个模型的建立。实验结果表明,该方法可以有效地对烟草花进行模拟,可控性强,建立的模型有较高真实感,为其他花冠或花萼联合的植物几何建模提供了方法。

园艺植物可视化研究进展

园艺植物是农林植物的重要组成部分,其可视化研究可应用于园林设计、作物疾病的监管以及产量预测等方面。综述了近年来园艺植物可视化的研究进展,首先探讨了园艺植物拓扑结构模拟现状,然后从参数化建模、基于图像的三维重建和基于测量数据的三维重建和交互式设计四个方面介绍了园艺植物形态建模的研究进展,阐述了应用于园艺植物真实感绘制方面的技术,并对园艺植物可视化的发展趋势进行了展望,对研究者开展相关领域的研究具有一定的参考和指导意义。

辣椒植株三维重构与可视化研究

为构建辣椒植株可视化模型,借助三维数字化仪获取了辣椒枝干、叶片和果实的真三维数据,结合球B样条曲线模拟了枝干的三维形态,利用NURBS曲面和T样条拼接方法建立了辣椒果实几何模型,描述节、果实的凹凸、顶端叶序等局部特征,在各器官的自动着生过程中,避免器官间的碰撞。模拟结果表明,该方法得到的模型较真实地反映了辣椒的诸多细节,具有较高的真实感,为辣椒三维形态交互设计和可视化模拟提供了技术支撑。

植物茎秆可视化研究

植物茎杆的可视化模拟对认知植物骨架结构及提高植株真实感具有重要意义。为模拟作物茎秆的外部形态,提出基于球B样条的植物茎杆模拟方法。首先利用数字化仪或三维扫描仪获取作物的真三维数据,然后根据不同作物的特点灵活选用样条基函数计算得到中轴线,并根据中轴线确定轮廓线,最后根据枝干的弯曲情况确定各点轮廓线的法向。文中利用不同表达形式的球B样条实现了辣椒、黄瓜、玉米三种作物的茎秆可视化模拟,并在玉米的模型中将球B样条推广到了任意轮廓外形的作物形态研究。实验表明,该方法得到的模型能够比较真实地反映作物茎杆的弯曲程度及诸多细节,适用于多种作物,具有一定的应用前景。

作物品质遥感监测预报研究进展

当前中国对优质农作物有巨大需求,部分优质农作物产品供不应求或依赖进口。通过监测作物生长过程而进行调优栽培,优化作物分类收获、分级收购加工体制,提高作物品质监控水平是保证作物品质的重要组成部分。遥感技术的发展为作物品质信息的监测和预报提供了快捷、低廉、无损检测的手段。本文综述了面向多种作物的品质遥感监测预报研究最新进展,归纳了作物品质遥感监测的主要模式,分析了作物品质遥感技术中存在的问题并进行了展望。

日光温室光辐射计算简便模型研究

以"京研迷你2号"黄瓜品种为试材,采用非线性回归的方法,建立了模拟任意时刻日光温室内各表面中的任意点的光辐射照度的模型,并设计了室内直接辐射与散射辐射的模拟计算方法。结果表明:日光温室内光辐射照度实测值与模拟值晴天的决定系数(R2=0.995 2,RMSE=8.841 2,RE=0.159 5,AE=3.413 2)比寡照的决定系数(R2=0.968 4,RMSE=12.015 6,RE=0.075 6,AE=7.573 3)高。在晴天的情况下,实测值的辐射照度在07:30时才有23W·m^(-2)·s^(-1),而在寡照的情况下,时间为08:00时为62W·m^(-2)·s^(-1),寡照情况比晴天的日照要落后30min。在寡照的情况下,当12:00时实测值为226W·m^(-2)·s^(-1),模拟值为237W·m^(-2)·s^(-1),而在晴天的情况下,当12:00时实测值为404W·m^(-2)·s^(-1),模拟值为400.257W·m^(-2)·s^(-1),寡照的太阳辐射比晴天的太阳辐射低一半。因此可以用太阳辐射照度的预测模型来预测温室内的太阳辐射。

基于地理坐标和多重加密的农产品追溯编码设计

统一的追溯码是实现农产品溯源的基础,该文设计了一种由产地位置码、产品码、生产日期码、认证类型码等部分组成的农产品追溯码,其中位置码采用经纬度坐标,并根据中国经纬度跨度的特点将中国划分为6大区域,通过编码换算将13位的经纬度产地位置码转换为10位的相对位置码和1位位置标识码;分别对生产日期码、产品码进行转换,转换后的生产日期码变为3位相对日期码和1位时间标识码,变换后的产品码为5位;将位置标识码、时间标识码和认证类型码进行排列组合生成验证码。此编码码长较短、便于输入,加密性较强,应用此编码进行农产品溯源可实现在脱离数据库的情况下追溯出产地位置、生产日期、认证类型等与质量安全密切相关的关键信息。

基于K均值聚类和开闭交替滤波的黄瓜叶片水滴荧光图像分割

为了监测温室黄瓜叶片湿润情况以计算叶片湿润时间并用于病害预警,利用K-均值聚类算法实现黄瓜叶片的水滴荧光图像分割。选择人工气候室培育的健康且洁净的黄瓜叶片作为试验试材,采用移液枪向叶面、叶缘部位上滴水,模拟不同的叶片湿润情形,使用荧光成像仪蓝光镜头在白天(07:00)和夜晚(18:00)分别采集图像。应用K-均值聚类算法在L*a*b颜色空间对水滴图像进行分割,首先要将原始图像由RGB颜色空间转换到L*a*b颜色空间,然后在在L*a*b颜色空间中利用a*b*二维数据空间的颜色差异,以欧式距离度量像素间的相似度,使用K均值对图像进行聚类,聚类得到的图像灰度化后进一步用数学形态学中的开闭交替滤波方法进行校正,最终完成图像分割。利用该方法对10幅含有不同水滴数量的黄瓜叶片荧光图像进行分割,为了验证该方法的有效性,分别采用基于H分量直方图分割算法、主动轮廓即C_V模型分割方法、融合K均值聚类和Ncut算法作对比试验。试验结果表明,该方法的平均匹配率、误分率相较于其他3种方法有明显的优势,平均匹配率为81.27%、平均误分率为9.57%,较之于其他3种方法,平均匹配率分别提高了44.11、11.50、10.90百分点,平均误分率分别降低了23.03、5.47和5.05百分点。该方法能够较为准确地将水滴从图像中分割出来,这为用计算机器视觉的方法监测黄瓜叶片的润湿时间提供了新的思路。

农产品快速图形化追溯系统构建

农产品快速图形化溯源是保障追溯过程可信度、增强追溯结果显示度、提高公众参与度的重要措施。该文以基于地理坐标和多重加密的农产品追溯码为编码方式,以Google Earth地图为展示工具,设计了以"正确性判断-追溯码解析-产地定位-属性追溯-结果显示"为主线的追溯流程;通过调用Google Maps API,采用.Net平台构建了基于B/S架构的农产品快速图形化溯源系统。系统通过在广州市农产品质量安全监管平台的使用表明,系统在满足一般属性追溯的同时,可快速定位到产地并以地图的形式展示,体现了溯源图形化、应急定位快速化的特点,有利于追溯系统的推广应用和质量安全突发事件的应急管理。

基于球B样条函数的烟草叶片虚拟实现

植物三维形态的可视化模拟是数字植物研究的基础。该文综合应用球B样条曲线和插值B样条曲面实现了以脉序作为结构骨架的烟草叶片几何建模。首先利用三维数字化仪等数据获取装置获取烟草叶片脉序主要形态特征点的三维坐标和厚度,然后利用球B样条曲线对脉序进行三维建模,生成叶片的形态骨架,与由插值样条生成的叶片曲面合成,实现了烟草叶片的三维重建和真实感显示。结果表明,该方法得到的烟草叶片几何模型与传统方法相比具有较高的真实感,为植物叶片叶脉尺度的高真实感几何建模提供了新的手段。

曲面建模方法在数字植物中的应用与展望

利用曲面建模方法实现植物形态结构的三维重构和真实感显示是数字植物研究的基础工作。本文对近年来曲面造型理论和技术的发展进行了介绍,着重阐述了参数曲面建模和隐式曲面建模技术在植物形态建模中的应用,分析了相关技术的各自优势,并对基于多边形网格的几何建模方法中一些新曲面造型技术在数字植物几何建模中的应用趋势进行了讨论,最后对曲面建模方法与数字植物研究的结合进行了展望。

植物三维形态数字化设计评价指标体系探讨

针对植物可视化建模与数字化设计技术及软件工具研发中存在的目标不明确、流程不统一、技术不规范、难以量化评价等问题,结合植物三维形态结构、形态建成过程特点和软件工程技术标准,探讨了当前植物三维形态数字化设计目标以及应用需求,提出了植物三维形态数字化设计的功能评价指标和技术评价指标,并以模糊综合评价模型为实例阐述了评价体系的应用。

基于模板的生菜参数化几何建模方法

为了对生菜进行快速三维重构,将逆向工程的思想引入到生菜几何建模中来,提出了一种基于参数模板的生菜几何建模方法。借助三维扫描设备构造具有多分辨率的生菜器官模板,分析生菜植株形态结构特征,提取特征参数,进而通过形态参数对模板进行控制,并最终组装成为参数化的生菜几何模型。试验结果表明,该方法可以快速、便捷地重构出具有较高真实感的生菜几何模型,对曲面难以构造的植物器官及植株几何建模具有一定的参考意义。

植物三维形态交互式设计软件需求分析探讨

数字植物是当前植物学研究的热点问题之一,植物三维形态结构建模是数字植物研究面临的首要问题,三维形态交互式设计是实现数字植物形态结构建模的重要技术手段之一。而面向科学研究、高校教学、品种推广、技术培训、虚拟仿真不同应用领域,对植物三维形态交互式设计软件产生不同的需求。本文对植物三维形态交互式设计任务和目标进行分析,并结合现有研究成果和应用实例,对相应的植物三维形态设计系统软件的系统设置、形态设计、动态模拟、可视化展示与计算等方面的需求进行探讨,以期为植物三维形态设计乃至植物虚拟仿真技术提供技术参考。