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  • 2022年 第34卷 第1期
    • 主       编:吴文斌
    • 创刊时间:1989年
    • 出版周期:双月刊
    • 国内刊号:11-4922/S
    • 国际刊号:1672-0423
    • 主管单位:中华人民共和国农业农村部
    • 主办单位:中国农业科学院农业资源与农业区划研究所
    • 出版单位:《中国农业信息》 编辑部
  • 出版日期:2022-02-25

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    2022年 第34卷 第1期
    刊出日期:2022-02-25
      
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    带摘要目录
  • 史云,沈磊,陈山,赫润天,文治颖,刘昱麟,米志文,苏宝峰
    2022.34(1):1-10[摘要(123)][PDF(1073.83 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 果树冠层信息是反映果树生长状况的重要参数,准确提取果树的冠层信息对于果园的精细管理十分必要。【方法】 文章以苹果树和桃树为研究对象,利用无人机遥感获取果园影像数据,首先通过Mask R-CNN实例分割算法对果园果树冠层进行逐一分割,同时提取果树冠幅和冠层面积信息。然后利用果园正射影像结合QGIS软件,对果树冠层位置信息进行提取和可视化并通过目视解译对果树冠层参数信息提取结果进行评估。【结果】 当交并比为0.5时,模型检测分割结果最优,测试集语义分割精确度为66.3%,目标检测精确度达到63.9%。总体冠层面积实测值与模型预测面积之间的平均相对误差为12.44%,均方根误差为0.5 m2。冠幅实测值与模型预测的面积之间的平均相对误差为16.39%,均方根误差为0.39 m,在一定范围内验证了模型对冠层面积和冠幅信息提取的可靠性。【结论】 结合无人机遥感数据和Mask R-CNN实例分割算法可有效地将果树冠层分割出来,并且能够较为准确地提取果树冠层的相关参数信息,可为果园的精细管理提供一定的技术支撑。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220101

  • 李会宾,史云,张保辉,李丹丹
    2022.34(1):11-18[摘要(88)][PDF(782.24 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 苹果产量的早期预测对于市场供需关系、果农、消费者都有重要的影响,准确预估苹果产量具有重要的理论和应用意义。【方法】 文章提出了一种利用卷积神经网络和长短期记忆网络进行苹果产量预测的方法。利用由果树图像数据中获得的果树苹果数量,和由果园无人机图像获取的果树树冠面积作为特征信息,再经过该文提出的卷积—长短期记忆网络,获得每棵果树的预估产量。【结果】 该文使用5种评价标准,分别是预测误差概率密度、预测绝对误差、均方误差(MSE)、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE),经过实验验证,该文所述方法的均方根误差RMSE最优可以达到9.16。【结论】 该文所述方法依据果树的图像与果园的无人机图像,可以较好地预估苹果产量,为大规模果园产量预测提供技术支撑。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220102

  • 郭涛,陈鸿文,李疆,邱霞,王思
    2022.34(1):19-26[摘要(85)][PDF(922.25 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 传统数字化果园管理中存在数据存储分散、数据处理效率低、服务能力弱和整个生命周期的农业生产数据缺乏等问题,开发集数据存储、管理、挖掘分析和决策支持等功能于一体的果园大数据智能管理与服务平台迫在眉睫。【方法】 文章通过结合“空-天-地”一体化、数字农业、智慧农业等理念,集成深度学习、概率图模型和知识图谱等人工智能方法,开发了果园大数据智能管理与服务平台。【结果】 平台实现了果树数量自动统计、地理环境感知、农机设备自动化精准感知、果园生产周期数据管理和智能化更新功能,同时平台还提供水、肥、药智能决策服务和智能农机生产作业管控服务。【结论】 该平台在成都市龙泉驿现代农业园区进行应用,实现了桃园生产大数据的智能管理和提供精准生产指导服务。该平台的实现为促进果园智能管理和精准生产指导服务提供技术参考,对实现果园智慧化管理具有重要意义。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220103

  • 赵立成,刘园,温彩运,张士博,吴清滢,梁社芳,张素心,王淇锋,游振宇,史云,吴文斌,王聪,段玉林,宋茜,陆苗,余强毅
    2022.34(1):27-40[摘要(97)][PDF(675.09 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 农作物空间分布信息是支撑相关科学研究与政策制定的重要依据。当前农作物空间分布遥感分类在理论和技术方法方面取得了长足的发展,但仍面临一些难题,包括地面样本数据的获取困难、作物特征选择存在主观性和冗余、特征构建过程中缺乏针对性和代表性等,导致农作物空间分布遥感分类的效率与精度不足。【方法】 针对这些问题,文章开展快速、准确、低成本的样本获取、特定作物分类的最优特征构建与优选,并分别选择多个研究区开展实证研究。样本获取方面,开发基于“视田”众包的样本获取平台,通过迭代更新的任务采集和历史样本库的方式高效获取地面样本。作物分类方面,提出遗传规划算法为不同作物提取差异化的特征,通过遗传进化思想实现定制化特征的构建,能够在原始特征的基础上构建高层次特征。【结果】 在北方地区,利用“视田”众包工具,由8名工作人员2天内完成了位于义县、辽中区、新民市及开原市4个区域的水稻、玉米、大豆和花生的样本采集,内业工作人员同步进行分类并迭代样本需求,分类的总体精度均大于90%,kappa系数均高于0.87。在南方地区,位于湖北省枝江市区域的春秋两季作物分类结果的总体精度均大于94%,kappa系数均高于0.86。【结论】 该文提出了一套快速、高效开展农作物遥感分类的技术体系:利用众包采集快速扩大样本数量,同时利用遗传规划算法提高样本训练效率。在不同区域、不同作物类型研究区应用,可实时、准确生产农作物空间分布图,总体效果稳定,在支撑科学研究与政策制定方面具有较强的应用前景。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220104

  • 褚煜琴,张保辉,史云,钱建平
    2022.34(1):41-47[摘要(82)][PDF(641.82 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 为农业绿色发展提供时空大数据、环境监测数据、作物生长数据等数据支撑。【方法】 文章利用遥感解译技术、地理信息技术、空间数据可视化技术,开发了一套农业绿色发展数据移动采集系统。系统支持在手机移动端搭建绿色农业试验基地实场景,实时采集各类实验和环境数据,并查看数据曲线;运用模型对实验采集的各类数据运算后进行评价、分析和排名。 【结果/【结论】 系统使用方便,传输稳定,可靠性高,有效提高研究人员的工作效率,系统可应用于绿色农业多场景多类型数据的采集,包括试验基地和实验方案等基础数据,大气、土壤、水质等物联网环境数据,作物长势、叶面积指数、植株高度等作物生长数据等。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220105

  • 吴玲云,吴仪邦,魏明时,王天巍,陈家赢
    2022.34(1):48-59[摘要(82)][PDF(822.54 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 农业面源和土壤重金属污染严重威胁了我国农业绿色可持续发展,开发服务于污染监管业务的污染管理决策系统,建立基于工作流的农业污染管理决策模型,有利于为加强土壤污染防治和开展土壤修复工作提供科学的指导和决策。【方法】 文章以工作流技术和污染评价模型组织方法为切入点,将农业污染模型的构建和工作流流程执行分开设计,使得工作流流程设计更加易于理解和分析,同时可以降低了农业污染评价模型和运行环境之间的依赖,使其可以适用于不同粒度和层次的农业面源和重金属污染管理。 【结果/结论】 通过工作流技术建立不同决策场景下农业污染的模型构建、重组、复用和调配的工作流框架,使得农业污染评价模型在计算机环境下自动化运行、控制、管理,最终实现一种灵活的范式组织和使用模型。基于工作流的农业污染模型构建可以保护和合理利用土地资源、规范并简化决策管理过程中的数据分析过程,并且提高数据利用效率。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220106

  • 刘园,Lazar Adjigogov,Franck Albinet,Gerd Dercon,余强毅,吴文斌,周清波
    2022.34(1):60-71[摘要(77)][PDF(635.63 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 将作物时空分布数据应用于核事故农业风险决策支持系统,体现遥感作物制图在核事故农业风险决策中的重要性。【方法】 文章以大亚湾核电基地为研究案例,对其周边地区的作物轮作系统进行遥感制图;作物时空分布数据经后处理,上传至核事故农业风险决策支持系统,实现作物样本任务的自动生成,以及放射性核素浓度的时空分布模拟。【结果】 提出的遥感制图方法可以在耕地破碎、云雨繁密区识别作物轮作系统,快速、准确地提供大范围作物时空分布数据。经过处理的作物时空分布数据,能够方便地应用于决策支持系统,辅助完成特定或优先区作物样本任务点的自动生成,以及放射性核素浓度时空分布的模拟。【结论】 遥感作物制图与核事故农业风险决策支持系统相结合,可进一步提高采样的有效性,提升放射性核素空间和时间分布模拟与预测的准确性。从而帮助决策者制定核污染监测和评估策略、修复计划,科学指导农业生产的恢复。未来,有必要深入研究遥感作物制图在核事故农业风险决策中的应用,充分发挥遥感技术与数据的优势,规避核事故对农业生产带来的风险。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220107

  • 丁懿,蒋敏华,邓勋飞,麻万诸,盛美玲
    2022.34(1):83-90[摘要(79)][PDF(612.74 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 数字化技术促进了农业信息化的快速发展,农田非粮化现象日益普遍,对于非粮化整治后的农田,合适的施肥推荐系统可为种植大户提供便捷、可视化及轻简化的施肥推荐,有利于因地制宜地开展精准施肥推荐。【方法】 文章以数字技术为支撑,结合空间、土壤要素等信息,构建了非粮化农田的施肥分区和施肥推荐方案,结合非粮化农田土壤养分的基础状况和水稻种植的养分需求,定制研发了面向镇村筛选和高清影像的非粮化农田施肥咨询服务系统。【结果】 该系统主要功能为地图操作浏览、非粮化地块可视化、施肥推荐三部分。该研究区施肥分区可以分为“控氮—控磷—控钾”“控氮—控磷—稳钾”“控氮—稳磷—控钾”“控氮—稳磷—稳钾”和“稳氮—控磷—控钾”五大类。施肥推荐功能可以根据施肥分区提供非粮化地块水稻(单季稻、早稻和连作晚稻)施肥方案,并进行田块点触式施肥咨询服务。【结论】 该施肥推荐系统,是一个通用性和适用性好的智慧施肥移动应用平台,极大便利了非粮化农田种植用户的施肥推荐应用技术的落地应用。这种施肥系统模式可以推广到其他地区和类型农田开展精细化施肥推荐应用。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220109

  • 史云,沈磊,陈山,赫润天,文治颖,刘昱麟,米志文,苏宝峰
    2022.34(1):1-10[摘要(123)][PDF(1073.83 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 果树冠层信息是反映果树生长状况的重要参数,准确提取果树的冠层信息对于果园的精细管理十分必要。【方法】 文章以苹果树和桃树为研究对象,利用无人机遥感获取果园影像数据,首先通过Mask R-CNN实例分割算法对果园果树冠层进行逐一分割,同时提取果树冠幅和冠层面积信息。然后利用果园正射影像结合QGIS软件,对果树冠层位置信息进行提取和可视化并通过目视解译对果树冠层参数信息提取结果进行评估。【结果】 当交并比为0.5时,模型检测分割结果最优,测试集语义分割精确度为66.3%,目标检测精确度达到63.9%。总体冠层面积实测值与模型预测面积之间的平均相对误差为12.44%,均方根误差为0.5 m2。冠幅实测值与模型预测的面积之间的平均相对误差为16.39%,均方根误差为0.39 m,在一定范围内验证了模型对冠层面积和冠幅信息提取的可靠性。【结论】 结合无人机遥感数据和Mask R-CNN实例分割算法可有效地将果树冠层分割出来,并且能够较为准确地提取果树冠层的相关参数信息,可为果园的精细管理提供一定的技术支撑。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220101

  • 李会宾,史云,张保辉,李丹丹
    2022.34(1):11-18[摘要(88)][PDF(782.24 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 苹果产量的早期预测对于市场供需关系、果农、消费者都有重要的影响,准确预估苹果产量具有重要的理论和应用意义。【方法】 文章提出了一种利用卷积神经网络和长短期记忆网络进行苹果产量预测的方法。利用由果树图像数据中获得的果树苹果数量,和由果园无人机图像获取的果树树冠面积作为特征信息,再经过该文提出的卷积—长短期记忆网络,获得每棵果树的预估产量。【结果】 该文使用5种评价标准,分别是预测误差概率密度、预测绝对误差、均方误差(MSE)、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE),经过实验验证,该文所述方法的均方根误差RMSE最优可以达到9.16。【结论】 该文所述方法依据果树的图像与果园的无人机图像,可以较好地预估苹果产量,为大规模果园产量预测提供技术支撑。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220102

  • 郭涛,陈鸿文,李疆,邱霞,王思
    2022.34(1):19-26[摘要(85)][PDF(922.25 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 传统数字化果园管理中存在数据存储分散、数据处理效率低、服务能力弱和整个生命周期的农业生产数据缺乏等问题,开发集数据存储、管理、挖掘分析和决策支持等功能于一体的果园大数据智能管理与服务平台迫在眉睫。【方法】 文章通过结合“空-天-地”一体化、数字农业、智慧农业等理念,集成深度学习、概率图模型和知识图谱等人工智能方法,开发了果园大数据智能管理与服务平台。【结果】 平台实现了果树数量自动统计、地理环境感知、农机设备自动化精准感知、果园生产周期数据管理和智能化更新功能,同时平台还提供水、肥、药智能决策服务和智能农机生产作业管控服务。【结论】 该平台在成都市龙泉驿现代农业园区进行应用,实现了桃园生产大数据的智能管理和提供精准生产指导服务。该平台的实现为促进果园智能管理和精准生产指导服务提供技术参考,对实现果园智慧化管理具有重要意义。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220103

  • 赵立成,刘园,温彩运,张士博,吴清滢,梁社芳,张素心,王淇锋,游振宇,史云,吴文斌,王聪,段玉林,宋茜,陆苗,余强毅
    2022.34(1):27-40[摘要(97)][PDF(675.09 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 农作物空间分布信息是支撑相关科学研究与政策制定的重要依据。当前农作物空间分布遥感分类在理论和技术方法方面取得了长足的发展,但仍面临一些难题,包括地面样本数据的获取困难、作物特征选择存在主观性和冗余、特征构建过程中缺乏针对性和代表性等,导致农作物空间分布遥感分类的效率与精度不足。【方法】 针对这些问题,文章开展快速、准确、低成本的样本获取、特定作物分类的最优特征构建与优选,并分别选择多个研究区开展实证研究。样本获取方面,开发基于“视田”众包的样本获取平台,通过迭代更新的任务采集和历史样本库的方式高效获取地面样本。作物分类方面,提出遗传规划算法为不同作物提取差异化的特征,通过遗传进化思想实现定制化特征的构建,能够在原始特征的基础上构建高层次特征。【结果】 在北方地区,利用“视田”众包工具,由8名工作人员2天内完成了位于义县、辽中区、新民市及开原市4个区域的水稻、玉米、大豆和花生的样本采集,内业工作人员同步进行分类并迭代样本需求,分类的总体精度均大于90%,kappa系数均高于0.87。在南方地区,位于湖北省枝江市区域的春秋两季作物分类结果的总体精度均大于94%,kappa系数均高于0.86。【结论】 该文提出了一套快速、高效开展农作物遥感分类的技术体系:利用众包采集快速扩大样本数量,同时利用遗传规划算法提高样本训练效率。在不同区域、不同作物类型研究区应用,可实时、准确生产农作物空间分布图,总体效果稳定,在支撑科学研究与政策制定方面具有较强的应用前景。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220104

  • 褚煜琴,张保辉,史云,钱建平
    2022.34(1):41-47[摘要(82)][PDF(641.82 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 为农业绿色发展提供时空大数据、环境监测数据、作物生长数据等数据支撑。【方法】 文章利用遥感解译技术、地理信息技术、空间数据可视化技术,开发了一套农业绿色发展数据移动采集系统。系统支持在手机移动端搭建绿色农业试验基地实场景,实时采集各类实验和环境数据,并查看数据曲线;运用模型对实验采集的各类数据运算后进行评价、分析和排名。 【结果/【结论】 系统使用方便,传输稳定,可靠性高,有效提高研究人员的工作效率,系统可应用于绿色农业多场景多类型数据的采集,包括试验基地和实验方案等基础数据,大气、土壤、水质等物联网环境数据,作物长势、叶面积指数、植株高度等作物生长数据等。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220105

  • 吴玲云,吴仪邦,魏明时,王天巍,陈家赢
    2022.34(1):48-59[摘要(82)][PDF(822.54 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 农业面源和土壤重金属污染严重威胁了我国农业绿色可持续发展,开发服务于污染监管业务的污染管理决策系统,建立基于工作流的农业污染管理决策模型,有利于为加强土壤污染防治和开展土壤修复工作提供科学的指导和决策。【方法】 文章以工作流技术和污染评价模型组织方法为切入点,将农业污染模型的构建和工作流流程执行分开设计,使得工作流流程设计更加易于理解和分析,同时可以降低了农业污染评价模型和运行环境之间的依赖,使其可以适用于不同粒度和层次的农业面源和重金属污染管理。 【结果/结论】 通过工作流技术建立不同决策场景下农业污染的模型构建、重组、复用和调配的工作流框架,使得农业污染评价模型在计算机环境下自动化运行、控制、管理,最终实现一种灵活的范式组织和使用模型。基于工作流的农业污染模型构建可以保护和合理利用土地资源、规范并简化决策管理过程中的数据分析过程,并且提高数据利用效率。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220106

  • 刘园,Lazar Adjigogov,Franck Albinet,Gerd Dercon,余强毅,吴文斌,周清波
    2022.34(1):60-71[摘要(77)][PDF(635.63 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 将作物时空分布数据应用于核事故农业风险决策支持系统,体现遥感作物制图在核事故农业风险决策中的重要性。【方法】 文章以大亚湾核电基地为研究案例,对其周边地区的作物轮作系统进行遥感制图;作物时空分布数据经后处理,上传至核事故农业风险决策支持系统,实现作物样本任务的自动生成,以及放射性核素浓度的时空分布模拟。【结果】 提出的遥感制图方法可以在耕地破碎、云雨繁密区识别作物轮作系统,快速、准确地提供大范围作物时空分布数据。经过处理的作物时空分布数据,能够方便地应用于决策支持系统,辅助完成特定或优先区作物样本任务点的自动生成,以及放射性核素浓度时空分布的模拟。【结论】 遥感作物制图与核事故农业风险决策支持系统相结合,可进一步提高采样的有效性,提升放射性核素空间和时间分布模拟与预测的准确性。从而帮助决策者制定核污染监测和评估策略、修复计划,科学指导农业生产的恢复。未来,有必要深入研究遥感作物制图在核事故农业风险决策中的应用,充分发挥遥感技术与数据的优势,规避核事故对农业生产带来的风险。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220107

  • 丁懿,蒋敏华,邓勋飞,麻万诸,盛美玲
    2022.34(1):83-90[摘要(79)][PDF(612.74 M)]   HTML[HTML]

    【目的】 数字化技术促进了农业信息化的快速发展,农田非粮化现象日益普遍,对于非粮化整治后的农田,合适的施肥推荐系统可为种植大户提供便捷、可视化及轻简化的施肥推荐,有利于因地制宜地开展精准施肥推荐。【方法】 文章以数字技术为支撑,结合空间、土壤要素等信息,构建了非粮化农田的施肥分区和施肥推荐方案,结合非粮化农田土壤养分的基础状况和水稻种植的养分需求,定制研发了面向镇村筛选和高清影像的非粮化农田施肥咨询服务系统。【结果】 该系统主要功能为地图操作浏览、非粮化地块可视化、施肥推荐三部分。该研究区施肥分区可以分为“控氮—控磷—控钾”“控氮—控磷—稳钾”“控氮—稳磷—控钾”“控氮—稳磷—稳钾”和“稳氮—控磷—控钾”五大类。施肥推荐功能可以根据施肥分区提供非粮化地块水稻(单季稻、早稻和连作晚稻)施肥方案,并进行田块点触式施肥咨询服务。【结论】 该施肥推荐系统,是一个通用性和适用性好的智慧施肥移动应用平台,极大便利了非粮化农田种植用户的施肥推荐应用技术的落地应用。这种施肥系统模式可以推广到其他地区和类型农田开展精细化施肥推荐应用。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20220109

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