超宽带雷达传感器土壤信息获取与处理

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61671138
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0111.信号理论与信号处理
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Characteristics of soil information include big differences in spatial distribution and large data volume, etc. It is difficult to rely on traditional means of measuring to acquire its spatial and temporal variability in real-time. Theories and technologies in intelligent acquisition and processing of soil information are in urgent need. Ultra-wideband (UWB) radar sensors with high resolution and strong penetrating power are suitable for obtaining information of shallow soil intelligently. This project focuses on: 1) Soil characteristics extraction method via fuzzy logic to explore the inversion mechanism for soil characteristics using UWB echoes. 2) UWB soil channel models via probabilities and statistics to reveal the connection between soil characteristics and UWB channels. 3) Compressive sensing in UWB echoes from soil to solve the bottleneck in high sampling rate resulted from UWB. This project tries to disclose the basic relation between UWB signals and soil characteristics using fuzzy logic and statistical methods, and has a strong scientific significance. This research addresses soil physics, radar detection, and compressive sensing etc., it has a wide cross over several research areas. This project also has broad application prospects. It will promote the development of proprietary soil-information-monitoring and management system, as well as the sustainable development of the precise agricultural, environmental protection, water conservancy and civil engineering, etc.
土壤信息具有空间分布差异大、数据量大等特点,其时空变异性难以依靠传统测量手段实时采集,迫切需要土壤信息获取与处理的智能化理论与技术。超宽带雷达传感器分辨率高、穿透力强, 适易于浅层土壤信息的智能化获取。本项目重点研究:1) 基于模糊逻辑的土壤特征提取方法, 探索超宽带回波的土壤特征反演机理;2) 基于概率统计方法的土壤超宽带信道模型,揭示土壤特征与超宽带信道的作用规律;3) 超宽带土壤回波压缩感知算法,解决带宽太大导致的土壤信息采样速率过高的瓶颈问题。本项目力求通过模糊逻辑与概率统计等方法揭示超宽带信号与土壤特征间的基本联系,具有较强的科学意义;研究内容涉及土壤物理、雷达探测、压缩感知等多个领域,具有较广的交叉性;本项目的实施能促进开发具有自主知识产权的土壤信息监测与管理系统,推动精准农业、环境保护、土木水利等领域的可持续性发展,具有广泛的应用前景。

结项摘要

超宽带雷达传感器因其分辨率高、穿透力强、功耗低等优点,已被用于浅层土壤中的隐蔽目标探测,是一种性能高、成本低、实时性强的技术。但智能化获取土壤含水量、pH值的研究因需要大量实测数据的支持,需要土壤物理学、雷达探测、人工智能等多门学科的交融,因而不易开展。本项目采集了大量不同种类土壤的超宽带雷达回波信号并进行信号处理,首先提出了基于模糊逻辑模板匹配、基于模糊系统特征提取与机器学习模型、基于时频分析图像和深度学习的3种土壤体积含水量分类算法,实现了根据实测超宽带土壤数据反演土壤含水量类别的功能,平均正确识别率81%以上。其次,将土壤特征的分类问题转化成回归问题,提出4种土壤特征预测模型,输入实测土壤数据,输出预测的体积含水量或pH值,综合样本数量与预测误差性能,PCA-GB在4种模型中表现最优。最后,为了大幅降低信号实时采集数据量并提高系统举一反三的学习能力,提出了2种超宽带土壤回波压缩感知算法与1种迁移压缩感知模型,降低了超宽带土壤的采样速率、相比传统算法显著提高了重构信号的精准性。本项目采用的超宽带雷达传感器可装载于无人机对区域性浅层土壤进行组网探测,提出的土壤信息获取方法避免了传统测量方法对土壤及农作物的破坏,有助于实现土壤信息的无损获取,开辟了土壤特性研究的新途径。项目执行以来,共发表SCI二区及以上论文11篇,其中一区Top期刊(IEEE Internet of Things Journal) 2篇。发表国际期刊论文1篇,国际会议论文22篇,获国际会最佳论文奖1项。专利授权4项。培养博士生1人、硕士生6人,均发表中科院SCI大类二区级以上论文。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(22)
专利数量(13)
Collaborative Energy-Efficient Moving in Internet of Things: Genetic Fuzzy Tree Versus Neural Networks
物联网中的协作节能移动:遗传模糊树与神经网络
  • DOI:
    10.1109/jiot.2018.2869910
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    IEEE Internet of Things Journal
  • 影响因子:
    10.6
  • 作者:
    Jing Liang;Xiaofeng Yu;Huiyong Li
  • 通讯作者:
    Huiyong Li
Soil pH Value Forecasting using UWB Echoes based on Ensemble Methods
基于集成方法的 UWB 回波土壤 pH 值预测
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2956170
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Chenghao Yang;Jing Liang
  • 通讯作者:
    Jing Liang
Non-Contact Detection of Vital Signs Using a UWB Radar Sensor
使用 UWB 雷达传感器非接触式生命体征检测
  • DOI:
    10.1109/access.2018.2886825
  • 发表时间:
    2019-01-01
  • 期刊:
    IEEE ACCESS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Duan, Zhenzhen;Liang, Jing
  • 通讯作者:
    Liang, Jing
Fuzzy clustering in radar sensor networks for target detection
雷达传感器网络中用于目标检测的模糊聚类
  • DOI:
    10.1016/j.adhoc.2016.09.008
  • 发表时间:
    2017-04
  • 期刊:
    AD Hoc Networks
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Liang Jing;Hu Yaoyue;Liu Huaiyuan;Mao Chengchen
  • 通讯作者:
    Mao Chengchen
HRRP recognition in radar sensor network
雷达传感器网络中的HRRP识别
  • DOI:
    10.1016/j.adhoc.2016.09.001
  • 发表时间:
    2017-04-01
  • 期刊:
    AD HOC NETWORKS
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Mao, Chengchen;Liang, Jing
  • 通讯作者:
    Liang, Jing

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  • 通讯作者:
    2.Hunan Environmental Monitoring Center,Changsha 410014,China
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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    2012
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  • 作者:
    尹科;王如松;周传斌;梁菁;YIN Ke1,WANG Rusong1,ZHOU Chuanbin1,LIANG Jing2 1 State Key L
  • 通讯作者:
    YIN Ke1,WANG Rusong1,ZHOU Chuanbin1,LIANG Jing2 1 State Key L

其他文献

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面向空间监测的三维可移动无线传感器网络理论与技术
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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