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基于深度迁移学习的烟叶初烤过程中理化指标的预测方法OA

Prediction method for physicochemical indexes of tobacco flue-curing based on deep transfer learning

中文摘要英文摘要

为了无损、高效地监测初烤过程中烟叶理化指标的变化,提出了一种轻量化MobileNetV2_CBAM深度迁移学习回归模型.该模型以预训练的MobileNetV2为特征提取骨干网络,在末端分别引入卷积注意力模块(CBAM)和深度回归头,以增强模型的特征表达能力和非线性拟合能力.利用MobileNetV2_CBAM模型对初烤过程中烟叶的含水率、淀粉含量、还原糖含量及总糖含量进行预测,结果表明:①在MobileNetV2模型中同时引入CBAM和深度回归头时,模型的预测性能明显提升.②MobileNetV2_CBAM模型的浮点运算次数(FLOPs)为0.561 G,总参数量为15.43 M,对4项理化指标预测结果的决定系数(R2)范围为0.865 1~0.906 5,平均绝对误差(MAE)范围为0.062 2~0.983 1,均方根误差(RMSE)范围为0.092 7~2.043 5,残差预测偏差(RPD)范围为2.594 3~4.646 2,每秒处理帧数(FPS)范围为100.578 0~121.254 4,该模型在预测性能、速度与部署成本之间达到了良好平衡.③不同烘烤阶段,MobileNetV2_CBAM模型对4项理化指标预测结果的解释方差分数范围为0.73~0.91,具有较好的预测能力.④在复杂背景下,MobileNetV2_CBAM模型对4项理化指标预测结果的R2范围为0.788 5~0.870 1,仍具有较好的预测能力.该研究为初烤过程中烟叶理化指标的在线监测提供了理论参考.

To achieve nondestructive and efficient monitoring in changes of physicochemical indexes of tobacco leaves during flue-curing process,a lightweight MobileNetV2_CBAM deep transfer learning regression model was proposed and tested.The model employed the pre-trained MobileNetV2 as its feature extraction backbone network and incorporated a convolutional block attention module(CBAM)and a deep regression head to enhance feature expression capability and nonlinear fitting ability.The proposed model was used to predict the contents of moisture,starch,reducing sugar,and total sugar in tobacco leaves during flue-curing,and the results showed that:1)Simultaneously incorporating CBAM and a deep regression head into the MobileNetV2 model significantly improved predictive performance.2)The MobileNetV2_CBAM model achieved 0.561 G floating-point operations(FLOPs)with total parameters of 15.43 M.The coefficients of determination(R²)for 4 predicted physicochemical indexes ranged from 0.865 1 to 0.906 5,the mean absolute error(MAE)ranged from 0.062 2 to 0.983 1,the root mean square error(RMSE)ranged from 0.092 7 to 2.043 5,residual prediction deviation(RPD)ranged from 2.594 3 to 4.646 2,and frames per second(FPS)ranged from 100.578 0 to 121.254 4.This model achieved a good balance between predictive performance,processing speed and deployment cost.3)Across different flue-curing stages,the MobileNetV2_CBAM model achieved an explanatory variance score ranging from 0.73 to 0.91 for the predicted results of the 4 physicochemical indexes,demonstrating strong predictive capability.4)In complex backgrounds,the MobileNetV2_CBAM model still had good predictive ability for the four indexes with an R² range of 0.788 5-0.870 1.This study provides a theoretical reference for online monitoring of physicochemical indexes during tobacco flue-curing.

王志诚;俞世康;王松峰;彭贤超;谢良文;王爱华;王栋;李俊举;顾会战

中国农业科学院烟草研究所 农业农村部烟草生物学与加工重点实验室,山东省青岛市崂山区科苑经四路11号 266101||中国农业科学院研究生院,北京市海淀区中关村南大街12号 100081四川省烟草公司广元市公司,四川省广元市利州区莲花路186号 628100中国农业科学院烟草研究所 农业农村部烟草生物学与加工重点实验室,山东省青岛市崂山区科苑经四路11号 266101四川省烟草公司广元市公司,四川省广元市利州区莲花路186号 628100中国烟草总公司四川省公司 四川省烟草科学研究所,成都市高新区世纪城路936号 610041中国农业科学院烟草研究所 农业农村部烟草生物学与加工重点实验室,山东省青岛市崂山区科苑经四路11号 266101四川省烟草公司广元市公司,四川省广元市利州区莲花路186号 628100四川省烟草公司广元市公司,四川省广元市利州区莲花路186号 628100四川省烟草公司广元市公司,四川省广元市利州区莲花路186号 628100

轻工纺织

深度迁移学习烟叶初烤质量监测预测方法

Deep transfer learningTobacco flue-curingQuality monitoringPrediction method

《烟草科技》 2026 (6)

101-112,12

中国烟草总公司四川省公司科技项目"广元市全程绿色化烤烟生产关键技术研究与集成应用"(SCYC202522)、"特色品种川烟200规模化定制化开发研究与应用"(SCYC202406)中国烟草总公司科技重点项目"基于图像精准识别的烟叶智能烘烤关键技术研究与应用"(110202102007)中国农业科学院科技创新工程项目(ASTIP-TRIC03).

10.16135/j.issn1002-0861.2025.0511

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