設(shè)施作物長勢營養(yǎng)信息研究及移動檢測平臺開發(fā).pdf

1、作物營養(yǎng)和水分的精確管理是精確農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容之一，而作物營養(yǎng)的準(zhǔn)確監(jiān)測和診斷是精確管理的前提和基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的實驗室化學(xué)分析方法，費(fèi)時費(fèi)力，時效性差，且取樣分析過程會對作物生長造成損害。因此，作物營養(yǎng)的無損檢測技術(shù)被認(rèn)為是極有發(fā)展前途的營養(yǎng)診斷技術(shù)，成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)工程研究的熱點。
　　本研究以設(shè)施生菜和番茄為對象，提出了利用高光譜視覺圖像、圖像技術(shù)和三維激光掃描圖像，通過多傳感信息融合對作物氮素和水分脅迫進(jìn)行無損檢測的方法。在此基礎(chǔ)上開

2、發(fā)了設(shè)施作物生長信息無損檢測系統(tǒng)。本研究主要完成了以下工作：
　　(1)構(gòu)建了多傳感信息采集試驗系統(tǒng)。研究了作物氮素和水分脅迫樣本的培育方法，針對傳統(tǒng)土培法難以對作物營養(yǎng)進(jìn)行精確控制的缺點，采用無土栽培技術(shù)進(jìn)行樣本培育。完成了對不同營養(yǎng)和水分水平作物樣本的高光譜圖像、圖像信息和三維掃描圖像的多傳感信息的采集。
　　(2)對不同氮素和含水率水平作物樣本的高光譜圖像特征和三維掃描圖像特征進(jìn)行了研究?；讷@取的不同氮素水平作物葉片

3、的高光譜圖像數(shù)據(jù)立方體，利用敏感區(qū)域逐步回歸，結(jié)合自適應(yīng)波段選擇法，提取了作物氮素的特征譜段和特征圖像，獲取了特征圖像強(qiáng)度均值特征，并對作物氮素圖像特征隨含水率變化所導(dǎo)致的誤差進(jìn)行了特征補(bǔ)償，建立了的作物氮素高光譜圖像診斷模型；基于獲取的作物三維激光掃描數(shù)據(jù)，利用Geomagic qualify逆向工程軟件對三維數(shù)據(jù)的干擾噪點和不連續(xù)區(qū)間進(jìn)行修復(fù)和平滑，進(jìn)而通過建立作物三維點云數(shù)據(jù)的空間幾何模型，獲取了不同氮素水平生菜的莖粗、株高、葉面

4、積和生物量特征。
　　(3)考慮到單一檢測手段進(jìn)行作物營養(yǎng)無損檢測的局限性，在對作物氮素和含水率的高光譜圖像、視覺圖像和三維成像特征準(zhǔn)確提取和分析的基礎(chǔ)上，對作物氮素和含水率多傳感信息的融合方法進(jìn)行了研究，提出利用遺傳算法結(jié)合PLSR建立了多尺度融合生菜氮素檢測模型，結(jié)果表明，所建立的模型的相關(guān)系數(shù) R為0.95，模型精度明顯優(yōu)于采用高光譜圖像、視覺圖像和三維激光掃描單一特征模型。該研究所采用的特征提取算法及所獲得的特征向量可為開