葉面藥液濃度的近紅外光譜檢測方法研究.pdf

1、農(nóng)作物上噴霧效果的研究目前主要限于霧滴的覆蓋率、沉積密度,均勻性等方面。農(nóng)藥對葉子的作用效果不僅與霧滴的覆蓋率、沉積密度有關(guān),而且還與葉子表面藥液濃度直接相關(guān)。此外,當(dāng)前在線混藥技術(shù)正在發(fā)展。對于定濃度在線混藥噴霧系統(tǒng)而言,由于人們對混藥器結(jié)構(gòu)及雙流體(藥原液和水)混合機制還缺乏深刻認(rèn)識,加之混藥過程中流動參數(shù)是動態(tài)的且存在波動,致使噴霧的藥液濃度存在波動和不穩(wěn)定。發(fā)展葉子表面藥液濃度的快速檢測方法可以為在線混藥噴霧的藥液濃度波動和不穩(wěn)

2、定提供定量的描述,可直接用于產(chǎn)品性能的評定和指導(dǎo)產(chǎn)品改進(jìn),并推動在線混藥噴霧產(chǎn)品檢測標(biāo)準(zhǔn)的制定,彌補當(dāng)前混藥系統(tǒng)檢測標(biāo)準(zhǔn)缺少定量指標(biāo)之不足。
　　 近紅外光譜技術(shù)是一種快速無損檢測技術(shù),具有分析速度快、效率高、無污染、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。在農(nóng)業(yè)、食品、生命科學(xué)與醫(yī)藥、煙草、環(huán)境等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。因此理論上近紅外光譜也可以檢測葉子表面藥液濃度。
　　 本文探究葉子表面藥液濃度大小與光譜反射率之間的定量關(guān)系,達(dá)到快速檢測葉子

3、表面藥液濃度大小的目的。
　　 主要研究工作包括以下幾個方面:
　　 (1)葉子表面藥液濃度的近紅外光譜特性分析
　　 為避免水分對葉面液體光譜特征的影響,對葉面、葉面藥液和水的光譜曲線對比分析,結(jié)合葉面藥液濃度的相關(guān)譜圖特性進(jìn)行分析。將光譜曲線大致分為三個波段區(qū)間,即可見光波段(350～700nm)、近紅外波段(700～1900nm)、水分的強吸收波段(1900～2500nm),并逐一對三個波段內(nèi)的光譜特性進(jìn)行

4、分析。并對葉面藥液相關(guān)譜圖進(jìn)行分析,尋找光譜敏感波段。
　　 (2)建模波段的優(yōu)選方法研究
　　 首先在350～700nm波段建模,然后建模波段范圍逐步擴大(350～1900、1950、2000、2500nm),主要說明波段范圍的擴大是否會增大光譜信息貢獻(xiàn)值。然后在700～1900nm波段建模,主要反映在光譜分辨率高的波段建模效果如何。最后在1900～2500nm波段建模,旨在揭示水分對光譜的影響。其中在800～2000

5、nm波段,以800nm為起點,間隔200nm建模,揭示在窄波段范圍建模效果。探索對光譜信息的貢獻(xiàn)最大、光譜預(yù)測效果最好的建模波段。最終選取350～1900nm為建模波段。
　　 (3)提出了一種適用于葉面藥液光譜的組合預(yù)處理方法
　　 由于在采集光譜過程中受到電噪音等非目標(biāo)因素的影響,原始光譜圖存在基線漂移。為了消除基線漂移需要選取合適的預(yù)處理方法。僅用一種光譜預(yù)處理方法往往不能得到較好的結(jié)果,我們尋找到了一種適用于葉面

6、藥液光譜的組合預(yù)處理方法(SNV+MAF+1D)。
　　 (4)五種建模算法的建立與對比分析
　　 采用逐步回歸分析、主成分、主成分+人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、偏最小二乘、偏最小二乘+人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立了葉子表面藥液濃度和光譜反射率之間的數(shù)學(xué)模型,最終選取預(yù)測精度最高的算法作為預(yù)測葉子表面藥液濃度的建模算法。
　　 (5)不同作物的葉片對葉子表面藥液濃度的影響
　　 考慮到葉面背景可能對葉子表面上藥液濃度的影響,選