基于光譜技術(shù)的溫室作物長(zhǎng)勢(shì)檢測(cè)及傳感技術(shù)研究.pdf

1、農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展要求以最少的投入獲得最大的產(chǎn)出，精細(xì)農(nóng)業(yè)為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了一條很好的途徑。精細(xì)農(nóng)業(yè)的核心思想是變量管理，因此快速、實(shí)時(shí)的獲取作物的生長(zhǎng)狀態(tài)以便于進(jìn)行管理非常追切。近年來溫室生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，溫室生產(chǎn)的高效化管理也逐漸提上日程。本文正是在這種背景下，研究了快速獲取溫室作物生長(zhǎng)狀態(tài)的檢測(cè)技術(shù)與方法，為溫室生產(chǎn)的高效化管理打下基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容如下： 1．研究了溫室條件下，利用黃瓜葉片的光譜反射率預(yù)測(cè)其生長(zhǎng)狀態(tài)(

2、葉綠素、氮素、磷、水分)的可行性，找到了葉片光譜反射率與葉綠素、氮素、磷、水含量的相關(guān)關(guān)系，并分析出了敏感波段，及最佳波長(zhǎng)。利用最佳波長(zhǎng)處的光譜反射率與多種建模方法如SLR、MLR、PLSR建立了預(yù)測(cè)葉片葉綠素、氮素含量的模型：在NDVI的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)新的光譜指數(shù)NDCI，并基于NDCI建立了葉片葉綠素、氮素含量的預(yù)測(cè)模型，獲得了比較好的預(yù)測(cè)效果，為作物長(zhǎng)勢(shì)檢測(cè)儀的開發(fā)打下了基礎(chǔ)；利用ANN、SVM建模方法建立了葉片磷素、水含量與其

3、光譜反射率間的模型，并對(duì)兩種建模方法的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較分析；利用整株光譜和ANN、SVM建模方法對(duì)黃瓜的生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行了建模分析。 2．研究了溫室條件下，番茄葉片處于生長(zhǎng)狀態(tài)(葉片生長(zhǎng)在植株上)和非生長(zhǎng)狀態(tài)(葉片被剪下)兩種情況下，利用番茄葉片光譜反射率預(yù)測(cè)其長(zhǎng)勢(shì)條件(葉綠素、氮素)的可行性，找到了葉片光譜反射率與葉綠素、氮素含量的相關(guān)關(guān)系，并分析出了敏感波段，及最佳波長(zhǎng)。利用最佳波長(zhǎng)處的光譜反射率與多種建模方法如SLR、MLR

4、、PLSR建立了預(yù)測(cè)葉片葉綠素、氮素含量的模型；利用NDCI建立了葉片的葉綠素、氮素含量預(yù)測(cè)模型，獲得了比較好的預(yù)測(cè)效果。 3．在方法研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了第一代作物長(zhǎng)勢(shì)檢測(cè)儀。長(zhǎng)勢(shì)檢測(cè)儀利用光纖作為采光器件、利用濾光片獲取所需要的最佳敏感波長(zhǎng)、利用光電池作為光電傳感器、自行設(shè)計(jì)的光纖接頭消除了光電轉(zhuǎn)換部分的外界干擾；放大電路的設(shè)計(jì)保證了光電轉(zhuǎn)換部分較高的信噪比、12位的A/D轉(zhuǎn)換器滿足了測(cè)量精度要求、64K的存儲(chǔ)容量保證了數(shù)據(jù)的

5、可靠存儲(chǔ)、液晶屏保證了測(cè)量結(jié)果的正常顯示、串行通訊接口使得儀器可以與PC機(jī)進(jìn)行通訊；用VB6.0設(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件可以通過串行通訊接收檢測(cè)儀中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，也可以給檢測(cè)儀傳輸參數(shù)，以修改檢測(cè)儀內(nèi)嵌的模型。 4．在第一代作物長(zhǎng)勢(shì)檢測(cè)儀的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展了儀器功能，進(jìn)行了第二代長(zhǎng)勢(shì)檢測(cè)儀的開發(fā)。與第一代長(zhǎng)勢(shì)檢測(cè)儀相比：第二代長(zhǎng)勢(shì)檢測(cè)儀提高了存儲(chǔ)容量，由64K提高到128K：增加了診斷功能，在儀器內(nèi)部存儲(chǔ)了專家知識(shí)，在得到測(cè)量結(jié)果后，立即通過