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智能灌溉系统的建立及在番茄生长中的应用

作　者: 范秋丽
导　师: 汪建
学　校: 四川农业大学
专　业: 生物物理学
关键词: 智能灌溉系统计算机视觉多传感器番茄生长参数
分类号: S274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 49次
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内容摘要

精准农业是以地理信息、作物长势信息和环境信息三者结合为基础的。地理信息主要是指土壤的各部分信息,包括水分、有机物、盐分和各种营养离子等,其中土壤水分含量在作物的整个生理周期中都发挥着重要的作用。所以,对土壤水分进行实时有效的监测有助于作物的生长,提高肥料的利用率可避免对地下水造成污染；作物的长势信息不仅可以直观的反映出作物在生理周期的某一时段的健康状况,而且可以间接的反映出在此时段的土壤信息和环境信息。因此,对作物的长势信息进行实时无损伤的检测更是实现精准农业的关键之关键；作物所在的环境因素,(空气温度、湿度、二氧化碳浓度、光照)对作物的生长也起着至关重要的作用。由于传统的监测方法只局限于对上述三者因素之中的某一种或者是某两种进行监测,所以获得的信息量相对来说也不够完全,进而不能为作物的精确灌溉提供一套完整的方案,有时还会对作物造成损伤。因此研发出一种精确度高、可靠性好、实时性强的灌溉系统成为当务之急。本论文所做工作如下：1、根据我国农业生产以及实施精细农业的实际需要,在传统灌溉系统的基础上,应用计算机视觉和多传感器,建立了一种智能灌溉系统,旨在及时获取作物的生长信息、土壤的水分信息和环境信息,以三者信息的结合作为参考,实现时实、无损伤的作物生长监测和精确的缺水灌溉；2、作物生长信息的获取：采用计算机视觉技术,研究了作物图像的获取、分割、特征参数的提取等方法、建立了生长数据模型；3、土壤信息和环境参数的获取：通过多传感器进行信息采集,温湿度传感器对环境参数进行采集、土壤水势传感器对土壤水分信息进行采集、蒸发量传感器对土壤的水分蒸发量进行采集；4、在此智能灌溉系统的基础上,以番茄作为试验作物,研究了在番茄开花至第三穗果摘心期间,不同土壤水分对其生长参数(株高、株幅、茎粗、叶面积、叶片倾角等)的影响,以此证明此智能系统的实用性；5、研究结果表明：此智能灌溉系统实现了准确、实时、无损伤获取作物生长信息和农田环境信息的要求,可以及时获取作物需水信息,并实现及时的精量灌溉,很好的提高了水资源的利用率。系统具有鲁棒性好、扩展灵活等优点。具有很好的实用性,可以应用于温室、农田、苗圃等作物种植区域。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
1. 综述  11-19
  1.1 计算机视觉在农业中应用的历史及现状  11-16
    1.1.1 农业生物所具有的特点  11
    1.1.2 计算机视觉的组成及特点  11-12
    1.1.3 计算机视觉在农业中的应用  12-13
    1.1.4 计算机视觉在农业中应用目前的现状  13-16
  1.2 传感器在农业中应用的历史及现状  16-18
    1.2.1 传感器的分类、功能及特性  16
    1.2.2 传感器在农业中的应用  16-18
    1.2.3 传感器在农业中的目前应用情况  18
  1.3 论文的目的及意义  18-19
2. 智能灌溉系统的组成及各部分的工作情况  19-30
  2.1 智能灌溉系统的硬件组成及系统的工作原理  19-21
    2.1.1 系统的硬件组成  19-20
    2.1.2 系统的工作原理  20-21
  2.2 系统的硬件选择  21-24
    2.2.1 多传感器的选择  21-23
    2.2.2 单片机的选择  23-24
  2.3 计算机视觉部分的工作流程  24-30
    2.3.1 原始图像的获取  24
    2.3.2 原始图像的预处理  24-25
    2.3.3 对图像进行二值化处理和颜色空间转化  25-26
    2.3.4 图像的分割和特征参数的提取  26-28
    2.3.5 基于遗传神经网络进行最终判决  28-30
3. 智能灌溉系统在作物上的应用  30-34
  3.1 材料、仪器和处理  30-32
    3.1.1 植物材料  30
    3.1.2 主要仪器和设备  30-31
    3.1.3 试验处理  31-32
  3.2 作物参数  32-34
    3.2.1 株高  32
    3.2.2 株幅  32
    3.2.3 茎  32
    3.2.4 叶面积  32-33
    3.2.5 叶片倾角  33
    3.2.6 花序着生位置  33
    3.2.7 分枝数、花芽数、新叶数  33-34
4. 结果与分析  34-40
  4.1 水分处理对株高的影响  34-35
  4.2 水分处理对株幅的影响  35-36
  4.3 水分处理对茎粗的影响  36-37
  4.4 水分处理对叶片面积的影响  37-38
  4.5 水分处理对叶片倾角的影响  38-39
  4.6 水分处理对花序着生位置的影响  39-40
  4.7 水分处理对分枝数、花芽数、新叶数的影响  40
5. 讨论  40-45
  5.1 作物各项生长参数的传统监测方法  40-41
  5.2 传统的监测系统  41-42
  5.3 智能灌溉系统的优势  42-43
  5.4 智能系统的不足和发展趋势  43-45
6. 结论  45-46
参考文献  46-50
致谢  50-51
攻读学位期间发表的学术论文  51

智能灌溉系统的建立及在番茄生长中的应用

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