發(fā)布時間：2018-10-31 18:32

【摘要】：精確農(nóng)業(yè)是可持續(xù)農(nóng)業(yè)的必然選擇,其核心內(nèi)容為作物生產(chǎn)過程中的精確管理,主要思想是根據(jù)作物群體的長勢差異,實施水肥精確調(diào)控,實現(xiàn)變量投入,以減低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效益、減少環(huán)境污染。其中,作物生長信息的實時有效獲取為作物精確管理的依據(jù),對作物品質(zhì)、產(chǎn)量、以及農(nóng)民增產(chǎn)增收起決定作用。目前,基于葉片冠層反射光譜探測作物生長信息的無損監(jiān)測數(shù)據(jù)是作物長勢信息實時獲取的主要技術(shù),作物生長傳感器作為感知信息的核心部分,決定著作物冠層光譜信息獲取的質(zhì)量,直接影響著精確施肥方案的生成。近年來,國內(nèi)外基于作物長勢光譜監(jiān)測的研究成果,開始對作物生長傳感器及其監(jiān)測設(shè)開展了探索性研究,但至今尚未有相應(yīng)商業(yè)化、實用化的作物生長信息實時、在線的獲取裝置,嚴重制約了作物生產(chǎn)精確管理技術(shù)的發(fā)展,因此迫切需要開發(fā)一種性價比高、普適性好的便攜式作物生長監(jiān)測診斷設(shè)備,以解決田間作物生長信息檢測周期長,不能及時有效指導農(nóng)作的瓶頸。本文以南京農(nóng)業(yè)大學國家信息農(nóng)業(yè)工程技術(shù)中心研發(fā)的CGMD302型便攜式作物生長監(jiān)測診斷儀(下文簡稱CGMD302)為研究對象,根據(jù)田間應(yīng)用的實際情況進行行了結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)化與完善。主要包括:改進了作物生長傳感器的定標方法;優(yōu)化了作物生長傳感器的信號調(diào)理電路,完善了 CGMD302的應(yīng)用功能,具體如下:1.分析了作物生長傳感器原有的定標方法存在的問題,提出了基于標準探測器輻射定標的作物生長傳感器光譜定標方法,搭建的傳感器自動定標平臺,通過積分球內(nèi)置均勻光源和標準亮度計(National Institute of Standards and Technology(NI5T)標準溯源)對作物生長傳感器進行輻射亮度/輻射照度的光譜定標,實現(xiàn)了定標速率由40分鐘/只降低到10分鐘/只,并且可以實現(xiàn)全天候定標;定標相對誤差由+50.13%降低到±0.83%,環(huán)境光狀況變化引起的平均誤差由8.3%降低至1.22%,提高了定標速度和精度,也增強了儀器的光環(huán)境適應(yīng)性。2.分析了 T型放大電路在弱光電流信號調(diào)理電路中的存在的弊端,設(shè)計了積分式增益可調(diào)電路,實現(xiàn)了光譜信息的寬范圍高精度無損監(jiān)測。該電路處理后的光譜及射率,其分辨率在環(huán)境光輻射照度EP(815nm)30mW/(nm·m~2)時,優(yōu)于0.1%(傳統(tǒng)電路在該狀況下9.1%)。3.增加了作物氮素診斷功能,在有限外設(shè)資源的前提下,通過接口復用技術(shù),設(shè)計了簡便易操作的參數(shù)輸入以及LCD顯示等人機交互接口,通過多參數(shù)和診斷模型的有機融合,實現(xiàn)了直接輸出建議施肥量等信息功能。4.通過田間實驗(小麥和水稻),對比了作物生長傳感器與FieIdspec Pro FR2500光譜儀的監(jiān)測數(shù)據(jù),優(yōu)化后CGMD302的730nm通道和815nm通道的監(jiān)測反射率與ASD監(jiān)測的反射率相當,不需要進行線性擬合,平均誤差分別為2.18%、3.64%,較優(yōu)化前提升約1%,均方根誤差分別從5.48%、8.61%降低到2.62%,4.47%;CGMD302監(jiān)測的水稻和小麥的比值植被指數(shù)(RVI)和歸一化植被指數(shù)(NDVI)較ASD監(jiān)測結(jié)果具有很強的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)達分別為0.93,0.91。CGMD302和ASD監(jiān)測的植被指數(shù)(RVI、NDVI)間的相對均方根誤差(RRMSE)分別為0.0649、0.0884;CGMD302獲得的植被指數(shù)與被測作物農(nóng)學參數(shù)間的相關(guān)性好,與葉片氮含量(LNC)、葉片氮積累量(LNA)、葉面積指數(shù)(LAI)、葉干重(LDW)等的相關(guān)系數(shù)分別達到0.83、0.745、0.735、0.739。其中葉片氮含量(LNC)、葉片氮積累量(LNA)、葉面積指數(shù)(LAI)和葉干重(LDW)的平均測量誤差分別為11.11%、9.13%、10.37%、5.58%。實驗結(jié)果表明,優(yōu)化后的CGMD302的監(jiān)測的反射率精度、穩(wěn)定性及分辨率均有提高,能更好能夠更好地實現(xiàn)稻麥冠層反射光譜高精度、寬范圍、高分辨率的檢測;可以更好地滿足于作物生長信息的快速精量獲取的要求。
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【學位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S126

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相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 董繼飛;CGMD302型便攜式作物生長監(jiān)測診斷儀的優(yōu)化[D];南京農(nóng)業(yè)大學;2015年

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本文編號：2303174