基于介电特性的玉米叶片含水率无损检测研究

发布时间：2017-09-03 07:40

  本文关键词：基于介电特性的玉米叶片含水率无损检测研究

  更多相关文章： 玉米叶片含水率 介电特性 特征变量选取 预测建模 无损检测

【摘要】：农作物叶片的含水率直接影响其生理代谢和生长势度,是农作物健康生长过程中必不可少的一项重要指标。因此,实现农作物叶片含水率快速、高效、无损检测具有十分重要的意义。近年来,基于介电特性技术的无损检测方法在叶片含水率检测中得到了广泛应用,但是在进行叶片介电特性参数实验时,传统平行电极板往往压力过大破坏叶片,压力过小夹不紧叶片使平行电极板间混入空气,造成实验误差影响检测精度。在应用介电特性技术检测农作物叶片含水率时,现如今常应用的介电特性参数多为电阻、电感、电容等,这些参数受叶片形状、厚度等因素影响,影响叶片含水率检测精度。本文以玉米叶片为研究对象,自制一款夹持平行电极板,此平行电极板可夹紧且不损伤玉米叶片,运用LCR测量仪和自制平行电极板,可测量玉米叶片相对介电常数ε′和介电损耗因子ε"2种介电特性参数(ε′和ε"不受叶片形状、厚度影响)。本文提出了基于介电特性的玉米叶片含水率无损检测方法,建立玉米叶片介电特性参数与含水率之间的关系模型,并应用此模型开发设计一款玉米叶片含水率检测系统,本文主要研究内容及结论如下:(1)本文研究玉米叶片介电特性参数(相对介电常数ε′及介电损耗因子ε"),玉米叶片含水率和测量频率的关系。研究表明ε′和ε"均随着测量频率的增大而减小;同频率下,玉米叶片的含水率越高,ε′和ε"越大,且ε′和ε"受含水率的影响程度不同。据此,应用3种信息变量(ε′、ε"及两者融合的信息变量)对玉米叶片的含水率进行预测建模分析。(2)本中分别应用多元线性回归(Multivariable Linear Regression,MLR)和支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)两种预测建模方法建立玉米叶片含水率预测模型,并应用逐步回归法(Stepwise Regression,SWR)特征变量选取方法对MLR预测模型进行优化;应用连续投影算法(Successive Projections Algorithm,SPA)特征变量选取方法对SVR预测模型进行优化,对比分析特征变量选取方法对玉米叶片含水率预测模型的影响并选取最佳玉米叶片含水率预测模型。结果表明:应用ε′和ε"融合的信息变量建立的SPA_SVR模型性能最优,原72个变量经SPA选取10个特征变量,测试集的决定性系数RP2达到0.804,均方根误差RMSEP达到0.0176。(3)本文根据上述最佳玉米叶片含水率预测模型,开发一款玉米叶片含水率检测系统。此系统选用Eclipse开发平台、Tomcat服务器,应用Java、JSP、CSS等开发语言进行系统编程,应用Mysql数据库对系统数据进行存储和读取。系统实现玉米叶片的介电特性参数输入、特征变量选取、含水率检测及历史查询功能,并显示于系统界面中,实现玉米叶片含水率检测。
【关键词】：玉米叶片含水率 介电特性 特征变量选取 预测建模 无损检测
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S513;TP391.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 介电特性技术在水果品质检测中的应用13-14
• 1.2.2 介电特性技术在粮食含水率检测中的应用14-16
• 1.2.3 介电特性在叶片含水率检测中的应用16-17
• 1.3 本文研究内容和思路17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第2章 玉米叶片数据采集19-28
• 2.1 玉米叶片培育试验19-20
• 2.1.1 试验背景19
• 2.1.2 玉米叶片样本的培育19-20
• 2.2 实验仪器选取20-23
• 2.2.1 实验仪器20-21
• 2.2.2 自制夹持平行电极板21-23
• 2.3 玉米叶片介电特性参数及含水率的数据采集23-27
• 2.3.1 数据采集实验23-25
• 2.3.2 数据提取25-26
• 2.3.3 玉米叶片介电特性参数计算26-27
• 2.3.4 玉米叶片含水率计算27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 特征变量选取算法及建模算法28-37
• 3.1 特征变量选取算法28-32
• 3.1.1 逐步回归法(SWR)28-31
• 3.1.2 连续投影算法（SPA）31-32
• 3.2 数学建模算法32-34
• 3.2.1 多元线性回归方法（MLR）32-33
• 3.2.2 支持向量回归方法（SVR）33-34
• 3.3 留一法交叉验证34-35
• 3.4 模型性能评价指标35
• 3.5 本章小结35-37
• 第4章 玉米叶片含水率预测模型的构建37-52
• 4.1 不同含水率下测量频率对玉米叶片ε′与ε"的影响37-38
• 4.2 信息变量选择38-39
• 4.3 训练集和测试集划分39
• 4.4 SWR_MLR预测建模39-45
• 4.4.1 SWR选取特征变量40-42
• 4.4.2 MLR预测模型的建立42-45
• 4.5 SPA_SVR预测建模45-50
• 4.5.1 SPA选取特征变量45-47
• 4.5.2 SVR预测模型的建立47-50
• 4.6 SWR_MLR和SPA_SVR预测建模结果的比较分析50-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第5章 玉米叶片含水率检测系统52-62
• 5.1 系统开发环境配置及系统开发流程52-57
• 5.1.1 系统开发环境52-53
• 5.1.2 系统开发流程53-57
• 5.2 系统具体操作及功能实现57-61
• 5.2.1 介电特性数据输入功能57-58
• 5.2.2 数据输入报错功能58
• 5.2.3 特征变量选取功能58-59
• 5.2.4 含水率检测功能59-60
• 5.2.5 历史数据查询功能60-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第6章 总结与展望62-65
• 6.1 论文工作总结62-63
• 6.2 展望63-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文71

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 白朴;玉米叶片光反射率与其它氮胁迫测量法的比较[J];国外农学-杂粮作物;1996年03期

2 高连国,高洪娇,唐德东;玉米叶片集水抗旱效果的观测[J];气象;2001年01期

3 郑文刚,郭新宇,赵春江,王纪华;玉米叶片几何造型研究[J];农业工程学报;2004年01期

4 赵春江,郑文刚,郭新宇,王纪华;玉米叶片三维形态的数学模拟研究[J];生物数学学报;2004年04期

5 李潮海;赵亚丽;王群;栾丽敏;李宁;;遮光对不同基因型玉米叶片衰老和产量的影响[J];玉米科学;2005年04期

6 刘卫红;张正;;关于建立玉米叶片的数学模型的几种方法的讨论[J];数学的实践与认识;2008年09期

7 陈国庆;刘伟;张吉旺;刘鹏;董树亭;王洪梅;;基于悬臂梁的超级玉米叶片伸展特征模拟[J];农业工程学报;2010年06期

8 赵振杰;刘天学;王秀萍;李潮海;;不同吸附剂对玉米叶片挥发物的吸附效果比较[J];中国农业科技导报;2011年02期

9 赵立华;胡中会;李成云;朱汉勇;;不同遮光程度对玉米叶片结构的影响[J];中国农学通报;2012年06期

10 赵元棣;温维亮;郭新宇;肖伯祥;陆声链;孙智慧;;基于参数化的玉米叶片三维模型主脉提取[J];农业机械学报;2012年04期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 赵鹏飞;吴晓林;王伟;;玉米叶片膜蛋白质组对于干旱胁迫的响应[A];第三届全国植物蛋白质组学大会摘要集[C];2010年

2 惠俊爱;党志;叶庆生;;镉胁迫对玉米叶片抗氧化酶同工酶的影响[A];第三届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2009年

3 王秀萍;刘天学;周卫霞;李潮海;;不同叶位玉米叶片衰老过程中有机挥发物和膜质过氧化特征[A];中国作物学会50周年庆祝会暨2011年学术年会论文集[C];2011年

4 张君;库丽霞;郭书磊;刘海英;赵瑞芳;陈彦惠;;联合多群体分析玉米叶片的相关性状[A];2012年全国玉米遗传育种学术研讨会暨新品种展示观摩会论文及摘要集[C];2012年

5 安晓飞;姜伟杰;位耀光;;基于B样条插值的玉米叶片三维重建研究[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年

6 杨宏伟;;微波与植物叶片作用的反射特性研究[A];第十次中国生物物理学术大会论文摘要集[C];2006年

7 朱永波;张仁和;卜令铎;韩苗苗;薛吉全;;不同土壤水分条件下玉米叶片生理参数的光响应[A];中国作物学会2007年学术年会论文集[C];2007年

8 蒋明义;张建华;;玉米叶片中ABA诱导的抗氧化防护涉及Ca~(2+)与ROS的交叉谈话[A];中国植物生理学会全国学术年会暨成立40周年庆祝大会学术论文摘要汇编[C];2003年

中国重要报纸全文数据库 前6条

1 薛玉华;观察玉米叶片 采取相应措施[N];湖北科技报;2003年

2 赵县植保站 石彩云 陈新峰;玉米叶片为何干枯腐烂[N];河北科技报;2008年

3 水清;玉米叶片变紫可能缺磷[N];江苏农业科技报;2006年

4 于丹;玉米叶片发红由缺钾引起[N];江苏农业科技报;2007年

5 魏县科协 陈运其;及时防治玉米弯孢霉叶斑病[N];河北科技报;2014年

6 ;大田[N];河北科技报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 陈志强;不同氮素水平下玉米叶片的高光谱响应及其诊断[D];中国农业科学院;2013年

2 桑建荣;一氧化氮在水分胁迫和脱落酸诱导玉米叶片抗氧化防护中的作用[D];南京农业大学;2007年

3 张阿英;MAPK在ABA诱导的玉米叶片抗氧化防护中的作用[D];南京农业大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张畅;玉米叶片的光学特性获取与分析[D];浙江大学;2015年

2 管莉;Ca~(2+)/CaM和ZmCCaMK在BR诱导的抗氧化防护中的作用[D];南京农业大学;2014年

3 苗丰;植物生长复合调节剂对玉米叶片衰老过程中蛋白代谢的影响[D];河南农业大学;2015年

4 熊炳霖;干旱胁迫下氮素对玉米叶片衰老和叶片碳氮平衡的影响[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2016年

5 张国坤;基于介电特性的玉米叶片含水率无损检测研究[D];江苏大学;2016年

6 孙瑜;基于光谱特性的玉米叶片水氮含量快速检测方法研究[D];西北农林科技大学;2014年

7 李冠军;干旱胁迫下玉米叶片差异蛋白的双向电泳及质谱分析[D];四川农业大学;2006年

8 薛贝贝;多胺氧化酶在脱落酸诱导玉米叶片细胞溶质抗氧化防护中的作用[D];南京农业大学;2008年

9 郭小鹏;四探针法测量玉米叶片电阻率的研究[D];山西农业大学;2014年

10 苏凤侠;玉米叶片细胞壁过氧化物酶在ABA信号转导中的作用[D];南京农业大学;2009年

，

本文编号：783744