基于三角原理的设施蔬菜病害预警方法研究
发布时间：2020-07-17 16:26
【摘要】：设施农业是我国蔬菜生产的重要形式,我国设施蔬菜产业发展迅速,其栽培面积和产量的比重也逐年加大,我国己成为设施蔬菜生产第一大国,但设施生产中的蔬菜病害情况严重,造成蔬菜产量、质量下降,带来巨大的经济损失,因此,对设施蔬菜病害进行有效的预警显得尤为重要。现有的设施蔬菜病害预警方法,存在算法单一、因素考虑不全面、模型时效性准确性不高等诸多问题。本文以蔬菜病害三角原理为基本理论依据,综合分析了病害三要素(环境、病原微生物和寄主植物)之间的关系,以物联网传感器技术、电子显微技术和光谱技术为支撑,准确获取环境、病原孢子图像和蔬菜叶片光谱信息,并结合图像处理及机器学习算法构建了设施蔬菜病害预警模型,提高预警的综合性、时效性和准确性,为农户提供及时有效的蔬菜病害预测预报,为我国设施农业病害预警研究提供了方法支持。本文的主要研究成果如下:(1)从时间角度,按照病害三要素对设施蔬菜的影响顺序,依次分析了环境对病原侵染的影响、病原微生物的致病机理和蔬菜的抗病机制,针对病害三要素,通过监测环境、病原孢子数量以及叶片光谱信息可以为设施蔬菜病害预警提供方法依据,并且能使预警更加全面。(2)提出了基于环境信息的设施蔬菜病害早期预警模型。不良环境是引发蔬菜病害的重要因素,根据蔬菜病害产生的环境机理,设计了基于物联网传感器技术的环境信息采集方案,对所采集的环境数据进行基于均值的递推算法融合,结合病情指数和温湿度数据构建基于SVR的设施蔬菜病害预测模型,模型的相关系数R达97.15%,平均误差为13.65%,准确度较高。(3)提出了基于病原孢子显微图像的设施蔬菜病害辅助预警模型。病原孢子侵染是导致蔬菜发病的直接原因,利用电子显微技术获取病原孢子图像,采用维纳滤波进行图像降噪,通过prewitt算子的边缘检测和全局阈值分割完成孢子轮廓提取,然后利用分水岭算法和形态学算法去除杂质并完成粘连孢子的分割,最后利用目标标记完成病原孢子自动计数,计数平均相对误差为5.66%,可以代替人为计数,提高计数效率,为设施蔬菜病害预警提供辅助参考。(4)提出了基于叶片光谱信息的设施蔬菜病害识别与预警模型。通过光谱技术可以获取设施蔬菜感病叶片光谱信息,利用主成分分析对高维光谱数据进行降维处理,最终选取前3个主成分PC1-PC3作为新的输入变量,以感病叶片和健康叶片的判别结果作为输出,构建了基于SVM的设施蔬菜病害分类识别与预警模型,当选取径向基核函数时,分类识别模型对健康叶片和白粉病叶片的分类准确率最高,分别为100%和96.25%,利用混淆矩阵对模型进行评价,模型总体识别准确率达98.125%,能够实现对感病叶片和健康叶片的识别。(5)以黄瓜白粉病为例,进行了设施蔬菜病害预警模型的验证,结果证明,模型对设施蔬菜病害预警具有较好效果,为农业病害预警研究提供了新的参考。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S436.3;TP391.41
【图文】：
由于温室是一个半封闭式生态系统，其土壤小环境与露地种植有较大差别。影响土壤小环逡逑境的因素主要有土壤温度、土壤水分以及土壤养分等。逡逑与露地土壤相比，温室土壤温度和水分含量更高，主要由于温室较为封闭，通风不及外界，逡逑同时作物蒸腾作用释放的水汽无法及时排出，从而导致土壤温度高、含水量大；除此，温室土逡逑壤的养分含量也较露地条件更高，因为温室土壤的化肥投入量较高，且土壤有薄膜覆盖，无法逡逑像露地土壤能受到雨水淋溶，因此导致温室土壤肥料的积累，引起严重的土壤盐渍化现象。逡逑２．２．２设施环境对病原侵染的影响逡逑要准确掌握设施环境对病原侵染的影响，首先需要了解病原对植物的侵染过程，充分结合逡逑病原的侵染过程，才能准确分析出环境对病原侵染的影响。逡逑（１）病原侵染过程逡逑设施蔬菜发病需要受到病原侵染且具备一定的环境条件才能引起。病原侵入寄主植物到表逡逑现病征的过程称为病程。病原对蔬菜的侵染是一个连续过程，具体分为接触期、侵入期、潜育逡逑期和发病期四个时期（图２－２）。逡逑
病害发生的环境指标十分重要。在查阅大量文献和实地调研的基础上，针对一些发生较频繁的逡逑病害实例进行分析归纳，从而对指标进行总结和筛选，最后确立需要监测的环境指标。指标选逡逑取的流程图如图３－１所示。逡逑逦Ｉ逦逦逡逑文献g腻问档氐餮绣义希卞澹卞义襄危唬坼五义希け炅校ｅ危斟义希藻义现副晟秆″义希慑巍义隙员确治鲥慰尚行苑治鲥义希卞危卞义襄危斟五义贤迹常敝副甑×鞒掏煎义希玻卞义
本文编号：2759670
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S436.3;TP391.41
【图文】：
由于温室是一个半封闭式生态系统，其土壤小环境与露地种植有较大差别。影响土壤小环逡逑境的因素主要有土壤温度、土壤水分以及土壤养分等。逡逑与露地土壤相比，温室土壤温度和水分含量更高，主要由于温室较为封闭，通风不及外界，逡逑同时作物蒸腾作用释放的水汽无法及时排出，从而导致土壤温度高、含水量大；除此，温室土逡逑壤的养分含量也较露地条件更高，因为温室土壤的化肥投入量较高，且土壤有薄膜覆盖，无法逡逑像露地土壤能受到雨水淋溶，因此导致温室土壤肥料的积累，引起严重的土壤盐渍化现象。逡逑２．２．２设施环境对病原侵染的影响逡逑要准确掌握设施环境对病原侵染的影响，首先需要了解病原对植物的侵染过程，充分结合逡逑病原的侵染过程，才能准确分析出环境对病原侵染的影响。逡逑（１）病原侵染过程逡逑设施蔬菜发病需要受到病原侵染且具备一定的环境条件才能引起。病原侵入寄主植物到表逡逑现病征的过程称为病程。病原对蔬菜的侵染是一个连续过程，具体分为接触期、侵入期、潜育逡逑期和发病期四个时期（图２－２）。逡逑
病害发生的环境指标十分重要。在查阅大量文献和实地调研的基础上，针对一些发生较频繁的逡逑病害实例进行分析归纳，从而对指标进行总结和筛选，最后确立需要监测的环境指标。指标选逡逑取的流程图如图３－１所示。逡逑逦Ｉ逦逦逡逑文献g腻问档氐餮绣义希卞澹卞义襄危唬坼五义希け炅校ｅ危斟义希藻义现副晟秆″义希慑巍义隙员确治鲥慰尚行苑治鲥义希卞危卞义襄危斟五义贤迹常敝副甑×鞒掏煎义希玻卞义
本文编号：2759670
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