基于多信息融合的不结球白菜氮营养诊断与需求研究
发布时间：2022-01-19 02:18
依据表型诊断作物氮营养状态,并综合考虑土壤、栽培管理和环境因子等对作物氮吸收的实际影响,适时、适量补充氮素是实现蔬菜栽培精准化管理的基础,有助于降低肥料投入,实现安全生产。本研究以不结球白菜（Brassica campestris ssp.chinensis L.）为对象,基于机器视觉技术和机器学习方法建立了植株氮营养诊断模型,并研究了累积光热、水势、施氮量和栽培系统对不结球白菜氮吸收与产量形成的影响,建立了以作物和环境信息为依据的不结球白菜氮需求模型。基于此,设计了不结球白菜氮素供应决策系统,为不结球白菜水肥精准管理研究提供丰富的理论与技术积累。具体结果如下:1.不结球白菜表型与氮浓度关联模型的构建采用实验室自制的表型平台收集不同氮水平处理和不同生长期的不结球白菜图像,采用OpenCV软件和Python语言处理图像并提取了颜色、纹理和形态学三大类表型指标,分析了植株氮浓度和表型特征间的关系,分别采用随机森林（RF）、支持向量回归（SVR）和神经网络（NN）三种机器学习算法建立了基于表型的不结球白菜氮浓度预测模型。结果表明,RF、SVR和NN模型的均方根误差（RMSE）值分别为0.54...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
技术路线图
第二章不结球白菜表型与氮浓度相关性分析及关联模型构建25镜头（M1214-MP2，MicroVision，陕西，中国）焦距设置成12mm，相机的光圈和曝光时间分别设置为F16和0.13s。图像以未压缩的PNG格式存储，以避免由于压缩算法而产生的颜色伪影。图2-1图像采集平台Fig.2-1Imageacquisitionplatform2.1.3图像处理使用OpenCV（3.4.4版）和Python语言（3.6.1版）进行图像分析。首先对图像分别进行过量绿色指数（NE×G=2GRB）和灰度化预处理，再进行阈值分割，过量绿色指数法的阈值设置为40～200，灰度化的阈值设置为0～240。并对上述两种运算得到的掩模求交集，然后基于数学形态学的开运算消除噪声（去除小尺寸的污染物，如灰尘等）。最后利用OpenCV软件分别去除残差噪声（虫子咬食的孔洞）和恢复被删除叶脉。获得的不同生长期的最终图像如图2-2。图像处理具体流程如下：（1）过量绿色指数处理
第二章不结球白菜表型与氮浓度相关性分析及关联模型构建26（2）灰度化处理（3）求交集与开运算图2-2不同生长期（第一次施氮后第0、7、14、21、28、35和42d）的不结球白菜图像Fig.2-2Thepakchoiimagesatdifferentgrowthperiods(0,7,14,21,28,35,and42daysafterthefirstNapplication,respectively).2.1.4指标提取采用OpenCV（3.4.4版）软件提取了颜色，纹理和几何形状相关的表型指标。其中，颜色特征的提取涉及RGB、Lab和HSV颜色空间的转换。纹理指标的提取基于灰度共生矩阵算法[117]，具体方法见附录1。并使用轮廓跟踪法进行植株图像的轮廓提取，并基于此求得植株周长、面积、横轴长、纵轴长、凸包面积、边界盒面积等几何学形态特征。
【参考文献】：
期刊论文
[1]WOFOST模型对河南省冬小麦模拟的适用性分析[J]. 张弘,刘伟昌,李树岩. 气象与环境科学. 2019(01)
[2]水氮因子耦合对日光温室基质栽培番茄品质、产量及水氮利用率的影响[J]. 刘中良,谷端银,张艳艳,焦娟,高俊杰,刘世琦,田晓飞. 中国农业科技导报. 2019(02)
[3]水肥一体肥料减量对大棚番茄产量、品质和氮肥利用率的影响[J]. 王文军,朱克保,叶寅,蒋光月. 中国农学通报. 2018(28)
[4]不同营养基质栽培对黄瓜生长及产量的影响[J]. 王彩云,武春成,闫立英,张梦,赵艺佳. 安徽农业科学. 2018(26)
[5]作物氮素吸收与利用研究进展[J]. 欧立军,康林玉,赵激,陈娟,刘周斌. 北方园艺. 2018(07)
[6]基于灰色模型的黑龙江省水稻生育期热量指数分析及预测[J]. 王秋京,马国忠,王晾晾,朱海霞,杜春英,姜丽霞. 中国农业气象. 2018(03)
[7]基于叶绿素荧光图像的辣椒叶片氮含量的预测[J]. 杨一璐,汪小旵,李成光,赵博,白如月. 湖南农业大学学报(自然科学版). 2017(01)
[8]作物硝态氮转运利用与氮素利用效率的关系[J]. 张振华. 植物营养与肥料学报. 2017(01)
[9]氮素形态对小白菜根系和硝酸盐含量的影响[J]. 韩瑞锋,梁韵,黄丹枫. 上海交通大学学报(农业科学版). 2017(03)
[10]土壤与基质栽培系统对生菜（Lactuca sativa）根际细菌群落的影响[J]. 梁韵,赵丽,黄丹枫. 农业资源与环境学报. 2017(01)
博士论文
[1]区域冬小麦生长模拟遥感数据同化的不确定性研究[D]. 李贺.中国农业科学院 2016
[2]水氮供应和施肥频率对温室甜瓜生长和养分吸收的影响[D]. 岳文俊.西北农林科技大学 2015
[3]小白菜低硝酸盐积累品种筛选及其生理特征研究[D]. 汤亚芳.华中农业大学 2014
[4]基于生长发育模拟模型的加工番茄氮素吸收模型研究[D]. 王新.石河子大学 2014
[5]小白菜对甘氨酸态氮的吸收代谢及生理响应[D]. 王小丽.上海交通大学 2014
[6]水氮互作对水稻产量形成和氮素利用特征的影响及其生理基础[D]. 孙永健.四川农业大学 2010
[7]作物水肥利用过程及调控试验研究[D]. 杜红霞.西北农林科技大学 2009
[8]温室甜椒生长发育模拟模型的研究[D]. 刁明.南京农业大学 2008
硕士论文
[1]土壤基础供氮能力与小白菜氮素利用率的相关关系研究[D]. 严瑾.上海交通大学 2014
[2]温室生菜干物质积累模拟模型和单叶面积非破坏性估测方法研究[D]. 汪力威.华中农业大学 2010
本文编号：3596030
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
技术路线图
第二章不结球白菜表型与氮浓度相关性分析及关联模型构建25镜头（M1214-MP2，MicroVision，陕西，中国）焦距设置成12mm，相机的光圈和曝光时间分别设置为F16和0.13s。图像以未压缩的PNG格式存储，以避免由于压缩算法而产生的颜色伪影。图2-1图像采集平台Fig.2-1Imageacquisitionplatform2.1.3图像处理使用OpenCV（3.4.4版）和Python语言（3.6.1版）进行图像分析。首先对图像分别进行过量绿色指数（NE×G=2GRB）和灰度化预处理，再进行阈值分割，过量绿色指数法的阈值设置为40～200，灰度化的阈值设置为0～240。并对上述两种运算得到的掩模求交集，然后基于数学形态学的开运算消除噪声（去除小尺寸的污染物，如灰尘等）。最后利用OpenCV软件分别去除残差噪声（虫子咬食的孔洞）和恢复被删除叶脉。获得的不同生长期的最终图像如图2-2。图像处理具体流程如下：（1）过量绿色指数处理
第二章不结球白菜表型与氮浓度相关性分析及关联模型构建26（2）灰度化处理（3）求交集与开运算图2-2不同生长期（第一次施氮后第0、7、14、21、28、35和42d）的不结球白菜图像Fig.2-2Thepakchoiimagesatdifferentgrowthperiods(0,7,14,21,28,35,and42daysafterthefirstNapplication,respectively).2.1.4指标提取采用OpenCV（3.4.4版）软件提取了颜色，纹理和几何形状相关的表型指标。其中，颜色特征的提取涉及RGB、Lab和HSV颜色空间的转换。纹理指标的提取基于灰度共生矩阵算法[117]，具体方法见附录1。并使用轮廓跟踪法进行植株图像的轮廓提取，并基于此求得植株周长、面积、横轴长、纵轴长、凸包面积、边界盒面积等几何学形态特征。
【参考文献】：
期刊论文
[1]WOFOST模型对河南省冬小麦模拟的适用性分析[J]. 张弘,刘伟昌,李树岩. 气象与环境科学. 2019(01)
[2]水氮因子耦合对日光温室基质栽培番茄品质、产量及水氮利用率的影响[J]. 刘中良,谷端银,张艳艳,焦娟,高俊杰,刘世琦,田晓飞. 中国农业科技导报. 2019(02)
[3]水肥一体肥料减量对大棚番茄产量、品质和氮肥利用率的影响[J]. 王文军,朱克保,叶寅,蒋光月. 中国农学通报. 2018(28)
[4]不同营养基质栽培对黄瓜生长及产量的影响[J]. 王彩云,武春成,闫立英,张梦,赵艺佳. 安徽农业科学. 2018(26)
[5]作物氮素吸收与利用研究进展[J]. 欧立军,康林玉,赵激,陈娟,刘周斌. 北方园艺. 2018(07)
[6]基于灰色模型的黑龙江省水稻生育期热量指数分析及预测[J]. 王秋京,马国忠,王晾晾,朱海霞,杜春英,姜丽霞. 中国农业气象. 2018(03)
[7]基于叶绿素荧光图像的辣椒叶片氮含量的预测[J]. 杨一璐,汪小旵,李成光,赵博,白如月. 湖南农业大学学报(自然科学版). 2017(01)
[8]作物硝态氮转运利用与氮素利用效率的关系[J]. 张振华. 植物营养与肥料学报. 2017(01)
[9]氮素形态对小白菜根系和硝酸盐含量的影响[J]. 韩瑞锋,梁韵,黄丹枫. 上海交通大学学报(农业科学版). 2017(03)
[10]土壤与基质栽培系统对生菜（Lactuca sativa）根际细菌群落的影响[J]. 梁韵,赵丽,黄丹枫. 农业资源与环境学报. 2017(01)
博士论文
[1]区域冬小麦生长模拟遥感数据同化的不确定性研究[D]. 李贺.中国农业科学院 2016
[2]水氮供应和施肥频率对温室甜瓜生长和养分吸收的影响[D]. 岳文俊.西北农林科技大学 2015
[3]小白菜低硝酸盐积累品种筛选及其生理特征研究[D]. 汤亚芳.华中农业大学 2014
[4]基于生长发育模拟模型的加工番茄氮素吸收模型研究[D]. 王新.石河子大学 2014
[5]小白菜对甘氨酸态氮的吸收代谢及生理响应[D]. 王小丽.上海交通大学 2014
[6]水氮互作对水稻产量形成和氮素利用特征的影响及其生理基础[D]. 孙永健.四川农业大学 2010
[7]作物水肥利用过程及调控试验研究[D]. 杜红霞.西北农林科技大学 2009
[8]温室甜椒生长发育模拟模型的研究[D]. 刁明.南京农业大学 2008
硕士论文
[1]土壤基础供氮能力与小白菜氮素利用率的相关关系研究[D]. 严瑾.上海交通大学 2014
[2]温室生菜干物质积累模拟模型和单叶面积非破坏性估测方法研究[D]. 汪力威.华中农业大学 2010
本文编号：3596030
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/nykjbs/3596030.html
最近更新
教材专著
