基于单株标识的数字化果园精准管理技术研究

论文摘要

以实现果园精准管理为目标,从果树单株标识、果园生产信息获取、果树产量估测、果品质量追溯等方面开展研究,开发数字化果园生产精准管理与溯源系统,构建完整的数字化果园精准管理技术体系,主要开展了以下研究：(1)设计了一种果树单株标识的新方法利用带二维条码的RFID标签对单株果树进行标识,通过测试RFID标签与读写器天线在不同距离、标签悬挂于果树不同垂直高度与水平距离及果树遮挡等4种情况下的读取率,提出了果树单株标识优化策略,测试结果表明本方法可较好实现对果树单株的标识且在果园环境中也便于读取；本研究提出采用带条码的RFID标签,既可利用手持RFID等专用设备读取,也可采用如手机等非专业且低成本的设备读取,解决了果树单株低成本应用的标识问题。(2)研究了以手机为载体的果园生产信息双向获取技术以果树单株标识中的二维条码为基础,提出了以手机为载体的果园生产信息双向获取技术框架,突破了基于手机扫描条码的生产信息采集技术和基于果树位置的环境信息查询技术,开发了果园生产信息双向获取系统,将系统移植到普通智能手机上,可进行单株农事信息的快速采集和果树周边环境信息的实时获取；系统可大大降低利用专用设备如便携式RFID读写设备等的使用成本,是一种可以实现果园生产信息采集的低成本高效率方案。(3)构建了基于树上果实图像识别的产量估测模型以富士苹果为研究对象,通过利用普通数码相机获取成熟期果实图像,结合RGB颜色空间和HSV颜色空间进行分割阈值的选取,进行图像识别；研究了采用圆拟合分析构建单个苹果识别判定方法,重点解决了单果被遮挡分离而被误识为多果的情况和多果因重叠覆盖而被误识为单果的情况；以篱壁型或近似篱壁型果树为研究对象,建立了识别出的特征参数与苹果单株产量之间的相关关系,构建了以从东南和西北方向获取的图像识别出的果实个数之和为特征变量的富士苹果产量估测模型,解决了果园精准管理中单株果树产量快速估测的问题。(4)开发了数字化果园生产精准管理与溯源系统设计了包含三个子系统的数字化果园生产精准管理与溯源系统,重点研究了果品追溯码编码和单株果树精确追溯方法,开发了包含果园采收信息采集子系统、基于WebGIS的数字化果园精准管理子系统、果品质量安全追溯了系统的数字化果园生产精准管理与溯源系统,系统在试验区进行了应用测试,可实现果园生产的精准管理和果品的单株溯源。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.1.1 精准农业已成为解决农业高产优质和资源高效利用的重要手段
• 1.1.2 果园精准管理是解决果园粗放管理的有效途径
• 1.1.3 信息与装备技术是建立果园精准管理技术体系的重要支撑
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 精准农业的研究现状
• 1.2.2 林业信息化研究现状
• 1.2.3 果园精准管理相关技术的研究现状
• 1.2.4 总结
• 1.3 研究目标和内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 研究方法和技术路线
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 技术路线
• 1.5 研究区域
• 2 果树单株标识方法测试与优化研究
• 2.1 RFID系统构成
• 2.2 标签悬挂读取率测试方法
• 2.2.1 测试标签
• 2.2.2 测试装置
• 2.2.3 测试方法
• 2.2.4 测试条件
• 2.3 测试结果分析
• 2.3.1 无遮挡条件下对读取率影响
• 2.3.2 同一果树不同垂直高度条件下对读取率影响
• 2.3.3 同一果树不同水平位置条件下对读取率影响
• 2.3.4 不同遮挡条件下对读取率影响
• 2.4 单株果树RFID标识优化悬挂方法的确定
• 2.5 小结
• 3 果园生产信息双向获取技术研究
• 3.1 技术框架
• 3.2 基于手机扫描条码的生产信息采集技术
• 3.2.1 基本流程
• 3.2.2 关键技术
• 3.3 基于果树位置的环境信息查询技术
• 3.3.1 基本流程
• 3.3.2 关键技术
• 3.4 功能实现
• 3.5 应用测试
• 3.5.1 二维条码解析测试
• 3.5.2 环境信息查询测试
• 3.6 小结
• 4 自然环境下树上苹果识别技术研究
• 4.1 颜色空间选取
• 4.2 自然场景下成熟期苹果识别方法
• 4.2.1 图像采集
• 4.2.2 阈值分割
• 4.2.3 形态学滤波
• 4.2.4 识别效果评价
• 4.3 基于R/B值下的苹果识别结果分析
• 4.4 R/B值与V值结合下的苹果识别结果分析
• 4.5 不同光照条件下的苹果识别结果分析
• 4.6 基于圆拟合分析的单果识别率提高方法
• 4.6.1 自然生长下苹果的遮挡与重叠分析
• 4.6.2 苹果圆曲率分析
• 4.6.3 苹果识别判定模型构建
• 4.6.4 图像获取
• 4.6.5 圆回归参数设定
• 4.7 判定结果分析
• 4.7.1 单果被遮挡分离的判定结果分析
• 4.7.2 多果因重叠覆盖下的判定结果分析
• 4.8 小结
• 5 基于图像识别的富士苹果产量估测模型构建
• 5.1 建模数据获取
• 5.1.1 图像获取
• 5.1.2 图像识别与果实特征参数提取
• 5.1.3 单株产量信息获取
• 5.2 苹果单株产量估测模型构建
• 5.2.1 建模过程
• 5.2.2 结果分析
• 5.3 模型验证
• 5.4 误差分析
• 5.5 小结
• 6 数字化果园生产精准管理与溯源系统开发
• 6.1 果品追溯码编码设计
• 6.2 单株果树精确追溯方法研究
• 6.2.1 方法框架
• 6.2.2 采收筐RFID标识
• 6.2.3 方法应用流程
• 6.3 系统设计
• 6.3.1 总体结构设计
• 6.3.2 数据库设计
• 6.3.3 功能设计
• 6.4 系统开发关键技术
• 6.4.1 ExtJS与后台数据交互技术
• 6.4.2 果树查询及高亮显示技术
• 6.5 系统应用测试
• 6.5.1 单株果树位置信息采集与成图
• 6.5.2 管理功能应用测试
• 6.5.3 应用效果分析
• 6.6 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 特色与创新
• 7.3 展望
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介-吴保国
• 导师简介-杨信廷
• 获得成果目录清单
• 致谢