【摘要】：現代農業(yè)提倡的省藥增效為高品質作物生產提供了技術基礎,但超低量施藥的農藥液滴在葉面易受到農藥霧滴蒸發(fā)時間的制約,嚴重制約農藥高效利用。農藥液滴的蒸發(fā)研究是解決這一間題的有效手段之一。本文針對液滴的探測和蒸發(fā)分析關鍵技術,從圖像、高光譜和高光譜圖像融合三個方向深入研究液滴蒸發(fā)規(guī)律,具有重要意義。主要研究內容及結論分為如下5部分。(1)提出基于計算機視覺獲取液滴圖像形狀邊界特征變化的方法,并基于Matlab計算獲得邊界點的坐標,通過稗草葉面的草甘膦液滴圖像提取結果驗證該方法對顯徽圖像有很好的精度。通過二維函數描述液滴,并對每個建模的參數進行比較,提出了用二維函數描述液滴特征的評價方法。提出了對二維函數進行降維的方法,利用降維后數據分析液滴的關鍵特性。通過玉米葉面的草甘膦液滴提取了其11個特征參數,結果表明該方法能通過多參數融合獲取液滴探測和蒸發(fā)過程的更多信息。為了精確描述液滴特征變化,提出了基于統(tǒng)計矩對11個形狀特征參數的建模精度評價方法�；谏鲜龇椒�,提出基于顯微高速圖像的液滴探測和蒸發(fā)分析方法。研究了基于圖像面積和弦長特征曲線的液滴探測,基于面積和弦長特征曲線可準確獲得液滴特征峰值,得出液滴在特定方向的擴散速度矢量細微差別。結果表明弦長特征值相對面積而言偏重輪廓上單個點的描述,可用于液滴分類。在液滴蒸發(fā)預測建模中,通過獲取液滴輪廓點坐標并將坐標點按象限劃分,能夠直觀得到液滴輪廓的細微變化�；谄摹A形率、平均彎曲能量和最小慣量軸長四個參數建立液滴蒸發(fā)變化的監(jiān)督線性模型,結果表明建模決定系數在0.7409-0.999之間,所建蒸發(fā)模型具有較好的精度。通過統(tǒng)計矩結果可知,預測值波動,蒸發(fā)液滴輪廓變化速度,正偏度和偏離度都較好。統(tǒng)計矩結果亦表明建模達到預期。(2)開發(fā)了除草劑漂移液滴的多光譜探測系統(tǒng)實現液滴粒徑探測和蒸發(fā)監(jiān)測。提出了基于多光譜快速檢測除草劑液滴的粒徑的方法,通過試驗研究從6個波段中篩選4個波段用來對液滴進行檢測,并證實紅色魚線上的液滴反射信號中,600-620nm和670-690bm波段的信號最強。近紅外短波的兩個波段800-820nm和850-870nm能用于液滴檢測。實驗室液滴蒸發(fā)試驗研究中,得出波長600-620nm對液滴蒸發(fā)粒徑變化的探測最好,相關系數為0.9353。在大田蒸發(fā)試驗中,波長600-620 nm和670-690nm和建立液滴蒸發(fā)粒徑探測的多元線性回歸模型的建模決定系數達到0.94,模型能很好預測液滴蒸發(fā)粒徑。(3)提出一種連續(xù)拍攝在時間序列上獲得液滴蒸發(fā)的高光譜成像數據方法,獲取三種不同葉片的樣本及葉面液滴的高光譜成像數據。對光譜維度壓縮處理中,利用SPCA選擇出敏感波段作為閾值條件來對待測樣本進行篩選,取得較好的識別效果。提取和分析葉面液滴的光譜、形狀和紋理特征,通過反復試驗研究得出最佳閾值構建液滴識別和蒸發(fā)分析決策樹。在識別規(guī)則研究的基礎上構建識別模型,基于光譜、形狀和紋理構建的蒸發(fā)識別模型研究結果表明,蠟質葉片與其他兩類葉片相比特征穩(wěn)定,識別精度較高。絨毛葉片形狀特征與其他兩類葉片有較大差異,但因為液滴在其表面形狀特征有較大范圍,也有被錯分的可能。基于紋理識別蒸發(fā)過程有較高的精度,證明基于紋理的蒸發(fā)識別是可行的。該模型可以有效的識別不同葉面上液滴以及液滴蒸發(fā)所帶來的變化,總體精度達到了 95.4%,Kappa系數也達到0.9472。(4)搭建人工模擬蒸發(fā)室,開展了環(huán)境參數(風和溫濕度)對蒸發(fā)的影響分析。在溫度為15℃,20℃和25℃時,相對無風條件紊流風引起蒸發(fā)時間顯著減少29.15%,23.25%和37.87%。對比可得,紊流風對液滴蒸發(fā)的影響最大,垂直風次之,水平風最小。風速對蒸發(fā)的影響試驗結果表明風速大小和蒸發(fā)時間呈線性相關。開展環(huán)境溫度對蒸發(fā)時間的試驗研究得出:當試驗溫度分別為15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃和50℃,測試參數條件相同,液滴的蒸發(fā)時間隨著溫度的增加而減少,溫度和蒸發(fā)時間呈顯著線性相關,蠟質葉面、平整葉面和絨毛葉面的蒸發(fā)時間線性回歸的決定系數分別0.9645,0.9558和0.9430。開展環(huán)境濕度研究表明濕度會延緩蒸發(fā),但是濕度增加蒸發(fā)時間不顯著。研究了助劑參數(種類和質量百分比)對蒸發(fā)的影響。結果表明模擬環(huán)境下,助劑種類對蒸發(fā)的影響不顯著。助劑添加的質量分數對蒸發(fā)影響明顯。薊草有絨毛的葉面,助劑百分數的增大對其蒸發(fā)時間的減少是非常顯著的。但相比薊草的顯著性,助劑百分數的增大對密花蠟質葉面和蒲公英平整葉面的蒸發(fā)時間的影響稍微弱些。(5)針對作物冠層小氣候環(huán)境參數(風速、溫濕度)的模擬,開發(fā)了葉面農藥蒸發(fā)時間測定儀,并完成系統(tǒng)精度校準。該裝置能根據用戶設定的風速、溫濕度參數控制封閉式蒸發(fā)室的環(huán)境參數為農藥蒸發(fā)研究提供基礎。系統(tǒng)風速控制的測試結果表明,在PWM風扇的可調范圍內,占空比和風速有好的線性關系,決定系數達到0.9918。PID溫濕度控制線性模型決定系數接近1。研究結果表明測定儀產品對于農藥蒸發(fā)的環(huán)境參數調節(jié)精確度很好。提出了助劑變量直注控制方法,直注時間和直注劑量的線性相關決定系數逼近1,這說明直注時間對劑量控制有很好的精度�？刂破髟O定的預測助劑量和實際助劑量有很好的一致性,線性相關系數為0.9991,證實系統(tǒng)整體精度很好。
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（２－２）逡逑／ｓｓｌ逡逑如果需要計算機將不規(guī)則形狀的液滴圖形輸出，其邊界公式和對應圖形如圖２－２所示：逡逑ｅ邐＝邋ｌ｝，，其中縱橫坐標表示容器內的不規(guī)則液滴相對測量原點的相逡逑對坐標值。逡逑賦值為。逡逑■ｆｌｉ逡逑圖２－２不規(guī)則液滴圖形輸出逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋丨ｒｒｅｇｕｌａｒ邋ｄｒｏｐｌｅｔ邋ｇｒａｐｈｉｃ邋ｏｕｔｐｕｔ逡逑２．２．２參數表示法逡逑參數表示法用函數來描述液滴的二維形狀參數，具體的形式是：ｒ（Ｈ）邋＝邋（ｘ（？），＿ｙ（？）），逡逑其中《＃鄆g亨荊ａ保藎嗑潁ǎ倆g航ｒ（ｏｈ\0嘧撲愫螅潁ǎ嶝

本文編號：2687042