论文部分内容阅读
植物生命需水状况检测是农林业领域的重点研究方向,目前无论是基于生理指标,还是基于体态特征的检测方法还存在一定的不足,为了更好地满足现代农林业研究的要求,本文基于机器视觉和驻波比法提出了2种植物生命需水状况智能检测方法,具有无损、实时、在线等特点,为精准节水灌溉、设施农林业和植物生理信息解译等研究奠定了基础。论文的主要研究内容和创新点如下:(1)植物叶态萎蔫作为一种可视化现象,表征了植物体生命需水状况,叶片萎蔫表明植物体内水分亏缺,反之则充足,因此可以把植物体自身视为一种特殊的活体传感器,根据其叶态萎蔫信息量化地判断植物的生命需水状况。把植物叶态的3D点云数据视为Euclid空间不同曲率的曲面集,基于二维离散时域傅里叶变换和分形理论双毯法分别定义了萎蔫指数L2DFT和LDBM。从原理和使用性能上对当前主要的3D植物表型信息获取技术进行对比分析,选取激光三角测量技术和飞行时间法作为本研究的2种关键传感技术,并基于图像处理的方法研究了萎蔫指数的计算过程。(2)通过基于激光三角测量技术的试验分析了萎蔫指数与植物叶态萎蔫程度的映射关系,并针对多种叶态变化特征丰富的植物,分析了萎蔫指数与饱和水汽压差和光合有效辐射等植物生长微环境因素的相关性,表明自定义的萎蔫指数可以定量地表征植物叶态萎蔫状况。并提出一种基于ToF摄像机的植物叶态萎蔫实时辨识方法,通过对单一叶片和同一植株不同叶片的叶片状态与萎蔫指数的关系进行了定性以及定量分析。(3)创新性的把驻波比法应用于植物茎体水分无损检测研究,基于植物茎体介电理论,分析了影响茎体介电常数的主要因素,在确定测量频率为100 MHz的基础上,植物茎体体积含水率的变化是导致检测装置输出电压值变化的原因。进一步通过试验验证了植物茎体水分检测装置的关键性能指标,当植物茎体体积含水率一定且小于59.59%时,且当探测环直径一定且小于10.5 cm时,能够满足植物茎体水分检测的要求。(4)利用本文研发的基于驻波比法的植物茎体水分检测装置,在温室条件和野外自然条件等不同亏水胁迫条件下,对松树、桃树、杨树、紫薇树、瓜栗树等植物进行了茎体水分监测,研究其水分变化规律,同时研究了植物茎体水分与VPD、PAR等微环境参数以及茎流速率、净光合速率等生理参数的相关性,并监测了植物茎体水分在零界温度条件下的异变规律。