光谱反射率预测甘蔗叶片氮磷钾含量及传感器开发

论文摘要

在广西的甘蔗种植中,化肥的过量和不正当使用,造成国际竞争力低和环境污染等问题。为了解甘蔗的生长状况,提高化肥的利用率,本文以光谱学方法为理论基础,建立了甘蔗叶片氮（N）、磷（P）、钾（K）含量的预测模型,并进一步考虑元素间的交互作用,以提高对N、P、K含量的预测精度。本文以甘蔗为研究对象,通过对不同生长期的叶片进行光谱反射率（220-1400nm）的测量,探索了多种光谱分析方法建立叶片N、P、K含量预测模型的可行性。研究首先对全光谱数据进行二阶微分（2nd Der）变换,再通过CARS-PCA算法筛选特征变量,选择N、P、K的特征变量个数分别为34、32、39个。利用特征变量建立甘蔗叶片氮、磷、钾含量的6折交叉预测PLS模型,PLS模型预测结果R2分别为0.8591、0.6769、0.9321。考虑到甘蔗生长过程中N、P、K可能存在的交互影响,本文还引入了包含19个因子的三项回归模型来反映三因子间的互作关系。并利用PCA将提炼后的19IF-PCA主成分因子建立了N、P、K的PLS和MLR修正预测模型,其中N、P、K含量的MLR修正模型预测结果决定系数R2分别为0.8908、0.8019、0.9439,预测精度明显提高。除此之外,研究还基于光谱学原理,设计并开发了一款便携式作物长势传感器,以期实现对作物的无损、快速检测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究的目的和意义
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 甘蔗作物的研究现状
•     1.2.2 国内外光谱学在作物长势方面研究近况
•     1.2.3 近红外技术在甘蔗养分信息诊断研究中的问题和难点
•   1.3 研究内容
•   1.4 论文框架
• 第二章 材料与方法
•   2.1 实验材料
•     2.1.1 实验品种的选择
•     2.1.2 田间实验设计
•   2.2 实验样本采集和处理
•   2.3 近红外光谱的数据采集系统
•   2.4 甘蔗叶片NPK含量测量
• 2SO₄-H₂O₂消煮法）'>    2.4.1 待测液的制备（H₂SO₄-H₂O₂消煮法）
•     2.4.2 甘蔗叶片全氮的测定（凯氏定氮法）
•     2.4.3 甘蔗叶片全磷的测定（钒钼比色法）
•     2.4.4 甘蔗叶片全钾的测定（火焰光度法）
•   2.5 光谱数据处理方法
•     2.5.1 光谱数据预处理方法
•     2.5.2 特征变量提取方法
•     2.5.3 化学计量学建模方法
•   2.6 传感器开发理论基础
•   2.7 小结
• 第三章 建立甘蔗叶片氮、磷、钾含量预测和修正模型
•   3.1 甘蔗叶片氮、磷、钾含量的检测研究
•     3.1.1 叶片N、P、K含量分析
•     3.1.2 光谱数据预处理
•     3.1.3 特征变量提取与建模
•   3.2 甘蔗叶片氮、磷、钾交互效应研究
• p、P_p、K_p影响因子分析'>    3.2.1 N_p、P_p、K_p影响因子分析
•   3.3 小结
• 第四章 基于光谱学原理的作物长势传感器设计
•   4.1 传感器的总体设计
•   4.2 传感器的硬件设计
•     4.2.1 主动光源部分设计
•     4.2.2 控制系统和电源设计
•   4.3 传感器的软件设计
•   4.4 小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间论文发表情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王策

导师: 李修华

关键词: 甘蔗,光谱,氮磷钾,交互效应

来源: 广西大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技,信息科技

专业: 物理学,农作物,自动化技术

单位: 广西大学

分类号: S566.1;O433;TP212

总页数: 57

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