基于反射光谱的植物群体叶绿素含量监测系统的研制.pdf

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1、第30卷第10期农业工程学报Vo1．30No．101602014年5月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringMay2014基于反射光谱的植物群体叶绿素含量监测系统的研制谭文静，王永千，赵鹏飞，范利锋，黄岚，一，王忠义，2※(1．中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083；2．农业部农业信息获取技术重点实验室，北京100083)摘要：针对农业生产环境中植物群体叶绿素的监测，该文提出了一种基于可见．近红外反射光谱的植物群体相对叶绿素含量实时监测系统。系统以太阳光为光源，设计了特殊光路同时获得植物冠层反射的700和830

2、m2种波长光信号以及该2种波长光的入射信号。采用ZigBee协议搭建无线传感器监测网络，由终端节点将以上光路获取的4路信号进行采集和处理，并将其转发至协调器，进而由协调器发送至用户中心进行计算与存储。系统试验研究中测量的有效样本点共124个，将前36个点的两波长吸光度值与样本叶绿素指数值采用最小二乘法进行多元回归，建立定量分析模型，模型决定系数和标准差分别为0．919和9．26958；用后88个点建立预测集，模型预测值与标准值建立的线性函数决定系数为0．913，标准差为9．372，系统稳定性试验变异系数CV

3、农业自动无损检测技术提供理论及实践基础。关键词：作物；叶绿素；光谱分析；无损检测；ZigBeedoi：10．3969~．issn．1002—6819．2014．10．020中图分类号：TP23；$24文献标志码：A文章编号：10026819(2014)一10—0160—07谭文静，王永千，赵鹏飞，等．基于反射光谱的植物群体叶绿素含量监测系统的研制[J]．农业工程学报，2014，3O(10)：16O一166TanWenjing，WangYongqian，ZhaoPengfei，eta1．Developmentofsystemformonitoringchlorophyllcontentofpla

4、ntpopulationusingreflectancespectroscopy[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2014，3O(1O)：160—166．OnChinesewithEnglishabstract)于叶片的单点测量在科研和植物保护等领域有了0引言较为广泛的应用与推广[8-10]，而针对大面积植物叶叶绿素是绿色植物进行光合作用的物质基础，片群体叶绿素的检测，美国SpectrumTechnologies是研究植物生长、生理代谢以及营养状况的重要指公司推

5、出的CM1000叶绿素检测仪应为最具代表性标【J～l，叶绿素含量检测技术的研究在农业生产和林的先进仪器ll1_J，但仪器为手持式测量l1，不便于业研究等领域有着至关重要的指导意义【4】。生产现场定点连续监测。传统的叶绿素含量检测方法先采用物理和化本文研制了一种基于可见．近红外反射光谱的学方法提取叶绿素，再用分光度法测定其含量，这植物群体叶绿素指数值监测系统，系统采用反射式种方法耗时长，对叶片破坏性极大，且不便于野外测量方法获得植物冠层群体叶片的红光与近红外测量和连续测量J。而可见．近红外光谱测量方法依光谱信号，采用均值滤波方法、白板模型、黑箱试据叶绿素的光谱特性，可以对植物叶片叶绿素含量验等方

6、法对光谱数据进行预处理，之后计算获得2进行无损检测，该方法测量准确度高，实时性好，种光谱的反射吸光度值，用最小二乘法建立2种光具有较好的重复性和连续性[1,6-7]。基于可见一近红外吸光度值与植物叶绿素指数值的定量分析模型，以光谱测量方法的单叶片透射式检测方法在局部叶进行对群体叶绿素含量的预测分析。系统将多点连片叶绿素测量领域广泛应用，如日本Minolta续监测数据通过ZigBee低功耗无线传感器网络【I7-19]Camera公司生产的SPAD．502手持式叶绿素仪是对传送至用户上位机，以达到对大面积群体作物的实时监测目的。收稿日期：2013．09—17修订日期：2014-04．24基金项目：

7、国家863项日(2008AA10Z201)1系统原理作者简介：谭文静(1988一)，女，湖北武汉人，主要研究方向为信息由于物体吸收了部分可见光的能量，使光强度应用技术与智能农业。北京中国农业大学信息与电气工程学院，100083。Email：Wjtcau@163．com变弱，同时呈现出某种颜色，物质对于某一种波长※通信作者：王忠义(1968一)，男，教授，博士生导师，从事农业生的光吸收得越多，它所呈