红外热成像技术在农业中的应用

介绍了红外热成像技术的基本原理和常用热图像处理方法,总结了红外热成像技术在作物水分胁迫、侵染性病害监测、冻害胁迫以及产量预测等领域中的应用,分析了红外热成像技术在农业领域的开发与应用中所面临的难题和未来的发展趋势,以期为红外热成像技术在农业上的实际开发应用提供参考。      

杂交水稻穗层埋入式管道送风辅助授粉机设计与试验

高地隙杂交水稻制种授粉机在作业过程中,当泥底层高差变化过大时,两侧的授粉器上下颠簸导致授粉器风场脱离父本穗层最佳作用位置,甚至完全脱离父本穗层,从而导致局部区域出现授粉缺失。为解决上述问题,该研究设计了一种杂交水稻穗层埋入式管道送风辅助授粉机,从减轻授粉器质量和增加有效作用深度2个方面进行优化,对授粉器的分流器和授粉管进行分析,并对分流器的气流均布效果和授粉器的气流风场特性进行仿真试验。仿真结果表明:在工作区间内,分流器的气流均布效果与入口风量无关(P0.05),根据参数优化选出的分流器可使3支授粉管的入口总压平均变异系数仅为1.14%;授粉管的喷孔直径为12 mm时,授粉边界区域风场速度约为1.2 m/s,可保证花粉横向悬浮运送至整个母本区域。根据理论分析和仿真结果试制样机并进行试验,结果表明:授粉机行走速度为1.5 m/s,作业效率约14 hm~2/h,在通过200 mm地面高差时依然具有稳定的穗层风场保持能力,授粉管喷孔轴心气流平均速度为34.2 m/s的条件下,母本厢花粉采集点的载玻片单位视野内平均粒数为8.35粒(杂交水稻制种农艺上要求至少有3粒花粉),其中平均花粉粒数多于3粒的采集点数量占比为96.02%,基本解决了局部区域授粉缺失问题。该研究可为杂交水稻制种田间机械化授粉提供参考。     

褐飞虱诱导的水稻冠层热图像温度特征变异评估方法

为寻求水稻被褐飞虱侵害后冠层温度特征的有效评估方法,以褐飞虱易感水稻品种"TN1"为研究对象,设置了褐飞虱侵害及未侵害两个处理,运用热红外成像技术获取水稻的冠层温度特征,使用机器学习分类器,对褐飞虱诱导的水稻冠层热图像温度特征变异评估方法进行了研究。首先,对试验采集的水稻冠层热图像和对应时刻的空气温度、相对湿度以及水稻灌溉水层水温信息进行分析,针对水稻冠层热图像提取了3种统计学温度特征,并使用了累计差值法分析水稻冠层的特征数;然后,对空气温度、相对湿度、水温与冠层温度特征分别进行了相关性分析;最后,分别采用逻辑回归算法与支持向量机算法进行评估模型的拟合。结果表明:3种统计学特征中,冠层温度变异系数的累计差值为30. 78,是差异性最大的特征值;统计学特征与空气温度、相对湿度和水温的皮尔逊系数分别为0. 27、-0. 34和0. 41。将3种冠层特征作为输入向量,采用逻辑回归算法判断水稻受褐飞虱侵害状况的测试集精准率为87. 15%,召回率为86. 54%,F1综合指标为86. 55%。本文提出将气象因子与水稻的冠层特征数相结合,对水稻受褐飞虱侵害的冠层温度特征进行评估,可为水稻虫害的监测与诊断提供参考。     

涵道风扇式高地隙杂交水稻制种授粉机设计

为了寻求更高效、更可靠的辅助授粉方法,以利于实现杂交水稻制种的全程机械化,该文设计了一种涵道风扇式高地隙杂交水稻制种授粉机,采用计算流体力学技术对涵道风扇式授粉器的流场特性进行仿真研究与试验分析,并试制了样机,根据仿真试验得到的授粉器优选参数,进行了田间验证试验。试验结果表明,在授粉机行走速度为1.5 m/s及授粉器电机转速为9 000 rad/min条件下,单位视野内母本厢花粉采集点的花粉平均粒数为8.39粒(杂交水稻制种农艺上要求至少有3粒花粉),较好地满足了杂交水稻制种授粉对花粉数量的最低要求。安排了涵道风扇式高地隙杂交水稻制种授粉机赶粉与农用无人机赶粉的实际生产作业对比试验,测得2种授粉方式的结实率分别为44.2%、42.7%,两者作业效果相近,说明所设计的涵道风扇式高地隙杂交水稻制种授粉机能满足杂交水稻制种的实际生产需要。该研究为杂交水稻制种机械化提供了参考。