[發明專利]一種用于漢麻種植的數字化管理方法

在審

• 申請號: 202010420713.9
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111652090A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 王金玉;劉彤軍;朱明清;王濤;周麗麗;田曉英;楊洋;楊喆;杜寅甫;劉琦
• 申請（專利權）人: 黑龍江省科學院智能制造研究所
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06Q10/10;G06Q50/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于漢麻種植的數字化管理方法，其特征在于：所述方法通過以下步驟實現：

步驟一、通過視頻監控系統獲取漢麻植物的圖像和視頻信息；

步驟二、提取葉片圖像的分類特征；

步驟三、利用支持向量機作為分類器對葉片圖像進行訓練和測試，建立識別模型；

步驟四、流形學習算法加權局部線性嵌入算法WLLE與支持向量機SVM分類器結合，形成基于差異性值監督局部線性嵌入算法的多特征植物葉片圖像識別方法，具體為：

提取待測葉片的顏色、形狀和紋理作為葉片多特征，之后在加權局部線性嵌入算法中引入樣本的差異性值構成差異性值監督算法，以對葉片高維特征進行降維，之后在低維空間采用最近鄰分類器實現葉片的識別；

步驟五、針對漢麻葉片的圖像信息,利用PCA進行降維和ICA提取葉片圖像的特征信息，對葉片營虧與環境因素的預測；

步驟六、利用機器視覺技術和現代物理元件傳感器，組合數碼照片、數字視頻、識別方法以及其他文本信息的技術，構建漢麻長勢監測圖像視頻庫、模型庫和知識庫、漢麻信息服務數據庫、漢麻技術研究數據庫、漢麻生產監控數據庫項目、多遙感系統空間決策支持系統、精準肥水藥作業裝備和土地精平裝備系統、農田精準信息即時服務集成系統數據庫；并通過大屏顯示系統、移動終端應用軟件展示實時監測的現場數據和圖像。

2.根據權利要求1所述的一種用于漢麻種植的數字化管理方法，其特征在于：

步驟四所述的在加權局部線性嵌入算法中引入樣本的差異性值構成差異性值監督算法，以對葉片高維特征進行降維的過程具體為：

對于給定的采樣數據集加權局部線性嵌入算法(WLLE)的步驟如下：

a.計算數據集中X任意樣本點與數據集中其它樣本點之間的歐式距離，找出與其歐式距離相對較近的K個點，K是預先給定的數值；

b.步驟a已經計算得到數據集中每個樣本點的K鄰域，然后利用各近鄰點的線性組合來重構該樣本點，計算樣本點與其近鄰點之間的加權局部重構權值W_ij，使式的重構誤差函數最小；

c.根據定義計算樣本點的重要性值D_ij

其中：

d.計算高維數據集X的潛在低維嵌入Y，使得加權誤差函數

e.非稀疏對角化對稱矩陣

M＝D(I-W)^T(I-W)

其中：

D＝[D₁₁ D₂₂ Λ D_nn]

計算得到該矩陣相對較小的(d+1)個特征值及其相對應的特征向量；因為該對稱矩陣的第一個特征值幾乎為0，因此將第2～(d+1)個特征值對應的特征向量作為樣本集X的低維嵌入Y，d表示低維嵌入的維數。

3.根據權利要求1或2所述的一種用于漢麻種植的數字化管理方法，其特征在于：

步驟五所述的針對漢麻葉片的圖像信息,利用PCA進行降維和ICA提取葉片圖像的特征信息，對葉片營虧與環境因素的預測的過程為：

采用PCA主成分分析方法，通過方差改善樣本集分離狀況，提取葉片的顏色、形狀和紋理作為葉片多特征，對葉片高維特征進行降維，最后在低維空間采用最近鄰分類器(ELM)實現葉片的識別；

采用ICA獨立成份分析法從漢麻葉片的營養元素虧缺中提取出主要特征；對于缺失P元素的葉片，分析葉片的水漬斑，對于缺失N、K、Mg元素的葉片，分析葉片邊緣到中心的顏色變化，進行營虧的特征識別，同時配合數據庫統計不同漢麻葉片的作物纖維含量，種子產量，含油量等做出數據診斷、挖掘。

4.根據權利要求3所述的一種用于漢麻種植的數字化管理方法，其特征在于：所述的利用機器視覺技術和現代物理元件傳感器，組合數碼照片、數字視頻、識別方法以及其他文本信息的技術，構建漢麻長勢監測圖像視頻庫、模型庫和知識庫、漢麻信息服務數據庫、漢麻技術研究數據庫、漢麻生產監控數據庫項目、多遙感系統空間決策支持系統、精準肥水藥作業裝備和土地精平裝備系統、農田精準信息即時服務集成系統數據庫的步驟中，

漢麻信息服務數據庫是指，農民信息服務數據庫是指利用漢麻產業大數據項目為農民提供農業生產的所需的信息服務，如漢麻種植知識、作物推薦、漢麻生產自動助理、漢麻資訊等內容；

漢麻技術研究數據庫是指，漢麻技術研究數據庫包括各種科研活動產生的大數據，如大量的遙感數據，包括空間與地面數據；大量的漢麻實驗數據，如漢麻基因圖譜、大規模測序、漢麻基因組數據、大分子與藥物設計；

漢麻生產監控數據庫項目是指，農業生產監控數據庫收集根據無線網絡獲取的植物實時的生長環境信息，如通過各個類型的傳感器可監測土壤水分、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、植物養分含量等參數；其它參數也可以選配，如土壤中的PH值、電導率；信息收集、負責接收無線傳感匯聚節點發來的數據、存儲、顯示和數據管理，實現所有基地測試點信息的獲取、管理、動態顯示和分析處理以直觀的圖表和曲線的方式顯示給用戶，并根據以上各類信息的反饋對農業園區進行自動灌溉、自動降溫、自動卷模、自動進行液體肥料施肥、自動噴藥等自動控制；

多遙感系統空間決策支持系統是指，構建基于Oracle大型數據庫管理系統DBMS架構技術的遙感專題空間數據庫，實現空間數據信息海量存儲和目標數據的快速提取分發；基于多源、多尺度衛星遙感、航空和地面無線傳感技術協同的農田耕地質量關鍵指標遙感評估、漢麻水肥診斷、災害預警監測、氣候變化對旱區作物產量品質的遙感影響監測評估關鍵技術模塊原型為基礎，多遙感系統空間決策支持系統以多源異構遙感數據的解析、建模和融合技術，以及耕地質量與漢麻作物精準監測信息的關鍵評價指標、方法、模型與流程模塊，面向漢麻耕地質量、漢麻肥水診斷、主要災害和作物產量品質遙感評估提供空間決策支持；

精準肥水藥作業裝備和土地精平裝備系統是指，①精準肥水藥作業裝備系統：精準肥水藥作業裝備系統基于多源遙感信息的無縫連接的接口技術、智能化自適應變量控制技術、基于機器視覺的精確導航技術和基于作業處方圖的多參數融合變量實施技術，進行漢麻作物的精準施肥、灌溉、施藥等作業；②土地精平系統：土地精平系統基于土地精平施工作業過程實時高程、位置信號采集處理技術，以及土方精確鏟運和實時平整作業控制技術；

農田精準信息即時服務集成系統是指，以多源遙感空間信息數據網絡化協同工作和組合優化模式，建立面向精準農業的多源遙感數據標準、存儲與管理規范，構建多源農田遙感信息系統的體系結構與空間信息應用數據庫。