設(shè)施蔬菜健壯缽苗識(shí)別及高效補(bǔ)苗關(guān)鍵技術(shù)裝備研發(fā)

余 意，周金俊，繆 宏，于金虎，柴 巖，董佩璇

（1.揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000；2.泰州櫻田農(nóng)機(jī)制造有限公司，江蘇 泰州 225300；3.江蘇省揚(yáng)州中學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225000）

0 引言

我國(guó)設(shè)施果蔬作為果蔬產(chǎn)業(yè)的重要版塊，近些年，其面積、產(chǎn)量以及產(chǎn)值一直都在不斷擴(kuò)大，種植面積從2000年183.27萬(wàn)hm2增長(zhǎng)至2016年391.47萬(wàn)hm2，平均每年增長(zhǎng)超過(guò)13.33萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量及消費(fèi)量均居世界前列。育苗移栽技術(shù)是設(shè)施果蔬生產(chǎn)的主要種植方式，具有提高復(fù)種指數(shù)、有效利用積溫、增加壯苗率、保證設(shè)施果蔬產(chǎn)量等優(yōu)勢(shì)，可以提高生產(chǎn)效率，降低綜合成本，但目前設(shè)施果蔬種植機(jī)械化水平低，存在效率低下、高速作業(yè)時(shí)穩(wěn)定性差等問(wèn)題，仍處于半自動(dòng)化作業(yè)階段，急需開(kāi)發(fā)適合設(shè)施果蔬缽苗機(jī)械化高速移栽技術(shù)及其裝備，解放種植戶，用機(jī)器代替人工或減少人工在設(shè)施內(nèi)作業(yè)的時(shí)間，減輕種植戶勞作壓力。

1 設(shè)施果蔬健壯苗識(shí)別速率優(yōu)化分析

采集不同苗齡、不同健康狀況種苗的高光譜圖像，采用主成分分析法、獨(dú)立變量分析、連續(xù)投影算法、逐步多元線性回歸等方法提取缽體苗的特征參數(shù)，研究健壯苗多維特征的信息融合方法，建立健壯苗多維特征的健壯苗識(shí)別模型，開(kāi)發(fā)果蔬苗健壯性識(shí)別裝置，探索苗生長(zhǎng)期的光譜特征與形態(tài)演化規(guī)律；不同苗齡的葉片未越界、越界而未重疊、越界而重疊不明顯和重疊較重穴盤苗的健康信息圖像獲取方法不同，無(wú)法實(shí)現(xiàn)識(shí)別的自動(dòng)化，擬通過(guò)對(duì)不同大小、跨界葉片做形態(tài)特征提取，給予相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，使得不同檢測(cè)方法可自動(dòng)選擇；基于VC軟件開(kāi)發(fā)圖像識(shí)別軟件，形態(tài)權(quán)重系數(shù)提取加權(quán)可自動(dòng)選擇不同苗齡機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法，更加智能快速。

2 設(shè)施果蔬缽體健壯苗快速智能化精確識(shí)別與高效補(bǔ)苗

針對(duì)缽體苗補(bǔ)苗效率低的問(wèn)題，優(yōu)化末端執(zhí)行器工作參數(shù)，建立基于最短路徑理論的補(bǔ)苗路徑在線規(guī)劃方法。建立末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型，借助Matlab、SolidWorks和ADAMS等軟件參數(shù)化與苗坨接觸部分結(jié)構(gòu)和夾取動(dòng)作軌跡，分析末端執(zhí)行器與缽苗坨間夾緊量、作用力變化與前期試驗(yàn)成功率、傷苗率等之間的聯(lián)系，進(jìn)而優(yōu)化末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)參數(shù)。本研究將嘗試神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、蟻群優(yōu)化、粒子群優(yōu)化等算法對(duì)移栽平臺(tái)采用三維坐標(biāo)式、龍門式或平聯(lián)機(jī)器人的移栽高效性進(jìn)行模擬比對(duì)，進(jìn)一步對(duì)先劣質(zhì)苗剔除后健康苗補(bǔ)種的復(fù)雜作業(yè)路徑進(jìn)行控制策略研究，并借助Matlab等算法處理軟件仿真，優(yōu)化缽苗移栽作業(yè)路徑。

圖1 健壯苗高光譜圖像識(shí)別平臺(tái)圖像識(shí)別系統(tǒng)

圖2 基于遺傳算法的補(bǔ)苗路徑優(yōu)化

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用高光譜缽苗快速精準(zhǔn)識(shí)別及遺傳算法優(yōu)化高效補(bǔ)苗技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)果蔬缽體苗智能化高效補(bǔ)苗裝置，實(shí)現(xiàn)健壯苗快速精確識(shí)別，達(dá)到識(shí)別準(zhǔn)確率≥95%，識(shí)別速度≥320株/min，待檢缽體中的弱苗剔除及健壯苗移植等功能，達(dá)到補(bǔ)苗成功率≥85%。