土壤氮素快速诊断方法及在线监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种土壤氮素快速诊断方法，包括如下步骤：实时采集传感器组的土壤理化指标、气象指标和高清植株叶片数字图像；对高清植株叶片数字图像进行颜色特征提取；对土壤理化指标、气象指标和植株叶片图像颜色特征进行预处理；进行特征指标的提取；进行土壤氮素的偏最小二乘模型；对所述偏最小二乘模型进行更新；对所述偏最小二乘模型进行正确性检验，当正确时，形成模型库；否则，返回继续对土壤理化指标、气象指标和植株叶片图像颜色特征进行预处理。本发明专利技术还涉及一种土壤氮素在线监测系统，实施本发明专利技术的土壤氮素快速诊断方法及在线监测系统，具有以下有益效果：能实现对土壤氮素的快速在线测量及诊断。

Rapid diagnosis method and on-line monitoring system of soil nitrogen

The invention discloses a method for rapid diagnosis of soil nitrogen, which comprises the following steps: physicochemical index and meteorological index of leaf and HD real-time digital image acquisition sensor group soil; leaf of HD digital image color feature extraction; on soil physicochemical index and meteorological index and leaf color characteristics of image preprocessing; to extract the feature index; partial least squares model of soil nitrogen; update of the partial least squares model; the partial least squares model was verified, when properly, the formation of model base; otherwise, continue on soil physicochemical index and meteorological index and leaf color characteristics of image preprocessing. The invention also relates to a soil nitrogen online monitoring system. The implementation of the rapid diagnosis method and online monitoring system of soil nitrogen has the following beneficial effects: it can achieve fast online measurement and diagnosis of soil nitrogen.

【技术实现步骤摘要】
土壤氮素快速诊断方法及在线监测系统
本专利技术涉及土壤监测领域，特别涉及一种土壤氮素快速诊断方法及在线监测系统。
技术介绍
土壤氮素是保障作物生长的主要营养元素。根据土壤的实时供氮能力，指导肥料适当施用、合理规划农业作业，能有效提高肥料的利用率，缓解传统施肥方式造成土壤养分失衡、盐碱化等环境污染问题，并提高农产品的质量安全水平，其意义重大。土壤氮素检测的常规分析方法分为两类：土壤直接培养法和化学法，前者耗时长，后者相对简单快速。常用的化学法有蒸馏定氮法、化学浸提法和解扩散法。化学法一般先人工取样，再在实验室进行预处理后，利用检测设备进行检测分析，如滴定法、比色法、比浊法、紫外-可见分光光度法、近红外光谱法、等离子光谱法、荧光法等。分光光度法的准确度较高，但采样、预处理和检测分析过程较为复杂，效率较低，设备采购与维护成本较高，需要专业人员进行操作管理，不能满足大量土壤样本的快速在线检测需求。近年来，速测技术发展迅速，试纸比色、近红外光谱、等离子光谱等检测方法，因能实现田间土壤氮素的快速检测，且简小、便携，有望成为土壤现场速测的有力工具。但试纸法往往需要与浸提剂联用，检测精度低于常规化学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土壤氮素快速诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：A)实时采集土壤理化指标监测传感器组所获取的第一土壤理化指标、气象指标监测传感器组所获取的第一气象指标和机器视觉传感器组所获取的第一高清植株叶片数字图像；所述第一土壤理化指标包括土壤温度、土壤湿度、土壤电导率、土壤pH值和土壤ORP，所述第一气象指标包括空气温湿度、光照度、风速、雨量、大气压力和CO2；B)从所述第一高清植株叶片数字图像中提取第一植株叶片图像颜色特征；C)对所述第一土壤理化指标、第一气象指标和第一植株叶片图像颜色特征进行预处理；所述预处理包括滤波、降噪、异常数据剔除和标准化处理；D)从所述土壤理化指标监测传感器组所测的第一土壤...

【技术特征摘要】
1.一种土壤氮素快速诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：A)实时采集土壤理化指标监测传感器组所获取的第一土壤理化指标、气象指标监测传感器组所获取的第一气象指标和机器视觉传感器组所获取的第一高清植株叶片数字图像；所述第一土壤理化指标包括土壤温度、土壤湿度、土壤电导率、土壤pH值和土壤ORP，所述第一气象指标包括空气温湿度、光照度、风速、雨量、大气压力和CO2；B)从所述第一高清植株叶片数字图像中提取第一植株叶片图像颜色特征；C)对所述第一土壤理化指标、第一气象指标和第一植株叶片图像颜色特征进行预处理；所述预处理包括滤波、降噪、异常数据剔除和标准化处理；D)从所述土壤理化指标监测传感器组所测的第一土壤中取出部分土壤作为化学分析的第一土样，采用国标法检测所述第一土样的土壤氮素；E)配置不同浓度的尿素，分别加入到所述第一土壤中得到第二土壤，同时采集所述土壤理化指标监测传感器组对所述第二土壤监测到的第二土壤理化指标、所述气象指标监测传感器组监测到的第二气象指标和所述机器视觉传感器组对所述第二土壤监测到的第二高清植株叶片数字图像，从所述第二高清植株叶片数字图像中提取第二植株叶片图像颜色特征，从所述第二土壤中取出部分土壤作为化学分析的第二土样，并采用所述国标法检测所述第二土样的土壤氮素；F)采用主因素分析法，从所述第二土壤理化指标、第二气象指标、第二高清植株叶片数字图像或其组合中筛选出与所述国标法所检测的土壤氮素之间具有相关关系的监测指标或监测指标的组合，并将其作为特征指标；G)将所述特征指标作为样本数据集X，将所述国标法所检测的土壤氮素作为土壤氮素预测变量Y，所述采用最小二乘法，建立所述土壤氮素预测变量Y和样本数据集X的偏最小二乘模型；H)基于时间序列的新样本加入后，重新选定样本数据集，并根据新进样本数据集Xnew，重新更新所述偏最小二乘模型；I)重复所述步骤H)，任意改变土壤含氮素量，检验所述偏最小二乘模型的正确性，判断偏差是否小于第一设定值，如是，将最后更新的所述偏最小二乘模型作为所述第一土壤的氮素分析模型，执行所述步骤J)；否则，返回所述步骤C)直至模型正确为止；J)重复所述步骤A)至H)，建立不同种类土壤的氮素分析模型，形成土壤氮素分析模型库，供在线监测软件系统调用。2.根据权利要求1所述的土壤氮素快速诊断方法，其特征在于，所述步骤B)进一步包括：B1)对所述第一高清植株叶片数字图像从RGB颜色空间转换为HSI颜色空间；B2)分别计算所述第一高清植株叶片数字图像的红色分量与所述第一高清植株叶片数字图像的蓝色分量的差值，计算所述差值与所述HSI颜色空间中饱和度的均值作为第一植株叶片图像颜色特征。3.根据权利要求1或2所述的土壤氮素快速诊断方法，其特征在于，所述异常数据剔除包括如下步骤：C1)对所述第一土壤理化指标和第一气象指标中的异常数据进行剔除，得到异常数据剔除后的实时数据；C2)将所述异常数据剔除后的实时数据和所述第一植株叶片图像颜色特征进行标准化处理。4.根据权利要求3所述的土壤氮素快速诊断方法，其特征在于，所述步骤H)进一步包括：H1)对于选择的土壤氮素预测变量Y和样本数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯大春，黄家怿，孟祥宝，谢秋波，
申请(专利权)人：广州市健坤网络科技发展有限公司，广东省现代农业装备研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44