柑橘果實(shí)質(zhì)地分析采集系統(tǒng)的研究與開發(fā)

張小斌柯甫志顧 清徐建國楊 素鄭可鋒

（1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所 杭州310021；2.浙江省柑橘研究所）

柑橘是浙江省主要水果，2017年全省栽培面積約9.67×104hm2，產(chǎn)量為2.04×106t[1]。近年來，隨著消費(fèi)者對(duì)果品質(zhì)量的追求越來越高，市場(chǎng)對(duì)果品的品質(zhì)提出了更高的要求，柑橘優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)日趨得到重視，良種的培育和推廣顯得尤為重要[2]。果實(shí)品質(zhì)是包括外觀、質(zhì)地、風(fēng)味和營養(yǎng)成分等因素的綜合表現(xiàn)。果實(shí)質(zhì)地是果實(shí)品質(zhì)的重要參數(shù)[3]。目前，在柑橘果樹育種中果實(shí)質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)的獲取仍主要依賴人工測(cè)量和記錄，耗時(shí)費(fèi)力，人為誤差較大。實(shí)現(xiàn)對(duì)單果重、果周長、硬度、可溶性固形物等重要考種信息的電子化采集與記錄，可以減少人工反復(fù)手寫紙記，去除人為誤差干擾和人工成本投入[4]。為此，開展了“柑橘果實(shí)質(zhì)地分析采集系統(tǒng)的研究與開發(fā)”（簡稱“系統(tǒng)”）系統(tǒng)構(gòu)架、功能模塊、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)等的研究與開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了一體化快捷獲取柑橘果實(shí)質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)設(shè)計(jì)的專業(yè)果實(shí)考種平臺(tái)系統(tǒng)。

1 需求分析

本系統(tǒng)專為科研院所、高校、企業(yè)柑橘果樹育種工作者設(shè)計(jì)，是室內(nèi)一體化快捷獲取果實(shí)質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)的專業(yè)果實(shí)考種平臺(tái)系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于采樣標(biāo)簽編號(hào)掃碼與質(zhì)地分析設(shè)備智能連接實(shí)現(xiàn)單果重、果周長、硬度、可溶性固形物等重要考種信息電子化采集與記錄，減少人工反復(fù)手寫紙記，去除人為誤差干擾和人工成本投入。系統(tǒng)支持語音報(bào)數(shù)和多用戶獨(dú)立登錄使用，最多可同時(shí)連接3個(gè)相同設(shè)備采集，界面簡潔，操作方便，可顯著提高柑橘果實(shí)室內(nèi)考種數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率與工作效率，支撐組建果樹考種實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)平臺(tái)。

2 系統(tǒng)功能模塊

2.1 重量測(cè)量

將1～3臺(tái)天平（表2）通過USB轉(zhuǎn)串口數(shù)據(jù)線與電腦連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)柑橘果實(shí)重量的測(cè)量與自動(dòng)記錄。多個(gè)天平采集的重量數(shù)據(jù)將依次記錄在測(cè)量結(jié)果中。

2.2 可溶性固形物測(cè)量

將糖度計(jì)通過藍(lán)牙模擬的串口與電腦進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)柑橘可溶性固形物的測(cè)量與自動(dòng)記錄。與重量信息采集方式不同，可溶性固形物信息采集不是實(shí)時(shí)的，它是預(yù)先完成一個(gè)樣本的多次測(cè)量后一次性將測(cè)量結(jié)果傳送給系統(tǒng)。沒有內(nèi)置藍(lán)牙通訊功能的臺(tái)式電腦需插藍(lán)牙棒方可采集。

圖1 重量采集界面

2.3 硬度測(cè)量

將硬度計(jì)通過USB 數(shù)據(jù)線連接電腦，基于設(shè)備驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)開放接口直接實(shí)時(shí)獲取果實(shí)硬度、重量、果徑等信息（見表1）。

2.4 記錄管理

系統(tǒng)采集的考種數(shù)據(jù)依次顯示在測(cè)量結(jié)果中，不同類型數(shù)據(jù)以不同底色顯示，以便用戶及時(shí)區(qū)分。當(dāng)所有數(shù)據(jù)采集完畢后，測(cè)量結(jié)果可按“記錄全部結(jié)果”和“記錄結(jié)果均值”兩種形式記錄保存，前者表示記錄原始數(shù)值，產(chǎn)生多條數(shù)據(jù)；后者僅記錄結(jié)果平均值，產(chǎn)生一條記錄。系統(tǒng)提供每列結(jié)果數(shù)據(jù)的平均值、最大(小)值等統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

2.5 數(shù)據(jù)導(dǎo)出

數(shù)據(jù)導(dǎo)出默認(rèn)為Excel格式，導(dǎo)出形式同數(shù)據(jù)顯示界面。

2.6 協(xié)同工作

系統(tǒng)支持協(xié)同工作模式，在該模式下系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)直接發(fā)送到系統(tǒng)光標(biāo)處，使考種結(jié)果可直接自動(dòng)錄入在Excel等其他軟件，主動(dòng)與其他業(yè)務(wù)流程融合，提高系統(tǒng)的實(shí)用性。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

從數(shù)據(jù)功能角度來分，系統(tǒng)包括配置信息和數(shù)據(jù)信息等兩類數(shù)據(jù)。為了便于后期數(shù)據(jù)庫遷移與備份，系統(tǒng)按“一庫兩表”的形式設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫（表2）。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)采集的數(shù)據(jù)會(huì)及時(shí)保存到臨時(shí)數(shù)據(jù)表中，系統(tǒng)重新運(yùn)行后自動(dòng)加載上次測(cè)量數(shù)據(jù)，有效防止意外操作丟失。

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系 統(tǒng) 在Microsoft Visual Studio 2008中基于C#.net4.0開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用SQLite3.6，基于串口數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)采集功能。系統(tǒng)目前支持的考種分析設(shè)備如表2，每個(gè)測(cè)量結(jié)果基于Windows Speech API 實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)提示，方便用戶及時(shí)了解采集情況。

表1 系統(tǒng)支持考種設(shè)備與配置要求

表2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4 結(jié)論

優(yōu)質(zhì)、精品、高效是現(xiàn)代果樹栽培育種的要求。高效，精準(zhǔn)，自動(dòng)化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的目標(biāo)。用信息化、智能化的手段替代部分落后的傳統(tǒng)方法是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文就柑橘育種過程中的質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)獲取手段進(jìn)行研究，為柑橘果樹育種工作者研究開發(fā)了一套室內(nèi)一體化快捷獲取柑橘果實(shí)質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)的專業(yè)果實(shí)考種平臺(tái)系統(tǒng)。它基于采樣標(biāo)簽編號(hào)掃碼與質(zhì)地分析設(shè)備智能連接實(shí)現(xiàn)單果重、果周長、硬度、可溶性固形物等重要考種信息電子化采集與記錄，減少人工反復(fù)手寫紙記，能夠很好地減少人為誤差干擾和人工成本投入。系統(tǒng)支持語音報(bào)數(shù)和多用戶獨(dú)立登錄使用，最多可同時(shí)連接3個(gè)相同設(shè)備采集，界面簡潔，操作方便。本系統(tǒng)可顯著提高柑橘室內(nèi)考種數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率與工作效率，同時(shí)也有望在桃、蘋果、柑橘、藍(lán)莓、櫻桃等果樹育種中果實(shí)質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)的獲取得到應(yīng)用。