設施蔬菜健壯缽苗識別及高效補苗關鍵技術裝備研發

余 意，周金俊，繆 宏，于金虎，柴 巖，董佩璇

（1.揚州大學機械工程學院，江蘇 揚州 225000；2.泰州櫻田農機制造有限公司，江蘇 泰州 225300；3.江蘇省揚州中學，江蘇 揚州 225000）

0 引言

我國設施果蔬作為果蔬產業的重要版塊，近些年，其面積、產量以及產值一直都在不斷擴大，種植面積從2000年183.27萬hm2增長至2016年391.47萬hm2，平均每年增長超過13.33萬hm2，總產量及消費量均居世界前列。育苗移栽技術是設施果蔬生產的主要種植方式，具有提高復種指數、有效利用積溫、增加壯苗率、保證設施果蔬產量等優勢，可以提高生產效率，降低綜合成本，但目前設施果蔬種植機械化水平低，存在效率低下、高速作業時穩定性差等問題，仍處于半自動化作業階段，急需開發適合設施果蔬缽苗機械化高速移栽技術及其裝備，解放種植戶，用機器代替人工或減少人工在設施內作業的時間，減輕種植戶勞作壓力。

1 設施果蔬健壯苗識別速率優化分析

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、獨立變量分析、連續投影算法、逐步多元線性回歸等方法提取缽體苗的特征參數，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別模型，開發果蔬苗健壯性識別裝置，探索苗生長期的光譜特征與形態演化規律；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，無法實現識別的自動化，擬通過對不同大小、跨界葉片做形態特征提取，給予相應的權重系數，使得不同檢測方法可自動選擇；基于VC軟件開發圖像識別軟件，形態權重系數提取加權可自動選擇不同苗齡機器視覺檢測方法，更加智能快速。

2 設施果蔬缽體健壯苗快速智能化精確識別與高效補苗

針對缽體苗補苗效率低的問題，優化末端執行器工作參數，建立基于最短路徑理論的補苗路徑在線規劃方法。建立末端執行器運動學、動力學模型，借助Matlab、SolidWorks和ADAMS等軟件參數化與苗坨接觸部分結構和夾取動作軌跡，分析末端執行器與缽苗坨間夾緊量、作用力變化與前期試驗成功率、傷苗率等之間的聯系，進而優化末端執行器設計參數。本研究將嘗試神經網絡、蟻群優化、粒子群優化等算法對移栽平臺采用三維坐標式、龍門式或平聯機器人的移栽高效性進行模擬比對，進一步對先劣質苗剔除后健康苗補種的復雜作業路徑進行控制策略研究，并借助Matlab等算法處理軟件仿真，優化缽苗移栽作業路徑。

圖1 健壯苗高光譜圖像識別平臺圖像識別系統

圖2 基于遺傳算法的補苗路徑優化

3 結語

本文采用高光譜缽苗快速精準識別及遺傳算法優化高效補苗技術，研究開發果蔬缽體苗智能化高效補苗裝置，實現健壯苗快速精確識別，達到識別準確率≥95%，識別速度≥320株/min，待檢缽體中的弱苗剔除及健壯苗移植等功能，達到補苗成功率≥85%。