一种基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法

摘要

本发明涉及农业技术领域，尤其涉及一种基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法。该方法包括：将多组对照试验作物安装在可移动实验箱内，其中该多组对照试验作物包括空白对照组和染病对照组；通过光谱仪获取所述空白对照组的正常光谱及该空白对照组在变量施药后的各自光谱；通过光谱仪分别获取各个染病对照组的特征光谱；然后计算机控制系统结合反馈的光谱信息建立特征光谱的数据库，并得出不同病害程度光谱；通过光谱仪分别获取各个染病对照组在变量施药后的各自光谱，然后对药效进行评价试验，从而得出药剂对作物防治的最佳窗口期；根据最佳窗口期对不同病害程度光谱进行验证，以保证测试数据的准确性。

权利要求

1.一种基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将多组对照试验作物安装在可移动实验箱内，其中该多组对照试验作物包括未染病的空白对照组和接种病害程度不同的染病对照组；

S2、通过光谱仪获取所述空白对照组的正常光谱及该空白对照组在变量施药后的各自光谱，并将获取的光谱信息反馈至计算机控制系统；

S3、通过光谱仪分别获取各个染病对照组的特征光谱并反馈至计算机控制系统中；然后计算机控制系统结合步骤S2中反馈的光谱信息建立特征光谱的数据库，并得出不同病害程度光谱；

S4、通过光谱仪分别获取各个染病对照组在变量施药后的各自光谱，然后对药效进行评价试验，从而得出药剂对作物防治的最佳窗口期；

S5、根据最佳窗口期对不同病害程度光谱进行验证，以保证测试数据的准确性。

2.根据权利要求1所述的基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法，其特征在于，所述染病对照组设置为三组，其按照接种病害程度分为低等染病对照组、中等染病对照组和高等染病对照组；所述低等染病对照组中病虫害接种程度为10-20％，所述中等染病对照组中病虫害接种程度为20-60％，所述高等染病对照组中病虫害接种程度为60％以上。

3.根据权利要求1所述的基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法，其特征在于，通过可移动实验箱分别在室内与室外对多组对照试验作物进行光谱试验，以得出室内与室外环境对光谱试验的影响。

4.根据权利要求1所述的基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法，其特征在于，所述可移动实验箱的底部设有行走轮，且在可移动实验箱的顶部及侧部分别设有透光孔。

5.根据权利要求4所述的基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法，其特征在于，所述可移动实验箱内设有可移动坐标台；所述可移动坐标台用于放置多组对照试验作物，且其在所述计算机控制系统的控制下进行位置移动。

6.根据权利要求1所述的基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法，其特征在于，通过变量施药机构对空白对照组及染病对照组进行变量施药；所述变量施药机构包括至少三个药箱、压力单元及变量施药模块；所述变量施药模块与所述计算机控制系统连接，用于驱动各个药箱内的药剂在压力单元中进行混合，并使混合后的药剂喷洒于多组对照试验作物上。

7.根据权利要求1所述的基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法，其特征在于，所述光谱仪的下方设置有减震器，通过减震器避免光谱仪在移动过程中出现误差。

8.根据权利要求7所述的基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法，其特征在于，所述光谱仪连接有光谱探头与积分球探头，其中，光谱探头安装在多组对照试验作物上方的水平轨道上，用于采集冠层光谱和叶片单点光谱；在测量叶片单点光谱值时，通过积分球探头分别测量叶片尖部、叶片中部、叶片根部三点光谱。

9.根据权利要求8所述的基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法，其特征在于，所述水平轨道连接有驱动电机，所述驱动电机与所述计算机控制系统连接，用于驱动所述水平轨道进行位置移动。

说明书

一种基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法

技术领域

[0001] 本发明涉及农业技术领域，尤其涉及一种基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法。

背景技术

[0002] 目前，精准农业的迅速发展为农业的未来提供了一个重要的方向，精准施药是精准农业的重要研究方向，通过精准施药能显著的节省农药的用量，提高农药的有效利用率，同时改善作物对农药的需求，相比较传统无差别施药，能节省一半以上的用量。由于传统施药不考虑作物病害的差别性，因此无法在空间上和时间上进行细分，粗放的施药对环境带
来了诸多危害。

发明内容

[0003] (一)要解决的技术问题

[0004] 本发明要解决的技术问题是提供了一种基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法，使得可准确获取作物不同病害程度的光谱，为施药决策提供准确的数据指导。

[0005] (二)技术方案

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法，其包括如下步骤：

[0007] S1、将多组对照试验作物安装在可移动实验箱内，其中该多组对照试验作物包括未染病的空白对照组和接种病害程度不同的染病对照组；

[0008] S2、通过光谱仪获取所述空白对照组的正常光谱及该空白对照组在变量施药后的各自光谱，并将获取的光谱信息反馈至计算机控制系统；

[0009] S3、通过光谱仪分别获取各个染病对照组的特征光谱并反馈至计算机控制系统中；然后计算机控制系统结合步骤S2中反馈的光谱信息建立特征光谱的数据库，并得出不
同病害程度光谱；

[0010] S4、通过光谱仪分别获取各个染病对照组在变量施药后的各自光谱，然后对药效进行评价试验，从而得出药剂对作物防治的最佳窗口期；

[0011] S5、根据最佳窗口期对不同病害程度光谱进行验证，以保证测试数据的准确性。

[0012] 其中，所述染病对照组设置为三组，其按照接种病害程度分为低等染病对照组、中等染病对照组和高等染病对照组；所述低等染病对照组中病虫害接种程度为10-20％，所述中等染病对照组中病虫害接种程度为20-60％，所述高等染病对照组中病虫害接种程度为60％以上。

[0013] 其中，通过可移动实验箱分别在室内与室外对多组对照试验作物进行光谱试验，以得出室内与室外环境对该试验的影响。

[0014] 其中，所述可移动实验箱的底部设有行走轮，且在可移动实验箱的顶部及侧部分别设有透光孔。

[0015] 其中，所述可移动实验箱内设有可移动坐标台；所述可移动坐标台用于放置多组对照试验作物，且其在所述计算机控制系统的控制下进行位置移动。

[0016] 其中，通过变量施药机构对空白对照组及染病对照组进行变量施药；所述变量施药机构包括至少三个药箱、压力单元及变量施药模块；所述变量施药模块与所述计算机控
制系统连接，用于驱动各个药箱内的药剂在压力单元中进行混合，并使混合后的药剂喷洒
于多组对照试验作物上。

[0017] 其中，所述光谱仪的下方设置有减震器，通过减震器避免光谱仪在移动过程中出现误差。

[0018] 其中，所述光谱仪连接有光谱探头与积分球探头，其中，光谱探头安装在多组对照试验作物上方的水平轨道上，用于采集冠层光谱和叶片单点光谱；在测量叶片单点光谱值时，通过积分球探头分别测量叶片尖部、叶片中部、叶片根部三点光谱。

[0019] 其中，所述水平轨道连接有驱动电机，所述驱动电机与所述计算机控制系统连接，用于驱动所述水平轨道进行位置移动。

[0020] (三)有益效果

[0021] 本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明采用反射光谱方法可准确获取作物不同病害程度的光谱，在采集作物的光谱后进行变量施药控制，同时对施药后的作物
进行光谱监测，通过关键特征光谱的变化得出作物内部生理指标的变化，从而得出药剂对
作物防治的最佳窗口期，对于实际施药决策具有非常重要的指导意义。

附图说明

[0022] 图1为本发明实施例变量施药光谱探测器的结构示意图；

[0023] 图2为本发明实施例基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法的原理方框图。

[0024] 其中，1：压力单元；2：药箱；3：变量施药模块；4：积分球探头；5：光谱探头；6：透光孔；7：水平轨道；8：高等染病对照组；9：中等染病对照组；10：低等染病对照组；11：空白对照组；12：可移动坐标台；13：计算机；14：减震器；15：光谱仪；16：控制器。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

[0026] 在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0027] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0028] 如图1-2所示，本实施例提供一种基于反射光谱的变量施药窗口期决策方法，其包括如下步骤：

[0029] S1、将多组对照试验作物安装在可移动实验箱内，其中该多组对照试验作物包括未染病的空白对照组11和接种病害程度不同的染病对照组；优选的，染病对照组设置为三
组，其按照接种病害程度分为低等染病对照组10、中等染病对照组9和高等染病对照组8；低等染病对照组10中病虫害接种程度为10-20％，中等染病对照组9中病虫害接种程度为20-
60％，高等染病对照组8中病虫害接种程度为60％以上。

[0030] S2、通过光谱仪15获取空白对照组11的正常光谱及该空白对照组11在变量施药后的各自光谱，并将获取的这些光谱反馈至计算机控制系统中。该空白对照组11用于消除无
关变量对实验结果的影响，增强实验结果的可信度，同时也能帮助去除试验中的误差数据。

[0031] S3、通过光谱仪15分别获取各个染病对照组的特征光谱且反馈给计算机控制系统，而且通过计算机控制系统将该特征光谱与步骤S2中获取的各个光谱进行运算分析，建
立特征光谱的数据库；在该数据库中通过分析特征光谱的变化得出不同病害程度光谱；可
以理解的是，可采用计算机控制系统中的病虫害感染程度分析软件对上述光谱图像进行分
析处理，通过光谱特征值的变化得出该作物的敏感光谱。

[0032] S4、通过光谱仪15分别获取各个染病对照组在变量施药后的各自光谱，并对药效进行评价试验，以得出每个染病对照组施药的最佳窗口期；具体的，在对染病对照组进行变量施药药效的评价试验时，可从不同染病期变量施药的药效进行分析，通过关键特征光谱
的变化得出作物内部生理指标的变化，从而得出药剂对作物防治的最佳窗口期，即，最佳施药的施药时间及施药量。

[0033] S5、根据施药的最佳窗口期对不同病害程度光谱进行验证，以确保不同病害程度光谱的准确性，从而为施药决策提供准确的数据指导。也就是说，按照最佳施药时间及施药量对不同病害程度光谱的植株进行施药验证，从而判断该不同病害程度光谱是否准确。

[0034] 本实施例中可通过可移动实验箱在室内与室外分别对多组对照试验作物进行光谱试验，以得出室内与室外环境对试验的影响。同时，在室外环境进行试验时可有效去除外界干扰因素的影响。

[0035] 此外，在上述方法的基础上还公开一种变量施药光谱探测器，其包括：可移动实验箱、计算机控制系统、光谱仪15及变量施药机构；该可移动实验箱内可设置有多组对照试验作物；在该多组对照试验作物的上方设有水平轨道7；所述变量施药机构用于向多组对照试验作物进行变量施药；所述光谱仪15上连接有光谱探头5，所述光谱探头5可移动地安装在水平轨道7上，用于采集多组对照试验作物的光谱并反馈至所述计算机控制系统。

[0036] 具体的，该可移动实验箱为防风透光的罩体，在可移动实验箱的底部设有行走轮，在可移动实验箱的顶部及侧部分别设有透光孔6。

[0037] 而且，该可移动实验箱内设有可移动坐标台12，可移动坐标台12用于放置多组对照试验作物，且在计算机控制系统的控制下进行位置移动。

[0038] 在具体实施过程中，通过变量施药机构对空白对照组11及多组不同病害程度的染病对照组进行变量施药；其中，变量施药机构包括至少三个药箱2、压力单元1及变量施药模块3；变量施药模块3与计算机控制系统连接，用于驱动各个药箱2内的药剂在压力单元1中
进行混合；然后控制压力单元1将混合后的药剂喷洒于多组对照试验作物上。

[0039] 例如：该药箱2的数量可具体为三个，可以放三种不同的农药或农药助剂，根据程序控制将三个药箱2药剂在压力单元1里进行混合，变量施药模块3作为下位机程序直接驱
动三种药剂的混合。

[0040] 此外，在光谱仪15的下方设置有减震器14，通过减震器14避免光谱仪15在移动过程中带来的误差。

[0041] 而且，光谱仪15连接有光谱探头5与积分球探头4，其中，光谱探头5安装在多组对照试验作物上方的水平轨道7上，用于采集冠层光谱和叶片单点光谱；在测量叶片单点光谱值时，通过积分球探头4分别测量叶片尖部、叶片中部、叶片根部三点光谱，对三点光谱进行均方和公差运算后，得出叶片单点的光谱值。

[0042] 而且，水平轨道7连接有驱动电机，驱动电机与计算机控制系统连接，用于驱动水平轨道7进行位置移动。计算机控制系统包括计算机13及与计算机13连接的控制器16，计算机13分别与光谱仪15、变量施药机构连接，控制器16安装在可移动实验箱的外部，用于对实验箱内的装置进行驱动，例如：通过电缆驱动水平轨道7上的电机运动，从而带动光谱探头5进行动作。

[0043] 综上所述，本发明对变量施药多种药剂和助剂混合进行快速精准测试，采用反射光谱方法获得测试作物的反射光谱，通过计算机对作物的光谱进行模型匹配后，得出变量
施药处方图，测试平台根据模型进行药量的组合及助剂的选择，通过助剂改善药液在叶片
表面的吸附，同时对施药后的作物进行光谱监测，通过关键特征光谱的变化得出作物内部
生理指标的变化，从而得出药剂对作物防治的最佳窗口期，对于实际施药决策具有非常重
要的指导意义。

[0044] 本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选
择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员
能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。