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《浙江科技学院》 2019年
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基于物联网与图像识别的太阳能果园虫害监测系统研发

施盛华  
【摘要】:果园虫害种类与数量的监测是实现果园虫害精准化防治的基础。目前的虫害监测大部分是由植保人员现场调查和统计完成,这种方法费时费力且覆盖面有限。随着信息技术的不断发展,太阳能、物联网与图像识别技术为虫害监测系统提供了新的发展方向。其中,太阳能技术提供电能,满足监测系统野外使用需求,物联网技术为信息采集与传输提供了高、准、快的实施方案,图像识别技术完成虫害自动分类与计数。本文在分析国内外物联网虫害监测和图像虫害识别研究的基础上结合太阳能充电技术,以桃柱螟、梨小食心虫、桃小食心虫和美国白蛾为虫害研究对象,研发了基于物联网与图像识别的太阳能果园虫害监测系统。监测系统由物联网太阳能虫害监测终端和远程监测云平台组成,其中监测终端以STM32、4G通信技术和改进的MPPT光伏充电控制技术研发而成,实现了高效光伏充电、环境信息监测、虫害诱杀、虫害图像采集和远程信息传输等功能,远程监测云平台基于阿里云服务器构建而成,负责完成信息监测、数据存储、监测终端控制和虫害图像处理识别等工作。针对传统的MPPT光伏控制算法造成的充电效率不高且不稳定的问题,提出了一种自适应步长扰动观测法的MPPT光伏算法,通过自适应调节步长更快更准地追踪最大功率点,从而满足高效稳定地光伏充电要求。由于果园虫害图像存在多目标虫害的情况,通过对图像灰度化、图像增强、背景去除、形态学处理和连通域标记等处理方法的分析比较后,形成一种多目标虫害分割方案。在对目标虫害的形态、颜色、纹理特点的分析基础上,建立以目标图像的复杂度、偏心率、占空比、延伸率、球形性、颜色矩和灰度共生矩阵为虫害特征的特征选择方法。针对BP神经网络存在收敛速度慢、训练时间长以及识别率不高等问题,提出了一种改进的BP神经网络算法(AGA-IBP)。通过引入动量项改进BP神经网络自身、利用自适应遗传算法优化BP神经网络初始权值和阈值,从而加快模型网络的收敛速度,降低局部最小值发生可能,提高果园虫害识别准确率和效率。最后利用监测云平台进行了实验测试,测试结果表明:采用自适应步长扰动观察的MPPT光伏控制算法比传统扰动观察的MPPT光伏控制算法在光伏电池输出功率上提高了5.1%,果园虫害计数平均误差率为2.6%,桃柱螟识别率73%,梨小食心虫识别率65%,桃小食心虫识别率66%,美国白蛾识别率77%,验证了果园虫害监测系统的有效性可靠性。
【学位授予单位】:浙江科技学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TP391.41;S436.6

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 李文勇;李明;陈梅香;钱建平;孙传恒;杜尚丰;;基于机器视觉的作物多姿态害虫特征提取与分类方法[J];农业工程学报;2014年14期
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5 葛文杰;赵春江;;农业物联网研究与应用现状及发展对策研究[J];农业机械学报;2014年07期
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10 赵源萌;王岭雪;金伟其;骆媛;;基于区域直方图统计的灰度图像色彩传递方法[J];北京理工大学学报;2012年03期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
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2 吴翔;基于机器视觉的害虫识别方法研究[D];浙江大学;2016年
3 邓小蕾;果园信息获取现代传感方法及装置研究[D];中国农业大学;2014年
4 籍延宝;农业主要病虫害监测预警系统通用平台的开发及初步应用[D];中国农业大学;2014年
5 张洁;基于图像识别的农作物害虫诊断技术研究与应用[D];中国科学技术大学;2014年
6 王凯;基于图像纹理特征提取算法的研究及应用[D];西南交通大学;2013年
7 丁麟;基于文献计量的水稻三种主要病害研究水平的国际比较与实证分析[D];中国农业科学院;2012年
8 高鹏毅;BP神经网络分类器优化技术研究[D];华中科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高磊;基于物联网技术的果园虫害信息监测系统设计[D];安徽大学;2018年
2 许金霞;基于WebGIS棉花虫害监测系统平台研发[D];石河子大学;2017年
3 宋秀芬;基于嵌入式技术的虫害测报系统的研制[D];浙江理工大学;2017年
4 田冉;基于红外与图像的果树害虫监测方法研究[D];天津科技大学;2017年
5 卜宇飞;侦听技术监测林木蛀干害虫研究[D];北京林业大学;2016年
6 熊国;基于农业物联网技术智能大棚环境监测的研究[D];南昌大学;2015年
7 吴笛;基于图像识别水稻虫害预警系统的研究[D];湖南农业大学;2015年
8 张佳锐;基于物联网的农业虫害智能监控系统的设计与实现[D];湖南大学;2015年
9 雷思君;基于GPRS的农业物联网虫害防治监测系统的设计[D];湖南大学;2015年
10 刘禹;果树病害数据库的构建[D];西南大学;2012年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 项明;魏爽;何洁;仇瑞承;张漫;;基于DSP和MCU的农机具视觉导航终端设计[J];农业机械学报;2015年S1期
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10 王奎;冯建中;白林燕;林孝松;赵燕;冉启云;;基于图像二值化的玉米叶面积指数提取方法[J];农业网络信息;2015年11期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李强;石英压电型电子鼻与电子舌研究及在白酒检测中的应用[D];北京科技大学;2019年
2 宋丽娟;基于图像的农作物病害识别关键算法研究[D];西北大学;2018年
3 冯平;复杂场景下单目标的视觉跟踪算法研究[D];华中科技大学;2019年
4 王璨;基于机器学习的农业图像识别与光谱检测方法研究[D];山西农业大学;2018年
5 陈野;基于可穿戴传感器数据的人体动作识别方法的研究[D];大连理工大学;2018年
6 郭依正;基于机器视觉的俯视群养猪个体识别与饮水行为分析研究[D];江苏大学;2018年
7 吴娜;基于图像检索的农作物叶部病害识别关键技术研究[D];中国科学技术大学;2018年
8 郭丽丽;面向复杂场景的运动目标检测技术研究[D];云南大学;2017年
9 张国龙;棉蚜发生量信息快速获取方法与监测模型的建立研究[D];石河子大学;2017年
10 余明;胸外按压过程中伪迹抑制与心电节律辨识算法研究[D];中国人民解放军军事医学科学院;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 施盛华;基于物联网与图像识别的太阳能果园虫害监测系统研发[D];浙江科技学院;2019年
2 张磊;基于射频组网的农业数据采集系统[D];安徽大学;2019年
3 唐燕;基于ZigBee的空巢老人智能家居系统设计[D];安徽理工大学;2018年
4 李冬;基于图像的稻花香水稻种子鉴别方法的研究[D];黑龙江八一农垦大学;2018年
5 张帅亮;作物生长过程检测技术研究与实现[D];河南科技学院;2018年
6 刘亚伟;基于物联网技术的智能温室大棚控制系统研究[D];长春工业大学;2018年
7 李国君;中国牧草病理学研究数据网络平台构建[D];兰州大学;2018年
8 韩鑫;基于WebGIS的智慧台风应用系统[D];长江大学;2018年
9 安明明;基于物联网的温室智能监控系统的研究与应用[D];上海应用技术大学;2017年
10 孟晨;基于异构网的天然气井工作信息采集系统设计[D];内蒙古大学;2017年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 柳平增;王秀娟;马鸿渐;陈栋;张耘凡;柳建增;;生姜产业链物联网信息感知系统研究[J];农业机械学报;2013年12期
2 徐焕良;王兆敏;任守纲;王浩云;;设施环境中WSAN执行器节点协作算法研究[J];农业机械学报;2013年12期
3 杨胜平;谢晶;高志立;钱韻芳;施建兵;;冷链物流过程中温度和时间对冰鲜带鱼品质的影响[J];农业工程学报;2013年24期
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10 岳学军;王叶夫;洪添胜;徐兴;刘永鑫;张宗杰;;基于信道测试的橘园WSN网络部署试验[J];农业机械学报;2013年05期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李惠君;复杂仿真数据的降维与可视化聚类方法研究[D];燕山大学;2013年
2 王佳;基于机器学习的A型流感病毒跨种传播和抗原关系预测研究[D];华中科技大学;2012年
3 崔向军;酿酒酵母组蛋白修饰的组合模式分析[D];内蒙古大学;2012年
4 苏小姗;国家农业产业技术体系建设与发展[D];华中农业大学;2012年
5 戚利勇;黄瓜采摘机器人视觉关键技术及系统研究[D];浙江工业大学;2011年
6 赵庆龄;基于文献计量的土壤重金属污染国际比较研究[D];中国农业科学院;2010年
7 刁智华;大田小麦叶部病害智能诊断系统研究与应用[D];中国科学技术大学;2010年
8 黄东;基于流形的降维方法及其在计算机视觉中的应用[D];电子科技大学;2009年
9 张春光;基于超光谱成像系统的声光可调滤波技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
10 黄世国;基于图像的昆虫识别关键技术研究[D];西北大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 栾鸾;基于嵌入式Linux的建筑能耗数据采集器应用研究[D];山东建筑大学;2016年
2 潘骁;基于ZigBee与GPRS的无线仓储环境参数监测系统设计[D];广西师范大学;2016年
3 初旭;基于无线传感器网络的家庭安防系统研究与开发[D];吉林大学;2015年
4 杨嘉鹏;基于ZigBee与GPRS的果园监控系统设计与研究[D];大连理工大学;2015年
5 宋浩;基于RIA/JavaScript技术的高速公路滑坡监测预报管理信息系统的设计与实现[D];长安大学;2015年
6 张健;基于WebGIS的农业地理数据可视化技术研究及应用[D];浙江大学;2015年
7 刘爱霞;基于WebGIS的基本农田信息服务平台的设计与实现[D];长安大学;2015年
8 丁晴;基于Zigbee的分布式实验室温湿度监测系统[D];贵州大学;2015年
9 贺彩峰;高速列车车地数据传输自适应策略的研究与实现[D];北京交通大学;2015年
10 荆晓冉;基于图像的害虫自动计数与识别系统的研究[D];浙江大学;2014年
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10 高洪岐,王树声;辽西梨园虫害发生动态与防治对策[J];北方果树;1992年02期
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3 曾华兰;叶鹏盛;何炼;蒋秋平;刘朝辉;韦树谷;张骞方;代顺冬;李琼英;;转基因抗虫棉苗期虫害发生特点及防治策略[A];中国棉花学会2015年年会论文汇编[C];2015年
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 冯颖;长白山脉林木虫害大数据的网络科学建模、演化及其应用[D];东北大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 施盛华;基于物联网与图像识别的太阳能果园虫害监测系统研发[D];浙江科技学院;2019年
2 高磊;基于物联网技术的果园虫害信息监测系统设计[D];安徽大学;2018年
3 许金霞;基于WebGIS棉花虫害监测系统平台研发[D];石河子大学;2017年
4 檀尊社;种植业结构调整对洛阳主要农作物害虫发生的影响及无公害控制对策[D];西北农林科技大学;2006年
5 周文杰;基于iOS的棉蚜虫害信息采集与主动服务系统研发[D];石河子大学;2016年
6 吴金金;森林病虫害发生的空间预测研究[D];江西农业大学;2015年
7 李喆;陕西省凤县无公害蔬菜生产关键技术的应用研究[D];西北农林科技大学;2014年
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