[发明专利]一种用于汉麻种植的数字化管理方法

权利要求书

1.一种用于汉麻种植的数字化管理方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实现：

步骤一、通过视频监控系统获取汉麻植物的图像和视频信息；

步骤二、提取叶片图像的分类特征；

步骤三、利用支持向量机作为分类器对叶片图像进行训练和测试，建立识别模型；

步骤四、流形学习算法加权局部线性嵌入算法WLLE与支持向量机SVM分类器结合，形成基于差异性值监督局部线性嵌入算法的多特征植物叶片图像识别方法，具体为：

提取待测叶片的颜色、形状和纹理作为叶片多特征，之后在加权局部线性嵌入算法中引入样本的差异性值构成差异性值监督算法，以对叶片高维特征进行降维，之后在低维空间采用最近邻分类器实现叶片的识别；

步骤五、针对汉麻叶片的图像信息,利用PCA进行降维和ICA提取叶片图像的特征信息，对叶片营亏与环境因素的预测；

步骤六、利用机器视觉技术和现代物理元件传感器，组合数码照片、数字视频、识别方法以及其他文本信息的技术，构建汉麻长势监测图像视频库、模型库和知识库、汉麻信息服务数据库、汉麻技术研究数据库、汉麻生产监控数据库项目、多遥感系统空间决策支持系统、精准肥水药作业装备和土地精平装备系统、农田精准信息即时服务集成系统数据库；并通过大屏显示系统、移动终端应用软件展示实时监测的现场数据和图像。

2.根据权利要求1所述的一种用于汉麻种植的数字化管理方法，其特征在于：

步骤四所述的在加权局部线性嵌入算法中引入样本的差异性值构成差异性值监督算法，以对叶片高维特征进行降维的过程具体为：

对于给定的采样数据集加权局部线性嵌入算法(WLLE)的步骤如下：

a.计算数据集中X任意样本点与数据集中其它样本点之间的欧式距离，找出与其欧式距离相对较近的K个点，K是预先给定的数值；

b.步骤a已经计算得到数据集中每个样本点的K邻域，然后利用各近邻点的线性组合来重构该样本点，计算样本点与其近邻点之间的加权局部重构权值W_ij，使式的重构误差函数最小；

c.根据定义计算样本点的重要性值D_ij

其中：

d.计算高维数据集X的潜在低维嵌入Y，使得加权误差函数

e.非稀疏对角化对称矩阵

M＝D(I-W)^T(I-W)

其中：

D＝[D₁₁ D₂₂ Λ D_nn]

计算得到该矩阵相对较小的(d+1)个特征值及其相对应的特征向量；因为该对称矩阵的第一个特征值几乎为0，因此将第2～(d+1)个特征值对应的特征向量作为样本集X的低维嵌入Y，d表示低维嵌入的维数。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于汉麻种植的数字化管理方法，其特征在于：

步骤五所述的针对汉麻叶片的图像信息,利用PCA进行降维和ICA提取叶片图像的特征信息，对叶片营亏与环境因素的预测的过程为：

采用PCA主成分分析方法，通过方差改善样本集分离状况，提取叶片的颜色、形状和纹理作为叶片多特征，对叶片高维特征进行降维，最后在低维空间采用最近邻分类器(ELM)实现叶片的识别；

采用ICA独立成份分析法从汉麻叶片的营养元素亏缺中提取出主要特征；对于缺失P元素的叶片，分析叶片的水渍斑，对于缺失N、K、Mg元素的叶片，分析叶片边缘到中心的颜色变化，进行营亏的特征识别，同时配合数据库统计不同汉麻叶片的作物纤维含量，种子产量，含油量等做出数据诊断、挖掘。

4.根据权利要求3所述的一种用于汉麻种植的数字化管理方法，其特征在于：所述的利用机器视觉技术和现代物理元件传感器，组合数码照片、数字视频、识别方法以及其他文本信息的技术，构建汉麻长势监测图像视频库、模型库和知识库、汉麻信息服务数据库、汉麻技术研究数据库、汉麻生产监控数据库项目、多遥感系统空间决策支持系统、精准肥水药作业装备和土地精平装备系统、农田精准信息即时服务集成系统数据库的步骤中，

汉麻信息服务数据库是指，农民信息服务数据库是指利用汉麻产业大数据项目为农民提供农业生产的所需的信息服务，如汉麻种植知识、作物推荐、汉麻生产自动助理、汉麻资讯等内容；

汉麻技术研究数据库是指，汉麻技术研究数据库包括各种科研活动产生的大数据，如大量的遥感数据，包括空间与地面数据；大量的汉麻实验数据，如汉麻基因图谱、大规模测序、汉麻基因组数据、大分子与药物设计；

汉麻生产监控数据库项目是指，农业生产监控数据库收集根据无线网络获取的植物实时的生长环境信息，如通过各个类型的传感器可监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数；其它参数也可以选配，如土壤中的PH值、电导率；信息收集、负责接收无线传感汇聚节点发来的数据、存储、显示和数据管理，实现所有基地测试点信息的获取、管理、动态显示和分析处理以直观的图表和曲线的方式显示给用户，并根据以上各类信息的反馈对农业园区进行自动灌溉、自动降温、自动卷模、自动进行液体肥料施肥、自动喷药等自动控制；

多遥感系统空间决策支持系统是指，构建基于Oracle大型数据库管理系统DBMS架构技术的遥感专题空间数据库，实现空间数据信息海量存储和目标数据的快速提取分发；基于多源、多尺度卫星遥感、航空和地面无线传感技术协同的农田耕地质量关键指标遥感评估、汉麻水肥诊断、灾害预警监测、气候变化对旱区作物产量品质的遥感影响监测评估关键技术模块原型为基础，多遥感系统空间决策支持系统以多源异构遥感数据的解析、建模和融合技术，以及耕地质量与汉麻作物精准监测信息的关键评价指标、方法、模型与流程模块，面向汉麻耕地质量、汉麻肥水诊断、主要灾害和作物产量品质遥感评估提供空间决策支持；

精准肥水药作业装备和土地精平装备系统是指，①精准肥水药作业装备系统：精准肥水药作业装备系统基于多源遥感信息的无缝连接的接口技术、智能化自适应变量控制技术、基于机器视觉的精确导航技术和基于作业处方图的多参数融合变量实施技术，进行汉麻作物的精准施肥、灌溉、施药等作业；②土地精平系统：土地精平系统基于土地精平施工作业过程实时高程、位置信号采集处理技术，以及土方精确铲运和实时平整作业控制技术；

农田精准信息即时服务集成系统是指，以多源遥感空间信息数据网络化协同工作和组合优化模式，建立面向精准农业的多源遥感数据标准、存储与管理规范，构建多源农田遥感信息系统的体系结构与空间信息应用数据库。