农业信息技术-第二章-农业信息采集PPT资料.ppt

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,第一节计算机数据采集管理系统概述,一、数据采集管理系统的典型结构,将微机输出的数字信号再转换为模拟信号，以完成计算机的输出记录和对外界设备的自动控制。

（四）数模转换器,第一节计算机数据采集管理系统概述,一、数据采集管理系统的典型结构,负责调度数据采集系统的各应用程序模块，并与系统的外部设备及时交换信息。

监控程序在在线状态下，能接收来自键盘或接口的操作命令，并解释、执行，实现系统硬、软件资源的管理。

（五）应用软件与监控程序,应用软件,监控程序,是计算机数据采集管理系统的灵魂，有了应用软件才能充分发挥采集系统的功能,第一节计算机数据采集管理系统概述,二、数据采集管理系统的基本功能,时钟功能信息采集功能数据处理功能数据存储功能控制功能自诊断功能信息输出功能,定时采集、实时采集；

单项采集、多项采集,存储实时采集的数据和历史数据,超限报警、状态自检、自动复位等,图形显示、报表打印、硬拷贝等,可以实现现场环境的调控，实现生产管理自动化,系统定时采集、分时操作都按时钟的节拍进行,第二节农田生物信息的采集与处理,一、农田生物系统的信息二、农田生物信息采集与处理系统三、农田生物弱信息的增强技术四、农田生物多元信息的提取技术五、农田生物宏观形态结构信息的提取,第二节农田生物信息的采集与处理,一、农田生物系统的信息,

（一）农田生物信息的类型,农作物生理功能信息农作物结构信息农作物病虫草害信息,微观结构宏观结构,第二节农田生物信息的采集与处理,一、农田生物系统的信息,

（二）农田生物信息的特点与研究方法,层次性,多元性,弱信息,时空分布,随空间和时间不断发生动态变化,注重实时性和空间分布差异,采用弱信息提取与恢复技术，使弱信息变强,包含于复杂的环境信息中,多种组分信息的叠加,多组分信息分离技术，运用化学计量学方法,物种不同、生长有异、结构有别,微观：

光谱/波谱/色谱/质谱；

宏观：

感官定性/图形图像方法,第二节农田生物信息的采集与处理,二、农田生物信息采集与处理系统,

（一）系统组成,农田生物信息采集与处理系统由硬件和软件两部分组成。

1硬件部分,1）信息检测系统,图像传感器光谱传感器生理信息传感器实验室分析仪器,1硬件部分,2）信号调理系统,农田生物信息经过信息检测系统检测后，其信息负载到具有某种能量（如光、电、热、声、磁等）的模拟量上即为模拟信号。

模拟信号被计算机采集以前需要进行调理，提高信噪比。

信号调理系统包括：

滤波器、积分器、调制解调器、锁相放大器和厢车式积分器等。

1硬件部分,3）计算机硬件系统,接口电路计算机计算机输入输出设备,1硬件部分,通过对农田生物信息的综合处理，可以发现农田生态系统更深层次的东西，根据需要，开发信息综合处理模拟优化软件，以便实现农田管理措施的优化。

2软件部分,1）信息预处理软件,方法：

数据平滑法、图谱叠加平均法、厢车式平均法、傅里叶变换滤波法、小波变换等。

2）信息提取软件,弱信息-计算机差谱技术、计算机导数技术；

多元信息-应用化学计量学多组分分析方法所编制的软件有：

逐步回归分析法（SRA）、主成分回归法（PCR）、偏最小二乘法（PLS）等。

纹理特征信息-利用逐步判别法、主成分分析法、聚类分析法等。

3）信息综合处理、模拟和优化软件,

（二）系统功能,二、农田生物信息采集与处理系统,第二节农田生物信息的采集与处理,1.农田生物信息检测,微观形态结构和组分的信息检测宏观形态结构的信息检测生理功能的信息检测间接信息的获得,2生物信息检测信号的调理,信噪比噪声来源信号调理,三、农田生物弱信息的增强技术,第二节农田生物信息的采集与处理,1系统背景的消除与降低,差谱技术导数光谱技术,2随机背景的消除与降低,数字滤波技术傅里叶变换滤波小波变换,四、农田生物多元信息的提取技术,第二节农田生物信息的采集与处理,方法：

化学计量学方法操作：

通过1组待测成分含量已知的标准样品，对它们进行光谱区的全程扫描，然后通过计算机快速处理数据，建立样品组分含量与样品光谱之间的数学关系，再测出未知样品中待测组分的光谱，就可以确定其中待测成分的含量。

第二节农田生物信息的采集与处理,五、农田生物宏观形态结构信息的提取,

（一）计算机图像处理技术的概念,计算机图像处理是在计算机中把图像用数字信号的形式表达，并根据需要进行各种处理，称为数字图像处理。

所谓数字图像，就是图像各点的灰度值的二维数组，把它表示为f（x,y），则f（i,j）表示图像f位于（i,j）处象素的同时，还表示该点的灰度。

因此任何图像都可以用多个二维数组表示。

第二节农田生物信息的采集与处理,五、农田生物宏观形态结构信息的提取,

（一）计算机图像处理技术的概念,数字图像的类别,第二节农田生物信息的采集与处理,五、农田生物宏观形态结构信息的提取,

（二）图像输入方法,照片、胶片或实地拍摄的电视图像等一系列模拟图像，在输入计算机的过程中，由输入设备（用数码照相机和数码摄像机拍摄的为数字图像，可直接输入计算机）将其转换成二维阵列（XN）个象素，然后将这些点阵的灰度信息（包括色彩信息）数字化每一象元的灰度值是从0到255中的某一个值，而彩色信息是将自然界的各种颜色分解成红（R）、绿（G）、蓝（B）3种基色，每种基色又分成0到255个不同的数量级，几乎所有颜色都可用RGB三基色的含量多少来反映，农田生物色度信息就是用RGB三基色不同数量级的合成来表示。

（三）图像处理方法,第二节农田生物信息的采集与处理,五、农田生物宏观形态结构信息的提取,1二值图像处理法,2图像变换和图像质量的改善,3图像的特征提取,几何形状结构信息的提取纹理特征信息的提取颜色特征信息的提取,第三节农田气候信息的采集与处理,一、农田气候信息采集与处理系统的一般构成二、农田气候信息采集处理系统的硬件构成三、农田气候信息采集处理系统应用软件,第三节农田气候信息的采集与处理,一、农田气候信息采集与处理系统的一般构成,第三节农田气候信息的采集与处理,二、农田气候信息采集处理系统的硬件构成,气候信息采集模块数据通信输出模块单片机功能扩展模块,第三节农田气候信息的采集与处理,二、农田气候信息采集处理系统的硬件构成,

（一）信息采集模块,数据采集器有1516个数据通道，由多路开关分时选通，完成空气温度、空气湿度、光辐射、地面风速以及土壤热通量等气候信息的采集。

第三节农田气候信息的采集与处理,二、农田气候信息采集处理系统的硬件构成,

（二）数据通信输出模块,采集处理系统为方便数据处理、数据存储和图形显示，设置了数据通信输出通道，通过RS232C串行通信总线（适宜于30m内）和20mA电流环（远距离），将数据送入系统主机，以便对数据作进一步的处理、分析。

（三）系统功能扩展模块,为了适应农田气候信息采集、存储、处理的需要，增强单片机系统的功能，系统外扩展了程序存储器、数据存储器、输入/输出口以及定时器/计数器。

第三节农田气候信息的采集与处理,二、农田气候信息采集处理系统的硬件构成,（四）农田自动气象站实例,澳大利亚MEA自动气象站,英国DeltaT的WS自动气象站,三、农田气候信息采集处理系统应用软件,第三节农田气候信息的采集与处理,第四节土壤信息的采集与处理,一、土壤含水量的监测二、土壤养分成分的监测三、智能化农田节水灌溉监控系统,第四节土壤信息的采集与处理,一、土壤含水量的监测,TDR土壤水分测定系统负压计土壤湿度监测系统中子土壤湿度仪电阻/电容式土壤湿度监测系统FDR土壤水分测定系统土壤水分遥感监测,第四节土壤信息的采集与处理,一、土壤含水量的监测,

（一）TDR土壤水分测定系统,TDR系统类似一个短波雷达系统通过测定电磁波沿插入土壤的探针传播时间来测定土壤介电常数，进而计算整个探针长度土层土壤平均体积含水量可以直接、快速、方便、可靠地同时独立监测土壤水盐状况测定结果几乎与土壤类型、密度、温度等因素无关无需埋设中子管缺点是仪器价格昂贵,TDR法的特点,第四节土壤信息的采集与处理,一、土壤含水量的监测,

（一）TDR土壤水分测定系统,TDR系统的组成,第四节土壤信息的采集与处理,一、土壤含水量的监测,

（一）TDR土壤水分测定系统,将长度为L的波导棒插入土壤介质中，高频电磁脉冲信号从波导棒的始端传播到终端，并在探头周围产生一个电磁场，由于波导棒终端处于开路状态，脉冲信号受反射又沿波导棒返回到始端。

检测脉冲从输入到反射回的时间以及反射时的脉冲幅度的衰减，可以反映出土壤的电导率，继而计算土壤水盐含量。

土壤水盐的电磁测定是基于土壤的介电性质。

介电常数又与土壤水分含量的多少有密切关系。

TDR监测土壤水盐的原理,第四节土壤信息的采集与处理,TDR土壤水分测定系统的应用,一、土壤含水量的监测,

（一）TDR土壤水分测定系统,常见的TDR土壤水分测定系统有Trase土壤水分测定系统、Trime土壤水分测定系统等。

不同型号的TDR土壤水分测定系统通常有8、15、20、30、45、50、60、70、110、160cm等不同长度的波导探头可供选择;

可以分别采用插入式、埋入式和管道式探头测定表土层和土壤剖面不同深度的土壤含水量,剖面湿度最深可达3m。

如果与多路盒相连可以连接多个探头，实现多点土壤水分同时监测。

第四节土壤信息的采集与处理,

（二）负压计土壤湿度监测系统,一、土壤含水量的监测,土壤含水量与毛管力之间具有一定的函数关系，毛管力变化能够反映土壤含水量变化。

负压计，又称张力计，以测量土壤负压（张力）来显示土壤水分状况,第四节土壤信息的采集与处理,

（二）负压计土壤湿度监测系统,一、土壤含水量的监测,负压计包括一个多孔的陶瓷杯和一个液压计。

陶瓷杯埋于所测的土壤中，负压计内部的水分通过陶瓷杯上的微孔同土壤水分进行交换而使内外水势渐趋平衡，由于水分渗入和渗出使负压计读数发生变化，仪器上所指示的负压值即代表土壤水势，可以直接反映土壤水分能为植物吸收利用的程度，同时又可换算为土壤含水率。

第四节土壤信息的采集与处理,

（二）负压计土壤湿度监测系统,一、土壤含水量的监测,负压计结构简单、易于制造、价钱便宜、使用方便，可以在不同测点多处埋设，可进行连续多次观测。

但需要提前测定土壤水分特性曲线来换算土壤含水量，安装前要注水除气、密封和标定，需要12d的土壤吸力平衡过程才能正常观测测试土壤吸力范围为00.86105Pa，土壤干燥、吸力大于0.86105Pa时会使陶瓷杯击穿，因而不适合于干旱土地，适用于灌溉地、喷灌和滴灌田。

同时，负压计易于受环