[发明专利]一种确定茶树茎秆剪切力的方法

说明书

本发明涉及一种确定茶树茎秆剪切力的方法，涉及农作物信息光谱分析技术领域。步骤为：采集茶树茎秆中酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维的高光谱信息；测定茎秆剪切力、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量，建立茎秆剪切力与酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量的关系模型；对上述光谱数据进行预处理，分别建立酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量与光谱信息的关系模型；从而获得茎秆剪切力与光谱信息之间的关系模型。本发明可以快速、无损、准确地确定茶树茎秆剪切力，为切割器的设计和茶叶机械化采摘提供参数依据。

技术领域

本发明涉及农作物信息光谱分析技术领域，涉及一种确定茶树茎秆剪切力的方法。

背景技术

在实际生产中，名优茶的采摘方式为手采，制约了茶产业的发展。研究出一种快速、无损、准确地确定茶树茎秆剪切力的方法，为切割器的设计和茶叶机械化采摘提供参数依据。

茶树为木本植物，茎秆内含有大量的酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维，影响茎秆的抗弯曲能力、抗剪切能力和抗拉伸能力。但传统方法对茶树茎秆中酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维的分析，测定速度慢、成本高。高光谱图像技术在茎秆组成成分的检测上得到了广泛应用。如申请号为201710438483.7的发明专利，公开了一种利用近红外光谱检测油菜茎秆纤维素含量的方法，根据油菜茎秆纤维素含量与菜茎秆切面上的近红外光谱的对应关系，计算待检测的油菜茎秆中的纤维素含量。申请号为201510030101.8的发明专利，公开了一种旋转扫描式的高光谱作物茎秆信息获取系统，能够一次性准确的获取被测物表面的高光谱信息。陈玉香等研究表明，玉米的剪断力随着酸性洗涤木质素、半纤维素和纤维素含量的增加而增大，呈正相关。Iwaasa等人认为，随着植物成熟度增加，其物理特性和细胞壁化学成分的变化将影响其剪断力的大小。然而，目前的方法不能无损监测到茎秆剪切力，且检测速度不理想。

因此，需要一种更简单、更精确、更快的方法来测定茎秆剪切力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于高光谱信息的确定茎秆剪切力的方法，旨在实现无损、准确的测定茎秆剪切力，为切割器的参数设计提供理论依据和指导。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案:一种确定茶树茎秆剪切力的方法，按照下述步骤进行：

步骤一，利用高光谱成像系统采集茶树茎秆中酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维的光谱信息X；

步骤二，对所述茶树茎秆进行剪切，测定茎秆剪切力z，得剪切后的茶树茎秆；

步骤三，测定所述剪切后的茶树茎秆中酸性洗涤纤维含量y₁和中性洗涤纤维含量y₂；

步骤四，建立所述茎秆剪切力与酸性洗涤纤维含量和中性洗涤纤维含量的关系模型：z＝c₁y₁+c₂y₂+d；c₁、c₂和d为待定系数；

步骤五，对上述光谱数据进行预处理，分别建立所述酸性洗涤纤维含量和中性洗涤纤维含量与所述光谱信息的关系模型：y₁＝f(X)、y₂＝g(X)；

步骤六，结合所述关系模型，得茎秆剪切力与光谱信息之间的关系模型如下：z＝c₁f(X)+c₂g(X)+d。

所述茶树茎秆不包含芽尖和叶片，仅包括茎秆上主要被切割的第1～8茎节。对所述酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维光谱信息进行预处理，进行一阶求导、二阶求导、多元散射校正和多项式平滑。

所述的建立酸性洗涤纤维含量和中性洗涤纤维含量与所述光谱信息的关系模型具体采用了化学计量学方法，包括：偏最小二乘法、多元线性回归法和主成分回归法。

所述的预处理优选方案为：预处理多元散射校正法和多项式平滑法的结合。