设施蔬菜健壮钵苗识别及高效补苗关键技术装备研发

余 意，周金俊，缪 宏，于金虎，柴 岩，董佩璇

（1.扬州大学机械工程学院，江苏 扬州 225000；2.泰州樱田农机制造有限公司，江苏 泰州 225300；3.江苏省扬州中学，江苏 扬州 225000）

0 引言

我国设施果蔬作为果蔬产业的重要版块，近些年，其面积、产量以及产值一直都在不断扩大，种植面积从2000年183.27万hm2增长至2016年391.47万hm2，平均每年增长超过13.33万hm2，总产量及消费量均居世界前列。育苗移栽技术是设施果蔬生产的主要种植方式，具有提高复种指数、有效利用积温、增加壮苗率、保证设施果蔬产量等优势，可以提高生产效率，降低综合成本，但目前设施果蔬种植机械化水平低，存在效率低下、高速作业时稳定性差等问题，仍处于半自动化作业阶段，急需开发适合设施果蔬钵苗机械化高速移栽技术及其装备，解放种植户，用机器代替人工或减少人工在设施内作业的时间，减轻种植户劳作压力。

1 设施果蔬健壮苗识别速率优化分析

采集不同苗龄、不同健康状况种苗的高光谱图像，采用主成分分析法、独立变量分析、连续投影算法、逐步多元线性回归等方法提取钵体苗的特征参数，研究健壮苗多维特征的信息融合方法，建立健壮苗多维特征的健壮苗识别模型，开发果蔬苗健壮性识别装置，探索苗生长期的光谱特征与形态演化规律；不同苗龄的叶片未越界、越界而未重叠、越界而重叠不明显和重叠较重穴盘苗的健康信息图像获取方法不同，无法实现识别的自动化，拟通过对不同大小、跨界叶片做形态特征提取，给予相应的权重系数，使得不同检测方法可自动选择；基于VC软件开发图像识别软件，形态权重系数提取加权可自动选择不同苗龄机器视觉检测方法，更加智能快速。

2 设施果蔬钵体健壮苗快速智能化精确识别与高效补苗

针对钵体苗补苗效率低的问题，优化末端执行器工作参数，建立基于最短路径理论的补苗路径在线规划方法。建立末端执行器运动学、动力学模型，借助Matlab、SolidWorks和ADAMS等软件参数化与苗坨接触部分结构和夹取动作轨迹，分析末端执行器与钵苗坨间夹紧量、作用力变化与前期试验成功率、伤苗率等之间的联系，进而优化末端执行器设计参数。本研究将尝试神经网络、蚁群优化、粒子群优化等算法对移栽平台采用三维坐标式、龙门式或平联机器人的移栽高效性进行模拟比对，进一步对先劣质苗剔除后健康苗补种的复杂作业路径进行控制策略研究，并借助Matlab等算法处理软件仿真，优化钵苗移栽作业路径。

图1 健壮苗高光谱图像识别平台图像识别系统

图2 基于遗传算法的补苗路径优化

3 结语

本文采用高光谱钵苗快速精准识别及遗传算法优化高效补苗技术，研究开发果蔬钵体苗智能化高效补苗装置，实现健壮苗快速精确识别，达到识别准确率≥95%，识别速度≥320株/min，待检钵体中的弱苗剔除及健壮苗移植等功能，达到补苗成功率≥85%。