苹果信息化管理数学模型及专业信息服务系统构建
农业信息化是发展现代农业的重要途径，是促进苹果产业转型升级的重要手段。目前我国苹果生产存在产业规模小、分散经营、标准化管理程度低等问题，制约了苹果产业发展。本研究依托国家科技支撑计划项目“农村农业信息化关键技术集成与应用”，结合山东省“国家农村农业信息化示范省”建设要求，重点研究山东省苹果专业信息服务系统中数学模型的构建与应用以及系统的设计与实现。 苹果生产管理数学模型研究，是山东省苹果专业信息服务系统模型库建设所必需，也是该系统的主要特色之一，模型的建立为决策支持系统、专家系统、产量预测、病虫害诊断等子系统的建设提供模型基础。本文建立了如下苹果生产管理数学模型: (1)首次运用模糊综合分析方法，从枝组结构和叶量、叶面积等方面对山东省49个果园的数据信息进行分析，得到产量预测模型:(y)j=725.6622h+1879.6620其中，(y)j表示第j个样本的产量预测值，h表示各样本的级别变量特征值。本模型对建模数据的拟合误差平均为3.63％，对新样本的产量预测值的平均相对误差为8.92％。 (2)山东省17地市基于气象因素的苹果产量预测模型研究。由于不同气候区域的苹果产量具有明显差异，本文先将山东省17地市按影响苹果产量的主要气象因素进行聚类分析，然后按区域建立基于气象因素的苹果产量预测模型。聚类结果为:G1={济南，枣庄，济宁，莱芜，临沂};G2={淄博，潍坊，泰安，德州，滨州，菏泽};G3={东营，聊城};G4={烟台，威海，青岛，日照} 依据17地市聚类分析结果，建立不同区域的基于气象因子的产量预测模型。针对影响苹果生长的主要气象因子，建立苹果产量预测模型，数据分析证明，对于G1和G2两类地区，可以找到通用的基于气象因素的苹果产量预测模型，为苹果产业发展和分类管理提供依据。 (3)根据土壤中矿质元素含量不同，分别研究其与枝条、叶片和果实中相应矿质元素的相关关系。研究结果表明，氮、钙、锰、铁、锌元素在土壤中含量不同时，在枝条、叶片和果实中的相关性呈现不同规律，此结论对于指导果园合理施肥具有现实意义。 (4)研究冠高、干周和冠径与果肉硬度的相关关系，得到果肉硬度与三者具有负相关性的结论，表明合理的控制冠高、冠径和干周，对苹果果肉硬度品质的改善具有积极意义;研究千周与果实中可溶性糖含量的相关关系，得到溶性糖与千周的自然对数有负相关性的结论;研究干高、冠径、树冠体积与果实中可溶性固形物的相关关系，结果表明果实中可溶性固形物与干高具有正相关性，增加干高使果树通风、透光有利于果实中的可溶性固形物生成。果实中可溶性固形物与冠径和树冠体积呈负相关性，说明适当减小冠径和树冠体积有利于果实中的可溶性固形物生成;在研究叶量与产量的相关性时得到以下结论:对于亩叶量小于90万片的果园，其叶量与产量的相关性不明显，叶量大于90万片的果园，随着叶量的增加，产量呈先增后减趋势，并建立非线性回归方程，为高产果园的留叶量提供参考。 (5)首次应用树冠内所测相对光强，推导出树冠内无效光合区表面方程:x2/5.579373+(y+0.910655)2/6.001532+z2/1.086148=1从方程上看，此曲面为椭球面。为果树合理整形修剪、调整树冠大小和形状，有效利用光能提供理论依据。 (6)验证了光在苹果树冠层内随深度的增加依指数函数衰减的规律。设Po为树冠外表面入射光强，P(x，y，z)为冠层内一点，r为P到树冠基部中心点的距离，Pi为P点处的光强，P=Pi/Po为相对光强，建立模型lnP=ar+b并通过观测数据建立了经验回归方程 lnP=-3.7802+1.2742r即P=e-3.7802+1.2742r (7)运用数字图像处理技术进行苹果病虫害识别研究，使用归一化积相关(Nprod)作为图像匹配算法，用小波变换对图像进行预处理，以苹果蓝跳甲为例进行了基于内容的图像检索的应用性研究。试验表明，该方法能大幅度缩短匹配时间，提高图像匹配精度，为基于内容的苹果病虫害图像检索提供了一种新的思路。 数据库是苹果专业信息服务系统建设的核心内容，数据库结构的优劣将直接对应用系统的效率及实现的效果产生影响。基于目前苹果生产分散经营，技术信息共享性差的现状，以及为各类苹果从业人员提供准确、快捷、有效的信息服务，实现专业信息服务的横向融合与全产业链的纵向延伸。根据用户需求、数据结构和数据模型进行系统优化与架构设计，构建出涵盖苹果全产业链的数据库群，实现对苹果信息资源的有效管理。 最后总结了研究结论，并提出了研究中存在的不足之处和后续的研究展望，为我国的农业信息服务的发展提供理论基础和实践依据。
苹果产业;信息化管理;数学模型;专业信息服务系统
山东农业大学
博士
果树学
程述汉
2014
中文
F326.13
138
2015-09-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）