НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o183.pdf (564.39Кб)

УДК 504.064.36

1 Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

В настоящее время растет интерес к возможности применения дистанционного контроля и учета в сельском хозяйстве.
Одним из перспективных направлений дистанционного контроля состояния растительности является флуоресцентный анализ, так как он потенциально позволяет контролировать состояния растений по характеристикам их флуоресцентного излучения.
Форма спектров флуоресценции растительности в нормальном состоянии отличается от формы спектров флуоресценции растительности в стрессовых состояниях. Это потенциально позволяет контролировать состояние растений путем регистрации информации о форме спектров флуоресценции.
Анализ формы спектра флуоресценции можно заменить на более простую задачу – анализ интенсивностей флуоресценции в нескольких спектральных диапазонах.
В настоящее время разработаны различные приборы для лазерного флуоресцентного контроля состояния растений. Однако, многие вопросы важные для практики остаются неясными.
Наибольшее число этих вопросов связано с параметрами приемных каналов для регистрации информационных сигналов, позволяющих судить о состоянии контролируемых растений:
  - сколько информационных спектральных диапазонов лучше использовать;
  - какие наилучшие центральные длины волн этих информационных спектральных диапазонов;
  - какова наилучшая ширина этих информационных спектральных диапазонов;
  - каково наилучшее значение порога для порогового алгоритма и есть ли лучший алгоритм обработки данных измерений.
В работе на основе математического моделирования с использованием экспериментально измеренных спектров флуоресценции определяются оптимальные (с точки зрения вероятностных характеристики обнаружения стрессовых состояний растений – вероятности правильного обнаружения и вероятности ложных тревог) параметры информационных каналов для лазерного флуоресцентного метода контроля состояния растений: центральные длины волн информационных спектральных диапазонов, их спектральная ширина и параметры алгоритма обработки в случае двух информационных спектральных каналов. Показано, что использование дополнительного третьего информационного спектрального диапазона позволяет заметно улучшить вероятностные характеристики обнаружения стрессовых состояний растений.

1. Roshchina V.V. Vital Autofluorescence: Application to the Study of Plant Living Cells // International Journal of Spectroscopy. 2012. Vol. 2012. Article ID 124672 . DOI:10.1155/2012/124672
2. Panneton B., Guillaume S., Roger J.M., Samson G. Discrimination of Corn from Monocotyledonous Weeds with Ultraviolet (UV) Induced Fluorescence // Applied Spectroscopy. 2011. Vol. 65, no . 1. Р. 10-19. DOI: 10.1366/10-06100
3. Приезжев А.В., Тучин В.В., Шубочкин Л.П. Лазерный флуоресцентный анализ // Лазерная диагностика в биологии и медицине. М.: Наука, 1989. С. 197-220.
4. Тимченко Е.В., Таскина Л.А. Применение оптических методов для контроля растений при внешнем воздействии // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. T. 14, № 4-1. C. 221-226.
5. Gouveia-Neto A.S., da Silva E.A., Cunha P.C., Oliveira-Filho R.A., Silva L.M.H., da Costa E.B., Câmara T.J.R., Willadino L.G. Plant abiotic stress diagnostic by laser induced chlorophyll fluorescence spectral analysis of in vivo leaf tissue of biofuel species // Proc. of SPIE. 2010. Vol. 7568. Р . 75680G-1 - 75680G-8. DOI: 10.1117/12.839462
6. Флуоресцентный лидар // Лазерный Портал. Режим доступа:http://www.laserportal.ru/content_1003 (дата обращения 16.07.2015).
7. Hedimbi M., Singh S., Kent A. Laser induced fluorescence study on the growth of maize plants // Natural Science. 2012. Vol. 4, no. 6. Р . 395-401. DOI:10.4236/ns.2012.46054
8. Zhi-qiang C., Wen-li C. Effects of NaCl on photosynthesis in Arabidopsis and Thellungiella leaves based on the fluorescence spectra, the fast Chlorophyll Fluorescence Induction Dynamics Analysis and the delayed fluorescence technique // Proc. of SPIE. 2010. Vol. 7568. Р. 756822-1 - 756822-8. DOI: 10.1117/12.841257
9. Zulfugarov I.S. Photosynthesis and stress // Internet Photochemistry and Photobiology. An International Forum for Virtual Conferences: website. Режим доступа : http://www.photobiology.com/ photobiology99/contrib/zulfugarov/index.htm ( дата обращения 16.07.2015).
10. Gouveia-Neto A.S., Silva E.A., Oliveira R.A., Cunha P.C., Costa E.B., Câmara T.J.R., Willadino L.G. Water deficit and salt stress diagnosis through LED induced chlorophyll fluorescence analysis in Jatropha curcas L. oil plants for biodisiel // Proc. of SPIE. 2011. Vol . 7902. Р. 79020А-1 - 79020А-10. DOI:10.1117/12.872991
11. Белов М.Л., Булло О.А., Федотов Ю.В., Городничев В.А. Лазерный метод контроля состояния растений // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2015. № 2. С. 71-82.
12. Афонасенко А.В., Иглакова А.Н., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Прокопьев В.Е. Лабораторные и лидарные измерения спектральных характеристик листьев березы в различные периоды вегетации // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т . 25, № 3. С . 237-243.
13. Corp L.A., McMurtrey J.E., Middleton E.M., Mulchi C.L., Chappelle E.W., Daughtry C.S.T. Fluorescence sensing systems: In vivo detection of biophysical variations in field corn due to nitrogen supply // Remote Sensing of Environment. 2003. Vol. 86, no. 4. Р . 470-479. DOI: 10.1016/S0034-4257(03)00125-1
14. Photosensor module H10720-20 // Hamamatsu: company website. Режим доступа:http://www.hamamatsu.com/jp/en/product/category/3100/3003/3044/H10720-20/index.html (дата обращения 20.07.2015).