基于机器学习和环境因子的温室网纹甜瓜纹理特征的预测
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  • 英文篇名:Texture features prediction of netted melon in greenhouse based on machine learning and environmental factors
  • 作者:刘倩 ; 李达仁 ; 熊鑫 ; 牛庆良 ; 黄丹枫 ; 常丽英
  • 英文作者:LIU Qian;LI Da-ren;XIONG Xin;NIU Qing-liang;HUANG Dan-feng;CHANG Li-ying;School of Agriculture and Biology,Shanghai Jiaotong University;Key Laboratory of Urban Agriculture of the Ministry of Agriculture(Southern Center);
  • 关键词:网纹甜瓜 ; 机器学习 ; 纹理特征 ; 预测模型 ; 环境因子
  • 英文关键词:netted melon;;machine learning;;texture feature;;prediction model;;environmental factor
  • 中文刊名:SHNX
  • 英文刊名:Journal of Shanghai Jiaotong University(Agricultural Science)
  • 机构:上海交通大学农业与生物学院;农业部都市农业重点实验室(南方中心);
  • 出版日期:2019-04-25
  • 出版单位:上海交通大学学报(农业科学版)
  • 年:2019
  • 期:v.37;No.166
  • 基金:国家自然科学基金项目(31471411);; 上海市农委项目[沪农科推字(2017)第3-8-4号];; 上海市瓜果产业技术体系项目
  • 语种:中文;
  • 页:SHNX201902013
  • 页数:8
  • CN:02
  • ISSN:31-1837/S
  • 分类号:80-86+93
摘要
为了对网纹甜瓜纹理特征进行定量预测,本文结合多个环境因子(基质含水量、温度、湿度、光合有效辐射),使用支持向量机(SVM)与随机森林(RF)多元回归分析方法,对基于灰度共生矩阵提取的4个果实表面纹理特征——对比度(contrast)、熵(entropy)、相关性(correlation)、角二阶矩(ASM)进行了预测。结果表明,纹理特征受环境影响敏感度依次为基质水分、光合有效辐射、空气湿度或有效积温。对比RF模型和SVR模型,发现在不同环境因子输入条件下,RF模型均优于SVM模型,其中输入全部环境因子后RF模型的预测精度最高,对比度、熵、角二阶矩的模拟精度均达到了0.90,分别为R~2=0.945(RMSE=0.243)、R~2=0.940(RMSE=0.235)、R~2=0.934(RMSE=0.248)。上述结果表明,RF模型对于网纹甜瓜纹理特征具有较好的预测结果,本研究结果可为温室网纹甜瓜栽培过程中的质量监控和栽培管理提供全新的思路。
        In order to quantitatively predict the texture characteristics of netted melon,the predictive models of four fruit surface texture features were constructed,based on gray-level co-occurrence matrix—contrast,entropy,correlation,and angular second moment(ASM),combined with multiple environmental factors(matrix moisture,temperature,humidity,photosynthetically active radiation) and support vector machine(SVR) and random forest(RF) multiple regression analysis method.The results show that the sensitivity of the texture feature values to the environment is matrix moisture,photosynthetically active radiation,humidity and temperature.Comparing the RF model with the SVR model,it is found that the RF model is superior to the SVR model under different environmental factor input conditions.The RF model has the highest prediction accuracy after inputting all environmental factors,and the simulation accuracies of contrast,entropy and ASM have reached 0.9,R~2=0.945(RMSE=0.243),R~2=0.940(RMSE=0.235),and R~2=0.934(RMSE=0.248),respectively.The above results show that the RF model has a good performance for predicting the texture characteristics of netted melon.This research can provide a new idea for the quality monitoring and cultivation management of greenhouse muskmelon.
引文
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