摘要：橡膠是一種重要的戰(zhàn)略物資, 其種植受到土地資源、地理環(huán)境、橡膠機械化的影響, 產(chǎn)量波動很大。本文對農(nóng)墾橡膠產(chǎn)業(yè)種植、生產(chǎn)加工引入數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的必要性進(jìn)行了初步探究, 指出通過提取土壤圖像的特征, 用支持向量機的算法可以發(fā)現(xiàn)橡膠種植、生產(chǎn)加工的規(guī)律, 進(jìn)而制定精準(zhǔn)的橡膠產(chǎn)業(yè)相關(guān)策略, 以提高橡膠產(chǎn)量、節(jié)約成本、提高利潤。
關(guān)鍵詞：橡膠種植; 數(shù)據(jù)挖掘; 特征提取; 支持向量機.
基金：廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級課題“基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的橡膠產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化研究” (xykt1601)橡膠是一種重要的戰(zhàn)略物資, 與石油、鋼鐵、煤炭并稱為四大工業(yè)原料。我國是全球最大的天然橡膠消費國和進(jìn)口國, 國內(nèi)天然橡膠長期處于缺口狀態(tài), 需求的2/3依賴進(jìn)口來滿足[1]。天然橡膠產(chǎn)業(yè)屬于資源約束型、勞動密集型產(chǎn)業(yè), 相對其他農(nóng)作物來說, 具有周期長、收益長等特點。農(nóng)墾橡膠業(yè)的產(chǎn)生、發(fā)展與壯大實際上是中國橡膠業(yè)發(fā)展的一個縮影, 一直是學(xué)術(shù)界研究的熱點。根據(jù)農(nóng)墾橡膠產(chǎn)業(yè)種植、生產(chǎn)加工的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘, 發(fā)現(xiàn)其種植、生產(chǎn)加工的規(guī)律, 進(jìn)而制定精準(zhǔn)的橡膠產(chǎn)業(yè)相關(guān)策略, 以提高橡膠產(chǎn)量、節(jié)約成本、提高利潤的數(shù)字化研究, 目前國內(nèi)還比較少。
1 引入數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的必要性
天然橡膠以其獨具的高彈性、高強度、高伸長率、耐磨、耐撕裂、耐沖擊、耐酸堿、耐油、耐腐蝕、耐高低溫和絕緣性好、粘合性、密封性強等特點, 始終處于不可替代的地位。我國天然橡膠需求量大, 近幾年一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。造成這種局面的原因主要有以下兩點:一、國內(nèi)輪胎工業(yè)迅猛發(fā)展;二、天然橡膠的種植條件苛刻。其種植條件苛刻主要體現(xiàn)在對種植地要求高, 如對土地的含碳、含氮、濕度等要求都很嚴(yán)格;容易受到寒害、蟲害、臺風(fēng)的襲擊。橡膠的供應(yīng)不足阻礙了我國經(jīng)濟 (特別是輪胎行業(yè)) 的發(fā)展。基于此背景下, 本文通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對橡膠樹生長地的土壤進(jìn)行評價研究, 為尋找出最適合橡膠樹生長的土壤和尋找橡膠樹種植地提供依據(jù), 一方面可以降低種植橡膠的成本, 另一方面可以讓新的橡膠農(nóng)更容易掌握種植橡膠技巧, 讓更多的人加入種植橡膠的隊伍中。
2 數(shù)字化流程圖
2.1 樣本采集
研究的橡膠林可以分為4種不同林齡膠林:幼林早期 (0~2齡) 、幼林晚期 (2~7齡) 、開割數(shù) (7~16齡) 、老齡即將更新數(shù) (>16齡) 。取土壤樣本的時間要在晴天上午, 如果遇雨天, 則等2個晴天后再進(jìn)行取樣。每個林齡段中隨機設(shè)置n個樣地:每個樣地的面積a (m) ×b (m) , 分0~15cm、15~30cm、30~45cm、45~60cm4個層次拍攝土壤樣品, 每個層次拍攝m張。每張土壤樣品圖片的命名規(guī)則為“膠林-層次.jpg”。
2.2 特征提取
通過拍攝得到的土壤圖像, 由于圖像的維度過大, 不容易分析, 需要從中提取土樣圖像的特征, 提取反應(yīng)圖像本質(zhì)的一些關(guān)鍵指標(biāo), 以達(dá)到自動進(jìn)行圖像識別的目的。
圖像的特征主要包括顏色特征、紋理特征、形狀特征等。本文主要運用圖片的顏色特征和紋理特征建立圖片自動識別模型。
2.2.1 顏色特征
圖片的顏色特征用顏色矩表示。基于顏色矩提取圖像特征的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)在于圖像中任何的顏色分布均可以用它的矩來表示。顏色的矩包含各個顏色通道的一階矩、二階矩和三階矩, 對于一幅RGB顏色空間的圖像, 具有R、G和B三個顏色通道, 共有9個分量。
2.2.2 紋理特征
圖片的紋理特征主要灰度共生矩陣?yán)锩嬷刑崛 Ｒ驗榧y理是由灰度分布在空間位置上反復(fù)交替變化而形成的`, 因而在圖像空間中相隔某距離的兩個像素間一定存在一定的灰度關(guān)系, 稱為是圖像中灰度的空間相關(guān)特性。
其中L表示圖像的灰度級, i, j分別表示像素的灰度。d表示兩個像素間的空間位置關(guān)系。不同的d決定了兩個像素間的距離和方向。元素Pd (1, 0) 代表了圖像上位置關(guān)系為d的兩個像素灰度分別為1和0的情況出現(xiàn)的次數(shù)。
在建模中一般不直接用圖片的灰度共生矩陣建模, 往往要從灰度共生矩陣中提取它的特征參數(shù)用戶建模。灰度共生矩陣的特征參數(shù)有二階距、對比度、相關(guān)、熵。
3 模型構(gòu)建
特征提取完之后, 用支持向量機算法對圖像進(jìn)行圖片識別。根據(jù)識別出的結(jié)果就可以有針對性的對土壤做些有利于橡膠樹生長的干預(yù)工作, 如:如果識別出土壤缺少氮元素, 可以給土壤適當(dāng)?shù)氖┬┑?如果識別出土壤的水分較少, 就要給土壤澆水, 給農(nóng)墾橡膠產(chǎn)業(yè)提供數(shù)學(xué)指導(dǎo)意義。
4 結(jié)論
本文分析了橡膠種植中引入數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的必要性, 對橡膠種植數(shù)字化研究做了初步闡述。可以給橡膠業(yè)提供一定的參考意義。
參考文獻(xiàn)
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