柑橘果實質地分析采集系統(tǒng)的研究與開發(fā)

張小斌柯甫志顧 清徐建國楊 素鄭可鋒

（1.浙江省農業(yè)科學院數(shù)字農業(yè)研究所 杭州310021；2.浙江省柑橘研究所）

柑橘是浙江省主要水果，2017年全省栽培面積約9.67×104hm2，產量為2.04×106t[1]。近年來，隨著消費者對果品質量的追求越來越高，市場對果品的品質提出了更高的要求，柑橘優(yōu)質栽培技術日趨得到重視，良種的培育和推廣顯得尤為重要[2]。果實品質是包括外觀、質地、風味和營養(yǎng)成分等因素的綜合表現(xiàn)。果實質地是果實品質的重要參數(shù)[3]。目前，在柑橘果樹育種中果實質地數(shù)據(jù)的獲取仍主要依賴人工測量和記錄，耗時費力，人為誤差較大。實現(xiàn)對單果重、果周長、硬度、可溶性固形物等重要考種信息的電子化采集與記錄，可以減少人工反復手寫紙記，去除人為誤差干擾和人工成本投入[4]。為此，開展了“柑橘果實質地分析采集系統(tǒng)的研究與開發(fā)”（簡稱“系統(tǒng)”）系統(tǒng)構架、功能模塊、數(shù)據(jù)庫設計等的研究與開發(fā)，實現(xiàn)了一體化快捷獲取柑橘果實質地數(shù)據(jù)設計的專業(yè)果實考種平臺系統(tǒng)。

1 需求分析

本系統(tǒng)專為科研院所、高校、企業(yè)柑橘果樹育種工作者設計，是室內一體化快捷獲取果實質地數(shù)據(jù)的專業(yè)果實考種平臺系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于采樣標簽編號掃碼與質地分析設備智能連接實現(xiàn)單果重、果周長、硬度、可溶性固形物等重要考種信息電子化采集與記錄，減少人工反復手寫紙記，去除人為誤差干擾和人工成本投入。系統(tǒng)支持語音報數(shù)和多用戶獨立登錄使用，最多可同時連接3個相同設備采集，界面簡潔，操作方便，可顯著提高柑橘果實室內考種數(shù)據(jù)準確率與工作效率，支撐組建果樹考種實驗室基礎平臺。

2 系統(tǒng)功能模塊

2.1 重量測量

將1～3臺天平（表2）通過USB轉串口數(shù)據(jù)線與電腦連接，實現(xiàn)對柑橘果實重量的測量與自動記錄。多個天平采集的重量數(shù)據(jù)將依次記錄在測量結果中。

2.2 可溶性固形物測量

將糖度計通過藍牙模擬的串口與電腦進行連接，實現(xiàn)對柑橘可溶性固形物的測量與自動記錄。與重量信息采集方式不同，可溶性固形物信息采集不是實時的，它是預先完成一個樣本的多次測量后一次性將測量結果傳送給系統(tǒng)。沒有內置藍牙通訊功能的臺式電腦需插藍牙棒方可采集。

圖1 重量采集界面

2.3 硬度測量

將硬度計通過USB 數(shù)據(jù)線連接電腦，基于設備驅動數(shù)據(jù)開放接口直接實時獲取果實硬度、重量、果徑等信息（見表1）。

2.4 記錄管理

系統(tǒng)采集的考種數(shù)據(jù)依次顯示在測量結果中，不同類型數(shù)據(jù)以不同底色顯示，以便用戶及時區(qū)分。當所有數(shù)據(jù)采集完畢后，測量結果可按“記錄全部結果”和“記錄結果均值”兩種形式記錄保存，前者表示記錄原始數(shù)值，產生多條數(shù)據(jù)；后者僅記錄結果平均值，產生一條記錄。系統(tǒng)提供每列結果數(shù)據(jù)的平均值、最大(小)值等統(tǒng)計結果。

2.5 數(shù)據(jù)導出

數(shù)據(jù)導出默認為Excel格式，導出形式同數(shù)據(jù)顯示界面。

2.6 協(xié)同工作

系統(tǒng)支持協(xié)同工作模式，在該模式下系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)直接發(fā)送到系統(tǒng)光標處，使考種結果可直接自動錄入在Excel等其他軟件，主動與其他業(yè)務流程融合，提高系統(tǒng)的實用性。

3 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

系統(tǒng)技術設計方案如圖2所示。

3.1 數(shù)據(jù)庫設計

從數(shù)據(jù)功能角度來分，系統(tǒng)包括配置信息和數(shù)據(jù)信息等兩類數(shù)據(jù)。為了便于后期數(shù)據(jù)庫遷移與備份，系統(tǒng)按“一庫兩表”的形式設計數(shù)據(jù)庫（表2）。系統(tǒng)運行時采集的數(shù)據(jù)會及時保存到臨時數(shù)據(jù)表中，系統(tǒng)重新運行后自動加載上次測量數(shù)據(jù)，有效防止意外操作丟失。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

系 統(tǒng) 在Microsoft Visual Studio 2008中基于C#.net4.0開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用SQLite3.6，基于串口數(shù)據(jù)標準通訊協(xié)議實現(xiàn)系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)采集功能。系統(tǒng)目前支持的考種分析設備如表2，每個測量結果基于Windows Speech API 實現(xiàn)語音播報提示，方便用戶及時了解采集情況。

表1 系統(tǒng)支持考種設備與配置要求

表2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結構設計

4 結論

優(yōu)質、精品、高效是現(xiàn)代果樹栽培育種的要求。高效，精準，自動化是現(xiàn)代農業(yè)的目標。用信息化、智能化的手段替代部分落后的傳統(tǒng)方法是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的必然趨勢。本文就柑橘育種過程中的質地數(shù)據(jù)獲取手段進行研究，為柑橘果樹育種工作者研究開發(fā)了一套室內一體化快捷獲取柑橘果實質地數(shù)據(jù)的專業(yè)果實考種平臺系統(tǒng)。它基于采樣標簽編號掃碼與質地分析設備智能連接實現(xiàn)單果重、果周長、硬度、可溶性固形物等重要考種信息電子化采集與記錄，減少人工反復手寫紙記，能夠很好地減少人為誤差干擾和人工成本投入。系統(tǒng)支持語音報數(shù)和多用戶獨立登錄使用，最多可同時連接3個相同設備采集，界面簡潔，操作方便。本系統(tǒng)可顯著提高柑橘室內考種數(shù)據(jù)的準確率與工作效率，同時也有望在桃、蘋果、柑橘、藍莓、櫻桃等果樹育種中果實質地數(shù)據(jù)的獲取得到應用。