可移动式苹果内部品质果园产地分级系统（《智慧农业（中英文）》2022年第3期）

摘要：李阳, 彭彦昆, 吕德才, 李永玉, 刘乐, 朱宇杰. 可移动式苹果内部品质果园产地分级系统[J]. 智慧农业(中英文), 2022, 4(3): 132-142.

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李阳, 彭彦昆, 吕德才, 李永玉, 刘乐, 朱宇杰. 可移动式苹果内部品质果园产地分级系统[J]. 智慧农业(中英文), 2022, 4(3): 132-142.

LI Yang, PENG Yankun, LYU Decai, LI Yongyu, LIU Le, ZHU Yujie. Development of mobile orchard local grading system of apple internal quality[J]. Smart Agriculture, 2022, 4(3): 132-142.

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可移动式苹果内部品质果园产地分级系统

李阳1，2，彭彦昆1，2*，吕德才1，2，李永玉1，2，刘乐1，2，朱宇杰1，2

（1.中国农业大学工学院，北京 100083；2.国家农产品加工技术装备研发分中心，北京 100083）

摘要：为满足苹果内部品质产地检测分级需求，本研究研发出检测模块和分级模块，构成可移动式苹果内部品质果园产地分级系统。在此系统的基础上，以苹果糖度和霉心病为代表品质指标，提出一种基于乘法效应消除（Multiplicative Effect Elimination，MEE）的光谱校正方法，用于消除苹果物理属性差异导致的有效光程变化对光谱的影响。利用该系统获取苹果600~900 nm漫透射光谱数据，分别采用多元散射校正（Multiple Scattering Correction，MSC）、标准正态变量变换（Standard Normal Variate Transform，SNV）和MEE算法对苹果光谱预处理后，建立糖度偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression， PLSR）预测模型和霉心病偏最小二乘判别（Partial Least Squares - Discriminant Analysis，PLS-DA）模型。结果表明，MEE算法相比于MSC和SNV算法建模结果更好，糖度预测模型的校正集相关系数（Rc）、校正集均方根误差（Root Mean Square Error of Calibration，RMSEC）、预测集相关系数（Rp）和预测集均方根误差（Root Mean Square Error of Prediction，RMSEP）分别为0.959、0.430%、0.929和0.592%；霉心病判别模型的校正集敏感性、校正集特异性、校正集准确率、预测集敏感性、预测集特异性和预测集准确率分别为98.33%、96.67%、97.50%、100.00%、90.00%和95.00%。将建立的最佳预测模型导入分级系统进行试验，结果表明该系统的分级准确率为90.00%，分级速度约3个/s。该系统具有成本低、结构简单、移动方便等优点，可以满足苹果内部品质果园产地检测分级需求。

关键词：苹果；内部品质；可见/近红外光谱；光谱校正；无损检测；分级

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图1 苹果内部品质分级系统结构组成

Fig. 1 Components of the apple internal quality grading system

图2 苹果内部品质分级系统工作流程图

Fig. 2 Apple internal quality grading system workflow diagram

图 3 苹果内部品质检测模块主体结构

Fig. 3 Composition of apple internal quality inspection module

图4 苹果光谱采集系统

Fig. 4 Apple spectral acquisition system

图5 苹果内部品质分级模块结构图

Fig. 5 Structure diagram of apple internal quality grading module

图 6 苹果内部品质分级执行机构

Fig. 6 Actuator chart of apple internal quality grading

图7 苹果内部品质分级系统软件界面

Fig. 7 Software interface of apple internal quality grading system

图8 苹果原始光谱

Fig. 8 Apple raw spectrum

图9 健康和霉心病苹果平均光谱

Fig. 9 Average spectrum of healthy and moldy core apples

图10 MEE-PLSR苹果糖度预测结果

Fig.10 Predicted results of apple sugar content by MEE-PLSR model

图11 MEE-PLS-DA模型苹果霉心病预测结果

Fig. 11 Predicted results of apple moldy core by MEE-PLS-DA model

通讯作者简介

彭彦昆教授

彭彦昆，中国农业大学领军教授、博士生导师、国家农产品加工技术装备研发分中心主任，全国名特优新农产品无损评价鉴定识别仪器设备技术北京中心主任。长期从事肉品、果蔬、粮食等农产品品质无损智能检测评价分级技术及装备研究。发表学术论文300多篇，授权专利100多项，主/参编中英文专著18部，担任多个国内外学术期刊的编委。

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