báo cáo nhập môn ngành điện tìm hiểu ai ứng dụng trong giám sát tăng trưởng cây lúa

Các giai đoạn phát triển của cây lúa :... 1, Giai đoạn tăng trưởng Giai đoạn lúa đón đòng2.. Giai đoạn lúa trổ bông3.. Giai đoạn lúa chín vàngQuá trình phát triển của cây lúa... SAR tron

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ





BÁO CÁO NHẬP MÔN NGÀNH ĐIỆN Tìm hiểu AI ứng dụng trong giám sát tăng trưởng cây lúa

Sinh viên thực hiện:-ĐinhHữuViệtHoàng20222837

-LêBùiĐôngHòa20222774

 Lớp:Kỹthuậtđiềukhiển–TựđộnghóaCTTTK67

 Mã lớp:144157

Giáo viên hướng dẫn: ThầyBùiĐăngThảnh

LỜI MỞ ĐẦU

Ngànhtựđộnghóađangngàycàngpháttriển,kéotheonhữngcôngnghệngàycànghiện đại.VớisựpháttriểnmạnhmẽcủaAI,chỉcầnngồiyênmộtchỗchúngtacũngcóthể tiếpthukiếnthứcthậmchílàthaotácvớithếgiớithôngquatrítuệnhântạo

VớinhucầuứngdụngAItrongmọikhíacạnhcủađờisốngxãhội,chúngemđãchọnđề tàilàtìmhiểuứngdụngcủatrítuệnhântạotrongviệcgiámsáttăngtrưởngcâylúa Trongquátrìnhthựchiệnđềtàinày,chúngemđãrấtcốgắngđểhoànthànhtốtnhưngvì vốnkiếnthứccònhạnhẹpcũngnhưyếutốkháchquanmàkhôngtránhkhỏinhữngthiếu sót.Chúngemrấtmongnhậnđượcsựđónggópýkiếncủathầycô

CuốicùngemxingửilờicảmơnchânthànhnhấttớithầyBùiĐăngThảnhvàanhĐào VănQuânđãhướngdẫntậntình,giảiđápcácthắcmắcgiúpchúngemhoànthànhbàitập lớnnày

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Lờimởđầu

PhầnI:Cácgiaiđoạnpháttriểncủacâylúa

I Các giai đoạn phát triển của cây lúa :

1, Giai đoạn tăng trưởng

-Giaiđoạntăngtrưởngbắtđầutừkhihạtnảymầmđếnkhicâylúabắtđầuphânhóa đòng.

-Giaiđoạnnày,câypháttriểnvềthânlá,chiềucaotăngdầnvàranhiềuchồimới.Câyra lángàycàngnhiềuvàkíchthướclángàycànglớngiúpcâylúanhậnnhiềuánhsángmặt trờiđểquanghợp,hấpthụdinhdưỡng,giatăngchiềucao,nởbụivàchuẩnbịchocác giaiđoạnsau

Giai đoạn lúa đón đòng

2 Giai đoạn sinh sản

-Giaiđoạnsinhsảnbắtđầutừlúcphânhóađòngđếnkhilúatrổbông.Giaiđoạnnàykéo dàikhoảng27-35ngày,trungbình30ngày.Lúcnày,sốchồivôhiệugiảmnhanh,chiều caotănglênrõrệtdosựvươndàicủa5lóngtrêncùng.Đònglúahìnhthànhvàpháttriển quanhiềugiaiđoạn,cuốicùngthoátrakhỏibẹcủalácờ:lúatrổbông.

Giai đoạn lúa trổ bông

3 Giai đoạn chín

-Giaiđoạnchínbắtđầutừlúctrổbôngđếnlúcthuhoạch.Giaiđoạnnàytrungbình khoảng30ngàyđốivớihầuhếtcácgiốnglúaởvùngnhiệtđới.Giaiđoạnnàycủacâylúa trảiquacácthờikỳsau:

+Thờikỳchínsữa(ngậmsữa):cácchấtdựtrữtrongthânlávàsảnphẩmquanghợp đượcchuyểnvàotronghạt.Kíchthướcvàtrọnglượnghạtgạotăngdầnlàmđầyvỏtrấu Bônglúanặngcongxuốngnêngọilàlúa“congtráime”.Hạtgạochứamộtdịchlỏng màutrắngđụcnhưsữa,nêngọilàthờikỳlúangậmsữa.

+Thờikỳchínsáp:hạtmấtnướctừtừcôđặclại,lúcbấygiờvỏtrấuvẫncònxanh. +Thờikỳchínvàng:hạttiếptụcmấtnước,gạocứngdần,trấuchuyểnsangmàuvàng đặcthùcủagiốnglúa,bắtđầutừnhữnghạtcuốicùngởchótbônglandầnxuốngcáchạt ởphầncổbôngnêngọilà“lúađỏđuôi”,lágiàrụidần.

+Thờikỳchínhoàntoàn:hạtgạokhôcứnglại,ẩmđộhạtkhoảng20%hoặcthấphơn, tùyẩmđộmôitrường,láxanhchuyểnvàngvàrụidần.Thờiđiểmthuhoạchtốtnhấtlà khi80%hạtlúangãsangmàutrấuđặctrưngcủagiống.

Giai đoạn lúa chín vàng

Quá trình phát triển của cây lúa

II Ứng dụng AI trong nông nghiệp

-AItrongnôngnghiệplàsựứngdụngcáccôngnghệthôngtinvàAIđểgiảiquyếtcác vấnđềtrongsảnxuấtnôngnghiệp.VớisựpháttriểncủaAI,nhiềuứngdụngmớicủa côngnghệnàyđãđượcđưavàonôngnghiệp,giúpcảithiệnnăngsuấtvàhiệuquảsản xuất,đồngthờigiảmthiểucácrủirovàchiphísảnxuất.

-NhữnglợiíchcủaAImanglạichonôngnghiệplàrấtlớn.Chínhvìlýdođómàcông nghệnàyđãvàđangngàycàngđượcápdụngphổbiếntrongsảnxuất,canhtácnông nghiệp.

1 Giám sát sức khỏe cây trồng

-Chấtlượngcâytrồngphụthuộcnhiềuvàoloạiđấtvàdinhdưỡngcủađất.Cácthuật toándựatrênAIsẽgiúpxácđịnhđượcnhữngnguồndinhdưỡngcònthiếutrongđấtđể ngườinôngdânbổsungkịpthờivàđưaracảnhbáocácloạisâubệnhgâyhạichocây trồng.

-Đượcthiếtkếđểgiámsátvàcungcấpthôngtin,hệthốnggiámsátsứckhỏecâytrồng cungcấpthôngtinvềđộẩmđất,chấtdinhdưỡng,nồngđộCO2,nhiệtđộ,độẩmkhông khívàcácchỉsốkhácliênquanđếnsứckhỏecâytrồng.

-Hệthốngnàyhoạtđộngbằngcáchsửdụngcáccảmbiếnđểthuthậpdữliệu,sauđósử dụngcácthuậttoántrítuệnhântạođểphântíchdữliệunày.Cáckếtquảphântíchđược cungcấpchonhànônghoặccácchuyêngianôngnghiệpđểhọcóthểđưaraquyếtđịnh thôngminhvềcáchtrồngtrọtvàchămsóccâytrồng.

-Hệthốngtheodõisứckhỏecủađấtvàcâytrồngcóthểgiúpchocácnhànôngtốiưu hóasảnlượng,tăngnăngsuấtvàgiảmthiểuchiphí.Nócũnggiúpchocácnhànghiên cứunôngnghiệphiểurõhơnvềcáchthứchoạtđộngcủacâytrồngvàmôitrườngsống củachúng.Từđóđưaracácgiảiphápnângcaonăngsuấtvàchấtlượngsảnphẩmnông nghiệp.

2 Rô-bốt nông nghiệp

Rô-bốtđangđượcsửdụngrộngrãitrongcáclĩnhvựckhácnhau,chủyếulàtrongsản xuất,đểthựchiệncácnhiệmvụphứctạp.Ngàynay,cáccôngtyAIđangpháttriểnrô-bốtđểsửdụngtronglĩnhvựcnôngnghiệp.Nhữngrô-bốtAInàyđượcpháttriểntheo cáchchúngcóthểthựchiệnnhiềunhiệmvụtrongnôngnghiệp.

Cácrô-bốtnàycóthểđượcsửdụngđểgiámsát,quảnlý,chămsóccâytrồng,thuhoạch, sửdụngphânbónvàthuốctrừsâumộtcáchhiệuquảhơn.Ngoàira,chúngcòncóthể giúpnângcaonăngsuất,giảmchiphívàlàmgiảmtácđộngcủahoạtđộngnôngnghiệp đếnmôitrường.

Việcsửdụngrô-bốtnôngnghiệpcóthểgiúptăngnăngsuấtvàhiệuquảtrongsảnxuất nôngnghiệp,đồngthờigiảmtácđộngcủahoạtđộngnàyđếnmôitrường.Tuynhiên,việc triểnkhaicáchệthốngrobotnôngnghiệpcầnđòihỏimộtkhoảnđầutưbanđầulớnvàsự đàotạokỹthuậtcaochongườisửdụng

III Ví dụ: Viễn thám radar khẩu độ tổng hợp (SAR)

1 Khái niệm

Radarkhẩuđộtổnghợptoàncầu(SAR)làmộtdạngradarđượcsửdụngđểtạorahình ảnhhaichiềuhoặctáitạobachiềucủacácvậtthể,chẳnghạnnhưphongcảnh.SARsử dụngchuyểnđộngcủaăng-tenradartrênmộtvùngmụctiêuđểcungcấpđộphângiải khônggiantốthơnsovớicácradarquétchùmtiathôngthường.

Bề mặt sao kim, được chụp bởi tàu thăm dò Magellan bằng cách sử dụng SAR.

Mô hình SAR-Lupe bên trong tàu Cosmos-3M (Đức)

2 Cách hoạt động

SARthườngđượcgắntrênmộtnềntảngchuyểnđộng,chẳnghạnnhưmáybayhoặctàu vũtrụ,vàcónguồngốctừmộtdạngradarnhìntrênkhôngtiêntiến(SLAR).Khoảng cáchmàthiếtbịSARdichuyểnquamộtmụctiêutrongkhoảngthờigiancảnhmụctiêu đượcchiếusángtạorakhẩuđộăngtentổnghợplớn(kíchthướccủaanten).Thông thường,khẩuđộcànglớnthìđộphângiảihìnhảnhcàngcao,bấtkểkhẩuđộlàvậtlý (ăng-tenlớn)haytổnghợp(ăng-tendichuyển)-điềunàychophépSARtạorahìnhảnh cóđộphângiảicaovớicácăng-tenvậtlýtươngđốinhỏ.Đốivớikíchthướcvàhướng ăng-tencốđịnh,cácvậtthểởxahơnvẫnđượcchiếusánglâuhơn-dođóSARcóđặc tínhtạoracáckhẩuđộtổnghợplớnhơnchocácvậtthểởxahơn,dẫnđếnđộphângiải khônggiannhấtquántrênmộtphạmvikhoảngcáchxem.

ĐểtạoảnhSAR,cácxungsóngvôtuyếnliêntiếpđượctruyềnđiđể"chiếusáng"cảnh mụctiêu,vàtiếngvọngcủamỗixungsẽđượcnhậnvàghilại.Cácxungđượctruyềnđi vàcáctiếngvangnhậnđượcbằngcáchsửdụngmộtăng-tentạochùmđơn,cóbước sóngtừmộtmétđếnvàimm.KhithiếtbịSARtrênmáybayhoặctàuvũtrụdichuyển,vị tríăng-tensovớimụctiêuthayđổitheothờigian.Xửlýtínhiệucủacáctiếngvọngradar đượcghiliêntiếpchophépkếthợpcácbảnghitừnhiềuvịtríăngtennày.Quátrìnhnày tạothànhkhẩuđộăngtentổnghợpvàchophéptạoracáchìnhảnhcóđộphângiảicao hơnsovớikhảnăngcóthểthựchiệnđượcvớimộtăng-tenvậtlýnhấtđịnh.

SARcókhảnăngviễnthámđộphângiảicao,khôngphụthuộcvàođộcaobayvàkhông phụthuộcvàothờitiết,vìSARcóthểchọntầnsốđểtránhsuygiảmtínhiệudothờitiết gâyra.SARcókhảnăngchụpảnhngàyvàđêmdoSARcungcấpkhảnăngchiếusáng.

3 Ứng dụng của SAR

ẢnhSARcóứngdụngrộngrãitrongviễnthámvàlậpbảnđồbềmặtTráiđấtvàcác hànhtinhkhác.CácứngdụngcủaSARrấtnhiều.Vídụbaogồmđịahình,hảidương học,bănghà,địachất(vídụ:phânbiệtđịahìnhvàhìnhảnhdướibềmặt).SARcũngcó thểđượcsửdụngtronglâmnghiệpđểxácđịnhchiềucaorừng,sinhkhốivànạnphá rừng.Giámsátnúilửavàđộngđấtsửdụnggiaothoakếvisai.SARcũngcóthểđượcáp dụngđểgiámsátsựổnđịnhcủacơsởhạtầngdândụngnhưcầu.SARrấthữuíchtrong việcgiámsátmôitrườngnhưtràndầu,lũlụt,tăngtrưởngđôthị,…



Viễnthámradarkhẩuđộtổnghợp(SAR)cungcấpmộtphươngpháptiếpcậnlinhhoạt vàmangđếncơhộithuthậpthôngtincâytrồngmàkhôngbịhạnchếbởicácyếutốđiều kiệnthờitiết.

IV SAR trong giám sát sinh trưởng cây lúa: ERS2-SAR

1 Tổng quan về nghiên cứu :

1.1 Vùng nghiên cứu

VùngnghiêncứuđượcchọnlàđịabàntỉnhSócTrăngvớidiệntíchtoàntỉnhlà 3.223km2.Vùngnàyđặctrưngchotínhphứctạpcủahệthốngmùavụlúaởđồngbằng sôngCửuLong(ĐBSCL)vàthuộctrọntrongmộtsceneảnhERS2-SAR(xemhình1)

1.2Chu kỳ sinh trưởng của cây lúa

- Sựhiểubiếtvềtánxạradarcủavùnglúaởcácgiaiđoạntăngtrưởngkhácnhaulàrất

quantrọng.Đốivớivùngcanhtáclúanước,cóbathờikỳphânbiệtcủamùavụlúa:thời kỳsạ-cấy,thờikỳtăngtrưởngvàthờikỳsauthuhoạch.

+Thờikỳsạ-cấy:cánhđồngbịngậpnướcvớilớpnướcdàytừ2-15cm;

+Thờikỳtăngtrưởng:câylúapháttriểnquabagiaiđoạn:giaiđoạnsinhtrưởng;giai đoạnsinhsảnvàgiaiđoạnlúachín;

+Thờikỳsauthuhoạch:cánhđồngtrơtrụivàkhôcằn(trừkhicómưa)

1.3Hệ thống mùa vụ lúa ở đồng bằng sông Cửu Long

Lúamộtvụ-nướcmưa Mùa(M)

Lúahaivụ-nướcmưa

-nướcthủylợi

HèThu(HT)–ThuĐông(TĐ) ĐôngXuân(ĐX)–HèThu(HT) Lúabavụ-nướcthủylợi ĐôngXuân(ĐX)–HèThu(HT)–ThuĐông(TĐ)

HệthốngmùavụlúaởĐBSCLtươngđốiphứctạp,thểhiệnquanhữngđặctrưngsau:

-Kíchthướcthửaruộngkhôngđồngđềutừnhỏ(0,5ha)đếnlớn;

-Ngàygieosạởcácthửaruộngtrongcùngmộtvùngthìkhácnhau(cóthểlàvàituần);

-Hệthốngmùavụkhácnhau(một,haihoặcbavụ);

-Tậpquáncanhtác(sạ,cấy);

-Giốnglúa

1.4 Tư liệu ảnh viễn thám sử dụng

-ChínsceneảnhviễnthámradarERS2-SARPRIthuộcvùngnghiêncứuvớichukỳthu nhận35ngàytừtháng05/1997đến04/1998đượcthuthập.Ngoàira,bốnsceneảnh ERS2-SARPRItrongkhoảngthờigian07/1996-10/1996cũngđượcdùngchonghiên cứu

1.5 Phương pháp

-Phươngphápsửdụngtrongnghiêncứunàydựatrêncáckếtquảnghiêncứutrướcđây vàsửdụngthànhquảcủamodulephầnmềmRISARđượcpháttriểntrênnềnphầnmềm xửlýảnhMULTISCOPE

-Cáckếtquảnghiêncứuvềmặtlýthuyếtvàthựcnghiệmchothấycácvùnglúacósự biếnđổilớnvềtánxạradartheothờigian.Dođó,đểxácđịnhvùngtrồnglúacầnsửdụng ítnhấthaiảnhthunhậntrongcùngchukỳmùavụhoặcgiữaảnhcuốimùavụtrướcvà đầumùavụsau

-Sựbiếnđổitheothờigiancủatánxạradarđượcđánhgiábởitỉsốcườngđộtánxạcủa mỗipixelgiữahaithờiđiểmcủaảnh.Đểlàmtốiđatỉsốcườngđộ,giátrịbiếnđổitheo thờigian(MTC-MaximumTemporalChange)đượctínhtheophươngtrìnhsau:

MTC(i , j)=Max(i , j , k)Min(i , j , k

- Trongđó,ivàjlàtọađộdòng,cộtcủapixel;klàsốhiệuảnh

-Theonguyêntắc,đểsảnxuấtbảnđồvùnglúa,cầnphảixácđịnhnhữngpixelmàcó giátrịMTC(i,j)lớnhơngiátrịngưỡng(dB)nàođó

2.PHÂN TÍCH

2.1Giải đoán ảnh SAR đa thời gian

-ĐốivớidữliệuSAR,sựbiếnđổitheothờigiancủatánxạcủalúalàduynhất.Màu sắcthểhiệntrênảnhSARđathờigianliênquanđếnsựpháttriểncủacâylúatrêncác cánhđồngtrongsuốtchukỳmùavụdosựgiatăngsinhkhối

-ẢnhERS2-SARtổhợpmàuthểhiệnsựbiếnđổihệsốtánxạngược(σ)củavùnglúa vụĐXtheothờigiangiữabangàyảnh(21/12/97,25/01/98,01/03/98).VùngthịxãSóc Trăngvớikhudâncưtậptrungthểhiệntonemàusángtrênảnh.Trongkhiđóvùngcó màuxanhdươngthểhiệnvùngtrồnglúabavụ(ĐX-HT-TĐ),vùngcómàuxanhlục dọctheophíabờphảisôngHậuthểhiệnvùngtrồnglúahaivụ(ĐX-HT)

Hình thể hiện sự biến đổi hệ số tán xạ ngược (σ) của vùng lúa vụ ĐX theo thời gian giữa

ba ngày ảnh (21/12/97, 25/01/98, 01/03/98).

2.2Phân tích tư liệu SAR

-Phântíchsựbiếnđổiσ theochukỳmộtnăm(05/1997-04/1998)củacácvùngmẫuo

vàvẽđườngđồthịthểhiệnsựbiếnđổinày.Kíchthướccủamỗimẫulà14x14pixels, cácvùngmẫuđượcchọnđạidiệnchocáchệthốngmùavụkhácnhau(một,haivàba vụ)

-Giátrịtánxạngượcσ củavùnglúatrênảnhradarthayđổitừ-18đến-2dBtrongsuốto

mộtnămquansát.Trongtrườnghợpmộtmùavụlúa,giátrịbiếnđổilớnnhấtđượcquan sátlà12dB.Đốivớiloạihìnhsửdụngđấtkhácnhư:khudâncư;vườncâyănquả;ruộng mía;rừng,quansátchothấygiátrịtánxạngượcrấtổnđịnhvớigiátrịbiếnđổilớnnhất củaσ là2dB.Ngoàira,tưliệuviễnthámquanghọcNOAA-AVHRRcũngđượcthuo

thậpđểphântíchmốiquanhệcủachỉsốNDVIvớisựtăngtrưởngcủacâylúa

Hình 4: Biến đổi theo thời gian của σ của dữ liệu SAR trong các vùng lúa ba vụ

Hình 5: Biến đổi theo thời gian của NDVI (dữ liệu NOAA-AVHRR) trong các vùng lúa ba vụ

-Tronghình4và5thểhiệnbađỉnhcủađườngcongđạidiênchobamùavụtrongthời gianquansátmộtnămcủatưliệuERS2-SARvàNOAA-AVHRR.Đỉnhthứhaicủa đườngcong(xemhình4)thấphơnhaiđỉnhkia.Điềunàycóthểđượcgiảithíchlàdo đỉnhthựcsựkhôngquansátđượcdochukỳthuảnhcủabộcảmERS2-SARlà35ngày. Đốivớichukỳthuảnhnày,chỉcóhaiảnhđượcthunhậnchovụlúasửdụnggiốngngắn ngày

 Hình 6: Biến đổi theo thời gian của σ của dữ liệu SAR trong các vùng lúa hai vụ (ĐX-HT)o

Hình 7: Biến đổi theo thời gian của NDVI (dữ liệu NOAA-AVHRR) trong vùng lúa hai vụ

(ĐX-HT)

Hình 8: Biến đổi theo thời gian của σ của dữ liệu SAR trong các vùng lúa một vụ (M)o

Hình 9: Biến đổi theo thời gian của NDVI (dữ liệu NOAA-AVHRR) trong vùng lúa một vụ

(M) -Hình6và7thểhiệnsựbiếnđổivềtánxạngượcvàNDVIcủavùngtrồnglúahaivụ (ĐX-HT).ĐườngcongtánxạngượcvàNDVIđượcquansátnhưtronghình8và9đại diệnchonhữngvùngtrồnglúamộtvụgầnbiển

V.KẾT LUẬN

-QuanghiêncứuứngdụngtưliệuviễnthámERS2-SARđãchứngtỏkhảnăngápdụng đểtheodỏisựtăngtrưởngcủacâylúachovùngĐBSCL,nơicóhệthốngmùavụlúakhá phứctạp.TưliệuviễnthámquanghọcNOAA-AVHRRcùngthờigianquansátcũng đượcxemxétmốiquanhệgiữaNDVIvớisựtăngtrưởngcủacâylúa

-Cácnghiêncứucầnđượctiếptụctrongthờigiantớilàthửnghiệmchocácvùngtrồng lúakhácvàsửdụngcácloạitưliệuSARkhácnhưENVISAT-ASAR,vớibộcảmcókhả năngcungcấptưliệuđagóctớivàđaphâncựcgiúptăngthêmlượngthôngtin

-Dựatrênmốiquanhệcủas củadữliệuSARvớisinhkhốicâylúa,cầnnghiêncứuo

thiếtlậpquitrìnhthànhlậpbảnđồcơcấumùavụlúavàdựbáonăngsuấtmùavụcho vùnglúaĐBSCL