基于机器学习的密集烘烤过程烟叶失水率预测模型对比

为准确预测密集烘烤过程烟叶失水率,以精准调控烘烤工艺参数,基于机器学习建立烟叶失水率预测模型。以翠碧一号中部叶为材料,实时采集烘烤过程中烟叶图像和失水率;利用图像处理技术提取烟叶的10种颜色特征和10种纹理特征,通过变量聚类和皮尔逊相关性分析优选出2种颜色特征(a^*/b^*、R)和2种纹理特征(梯度熵、梯度分布不均匀性);将训练集图像的4种优选特征和烟叶失水率作为输入变量,分别对建立的网格式支持向量机(GS-SVM)、遗传算法优化的BP神经网络(GA-BP)、极限学习机(ELM)3种预测模型进行训练。利用3种预测模型对测试集图像进行烟叶失水率预测并与实际失水率比较。结果表明,3种预测模型均能够较为准确地预测密集烘烤过程烟叶失水率(均方根误差RMSE≤0.014 0,决定系数R2≥0.996 1),对变黄期(0～40 h)和定色期(40～100 h)的预测误差小于干筋期(100～140 h)。该技术可为烟叶烘烤智能调控系统的研发提供支持。     

散叶密集烘烤烟叶外观与主要化学成分变化规律初探

对散叶密集烘烤过程中烟叶外观与主要化学成分的变化规律进行了研究.结果表明,散叶密集烘烤因装烟方式与常规挂竿烘烤不同,烤房内温湿度环境及烟叶的外观形态特征发生了改变,影响烟叶质量形成的主要变化因素为变黄后期烟叶失水速度较快,定色阶段烟叶失水速度较慢,所需定色时间相应较长.采用变黄后期提前少量排湿、适当延长定色阶段烘烤时间的烘烤方法可以有效解决因高温高湿对烟叶烘烤质量的影响.此外,散叶密集烘烤与常规挂竿烘烤烟叶化学成分变化没有明显差异.     

烘烤过程中烟叶颜色特征参数与色素含量的关系

为了明确烟叶颜色特征与色素含量的关系,以红花大金元品种不同成熟度烟叶为试验材料,研究了烘烤过程中颜色特征参数和色素含量的变化以及二者间的关系.结果表明,在整个烘烤进程中,烟叶图像的3个颜色特征参数的大小依次为R(彩色数字图像中红色的亮度值)＞G(彩色数字图像中绿色的亮度值)＞B(彩色数字图像中蓝色的亮度值);不同成熟度烟叶R、G、B分量的平均值均表现为过熟＞适熟＞尚熟.烘烤过程中成熟度低的烟叶叶绿素降解速度较快,降解量明显大于成熟度高的烟叶;尚熟烟叶的类胡萝卜素含量在变黄和定色期大量降解,直到定色期结束时与适熟和过熟烟叶的类胡萝卜素含量接近,而过熟烟叶的类胡萝卜素含量下降幅度较小.R值与烟叶叶绿素含量间呈极显著负相关,B值与烟叶类胡萝卜素含量间存在显著负相关;R,G组合和r,g值(颜色分量)均与色素含量有较好的相关性;H(色调)值与烟叶叶绿素和类胡萝卜素含量间均存在极显著的正相关.选取与烟叶色素含量均具有显著相关关系的8个颜色特征参数,即H,g,r-g,G-R,G/R,G/(R+B),(G-R)/(G+R)和(R-G)/(R+G+B)值,建立了对烟叶色素含量的逐步回归方程,经F测验达到极显著水平.因此,烘烤中不同成熟度烟叶颜色特征参数和色素含量的相关性明显,可以用颜色特征参数作为辅助指标来判断烟叶色素含量.     

烘烤过程中烟叶颜色变化与主要化学成分的关系

以烤烟NC89中部叶为试验材料,对密集烘烤过程中烤烟烟叶亮度值L、红度值a、黄度值b、饱和度C、色相角H°、色泽比H和色差值?E的变化规律及其与主要化学成分的关系进行了研究。结果表明,烘烤过程中烟叶正面与背面L、a、b、C、H°和H值的变化趋势基本一致;其均在鲜烟叶至42℃结束时变化剧烈,42℃结束之后变化幅度趋缓。烟叶正背面色差值的变化则相对平稳,从鲜烟叶至42℃开始略有上升,在54℃稳温结束时略有下降。相关分析表明,烘烤过程中烟叶各颜色参数与淀粉、还原糖、叶绿素、类胡萝卜素、蛋白质、氨基酸和含水量之间相关性明显,大部分都达到了显著或极显著水平。通过对烟叶颜色参数与化学成分的回归分析,建立了烟叶颜色参数与主要化学成分动态变化的预测方程;除叶绿素外,烘烤过程中烤烟烟叶其他主要化学成分预测值与实测值符合程度较好,预测精度高。通过色差计量化烘烤过程中的烟叶颜色参数,从而建立烘烤过程中主要化学成分的预测模型,进行快速准确的预测,提高烘烤操作的准确性。      

烘烤方式及烘烤条件对烤烟烘烤中细菌变化的影响

烤烟烘烤过程中微生物的活动对烟叶质量有重要影响.为了解烘烤条件对细菌活动的影响,试验观察了不同烘烤方式和烘烤条件下细菌的变化状况.结果表明,细菌种类随烘烤时间的增加而减少,烘烤方式和烘烤条件对细菌种类的变化无明显影响.细菌数量则是在变黄期逐渐增加,烟叶变黄时达最大,以后逐渐减少.在密集烘烤中和高温高湿条件下,细菌量高于普通烘烤和低温低湿烘烤,说明采用低温低湿变黄有可能抑制细菌活动.     

凉山州烤烟调制现状及改进初报

１９８９年通过对烤烟调制现状的调查，认为凉山烤烟的烘烤技术仍停留在凭经验烘烤的落后阶段，离科学烘烤的要求差距尚大，鲜烟叶的优质潜能由于烘烤环节的滞后未能得到良好显现。同时烤房修建不尽合理，也是影响烘烤质量的原因之一。从１９９０年始进行了对凉山具体情况的烘烤技术和烤房改良的探索和研究工作，经过几年的研究、应用和推广证明：以改革烤房，推广低温慢变黄烘烤工艺技术，培训烟农掌握干湿球温度计的使用方法，结合烟叶颜色变化及温、湿度高低合理调节天地窗开启的大小及炉膛火力，由经验烘烤转向科学烘烤，是提高凉山烟叶质量的有效途径。     

不同烘烤工艺对云烟87烟叶烘烤质量的影响

为探索江西省多雨生态条件下主栽烤烟品种云烟87的烘烤工艺操作,采用智能控制烘烤箱模拟密集烘烤条件开展了不同烘烤工艺对其烘烤质量的影响研究。结果表明,与传统烘烤工艺相比,针对多雨烟区烟叶烘烤特点的优化烘烤工艺有利于降低烟叶淀粉含量,提高总糖、还原糖含量和烟叶中质体色素的降解比例,对其他矿质元素含量等无明显影响。烟叶外观质量得到改善,烟叶等级结构、均价和上等烟叶比例有所提高。对烟叶感官评吸质量有较明显的改善作用,特别是在杂气、刺激性和余味方面。     

烟叶烘烤特性研究进展

烟叶烘烤特性是影响烟叶烘烤效果和烤后烟叶质量的重要因素.综述了烟叶烘烤特性的概念、影响因素、研究进展及目前判断方法存在的问题,探讨了开展烟叶烘烤特性研究与制定烟叶烘烤特性判断标准的必要性、紧迫性和可行性.     

箱式密集烘烤过程中烟叶化学成分的变化动态及其对烤后烟质量的影响

[目的]探明箱式密集烘烤过程中烟叶化学成分的变化动态及对烤后烟质量的影响.[方法]研究烟夹和箱式两种装烟方式在烘烤过程中烟叶的含水量、色素含量、主要化学成分含量、香气成分含量变化及烤后烟质量.[结果]与烟夹密集烘烤相比,47℃前箱式密集烘烤烟叶失水速率较低,淀粉降解量及水溶性糖积累量较少,叶绿素降解速率较低,香气成分总...     

烤烟烘烤过程中微生物的动态变化

为研究烤烟在烘烤过程中微生物数量及优势群体的变化,对下、中、上三部位烤烟在烘烤过程中真菌、细菌进行了连续分离计数。结果表明,烘烤过程中不同部位烟叶含微生物量的变化趋势基本一致。真菌含量呈先下降后上升的变化趋势,42℃烟叶全黄时达到最高。细菌量从烘烤阶段开始逐渐增多,38℃烟叶八成黄时达到最高。不同部位烟叶烘烤过程中优势微生物的种类不完全相同,鉴定出优势真菌属5种,其中青霉属(Penicillium)、曲霉属(Aspergillus)出现频率最高;优势细菌属11种,其中棒杆菌属(Corynebacterium)、肠杆菌属(Enterobacter)、芽孢杆菌属(Arthrobacter)、泛菌属(Pantoea)出现频率最高。     

高精度轻量级烟叶烘烤阶段识别模型研究

【背景】实时的烟叶状态识别和烘烤阶段判别是实现烘烤工艺精准调节和建立烟叶智能烘烤系统的关键技术。目前烟叶烘烤状态识别方面的研究受到模型规模的制约,难以应用于实际生产,因此有必要研究高精度轻型识别模型。【过程】采用工业摄像头和补光灯组成的图像采集系统采集烘烤过程的烟叶图像,通过伽马变换和HSI颜色空间转化并对烟叶数据集进行处理,使用改进的轻量级EfficientNetB0模型进行训练,并在Jetson Nano嵌入式开发板上进行模型可行性测试。【结果】改进模型在测试集上的准确率达到了96.13%,参数量仅为2.74 M,相比于原始EfficientNetB0,改进模型的识别准确率提高了1.59%,参数量减少了48.50%。在Jetson Nano开发板上,相比于MobileNetv2、MobieleNetv3等轻型模型,改进模型的识别速度和准确率均有明显提升。【结论】改进的EfficientNetB0模型可以实现烟叶烘烤阶段的快速、精准识别。同时本研究可为烟叶智能烘烤系统的建立提供了理论依据和现实参考。     

雪茄烟叶晾制过程色素降解和膜脂过氧化对颜色变化的影响

[目的]探究雪茄烟叶在调制过程中色素降解和膜脂氧化对烟叶颜色形成的作用.[方法]以"德雪7号"中部叶为试验材料,测定了雪茄烟叶晾制期间色素及膜脂含量的变化,并探究了色素、膜脂与烟叶颜色变化之间的关系.[结果]①烟叶在晾制过程中,叶绿素和类胡萝 卜素逐渐降解,类胡萝 卜素/叶绿素含量呈现先增大后减小的趋势;②烟叶的膜脂含...     

基于高光谱与纹理融合的烤烟分类方法研究

  目的  为提高烤烟的分类正确率。  方法  利用高光谱成像系统采集烤烟样本,采用Savitzky-Golay卷积平滑法（SG）、多元散射校正（MSC）、一阶导数法（FD）的组合方法对数据进行预处理。通过连续投影算法（SPA）选择特征波长,利用灰度共生矩阵（GLCM）选择烤烟的纹理特征,将纹理特征与光谱特征归一化处理后进行融合,利用邻近算法(KNN)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)、朴素贝叶斯（NB）验证烤烟分类效果。  结果  预处理后的全波长数据分类正确率较预处理前有所提升;利用SPA选择特征波段进行分类,正确率下降;高光谱融合纹理特征后进行分类,分类效果显著提升。  结论  基于高光谱与纹理融合可准确、有效地对烤烟进行无损分类,为量化烤烟分类提供了可行方法。      

不同水分胁迫程度下烤烟叶片钾含量的光谱响应

  目的  精准、快速、无损监测烤烟叶片钾素营养水平。  方法  设计不同程度的干旱和渍水胁迫试验,以K326、中烟100为供试品种,探索不同水分胁迫程度下烤烟叶片钾含量与光谱信息的变化规律,筛选烟叶钾含量的敏感光谱特征变量及光谱参数,构建烟叶钾含量预测模型。  结果  （1）随水分胁迫程度的加重,在近红外光区,烤烟叶片钾含量和叶片光谱反射率的值在伸根期均表现为升高趋势,在旺长期与成熟期表现为降低趋势。（2）以利用本文筛选出的8个最佳敏感光谱指数（mSR705、SDr、DVI、MSAVI2、λg、Dr、NDSI（2275,1875）、RDVI）构建的BP神经网络模型效果最好,模型决定系数R2=0.9336,RMSE（均方根误差）为0.1348。  结论  可利用光谱参数构建烤烟钾含量BP神经网络模型,模型稳定、精度较好。可为实时精准监测烤烟叶片钾含量,及时了解土壤水分环境提供技术支撑。      

基于DirectShow和Modbus的雪茄烟晾制数据采集系统构建与应用

【目的】为构建与应用雪茄烟晾制数据采集系统,获取雪茄烟晾制过程关键数据。【方法】架构以1个控制单元和若干检测单元组成的数据采集系统。控制单元由工控机和Delphi环境下开发的采集程序组成;检测单元由USB摄像头、温湿度传感器、重量传感器组成。采集程序利用DirectShow技术,实现USB摄像头视频取帧,获取雪茄烟叶图片;利用Modbus通信协议,通过串口通信采集温度、湿度、烟叶重量数据。并对温湿度及重量数据进行均值分析,对烟叶图片进行RGB值分析【结果】构建的数据采集系统采集了雪茄烟晾制过程图片与温湿度、重量数据,分析发现晾房第4～6层适宜于雪茄烟晾制,烟叶入棚1～8d为变黄、定色关键期,第8 d后颜色将不再变化;入棚14 d后烟叶重量恒定。【结论】雪茄烟晾制数据采集系统达到设计要求,满足实用性,具有在不同种植区域推广的价值;通过系统采集数据可建立雪茄烟晾制工艺数据库,为雪茄烟的自动化晾制提供基础。     

基于时空数据特征的寄递涉烟犯罪分析方法

【目的】使用大数据和人工智能技术研究基于寄递大数据的“互联网+寄递”新型涉烟犯罪分析方法。【方法】使用中文分词技术对寄递大数据进行预处理。提出了“寄递时空模式”新概念并计算其时域和频域统计量作为时空特征。使用特征选择和降维方法计算时空特征集合中的优选特征,并比较不同分类器算法结合优选特征构建的涉烟犯罪分析模型的性能。【结果】（1）提出的时空特征具有区分涉烟和不涉烟寄递数据的能力。随机森林和GBDT分类器整体性能最好,在准确率、阳性和阴性预测值等指标上均达到0.94以上。（2）基于优选特征建立的分析模型可以取得和初始特征模型接近的预测结果,优选特征数据储存量仅为原始特征数据的40%。（3）CFS特征选择方法选出的优选特征对涉烟预测模型结果的可解释性提供了依据。（4）初步实验表明本文方法可满足寄递涉烟分析的实时性要求。【结论】基于“寄递时空模式”计算的时空特征结合分类器可区分涉烟和不涉烟寄递数据。     

密集烤房内置式生物质供热炉体的设计与试验

  目的  为有效解决生物质成型颗粒燃料烤烟供热设备存在的热效率不高、粉尘堵塞散热管道和控温精度较差等问题。  方法  采用动态量化的热量输出、吹风降温的机械传动和先阻后集的除尘等方式,设计了一种生物质燃料内置式烤烟供热炉体设备,配套开发出烤烟控制程序并开展试验测试。  结果  该设备在烟叶烘烤过程中采用5个具有连续变速的机械档位量化燃料供给,控温精度达到±0.5℃以内;生物质燃烧后产生的降尘颗粒经粉尘挡板过滤后大部分落入沉降箱内,粉尘主要粒径集中在89~420 μm范围内;通风室内温度保持在44.5℃~50.5℃之间,可避免高温对各类功能性部件的损坏;安装该设备后密集烤房的系统热效率达到64.26%~65.42%。  结论  该炉体能够满足密集烤房箱式和挂竿装载烟叶的烘烤供热需求,研究结果为生物质颗粒燃料烤烟供热设备的设计和应用提供参考。      

编辑烤烟多酚氧化酶基因NtPPO8后的效应分析

【目的】探究NtPPO8基因在烟草中的功能以及对烟叶耐烤性和烤后烟质量的影响。【方法】以烤烟品种NC89为材料,利用CRISPR/Cas9技术对NtPPO8进行定向编辑,获得纯合突变植株,测定并分析原品种和突变体在叶龄60 d时的基因表达量和植物多酚氧化酶（Polyphenol oxidase,PPO）活性差异,探究NtPPO8基因对烘烤过程中的PPO活性以及烤后烟的多酚物质含量的影响。【结果】（1）共获得6株T0代纯合突变体,突变均发生在靶位点上,为1个碱基的插入突变。（2）4个T1代编辑株系的NtPPO8表达水平显著下降,所有编辑株系的PPO活性显著下降。（3）T1代编辑株系烘烤过程中的PPO活性低于原品种,烤后中部叶总酚含量显著高于原品种。【结论】定向编辑NtPPO8基因后,降低了其在烟叶中的表达量,抑制了烟叶在烘烤过程中的PPO活性,有助于烤后烟多酚类物质的积累。