柑橘果实质地分析采集系统的研究与开发

张小斌柯甫志顾 清徐建国杨 素郑可锋

（1.浙江省农业科学院数字农业研究所 杭州310021；2.浙江省柑橘研究所）

柑橘是浙江省主要水果，2017年全省栽培面积约9.67×104hm2，产量为2.04×106t[1]。近年来，随着消费者对果品质量的追求越来越高，市场对果品的品质提出了更高的要求，柑橘优质栽培技术日趋得到重视，良种的培育和推广显得尤为重要[2]。果实品质是包括外观、质地、风味和营养成分等因素的综合表现。果实质地是果实品质的重要参数[3]。目前，在柑橘果树育种中果实质地数据的获取仍主要依赖人工测量和记录，耗时费力，人为误差较大。实现对单果重、果周长、硬度、可溶性固形物等重要考种信息的电子化采集与记录，可以减少人工反复手写纸记，去除人为误差干扰和人工成本投入[4]。为此，开展了“柑橘果实质地分析采集系统的研究与开发”（简称“系统”）系统构架、功能模块、数据库设计等的研究与开发，实现了一体化快捷获取柑橘果实质地数据设计的专业果实考种平台系统。

1 需求分析

本系统专为科研院所、高校、企业柑橘果树育种工作者设计，是室内一体化快捷获取果实质地数据的专业果实考种平台系统。该系统基于采样标签编号扫码与质地分析设备智能连接实现单果重、果周长、硬度、可溶性固形物等重要考种信息电子化采集与记录，减少人工反复手写纸记，去除人为误差干扰和人工成本投入。系统支持语音报数和多用户独立登录使用，最多可同时连接3个相同设备采集，界面简洁，操作方便，可显著提高柑橘果实室内考种数据准确率与工作效率，支撑组建果树考种实验室基础平台。

2 系统功能模块

2.1 重量测量

将1～3台天平（表2）通过USB转串口数据线与电脑连接，实现对柑橘果实重量的测量与自动记录。多个天平采集的重量数据将依次记录在测量结果中。

2.2 可溶性固形物测量

将糖度计通过蓝牙模拟的串口与电脑进行连接，实现对柑橘可溶性固形物的测量与自动记录。与重量信息采集方式不同，可溶性固形物信息采集不是实时的，它是预先完成一个样本的多次测量后一次性将测量结果传送给系统。没有内置蓝牙通讯功能的台式电脑需插蓝牙棒方可采集。

图1 重量采集界面

2.3 硬度测量

将硬度计通过USB 数据线连接电脑，基于设备驱动数据开放接口直接实时获取果实硬度、重量、果径等信息（见表1）。

2.4 记录管理

系统采集的考种数据依次显示在测量结果中，不同类型数据以不同底色显示，以便用户及时区分。当所有数据采集完毕后，测量结果可按“记录全部结果”和“记录结果均值”两种形式记录保存，前者表示记录原始数值，产生多条数据；后者仅记录结果平均值，产生一条记录。系统提供每列结果数据的平均值、最大(小)值等统计结果。

2.5 数据导出

数据导出默认为Excel格式，导出形式同数据显示界面。

2.6 协同工作

系统支持协同工作模式，在该模式下系统采集的数据直接发送到系统光标处，使考种结果可直接自动录入在Excel等其他软件，主动与其他业务流程融合，提高系统的实用性。

3 系统设计与实现

系统技术设计方案如图2所示。

3.1 数据库设计

从数据功能角度来分，系统包括配置信息和数据信息等两类数据。为了便于后期数据库迁移与备份，系统按“一库两表”的形式设计数据库（表2）。系统运行时采集的数据会及时保存到临时数据表中，系统重新运行后自动加载上次测量数据，有效防止意外操作丢失。

3.2 系统实现

系 统 在Microsoft Visual Studio 2008中基于C#.net4.0开发，数据库采用SQLite3.6，基于串口数据标准通讯协议实现系统的主要数据采集功能。系统目前支持的考种分析设备如表2，每个测量结果基于Windows Speech API 实现语音播报提示，方便用户及时了解采集情况。

表1 系统支持考种设备与配置要求

表2 系统数据库结构设计

4 结论

优质、精品、高效是现代果树栽培育种的要求。高效，精准，自动化是现代农业的目标。用信息化、智能化的手段替代部分落后的传统方法是现代农业发展的必然趋势。本文就柑橘育种过程中的质地数据获取手段进行研究，为柑橘果树育种工作者研究开发了一套室内一体化快捷获取柑橘果实质地数据的专业果实考种平台系统。它基于采样标签编号扫码与质地分析设备智能连接实现单果重、果周长、硬度、可溶性固形物等重要考种信息电子化采集与记录，减少人工反复手写纸记，能够很好地减少人为误差干扰和人工成本投入。系统支持语音报数和多用户独立登录使用，最多可同时连接3个相同设备采集，界面简洁，操作方便。本系统可显著提高柑橘室内考种数据的准确率与工作效率，同时也有望在桃、苹果、柑橘、蓝莓、樱桃等果树育种中果实质地数据的获取得到应用。